CN107635407A - 用于生产蛋白质或饲料的气体发酵 - Google Patents

用于生产蛋白质或饲料的气体发酵 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种包括微生物质的动物饲料和通过培养微生物以产生微生物质的生产动物饲料的方法。具体地说，本发明涉及通过包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物的发酵，尤其是通过革兰氏阳性、厌氧性，和/或梭菌属微生物的发酵生产动物饲料。

Description

用于生产蛋白质或饲料的气体发酵
背景技术
单细胞蛋白(SCP)是指用于富含蛋白质的人类和动物饲料的微生物质，通常替换常规蛋白质补充源，例如豆粕或鱼粉。
微生物质的大规模生产具有优于食品或饲料用生产蛋白质的传统方法的许多优点。举例来说，微生物具有高生长速率，可经基因修饰以修改氨基酸组成，具有高蛋白含量，且可利用广泛的碳源和能源。此外，农业和工业废弃物生物转化为富含蛋白质的原料具有更便宜地制作最终产物的额外益处，其还抵消用作产生SCP的底物的废弃物的负成本价值。另外，SCP的使用使得饲料生产较低地依赖于土地资源且减轻农业压力。
藻类、真菌和细菌是SCP的主要来源(Ravindra,Biotechnol Adv,18:459-479,2000)。先前用于SCP的细菌种类包含甲基营养嗜甲基菌(Methylophilusmethylotrophicus)(Imperial Chemical Industries)、克拉拉嗜甲基菌(Methylophilusclara)(Hoechst)和甲烷嗜甲基菌(Methylophilus methanica)(Norsk Hydro)。然而，这些微生物中的每一种都是革兰氏阴性且好氧性的并消耗甲醇作为碳源。因此，存在对包括来自不同菌株和在不同碳源中生长的微生物质的额外动物饲料的需要。
发明内容
本发明提供包括微生物质和至少一种赋形剂的动物饲料。一般来说，微生物质包括在气态底物中生长的微生物，例如包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物。
微生物可以是革兰氏阳性、产乙酸性、一氧化碳营养型和/或厌氧性的。一般来说，微生物是梭菌(Clostridium)属的一员，例如，是自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)、扬氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)、拉氏梭菌(Clostridiumragsdalei)或科斯卡塔梭菌(Clostridium coskatii)或从其衍生的微生物。在一优选实施例中，微生物是以DSMZ登录号DSM23693保藏的自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)。在某些实施例中，微生物不是甲烷氧化性的。
气态底物包括CO、CO2和H2中的一种或多种。通常，气态底物包括至少一定量的CO。在某些实施例中，气态底物不包括甲烷。然而，在特定实施例中，气态底物可经由甲烷重整(methane reforming)产生。气态底物可以是或可从工业废气、工业尾气或合成气衍生。
动物饲料适用于喂养家畜或宠物，包含(但不限于)肉牛、奶牛、猪、绵羊、山羊、马、骡、驴、鹿、水牛/野牛、驼、羊驼、驯鹿、骆驼、爪哇野牛、大额牛、牦牛、鸡、火鸡、鸭、鹅、鹌鹑、珍珠鸡、乳鸽/鸽子、鱼、虾、甲壳动物、猫、狗和啮齿动物。
动物饲料可进一步包括一种或多种赋形剂，例如碳水化合物、纤维、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、水、调味剂、甜味剂、抗氧化剂、酶、防腐剂、益生菌或抗生素。更一般来说，赋形剂可以是加入微生物质来增强或更改动物饲料的形式、属性或营养含量的任何物质。
本发明进一步提供一种用于生产动物饲料的方法，所述方法包括在存在气态底物的情况下培养微生物以形成微生物质，和由微生物质生产动物饲料。一般来说，气态底物包括CO、CO2和H2中的一种或多种。
