使用微生物联合KOLBE合成制备烷烃的方法技术

本发明专利技术涉及生产至少一种烷烃的方法，该方法包括‑使用基因修饰的微生物从碳源产生至少一种羧酸，以及‑对所述羧酸进行Kolbe电解反应以产生烷烃，其中所述烷烃包含至少6个碳原子，且所述羧酸包含至少4个碳原子，并且其中所述碳源选自下组：乙醇、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、异丁酸盐、戊酸盐、己酸盐及其组合，且所述微生物能够使用乙醇‑羧酸盐发酵产生羧酸。

Method for preparing alkane by using microorganism combined with KOLBE synthesis

The invention relates to a method for producing at least one alkane, the method includes using genetically modified microorganisms to produce at least one carboxylic acid from carbon source, and of the carboxylic acid Kolbe electrolytic reaction to produce alkanes, wherein the alkane contains at least 6 carbon atoms, and the carboxylic acid containing at least 4 carbon atoms, and wherein the carbon source selected from the group consisting of ethanol, acetate, propionate, butyrate, ISO butyrate, valerate, caproic acid salts and their combination, and the microorganisms can produce carboxylic acid using ethanol fermentation carboxylate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微生物联合KOLBE合成制备烷烃的方法
本专利技术涉及从合成气合成支化，未支化和长链烷烃的方法.特别地，该方法是生物技术方法。
技术介绍
烷烃是具有各种应用的饱和烃，应用取决于碳原子的数目和烷烃的结构(即支链，直链，环状等).前四种烷烃(CH4至C4H8)主要用于加热和烹饪目的，并且在一些国家用于发电。戊烷，己烷，庚烷和辛烷是相当易挥发的液体。它们通常在内燃机中用作燃料，因为它们在进入燃烧室时容易蒸发而不形成液滴，液滴会损害燃烧的均匀性。因为这一功效，相比于它们的直链对应物，优选支链烷烃，因为它们更不容易发生能够引起爆震的过早点燃.这种过早点燃的倾向通过燃料的辛烷值评定，其中例如2，2，4-三甲基戊烷(异辛烷)具有100的任意值，庚烷的值为零。除了将它们用作燃料之外，这组烷烃也是非极性物质的良好溶剂.从壬烷向上，例如，到十六烷(具有十六个碳原子的烷烃)的烷烃是较高粘度的液体，越来越不适合用作汽油.替代地，它们形成了柴油和航空燃料的主要部分。柴油燃料的特征在于其十六烷值，十六烷(cetane)是十六烷(hexadecane)的旧称。从十六烷向上的烷烃是组成燃料油和润滑油的最重要的组分。在后一功能中，它们同时用作抗腐蚀剂，因为它们的疏水性质意味着水不能到达金属表面.许多固体烷烃用作石蜡，例如在蜡烛中。然而，这不应该与主要由酯组成的真正的蜡混淆。具有链长为约35个或更多个碳原子的烷烃存在于沥青中，例如用于路面铺设。然而，高级烷烃几乎没有价值，并且通常通过裂解分裂成低级烷烃。因此，所有长度的烷烃在我们的日常世界中都是非常有用的.目前，传统的烷烃制造使用基于石油的中间体.然而，通过裂解汽油或石油获得烷烃对环境不利.此外，由于这些烷烃的成本将与石油的价格相关，随着未来石油价格可预期的上涨，烷烃价格也可能随着石油价格的上涨而上涨。据此，希望找到其它从更可持续的原料生产烷烃的方法，而不是仅从石油基原料，这也将对环境造成较小的损害.正在进行多种努力来生产可再生燃料，包括来自可持续原料，如合成气的烷烃.本领域中已知的一种方法是从甘油酸三酯生成生物柴油燃料(主要是脂肪酸乙酯或甲酯).另一种方法是利用甘油形成甘油醚，其可以加入到生物柴油和/或柴油燃料中.