温室气体改进发酵制造技术

本发明专利技术涉及一种培养能够利用有机原料的微生物的方法，所述方法包括以下步骤：(i)在一个或多个生物反应器(1)中培养微生物；(ii)从一个或多个生物反应器(1)中捕获CO2并在还原单元(3)中将CO2还原为有机原料；(iii)将至少一部分来自还原单元(3)的有机原料进料到一个或多个生物反应器(1)中。或多个生物反应器(1)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】温室气体改进发酵


[0001]本专利技术涉及一种培养能够利用有机原料的微生物的方法。根据另一方面，本专利技术涉及一种用于培养能够利用有机原料的微生物的系统。

技术介绍

[0002]微生物被大规模用于微生物本身或通过微生物产生的代谢物的工业生产。这些工业发酵过程和工厂或生物精炼厂中的侧翼操作是能源密集型的，并且由于能源使用和微生物本身的新陈代谢会排放CO2。鉴于气候变化，迫切需要减少CO2排放或不排放CO2甚至负CO2排放的工业发酵过程。
具体实施方式
[0003]根据第一方面，本专利技术涉及一种培养能够利用有机原料的微生物的方法，所述方法包括以下步骤：
[0004](i)在一个或多个生物反应器(1)中培养微生物；
[0005](ii)从一个或多个生物反应器(1)，优选在捕获单元(2)中捕获CO2，并优选在还原单元(3)中将CO2还原为有机原料；和
[0006](iii)将至少一部分优选来自还原单元(3)的有机原料进料到一个或多个生物反应器(1)中，优选将至少一部分来自还原单元(3)的有机原料进料到一个或多个生物反应器中。
[0007]本专利技术人发现本专利技术提供减少CO2排放或甚至不排放CO2的微生物培养。此外，通过将有机原料加到一个或多个生物反应器中，可以减少用于微生物生长的碳底物，即糖、乙醇、甘油、寡糖、多糖、油或糖醇。这表示每个使用的糖的生物质产量增加，这提供改进的生产过程。
[0008]在本上下文中使用的“生物反应器”是适合于在存在或不存在氧气的情况下受控培养微生物的发酵容器。
[0009]“CO2捕获单元”是适用于从一个或多个生物反应器(1)的废气中捕获CO2的物理工具。
[0010]CO2还原单元是适用于将CO2还原为有机原料的物理工具，如装置或设备。
[0011]在本文中使用的能够利用有机原料的微生物是指可以同化有机原料的微生物。
[0012]在本上下文中使用的“有机原料”是通过还原CO2产生的含碳原材料。优选地，本专利技术的有机原料可衍生自CO2。更优选地，本专利技术的有机原料可使用CO2的电化学还原、CO2的微生物还原、转化CO2的酶促过程或有机合成过程衍生自CO2。或者，如在本上下文中使用的有机原料可定义为CO2衍生的能量载体。优选地，引入到一个或多个生物反应器中的有机原料的量小于进入一个或多个生物反应器的底物的量。
[0013]在一个优选的实施方案中，本专利技术的有机原料或CO2衍生的能量载体选自甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)、1
‑
丙醇(CH3CH2CH2OH)、甲烷(CH4)、乙酸
(CH3COOH)和一氧化碳(CO)。更优选地，本专利技术的有机原料是甲酸。使用甲酸的优点是可以有效地从CO2生产甲酸，并且微生物可以利用甲酸。微生物可以固有地利用甲酸，或可以将微生物改造为能够利用甲酸。因此，本专利技术的微生物优选能够利用甲酸。
[0014]在一个优选的实施方案中，本专利技术的有机原料不是甲酸盐。甲酸盐的缺点是甲酸盐是需要用阳离子平衡的阴离子，阳离子需要经由滴定来提供。随后在发酵中，甲酸的吸收导致需要反滴定以平衡阳离子。结果，盐将作为副产物产生，出于经济和环境原因，这是非常不希望的。
[0015]在本上下文中使用的“培养微生物”包括生物质的生产和/或感兴趣的化合物的生产，感兴趣的化合物如细胞外代谢物和/或细胞内代谢物，包括复杂的化合物，例如酶、脂质、多糖、维生素和抗生素。
[0016]优选地，发酵是工业规模的。更优选地，一个或多个生物反应器(1)各自具有超过10升，更优选地超过100升，甚至更优选地超过1000升，最优选地超过10.000升的体积。
[0017]在一个或多个生物反应器(1)中培养微生物的步骤(i)可以是厌氧发酵和/或需氧发酵。
[0018]从一个或多个生物反应器(1)中捕获CO2并在还原单元(3)中将CO2还原为有机原料的步骤(ii)是指从一个或多个生物反应器(1)的废气中捕获CO2和将捕获的CO2还原为有机原料。在还原单元(3)中捕获CO2并将其还原为有机原料可以通过已知的方法和设备进行。优选地，CO2的还原是CO2的电化学还原。或者，在还原单元(3)中将CO2还原为有机原料是CO2的光电化学还原、CO2的酶促还原或CO2的微生物还原。US2012/0228147中公开用于将CO2还原为甲酸的电化学方法的实例。
[0019]在一个优选的实施方案中，一个或多个生物反应器的废气包含的CO2浓度超过50％，优选地超过55％，优选地超过60％，优选地超过65％，优选地超过70％，优选地超过75％，优选地超过80％，优选地超过85％，优选地超过90％，优选地超过95％。或者，废气包含的CO2浓度小于50％，优选小于40％，优选小于30％，优选小于20％，优选小于10％，优选小于5％。优选地，一个或多个生物反应器的废气包含大于90％的CO2浓度，并且来自一个或多个其他生物反应器的废气包含小于10％的CO2浓度。例如，厌氧过程提供的废气具有非常高的CO2浓度，而需氧过程提供的废气的CO2浓度很低。
