得自梭菌属的发酵终产物的制备制造技术

在一个方面中，本发明专利技术公开了通过梭菌微生物体(例如Clostridium?phytofermentans)由多种供料来增强乙醇和其他发酵终产物的制备的方法。本发明专利技术描述了通过使用分批补料策略来改善梭菌微生物体(例如Clostridium?phytofermentans)的发酵性能的方法、以及在包含脂肪酸化合物和/或降低的pH下通过发酵梭菌微生物体(例如Clostridium?phytofermentans)来制备发酵终产物(例如醇和/或化学品)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】得自梭菌属的发酵终产物的制备相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月9日提交的美国临时申请系列No. 61/158，581,2009年3 月9日提交美国临时申请系列No. 61/158，600、2009年4月20日提交的美国临时申请系列 No. 61/171, 077的优先权，其中的每一份申请均以引用方式全文并入本文。
技术介绍
石油类的运输燃料的成本的增加、逐渐减少的石油储量以及对石油燃料燃烧对环境冲击的关注驱使人们强烈需要可行的备选物来替代石油类燃料。特别是，近年来突出了对通过生物转化(与酶以及酵母/细菌系统)多种预处理生物质材料(例如木质纤维素材料、淀粉或农业肥料/副产物)来制备生物燃料的预期。具体的挑战为研发技术，其具有能够经济地将包含多糖的材料(例如木本或非木本植物材料)以及得自植物体加工的肥料和副产物转化为高热值运输燃料及其他能量形式、或者化学原料的可能性。这些包含多糖的材料的多个实例包括纤维素的、木质纤维素的以及半纤维素材料；包含胶质的材料；淀粉； 木材；玉米秸秆；柳枝稷；纸张；以及纸浆。用于将这些包含多肽的材料转化为生物燃料(例如乙醇)的一些方法首先需要将经过预处理的生物质底物(例如包含淀粉或纤维素的材料)通过(例如)酶水解来转化为单糖(糖化作用)；以及将这些单糖通过酵母菌的发酵作用随后转化(发酵作用)生物燃料(例如乙醇)。但是，当前的生物转化技术面临着高制备成本以及由食物供料转变为农产品的问题。在用于制备乙醇的一些发酵作用中，获得单糖(例如蔗糖)并使其直接发酵形成乙醇。例如，在Brazil中使用这种方法来将蔗糖(cane sugar)转化为燃料级乙醇。这些方法在地理学上局限于单糖来源廉价的地方，例如在甘蔗生长的区域。此外，这些方法具有不理想的方面，即，将珍贵的食物来源(例如糖)转变为工业用途而非食物用途。用于制备乙醇的一些发酵作用使用了首先需要水解、或者在转化为乙醇之前转化为低级复合物或者低分子量的糖的材料。此类方法通常被描述用于使用衍生自破碎的玉米的淀粉来制备玉米乙醇(例如通过加入的酶)，然后使用有机体(例如Saccharomyces或酵单胞菌属)最终转化为乙醇。使用其他材料(例如纤维素、半纤维素或木质纤维素材料) 通常还需要使用加入的酶水解，或者大量研究的主题为通过其他化学/热方式，但是历史上少有成功。由成本以及所述加工设备通常局限于容易购得的那些酶的事实来考虑，加入到所述方法中的使用的这些酶是不理想的。历史上，选择可购得的酶来用于诸如将淀粉转化为单糖(例如葡萄糖或果糖)、洗衣店应用以及谷物食物之类的方法。这些酶通常是高度特异性的，其是指单一的酶通常不能用于广泛变化的食物材料。反而，通常使用多种酶并且将它们组合到“酶混合物”中。使用此类混合物取得的活性越广泛，与这种越广泛的活性伴随而言的则是明显更高的价格，由此仅加入一部分酶可以用于任一特定批次中使用的特定的底物。作为所述混合物中的一部分的其他酶在一种底物上是不具有活性的，但是被包含在所述的混合物中以便为可以使用的其他供料底物提供用途。结果，在任一特定的批次中，所加入的至少一部分酶可能不会明显地有助于加工，因此被浪费掉。因此，需要由多种原料以高产率和制备率来制备乙醇或其他所需产物的发酵方法。得自包含纤维素、木质纤维素、胶质、多聚葡萄糖和/或多聚果糖的生物质的乙醇发酵可以为世界能量问题提供更需要的溶液。