维持培养物的存活力的方法技术

本发明专利技术涉及在底物限制供应期间维持微生物培养物的方法。按照本发明专利技术的所述方法，通过将包含一氧化碳营养菌的微生物培养物的温度保持在最佳操作温度以下可以在底物限制供应期间维持所述微生物培养物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一般地，本专利技术涉及通过气态底物上的微生物发酵提高微生物生长和产品生产的效率的方法。更具体地，本专利技术涉及在包含CO的底物流变得有限之前、期间和/或之后通过微生物发酵生产产品(如醇)的方法。在特定的实施方式中，本专利技术涉及在包含CO的有限底物期间维持微生物培养物的存活力的方法。
技术介绍
乙醇正迅速成为世界各地主要的富氢液体运送用燃料。2005年乙醇的全球消费量估计为122亿加仑。由于欧洲、日本、美国和一些发展中国家对乙醇的兴趣增加，燃料乙醇产业的全球市场也预计将在未来继续大幅增长。例如，在美国，乙醇用于生产ElO (在汽油中加入10%乙醇的调和物)。在ElO调和物中，乙醇成分作为充氧剂，提高燃烧效率并减少空气污染物的产生。在巴西，乙醇既作为混入汽油的充氧剂又作为独自的纯燃料，满足约30%的运送用燃料的需求。此外，在欧洲，围绕温室气体(GHG)排放后果的环境问题一直刺激欧洲联盟(EU)为成员国设定可持续的运送用燃料(如生物质乙醇)的强制消费目标。绝大多数的燃料乙醇通过传统的利用从农作物中取得的碳水化合物(如从甘蔗中提取的蔗糖或从谷类作物中提取的淀粉)作为主要碳源的基于酵母发酵的过程进行生产。然而，这些碳水化合物原料的成本受其作为人类食品或动物饲料的价值的影响，而且用于乙醇生产的淀粉或蔗糖生产作物的栽培不是在所有地区都是经济上可持续发展的。因此，开发将更低成本和/或更丰富的碳资源转化成燃料乙醇的技术是非常有意义的。CO是有机材料(如煤或石油及石油衍生产品)不完全燃烧的主要游离高能副产品。例如，据报道，澳大利亚的钢铁行业每年生产并释放超过50万公吨CO到大气中。可以利用催化过程将主要由CO和/或CO和氢气(H2)组成的气体转化成各种燃料和化学品。也可以利用微生物将这类气体转化为燃料和化学品。虽然这些生物过程通常比化学反应慢，相比催化过程，它们却有几个优势，包括更高的特异性、更高的产量、更低的能源成本和更大的抗毒性。微生物将CO作为唯一的碳源在其上生长的能力于1903年首次被发现。这后来被确定为利用自养生长的乙酰辅酶A (乙酰CoA)生化途径(也称Woods-Ljimgdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰辅酶A合酶(C0DH/ACQ途径)的生物体的特性。大量的厌氧生物体 (包括一氧化碳营养生物体、光合生物体、产甲烷生物体和产乙酸生物体)已被证明将CO代谢为各种最终产品，即C02、H2、甲烷、正丁醇、乙酸盐和乙醇。当利用CO作为碳源时，所有这些生物体产生这些最终产品中的至少两个。厌氧细菌(如那些来自梭状芽孢杆菌属的细菌)已被证实通过乙酰CoA生化途径从 CO、CO2 和 H2 生产乙醇。例如，WO 00/68407,EP 117309、专利号为 5，173，429、5，593，886 和6，368，819的美国专利、WO 98/00558和WO 02/08438中描述了从气体生产乙醇的不同的扬氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株。^lifClostridium autoethanogenum sp 也已知从气体生产乙醇(Abrini 等人，Archives of Microbiology 161,pp 345-351(1994))。然而，由微生物通过气体发酵生产乙醇总是伴随着副产物乙酸盐和/或乙酸的产生。由于一些现有的碳转化成乙酸盐和/或乙酸而非乙醇，利用这种发酵过程生产乙醇的效率或许不甚理想。此外，除非所述乙酸盐/乙酸副产品可用于某种其他目的，否则，这可以构成垃圾处理问题。乙酸盐/乙酸由微生物转化为甲烷，因此有可能加剧GHG排放。一些已知与微生物利用一氧化碳作为其唯一碳源和能源的能力相关的酶据知其活性需要金属辅助因子。