CN103797109B - 将二氧化碳经甲酸中间体转化为脂肪族羧酸的微生物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微生物，所述微生物包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统。还描述了用于产生油的各种方法、以及本发明的其它方面。

Description

将二氧化碳经甲酸中间体转化为脂肪族羧酸的微生物
技术领域
本发明涉及能够将二氧化碳转化为甲酸、然后将甲酸转化为较长链长度的脂肪族羧酸的微生物。在微生物中的特定酶系统负责这些反应。本发明的进一步的方面涉及产生甲酸与脂肪族羧酸的方法、以及脂肪族羧酸本身。
背景技术
近年来，对化石燃料的消耗和温室气体的产生的关注越来越多。降低地球对化石燃料的依赖的一种途径是由可再生能源发展的生物燃料。生物燃料如生物柴油和生物乙醇被认为是更清洁、更环保的化石燃料替代品。
尽管生物燃料可以帮助降低温室气体排放，它们并非没有问题。有争议的方面是“食物用于燃料”问题，其中对能源作物的需求已经被认为推高了粮食商品的价格。另一个严重的缺点是对生态敏感的生态系统如热带雨林(在那里，能源作物如大豆和棕榈的种植已经造成了大规模的破坏)造成损害。
生物燃料行业正在转向第二代和第三代生物燃料以缓解这些问题。借助微生物(1)的燃料生产和废料底物(2)的使用是重要的研究领域。
二氧化碳向燃料分子的转化是已知的。二氧化碳可以通过化学方法(3)、通过电化学方法(4)、和直接地(5)或间接地(6)通过微生物转化。产物如甲酸、甲酸盐、甲醇、甲醛、乙烯、甲烷和草酸已经被人们注意到。然而，这些微生物不能将二氧化碳经由甲酸转化为较长链的能量来源如脂肪族羧酸。
在US2012003705中，描述了二氧化碳向生物质的转化(7)以及之后生物质向一系列商业可用的分子的进一步加工。然而，这不是经由将二氧化碳固定为甲酸然后将甲酸转化为脂肪族羧酸的步骤完成的。
使用二氧化碳作为碳底物以产生燃料分子的之前的尝试具有局限。二氧化碳及其水性离子碳酸氢盐和碳酸盐是本质上稳定的并且形成过程的吉布斯自由能是含碳分子中电负性最强的。为了将二氧化碳转化为燃料分子，需要大输入量的能量(热)、极端的条件(压力)和高反应性的化学物质(催化剂)。产量通常很低反应速率通常很慢。直接利用二氧化碳的化学方法一般被认为不是经济上可行的。同样地，由于生长和下游加工的成本限制，借助化能无机营养型细菌的初期生产没有广泛实行。
电催化取得了有限的成功。结果受二氧化碳在水(0.033M)中的低溶解度和具有强负电势(E0=-0.61V)的反应的能量需求的限制。电催化还是一种需要用于电极表面的高质量金属的高成本技术。根据费-托(Fischer Tropsch)型反应(8)描述了较长链产物的产生，但是同样地，链的长度是受限制的。在受辐照的半导体表面上的光致还原产生一氧化碳、甲酸盐、甲醇、甲烷、甲醛、草酸和乙二醛。同样地，这是具有低产量的高成本技术。
尽管已知酶如细菌的甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase)将二氧化碳还原为甲酸盐(9)，因为需要NADPH驱动反应并且NADP的还原电势比二氧化碳的还原电势正性更强，正向反应(甲酸盐氧化为二氧化碳)一般是有利的。这种反应还需要电子供体和受体分子。来自Syntrophotobacterium fumioxidans(10)的包含钨的酶能够进行这种反应，但是对于电催化系统来说需要吸至电极表面上以有效地发挥功能。进一步来说，不产生较长的燃料分子。
与现有技术相比，本发明是一种改进，其中二氧化碳可以被转化为初始平台分子(甲酸)并然后以不需要发酵或者生物质的生成和加工的快速形式被组装为较长的链。这对已知方法做出改进，如US2012/0003705(11)，其需要生物质的生成和电子供体和受体的循环，以及US2010/03170741A1(12)、US2012/0003706A1(13)、US2012／003707A(14)和US2012/0034664A1(15)，它们全都需要发酵过程。
发明内容
本申请的发明人已经分离了一种新型微生物，其能够固定二氧化碳并将其转化为脂肪族羧酸能量来源。因此，一般来说，本发明涉及这种包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统的微生物。所述微生物还包含能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统。这意味着，可以产生的羧酸在化合物中具有总计五个以上碳原子。此外，第二酶系统还能够产生具有两个、三个、四个碳原子的链长度的脂肪族羧酸。这些较短链羧酸能够被转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸。
由发明人分离的微生物，罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)适用于在商业基础上的油的生产。这种微生物使用二氧化碳作为其唯一碳源并且产生各种长度的羧酸。所述微生物使用二氧化碳作为其唯一碳源的事实意味着，油产生比需要提供碳氢化合物底物以进行相同任务(16、17、18)的其它微生物更实惠。使用这种微生物将二氧化碳转化为可燃燃料是有商业价值的。进一步来说，因为所述微生物不需要碳氢化合物底物，免去了对能源作物的生产的需要。
本发明对当前方法做出了改进，其中二氧化碳被转化为液体燃料产物而不需要发酵或者生物质的生产和加工。此外，二氧化碳向燃料分子的转化是非常有吸引力的选择，其中游离的可再生碳源及其捕获对环境具有积极影响。
与分离的微生物有关的进一步的优点是：
1)它是非致病性生物并且被分级为1类；
2)它不需要特别的生长条件或如海藻所需的大生长空间；
3)它具有稳健的氢化酶系统；
4)油在细胞外合成并因此容易收获并且适应商业制造过程；
5)产生的油主要由长链羧酸组成。能够通过燃烧将这种油直接用作能量来源，或者在许多行业中用作原材料，如生物柴油、去污剂和各种油类化学品的生产中；
6)酶系统将会在被描述为新型制造途径的油水乳液中发挥功能，在所述新型制造途径中，在乳液中的油发挥作为用于链构建的引物的作用并且增加二氧化碳在反应介质中的溶解度；以及
