CN108841874A - 合成气发酵方法的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及合成气发酵方法的操作方法。具体地，本发明提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法有效降低电导率并提供约10g乙醇/(L·天)的醇STY。所述方法包括将合成气导入到反应器容器中，并向所述反应器容器提供约100mg氮/g产生的细胞或更高的氮进料速率。所述合成气的发酵有效地提供了具有约16mS/cm或更低的平均电导率和10g乙醇/(L·天)或更高的STY的发酵培养基。

Description

合成气发酵方法的操作方法
本申请是国际申请日2013年5月15日、国际申请号PCT/US2013/041250于2014年11月21日进入中国国家阶段、申请号201380026747.8、发明名称“合成气发酵方法的操作方法”的申请的分案申请。
与相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月22日提交的美国临时申请号61/650,098和61/650,093两者以及2012年11月14日提交的美国临时申请号61/726,225的优先权，所有上述临时申请以其整体通过参考并入本文。
技术领域
提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法有效地降低电导率并提供约10g乙醇/(L·天)或更高的醇STY。更具体地，所述方法包括向反应器容器提供量为每克产生的细胞约100mg氮或更高的氮的氮进料速率。
发明背景
厌氧微生物可以通过气态底物的发酵从CO生产乙醇。使用来自于梭状芽胞杆菌(Clostridium)属的厌氧微生物的发酵产生乙醇和其他有用产物。例如，美国专利号5,173,429描述了杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC号49587，该厌氧微生物从合成气体生产乙醇和乙酸盐。美国专利号5,807,722描述了使用杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ATCC号55380将废气转变成有机酸和醇类的方法和装置。美国专利号6,136,577描述了使用杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC号55988和55989将废气转变成乙醇的方法和装置。
为了获得稳定的性能和乙醇生产率，产乙酸细菌需要氨形式的恒定的氮进料。最常见情况下，氨源是提供在低pH培养基料流中的氯化铵。由于成本和可利用性，氢氧化铵的使用是优选的。然而，由于氢氧化铵是碱，因此它必须作为分开的培养基料流添加。这种高pH料流的添加有可能引起发酵操作问题。此外，在较高生产率水平(>50STY)下，在更浓的培养基使用期间，发酵液的离子强度增加到对培养物性能造成不利影响的水平。
发明概述
一种用于合成气发酵的方法降低电导率并提高醇的STY。所述方法包括将所述合成气导入到反应器容器中，并向所述反应器容器提供约100mg氮/g产生的细胞或更高的氮进料速率。合成气的发酵有效地提供了具有约16mS/cm或更低的平均电导率和10g乙醇/(L·天)或更高的STY的发酵培养基。就此而言，氮从包括无水氨、氨水、氢氧化铵、乙酸铵、有机或无机的硝酸盐或酯、腈、胺、亚胺、酰胺、氨基酸、氨基醇及其混合物的来源提供。在一种情况下，氮由氢氧化铵提供。所述方法包括导入具有约0.75或更高的CO/CO2比例的合成气，并用一种或多种产乙酸细菌发酵合成气。所述发酵方法有效地提供约1.0g/L或更高的细胞密度和约5％至约99％的CO转化率。在一种情况下，发酵培养基包含约0.01g/L或更少的酵母提取物和约0.01g/L或更少的糖类。
在一种情况下，用于降低发酵中的电导率的方法包括将合成气导入到包含发酵培养基的反应器容器中。所述方法包括以约100mg氮/g产生的细胞或更高的速率向反应器容器提供氮进料，其中在氮进料中用氢氧化铵代替氯化铵。该氮进料有效地提供约16mS/cm或更低的电导率和约4.2至约4.8的pH。
在另一种情况下，用于降低发酵培养基中的电导率的方法包括将合成气导入到反应器容器中，并以约100mg氮/g产生的细胞或更高的速率向反应器容器提供氮进料。在这种情况下，在氮进料中用氢氧化铵代替氯化铵。与氮进料是氯化铵的发酵相比，该方法有效地提供了至少约20％的电导率的降低。
在一种情况下，发酵培养基包含：每克产生的细胞约100至约340mg的氮、每克产生的细胞约10.5至约15mg的磷或每克产生的细胞约26至约36mg的钾。在这种情况下，氮源是氢氧化铵。
发明详述
下面的描述不应以限制性意义对待，而是仅仅出于描述示例性实施方式的一般性原理的目的做出。本发明的范围应该参考权利要求书确定。
本文所描述的使用培养基和产乙酸细菌在生物反应器中进行的合成气发酵，有效地提供了合成气中的CO向醇类和其他产物的转化。利用氢氧化铵作为氮源和降低电导率，有效地提供了高的生产率水平。在这方面，醇生产率可以表示成STY(用g乙醇/(L·天)表示的空时产率)。就此而言，所述方法有效地提供了至少约10g乙醇/(L·天)的STY(空时产率)。