采用微生物固定在其上的载体生产醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产醇的方法，根据该方法，将含糖流体(2)引入到反应区段(1)中，该反应区段包括微生物固定在其上的载体(4)，以便在所述微生物的作用下通过发酵产生富含醇的醪液(3)，其特征在于该方法连续进行，并且使得用过的载体的部分(41)周期性替换为新的和/或再生的载体的部分(46)。再生的载体的部分(46)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用微生物固定在其上的载体生产醇的方法


[0001]本专利技术涉及通过含糖流体的发酵生产醇的方法。

技术介绍

[0002]为了应对能源转型挑战，正在进行大量的研究以开发“绿色”方法，以替代石油精炼和/或石油化学的方式提供获得化学中间体的途径。
[0003]衍生自发酵过程的醇(例如异丙醇和正丁醇)是石油化学衍生物的最有前景的替代品之一。由属于梭菌(Clostridium)属的微生物进行的ABE(丙酮
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丁醇
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乙醇)发酵是最古老的工业化发酵之一，自那时以来得到了广泛研究。最近，产生异丙醇、丁醇和乙醇的混合物并且也由属于梭菌属的微生物进行的IBE(异丙醇
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丁醇
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乙醇)发酵已经成为许多研究的主题。
[0004]关于这类过程中采用的发酵方法，间歇生产仍然是ABE和IBE发酵的常规方法，但是这类过程表现出在0.1
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0.7g/L.h范围内的低生产率(参见，例如，Jones D.T.，Woods D.R.，1986，Acetone
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Butanol Fermentation Revisited.Microbio1.Rew.，50(4)，484
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524或Table 16.6Lopez
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Contreras A.et a1.chapter book 16，Bioalcohol Production：Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass，2010)。然而，这些生产率仍然太低，以至于无法设想经济上可行的工业过程。
[0005]还可以设想在均质反应器中用悬浮细胞进行的连续方法。然而，生产率也相对较低，并且不容易获得显著的提高。一个技术问题是发酵培养基中细胞的浓度，这主要由该过程中所用的稀释率控制。该稀释率不能太高，以避免发酵罐中的细胞“洗出”。由于这些原因，近年来对涉及微生物生物质的高保留的方法表现出极大的兴趣。存在两种方法：“细胞固定化”和通过膜过滤器保留的细胞“再循环”。本专利技术将主要关注细胞固定化技术。
[0006]已知用于连续方法的两种固定化技术：吸附在固体载体上和包埋(entrapment)，这两种技术均已在ABE生产的文献中进行了研究。
[0007]在第一种吸附在固体载体上的情况下，微生物物理吸附到固体表面上经由静电力、范德华力或通过细菌细胞膜与载体之间的共价键合而进行。由于微生物生物膜和发酵溶液之间没有物理屏障，因此可以根据固体载体、实施方式和操作条件实现固体载体的吸附程度、细胞脱附程度和再定殖(recolonization)程度之间的各种平衡。应注意的是，固定化细胞通常被微生物分泌的多糖(EPS：“胞外聚合物质”)包围，并且具有与细胞处于悬浮时所获得的那些不同的生长和生物活性机制(参见，例如，Halan B.，Buehler K.，Schmid A.，2012，Biofilms as living catalysts in continuous chemical syntheses，Trends in Biotechn01.，30(9)，453
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465)。
[0008]根据ABE发酵的文献，已经测试并证明了几种固体载体是有利的，所述固体载体包括木炭(参见，例如，Qureshi N.，Maddox I.S.，1987，Continuous solvent production from whey permeate using cells of Clostridium acetobutylicum immobilized by adsorption onto bonechar，Enzyme Microb.Techno1.，(9)，668
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371)、砖块(参见，例如，
Qureshi N.，Schripsema J.，Lienhardt J.，Blaschek H.P.，2000，Continuous solvent production by Clostridiumbeijerin ckii BA 101immobilized by adsorption onto brick，World Journal of Microbiology&Biotechnology，(16)，377
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382)、和纸浆(参见，例如，Survase S.A.，van Heiningen A.，T.，2012，Continuous bio
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catalytic conversion of sugar mixture to acetone
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butanol