所述方法可包括额外步骤。举例来说，所述方法可包括减少微生物质的核酸含量的步骤。所述方法也可包括对微生物质灭菌，对微生物质离心和将微生物质干燥的一个或多个步骤。具体地说，干燥可以是喷雾干燥或桨叶干燥。此外，所述方法可包括将微生物质与赋形剂混合。所述方法还可包括在将微生物质的生产最大化的发酵条件下培养微生物。
具体实施方式
本发明人已发现，由气态底物尤其是包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物的发酵产生的微生物质是用于动物饲料中的SCP的尤其适合的来源。
本发明提供包括微生物质和至少一种赋形剂的动物饲料，其中微生物质包括在气态底物中生长的微生物，例如包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物。
“微生物(microorganism或microbe)”是微观生物，尤其是细菌、古细菌、病毒或真菌。微生物通常是细菌。如本文所使用，“微生物”的叙述应理解为涵盖“细菌”。
“微生物质”是指包括微生物细胞的生物材料。举例来说，微生物质可包括或由细菌、古细菌、病毒或真菌的纯培养物或基本上纯的培养物组成。当最初从发酵液中分离时，微生物质大体上含有大量的水。可通过干燥或处理微生物质来去除或减少这种水。
所述微生物质可包括实例1中表的第一列中所列出的组分中的任一种。值得注意的是，实例1的微生物质包括15重量％的水分(水)。因此，实例1中所列出的值是指每湿(即，未干燥)微生物质的量的每一种组分的量。在本文中，以每重量的湿(即，未干燥)微生物质的组分的重量来描述微生物质的组成。当然，也可能以每重量的干微生物质的组分的重量来计算微生物质的组成。
微生物质通常含有大分数的蛋白质，例如超过50重量％(50g蛋白质/100g生物质)的蛋白质、超过60重量％(60g蛋白质/100g生物质)的蛋白质、超过70重量％(70g蛋白质/100g生物质)的蛋白质，或超过80重量％(80g蛋白质/100g生物质)的蛋白质。在一优选实施例中，微生物质包括至少72重量％(72g蛋白质/100g生物质)的蛋白质。蛋白质部分包括氨基酸，所述氨基酸包含天冬氨酸、丙氨酸、精氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸和/或缬氨酸。具体地说，微生物质可包括超过10毫克甲硫氨酸/克生物质、超过15毫克甲硫氨酸/克生物质、超过20毫克甲硫氨酸/克生物质，或超过25毫克甲硫氨酸/克生物质。在一优选实施例中，微生物质包括至少17.6毫克甲硫氨酸/克生物质。
微生物质可含有多种维生素，所述多种维生素包含维生素A(视黄醇)、维生素C、维生素B1(硫胺)、维生素B2(核黄素)、维生素B3(烟酸)、维生素B5(泛酸)，和/或维生素B6(吡哆醇)。
微生物质可含有相对较少量的碳水化合物和脂肪。举例来说，微生物质可包括低于15重量％(15g碳水化合物/100g生物质)的碳水化合物、低于10重量％(10g碳水化合物/100g生物质)的碳水化合物，或低于5重量％(5g碳水化合物/100g生物质)的碳水化合物。举例来说，微生物质可包括低于10重量％(10g脂肪/100g生物质)的脂肪，或低于5重量％(5g脂肪/100g生物质)的脂肪，低于2重量％(2g脂肪/100g生物质)的脂肪，或低于1重量％(1g脂肪/100g生物质)的脂肪。
所述微生物可基于功能特性分类。举例来说，所述微生物可以是或可从C1固定微生物、厌氧生物、产乙酸菌、产乙醇菌和/或一氧化碳营养生物衍生。表1提供微生物的代表性列表且鉴定其功能特性。
1伍氏醋酸杆菌可由果糖而不是由气体产生乙醇。
2已报导，伍氏醋酸杆菌可在CO中生长，但所述方法是可疑的。
3尚未调查大梭菌是否能够在CO中生长。
4已报导，热醋穆尔氏菌、穆尔氏菌种HUC22-1中的一种菌株由气体产生乙醇。
5尚未调查卵形鼠孢菌是否能够在CO中生长。
6尚未调查森林鼠孢菌是否能够在CO中生长。
7尚未调查类球鼠孢菌是否能够在CO中生长。
“C1”是指一碳分子，例如，CO或CO2。“C1含氧化合物”是指还包括至少一个氧原子的一碳分子，例如，CO或CO2。“C1碳源”是指充当微生物的部分或唯一碳源的一碳分子。举例来说，C1碳源可包括CO、CO2或CH2O2中的一种或多种。优选地，C1碳源包括CO和CO2中的一种或两种。“C1固定微生物”是具有由C1碳源产生一种或多种产物的能力的微生物。通常，所述微生物是C1固定细菌。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的C1固定微生物，或从其衍生。