可能的STY值包括约10g乙醇/(L·天)至约200g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约10g乙醇/(L·天)至约160g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约10g乙醇/(L·天)至约120g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约10g乙醇/(L·天)至约80g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约10g乙醇/(L·天)至约15g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约15g乙醇/(L·天)至约20g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约20g乙醇/(L·天)至约140g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约20g乙醇/(L·天)至约100g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约40g乙醇/(L·天)至约140g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约40g乙醇/(L·天)至约100g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约10g乙醇/(L·天)，在另一种情况下约15g乙醇/(L·天)，并且在另一种情况下约16g乙醇/(L·天)。
定义
除非另有定义，否则在整个本公开的本说明书中使用的下列术语被定义如下，并且可以包括下面规定的定义的单数或复数形式：
“电导率”和“平均电导率”是指导电能力。水由于含有溶解的带电荷固体而导电。例如，氯离子、硝酸根和硫酸根带有负电荷，而钠、镁和钙离子带有正电荷。这些溶解的固体影响水的导电能力。电导率通过在两个电极之间施加电压的探头来测量。使用电压降来测量水的电阻，然后将其转变成电导率。平均电导率可以通过已知技术和方法来测量。平均电导率测量的一些实例提供在ASTM D1125，“水的电导率和电阻率的标准试验方法”(Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water)和在“用于水和废水的检查的标准方法”(Standard Methods for the Examination ofWater and Wastewater)，1999，美国公共卫生协会(American Public HealthAssociation),美国水工程协会(American Water Works Association),水环境联合会(Water Environment Federation)中，两者通过参考并入本文。
修饰任何量的术语“约”是指所述量在真实世界条件下，例如在实验室、中试工厂或生产设施中遇到的变化。例如，在混合物中使用的成分或测量的量或数量，当用“约”修饰时，包括在生产工厂或实验室中的实验条件下的测量中通常使用的变化性和照管程度。例如，产物的组分的量，当用“约”修饰时，包括在工厂或实验室中的多次实验中批次之间的变化，以及分析方法中固有的变化。不论是否用“约”修饰，所述量包括那些量的等同量。本文中陈述的并且用“约”修饰的任何数量，也可以作为没有被“约”修饰的量用于本公开。
术语“合成气”或“合成气体”是指为含有不同量的一氧化碳和氢气的气体混合物命名的合成气体。生产方法的实例包括天然气或烃类的蒸汽重整以产生氢气，煤的气化，以及在某些类型的废物变能量的气化设施中。所述名称来自于它们在产生合成天然气(SNG)和用于生产氨或甲醇中用作中间体。合成气是可燃的，并且通常被用作燃料源或作为生产其他化学品的中间体。
术语“发酵”、“发酵方法”或“发酵反应”等，旨在涵盖所述方法的生长阶段和产物生物合成阶段两者。在一种情况下，发酵是指CO向醇类的转化。
术语“细胞密度”是指每单位体积发酵液的微生物细胞的质量，例如克/升。就此而言，所述方法和培养基有效地提供至少约1.0g/L的细胞密度。细胞密度可以为约1至约25g/L，在另一种情况下约1至约20g/L，在另一种情况下约1至约10g/L，在另一种情况下约10至约20g/L，在另一种情况下约12至约18g/L，在另一种情况下约14至约16g/L，在另一种情况下约2至约8g/L，在另一种情况下约3至约6g/L，并且在另一种情况下约4至约5g/L。
术语“细胞回收利用”是指从发酵培养液分离微生物细胞，并将全部或一部分分离到的微生物细胞返回到发酵罐。一般来说，使用过滤装置来实现分离。
术语“发酵罐”、“反应器容器”或“生物反应器”包括由一个或多个容器和/或塔或管路装置构成的发酵装置，其包括连续搅拌釜式反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR),移动床生物膜反应器(MBBR)、泡罩塔、气升式发酵罐、膜反应器例如中空纤维膜生物反应器(HFMBR)、静态混合器或适合于气体-液体接触的其他容器或其他装置。
含CO的气态底物
在一种情况下，所述方法具有支持从气态底物例如含CO的大体积工业烟道气生产醇类的实用性。在某些情况下，包括CO的气体源自于含碳废物例如工业废气或源自于其他废物的气化。因此，所述方法代表了用于捕获否则将被排放到环境中的碳的有效方法。工业烟道气的实例包括在含铁金属产品制造、非含铁产品制造、石油精炼工艺、煤的气化、生物质的气化、电力生产、炭黑生产、氨生产、甲醇生产和焦炭制造期间产生的气体。
在另一种情况下，含CO的气态底物可能是合成气。合成气可以从任何已知来源提供。在一种情况下，合成气可以源自于含碳材料的气化。气化包括生物质在受限的氧供应中的部分燃烧。得到的气体主要包括CO和H2。就此而言，合成气含有至少约10摩尔％的CO，在一种情况下至少约20摩尔％，在一种情况下约10至约100摩尔％，在另一种情况下约20至约100摩尔％的CO，在另一种情况下约30至约90摩尔％的CO，在另一种情况下约40至约80摩尔％的CO，并且在另一种情况下约50至约70摩尔％的CO。合成气将具有至少约0.75、在另一种情况下至少约1.0、在另一种情况下至少约1.5、在另一种情况下至少约2.0、在另一种情况下至少约2.5、在另一种情况下至少约3.0并且在另一种情况下至少约3.5的CO/CO2摩尔比。适合的气化方法和装置的一些实例提供在均于2012年3月22日提交的美国系列号13/427,144、13/427,193和13/427,247中，所有这些文献通过参考并入本文。