7)酶系统在不需要产生和加工生物质的情况下运行。
本发明的其它方面涉及产生甲酸和脂肪族羧酸能量来源的方法、以及能量来源本身。
本发明的这些和进一步的方面将会在下面进行更详细地描述。
具体实施方式
在本发明的一个方面，提供了一种微生物，所述微生物包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统。
所述微生物可以是任何适合的微生物，只要它能够将二氧化碳转化为甲酸并然后将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸即可。优选地，所述微生物是原核生物。更优选地，所述微生物是细菌。在一种实施方式中，所述微生物是无机营养型的。无机营养型生物是使用无机底物(通常是矿物来源的)经由有氧或无氧呼吸获得用于生物合成(例如，二氧化碳固定)或能量保存的还原当量的生物。所述微生物可以是无机自养型的。无机自养型生物能够使用来自空气的二氧化碳作为碳源。所述微生物可以使用二氧化碳作为唯一碳源。所述微生物可以是化能无机营养型的。化能无机营养型生物使用无机化合物用于有氧或无氧呼吸。由这些化合物的氧化所产生的能量足够用于ATP产生。还需要将来源于无机供体的一些电子引导至生物合成中。在一种实施方式中，所述微生物是化学无机自养型的。
以上所使用的术语“无机营养型”、“无机自养型”、“化能无机营养型”、“化学无机自养型”对本领域技术人员来说是众所周知的并且具有广泛认可的确切的含义。因此，技术人员将会能够轻易地确定特定的微生物(如细菌)是否落在这些术语中的一个或多个的限定内。进一步来说，技术人员还可以测试任何感兴趣的微生物以确定它们是否被归类在这些类目中的一个或多个中。技术人员还可以测试微生物以了解它是否能够产生具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的油。用于进行此类测试的适合的方法对本领域技术人员来说是众所周知的。
在一种实施方式中，所述微生物是需氧型的。同样地，确定特定的微生物是否是需氧型微生物完全在本领域技术人员的能力范围之内。在本发明的的上下文中，所述微生物、更具体地是所述微生物的酶系统在有氧条件(即在产生脂肪族羧酸的反应中耐受氧的存在)下产生脂肪族羧酸。
在所述微生物细菌的情况中，所述微生物可以是包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的任何适合的细菌。优选地，所述细菌是醋杆菌属(Acetobacter)物种。在一个特定的实施方式中，所述微生物是罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)。所述微生物可以类似于具有保藏号NCIMB41808的醋杆菌属菌株(根据布达佩斯条约的规定，于2011年1月12日保藏在NCIMB Ltd.(Ferguson Building，Craibstone Estate，Bucksburn，Aberdeen，AB219YA)；在下文中被称为菌株FJ1)。术语“类似于”的意思是功能上等同于FJ1的微生物。所述微生物应具有能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统，并且应能够在与FJ1相同的条件下生长。进一步来说，所述微生物应包含相同或类似的用于产生具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的酶途径。所述微生物可以具有至少约60％的与FJ1的序列同一性。在一些实施方式中，所述微生物可以具有至少约65％、至少约70％、至少约75％或至少约80％的与FJ1的序列同一性。优选地，所述微生物应具有至少约85％、至少约90％、至少约93％、至少约95％、至少约97％、至少约98％、或至少约99％的与FJ1的序列同一性。用于测定不同微生物之间的序列同一性的方法对本领域技术人员来说是众所周知的。例如，可以使用16S rDNA分析。以下给出了关于FJ1的培养的详细信息。因此，确定特定的微生物是否类似于FJ1完全在本领域技术人员的能力范围之内。在一种实施方式中，所述微生物是FJ1。
在一个特定的实施方式中，所述微生物可以是重组微生物，即遗传工程微生物。所述微生物可以包含来自另一种微生物的核苷酸序列(例如DNA)。具体而言，所述微生物可以包含编码氢化酶系统的一种或多种异源基因。所述一种或多种异源基因可以可操作地连接至异源启动子或所述微生物的启动子。所述一种或多种异源基因可以是质粒(22)的一部分。所述一种或多种异源基因将会在微生物中表达以产生允许微生物将二氧化碳转化为甲酸的功能性氢化酶系统。用于将核苷酸序列(例如DNA)引入至微生物宿主细胞的适合的方法对本领域技术人员来说是众所周知的(例如，参见Sambrook，J.和Russell，D.《分子克隆：实验室手册》，冷泉港实验室出版社，美国)。
可替代的，所述微生物可以是自然存在的微生物。这是一种没有遗传改变或修饰的微生物。
在一种实施方式中，所述微生物可以源自于FJ1。术语“来源于”的意思是可以对FJ1进行修饰或突变以产生根据本发明的此外的微生物。例如，可以将基因从FJ1中插入或去除。来源于FJ1的微生物应是功能上等同于FJ1的，并且应具有能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统。进一步来说，得到的微生物应能够在与FJ1相同的条件下生长。此外，得到的微生物应包含相同或类似的用于产生具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的酶途径。得到的微生物可以以与FJ1相同的方式产生脂肪族羧酸。在一些实施方式中，微生物可以通过在人工选择过程中反复进行培养和选择而得到。
氢化酶系统可以是能够将二氧化碳转化为甲酸的任何适合的酶系统。氢化酶系统催化二氧化碳向甲酸的转化。氢化酶系统使氢气氧化以产生电子而将二氧化碳还原为甲酸，例如利用以下反应：
CO2+H2→HCOOH