“厌氧生物”是生长不需要氧气的微生物。如果存在氧气高于某一阈值，那么厌氧生物可能不良地反应或甚至死亡。通常，所述微生物是厌氧生物(即，是厌氧的)。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的厌氧生物，或从其衍生。
“产乙酸菌”是产生或能够产生乙酸(或醋酸)作为厌氧呼吸的产物的微生物。通常，产乙酸菌为使用伍德-永达尔途径(Wood-Ljungdahl pathway)作为其节能和合成乙酰-CoA与乙酰-CoA衍生产物(如乙酸)的主要机制的绝对厌氧细菌(Ragsdale,BiochimBiophys Acta,1784:1873-1898,2008)。产乙酸菌使用乙酰-CoA途径作为(1)由CO2还原合成乙酰-CoA的机制，(2)终端电子接收、节能程序，(3)在细胞碳的合成中固定(同化)CO2的机制(The Prokaryotes第3版，第354页，纽约，NY，2006中：Drake，《产乙酸原核生物(Acetogenic Prokaryotes)》)。所有天然存在的产乙酸菌是C1固定、厌氧性、自养性和非甲烷氧化性的。在一优选实施例中，所述微生物是产乙酸菌。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的产乙酸菌，或从其衍生。
“产乙醇菌”是产生或能够产生乙醇的微生物。在一优选实施例中，所述微生物是产乙醇菌。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的产乙醇菌，或从其衍生。
“自养生物”是能够在不存在有机碳的情况下生长的微生物。实际上，自养生物使用无机碳源，例如CO和/或CO2。在一优选实施例中，所述微生物是自养生物。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的自养生物，或从其衍生。
“一氧化碳营养生物”是能够利用CO作为唯一碳源的微生物。在一优选实施例中，所述微生物是一氧化碳营养生物。在一优选实施例中，所述微生物是表1中所鉴定的一氧化碳营养生物，或从其衍生。
在某些实施例中，所述微生物并不消耗某些底物，例如甲烷或甲醇。在一个实施例中，所述微生物不是甲烷氧化菌和/或不是甲基营养生物。
优选地，所述微生物是革兰氏阳性的。关于在动物饲料中使用SCP的大多数之前工作涉及革兰氏阴性种类，例如甲基营养嗜甲基菌、克拉拉嗜甲基菌和甲烷嗜甲基菌。然而，革兰氏阴性细菌通常产生或含有内毒素，所述内毒素使得其在动物饲料中的使用存在问题。由于内毒素是革兰氏阴性细菌中的一些的细胞组分的一部分且未经由活细菌细胞释放到介质中，所以其去除在某种程度上是困难的。仅可通过基因工程阻止其形成，其中可调节或遏制控制不必要的毒素形成的基因的活性。这可能是难以实现的任务，因为其是细菌细胞壁的整体结构组分(Ravindra,Biotechnol Adv,18:459-479,2000)。
更广泛地说，所述微生物可以是表1中所鉴定的任何属或种类，或可从其衍生。举例来说，所述微生物可以是梭菌属的一员。
在一优选实施例中，所述微生物是包括种类自产乙醇梭菌、扬氏梭菌和拉氏梭菌的梭菌纲的集群，或从其衍生。这些种类首先由Abrini,Arch Microbiol,161:345-351,1994(自产乙醇梭菌)；Tanner,Int J System Bacteriol,43:232-236，1993(扬氏梭菌)；和Huhnke，WO 2008/028055(拉氏梭菌)报导和表征。
这三个种类有许多相似性。具体地说，这些种类全部都是梭菌属的C1固定、厌氧性、产乙酸性、产乙醇性和一氧化碳营养型成员。这些种类具有相似的基因型和表现型以及节能和发酵代谢模式。此外，这些种类利用16S rRNA DNA属于梭菌rRNA同源族I(其超过99％一致)，具有约22到30mol％的DNA G+C含量，为革兰氏阳性，具有相似形态和大小(0.5-0.7×3-5μm之间的对数生长细胞)，为嗜温性(在30℃到37℃下最优地生长)，具有约4到7.5的相似pH值范围(具有约5.5到6的最优pH值)，缺乏细胞色素，且经由Rnf复合物节能。另外，在这些种类中已显示羧酸还原为其对应的醇(Perez,Biotechnol Bioeng,110:1066-1077，2012)。重要的是，这些种类全部还均展示在含CO气体中的强自养生长，产生乙醇和乙酸(或醋酸)作为主要发酵产物，且在某些条件下产生少量的2,3-丁二醇和乳酸。