在另一种情况下，用于繁殖产乙酸细菌的合成气可以基本上是CO。当在本文中使用时，“基本上是CO”意味着至少约50摩尔％的CO，在另一种情况下至少约60摩尔％的CO，在另一种情况下至少约70摩尔％的CO，在另一种情况下至少约80摩尔％的CO，以及在另一种情况下至少约90摩尔％的CO。
取决于气态的含CO底物的组成，也可能想要对它进行处理，以在将它导入发酵之前除去任何不想要的杂质例如尘埃粒子。例如，可以使用已知方法对气态底物进行过滤或净化。
培养基
根据一个方面，通过向反应器容器添加适合的培养基来启动发酵方法。反应器容器中包含的液体可以包括任何类型的适合的营养培养基或发酵培养基。营养培养基将包含有效地允许所使用的微生物生长的维生素和矿物质。适合于使用CO作为碳源的乙醇发酵的厌氧培养基是已知的。适合的发酵培养基的一个实例描述在美国专利号7,285,402中，该专利通过参考并入本文。适合的培养基的其他实例描述在美国系列号61/650,098和61/650,093中，两者在2012年5月22日提交，并且两者都通过参考并入本文。在一种情况下，所利用的培养基包含少于约0.01g/L的酵母提取物和少于约0.01g/L的糖类。
在一种情况下，所述方法包括以约100mg氮/g产生的细胞或更高的量向反应器容器提供氮进料速率。在另一种情况下，氮进料速率为约100至约340mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约160至约340mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约160至约200mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约160至约180mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约160至约170mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约170至约190mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约170至约180mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约200至约330mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约170至约175mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约175至约190mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约175至约185mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约175至约180mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约180至约200mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约180至约190mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约180至约185mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约185至约210mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约185至约200mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约185至约190mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约190至约210mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约190至约200mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约190至约195mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约210至约320mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约220至约310mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约230至约300mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约240至约290mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约250至约280mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约260至约270mg氮/克产生的细胞，在另一种情况下约195至约300mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约195至约275mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约195至约250mg氮/g产生的细胞，在另一种情况下约195至约225mg氮/g产生的细胞，以及在另一种情况下约195至约200mg氮/g产生的细胞。就此而言，氮从包括无水氨、氨水、氢氧化铵、乙酸铵、有机或无机的硝酸盐或酯、腈、胺、亚胺、酰胺、氨基酸、氨基醇及其混合物的来源提供。在一种情况下，氮由氢氧化铵提供。