然而，这些方法中的每一种都具有其自身的缺点.因此，仍然没有从可再生燃料(包括合成气)中有效生产中链或长链烷烃的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种由可再生燃料生产中链或长链烷烃的方法。特别地，本专利技术的方法可以使用合成气采用至少两步生物技术方法来生产支链、直链和/或环烷烃。本专利技术的方法可以至少包括使用至少一种微生物将合成气转化为至少一种羧酸的第一步骤和通过将羧酸经历电解使其转化为相应烷烃的第二步骤.特别地，所使用的电解可以是Kolbe电解反应，同时作为双产物产生二氧化碳。根据本专利技术的一个方面，提供了一种生产至少一种烷烃的方法，该方法包括：-利用微生物从碳源生产至少一种羧酸，以及-对所述羧酸进行Kolbe电解反应以产生烷烃，其中所述烷烃包含至少6个碳原子，并且所述羧酸包含至少4个碳原子.碳源可以是其最简单的形式，如二氧化碳或一氧化碳。特别地，碳源可以是其中具有碳的任何复杂分子.更特别地，碳源可以选自下组：醇、醛、葡萄糖、蔗糖、果糖、右旋糖(dextrose)、乳糖、木糖、戊糖、多元醇、己糖、乙醇和合成气.甚至更特别地，碳源可以是乙醇和/或合成气.在一个实例中，碳源可以是乙醇与至少一种选自下组的其它碳源组的组合：乙酸根、丙酸根、丁酸根、异丁酸根、戊酸根和己酸根.特别地，碳源可以是乙醇和乙酸根.在另一个实例中，碳源可以是丙酸和乙醇，乙酸根和乙醇，异丁酸和乙醇或丁酸和乙醇的组合。在一个实例中，乙醇是碳源，并且微生物可以是能够利用乙醇-羧酸根发酵途径产生至少一种羧酸的任何微生物.乙醇-羧酸根发酵途径至少在Seedorf，H.，等人，2008中有详细描述.所述生物体可以选自克氏梭菌(Clostridiumkluyveri)、carboxidivorans梭菌(C.carboxidivorans)、帕鲁斯梭菌(C.pharus)等组成的组.这些微生物包括在其野生型形式中不具有乙醇-羧化物发酵途径但是已经通过基因修饰而获得该性状的微生物.特别地，微生物可以是克氏梭菌.根据本专利技术任一方面的微生物可以是经基因修饰的微生物.所述经基因修饰的细胞或微生物可以在遗传上不同于野生型细胞或微生物.根据本专利技术任一方面的经基因修饰的微生物与野生型微生物之间的遗传差异可以是在经基因修饰的微生物中存在的而可能在野生型微生物中不存在的完整基因、氨基酸、核苷酸等.在一个实例中，根据本专利技术任一方面的经基因修饰的微生物可包含能使微生物产生至少一种羧酸的酶.相对于本专利技术的经基因修饰的微生物的野生型微生物可以没有或没有可检测到的使得经基因修饰的微生物产生至少一种羧酸的酶的活性。如本文所使用的，术语“经基因修饰的微生物”可以与术语“经基因修饰的细胞”互换使用.根据本专利技术任何方面的基因修饰是在微生物的细胞上实施的。如本文所使用的与细胞或微生物联合的短语“野生型”可以指具有在野生状态天然可见形式的基因组组成的细胞.该术语可以适用于全细胞和个体基因.因此术语“野生型”不包括这类细胞或这类基因，其中基因序列已经经由人使用重组方法而被至少部分的改变.本领域技术人员将能够使用本领域中已知的任何方法来基因修饰细胞或微生物。根据本专利技术任一方面，经基因修饰的细胞可以被基因修饰以便于在限定的时间间隔内，在2小时内，特别是在8小时或24小时内，其形成比野生型细胞至少两倍，特别是至少10倍，至少100倍，至少1000倍或至少10000倍更多的羧酸和/或各自的羧酸酯.产物形成的增加可以被确定，例如通过在相同的条件(相同的细胞密度，相同的营养培养基，相同的培养条件)下在适宜的营养培养基中分别培养根据本专利技术任何方面的细胞和野生型细胞特定的时间间隔，然后确定营养培养基中的目标产物(羧酸)的量.在一个实例中，微生物可以是表达选自E1至E10的至少一种酶的野生型生物体，其中E1是醇脱氢酶(adh)，E2是乙醛脱氢酶(aid)，E3是乙酰乙酰辅酶A硫解酶(th1)，E4是3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶(hbd)，E5是3-羟基丁酰-CoA脱水酶(crt)，E6是丁酰-CoA脱氢酶(bcd)，E7是电子转移黄素蛋白亚基(etf)，E8是辅酶A转移酶(cat)，E9是乙酸激酶(ack)和E10是磷酸转乙酰酶(pta)。特别地，根据本专利技术的任一方面的野生型微生物可以至少表达E2，E3和E4。甚至更特别地，根据本专利技术的任何方面的野生型微生物可以至少表达E4。