一种用于控制丁二醇生产的发酵方法技术

用于改善2,3-丁二醇发酵的效率的方法。更具体地，增加一种或多种一氧化碳营养产乙酸细菌对含一氧化碳或含一氧化碳和氢气的底物厌氧发酵的丁二醇生产率的方法。所述方法包括供应氢气耗尽的底物以增加丁二醇生产率。所述方法包括以至少5g/L/天的容积生产率生产丁二醇。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】—种用于控制丁二醇生产的发酵方法相关申请的交叉引用本申请要求2011年3月31日提交的序号为61/470，172的美国申请的优先权，该美国申请以引用的方式全文纳入本文。
本专利技术涉及通过微生物发酵含一氧化碳或含一氧化碳和氢气的底物生产2，3- 丁二醇。
技术介绍
用于运输的生物燃料是有吸引力的汽油替代品，并且作为低浓度掺和物迅速进入燃料市场。源自天然植物来源的生物燃料比源自化石来源的那些(例如汽油)在环境方面更加可持续，它们的 使用使因燃料燃烧而释放到大气中的所谓化石二氧化碳(CO2)气体的水平下降。此外，生物燃料可在许多地理区域局部产生，并且可起到减少对进口化石能源的依赖的作用。适于用作生物燃料的醇包括乙醇、丁醇和2，3- 丁二醇。乙醇正迅速地成为全球主要的富含氢的液体运输燃料。2002年全球的乙醇消耗量估计为108亿加仑。由于欧洲、日本、美国和一些发展中国家对乙醇的兴趣增加，燃料乙醇工业的全球市场也预计会在未来急剧增长。丁二醇，包括1，2_ 丁二醇、1，3_ 丁二醇、1，4_ 丁二醇和2，3_ 丁二醇，相对于乙醇可被认为具有许多种优势。与乙醇相似，丁二醇可被直接用作汽车燃料添加物。丁二醇还可被相对容易地转化成许多其他具有潜在更高价值和/或更高能量的产物。例如，2，3- 丁二醇可在两步法中被容易地转变成可用作航空燃料的八碳二聚体。2，3- 丁二醇的多能性源于其双官能团骨架，即2个羟基位于邻近的碳原子上，使该分子很容易地转化成例如丁二烯、保泰松(bUtadione)、3-羟基-2- 丁酮、甲基乙基甲酮等。这些化合物被用作基础分子制造多种工业生产的化学制品。此外，2，3-丁二醇可被用作内燃机的燃料。它在若干方面更类似于汽油，而不是乙醇。随着对生产和应用环境可持续燃料的兴趣的增强，对生产2，3- 丁二醇(经常称作生物丁醇)的生物学过程的兴趣也增加了。2，3-丁二醇可通过对含碳水化合物的原料进行微生物发酵来生产(SyuMJ,Appl Microbiol Biotechno155:10-18(2001), OJn et al., Chinese J ChemEngl4 (I):132-136 (2006))。2，3-丁二醇还可通过对来自作物(例如甜菜、玉米、小麦和甘蔗)的生物质进行微生物发酵生产。然而，这些碳水化合物原料的成本受其作为人类食物或动物饲料的价值的影响，并且种植产淀粉或蔗糖的作物用于生产2，3- 丁二醇并非在所有地理区域都是经济可持续的。因此，有动力开发将更低成本的和/或更丰富的碳源转化成2，3-丁二醇的技术。一氧化碳(CO)是有机材料(例如煤或石油及石油衍生产品)不完全燃烧的主要副产品。虽然含碳前体完全燃烧产生仅有的终产物C02和水，但是一些工业过程需要升高的温度，相对于C02更有利于积累一氧化碳。一个实例是需要高温以生成所需钢材质量的钢铁工业。例如，据报道，澳大利亚的钢铁工业每年产生并释放入大气超500000吨的CO。此外，CO也是合成气的主要组分，其中各种量的CO和H2通过对含碳燃料进行气化而产生。例如,合成气可通过分馏废弃木头和木材的有机生物质来生产，以产生用于生产燃料和更复杂的化学制品的前体。CO释放入大气可产生显著的环境影响。另外，可能需要支付排放税，这会增加工厂的成本。因为CO是富含 反应能的分子，其可被用作生产多种化学制品的前体化合物。然而，这种有价值的原料尚未被用于生产2，3- 丁二醇。本专利技术的目的是提供一种方法，其至少一定程度上克服了上述缺点或至少向公众提供一种有用的选择。
技术实现思路
在本专利技术的第一大方面中，提供了一种增加通过微生物发酵含CO和H2的底物的丁二醇生产效率的方法。在具体的实施方案中，本专利技术提供了一种控制通过微生物发酵生产丁二醇的方法，所述方法包括:i)提供含CO和H2的底物；和ii)在含一种或多种微生物的培养物的生物反应器中，厌氧发酵所述底物以产生丁二醇；以及一种或多种副产物；其中步骤(ii)中的丁醇生产率受步骤(i)中所述底物的组成的影响。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物是是一种或多种醇和/或一种或多种酸。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物是乙醇。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物是乙酸。在一个实施方案中，步骤(i)的所述底物的H2组成会影响所述丁二醇生产率。在本专利技术的一个实施方案中，提供具有高H2浓度的底物可降低2，3- 丁二醇生产率。在本专利技术的一个实施方案中，提供了一种通过微生物发酵增加丁二醇生产率的方法，所述方法包括:⑴提供H2耗尽的含CO底物；(ii)在含有一种或多种一氧化碳营养产乙酸细菌的培养物的生物反应器中，厌氧发酵所述底物以产生丁二醇。