醇生产方法技术

本发明专利技术涉及通过微生物发酵，尤其是对含CO底物的微生物发酵生产例如醇和酸的产物。它更具体地涉及用于提高通过微生物发酵生产产物的效率的方法和系统。在具体实施方案中，本发明专利技术提供一种控制底物供应从而使得优化所需代谢物的生产的方法。

Production method of alcohol

The invention relates to the fermentation of a microorganism, especially a product of alcohol and acid, by fermenting microbes containing a CO substrate. It is more specifically concerned with methods and systems for improving the efficiency of production of products through microbial fermentation. In a specific implementation scheme, the invention provides a method of controlling the supply of a substrate so as to optimize the production of the metabolite required.

【技术实现步骤摘要】
醇生产方法本申请为分案申请，其原申请的申请日为2010年7月2日，申请号为201080030113.6，名称为“醇生产方法”。
本专利技术主要涉及用于提高微生物生长的效率和通过对底物的微生物发酵来生产产品的效率的方法。更具体地，本专利技术涉及用于通过微生物发酵含一氧化碳的气态底物来生产醇，特别是乙醇的方法。在具体的实施方案中，本专利技术涉及优化底物供给以使得微生物发酵的整体效率增加的方法。
技术介绍
乙醇迅速地成为了世界上主要的富含氢的液体运输燃料。2005年全世界的乙醇消耗估计为122亿加仑。因为欧洲、日本、美国和一些发展中国家对乙醇的兴趣增加，已预计燃料乙醇工业的全球市场在未来会持续快速增长。例如，在美国，乙醇被用于生产E10——乙醇在汽油中的10％的混合物。在E10掺合物中，乙醇组分作为氧合剂起作用，提供燃烧的效率并且降低空气污染的产生。在巴西，乙醇作为混合在汽油中的氧合剂以及自身即可作为纯燃料满足了约30％的运输燃料需求。同样，在欧洲，关于温室气体(GHG)排放后果的环境问题已经成为刺激欧盟(EU)为成员国设置消费可持续运输燃料(例如生物质衍生的乙醇)的强制目标的动力。燃料乙醇的绝大部分是通过传统的基于酵母的发酵方法生产的，所述方法使用源自作物的碳水化合物(例如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉)作为主要的碳源。然而，这些碳水化合物原料储备的费用受到它们作为人类食物或动物食物的价值的影响，并且培养用于乙醇生产的淀粉或产蔗糖作物并不是在所有的地理区域中都是经济上可持续的。因此，需要发展将更低成本的和/或更充足的碳源转变为燃料乙醇的技术。CO是例如煤或者油和油衍生产品的有机材料不完全燃烧的主要的、富含能量的副产物。其他工业过程也导致一氧化碳的产生。报道称澳大利亚的钢铁工业每年产生并向大气中排放超过500,000吨CO。可使用催化方法将主要包含CO和/或CO和氢气(H2)的气体转变为多种燃料和化学制品。还可以使用微生物将这些气体转变为燃料和化学制品。这些生物学方法尽管通常比化学反应慢，但是比起催化方法来有一些优势，包括更高的特异性、更高的产率、更低的能量消耗和对中毒的更高抗性。微生物将CO作为唯一碳源而生长的能力于1903年被首次发现。后来确定这是使用乙酰辅酶A(乙酰CoA)自养生物化学途径(也被称作Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的特性。已证明包括一氧化碳营养生物、光合生物、产甲烷生物和产乙酸生物的大量厌氧生物将CO代谢为各种终产物，即CO2、H2、甲烷、正丁醇、乙酸和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这样的生物均产生至少两种这些终产物。已证明厌氧细菌(例如来自梭菌属(Clostridium)的那些厌氧细菌)通过乙酰CoA生物化学途径从CO、CO2和H2产生乙醇。例如，WO00/68407、EP117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO98/00558和WO02/08438中描述了从气体产生乙醇的多种扬氏梭菌(Clostridiumljunedahlii)菌株。还已知细菌Clostridiumautoethanogenumsp从气体产生乙醇(Abrinietal.,ArchivesofMicrobiology161,pp345-351(1994))。但是由微生物通过气体发酵进行的乙醇生产一般伴随着乙酸盐和/或乙酸副产物的共同产生。因为一些可用的碳被转变为乙酸盐/乙酸而不是乙醇，使用这样的发酵方法生产乙醇的效率可能低于所希望的。并且除非所述乙酸盐/乙酸副产品可被用于某些其他目的，否则还将产生废弃物处理的问题。