然而，这三个种类还具有许多不同。从不同源分离这些种类：自产乙醇梭菌从兔肠中分离、扬氏梭菌从鸡院废弃物中分离，和拉氏梭菌从淡水沉积物中分离。这些种类不同之处在于：利用不同的糖(例如鼠李糖、阿拉伯糖)、酸(例如葡糖酸、柠檬酸)、氨基酸(例如精氨酸、组氨酸)或其它底物(例如甜菜碱、丁醇)。此外，这些种类不同之处在于某些维生素(例如硫胺、生物素)的营养缺陷。尽管已发现所有种类中的这些基因和蛋白质在一般组织和数量上相同，但这些种类在伍德-永达尔途径基因和蛋白质的核序列和氨基酸序列上存在差异(Curr Opin Biotechnol,22:320-325,2011)。
因此，总的来说，自产乙醇梭菌、扬氏梭菌或拉氏梭菌的特性中的多种并不特定于所述种类，而是梭菌属的C1固定、厌氧性、产乙酸性、产乙醇性和一氧化碳营养型成员的这个集群的相当一般的特性。然而，由于这些种类实际上是独特的，所以这些种类中的一种的基因修饰或操作在这些种类的另一种中可能不具有相同的效果。举例来说，可观测到生长、性能或产物生产的不同。
微生物还可以是自产乙醇梭菌、扬氏梭菌或拉氏梭菌的分离物或突变体，或从其衍生。自产乙醇梭菌的分离物和突变体包含JA1-1(DSM10061)(Abrini,Arch Microbiol,161:345-351,1994)、LBS1560(DSM19630)(WO 2009/064200)，和LZ1561(DSM23693)。扬氏梭菌的分离物和突变体包含ATCC 49587(Tanner,Int J Syst Bacteriol,43:232-236,1993)、PETCT(DSM13528，ATCC 55383)、ERI-2(ATCC 55380)(US 5,593,886)、C-01(ATCC55988)(US 6,368,819)、O-52(ATCC 55989)(US 6,368,819)和OTA-1(Tirado-Acevedo，《使用扬氏梭菌由合成气体生产生物乙醇(Production of bioethanol from synthesis gasusing Clostridium ljungdahlii)》，博士论文，North Carolina State University，2010)。拉氏梭菌的分离物和突变体包含PI 1(ATCC BAA-622，ATCC PTA-7826)(WO 2008/028055)。
术语“从……衍生”是指由不同(例如亲代或野生型)微生物修饰或改造以便产生新型微生物的微生物。这类修饰或改造通常包含核酸或基因的插入、缺失、突变或取代。
“底物”是指微生物的碳和/或能量源。通常，底物是气态的，且包括C1碳源，例如，CO或CO2。优选地，底物包括CO或CO+CO2的C1碳源。底物可进一步包括其它无碳组分，例如，H2、N2或电子。
底物一般包括至少一定量的CO，如约1mol％、2mol％、5mol％、10mol％、20mol％、30mol％、40mol％、50mol％、60mol％、70mol％、80mol％、90mol％或100mol％的CO。底物可包括一定范围的CO，如约20mol％到80mol％、30mol％到70mol％或40mol％到60mol％的CO。优选地，底物包括约40mol％到70mol％的CO(例如钢厂或高炉气体)、约20mol％到30mol％的CO(例如氧气顶吹转炉气体(basic oxygen furnace gas))或约15mol％到45mol％的CO(例如合成气)。在一些实施例中，底物可包括相对较低量的CO，如约1mol％到10mol％或1mol％到20mol％的CO。所述微生物通常将CO和/或底物中的至少一部分转化为产物。在一些实施例中，底物不包括或基本上不包括CO。
底物可包括一定量的H2。举例来说，底物可包括约1mol％、2mol％、5mol％、10mol％、15mol％、20mol％或30mol％的H2。在一些实施例中，底物可包括相对较高量的H2，如约60mol％、70mol％、80mol％或90mol％的H2。在另外实施例中，底物不包括或基本上不包括H2。