在另一个实施例中，根据本专利技术任何方面的微生物可以是经基因修饰的生物体，其具有相对于选自E1至E10的至少一种酶的野生型微生物增加的表达，其中E1是醇脱氢酶(adh)，E2是乙醛脱氢酶(aid)，E3是乙酰乙酰基-辅酶A硫解酶(th1)，E4是3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶(hbd)，E5是3-羟丁酰辅酶A脱水酶(crt)，E6是丁酰辅酶A脱氢酶(bcd)，E7是电子转移黄素蛋白亚基(etf)，E8是辅酶A转移酶(cat)，E9是乙酸激酶(ack)并且E10是磷酸转乙酰酶(pta)。特别地，根据本专利技术的任一方面的基因修饰的本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产至少一种烷烃的方法，该方法包括：‑使用至少一种微生物从碳源产生至少一种羧酸，和‑对所述羧酸进行Kolbe电解反应以产生烷烃，其中所述烷烃包含至少6个碳原子，且所述羧酸包含至少4个碳原子，并且其中所述碳源选自下组：乙醇、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、异丁酸盐、戊酸盐、己酸盐及其组合，且所述微生物能够利用乙醇‑羧酸盐发酵产生羧酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 EP 14177491.91.生产至少一种烷烃的方法，该方法包括：-使用至少一种微生物从碳源产生至少一种羧酸，和-对所述羧酸进行Kolbe电解反应以产生烷烃，其中所述烷烃包含至少6个碳原子，且所述羧酸包含至少4个碳原子，并且其中所述碳源选自下组：乙醇、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、异丁酸盐、戊酸盐、己酸盐及其组合，且所述微生物能够利用乙醇-羧酸盐发酵产生羧酸。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物表达至少一种酶，所述酶选自由醇脱氢酶E1、乙醛脱氢酶E2、乙酰乙酰辅酶A硫解酶E3、3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶E4、3-羟丁酰辅酶A脱水酶E5、丁酰辅酶A脱氢酶E6、电子转移黄素蛋白亚基E7、辅酶A转移酶E8、乙酸激酶E9和磷酸转乙酰酶E10组成的组。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述微生物表达E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9和E10。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微生物选自克氏梭菌(Clostridiumkluyveri)和Carboxidivorans梭菌(C.Carboxidivorans)组成的组。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微生物表达氢化酶成熟蛋白和/或电子传递复合蛋白。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微生物是基因修饰的，并且所述基因修饰的微生物相对于野生型微生物，至少一种酶具有增加的表达，所述酶选自由E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9，E10，氢化酶成熟蛋白和/或电子传递复合蛋白组成的组。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基因修饰的微生物相对于野生型微生物，E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9和E10具有增加的表达。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷烃是支链或非支链的。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述烷烃和羧酸选自下组：(a)包含6个碳原子的烷烃和包含4个碳原子的羧酸；...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·哈斯，U·鲍尔曼，S·贝克，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE