CN115867635A - 生产单细胞蛋白质的方法 - Google Patents

生产单细胞蛋白质的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115867635A
CN115867635A CN202180048322.1A CN202180048322A CN115867635A CN 115867635 A CN115867635 A CN 115867635A CN 202180048322 A CN202180048322 A CN 202180048322A CN 115867635 A CN115867635 A CN 115867635A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
fermentation medium
compound
microorganisms
cell protein
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180048322.1A
Other languages
English (en)
Inventor
S·K·南迪
I·克里斯滕森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unibio AS
Original Assignee
Unibio AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unibio AS filed Critical Unibio AS
Publication of CN115867635A publication Critical patent/CN115867635A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K1/00—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/04—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length on carriers
    • C07K1/045—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length on carriers using devices to improve synthesis, e.g. reactors, special vessels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18—External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

本发明涉及通过在第一环管反应器中进行的第一发酵过程提供第一反应产物的方法，所述方法包括以下步骤：(i)将包含一种或多种产甲烷微生物的接种物添加到第一环管反应器中，提供第一接种的发酵培养基；(ii)向所述第一接种的发酵培养基中添加气态氢(H2)；(iii)向所述第一接种的发酵培养基中添加第一碳源；(iv)使所述第一发酵培养基发酵，提供第一反应产物；以及(v)分离步骤(iv)中提供的第一反应产物。

Description

生产单细胞蛋白质的方法
本发明的技术领域
本发明涉及生产单细胞蛋白(SCP)的改进方法。特别地，本发明涉及提供生产单细胞蛋白质的改进方法，该方法使得发酵过程(和发酵反应器)的位置不依赖于天然气的回收；与化石燃料成本的波动无关；减小对环境和/或大气的影响；越来越简单；提高生产率；和/或提高效率。
发明背景
由于世界人口的增加，人对富含蛋白质的饮食的需求增加，为了加速动物的生长和发育以及动物的健康，给动物(宠物或养殖动物)和鱼更多地喂饲富含蛋白质的饮食。
然而，随着世界人口的增长以及畜牧业和宠物业对蛋白质需求的增加，有强有力的证据表明，农业将无法满足这一需求，并且存在严重的食物短缺风险。
工业化农业的特点是高耗水足迹(high-water footprint)、高土地使用率、生物多样性破坏、总体环境退化，并因排放约三分之一的所有温室气体而加剧气候变化。
针对日益增长的对蛋白质的需求，以及至少一些提及的工业化农业的不利方面，单细胞蛋白质(SCP)的生产已被证明是非常令人感兴趣的候选者。
单细胞蛋白质(SCP)可以通过经由微生物在烃、氮和其它底物上的生长对生物质进行发酵来产生。SCP生产代表了自动防故障大规模食品生产(fail-safe mass food-production)的选择，其可以在全球范围内甚至在恶劣的气候条件下可靠地生产食品。
SCP产品可以例如作为液体产品或喷雾干燥产品直接用于食品或饲料产品。在用于食品或饲料产品之前，可以替代地例如通过水解和/或分离对SCP或生物质进一步加工，以提供特殊的级分、去除杂质或浓缩组分。
常规用于生产SCP的微生物是甲基营养型微生物(methylotrophicmicroorganism)或甲烷营养型微生物(methanotrophic microorganism)。这些微生物在氧化合物和氮化合物存在的情况下消化以天然气形式(作为碳源气体)提供的甲烷，并将其转化为生物质，最终成为SCP产品。
甲烷是天然气的主要成分，按体积计约占87％。甲烷的主要来源是地质矿床的开采。其与其它烃燃料相关。一般来说，生成天然气的沉积物比含油的沉积物埋藏更深，温度更高，这可使其更难以回收。甲烷通常以其天然气形式通过管道或以其液化形式通过LNG运输船散装运输，或者少数国家通过卡车运输甲烷。
因此，目前提供的用于提供SCP的方法的一些挑战是该方法的位置可能局限于甲烷或天然气可用的区域。或者，甲烷或天然气应该被运输到SCP发酵罐，这增加了生产的额外成本。此外，如上所述，所使用的甲烷常规地获自化石燃料，这可能是限制因素，并且承受成本的大幅波动以及对环境和大气的有害影响。
此外，基于天然气消化的发酵过程涉及不同类型微生物的共发酵，因为天然气包含少量除甲烷外的不同的烃，所述烃需要被消化以避免在发酵培养基中积累并导致发酵过程效率降低或甚至可能停止随后可能被重新启动的发酵过程。
因此，工业上需要生产单细胞蛋白质的改进方法，解决现有技术问题的改进方法将是有利的。
特别地，需要改进的方法，该方法不依赖于天然气的开采地点，因此不依赖于廉价甲烷气体的存在，该方法不受化石燃料价格波动的影响；对环境和/或大气更友好，并且更简单、更高效和/或更可靠的方法将是有利的。
发明内容
因此，本发明的目的涉及生产单细胞蛋白质的改进方法，解决现有技术问题的改进方法将是有利的。
特别地，本发明的目的是提供生产单细胞蛋白的改进方法，该方法解决了关于发酵过程(和发酵反应器)的位置的上述现有技术中问题；化石燃料成本的波动；环境和/或大气挑战、简单性、生产率和效率。
因此，本发明的一个方面涉及通过在第一环管反应器中进行的第一发酵过程提供第一反应产物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将包含一种或多种产甲烷微生物的接种物添加到第一环管反应器中，提供第一接种的发酵培养基；
(ii)向第一接种的发酵培养基中添加气态氢(H2)；
(iii)向第一接种的发酵培养基中添加第一气态碳源，诸如气态一氧化碳(CO)；气态二氧化碳(CO2)或它们的组合；
(iv)使第一发酵培养基发酵，提供第一反应产物；以及
(v)分离步骤(iv)中提供的第一反应产物。
本发明的另一方面涉及生产第二种单细胞蛋白的方法，其包括以下步骤：
(a)提供气态氢气(H2)；
(b)将来自步骤(a)的氢气与第一气态碳源诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或它们的组合混合，提供C1化合物；
(c)将步骤(b)中提供的C1化合物添加到包含一种或多种能够代谢C1化合物的微生物的第二环管反应器中，提供第二接种的发酵培养基；
(d)使第二接种的发酵培养基在第二发酵过程中发酵，并将C1化合物转化成生物质材料，以及
(e)分离步骤(c)中提供的生物质材料并提供第二单细胞蛋白质。
本发明的又一方面涉及一种包括环管部分(loop-part)和顶部罐的环管反应器，所述环管部分包括通过U形部分连接到向上流动部分的向下流动部分，其中环管部分包括至少一个用于注入气态氢(H2)的入口。
本发明的另一方面涉及单细胞蛋白质组合物，其包含根据本发明的第一单细胞蛋白质和根据本发明的第二单细胞蛋白质。
此外，本发明的方面涉及根据本发明的单细胞蛋白质组合物在动物饲料产品中作为成分的用途。
现在将在下文中更详细地描述本发明。
具体实施方式
本发明的发明人发现，目前可用的用于提供单细胞蛋白质(SCP)的方法具有几个不期望的限制、不期望的缺点和挑战，其对技术的使用和生产单细胞蛋白质(SCP)的方法的生产率具有负面影响。因此，本发明的发明人令人惊讶地发现了从具有可用碳源(例如甲烷)的位置断开所述方法的方法，该方法还显示出对环境和/或大气更友好，并且该方法更简单和/或更高效。
本发明的优选实施方案涉及通过在第一环管反应器中进行的第一发酵过程提供第一反应产物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)将包含一种或多种产甲烷微生物的接种物添加到第一环管反应器中，提供第一接种的发酵培养基；
(ii)向第一接种的发酵培养基中添加气态氢(H2)；
(iii)向第一接种的发酵培养基中添加第一气态碳源，诸如气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合；
(iv)使第一发酵培养基发酵，提供第一反应产物；以及
(v)分离步骤(iv)中提供的第一反应产物。
在本发明的说明书中，术语“环管”涉及包括环管部分和顶部罐(气/液分离罐)的环管反应器。顶部罐可包括用于从顶部罐排放废气的通风管。环管部分可包括通过水平部分或U形部分连接到基本垂直的向上流动部分的基本垂直的向下流动部分。
在本发明的优选实施方案中，环管部分包括用于循环发酵培养基(当存在于发酵罐中时)的循环泵。
在本发明的又一实施方案中，环管部分的长度可以比顶部罐的长度和/或高度长，优选显著更长。
在本发明的另一实施方案中，顶部罐的容积大于环管部分的容积。优选地，发酵反应器包括具有长度可以比顶部罐的长度和/或高度更长、优选显著更长的环管部分，并且顶部罐的容积大于环管部分的容积。
在本发明的实施方案中，本发明的环管部分可涉及至少一个向下流动部分、至少一个向上流动部分以及至少一个连接部分。
在本说明书中，术语“U形部分”涉及在发酵反应器或环管反应器底部提供的连接向上流动部分和向下流动部分的下端的弯管。
优选地，一个或多个向上流动部分和一个或多个向下流动部分是垂直的或基本垂直的。
根据本发明的环管反应器可被设计成立式环管反应器或卧式环管反应器。
在本发明的实施方案中，发酵反应器可以是立式环管反应器。立式环管反应器可涉及U形部分的主要部分相对于水平安置以垂直或基本上垂直的方式安置的环管反应器。在本发明的实施方案中，发酵反应器包括以垂直或基本上垂直的方式安置的U形部分的主要部分。
在本发明的另一个实施方案中，发酵反应器可以是卧式环管反应器。卧式环管反应器可以涉及U形部分的主要部分相对于垂直安置以水平或基本上水平的方式安置的环管反应器。在本发明的实施方案中，发酵反应器包括以水平或基本上水平的方式安置的U形部分的主要部分。
优选地，发酵反应器可被设计成立式环管反应器。
在本发明的说明书中，术语“主要部分”涉及U形部分的至少51％(v/v)具有所期望的安置方式；诸如至少55％(v/v)；例如至少60％(v/v)；诸如至少65％(v/v)；例如至少70％(v/v)；诸如至少75％(v/v)；例如至少80％(v/v)；诸如至少85％(v/v)；例如至少90％(v/v)；诸如至少95％(v/v)；例如至少98％(v/v)。
在本说明书中，术语“顶部罐”涉及位于发酵反应器顶部，负责从发酵液体中去除废气的容器。优选地，在操作/发酵期间，顶部罐仅部分填充有发酵液。在本发明的实施方案中，术语“部分填充有发酵液”涉及发酵液与气体之间的90∶10的比例；诸如80∶20的比例；例如70∶30的比例；诸如60∶40的比例；例如50∶50的比例；诸如40∶60的比例；例如30∶70的比例；诸如20∶80的比例；例如10∶90的比例。
在本发明的说明书中,“视觉检查装置”涉及一种或多种装置，其允许技术人员获得例如关于顶部罐和/或环管部分中的流动性和/或发泡特性的直接信息。
在本发明的实施方案中，直接信息可以是关于顶部罐中的发泡特性的实时信息。
在本发明的另一个实施方案中，第一碳源可以是第一气态碳源或第一液体碳源。优选地，第一碳源是第一气态碳源。
第一气态碳源可以是气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合。
向存在于第一环管反应器中的第一接种的发酵培养基中添加或流动：
-气态氢(H2)和/或
-第一气态碳源，例如气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合，可以通过一种或多种产甲烷微生物的优化生产所必需的氢气(H2)的需求和/或氢气(H2)消耗来控制。
产甲烷微生物的培养和发酵通常是技术人员已知的。
在本发明的实施方案中，可以在发酵过程中将气态氢(H2)和/或第一气态碳源，诸如气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合连续添加到第一接种的发酵培养基中。
在本发明的说明书中，术语“氢”涉及化合物二氢(H2)。氢气(H2)可以以气体形式提供。
在本发明的实施方案中，气态氢可以由水的电解提供；获自自然资源，如地球储备；通过微生物产生；或者通过化学产生。
由于电流的通过，水的电解导致水分子分解成氧气和氢气。可以将连接到两个电极或两块板(通常由一些惰性金属诸如铂或铱制成)的DC电源放置在水中，并且可以容易地从阴极收集氢气。
在本发明的实施方案中，第一气态碳源，诸如气态一氧化碳(CO)和/或气态二氧化碳(CO2)可获自碳捕获过程或化学过程、酶促过程或微生物过程。
产甲烷微生物可以是产甲烷古细菌、产甲烷细菌、产甲烷酵母、产甲烷真菌或它们的组合。
在本发明的实施方案中，产甲烷微生物可以是原核生物。优选地，产甲烷微生物可以是产甲烷古细菌。
产甲烷古细菌可优选选自由以下各项组成的组：布氏甲烷杆菌(Methanobacterium bryantii)、甲酸甲烷杆菌(Methanobacterium formicicum)、嗜热脂肪甲烷杆菌(Methanobacterium thermoalcaliphium)、沃氏甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter wolfeii)、史氏甲烷短杆菌(Methanobrevibacter smithii)、反刍甲烷短杆菌(Methanobrevibacter ruminantium)、沃氏甲烷球菌(Methanococcusvoltae)、运动甲烷微菌(Methanomicrobium mobile)、帕氏甲烷叶形菌(Methanolaciniapaynteri)、亨氏甲烷螺菌(Methanospirillum hungatei)、嗜乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、马氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina mazei)、嗜热甲烷八叠球菌(Methanosarcinathermophile)、甲基拟甲烷球菌(Methanococcoides methylutens)、联合鬃毛甲烷菌(Methanosaeta concilii(索氏(soehngenii)))和嗜热鬃毛甲烷菌(Methanosaetathermophila)。