一般来说，二氧化碳向甲酸的转化的催化作用在溶液中发生，因为二氧化碳是可溶的。在溶液中，二氧化碳可逆地转化为碳酸(H2CO3)。取决于溶液的pH，碳酸通常将会作为碳酸氢盐(HCO3 -)或碳酸盐(CO3 2-)存在。因此，通过本发明的氢化酶系统的二氧化碳向甲酸的转化还包括碳酸氢盐和／或碳酸盐向甲酸的转化。换句话说，本发明中碳酸盐和碳酸氢盐被认为是二氧化碳的多种形式。可以将碳酸氢盐和／或碳酸盐(如碳酸氢钠或碳酸钠)加入至溶液中以增加这些盐的水平。然而，这并不是优选的，因为当产生脂肪族羧酸时盐离子(例如钠离子)可能形成皂。
如以上所指出的，二氧化碳优选为唯一碳源。优选地，直接将二氧化碳从二氧化碳转化为甲酸而不形成任何稳定的中间产物。换句话说，在单一步骤中发生所述反应。碳酸盐和碳酸氢盐被认为是二氧化碳在溶液中的多种形式而不是中间产物。因此，二氧化碳在溶液中溶解为碳酸盐和碳酸氢盐离子并然后变为甲酸被认为是直接转化。另一方面，二氧化碳(或碳酸盐和／或碳酸氢盐离子)转化为甲醇并然后转化为甲酸不被认为是直接转化，因为产生了甲醇中间体。
在一些实施方式中，用于产生甲酸的初始反应物是水和二氧化碳。在优选的实施方式中，除了二氧化碳和水，不需要其它反应物来产生甲酸。然而，这并非排除在初始反应混合物中存在其它成分的可能性。例如，可以存在氧化剂以加速反应的起始。此类其它成分不是在甲酸的产生中的反应物。
氢化酶系统不需要电子受体和供体分子以便产生甲酸。例如，对于要进行的反应，不需要分子如NADP和NADPH。事实上，所有用于产生具有五或更多的链长度的脂肪族羧酸的反应都不需要电子受体或供体分子。
氢化酶系统不使用发酵来产生甲酸。进一步来说，第二酶系统也不使用发酵来产生脂肪族羧酸。发酵是涉及电子受体和／或供体的、有机化合物如碳水化合物经由生物化学过程向其它化合物的转化。
氢化酶系统不需要生物质来产生甲酸。因此，不需要为了将要产生的脂肪族羧酸而向微生物提供生物质。生物质是来自植物或动物的、能够被转化为能量来源的生物有机材料。
在本发明中，不需要使用电化学过程如电催化来将二氧化碳转化为甲酸并然后转化为脂肪族羧酸。电化学过程是在溶液中、在电子导体(金属或半导体)和离子的导体(电解质)的界面上发生的化学反应，并且其涉及在溶液中在电极和电解质或物种之间的电子转移。
氢化酶系统优选是耐氧的。这意味着，氢化酶系统可以耐受相对高水平的氧而不损害酶系统或影响酶系统的活性。优选地，氢化酶系统可以在大于约10％的氧水平发挥功能，更优选地，在大于约15％的氧水平，并且甚至更优选地，在约20％与约21％之间的氧水平，例如存在于大气中的氧水平(约20.95％)。许多氢化酶对氧的存在是敏感的并且事实上当氧存在时停止工作。优选地，氢化酶系统是在细胞外的，即在所述微生物的细胞外。换句话说，氢化酶系统位于细胞膜外。它朝向细胞外。优选地，氢化酶系统完全在细胞外，这样使得它不以任何方式(例如，通过附着至所述微生物的细胞膜)附着至所述微生物。这有益地允许甲酸形成过程在所述微生物的细胞外发生。氢化酶系统优选在pH3.0与8.5之间、并且更优选在pH3.5与4.5之间是具有功能性的。进一步来说，氢化酶系统优选在5℃与60℃之间、并且更优选在15℃与20℃之间是具有功能性的。
除了氢化酶之外，氢化酶系统可以包含一种或多种酶，以辅助二氧化碳向甲酸的转化。
在一种实施方式中，氢化酶系统是FJ1的氢化酶系统。在本发明的另一个方面，提供了FJ1的氢化酶系统。
所述微生物还包含能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统。第二酶系统可以是能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的任何适合的酶系统。第二酶系统催化甲酸向具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的转化。可以在例如燃烧中使用脂肪族羧酸以产生能量。
优选地，第二酶系统是在细胞外的，即在所述微生物的细胞外。换句话说，换句话说，第二酶系统位于细胞膜外。第二酶系统朝向细胞外。这意味着，甲酸向脂肪族羧酸的转化在细胞外发生。这有益地允许脂肪族羧酸一旦由所述微生物产生就被轻易地提取。优选地，第二酶系统完全在细胞外，这样使得它不以任何方式(例如，通过附着至所述微生物的细胞膜)附着至所述微生物。
在一种实施方式中，第二酶系统是FJ1的第二酶系统。在本发明的另一个方面，提供了FJ1的第二酶系统。
如以上所指出的，所述微生物可以是重组微生物。因此，微生物可以包含编码第二酶系统的一种或多种异源基因。所述一种或多种异源基因可以通过操作连接至异源启动子或所述微生物的启动子。所述一种或多种异源基因可以是质粒的一部分。所述一种或多种异源基因将会在微生物中表达以产生允许微生物将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的功能性第二酶系统。
由所述微生物产生的脂肪族羧酸的确切性质将会部分地取决于酶反应的时间长短。
由所述微生物产生的脂肪族羧酸可以具有五个以上碳原子的链长度。具有两个、三个、四个碳原子的链长度的脂肪族羧酸也由所述微生物产生。所产生的脂肪族羧酸可以是脂肪酸。脂肪族羧酸可以是短链、中链或长链脂肪族羧酸，或这些脂肪族羧酸的组合。
在上下文中，脂肪族羧酸中的术语‘脂肪族’的意思是附着至羧酸的-COOH基团的基团包含连接在一起的碳原子链以形成所述基团的主链。这种碳主链可以是支链的或无支链的。优选地，碳主链是无支链的。碳主链可以是饱和的、单不饱和的(即一个碳碳双键)或多不饱和的(即多于一个碳碳双键)。在一种实施方式中，碳主链是单不饱和的。碳主链一般与氢原子(除-COOH基团外)结合。然而，碳主链可以被其它基团如OH基团取代，替换所述氢原子中的一个或多个。优选地，碳主链是未取代的，即除-COOH基团外只有氢原子与碳主链结合。
所述微生物的由甲酸产生脂肪族羧酸的第二酶系统以分步方式产生脂肪族羧酸。每次向脂肪族羧酸的碳主链加入一个碳原子。这样产生了一系列具有C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10等的碳主链的羧酸。例如，以甲酸(C1)起始，第二酶系统可以将一个碳原子加入至甲酸的碳主链中以产生乙酸(C2)。然后，第二酶系统可以将一个碳原子加入至乙酸的碳主链中以产生丙酸(C3)。这种过程可以继续，因此可以相继地产生丁酸(C4)、戊酸(C5)、己酸(C6)、庚酸(C7)、辛酸(C8)、壬酸(C9)、癸酸(C10)等。因此，第二酶系统能够将甲酸转化为具有两个或更多个碳原子、三个或更多个碳原子、四个或更多个碳原子、五个或更多个碳原子、六个或更多个碳原子、七个或更多个碳原子、八个或更多个碳原子、九个或更多个碳原子、十个或更多个碳原子等的链长度的脂肪族羧酸。第二酶系统可以催化碳原子(例如CH2单元)向脂肪族羧酸的碳链中的加入。