底物可包括一定量的CO2。举例来说，底物可包括约1mol％到80mol％或1mol％到30mol％的CO2。在一些实施例中，底物可包括小于约20mol％、15mol％、10mol％或5mol％的CO2。在另一实施例中，底物不包括或基本上不包括CO2。
在一些实施例中，底物不包括甲烷或甲醇。
虽然底物通常是气态的，但是底物也可以以替代形式提供。举例来说，底物可使用微泡分布发生器溶解于用含CO气体饱和的液体中。另外借助于实例，底物可吸附到固体载体上。
底物和/或C1碳源可以是废弃物或尾气，或可从其衍生，所述废弃物或尾气作为工业过程的副产品或从一些其它源获得，例如从机动车废气或生物质气化获得。在某些实施例中，工业过程选自由以下组成的群组：含铁金属产品制造(如钢铁厂制造)、非铁产品制造、石油精炼过程、煤气化、电力生产、碳黑生产、氨生产、甲醇生产以及焦炭制造。在这些实施例中，底物和/或C1碳源可在将其发射到大气中之前使用任何适宜方法从工业过程采集。
底物和/或C1碳源可以是合成气，或可从其衍生，例如通过煤或精炼厂残余物的气化、生物质或木质纤维材料的气化，或天然气的重整获得的合成气。在另一实施例中，合成气可从城市固体废弃物或工业固体废弃物的气化获得。
关于底物和/或C1碳源，术语“从……衍生”是指在某种程度上经修饰或混合的底物和/或C1碳源。举例来说，底物和/或C1碳源可经处理以添加或去除某些组分或可与其它底物和/或C1碳源的流混合。
底物的组成可能会对反应效率和/或成本产生显著影响。举例来说，氧气(O2)的存在可能会降低厌氧发酵工艺的效率。取决于底物的组成，可能需要处理、洗涤或过滤底物以去除任何不需要的杂质(如毒物、不需要的组分或尘埃粒子)，和/或增加所要组分的浓度。
本发明进一步提供一种用于生产动物饲料的方法，所述方法包括在存在包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物的情况下培养微生物以形成微生物质且由所述微生物质生产动物饲料。
通常，在生物反应器中进行培养。术语“生物反应器”包含由一个或多个容器、塔或管道布置组成的培养/发酵装置，如连续搅拌槽反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、鼓泡塔、气升式发酵罐、静态混合器或适合气-液接触的其它容器或其它装置。在一些实施例中，生物反应器可以包括第一生长反应器和第二培养/发酵反应器。可以向这些反应器中的一个或两个提供底物。如本文所用，术语“培养”和“发酵”可互换地使用。这些术语涵盖培养/发酵工艺的生长阶段和产物生物合成阶段。
通常在含有足以允许微生物生长的营养物、维生素和/或矿物质的水性培养介质中维持培养物。优选地，水性培养介质是厌氧微生物生长介质，例如最小厌氧微生物生长介质。适合的介质是本领域中熟知的。
培养/发酵应该理想地在适用于产生目标产物的条件下进行。要考虑的反应条件包含压力(或分压)、温度、气体流速、液体流速、培养基pH、培养基氧化还原电势、搅拌速率(如果使用连续搅拌槽反应器)、接种物含量、确保液相中的气体不会变成限制因素的最大气体底物浓度和避免产物抑制的最大产物浓度。具体来说，可以控制底物的引入速率来确保液相中的气体的浓度不会变成限制因素，因为在气体限制条件下的培养可能会消耗产物。
本文中，微生物质自身被认为是目标产物。然而，所述微生物还产生一种或多种其它有价值的产物。举例来说，自产乙醇梭菌产生或可经过工程化以产生乙醇(WO 2007/117157)、乙酸(WO 2007/117157)、丁醇(WO 2008/115080和WO 2012/053905)、丁酸(WO2008/115080)、2,3-丁二醇(WO 2009/151342)、乳酸(WO 2011/112103)、丁烯(WO 2012/024522)、丁二烯(WO 2012/024522)、甲基乙基酮(2-丁酮)(WO 2012/024522和WO 2013/185123)、乙烯(WO 2012/026833)、丙酮(WO 2012/115527)、异丙醇(WO 2012/115527)、脂质(WO 2013/036147)、3-羟基丙酸(3-HP)(WO 2013/180581)、异戊二烯(WO 2013/180584)、脂肪酸(WO 2013/191567)、2-丁醇(WO 2013/185123)、1,2-丙二醇(WO 2014/0369152)和1-丙醇(WO 2014/0369152)。