在另一种情况下，所述方法有效提供的平均电导率为约16mS/cm或更低，在另一种情况下约12mS/cm或更低，在另一种情况下约8mS/cm或更低，在另一种情况下约6.5mS/cm或更低，在另一种情况下约6.0mS/cm或更低，在另一种情况下约5.5mS/cm或更低，在另一种情况下约5.0mS/cm或更低，在另一种情况下约4.7mS/cm或更低，在另一种情况下约4.5mS/cm或更低，在另一种情况下约4.0mS/cm至约6.5mS/cm，在另一种情况下约5.0mS/cm至约6.0mS/cm以及在另一种情况下约4.0mS/cm至约5.0mS/cm。
在一种情况下，所述方法包括控制电导率同时维持想要的STY水平。用氢氧化铵取代或代替氯化铵有效地降低电导率并维持想要的STY水平。就此而言，将氢氧化铵作为培养基的组分添加和/或用于调节培养基的pH。就此而言，用氢氧化铵取代氯化铵有效地将培养基的电导率降低约20％或更高，在另一种情况下约25％或更高，在另一种情况下约20％至约30％，并且在另一种情况下约25％至约30％。
在另一种情况下，从约100至约340mg的氮/g产生的细胞的任何氮进料速率有效地提供了约16mS/cm或更低的平均电导率，并维持约10g乙醇/(L·天)至约200g乙醇/(L·天)的STY。在更具体的情况下，约190至约210mg的氮/g产生的细胞的氮进料速率有效地提供约4mS/cm至约6.5mS/cm、在另一种情况下约5mS/cm至约6mS/cm以及在另一种情况下约4至约5mS/cm的平均电导率。在另一种更具体的情况下，约190至约200mg的氮/g产生的细胞的氮进料速率有效地提供约4mS/cm至约6.5mS/cm、在另一种情况下约5mS/cm至约6mS/cm、以及在另一种情况下约4mS/cm至约5mS/cm平均电导率。在另一种更具体的情况下，约190至约195mg的氮/g产生的细胞的氮进料速率有效地提供约4mS/cm至约6.5mS/cm、在另一种情况下约5mS/cm至约6mS/cm以及在另一种情况下约4mS/cm至约5mS/cm的平均电导率。在另一种更具体的情况下，约195至约200mg的氮/g产生的细胞的氮进料速率有效地提供约4mS/cm至约6.5mS/cm、在另一种情况下约5mS/cm至约6mS/cm以及在另一种情况下约4mS/cm至约5mS/cm的平均电导率。
在一种情况下，所述培养基包含至少一种或多种氮源、至少一种或多种磷源和至少一种或多种钾源。所述培养基可以包括这三类物质中的任一种、这三类物质的任何组合，并且在重要的情况下包括所有这三类物质。磷源可以包括选自磷酸、磷酸铵、磷酸钾及其混合物的磷源。钾源可以包括选自氯化钾、磷酸钾、硝酸钾、硫酸钾及其混合物的钾源。
在一种情况下，所述培养基包含铁、钨、镍、钴、镁、硫和硫胺素中的一种或多种。培养基可以包含这些组分中的任一种、任何组合，并且在重要的情况下包括所有这些组分。铁可以包括选自氯化亚铁、硫酸亚铁及其混合物的铁源。钨源可以包括选自钨酸钠、钨酸钙、钨酸钾及其混合物的钨源。镍源可以包括选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍及其混合物的镍源。钴源可以包括选自氯化钴、氟化钴、溴化钴、碘化钴及其混合物的钴源。镁源可以包括选自氯化镁、硫酸镁、磷酸镁及其混合物的镁源。硫源可以包括半胱氨酸、硫化钠及其混合物。
各种组分的浓度如下：
方法的实施将pH维持在约4.2至约4.8的范围内。培养基包含少于约0.01g/L的酵母提取物和少于约0.01g/L的糖类。
生物反应器运作
根据一个方面，通过向反应器容器添加培养基来启动发酵方法。将培养基灭菌以除去不想要的微生物，并用想要的微生物接种反应器。在一种情况下，所利用的微生物包括产乙酸细菌。有用的产乙酸细菌的实例包括梭状芽胞杆菌属(Clostridium)的细菌，例如杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，包括在WO 2000/68407、EP 117309、美国专利号5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO 1998/00558以及WO 2002/08438中所描述的，产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株(德国DSMZ的DSM 10061和DSM 19630)，包括在WO 2007/117157和WO 2009/151342中所描述的，以及拉氏梭菌(Clostridiumragsdalei)(P11，ATCC BAA-622)和Alkalibaculum bacchi(CP11，ATCC BAA-1772)，包括分别在美国专利号7,704,723和“来自于生物质产生的合成气体的生物燃料和生物产品”(Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas，Hasan Atiyeh，在Oklahoma EPSCoR年度国家会议上的报告，2010年4月29日)中所描述的，以及在美国专利申请号2007/0276447中描述的食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)(ATCCPTA-7827)。其他适合的微生物包括穆尔氏菌属(Moorella)的微生物和一氧化碳嗜热菌属(Carboxydothermus)的微生物，所述穆尔氏菌属(Moorella)的微生物包括穆尔氏菌Moorella sp.HUC22-1。每个这些参考文献通过参考并入本文。可以使用两种或更多种微生物的混合培养物。