在一个实施方案中，所述底物包含少于20体积％的H2、少于15体积％的H2、少于10体积％的H2、少于5体积％的H2或少于2体积％的H2。在一个实施方案中，具体的H2摄取量为少于1000mmol/L/天、少于500mmol/L/天、少于 300mmo1 /I,/ 天、少于 200mmol/L/ 天或少于 1 OOmmol /I,/ 天。在一个实施方案中，2，3-丁二醇生产率为至少20g/L/天、至少25g/L/天、至少30g/L/天、至少35g/L/天、至少40g/L/天或至少45g/L/天。在一个实施方案中，发酵液中所述2，3- 丁二醇的浓度为至少2g/L、至少4g/L、至少6g/L、至少8g/L或至少10g/L。在本专利技术的另一个实施方案中，提供了一种降低通过微生物发酵的丁二醇生产率的方法，所述方法包括:(i)提供富含H2的底物；(ii)在含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器中，厌氧发酵所述底物。在一个实施方案中，所述底物包括至少20体积％的H2、至少25体积％的H2、至少30体积％的H2、至少35体积％的H2、至少40体积％的H2、至少45体积％的H2或约50体积％的H2。在一个实施方案中，具体的H2摄取量为至少2500mmol/L/天、至少3000mmol/L/天、至少 3500mmol/L/ 天、至少 4000mnio1 /I,/ 天、至少 4500mmo1 /I,/ 天或至少 SOOOmmol /I,/天。在一个实施方案中，2，3-丁二醇生产率为少于15g/L/天、少于10g/L/天、少于5g/L/天、少于3g/L/天或少于lg/L/天。在一个实施方案中，所述发酵液中2，3- 丁二醇的浓度为少于2g/L或少于lg/L或约 0g/Lo在本专利技术第二大方面中，提供了一种通过微生物发酵生产一种或多种产物的方法，所述方法至少包括以下步骤:(a)提供含一氧化碳或含一氧化碳和氢气的底物；和(b)在含有一种或多种一氧化碳营养产乙酸细菌的培养物的生物反应器中，厌氧发酵所述底物以生产2，3- 丁二醇和一种或多种副产物；其中2，3- 丁二醇生产率的增加与所述发酵罐中提供的细胞的年龄相关。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物为一种或多种醇和/或一种或多种酸。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物为乙醇。在一个实施方案中，所述一种或多种副产物为乙酸。在本专利技术的一个实施方案中，通过使用细胞再循环部件来增加所述生物反应器中细胞的平均年龄。本领域技术人员应理解细胞再循环部件可包括但不限于细胞再循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制通过微生物发酵至少含CO和H2的底物的2,3?丁二醇生产速率的方法，所述方法包括：a.将所述底物传送至包含至少一种一氧化碳营养细菌的培养物生物反应器中，厌氧发酵所述至少含CO和H2的底物，以产生2,3?丁二醇和至少一种副产物；和b.控制所述底物中的氢气浓度，控制2,3?丁二醇的产生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.31 US 61/470,1721.一种控制通过微生物发酵至少含CO和H2的底物的2，3- 丁二醇生产速率的方法，所述方法包括: a.将所述底物传送至包含至少一种一氧化碳营养细菌的培养物生物反应器中，厌氧发酵所述至少含CO和H2的底物，以产生2，3- 丁二醇和至少一种副产物；和 b.控制所述底物中的氢气浓度，控制2，3-丁二醇的产生。2.权利要求1的方法，其中所述副产物选自醇、酸及其混合物。3.权利要求2的方法，其中所述醇是乙醇。4.根据权利要求1至3任一项的方法，其中将所述底物中的氢气浓度限制为少于20%的H2而增加2，3- 丁二醇的生产量。5.根据权利要求1至4任一项的方法，其中将所述底物中的氢气浓度维持为高于20%的H2而降低2，3- 丁二醇的生产量。6.权利要求4的方法，其中2，3-丁二醇的生产量为至少15g/L/天。7.权利要求6的方法，其中2，3-丁二醇的生产量是至少30g/L/天。8.根据权利要求1至7任一项的方法，其中所述一氧化碳营养细菌选自自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)、扬氏梭菌(Clostridium Ijungdahlii)、拉氏梭菌(Clostridium rag sdalei)、食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)、Clostridium drake1、幾B未梭菌(Clostridium scatologenes)、Clostridium coskati1、派泥丁 酸杆菌(Butyribacterium limosum)、甲基营养丁酸杆菌(Butyriba...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·辛普森，C·科利特，C·D·米哈尔西，J·J·科诺利，G·W·沃特斯，
申请(专利权)人：新西兰郎泽科技公司，
类型：
国别省市：