以此方式，所述微生物的酶系统可以产生一系列不同长度的脂肪族羧酸。例如，所述微生物可以产生具有在约2与约24个碳原子之间、在约3与约24个碳原子之间、在约4与约24个碳原子之间或者在约5与约24个碳原子之间的碳主链长度的一系列脂肪族羧酸。进一步来说，所述微生物能够产生具有在约6与约24个碳原子之间、在约7与约24个碳原子之间、在约8与约24个碳原子之间或者在约9与约24个碳原子之间的碳主链长度的一系列脂肪族羧酸。此外，所述微生物能够产生具有在约10与约24个碳原子之间、在约11与约24个碳原子之间、在约12与约24个碳原子之间或者在约13与约24个碳原子之间的碳主链长度的一系列脂肪族羧酸。当培养所述微生物时，如果培养所述微生物较长时间，烃链的长度可能较长，因为酶系统将会在较长时间内具有活性。培养所述微生物的周期决定了平均链长度。在一种实施方式中，以C18计算的脂肪族羧酸含量在约70％与90％之间。更优选地，以C18计算的脂肪族羧酸含量是约80％。
优选地，由微生物产生的脂肪族羧酸是可燃的。优选地，由微生物产生的脂肪族羧酸以油的形式存在。这使得脂肪族羧酸的分离更容易。所述油可以是半干性油。油是否是半干性的可以根据碘值来评价。标准分析方法是例如EN14111。优选地，所述油的碘值的是85-95mg I／100g。优选地，所述油的碘值的是90-95mg I／100g。脂肪族羧酸可以是单不饱和的。
由本发明的的微生物产生的脂肪族羧酸的红外扫描可以参见于图1。这显示出样品(油)是由长链羧酸构成的并且是一种脂肪族羧酸。
脂肪族羧酸一旦被提取便可以具有以下性质中的一种或多种：
在一些实施方式中，在40℃的运动粘度(cSt)可以是20-25。进一步来说，闪点可以大于180℃。
已经发现，与其它生物燃料如生物柴油相比，脂肪族羧酸的氧化稳定性出乎意料地高。普通的生物柴油具有约30分钟的氧化稳定性(当用ASTMD2274测试时)。所述脂肪族羧酸具有大于48小时的氧化稳定性。
以下示出了在不同的反应时长后产生的油的典型组成。这些表显示了各种馏分的沸点。因此，当对脂肪族羧酸进行分馏时，馏分分成多个条带并测量这些馏分的沸点。例如，当被分馏出时，第一10％的脂肪族羧酸将会具有某一沸点。第二10％(即10-20％，以下被称为20％)将会具有另一个沸点等等。
由1.5小时反应产生的较重馏分的典型蒸馏范围
馏出物百分数 沸点℃
初始沸点 188
10％ 232
20％ 256
30％ 272
40％ 292
50％ 306
60％ 321
70％ 332
80％ 359
90％ 391
最终沸点 395
由0.5小时反应产生的较轻馏分的典型蒸馏范围
馏出物百分数 沸点℃
初始沸点 99
10％ 113
20％ 115
30％ 118
40％ 118
50％ 119
60％ 121
70％ 129
80％ 308
90％ 370
最终沸点 395
如以上所讨论的，可以通过重组产生所述微生物。因此，在本发明的进一步的方面，提供了一种产生微生物的方法，所述方法包括包括将编码能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统的一个基因或多个基因插入至微生物中的步骤，其中由所述微生物表达所述一个基因或多个基因。
所述方法进一步包括将编码能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的一个基因或多个基因插入的步骤，其中由所述微生物表达所述一个基因或多个基因。
还提供了一种产生微生物的方法，所述方法包括将编码能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统的一个基因或多个基因插入至微生物中的步骤，其中所述微生物包含能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统，并且其中由所述微生物表达所述一个基因或多个基因。
还提供了一种产生微生物的方法，所述方法包括将编码能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的一个基因或多个基因插入至微生物中的步骤，其中所述微生物包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统，并且其中由所述微生物表达所述一个基因或多个基因。
与本发明的微生物有关的以上描述、及其优选的特点，同样地适用于用于产生所述微生物的方法。例如，与所述微生物的性质有关的具体特点也适用于本方法。
另一方面，本发明提供了一种产生脂肪族羧酸的方法，所述方法包括培养包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的微生物。
如以上所指出的，可以产生具有一系列碳主链长度的脂肪族羧酸。优选地，产生具有在约5个与约24个碳原子之间的碳主链长度的脂肪族羧酸。更优选地，产生具有在约10个与约24个碳原子之间的碳主链长度的脂肪族羧酸。还更优选地，产生具有在约16个与约20个碳原子之间的碳主链长度的脂肪族羧酸。在一种实施方式中，脂肪族羧酸具有大于2、3、4、5、6、7、8、9或10的碳主链长度。进一步来说，脂肪族羧酸可以具有小于25的碳主链长度。
可替代的，以C18计算的脂肪族羧酸含量在约70％与90％之间。更优选地，以C18计算的脂肪族羧酸含量是约80％。
可以使用任何适合的条件培养所述微生物。可以在约3.0与约8.5之间、更优选约3.5与约4.5之间的pH下培养所述微生物。进一步来说，可以在约5℃与约60℃之间、更优选约15℃与约20℃之间的温度下培养所述微生物。