有用的细菌的一些实例包括凯伍产醋菌(Acetogenium kivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)、Alkalibaculumbacchi CP11(ATCC BAA-1772)、延长布劳特氏菌(Blautia producta)、食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、Caldanaerobacter subterraneous、Caldanaerobacter subterraneous pacificus、生氢一氧化碳嗜热菌(Carboxydothermushydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)P262(德国DSMZ的DSM19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 10061)、产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 23693)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ERI2(ATCC 55380)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)C-01(ATCC55988)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)O-52(ATCC 55889)、大梭菌(Clostridiummagnum)、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德国DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、粪味梭菌(Clostridium scatologenes)、热醋酸梭菌(Clostridium thermoaceticum)、突那梭菌(Clostridium ultunense)、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)、食乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcinaacetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、Morrella thermoacetica、Morrella thermoautotrophica、繁氏产醋杆菌(Oxobacter pfennigii)、产生消化链球菌(Peptostreptococcus productus)、产物瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凯伍热厌氧杆状菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
在接种后，建立初始进料气体供应速率，以有效地供应初始微生物群体。分析流出物气体以确定流出物气体的含量。将气体分析的结果用于控制进料气体速率。在达到想要的水平后，从反应器抽出液体相和细胞物质并用培养基补充。就此而言，运作生物反应器以维持细胞密度为至少约2克/升，在另一种情况下约2至约50克/升，在各种其他情况下约5至约40克/升、约5至约30克/升、约5至约20克/升、约5至约15克/升、约10至约40克/升、约10至约30克/升、约10至约20克/升、约15至约20和约10至约15克/升。细胞密度可以通过使用回收过滤器来控制。生物反应器的一些实例描述在2011年6月30日提交的美国系列号61/571,654和61/571,565、2011年9月13日提交的美国系列号61/573,845、2012年5月15日提交的美国系列号13/471,827和13/471,858以及2012年5月16日提交的美国系列号13/473,167中，所有申请通过参考并入本文。
在一种情况下，所述方法有效地提供约5至约99％的CO转化率，在另一种情况下，CO转化率为约10％至约90％，在另一种情况下约20％至约80％，在另一种情况下约30％至约70％，在另一种情况下约40％至约60％，在另一种情况下约50％至约95％，在另一种情况下约60％至约95％，在另一种情况下约70％至约95％，在另一种情况下约80％至约95％，并且在另一种情况下约80％至约90％。
实施例
实施例1：NH4OH作为氮源
在作为不含回收利用回路的直通式CSTR运作的生物反应器(New BrunswickBioFlo I或IIc)中进行实验。生物反应器运作条件如下：
培养物类型为杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)C01。
培养物温度被保持在约38℃。
搅拌在数字读数器上为约800rpm。
培养物体积为约2450至2500ml。
培养物pH设定点为约4.5至4.6。使用5％NaHCO3溶液进行pH控制。
进料气体是15％H2、45％N2、30％CO和10％CO2的合成掺混物，以约411ml/分钟的速率进料到培养物。
培养基以约1.3ml/分钟或约1870ml/天的速率进料到反应器中。.