已经报导酵母菌、真菌以及细菌的菌种能够将单糖的纤维素生物质转化为乙醇。但是，许多这种微生物体仅产生较低浓度的乙醇。这种局限可能是由于所述的有机体通常缺乏对乙醇的耐受，或者所述有机体中存在的反馈抑制或阻抑机制，或者是某些其他的机制，以及这些机制的某种组合。这种乙醇的制备局限除了可以影响乙醇的效价以外，还可以影响乙醇的制备率。已经描述了多种野生型及基因改善的有机体通过发酵来制备醇。这些有机体有嗜热厌氧产乙醇杆菌(Thermoanaerobacter ethanoicus)、热纤梭菌(Clostridium thermocellum) > Clostridium bei jerinickii、丙酮丁酉享梭杆菌(Clostridium acetobutylicum)、酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)、热丁酸梭菌(Clostridium thermobutyricum) > I H^MilIf lif (Thermoanaerobacterium saccharoIyticum) > ^ft. S lif (Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus)、酉良酒 _ 母(Saccharomyces cerevisiae)、丙酮丁酉享梭杆菌(Clostridium acetobutylicum)、Moorella ssp.、 Carboxydocella ssp.、运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)、重组Ε. Coli、产酸克雷伯菌 (Klebsiella oxytoca)、Clostridium beijerickii以及其他微生物体。在使用这些或其他微生物体来用于工业规模的醇制备中的困难可以包括在相对低的醇浓度下的细胞毒性， 在相对低的醇浓度下细胞生长减少或生存能力降低，醇效价低或者醇制备率低。醇耐受是高度菌种及菌株依赖性的。例如，在某些发酵方法中，醇制备在大约10_20g/L醇下会减慢或完全停止。在大约20g/L醇(例如乙醇)的条件下，一些有机体死亡或被严重损害。专利技术概述在一个方面中，本文提供了用于制备发酵终产物的方法，该方法包括将包含梭菌的培养基在适用于制备所述发酵终产物的条件下培养第一段时间；在收获发酵终产物之前的时间内向包含梭菌的培养基中加入一种或多种营养物；将包含梭菌的培养基培养第二段时间；以及由所述的培养基中收获发酵终产物。在一个实施方案中，所述的梭菌菌株为 Clostridium phytofermentans0在另一个实施方案中，所述的发酵终产物为乙醇。在另一个实施方案中，所述的培养基包含纤维素和/或木质纤维素材料。在另一个实施方案中，所述的纤维素或木质纤维素材料并未经过在M小时内将多于15%的所述的纤维素或木质纤维素材料转化为单糖的足量的酶的酶处理。在一个方面中，本文提供了用于制备发酵终产物的方法，该方法包括以下步骤在培养基中培养Clostridium phytofermentans菌株；将所述培养基中糖化合物的总浓度保持在至少大约18g/L;以及由所述培养基中收获发酵中产物。在一个实施方案中，保持糖化合物的总浓度包括在培养过程中至少一次将一种或多种培养基成分(其中至少一种成分包含一种或多种糖化合物)加入到所述的培养基中，其中所述的培养基成分被加入到装有培养物的容器中。在另一个实施方案中，对于培养部分而言，将所述培养基中糖化合物的总浓度保持在大约lg/L至大约100g/L。在另一个实施方案中，在发酵终产物制备期间，所述培养基中糖化合物的总浓度变化低于大约25%。在另一个实施方案中，所述的发酵终产物为乙醇。在另一个实施方案中，在发酵过程期间，进一步包括至少一次将包含一种或多种含氮材料的培养基成分加入到所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·帕瑞克，K·卡里姆，J·基尔拜恩，
申请(专利权)人：奎特罗斯公司，
类型：发明
国别省市：