培养物溶液将会包含二氧化碳。这可以是来自空气的溶解的二氧化碳。优选地，二氧化碳气体起泡通过培养物溶液以增加可用于反应的二氧化碳的水平。当二氧化碳经由培养物溶液起泡时，它可以来自压缩汽缸。可替代的，它可以包含在来自另一种来源的气体中。例如，来自燃烧的废料气体可以经由培养基起泡。
在一些实施方式中，二氧化碳(例如来自燃烧的废料气体)可以在加入所述微生物前经由培养物溶液起泡(其可以可选地包含二氧化碳捕获剂)。
优选地，利用二氧化碳作为唯一碳源来培养所述微生物。
在其中进行所述微生物的培养的培养基可以是任何适合的培养基。优选地，在所述培养基中二氧化碳是唯一碳源(如以上提到的，HCO3 -和CO3 2-被认为是二氧化碳的可溶解形式并包括在术语二氧化碳中)。所述培养基可以包含以下成分中的一种或多种：KH2PO4；MgSO4.7H2O；CaCO3；CuSO4；FeCl3；MnCl3；MoCl3；和ZnCl3。进一步来说，这些成分可以按以下浓度存在于所述培养基中：
营养成分 g/升
KH2PO4 1.00
MgSO4.7H2O 0.10
CaCO3 0.10
CuSO4 0.10
FeCl3 0.01
MnCl3 0.01
MoCl3 0.01
ZnCl3 0.01
优选地，在油水乳液中于溶液中培养所述微生物。这可以通过将一些油引入至所述培养基中并搅拌油水混合物以使其形成乳液来实现。例如，可以利用反应混合物的循环。通常认为，利用油水乳液有助于增加二氧化碳的溶解度。通常还认为，这有助于将脂肪族羧酸保持在溶液中以使它们的链长度可以持续增加。
优选地，将二氧化碳捕获剂引入至反应混合物中。这有助于增加反应混合物／溶液中二氧化碳的水平以便维持／增加反应速率。适合的二氧化碳捕获剂对本领域技术人员来说是众所周知的并且包括碱性化合物如氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钡、三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、氨、甲醇、环丁砜、聚乙二醇醚、聚乙二醇、甘油、和表面活性剂如Triton TX系列。在Ortrud Ashenbrenner和Peter Styring(2010)(21)中描述了一些适合的二氧化碳捕获剂。优选地，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些实施方式中，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺。在其它实施方式中，二氧化碳捕获剂是聚乙二醇如PEG300。有益地，聚乙二醇不需要化学反应来释放碳，二氧化物，不包含在燃烧时潜在地形成NOX排放的氮，不形成皂，并且有助于降低在最终产物中的灰分。
优选地，将氧化剂引入至反应混合物中。这有助于引发反应过程并加速反应的起始。适合的氧化剂包括次氯酸钠和氢氧化钠。氧化剂应是温和的氧化剂。在一种实施方式中，可以使用漂白剂作为氧化剂。
所述方法可以进一步包括分离脂肪族羧酸的步骤。
另一方面，本发明提供了通过以上所述方法产生的脂肪族羧酸。
此外另一个方面，本发明提供了由甲酸分子之间的一系列缩合反应产生的脂肪族羧酸。
如以上所指出的，可以产生具有一系列碳主链长度的脂肪族羧酸。优选地，脂肪族羧酸具有在约5个与约24个碳原子之间的碳主链长度。更优选地，脂肪族羧酸具有在约10与约24之间的碳主链长度。还更优选地，脂肪族羧酸具有在约16个与约20个碳原子之间的碳主链长度。可替代的，以C18计算的脂肪族羧酸含量在约70％与90％之间。更优选地，以C18计算的脂肪族羧酸含量是约80％。
优选地，脂肪族羧酸以油的形式存在。这使得脂肪族羧酸的分离更容易。所述油可以是半干性油。优选地，脂肪族羧酸是单不饱和的。
脂肪族羧酸一旦被提取便可以具有以下性质中的一种或多种：
本发明还提供了以上所述的微生物的用于产生脂肪族羧酸的用途。
在一种实施方式中，负责将二氧化碳转化为甲酸并然后转化为脂肪族羧酸的酶是在所述微生物细胞外的。无论所述微生物的细胞是否存在，这些酶都发挥功能。因此，在本发明的另一个方面，提供了一种用于产生脂肪族羧酸的方法，所述方法包括利用包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的培养基产生脂肪族羧酸。
通过培养所述微生物一段时间来产生培养基，以允许在所述培养基中产生所述酶系统。如果需要的话，能够产生包含酶但不包含微生物的细胞的无细胞提取物。这可以例如通过在培养后从培养基中去除微生物的细胞，例如通过反复超滤来完成。可替代的，除了从培养基中去除微生物的细胞之外，可以将细胞留在培养基中但是将其杀死，例如通过将消毒剂或抗微生物剂引入至培养基中。可替代的，可以将细胞留在培养基中。
所述方法可以进一步包括在利用培养基产生脂肪族羧酸前制备培养基。
可以使用任何适合的条件产生脂肪族羧酸。例如，提供二氧化碳和水。所述培养基可以具有约3.0与约8.5之间、更优选约6.0与约7.0之间的pH。进一步来说，所述培养基可以具有约5℃与约60℃之间、更优选约15℃与约20℃之间的温度。
当利用第一种方法时，例如通过使二氧化碳气体经由所述反应培养基起泡，优选使用二氧化碳作为唯一碳源。优选地，所述反应培养基是油水乳液。进一步来说，优选将二氧化碳捕获剂引入至所述反应培养基中。
所述方法可以进一步包括分离脂肪族羧酸的步骤。
在以上所述的脂肪族羧酸产生方法的所有实施方式中，一旦产生脂肪族羧酸，就可以对脂肪族羧酸进行各种可选的步骤。例如，所述方法可以可选地包括以下步骤中的一个或多个：
1)分离所述脂肪族羧酸；
2)过滤所述脂肪族羧酸；
3)将所述脂肪族羧酸与不同的燃料、优选油燃料掺混；
4)将所述羧酸化学改性为，例如，酯、醇、酮或醛；以及
5)蒸馏出所述脂肪族羧酸的某些馏份。
另一方面，本发明提供了通过以上所述方法产生的脂肪族羧酸。
本发明的一个方面还提供了一种培养基，所述培养基包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统。
从包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的所述培养基中，能够利用各种技术分离包含在其中的所述酶。例如，利用已知技术如凝胶排阻色谱法和基于它们的分子大小和活性选择的技术，可以分离所述酶。