乙酸盐/乙酸可被微生物转变为甲烷，因此可能会导致GHG排放。WO2007/117157、WO2008/115080和WO2009/022925的公开内容以引用的方式纳入本文，其描述了通过对含一氧化碳气体的厌氧发酵产生醇，尤其是乙醇的方法。WO2007/117157描述了通过含对一氧化碳气体的厌氧发酵产生醇，尤其是乙醇的方法。乙酸盐作为发酵过程的副产物被转变为氢气和二氧化碳气体，它们各自或者两者一起都能够用于厌氧发酵过程。WO2008/115080描述了在多个发酵阶段中生产醇的方法。在第一个生物反应器中因气体厌氧发酵产生的副产物能够用于在第二个生物反应器中生产产品。此外，第二发酵阶段的副产物可回收至第一个生物反应器生产产品。WO2009/022925公开了pH和ORP在通过发酵将包含CO的底物转化为诸如酸和醇的产物的过程中的作用。已知与依靠糖生长的微生物的通常生长速度相比，能够依靠含CO气体生长的微生物的生长速度较慢。从商业的角度来看，在发酵过程中微生物种群生长至足够高的细胞密度以使得可合成经济可行水平的产物所需要的时间是影响所述方法盈利情况的关键运营成本。增加培养物生长速度和/或生产力从而减少达到所需细胞密度和/或所需产品水平的所需时间的技术可以用于提高整个过程的商业可行性。在专用于从气体原料生产醇的发酵过程中，确保微生物生长和/或醇生产的合适条件可以成为保持最佳微生物生长和/或醇生产的关键。例如，如全文以引用方式纳入本文的PCT/NZ2010/000009所描述的，已认识到以最佳或接近最佳的水平和范围向微生物培养物提供底物能够获得最佳微生物生长和/或所需的代谢物产生。例如，如果提供的底物太少，微生物生长会变慢并且发酵产物主要是酸，例如乙酸盐，而太多的底物则可导致微生物生长不良和/或细胞死亡。由于CO的溶解性低，并且缺乏测量溶解的CO的准确方法，因此难以确定在具体条件下给定时间点时微生物培养物可利用多少CO。因此，难以确定在任意具体时间为转化为产物而向微生物培养物提供CO的最佳水平。本专利技术的一个目的是提供至少在某种程度上克服上述缺点，或者至少为大众提供可用选择的方法。
技术实现思路
在本专利技术的第一个广义方面中，提供一种优化对生物反应器的含CO底物供应的方法，其中用一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物对所述底物进行发酵以产生包含一种或多种醇和/或酸的产物，所述方法包括在第一时间点和第二时间点确定所述生物反应器中的酸水平，其中第一时间点和第二时间点之间的酸水平变化导致底物供应的变化。在具体实施方案中，所述第一和第二时间点之间酸水平的上升导致底物供应的增加。在具体实施方案中，所述第一和第二时间点之间酸水平的下降导致底物供应的减少。在本专利技术的第二个广义方面中，提供一种增加在生物反应器中由一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物对含CO底物进行发酵以产生包含酸和/或醇的产物的效率的方法，其中供应所述底物以使得所述反应器中的酸水平保持在预定阙值浓度之间。在具体实施方案中，所述底物供应响应酸水平变化而被自动控制。在具体实施方案中，酸水平保持在1-10g/L发酵液的预定阙值浓度之间。在具体实施方案中，酸水平保持在2-8g/L发酵液的预定阙值浓度之间。在具体实施方案中，酸水平是通过测量所述培养物的pH来确定。在具体实施方案中，所述发酵是连续的。在本专利技术的第三个广义方面中，提供一种确定最佳底物供应水平和/或范围的方法，所述方法包括以这样的水平或基本接近这样的水平向生物反应器中的一种或多种一氧化碳营养微生物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化含CO的底物的供应的方法，其中用一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物对所述底物进行发酵以产生包含产物的发酵液，所述产物包括一种或多种醇和酸，所述方法包括：a.确定所述培养物的所需的pH变化速率，其中所述所需的pH变化速率为在稳定状态条件下的pH变化速率；b.监测所述培养物中的pH变化速率；和c.响应于pH变化速率的变化而调节底物供应。

【技术特征摘要】
2009.07.02 US 61/222,920;2009.07.17 US 61/226,3411.一种优化含CO的底物的供应的方法，其中用一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物对所述底物进行发酵以产生包含产物的发酵液，所述产物包括一种或多种醇和酸，所述方法包括：a.确定所述培养物的所需的pH变化速率，其中所述所需的pH变化速率为在稳定状态条件下的pH变化速率；b.监测所述培养物中的pH变化速率；和c.响应于pH变化速率的变化而调节底物供应。2.权利要求1所述的方法，其中当pH下降快于预定的变化速率时，增加底物供...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·D·巴克，B·D·黑斯特拉，W·C·陈，C·D·米哈尔策，P·L·川，C·科莱特，J·C·布罗姆雷，B·阿尔西纳维，
申请(专利权)人：朗泽科技新西兰有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