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ethanol by immobilized Clostridium acetobutylicum DSM 792，Appl.Microbiol.Biotechno1.，(93)，2309
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2316)。但是，这样的固体载体不是合成的，并且可能引起发酵过程的重现性的主要问题。
[0009]在第二种包封类型(即通过包埋固定化)的情况下，将微生物引入多孔基质内，以防止它们扩散到外部培养基中，同时允许载体和营养物以及反应产物的传质。使用包封包埋技术的载体的示例包括海藻酸盐珠粒(参见，例如，Mollah A.H.，Stuckey D.C.，1993，Maximizing the production of acetone
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butanol in alginate bead fluidized bed reactor using Clostridium acetobutylicum，J.Chem.Tech.Tech.Biotechnol.，(56)，83
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89)，和k
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角叉菜胶珠粒(参见，例如，Godia F.，Howard I.，Scott D.，Davison B.H.，1990，Use of immobilized microbial membrane fragments to remove oxygen and favor the acetone
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butanol fermentation，Biotechnol.Prog.，1990，210
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213)。
[0010]专利FR
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3 086 670中还提出了一种方法，其中至少一部分细菌生物质通过以生物膜形式吸附在基于聚氨酯泡沫类型聚合物泡沫的多孔材料上而固定在发酵反应器中。这种材料被证明是特别有效的，允许连续发酵过程，泡沫使得可以以足够显著的方式(即超出导致细胞洗出(wash
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out)的稀释率)固定细菌。这种材料开辟了用于生产IBEA类型混合物的新途径，同时还提供了通过细菌生物质的固定化以连续模式进行生产的途径。
[0011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】1.一种生产醇的方法，根据所述方法将含糖流体(2)引入到反应区段(1)中，所述反应区段包括微生物固定在其上的载体(4)，以便在所述微生物的作用下通过发酵产生富含醇的醪液(3)，其特征在于，所述方法连续进行，其特征在于，用新的和/或再生的载体的部分(46)周期性替换用过的载体的部分(41)。2.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述微生物以生物膜或聚集体的形式固定在所述载体(4)上，所述载体是多孔的。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述载体(4)包括在所述反应区段(1)中的所述含糖流体(2)的总体流动方向上连续地布置的多个载体部分，并且其特征在于，所述部分具有从上游到下游减小的劣化程度。4.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，用置于所述载体的最下游部分的下游的新的和/或再生的载体的部分(46)替换在所述载体(4)中最上游的用过的载体的部分(41)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述载体(4)包括松散多孔固体材料块，特别是基于聚合物泡沫或陶瓷材料泡沫，所述松散多孔固体材料块浸入在浸浴所述反应区段的液体反应培养基中，并且所述松散多孔固体材料块通过机械装置保持在所述反应区段中，所述机械装置是网状的，例如筛或网，和/或以导流器(8)的形式。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应区段包括反应器(1)，并且其特征在于，所述载体包括多个层(41、42、43、44、45)，所述含糖流体(2)连续地穿过所述层，所述用过的载体的部分(41)和所述新的和/或再生的载体的部分(46)各自对应于所述载体的层，从所述反应器取出的用过的载体的部分是所述载体的最上游的层并且新的或再生的载体的部分在所述载体的最下游层的下游引入到所述反应器中。7.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述新的和/或再生的载体的部分/层(46)以松散材料块的形式引入到所述反应器中，以固体形式，特别是通过气动装置或机械装置如蜗杆引入，或以在液相中，特别是悬浮在供应所述反应区段的含糖流体中的形式引入。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述载体的用过的部分/层(41)以在液相中的形式从反应器中取出，特别是以悬浮在离开反应器的发酵醪液的液相中的形式从反应器中取出。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在底物的末端之一处取出用过的底物的部分/层(41)，并在其相对的末端处用新的和/或再生的底物的部分/层(46)替换所述用过的底物的部分/层，相对于所述反应区段中的所述含糖流体(2)的流动方向逆流进行。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应器(1)基本上竖直取向，其中：
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或者所述含糖流体(2)在所述反应器中从顶部流向底部，并且所述载体(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：