生物转化的过程控制制造技术

提供用于增强生物过程的控制方法，其中所述生物过程将气态底物转化成诸如乙醇的有用的最终产物。方法包括在底物添加速率下提供含有CO和CO2中的一种或多种的气态底物至生物反应器。被提供至生物反应器的产乙酸细菌在发酵液中发酵该气态底物。该方法包括测定发酵液中羧酸和/或羧酸盐的浓度。控制算法使用这些浓度以调整气态底物添加速率。度以调整气态底物添加速率。度以调整气态底物添加速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物转化的过程控制
[0001]本申请要求于2020年1月16日提交的美国临时申请号62/961,743的权益，其通过引用以其全文并入本文。


[0002]提供一种用于包括一氧化碳的气态底物的生物转化的方法。更具体地，该方法包括控制气态底物的生物转化，其通过使用羧酸和/或羧酸盐的浓度来控制气态底物添加速率。

技术介绍

[0003]一氧化碳的生成发生自自然过程以及工业过程，包括诸如煤、石油和天然气的化石燃料的燃烧。部分由于工业过程的原因，向大气的碳排放持续增加。
[0004]发酵控制通常基于手动测量，并且基于这些测量的结果进行调整。这些手动过程在测量和调整之间具有一定量的延迟时间，其可导致较低效率的发酵。此外，使用更自动化的控制策略可提供更精确的控制，提供更快的反应时间以及减少人工成本。
[0005]鉴于所产生的大量一氧化碳(CO)，需要可以有效利用一氧化碳的细菌发酵系统。