本发明还提供了能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统的用于产生脂肪族羧酸的用途。
进一步来说，本发明提供了一种产生脂肪族羧酸的方法，所述方法包括将二氧化碳转化为甲酸以及然后将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸，其中在油水乳液中发生所述转化反应。
以上方法的优选的特点与产生以上脂肪族羧酸的方法的特点相同。例如，与所产生的碳主链长度的范围有关的特点、进行反应的温度和pH、二氧化碳来源、二氧化碳捕获剂、氧化剂等是这种方法的优选的特点。
例如，乳液将会包含二氧化碳。这可以是来自空气的溶解的二氧化碳。优选地，二氧化碳气体由乳液起泡以增加可用于反应的二氧化碳的水平。当二氧化碳经由乳液起泡时，它可以来自压缩汽缸。可替代的，它可以包含在来自另一种来源的气体中。例如，来自燃烧的废料气体可以经由乳液起泡。
在一些实施方式中，二氧化碳(例如来自燃烧的废料气体)可以经由乳液起泡(其可以可选地包含二氧化碳捕获剂)。
优选地，二氧化碳是唯一碳源。
优选地，将二氧化碳捕获剂引入至乳液中。这有助于增加反应混合物／溶液中二氧化碳的水平以便维持／增加反应速率。适合的二氧化碳捕获剂对本领域技术人员来说是众所周知的并且包括碱性化合物如氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钡、三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、氨、甲醇、环丁砜、聚乙二醇醚、聚乙二醇、甘油、和表面活性剂如Triton TX系列。在Ortrud Ashenbrenner和Peter Styring(2010)(21)中描述了一些适合的二氧化碳捕获剂。优选地，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些实施方式中，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺。在其它实施方式中，二氧化碳捕获剂是聚乙二醇如PEG300。有益地，聚乙二醇不需要化学反应来释放碳，二氧化物，不包含在燃烧时潜在地形成NOX排放的氮，不形成皂，并且有助于降低在最终产物中的灰分。
优选地，将氧化剂引入至乳液中。这有助于引发反应过程并加速反应的起始。适合的氧化剂包括次氯酸钠和氢氧化钠。氧化剂应是温和的氧化剂。在一种实施方式中，可以使用漂白剂作为氧化剂。
所述方法可以进一步包括分离脂肪族羧酸的步骤或者以上所述的加工步骤中的一个或多个。
此外，本发明提供了一种产生具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的方法，所述方法包括将二氧化碳转化为甲酸以及然后将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸，其中使用氧化剂引发二氧化碳向甲酸的转化。
以上方法的优选的特点与产生以上脂肪族羧酸的方法的特点相同。例如，与所产生的碳主链长度的范围有关的特点、进行反应的温度和pH、二氧化碳来源、二氧化碳捕获剂、乳液等是这种方法的优选的特点。
例如，一般来说，将会在溶液中产生甲酸和脂肪族羧酸。溶液将会包含二氧化碳。这可以是来自空气的溶解的二氧化碳。优选地，二氧化碳气体由溶液起泡以增加可用于反应的二氧化碳的水平。当二氧化碳经由溶液起泡时，它可以来自压缩汽缸。可替代的，它可以包含在来自另一种来源的气体中。例如，来自燃烧的废料气体可以经由溶液起泡。
在一些实施方式中，二氧化碳(例如来自燃烧的废料气体)可以经由溶液起泡(其可以可选地包含二氧化碳捕获剂)。
优选地，二氧化碳是唯一碳源。
优选地，将二氧化碳捕获剂引入至溶液中。这有助于增加反应混合物／溶液中二氧化碳的水平以便维持／增加反应速率。适合的二氧化碳捕获剂对本领域技术人员来说是众所周知的并且包括碱性化合物如氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钡、三乙醇胺、二乙醇胺、单乙醇胺、氨、甲醇、环丁砜、聚乙二醇醚、聚乙二醇、甘油、和表面活性剂如Triton TX系列。在Ortrud Ashenbrenner和Peter Styring(2010)(21)中描述了一些适合的二氧化碳捕获剂。优选地，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些实施方式中，二氧化碳捕获剂是三乙醇胺。在其它实施方式中，二氧化碳捕获剂是聚乙二醇如PEG300。有益地，聚乙二醇不需要化学反应来释放碳，二氧化物，不包含在燃烧时潜在地形成NOX排放的氮，不形成皂，并且有助于降低在最终产物中的灰分。
优选地，所述反应在油水乳液中发生。
所述方法可以进一步包括分离脂肪族羧酸的步骤或者以上所述的加工步骤中的一个或多个。
产生油的方法以一种新的方式“驱动”。所述过程的第一步是二氧化碳的还原以产生甲酸。甲酸是一种还原剂(氧化还原电位-0.25)。所述反应的第一步将二氧化碳固定还生成足够的还原当量以驱动所述过程的下一部分(链构建)。使用“原位”化学电池可以用于驱动其它氧化还原反应。甲酸(还原剂)然后将可用的羧酸(氧化剂)还原，以向增长链中加入一个碳并将氧作为O2释放。这可以避免对加入还原剂的需求以驱动所述反应，在最终产物中捕获碳和还原当量。
实施例
现在将会通过参照附图仅以示例的方式详细地描述本发明，其中：
图1是由本发明的微生物产生的能量来源的红外扫描。所述能量来源是包含脂肪族羧酸的油产物并且所述红外扫描显示了脂肪族羧酸的典型化学特点。
图2显示了可以用于产生根据本发明的油的第一槽系统。
图3显示了可以用于产生根据本发明的油的第二槽系统。
图4是显示用于利用第二槽系统产生油的工艺的流程图。
以下描述决不是限制本发明的范围。
概述
将会讨论本发明的以下方面：
1)细菌培养物的性质；
2)碳构建单元(甲酸)的产生；
3)构建单元组装为短、中、长链脂肪族羧酸；以及
4)产物。
细菌培养物
细菌培养物优选具有以下性质：
·它是以二氧化碳作为其唯一碳源生长的化能无机营养型、需氧型生物。