在高压下操作生物反应器允许增加气体从气相到液相传质的速率。因此，在高于大气压的压力下执行培养/发酵通常是优选的。另外，由于给定的气体转化速率在某种程度上随底物滞留时间而变化并且滞留时间指示生物反应器的所需体积，所以使用加压系统可以大大减小所需生物反应器的体积，并且因此降低培养/发酵设备的资金成本。这转而意味着当在高压而非大气压下维持生物反应器时，可以缩短滞留时间(定义为生物反应器中的液体体积除以输入气体流速)。最优反应条件将部分取决于使用的特定微生物。另外，由于给定的气体转化速率在某种程度上随底物滞留时间而变化，并且获得所需滞留时间转而指示生物反应器的所需体积，所以使用加压系统可以大大减小所需生物反应器的体积，并且因此降低发酵设备的资金成本。
可在将微生物质的生产最大化的发酵条件下进行微生物的培养。所述方法还可包括在将微生物质的生产最大化或对微生物质具有选择性的发酵条件下培养微生物。将生物质的选择性最大化要求在最大比生长速率或最大微生物稀释速率下操作。然而，在高微生物稀释速率下操作还减小培养物中妨碍分离的细胞浓度。另外，细胞浓度是高反应器生产率的关键要求。应靶向>1/天的比生长速率或微生物稀释速率，其中2/天的速率更接近最优值。
在双反应器系统中，通过在第一反应器和第二反应器两个中具有高生物质生产速率来使生物质生产速率最大化。这可通过在第二反应器中具有以下两种中的任一种来实现：(1)较低细胞生存力或(2)快速比生长速率。较低细胞生存力可由高产物滴度的毒性实现且可能是非所要的。快速比生长速率可通过以相较于第一反应器的甚至更高的值的第二反应器中的微生物稀释速率操作来实现。
这个关系通过下式获得：μ2＝Dw2-Dw1*(X1/X2)*(V1/V2)，其中μ2是将需要最大化以增加对生物质的选择性的双反应器系统中的第二反应器中的比生长速率，Dw2和Dw1分别是双反应器系统中的第二反应器和第一反应器中的微生物稀释速率，X2和X1分别是双反应器系统中的第二反应器和第一反应器中的生物质滴度，且V2和V1分别是双反应器系统中的第二反应器和第一反应器中的反应器容积。
根据这个等式，为最大化第二反应器中的对生物质的选择性，将需要增加第二反应器中的微生物稀释率Dw2以实现第二反应器中>0.5/天的比生长速率μ2，理想地靶向1/天到2/天。
可使用任何方法或此项技术中已知方法的组合从发酵液分离或纯化产物，所述方法包含(例如)分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵(包含例如液-液萃取)。在某些实施例中，通过从生物反应器中不断去除一部分的培养液、从培养液分离微生物细胞(宜通过过滤)和从培养液回收一种或多种目标产物而从发酵液回收产物。可例如通过蒸馏回收醇类和/或丙酮。可例如通过吸附于活性炭上而回收酸。将在已去除产物之后的剩余的无细胞渗透物同样优选返回到生物反应器。额外营养物(例如维生素B)可以在将无细胞渗透物返回到生物反应器之前添加到无细胞渗透物中以补给介质。
本发明的方法可进一步包括额外分离、加工或处理步骤。举例来说，所述方法可包括对微生物质灭菌、对微生物质离心，和/或将微生物质干燥。在某些实施例中，使用喷雾干燥或桨叶干燥来干燥微生物质。所述方法还可包括使用此项技术中已知的任何方法来减小微生物质的核酸含量，因为高核酸含量饮食的摄入可导致核酸降解产物的积聚和/或肠胃不适。此外，所述方法可包括将微生物质与一种或多种赋形剂混合或组合。
动物饲料适用于喂养动物，例如家畜或宠物。具体地说，动物饲料可适用于喂养以下中的一种或多种：肉牛、奶牛、猪、绵羊、山羊、马、骡、驴、鹿、水牛/野牛、驼、羊驼、驯鹿、骆驼、爪哇野牛、大额牛、牦牛、鸡、火鸡、鸭、鹅、鹌鹑、珍珠鸡、乳鸽/鸽子、鱼、虾、甲壳动物、猫、狗和啮齿动物。可根据不同动物的营养需求来修改动物饲料的组成。
一般来说，动物饲料包括至少一种赋形剂。本文中，“赋形剂”是指可加入微生物质以增强或更改动物饲料的形式、属性或营养含量的任何物质。举例来说，赋形剂可包括以下中的一种或多种：碳水化合物、纤维、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、水、调味剂、甜味剂、抗氧化剂、酶、防腐剂、益生菌或抗生素。在一些实施例中，赋形剂可以是干草、稻草、青贮饲料、谷物、油或脂肪，或其它植物材料。