在本发明的实施方案中，发酵过程可以是分批发酵、补料分批发酵或连续发酵。优选地，发酵过程可以是连续的。
对于例如SCP的商业生产，发酵过程可包括3个发酵阶段：
-分批发酵；其为生物体的初始繁殖，其中将除生物体外的所有需要的材料在与生物体一起装载到反应器之前通过高压灭菌进行净化，并开始该过程。所用的生物体经历所有的生长期(滞后期、对数或指数期和稳态期)。在这种运行模式下，条件在非稳态系统下随时间不断变化，需要大量的工作和参与。
-补料分批发酵；其为一种生物技术操作过程，其中在培养期间将一种或多种营养物进料到生物反应器中，并且其中一种或多种产物保留在生物反应器中直到运行结束。补料分批发酵可常规地在分批发酵之后进行，并且可以在将该过程转变为连续发酵之前提供以获得非常高的生物体细胞浓度，因为分批发酵需要抑制性的高浓度营养物，因此非常困难或者甚至不可能。补料分批发酵可用于制备用于连续发酵的细胞培养物。
-连续发酵；其为发酵过程的生产模型，其中用无菌发酵培养基饲喂微生物，所述培养基用于生物体的培养，同时从系统中移出包括生物质在内的部分发酵培养基。这使得生物质的连续供应成为独特的特征，所述生物质可以用作为单细胞蛋白质或被分级分离成各种级分。
根据本发明的方法的生产模式可以优选作为连续发酵过程运行。优选地，连续发酵过程随分批发酵和/或补料分批发酵过程之后进行，从向发酵反应器中添加水、必要的营养盐和微生物开始，产生第一接种的发酵培养基，并且可以开始分批和/或补料分批发酵过程。当达到足够的生物质含量时，可以开始连续发酵过程。
出于经济原因，工业上可能有兴趣和动力尽可能快地开始连续和稳定状态的发酵，以节省时间和成本，更快地向市场提供SCP产品并获利，而且使人们能够确定环境条件与微生物行为(包括遗传和表型表达)之间的关系。
可以允许第一接种的发酵培养基在分批发酵和/或补料分批发酵期间发酵6小时至6天的时间；诸如12小时至5天的时间；例如1至4天的时间，诸如2至3天的时间。
可以优选通过第一压力控制装置将第一接种的发酵培养基在第一发酵反应器中循环，并且可以开始添加底物如气态氢(H2)和碳源，并且可以开始第一发酵过程。当微生物的密度达到约0.5-10％，优选1-5％(以干重计)的浓度时，可将第一发酵过程转变为连续发酵过程，其中可将第一接种的发酵培养基从第一发酵反应器中例如从顶部罐和/或U形部分中连续取出，并进行下游处理，提供所需的第一反应产物。同时，随着从第一发酵反应器中连续取出第一接种的发酵培养基，可以添加包含水、盐和营养物的底物。
在本发明的实施方案中，在连续发酵期间，可使第一接种的发酵培养基发酵至少3天的时间，诸如至少6天，例如至少2周，诸如至少4周，例如至少1个月，诸如至少2个月，例如至少3个月。
第一接种的发酵培养基可以在连续发酵期间发酵，直至由于维护需要、微生物污染、化学污染、与底物有关的问题等而强行或手动停止培养。
在本发明的实施方案中，可以使第一接种的发酵培养基在25-60℃范围内，诸如在30-50℃的范围内，例如在35-45℃的范围内，诸如在40-43℃的范围内的温度下发酵。
第一发酵过程涉及产甲烷微生物的发酵以及提供第一反应产物。
在本发明的讨论中，术语“第一反应产物”涉及通过产甲烷微生物的作用从第一发酵过程中获得的一种或多种产物。
在本发明的实施方案中，步骤(v)中提供的第一反应产物可以是第一生物质材料、第一单细胞蛋白质、C1化合物或它们的组合。
在本发明的又一实施方案中，第一反应产物包含单细胞蛋白质。
第一生物质材料和/或第一单细胞蛋白可包含一种或多种产甲烷微生物。
在本发明的实施方案中，C1化合物可以是甲烷、甲醇或它们的衍生物。优选地，C1化合物可以是甲烷。
优选地，可以从第一发酵过程中获得几种第一反应产物。
在本发明的实施方案中，步骤(v)中提供的第一反应产物可包含第一单细胞蛋白质与C1化合物的组合。
第一反应产物可包含C1化合物，并且可将C1化合物添加到第二环管反应器中，第二环管反应器包含第二接种的发酵培养基，第二接种的发酵培养基包含一种或多种能够通过第二发酵过程代谢C1化合物并将C1化合物转化为第二反应产物的微生物。