[0020]将来自还原单元的至少一部分有机原料进料到一个或多个生物反应器(1)的步骤(iii)包括从还原单元(3)进料至少10％(w/w)的有机原料。更优选地，从还原单元(3)进料至少20％(w/w)、至少30％(w/w)、至少40％(w/w)、至少50％(w/w)、至少60％(w/w)、至少70％(w/w)、至少80％(w/w)、至少90％(w/w)、至少95％(w/w)或至少99％(w/w)的有机原料到生物反应器(1)。更优选地，100％的形成的有机原料被进料到一个或多个生物反应器(1)中。有利地，本专利技术的方法可以被优化，因为从CO2还原的有机原料的量与可用于共同进料到生物反应器中的有机原料的量相匹配。这提供一种减少二氧化碳排放的改进方法，并且可以以更低的成本实施，因为还原二氧化碳所需的设备可以更小。另一方面，考虑到碳定价，将所有形成的CO2还原为有机原料可能是有利的。任何多余的有机原料，即不能共同加入生物反应器(1)的原料，可用于其他商业目的。因此，本专利技术的方法可包括收集形成的有机原料并对其进行包装和/或运输的步骤。
[0021]在优选的实施方案中，本专利技术的方法使用两个或至少两个生物反应器，更优选三
个或至少三个生物反应器，最优选四个或至少四个生物反应器。生物反应器可以发酵相同的微生物，或每个生物反应器可以发酵不同类型的微生物。例如，在使用两个生物反应器的情况下，可以发酵相同的微生物，但也可以发酵两种不同类型的微生物。组合不同类型的微生物的优点是可以选择有效利用彼此废物流的组合。或者，不同的微生物可以使用从CO2中还原的不同类型的有机原料，因为一种微生物可能比另一种微生物更好地利用一种类型的有机原料。这种灵活性增加本专利技术的适用性。
[0022]在一个优选的实施方案中，本专利技术的微生物选自酵母、丝状真菌、细菌和藻类。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种培养能够利用有机原料的微生物的方法，所述方法包括以下步骤：(i)在一个或多个生物反应器(1)中培养微生物；(ii)从所述一个或多个生物反应器(1)捕获CO2并在还原单元(3)中将CO2还原为有机原料；和(iii)将至少一部分来自所述还原单元(3)的有机原料进料到所述一个或多个生物反应器(1)中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机原料选自甲酸、甲醇、乙烯、乙醇、1
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丙醇、甲烷、乙酸和一氧化碳。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述有机原料是甲酸。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酵母、丝状真菌、细菌和异养藻类。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：(iv)在电解单元(4)中将水电解成H2和O2，并将至少一部分H2进料到所述还原单元(3)中以将CO2还原为所述有机原料。6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：(v)将至少一部分O2进料到所述一个或多个生物反应器(1)中。7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，所述方法还包括以下步骤：(v)将至少一部分H2进料到所述一个或多个生物反应器(1)中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中能够利用有机原料的微生物包含至少一种编码感兴趣的化合物的多核苷酸或至少一种编码参与通过细胞产生感兴趣的化合物的化合物的多核苷酸。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括监测所述发酵过程，所述发酵过程包括以下步骤：(vi)选择所述发酵过程的至少一个过程参数，在所述发酵过程的进程期间为其确定当前测量值；(vii)将所述至少一个所选过程参数的相应当前测量值与由所述过程模型为该至少一个过程参数评估的模型参数的相应评估值进行比较；(viii)将所述至少一个所选过程参数的所述相应的当前测量值与相应评估值之间的方差与预定阈值进行比较；和(ix)当所述方差超过所述预定阈值时，改变所述过程模型中采用的至少一个定义的模型参数：其中执行具有相应改变的模型参数的步骤(vii)至(ix)，直到将所述方差位于所述预定阈值以下；和任选地其中在步骤(vii)至(ix)的预定重复次数之后所述阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨德里克，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：发明
国别省市：