用于发酵含CO的气态底物的方法技术

本发明专利技术提供了一种发酵含CO的气态底物的方法。使细菌在含CO的气态底物存在下形成芽孢然后萌发，以提供接种物。得到的接种物有效地为发酵提供了具有1或更高的比STY的乙醇生产率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与相关申请的交叉引用本申请要求均于2012年5月22日提交的美国临时申请号61/650,098、61/650,093、61/650,077和61/650,084的权益，所有上述临时申请以其整体通过参考并入本文。
本专利技术提供了一种用于发酵含CO的气态底物(substrate)的方法。更具体来说，使细菌在含CO的气态底物存在下形成芽孢然后萌发，以提供接种物。得到的接种物有效地为发酵提供了具有1或更高的比STY的乙醇生产率。
技术介绍
产乙酸微生物可以通过气态底物的发酵从一氧化碳(CO)生产乙醇。使用来自于梭状芽胞杆菌属(Clostridium)的厌氧微生物的发酵产生乙醇和其他有用产物。例如，美国专利号5,173,429描述了杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC号49587，这种厌氧微生物从合成气体生产乙醇和乙酸盐。美国专利号5,807,722描述了一种使用杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC号55380将废气转变成有机酸和醇类的方法和装置。美国专利号6,136,577描述了一种使用杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC号55988和55989将废气转变成乙醇的方法和装置。许多产乙酸微生物不太适合工业规模的生物过程，因此没有显示出用于此目的的商业可行性。这样的微生物具有缓慢的倍增时间和低的总生产率。此外，许多用于基因操作的技术(敲除、通过整合或游离体质粒繁殖的转入基因的过表达)低效、耗时、费力或不存在。可以生长产乙酸微生物以从一氧化碳生产乙醇。所述生长过程可能包括将产乙酸细菌在随时间增加的量的CO上进行培养。对于更快地开发微生物以及使用它们利用合成气或其他气态碳源生产所需化学品和燃料的方法，仍存在需求。专利技术概述一种用于发酵含一氧化碳(CO)的气态底物的方法，包括供应能够使用所述含CO的气态底物作为唯一碳源和能源生长的细菌细胞的接种物。所述方法包括供应所述气态底物以维持至少约0.25mmol/g细胞的比CO摄入率(specific CO uptake)，并供应营养培养基。在一种情况下，所述细菌细胞的接种物通过包括在含CO的气态底物存在下形成芽孢然后萌发的过程来生产。所述方法有效地提供了约1g乙醇/(L·天·克细胞)或更高的比STY。附图简述所述方法的几种情况的上述和其他方面、特点和优点，从下面的附图将变得更加明显。图1示出了在甲醇上培养并降低pH后，食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)通过芽孢形成和萌发在合成气上的生长。图2示出了在酵母提取物、甲醇上培养并酸化后，食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)通过芽孢形成和萌发在合成气上的生长。图3示出了在酵母提取物上培养并酸化后，食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)合成气上的生长。图4示出了在预先将食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)在合成气上生长后，食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)在合成气上的生长。图5示出了在酵母提取物上培养并降低pH后，产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)在合成气上的生长。图6示出了在酵母提取物上培养并降低pH后，杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)在合成气上的生长。图7示出了发酵合成气的杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)在果糖上的生长。详细描述下面的描述不应以限制性意义对待，而是仅仅出于描述示例性实施方式的一般性原理的目的做出。本专利技术的范围应该参考权利要求书确定。本文描述的方法有效地为发酵提供了高水平的乙醇生产率。就此而言，所述方法有效地提供的比STY(用g乙醇/(L·天·g细胞)表示的比空间时间产率)为至少约1，在另一种情况下约1至约10，在另一种情况下约2至约8，在另一种情况下约3至约7并且在另一种情况下约4至约6。定义除非另有定义，否则在本公开的整个本说明书中使用的下列术语被定义如下，并且可以包括下面规定的定义的单数或复数形式：修饰任何量的术语“约”是指所述量在真实世界条件下，例如在实验室、中试工厂或生产设施中遇到的变化性。例如，在混合物中使用的成分的量或测量值或数量，当用“约”修饰时，包括在生产厂或实验室中的实验条件下的测量中通常使用的变化性和照管程度。例如，产物的组分的量，当用“约”修饰时，包括在工厂或实验室中的多次实验中批次之间的变化性，以及分析方法中固有的变化性。不论是否用“约”修饰，所述量包括那些量的等同量。本文中陈述的并且用“约”修饰的任何数量，当所述量没有被“约”修饰时，也可用于本公开。术语“合成气”或“合成气体”是指为含有不同量的一氧化碳和氢气的气体混合物命名的合成气体。生产方法的实例包括天然气或烃类的蒸汽重整以产生氢气，煤的气化，以及在某些类型的废物变能量的气化设施中。所述名称来自于它们在产生合成天然气(SNG)和用于生产氨或甲醇中用作中间体。合成气是可燃的，并且通常被用作燃料源或作为生产其他化学品的中间体。术语“发酵”、“发酵方法”或“发酵反应”等，打算涵盖所述方法的生长阶段和产物生物合成阶段两者。在一种情况下，发酵是指CO向醇类的转化。术语“细胞密度”是指每单位体积发酵液的微生物细胞的质量，例如克/升。术语“细胞回收利用”是指从发酵培养液分离微生物细胞，并将全部或一部分分离到的微生物细胞返回到发酵罐。一般来说，使用过滤装置来实现分离。产乙酸培养物在一种情况下，所述方法包括在可能包含第一底物的第一培养基中培养或繁殖细菌。所述第一培养基可以为细菌提供适合的碳源和能源以及其他营养物，包括生长因子。就此而言，第一培养基包括诸如维生素、微量元素和氨基酸的组分。第一培养基可以包含碳源，其包括酵母提取物、糖类、醇、氨基酸、蛋白胨(peptone)、肽、蛋白质、脂肪酸、脂质及其混合物。例如，由培养物保藏中心例如ATCC提供的细菌，可能包括推荐的培养基，其包含诸如蛋白胨、葡萄糖、果糖、酵母提取物、氨基酸、维生素和微量元素的组分。第一培养基可以提供允许细胞密度...