液体和细胞停留时间为约29–31小时。
在生物反应器中微生物培养进入稳定运行。起始氨源为NH4Cl。在达到稳定运行后，通过从起始培养基中除去氯化铵，将氨源改变成NH4OH。培养基组分和浓度如下所述。
*Na+浓度仅来自于NaCl。它不包括来自于其他组分例如Na2WO4·2H2的Na+。
在氨源更换期间采取下列步骤。
■降低起始培养基的流速以补偿NH4OH培养基流速并维持进入系统的相同的总液体流速，
■将起始培养基组分浓度增加与培养基流速被降低的百分率相同的百分率，以便尽管起始培养基减少但仍保持相同的总体组分进料率。
监测下列参数：
■气体转化率和摄入量
■产物浓度
■细胞密度
■培养物pH
■碱储存器液位
■XRT/LRT
将氨源更换为氢氧化铵提供了下列结果：
■平均电导率读数降低约20％。
■乙醇浓度增加约18％。
■乙醇生产率从16.2g/L·天增加到18.3g/L·天，提高13％。
■测量的培养物pH增加约4.6％。
■平均的碱添加速率降低约86％。
■开始时存在乙酸浓度的提高，然后该浓度稳定地降低。
■随着氨源的改变，存在气体摄入量、气体转化率、细胞密度或丁醇浓度的不显著但可观察到的变化。
结果如下：
*在t＝236小时时测量**在t＝298小时时测量
尽管本文公开的发明已借助于其具体实施方式、实施例和应用进行描述，但是本领域技术人员可以对其做出许多修改和改变，而不背离在权利要求书中阐述的本发明的范围。

Claims (25)

1.一种用于降低发酵中的电导率的方法，所述方法包括：
将合成气导入到包含发酵培养基的反应器容器中；以及
以约100mg氮/g产生的细胞或更高的速率向所述反应器容器提供氮进料，其中在所述氮进料中用氢氧化铵代替氯化铵；
其中所述氮进料有效地提供约16mS/cm或更低的电导率和约4.2至约4.8的pH。
2.权利要求1的方法，其中所述方法有效地提供约10g乙醇/(L·天)或更高的STY。
3.权利要求1的发酵方法，其中所述合成气具有约0.75或更高的CO/CO2比例。
4.权利要求1的发酵方法，其中所述发酵包括将所述合成气与一种或多种产乙酸细菌相接触。
5.权利要求4的发酵方法，其中所述产乙酸细菌选自凯伍产醋菌(Acetogeniumkivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772)、延长布劳特氏菌(Blautiaproducta)、食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、Caldanaerobactersubterraneous、Caldanaerobacter subterraneous pacificus、生氢一氧化碳嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)P262(德国DSMZ的DSM 19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 10061)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 23693)、产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌(Clostridiumcarboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2(ATCC 55380)、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)C-01(ATCC 55988)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)O-52(ATCC55889)、大梭菌(Clostridium magnum)、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德国DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、粪味梭菌(Clostridium scatologenes)、热醋酸梭菌(Clostridium thermoaceticum)、突那梭菌(Clostridium ultunense)、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)、食乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、Morrella thermoacetica、Morrella thermoautotrophica、繁氏产醋杆菌(Oxobacterpfennigii)、产生消化链球菌(Peptostreptococcus productus)、产物瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凯伍热厌氧杆状菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
6.权利要求1的发酵方法，其中所述方法有效地提供约1.0g/L或更高的细胞密度。
7.权利要求1的发酵方法，其中所述方法有效地提供至少约5％至约99％的CO转化率。
8.权利要求1的发酵方法，其中所述发酵培养基具有约0.01g/L或更少的酵母提取物。
9.权利要求1的发酵方法，其中所述发酵培养基具有约0.01g/L或更少的糖类。
10.一种用于降低发酵中的电导率的方法，所述方法包括：
将合成气导入到包含发酵培养基的反应器容器中；以及
以约100mg氮/g产生的细胞或更高的速率向所述反应器容器提供氮进料，其中在所述氮进料中用氢氧化铵代替氯化铵；
其中与所述氮进料是氯化铵的发酵相比，所述方法有效地提供电导率的至少约20％的降低。
11.权利要求10的方法，其中所述方法有效地提供约10g乙醇/(L·天)或更高的STY。