技术实现思路

[0006]一种方法包括在底物添加速率下将包含CO的气态底物提供到生物反应器。被提供到生物反应器的产乙酸细菌在发酵液中发酵该气态底物。该方法包括测定发酵液中的A
M
浓度，其中A
M
是羧酸和羧酸盐的浓度。控制算法使用A
M
来调整该气态底物添加速率。
附图说明
[0007]为了可以详细理解本公开的以上描述特征的方式，可通过参考实施方案对上文简述的本公开进行更详细的描述，其中一些实施方案在附图中示意。然而，应注意所述附图仅示出本公开的典型实施方案，且因此不应视为其范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实施方案。
[0008]图1示意了一个生物反应器系统。
[0009]图2以图形方式比较了在自动控制方法中与非自动控制方法中的乙醇STY值。
[0010]图3以图形方式比较了在自动控制方法中与非自动控制方法中的细胞密度值。
[0011]图4是提供过程控制方法的总体概述的流程图。
[0012]图5是描述用于酸控制器的过程控制方法的流程图。
[0013]图6是描述用于酸控制器的过程控制方法的另一方面的流程图。
[0014]图7是描述用于气流控制器的过程控制方法的流程图。
[0015]图8是描述用于气流控制器的过程控制方法的另一方面的流程图。
具体实施方式
[0016]以下描述不应被视为限制性意义，而是仅出于描述示例性实施方案的一般原理的目的而进行。本公开的范围应参考权利要求而确定。
[0017]定义除非另有定义，本公开的整个此说明书所使用的以下术语定义如下，且可包括以下所限定的单数或复数形式的定义：修饰任何量的术语“大约”指在真实世界条件中，例如，在实验室中、在试验工厂中或在生产设施中所遭遇的量的变化。例如，混合物或数量中采用的成分的量或测量值当用“大约”修饰时，包括在生产工厂或实验室中的实验条件中测量所典型采用的变化和谨慎程度。例如，产物的组分的量当用“大约”修饰时，包括在工厂或实验室中在多个实验中批次之间的变化以及在该分析方法中固有的变化。无论是否用“大约”修饰，量包括这些量的等同的量。本文所述且用“大约”修饰的任何数量也可以如同该量未被“大约”修饰地在本公开中采用。
[0018]术语“发酵罐”包括由一个或多个容器和/或塔或管路配置组成的发酵装置/生物反应器，其包括间歇反应器、半间歇反应器、连续反应器、连续搅拌槽反应器(CSTR)、鼓泡塔反应器、外循环环流反应器、内循环环流反应器、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)、气升反应器、膜反应器诸如中空纤维膜生物反应器(HFMBR)、静态混合器、气升发酵罐或者适用于气
‑
液接触的其它容器或其它装置。
[0019]术语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等等是旨在涵盖该过程的生长期和产物生物合成期二者。在一个方面，发酵指CO转化成羧酸。在另一个方面，发酵指CO转化成醇，在还一个方面，发酵指CO转化成醇和羧酸。
[0020]术语“细胞密度”指每单位体积发酵液的微生物细胞质量，例如，克/升。
[0021]如本文所用，生产率以STY表示。在这方面，生产率STY(空时收率)可以醇STY表示，克乙醇/(升*天)。
[0022]如本文所用，“含氧含烃化合物(oxygenated hydrocarbonaceous compounds)”可包括含碳、H2和氧的化合物，例如乙醇和丁醇。
[0023]在一个方面，该系统可包括被配置成接收气态底物的一个或多个生物反应器。所述一个或多个生物反应器可包括发酵液，其包括产乙酸细菌和发酵培养基。发酵控制系统可包括配置成从该生物反应器分离发酵液样品的采样设备，以及配置成分析该分离样品的分析仪。该系统可包括控制器，其被配置成至少部分基于通过该分析仪测定的羧酸和羧酸盐的浓度来控制气态底物添加速率。
[0024]进一步的方面涉及包括非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品，该非暂时性计算机可读介质具有在其上实施的计算机程序。这些计算机程序包括指令，用于使处理器进行执行本文所述的控制方法所需的步骤。这些方法包括接收被输入到控制器的信息，所述控制器被配置成控制气态底物添加速率。以这种方式接收和输入的信息包括从分析仪接收的信息，所述分析仪被配置成分析来自生物反应器的样品。
[0025]用于气态底物的转化的生物反应器系统所述方法可利用生物反应器系统，比如在均于2019年8月2日提交的美国序列号16/530,481和16/530,502、于2012年5月15日提交的美国序列号13/471,858、于2012年5月
15日提交并于2018年5月22日颁布为美国专利号 9,976,158的美国序列号 13/471,827以及于2012年5月16日提交并于2013年11月26日颁布为美国专利号8,592,19的美国序列号13/473,16(其全部通过引用并入本文)中描述的那些。
[0026]生物反应器系统的一个方面在图1中示出。该系统可包括生物反应器101，其适应于发酵通过气态底物添加管线103提供的气态底物。该系统允许废气通过废气排放管线105从生物反应器101排出。可从营养物供应罐107给生物反应器101提供营养物。
[0027]如图1中进一步示出，发酵液可通过发酵液抽出管线133从生物反应器101移除，并被供应至微过滤或超过滤115。来自微过滤或超过滤115的至少一部分细胞可通过细胞返回管线133返回到生物反应器101。渗透物可通过渗透物管线117从微过滤或超过滤115输送至蒸馏进料罐119，且然后到蒸馏塔121。蒸馏塔121提供蒸馏产物135以及水(蒸馏底残液)。水(蒸馏底残液)可通过水返回管线123返回到该生物反应器101。
[0028]在一个方面，可以通过酸控制装置125分析来自渗透物管线117的渗透物。该酸控制装置125可提供信号(显示为虚线信号线127)到气流控制器129。<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】1.一种方法，包含：在底物添加速率下将含有CO的气态底物提供至生物反应器；将产乙酸细菌提供至生物反应器；在发酵液中发酵该气态底物；测定该发酵液中的A
M
浓度，其中A
M
是羧酸和羧酸盐的浓度；以及在控制算法中使用A
M
以调整该气态底物添加速率。2.根据权利要求1所述的方法，其中该控制算法包含根据式I
term = E
int
/I确定I
term
，其中I是常数，其中E
int = (前一E
int
) + (A
M
–
A
T
) *dt，其中dt是在测定渗透物中的A
M
之间的时间间隔，其中前一E
int
及E
int
是在时间间隔dt开始和结束时的值。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制算法包含根据式P
term = (A
M
–
A
T
)*P确定P
term
，其中A
T
是羧酸和羧酸盐的目标浓度，以及P是常数。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制算法还包含根据式E
int = (前一E
int
) + (A
M
–
A
T
) *dt确定E
int
，其中dt是在测定渗透物中的A
M
之间的时间间隔，其中前一E
int
和E
int
是在时间间隔dt开始和结束时的值；根据式 I
term = E
int
/I确定 I
term
，其中I是常数；以及根据式：控制器
输出 = P
term + I
term
确定控制器
输出
。5.根据权利要求2所述的方法，其中I=100至10,000。6.根据权利要求3所述的方法，其中P = 0至50。7.根据权利要求1所述的方法，其中渗透物从该发酵液形成，并且测量该渗透物中的羧酸。8.根据权利要求1所述的方法，其中羧酸的浓度通过选自近红外光谱(NIR)、气相色谱、高压液相色谱、质谱及它们的组合的分析技术来测量。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法提供至少大约100 g乙醇/(L
·
天)的STY。10.根据权利要求1所述的方法，其中测定发酵液中的A
M 浓度并且在控制算法中使用A
M
来调整气态底物添加速率在少于30分钟内完成。11.根据权利要求1所述方法，其中所述产乙酸细菌选自梭菌属细菌(Clostridium bacteria)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌P262(Clostridium acetobutylicum P262)(德国DSMZ的DSM 19630)、自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 19630)、自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 10061)、自产乙醇梭菌(Clostridium autoethano...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：巨鹏生物香港有限公司，
类型：发明
国别省市：