·它具有耐氧的、在细胞外的氢化酶系统。这种酶系统在pH3.0与8.5之间和在5℃与60℃之间应是稳定的且有活性的。
·它具有能够将甲酸组装为具有羧酸官能团的短、中、和长链烃分子的细胞外酶成份。
·它能够形成具有如以下指定的典型值的油状产物。油应是在细胞外合成的并且与反应介质的顶部物理分离。
在一种实施方式中，所述细菌罗旺醋杆菌FJ1。
碳一构建单元的产生(甲酸)
所述微生物应利用氢化酶系统将二氧化碳还原为甲酸。氢被氧化以产生电子而将二氧化碳还原为甲酸，如下：
CO2+H2→HCOOH
这种酶系统在无细胞提取物中发挥功能，这暗示了细胞外活性。
甲酸组装为短、中、长链烃
所述微生物应能够生成甲酸并且通过分步加入甲酸形成更复杂的分子。形成了高水平的甲酸并且维持250g/升的甲酸当量的最低水平。其中，以甲酸计算酸度水平。首先形成短链脂肪族羧酸。
挥发性酸 5天培养物mg／l 10天培养物mg／l
乙酸(C2) 152 619
丙酸(C3) 406 1840
丁酸(C4) 276 1220
戊酸(C5) 272 1250
异丁酸(C4) <50 <50
异戊酸(C5) <50 <50
C2、C3、C4和C5脂肪族羧酸的存在暗示了甲酸的分步加入，因为代表了奇数和偶数链长度。异丁酸和异戊酸不存在或低于检出水平，表明产生了直链脂肪族羧酸。任何给出的脂肪族羧酸的量随时间增加。
然后系统被维持在甲酸的产生与较大分子的形成之间的平衡。在平衡时，生成的油的量(如以干重测量)是如以甲酸当量测量的酸度的5-10％。然后通过在空气液体界面去除油层和加入等体积的新鲜培养基连续生成油。收集并浓缩上部油层。
油产物由不同链长度的羧酸的混合物组成。链的长度由从一次培养物中去除的速率来调节。通过调节反应条件和使用的设备的类型来改变链长度和生成的分子的比例。可以使用的反应器的类型包括但不限于分批式、连续式、半连续式。反应器类型包括但不限于封闭式反应器、开放式反应器、桨搅拌式、循环式、气提式。
油的产生可以是半连续的。利用如在以下表中详述的基本培养基将所述生物维持在分批培养物中。这是“原种培养物”。
营养成分 g/升
KH2PO4 1.00
MgSO4.7H2O 0.10
CaCO3 0.10
CuSO4 0.01
FeCl3 0.01
MnCl3 0.01
MoCl3 0.01
ZnCl3 0.01
将所述培养基的pH调节为4.0±0.2。将原种培养物中的酸度维持在20-25％(以甲酸计算)。
在在反应槽中使用前，将细胞培养基在水中稀释1／10并维持在中间槽中。这是工作培养物。
油在反应槽中产生，所述反应槽包括但不限于以下所述的槽系统。二氧化碳的来源包括但不限于大气二氧化碳，碳酸盐、碳酸氢盐离子，包含碳酸盐或碳酸氢盐离子的废水，包含二氧化碳的压缩气体和废气。
槽系统1
反应槽是由塑料或塑料包覆材料构成的狭长槽(图2)。在槽的侧面设有适合尺寸的凹接头以允许加入培养基或去除产物。典型尺寸将会是5单位长×1至1.5单位宽×0.5至1.0单位深。在槽中距槽的一个端部1／5处设有一个分区。这个分区是槽的高度的4／5。将具有软管的循环泵加入至每个分区中。还可以将用于内含物的再循环的喷雾杆加入至每个分区中。可以额外地将压缩二氧化碳经由汽缸和管线加入至反应槽中。可以将加热器或加热灯置于槽的两个部分中较小的部分上。
为了在反应槽中引发油的产生，将原种培养基填充至反应容器的较大部分。然后将培养基循环，直到pH增加至5与7之间并且油与上表面分离为止。然后关闭泵。
可替代的，为了在反应槽中引发油的产生，将原种培养基填充至反应容器的较大部分并且加入少量的油以发挥作为引物的作用。通过循环将油和原种培养物混合，直到乳液形成为止。经由反应混合物泵送额外的二氧化碳，直到发生乳液向油的转化为止。通过在反应混合物中水的水平的减少来测量向油的转化。
通过牵拉跨上表面的脂肪收集器或吊杆，可以将油从上表面去除，将油转移至槽的两个部分中较小的部分中。被转移的体积由等体积的工作培养基代替。
当分区充满并且反应完成时，将油泵送至直立沉淀槽中并且使其静置。加入抗微生物剂并且允许水沉淀。经由下阀门去除水。
使用去乳化过滤器或干燥剂，可以通过过滤或通过将水去除至指定水平来进一步加工油。
在可替代的方法中，将2升包含20％细菌的培养基与消毒剂混合以在开始产生油前杀死细菌。这种培养基包含将二氧化碳转化为甲酸然后转化为脂肪族羧酸所需的酶。
将包含所述酶(和杀死的细菌)的培养基加入至已包含200升废油的反应槽中。然后每小时加入50升水，直到反应槽包含约2000升液体为止。当反应槽包含油多于水时，细菌酶仅产生脂肪族羧酸。因为所述酶产生脂肪族羧酸(以油的形式)，油的水平增加。因为产生了油，在槽中水的水平增加以将油转移至围堰。每隔一段时间利用水将反应槽填满以维持油的产生。
将反应槽的pH维持在约6.5并且将温度维持在约15-20℃。
每隔一段时间暂停反应以允许溶解气体释放并使系统的电子平衡重新平衡。
一旦在反应槽中产生希望长度的脂肪族羧酸，便通过牵拉横跨上表面的脂肪收集器或吊杆将油从上表面除去，将油转移至槽的较小的部分中。油的粘度提供了脂肪族羧酸的长度的指征。将油泵送至单独的槽中并去除任何残余的水以阻止发生任何进一步的反应，由此将脂肪族羧酸的长度维持在希望的长度。在将油过滤前还加入了抗微生物剂。
槽系统2
第二可选方案包括具有圆锥形底部的直立混合槽、经由泵的再循环、恒温浸入式加热器和将压缩二氧化碳气体引至槽底部的喷雾器(图3)。将储备酶溶液、发挥作为引物的作用的少量的油以及水加入至槽中。可选地，还可以加入CO2捕获剂如三乙醇胺或PEG300。进一步来说，可以加入温和的氧化剂(如过氯酸钠或氢氧化钠)以帮助引发反应。将加热器设为35℃并通过循环使内含物混合以便形成乳液。经由在槽底部的气体喷雾器引入二氧化碳。同样地，在槽中水的水平的减少之后，油水乳液转化为脂肪族羧酸油。
当反应完成时，终止热量、循环和气流并且使内含物沉淀。经由槽底部排出任何游离的水并且将油经由20微米过滤器泵送至第二沉淀槽。使油进一步沉淀以去除残余的水。将废水再循环或者可以将其蒸馏以去除作为轻质油的有机物质(图3)。可以通过热电联产发动机(combined heat and power engine)使油燃烧以产生热量和电力。然后可以通过由任何适合的二氧化碳捕获化学药品(包括但不限于聚乙二醇300(PEG300))组成的擦洗器单元回收来自发动机的废气排放。