12.权利要求10的发酵方法，其中所述合成气具有约0.75或更高的CO/CO2比例。
13.权利要求10的发酵方法，其中所述发酵包括将所述合成气与一种或多种产乙酸细菌相接触。
14.权利要求13的发酵方法，其中所述产乙酸细菌选自凯伍产醋菌(Acetogeniumkivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772)、延长布劳特氏菌(Blautiaproducta)、食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、Caldanaerobactersubterraneous、Caldanaerobacter subterraneous pacificus、生氢一氧化碳嗜热菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)P262(德国DSMZ的DSM 19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM19630)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 10061)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 23693)、产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)(德国DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌(Clostridiumcarboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2(ATCC 55380)、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)C-01(ATCC 55988)、杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)O-52(ATCC55889)、大梭菌(Clostridium magnum)、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德国DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、粪味梭菌(Clostridium scatologenes)、热醋酸梭菌(Clostridium thermoaceticum)、突那梭菌(Clostridium ultunense)、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)、食乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、Morrella thermoacetica、Morrella thermoautotrophica、繁氏产醋杆菌(Oxobacterpfennigii)、产生消化链球菌(Peptostreptococcus productus)、产物瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凯伍热厌氧杆状菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
15.权利要求10的发酵方法，其中所述方法有效地提供约1.0g/L或更高的细胞密度。
16.权利要求10的发酵方法，其中所述方法有效地提供至少约5％至约99％的CO转化率。
17.权利要求10的发酵方法，其中所述发酵培养基具有约0.01g/L或更少的酵母提取物。
18.权利要求10的发酵方法，其中所述发酵培养基具有约0.01g/L或更少的糖类。
19.一种发酵培养基，其包含：
每克产生的细胞约100至约340mg的氮；
每克产生的细胞约10.5至约15mg的磷；以及
每克产生的细胞约26至约36mg的钾。
20.权利要求19的发酵培养基，其中所述氮源是氢氧化铵。
21.权利要求19的发酵培养基，其中所述磷从选自磷酸、磷酸铵、磷酸钾及其混合物的磷源提供，以及所述钾从选自氯化钾、磷酸钾、硝酸钾、硫酸钾及其混合物的钾源提供。
22.权利要求19的发酵培养基，其中所述发酵培养基包括下列一种或多种：
每克产生的细胞至少约2.7mg的铁，
每克产生的细胞至少约10μg的钨，
每克产生的细胞至少约34μg的镍，
每克产生的细胞至少约9μg的钴，
每克产生的细胞至少约4.5mg的镁，
每克产生的细胞至少约11mg的硫，和
每克产生的细胞至少约6.5μg的硫胺素。
23.权利要求19的发酵培养基，其中所述发酵培养基包括下列一种或多种：
每克产生的细胞约2.7至约5mg的铁，
每克产生的细胞约10至约30μg的钨，
每克产生的细胞约34至约40μg的镍，
每克产生的细胞约9至约30μg的钴，
每克产生的细胞约4.5至约10mg的镁，
每克产生的细胞约11至约20mg的硫，和
每克产生的细胞约6.5至约20μg的硫胺素。
24.权利要求23的发酵培养基，其中所述铁由选自氯化亚铁、硫酸亚铁及其混合物的铁源提供，所述钨由选自钨酸钠、钨酸钙、钨酸钾及其混合物的钨源提供，所述镍由选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍及其混合物的镍源提供，所述钴由选自氯化钴、氟化钴、溴化钴、碘化钴及其混合物的钴源提供，所述镁由选自氯化镁、硫酸镁、磷酸镁的镁源提供，并且所述硫由选自半胱氨酸、硫化钠及其混合物的硫源提供。
25.权利要求19的发酵培养基，其中所述发酵培养基具有约4.2至约4.8的pH。
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