在本发明的讨论中，术语“第二反应产物”涉及通过一种或多种能够代谢C1化合物的微生物的作用从第二发酵过程中获得的一种或多种产物。
第二反应产物可以是第二单细胞蛋白质、第二生物质材料、CO2或它们的组合。
第二反应产物可以是第二单细胞蛋白质、第二生物质材料或它们的级分。
在本发明的实施方案中，第二反应产物可以是CO2、单细胞蛋白或单细胞蛋白质的级分的组合。
可通过WO 2018/115042中描述的方法以及可根据WO 2018/115042中描述的方法进行的对第一和/或第二反应产物的下游处理来获得单细胞蛋白质的级分或生物质产物的级分。
能够代谢C1化合物的一种或多种微生物可以是一种或多种好氧微生物。
在本发明的实施方案中，一种或多种好氧微生物可以是一种或多种好氧甲烷营养型微生物和/或一种或多种好氧甲基营养型微生物。优选地，一种或多种好氧甲烷营养型微生物或一种或多种好氧甲基营养型微生物可以分别是一种或多种好氧甲烷营养型细菌和/或一种或多种好氧甲基营养型细菌。
在本发明的另一个实施方案中，能够代谢C1化合物的一种或多种微生物可以不是重组微生物。
在本发明的上下文中，术语“重组微生物”涉及其遗传物质已经用遗传工程技术改变的遗传修饰生物体(GMO)。可以认为重组微生物与微生物中例如通过交配和/或天然重组天然发生的遗传改变相反。
优选地，能够代谢C1化合物的一种或多种微生物可以是一种或多种天然存在的微生物。
在本发明的实施方案中，能够代谢C1化合物的一种或多种微生物可以是细菌，诸如甲烷营养型或甲基营养型细菌；酵母，诸如甲烷营养型或甲基营养型酵母；真菌，诸如甲烷营养型或甲基营养型真菌；或它们的组合。
在本发明的上下文中，术语“天然存在的微生物”涉及其遗传物质未曾使用遗传工程技术改变的微生物。术语“天然存在的微生物”可涵盖微生物遗传物质中的天然修饰或改变。
在本发明的实施方案中，一种或多种好氧甲烷营养型细菌可以是甲基球菌属(Methylococcus)。优选地，甲基球菌是荚膜甲基球菌(M.capsulatus)，更优选地，荚膜甲基球菌可以是荚膜甲基球菌(Bath)；甚至更优选在NCIMB 11132下鉴定的荚膜甲基球菌(Bath)。
在本发明的另一个实施方案中，能够代谢C1化合物的一种或多种微生物可以与另一种微生物组合(如在共发酵中)提供。
共发酵中的其它微生物可以根据可能的杂质，诸如除C1外的碳化合物来选择，所述杂质不被根据本发明的能够代谢C1的一种或多种微生物代谢或消化，因此可以在第二发酵过程中在第二接种的发酵培养基中积累。
在本发明的实施方案中，可以以一种或多种能够代谢C1的微生物(优选荚膜甲基球菌)与一种或多种选自下组的微生物的组合来提供共发酵：罗尔斯通氏菌属种(Ralstonia sp.)、短芽孢杆菌(Bacillus brevis)、土壤短芽孢杆菌(Brevibacillusagri)、食酸产碱杆菌(Alcaligenes acidovorans)、丹尼克解硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillus danicus)和坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)。
特别地，根据本发明的共发酵可以涉及包含荚膜甲基球菌(优选为NCIMB 11132)、食酸产碱杆菌(优选为NCIMB 13287)、坚强芽孢杆菌(优选为NCIMB 13289)和丹丹尼克解硫胺素芽孢杆菌(优选NCIMB 13288)的共发酵。
在本发明的实施方案中，酵母可以是甲烷营养型或甲基营养型酵母。优选地，酵母可以选自巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)；法夫驹形氏酵母(Komagataella phaffii)、巴斯德驹形氏酵母(Komagataella pastoris)和/或假巴斯德驹形氏酵母(Komagataellapseudopastoris)。