赋形剂可以是Chiba，《动物营养手册(Animal Nutrition Handbook)》，第3修订版，第575至633页，2014第18章：饮食配方和普通饲料成分(Diet Formulation and CommonFeed Ingredients)中所鉴定的任何饲料成分，所述饲料包含苜蓿、动物脂肪、面包房废弃物、大麦、甜菜粕、狗牙根、血粉或血浆、啤酒糟、啤酒酵母、雀麦草、荞麦、金黄草、芥花、酪蛋白、柑橘渣、三叶草、椰子、玉米、玉米棒、棉籽、羽毛粉、牛毛草、鱼粉或鱼可溶物、玉米渣、肉粉或骨粉、乳、粟、糖蜜、燕麦、鸭茅、豆类、花生、禽肉粉、稻米、黑麦、黑麦草、红花、芝麻、高粱、大豆、葵花、梯牧草、黑小麦、尿素、小麦、乳清或酵母。
实例
以下实例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
实例1
这个实例描述自产醇梭菌DSM23693微生物质的组成。
实例2
这个实例将自产醇梭菌DSM23693生物质的氨基酸组成与其它类型的饲料蛋白质补充剂的氨基酸组成进行比较。
常量营养素比较
实例3
本实例描述用于培养自产醇梭菌和扬氏梭菌的一般方法。这类方法也是本领域中熟知的。
自产醇梭菌DSM10061和DSM23693(DSM10061的衍生物)和扬氏梭菌DSM13528来源于DSMZ(德国微生物和细胞培养物保藏中心(The German Collection of Microorganismsand Cell Cultures)，Inhoffenstraβe 7B,38124Braunschweig,Germany)。
使用标准厌氧技术，使菌株在37℃下在pH 5.6的PETC介质中生长(Hungate,Methods Microbiol,3B:117-132,1969；Wolfe,Adv Microbiol Physiol,6:107-146,1971)。在顶空使用果糖(异养生长)或30psi含CO的钢铁厂气体(从新西兰布鲁克(Glenbrook,NZ)的新西兰钢铁(New Zealand Steel)现场收集；组成：44％CO、32％N2、22％CO2、2％H2)(自养生长)作为底物。对于固体介质，添加1.2％细菌琼脂(BD,FranktonLakes,NJ 07417,USA)。
本文中所引用的包含公开、专利申请和专利的全部参考文献在此以引用方式以相同程度并入本文中，就像单独地并且特定地标明每一参考文献以通过引用方式并入本文中并整体阐述一般。在本说明书中的任何背景的参考不承认且不应认为承认背景技术形成任何国家所致力领域中的公共常识的一部分。
除非本文另外指示或明显与上下文相矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其在以下权利要求书的内容中)术语“一(a/an)”和“所述”和相似提及物的使用应理解为涵盖单数和复数。除非另外指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应理解为开放式术语(即，意味“包含但不限于”)。除非在本文中另外指示，否则对本文中的值的范围的叙述仅意图充当个别提及属于所述范围的每一单独值的速记方法，且每一单独值并入本说明书中，就像在本文中个别地叙述一般。除非本文另外指示或另外明显与内容相矛盾，否则本文中所描述的所有方法可以任何适合顺序进行。除非另有要求，否则本文中所提供的任何和所有实例或示范性语言(例如，“如”)的使用仅意图更好地说明本发明并且不对本发明的范围施加限制。本说明书中的任何语言都不应理解为指示实践本发明所必需的任何非所要求的要素。
本文中描述本发明的优选实施例。在阅读前文描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员可以变得显而易见。本发明人期望本领域的技术人员按需要采用这些变化，并且本发明人打算以不同于本文中特定描述的其它方式来实施本发明。因此，本发明包含适用法律所允许的随附权利要求书中所叙述的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文中另外指示或另外明显与上下文相矛盾，否则本发明涵盖呈其所有可能的变化形式的上述要素的任何组合。

Claims (20)

1.一种动物饲料，包括微生物质和至少一种赋形剂，其中所述微生物质包括在包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物中生长的微生物。