其活性需要金属辅助因子结合的主要的酶的例子包含一氧化碳脱氢酶(CODH)和乙酰辅酶A合酶(ACS)。W02007/117157和W02008/115080，其披露内容以引用的方式并入本文，描述了通过包含一氧化碳的气体的厌氧发酵生产醇，特别是乙醇的方法。W02007/117157描述的作为发酵过程的副产品生产的乙酸盐被转化成氢气和二氧化碳气体，其一或两者都可用于厌氧发酵过程。将包含CO的气态底物发酵以生产酸和醇等产品通常有利于产酸。通过本领域已知的方法，如 W02007/117157、W02008/115080、W02009/022925 和 W02009/064200 (其以引用的方式完全并入本文)中所述的方法能够提高醇的生产率。为了维持一个或多个一氧化碳营养菌(如产乙酸菌)的存活力，微生物培养物必须得到包含足够CO量的基本上连续的底物流。相应地，如果微生物培养物没有得到足够的 CO(或量，所述培养物可能恶化并最终死亡。例如，不足的CO供应期间，如存储、底物限制供应或培养物/接种物转移期间，微生物培养物会迅速耗尽可用的C0，存活力会恶化。W02009/114127提供了一种在底物限制供应期间维持微生物存活力的方法。不过， 所述方法包括向生物反应器中加入C02，其中大量的乙醇被转化成乙酸盐，导致pH值降低。 这种影响需要抵消，以防止多余的分子乙酸产生抑制。本专利技术的目的是提供一种至少有助于克服上述缺点的方法，或者至少为公众提供一个有用的选择。专利技术概述在本专利技术的一特定方面，提供了一种维持一氧化碳营养菌的微生物培养物的存活力的方法，其中包含CO的底物有限或不可用，所述方法包括保持所述培养物在低于所述微生物培养物的生长和/或产品生产的最佳操作温度的温度下或者在低于所述微生物培养物的生长和/或产品生产的最佳操作温度的温度范围内的步骤。在特定的实施方式中，所述微生物培养物悬浮在液体营养培养基中。当可用来维持所述微生物培养物的生长和/或代谢物的生产的CO不足时，认为底物是限制性的。例如，在连续培养中，当稳态生长不能维持时，认为底物是限制性的。通常情况下，微生物培养物消耗所述包含CO的底物的速率为至少0. lmmol/g微生物细胞 /min、至少 0. 2mmol/g/min、至少 0. 3mmol/g/min、至少 0. 4mmol/g/min 或者至少 0. 5mm0l/g/min。就这点而论，在特定的实施方式中，如果少于至少0. lmmol/g微生物细胞 /min、至少 0. 2mmol/g/min、至少 0. 3mmol/g/min、至少 0. 4mmol/g/min 或至少 0. 5mmol/g/ min可用于所述微生物培养物，所述包含CO的底物便是限制性的。底物的限制性通常与微生物的生长停止或放缓有关。在本专利技术的某些实施方式中，所述微生物培养物的温度降低到低于所述微生物培养物的最佳操作温度至少5°、至少10°、至少15°、至少20°、至少25°或至少30°。本领域的技术人员一旦考虑到本文的披露内容便会理解一氧化碳营养菌的最佳操作温度。不过，举例来说，Clostridium autoethanogenum的最佳操作温度为37°C。就这点而论，在本专利技术的特定实施方式中，所述微生物培养物的温度降至低于32°C、低于30°C、低于25°C、低于20°C、低于15°C、低于10°C或低于5°C。在本专利技术的特定实施方式中，所述微生物培养物的温度可以通过直接或间接冷却所述液体营本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种维持一氧化碳营养菌的微生物培养物的存活力的方法，其中包含ＣＯ的底物有限或不可用，所述方法包括保持所述培养物的温度基本上低于所述培养物的最佳操作温度或在低于所述培养物的最佳操作温度的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·丹尼斯·辛普森，C·科利特，B·艾尔辛那维，
申请(专利权)人：兰扎泰克新西兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