使用去乳化过滤器或干燥剂，可以通过过滤或通过将水去除至指定水平来进一步加工油。
槽系统1和2在形成油产物所需的时间方面不同。槽系统1是低能量消耗的可选方案但是需要延长的反应时间，而槽系统2是更快速的技术但是需要较高的能量输入。
对油进行测试至规定的限值。
取决于油的预期的用途，可以对油进行进一步的加工。在一些实例中，可以将所述油与另一种油掺混，例如，以便改变其它油的性质／特征。
油产物
获得具有以下典型值的油产物：
可替代的，可以获得具有以下典型值的油产物：
分析 单位 值 规范(建议)
由IR鉴别 - 脂肪酸 脂肪酸
灰分 m／m 0.03 0.025-0.050
闪点 ℃下 105 100min
在40℃下的粘度 cSt 最大50
在15℃下的密度 Kg/l 0.853 0.85-0.882
碘值 mg I／100g 90.6 85-95
酸值 mg KOH／g 147 140-160
过氧化值 meg／kg 2.9 最大3
氧化稳定性 H 48+ 48min
硫Content m／m 0.08 最大0.10
总热值 MJ／kg 43.42 37min
十六烷指数 50 50min
潜在沉淀物 ％质量／质量 <0.2(典型0.08)
油由脂肪族羧酸组成：
-红外指纹(图1)是脂肪族羧酸的特征。
-油发生化学反应作为羧酸的特征。
油可以用作短、中、或长链原料。
-油典型具有大于2且小于24的链长度。
-油典型是单不饱和的、具有90-95mg I／100g的碘值。
-油产物经历羧酸作为短、中或长链原料的反应以产生其它商业上可用的产物。这些反应包括但不限于：
a.利用脂酶、酸催化剂或碱催化剂通过与醇反应产生酯。
b.经由酯中间体或直接经由施密特反应(Schmidt reaction)产生酰胺。
c.利用碱(包括但不限于碱性氢氧化物、碳酸盐或碱式碳酸盐)产生羧酸盐。
d.利用催化剂(包括但不限于NN二甲基氯乙胺(NN dimethylchloroethylammonium)和氢化铝锂)直接通过氢化反应或经由醛中间体还原为醇。
e.直接通过氢化反应或者经由中间体如酰卤采用罗森蒙德还原反应(Rosenmundreduction)或硫酯经由福山还原反应(Fukuyama reduction)还原为醛。
f.利用试剂(包括但不限于酰氯氯化亚砜(sulphur dichloride oxide)、氯化磷(V)和三氯化磷)产生酰氯。
g.利用脱羧酶通过酶法或利用碱石灰的羧酸或羧酸盐的脱羧反应以生成等价烃(equivalent hydrocarbon)。
h.经由巴比耶-维兰德降解反应(Barbier Wieland degredation)降低大小。
-油是直接产生的而不是通过之前的生物质的产生及其随后的加工。
-油不是通过发酵产生的。
产生油的方法以一种新的方式“驱动”。所述过程的第一步是二氧化碳的还原以产生甲酸。甲酸是一种还原剂(氧化还原电位-0.25)。所述反应的第一步将二氧化碳固定还生成足够的还原当量以驱动所述过程的下一部分(链构建)。使用“原位”化学电池可以用于驱动其它氧化还原反应。甲酸(还原剂)然后将可用的羧酸(氧化剂)还原，以向增长链中加入一个碳并将氧作为O2释放。这可以避免对加入还原剂的需求以驱动所述反应，在最终产物中捕获碳和还原当量。
步骤1-CO2+H2→HCOOH
步骤2-RCOOH+HCOOH→RCH2COOH+O2
在链构建中的最初步骤由甲酸(亦是最短链的羧酸)在溶液中形成二聚体的倾向性而增强。
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Claims (18)

1.微生物，所述微生物包含能够将二氧化碳转化为甲酸的氢化酶系统和能够将甲酸转化为具有五个以上碳原子的链长度的脂肪族羧酸的第二酶系统，其中所述微生物是具有保藏号NCIMB 41808的醋杆菌属(Acetobacter)菌株。
2.根据权利要求1所述的微生物的用于产生脂肪族羧酸的用途。
3.用于产生脂肪族羧酸的方法，所述方法包括利用包含具有保藏号NCIMB 41808的醋杆菌属菌株的培养基产生脂肪族羧酸。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在3.0与8.5之间的pH进行产生所述脂肪族羧酸的反应。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在6.0与7.0之间的pH进行产生所述脂肪族羧酸的反应。
6.根据权利要求3所述的方法，其中在5℃与60℃之间的温度进行产生所述脂肪族羧酸的反应。
7.根据权利要求3所述的方法，其中在15℃与20℃之间的温度进行产生所述脂肪族羧酸的反应。
8.根据权利要求3所述的方法，其中二氧化碳是唯一碳源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中使二氧化碳起泡通过所述培养基。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述培养基是油水乳液。
11.根据权利要求3所述的方法，其中所述培养基包含二氧化碳捕获剂。
12.根据权利要求3所述的方法，其中所述培养基包含氧化剂。
13.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括在培养后去除或杀死具有保藏号NCIMB 41808的醋杆菌属菌株的细胞。
14.根据权利要求3所述的方法，进一步包括以下步骤中的一个或多个：
1)分离所述脂肪族羧酸；
2)过滤所述脂肪族羧酸；
3)将所述脂肪族羧酸与不同的燃料混合；
4)将所述羧酸化学改性；以及
5)蒸馏并将某些馏分从所述脂肪族羧酸中分离。
15.根据权利要求14的方法，其中步骤4)中的所述羧酸被改性为酯、醇、酮或醛。
16.根据权利要求14的方法，其中所述不同的燃料是油燃料。
17.培养基，其中具有保藏号NCIMB 41808的醋杆菌属菌株已经被培养，然后已经去除或杀死具有保藏号NCIMB 41808的醋杆菌属菌株的细胞。
18.权利要求17的培养基用于产生脂肪族羧酸的用途。
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