2.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物是革兰氏阳性的。
3.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物是产乙酸性和/或一氧化碳营养型的。
4.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物是厌氧性的。
5.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物是梭菌属(Clostridium)的一员。
6.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物是自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)、扬氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)、拉氏梭菌(Clostridiumragsdalei)或科斯卡塔梭菌(Clostridium coskatii)，或从其衍生。
7.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述微生物不是甲烷氧化性的。
8.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述气态底物包括CO。
9.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述气态底物不包括甲烷。
10.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述气态底物是或源于工业废气、工业尾气或合成气。
11.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述动物饲料适用于喂养家畜或宠物。
12.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述动物饲料适用于喂养以下中的一种或多种：肉牛、奶牛、猪、绵羊、山羊、马、骡、驴、鹿、水牛/野牛、驼、羊驼、驯鹿、骆驼、爪哇野牛、大额牛、牦牛、鸡、火鸡、鸭、鹅、鹌鹑、珍珠鸡、乳鸽/鸽子、鱼、虾、甲壳动物、猫、狗和啮齿动物。
13.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述赋形剂包括以下中的一种或多种：碳水化合物、纤维、脂肪、蛋白质、维生素、矿物质、水、调味剂、甜味剂、抗氧化剂、酶、防腐剂、益生菌或抗生素。
14.根据权利要求1所述的动物饲料，其中所述赋形剂包括以下中的一种或多种：苜蓿、动物脂肪、面包房废弃物、大麦、甜菜粕、狗牙根、血粉或血浆、啤酒糟、啤酒酵母、雀麦草、荞麦、金黄草、芥花、酪蛋白、柑橘渣、三叶草、椰子、玉米、玉米棒、棉籽、羽毛粉、牛毛草、鱼粉或鱼可溶物、玉米渣、肉粉或骨粉、乳、粟、糖蜜、燕麦、鸭茅、豆类、花生、禽肉粉、稻米、黑麦、黑麦草、红花、芝麻、高粱、大豆、葵花、梯牧草、黑小麦、尿素、小麦、乳清或酵母。
15.一种生产权利要求1所述的动物饲料的方法，包括在存在包括CO、CO2和H2中的一种或多种的气态底物的情况下培养微生物以形成微生物质和由所述微生物质生产动物饲料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括减小所述微生物质的核酸含量。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括从由以下组成的群组中选出的一个或多个步骤：对所述微生物质灭菌，对所述微生物质离心和将所述微生物质干燥。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述干燥为喷雾干燥或桨叶干燥。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述微生物质与赋形剂混合。
20.根据权利要求15所述的方法，其中在将微生物质的生产最大化的发酵条件下进行培养。
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