【技术保护点】
一种用于发酵含一氧化碳(CO)的气态底物的方法，所述方法包括：供应能够使用所述含CO的气态底物作为唯一碳源和能源生长的细菌细胞的接种物；供应所述气态底物以维持约0.25mmol/g细胞或更高的比CO摄入率；以及供应营养培养基；其中所述细菌细胞的接种物通过包括在含CO的气态底物存在下形成芽孢然后萌发的过程来生产，其中发酵CO的方法有效提供约1g乙醇/(L·天·g细胞)或更高的比STY。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.22 US 61/650,098;2012.05.22 US 61/650,093;1.一种用于发酵含一氧化碳(CO)的气态底物的方法，所述方法
包括：
供应能够使用所述含CO的气态底物作为唯一碳源和能源生长的细
菌细胞的接种物；
供应所述气态底物以维持约0.25mmol/g细胞或更高的比CO摄入
率；以及
供应营养培养基；
其中所述细菌细胞的接种物通过包括在含CO的气态底物存在下形
成芽孢然后萌发的过程来生产，
其中发酵CO的方法有效提供约1g乙醇/(L·天·g细胞)或更高的比
STY。
2.权利要求1的方法，其中至少一部分所述细菌通过包括将至少
一部分第一底物用含CO的气态底物代替，并将至少一部分第一培养基
用生产培养基代替的方法来形成芽孢。
3.权利要求1的方法，其中所述含CO的气态底物是合成气。
4.权利要求3的方法，其中所述合成气具有至少约0.75的CO/CO2摩尔比。
5.权利要求1的方法，其中所述细菌是产乙酸细菌。
6.权利要求5的方法，其中所述产乙酸细菌选自凯伍产醋菌
(Acetogenium kivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍
氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)、Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC 
BAA-1772)、延长布劳特氏菌(Blautia producta)、食甲基丁酸杆菌
(Butyribacterium methylotrophicum)、Caldanaerobacter subterraneous、

\tCaldanaerobacter subterraneous pacificus、生氢一氧化碳嗜热菌
(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium 
aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭
菌(Clostridium acetobutylicum)P262(德国DSMZ的DSM 19630)、
产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 
19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的
DSM 10061)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ
的DSM 23693)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国
DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)
P7(ATCC PTA-7827)、Clo...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞安·塞纳拉特纳，
申请(专利权)人：伊内奥斯生物股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH