A method for anaerobic fermentation of a gaseous substrate to form a liquid product is provided. The method comprises: (a) introducing a gaseous substrate into a bioreactor, wherein the gaseous substrate comprises at least one of the following components: carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, (b) a bioreactor, wherein the fermentation liquid comprises at least two types of microorganisms, one type Including at least one fermentation species and another including at least one competitive species; (c) introducing at least one type of ion carrier into a reactor that is selective for preferentially inhibiting the growth of at least one competitive species and / or producing unwanted products; and (d) fermenting by exposing the gaseous substrate to at least one fermentation species to produce liquid products And a system for preparing liquid products.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用离子载体以控制气态底物发酵中的污染的方法及系统相关申请的交叉引用该专利申请要求于2016年12月22日提交的题为“MethodsAndSystemsUsingIonophoresToControlContaminationInFermentationOfGaseousSubstrates”的美国临时专利申请No.62/438,211的优先权权益，其通过引用整体并入本文。
技术介绍
乙醇是世界范围内生物燃料的主要来源，并因此，生物乙醇生产的新方法备受追捧。通常，生物燃料并且更具体地说是生物乙醇，是由来源于例如玉米、小麦和甘蔗的糖的发酵产生的。该方法是非常符合需要的，因为生物质的使用或转化是可再生且潜在可持续的能源生产来源。然而，由于与食品生产、可用土地和水的使用以及其他因素的竞争，易于发酵的碳水化合物是有限的。通过发酵碳水化合物(诸如葡萄糖和蔗糖)生产乙醇的高效替代方案是合成气体(合成气)发酵。合成气发酵是一种微生物过程，其中主要的碳源和能源从合成气提供。通常称为产乙酸菌，这些微生物体利用存在于合成气中的小化学结构单元，在还原性乙酰-CoA途径(Wood-Ljungdahl途径)中产生乙醇和/或乙酸。合成气通常来源于碳质材料的气化、来自厌氧发酵罐的天然气和/或沼气的重整、或来自各种工业方法。气体底物通常包括一氧化碳、氢和二氧化碳，并且通常含有其他组分，诸如水蒸汽、氮、甲烷、氨和硫化氢。合成气的发酵主要导致乙醇和乙酸形成。该过程需要大量的氢和一氧化碳。一氧化碳、二氧化碳和氢转化为乙醇和乙酸的配平化学方程式如下：
【技术保护点】
1.发酵气态底物以形成液体产物的方法，所述方法包括：/na.将所述气态底物引入至生物反应器中，在所述生物反应器中包含发酵液，所述发酵液包含发酵物种；/nb.将至少一种类型的离子载体引入至所述生物反应器中，所述离子载体对于最低限度地抑制所述发酵物种生长具有选择性；和/nc.使所述底物发酵以产生所述液体产物，其中所述气态底物是发酵产物的主要碳源。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
【国外来华专利技术】20161222 US 62/438,2111.发酵气态底物以形成液体产物的方法，所述方法包括：
a.将所述气态底物引入至生物反应器中，在所述生物反应器中包含发酵液，所述发酵液包含发酵物种；
b.将至少一种类型的离子载体引入至所述生物反应器中，所述离子载体对于最低限度地抑制所述发酵物种生长具有选择性；和
c.使所述底物发酵以产生所述液体产物，其中所述气态底物是发酵产物的主要碳源。
2.发酵气态底物以形成液体产物的方法，所述方法包括：
a.将所述气态底物引入至生物反应器中，所述气态底物包括以下成分中的至少一种：一氧化碳、二氧化碳和氢，所述生物反应器包含含发酵物种的发酵液；
b.将至少一种类型的离子载体引入至所述生物反应器中，所述离子载体对于最低限度地抑制所述发酵物种生长具有选择性；和
c.使所述气态底物发酵以产生所述液体产物，其中所述气态底物是发酵产物的主要碳源。
3.厌氧发酵气态底物以形成液体产物的方法，所述方法包括：
a.将所述气态底物引入至生物反应器中，在所述生物反应器中包含发酵液，所述发酵液含有至少两种类型的微生物体，一种类型包括至少一种发酵物种，并且另一种类型包括至少一种竞争物种；
b.将至少一种类型的离子载体引入至所述生物反应器中，所述离子载体对于优先抑制所述至少一种竞争物种生长和/或产生非所需的产物具有选择性；和
c.通过使所述底物暴露于所述至少一种发酵物种来进行发酵以产生所述液体产物，其中所述气态底物是发酵产物的主要碳源。
4.厌氧发酵气态底物以形成液体产物的方法，所述方法包括：
a.将所述气态底物引入至生物反应器中，所述气态底物包括以下成分中的至少一种：一氧化碳、二氧化碳和氢，
i.在所述生物反应器中包含发酵液，所述发酵液包含至少两种类型的微生物体，一种类型包括至少一种发酵物种，并且另一种类型包括至少一种竞争物种；
b.将至少一种类型的离子载体引入至所述反应器中，所述离子载体对于优先抑制至少一种竞争物种生长和/或产生非所需的产物具有选择性；和
c.通过使所述气态底物暴露于所述至少一种发酵物种来进行发酵以产生所述液体产物。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述竞争物种是污染物并且所述一种发酵物种是C1固定微生物体。
6.如权利要求4或5所述的方法，其还包括将培养基引入至所述生物反应器中。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述培养基包含以下成分中的一种或多种：至少一种维生素、至少一种矿物质和至少一种金属。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述培养基包含至少一种类型的维生素。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述至少一种类型的维生素包括经选择以增强所述至少一种发酵物种的生长的营养素。
10.如权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述培养基包含至少一种金属。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述金属包括以下中的一种或多种：锂、锰、钴、镍、铜、镓、砷、硒、铝、硅、磷、钼、锆、银、钯、锌、钨和镉。
12.如权利要求7-11中任一项所述的方法，其中所述培养基包含至少一种矿物质。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述矿物质包括以下的任何形式中的一种或多种：氮、钙、氯化物、铁、碘、钾、钼、镁、硫、磷和钠。
14.如权利要求5-13中任一项所述的方法，其中所述液体产物是至少一种醇、至少一种酸或它们的任意组合。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述液体产物是以下中的一种或多种：乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述液体产物是乙醇。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述液体产物是丁醇。
18.如权利要求5-17中任一项所述的方法，其中所述发酵液的pH是约1至约9。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述pH是约2至约9。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述pH是约3至约7。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述pH是约2至约6。
22.如权利要求1-21中任一项所述的方法，其还包括将碱引入至所述生物反应器中。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述碱包括氢氧根离子。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述碱包括一种或多种碱，其包括以下中的一种或多种：氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸氢锂、碳酸氢钠和碳酸氢钾。
25.如权利要求1-24中任一项所述的方法，其中所述气态底物是合成气。
26.如权利要求1-25中任一项所述的方法，其中所述气体底物的至少一部分从固体底物的气化来制备。
27.如权利要求26所述的方法，其中经气化的固体底物是以下中的一种或多种：生物质、煤、木屑或城市固体。
28.如权利要求1-27中任一项所述的方法，其中所述气体底物的至少一部分由重整气态前体制备。
29.如权利要求28所述的方法，其中蒸汽用于所述重整中。
30.如权利要求28所述的方法，其中氧用于所述重整中。
31.如权利要求28所述的方法，其中所述气态前体是甲烷。
32.如权利要求1-31中任一项所述的方法，其中所述气态底物的至少一部分由煤来制备。
33.如权利要求1-32中任一项所述的方法，其中在引入所述生物反应器中之前净化所述气态底物。
34.如权利要求33所述的方法，其中净化气态前体。
35.如权利要求1-34中任一项所述的方法，其中所述气态底物被部分氧化。
36.如权利要求1-35中任一项所述的方法，其中所述发酵物种是产乙酸菌、同型产乙酸菌或其组合。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述发酵物种包括以下中的一种或多种：瘤胃聚乙酸菌、潮湿厌氧醋菌、凯伍产醋菌、潮湿厌氧醋菌、阿拉伯糖醋盐杆菌、伍氏醋酸杆菌、甲醇醋酸杆菌、苹果酸醋酸杆菌、威氏醋酸杆菌、Acetobacteriumpsammolithicum、Acetobacteriumfimetarium、沼泽醋酸杆菌、冷醋酸杆菌、拜氏醋酸杆菌、长醋丝菌、巴奇嗜喊菌、类球布劳特氏菌、Blautiahydrogenotrophica、延长布劳特氏菌、申克氏布劳特氏菌、食甲基丁酸杆菌、地下卡拉菌、太平洋地下卡拉菌、生氢氧化碳嗜热菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌、产乙醇梭菌、食一氧化碳梭菌、克氏梭菌、艰难梭菌、德可氏梭菌、自养乙酸梭菌、乙二醇梭菌、杨氏梭菌、大梭菌、马犹姆贝梭菌、食甲氧基苯甲酸梭菌、巴氏梭菌、拉氏梭菌、粪味梭菌、热醋酸梭菌、乌尔蒂纳梭菌、库氏脱硫肠状菌、大肠埃希式菌、厌氧真杆菌、粘液真杆菌、Fuchsiellaalkaliacetigena、硫还原泥土杆菌、臭味全噬菌、乙酸甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌、穆氏穆尔氏菌、热醋穆尔氏菌、热自养穆尔氏菌、普氏产醋杆菌、产物消化链球菌、产物瘤胃球菌、少食鼠孢菌、球形鼠孢菌、丙二酸鼠孢菌、白蚁鼠孢菌、卵形鼠孢菌、产乙酸鼠孢菌、食酸鼠孢菌、Sporomusarhize、凯伍嗜热厌氧菌、棕色嗜热产醋菌和优果密螺旋体。
38.如权利要求1-37中任一项所述的方法，其中所述竞争物种包括以下中的一种或多种：瘤胃聚乙酸菌、潮湿厌氧醋菌、凯伍产醋菌、潮湿厌氧醋菌、阿拉伯糖醋盐杆菌、伍氏醋酸杆菌、甲醇醋酸杆菌、苹果酸醋酸杆菌、威氏醋酸杆菌、Acetobacteriumpsammolithicum、Acetobacteriumfimetarium、沼泽醋酸杆菌、冷醋酸杆菌、拜氏醋酸杆菌、长醋丝菌、巴奇嗜喊菌、类球布劳特氏菌、Blautiahydrogenotrophica、延长布劳特氏菌、申克氏布劳特氏菌、食甲基丁酸杆菌、地下卡拉菌、太平洋地下卡拉菌、生氢氧化碳嗜热菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌、产乙醇梭菌、食一氧化碳梭菌、克氏梭菌、艰难梭菌、德可氏梭菌、自养乙酸梭菌、乙二醇梭菌、杨氏梭菌、大梭菌、马犹姆贝梭菌、食甲氧基苯甲酸梭菌、巴氏梭菌、拉氏梭菌、粪味梭菌、热醋酸梭菌、乌尔蒂纳梭菌、库氏脱硫肠状菌、大肠埃希式菌、厌氧真杆菌、粘液真杆菌、Fuchsiellaalkaliacetigena、硫还原泥土杆菌、臭味全噬菌、乙酸甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌、穆氏穆尔氏菌、热醋穆尔氏菌、热自养穆尔氏菌、普氏产醋杆菌、产物消化链球菌、产物瘤胃球菌、少食鼠孢菌、球形鼠孢菌、丙二酸鼠孢菌、白蚁鼠孢菌、卵形鼠孢菌、产乙酸鼠孢菌、食酸鼠孢菌、Sporomusarhize、凯伍嗜热厌氧菌、棕色嗜热产醋菌和优果密螺旋体。
39.如权利要求1-38中任一项所述的方法，其中所述竞争物种使用钠梯度来进行腺苷三磷酸(ATP)产生，并且其中所述离子载体抑制所述钠梯度产生ATP。
40.如权利要求1-39中任一项所述的方法，其中所述发酵物种使用氢梯度进行ATP产生。
41.如权利要求1-40中任一项所述的方法，其中所述离子载体是抗生素。
42.如权利要求1-41中任一项所述的方法，其中所述离子载体是以下中的一种或多种：12-冠-4、15-冠-6、18-冠-6、二苯并-18-冠-6和二氮杂-18-冠-6、A23187、4-溴-A23187、阿拉霉素、白僵菌素、bapta(AM)、卡西霉素、色唑霉素、羰基氰化物间-氯苯基腙、CA1001、恩镰孢菌素、短杆菌肽A、蒜芦黎素、离子霉素、拉沙里菌素、莫能菌素、尼日利亚菌素、无活菌素、氨氯吡嗪脒甲基磺酸、盐霉素、泰乐菌素、ETH2120、ETH227、ETH157、2,3:11,12-双十氢化萘基-16-冠-5、DD-16-C-5、ETH4120、十二烷基甲基丙二酸双[(12-冠-4)甲酯]、双[(12-冠-4)甲基]2,2-双十二烷基丙二酸酯、4-叔-丁基杯[4]芳烃-四乙酸四乙酯、BME44和缬氨霉素。
43.如权利要求1-42中任一项所述的方法，其中所述离子载体被引入液体进料中。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述离子载体以小于约100mM的浓度存在于所述液体进料中。
45.如权利要求1-44中任一项所述的方法，其还包括将消泡剂引入至所述生物反应器中。
46.如权利要求1-45中任一项所述的方法，其中所述发酵液还含有水。
47.如权利要求1-46中任一项所述的方法，其中所述离子载体可溶于所述发酵液中。
48.如权利要求1-46中任一项所述的方法，其中所述离子载体固定于所述发酵液中和/或不可溶于所述发酵液中。
49.如权利要求1-48中任一项所述的方法，其中所述液体产物由所述发酵液内的微生物体产生以形成发酵混合物。
50.如权利要求51所述的方法，其中将所述发酵混合物的一部分从所述生物反应器排出，并且将所述液体产物与所述发酵液分离。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述分离通过蒸馏进行。
52.如权利要求51所述的方法，其中将所述发酵混合物进行处理。
53.如权利要求52所述的方法，其中所述处理包括离心以回收经固定和/或不可溶的离子载体。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述处理包括固体移除以回收离子载体。
55.如权利要求1-54中任一项所述的方法，其中引入所述离子载体是连续的。
56.如权利要求1-54中任一项所述的方法，其中引入所述离子载体是分段的。
57.如权利要求1-54中任一项所述的方法，其中引入所述离子载体是半-连续的。
58.如权利要求1-57中任一项所述的方法，其中引入所述气态底物是连续的。
59.如权利要求1-57中任一项所述的方法，其中引入所述气态底物是分段的。
60.如权利要求1-57中任一项所述的方法，其中引入所述气态底物是半-连续的。
61.如权利要求1-60中任一项所述的方法，其中所述离子载体被固定在多孔颗粒中。
62.如权利要求1-61所述的方法，其中通过使用所述离子载体和所述多孔颗粒之间的电子力进行所述固定。
63.用于发酵气态底物以形成液体产物的发酵系统，所述系统包括：
a.发酵容器；
技术研发人员：詹妮·B·泰瑞尔，
申请(专利权)人：赛纳塔生物有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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