在本发明的实施方案中，第二生物质材料和/或第二单细胞蛋白质可包含一种或多种甲烷营养型微生物和/或一种或多种甲基营养型微生物。
在本发明的另一个实施方案中，可将第一单细胞蛋白质与第二单细胞蛋白质混合，提供组合的单细胞蛋白质。
在本发明的实施方案中，可使第二接种的发酵培养基在分批发酵期间发酵6小时至6天的时间；诸如12小时至5天的时间；例如1至4天的时间，诸如2至3天的时间。
在生产模式期间，根据本发明的第二发酵过程可以优选作为连续发酵过程运行。优选地，第二接种的发酵培养基的连续发酵过程遵循分批发酵和/或补料分批发酵过程，该发酵过程通过向第二发酵反应器中添加水、必要的营养盐和微生物(包括一种或多种能够代谢C1的微生物)开始，产生第二接种的发酵培养基，并且可以开始分批和/或补料分批发酵过程。
可以将第二接种的发酵培养基在发酵反应器中循环(优选通过第一压力控制装置)，并且可以开始添加底物，如气态C1化合物，并且可以开始发酵。当第二发酵反应器中的微生物密度达到约0.5-10％，优选1-5％(以干重计)的浓度时，可将第二发酵过程转变为连续发酵过程，其中可从第二发酵反应器中例如从顶部罐和/或从U形部分中连续取出第二接种的发酵培养基，并进行下游处理，提供所需的第二反应产物。同时，随着从发酵反应器中连续取出第二接种的发酵培养基，可以添加包含水、盐和营养物的底物。
在本发明的实施方案中，可使第二接种的发酵培养基在连续发酵期间发酵至少3天的时间，诸如至少6天，例如至少2周，诸如至少4周，例如至少1个月，诸如至少2个月，例如至少3个月。
第二接种的发酵培养基可以在连续发酵期间发酵，直至由于维护需要、微生物污染、化学污染、底物问题等而强制或手动停止培养。
在本发明的实施方案中，可使第二接种的发酵培养基在25-60℃范围内、诸如在30-50℃的范围内、例如在35-45℃的范围内、诸如在40-43℃的范围内的温度下发酵。
在本发明的又一个实施方案中，第二发酵过程可包括向第二接种的发酵培养基中添加二氧化碳(CO2)。
在本发明的实施方案中，可将根据本发明的一种或多种甲烷营养型微生物和/或一种或多种甲基营养型微生物添加到第一接种的发酵培养基中，在一种或多种产甲烷微生物与一种或多种甲烷营养型微生物和/或一种或多种甲基营养型微生物之间提供共发酵。然后，一种或多种甲烷营养型微生物和/或一种或多种甲基营养型微生物可以在分离步骤(v)之前直接从第一接种的发酵培养基中转化从第一次发酵过程生成的C1化合物。
在本发明的又一个实施方案中，可将气态氧(O2)添加到第二接种的发酵培养基中。
如前关于第一发酵过程所述，将氢气(H2)添加到第一发酵反应器中，氢气(H2)可以由水的电解提供，由于电流的通过，水分解成氧气(O2)和氢气(H2)。
在本发明的实施方案中，气态氧(O2)由水解水产生气态氢(H2)提供，所述气态氢(H2)可被添加到第一接种的发酵培养基中，气态氧(O2)可被添加到第二接种的发酵培养基中。
当从水的电解中提供气态氢时，也获得了氧。获得的氧可用于第二发酵过程，以提供第二反应产物，例如包含甲烷营养微生物或甲基营养微生物的第二单细胞蛋白质。
当由水的电解中提供气态氢时，也获得了氧气。获得的氧气可用于第二发酵过程，以提供第二反应产物，例如包含甲烷营养型微生物或甲基营养型微生物的第二单细胞蛋白质。
在本发明的实施方案中，可将第二发酵过程中产生的CO2再循环到第一接种的发酵培养基和/或第二接种的发酵培养基中。
本发明的优选实施方案涉及生产第二单细胞蛋白质的方法，其包括以下步骤：
(a)提供气态氢气(H2)；
(b)将来自步骤(a)的氢气与第一碳源，例如第一气态碳源，诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或它们的组合混合，提供C1化合物；
(c)将步骤(b)中提供的C1化合物添加到包含一种或多种能够代谢C1化合物的微生物的第二环管反应器中，提供第二接种的发酵培养基；
(d)使第二接种的发酵培养基在第二发酵过程中发酵，并将C1化合物转化成第二生物质材料；以及
(e)分离步骤(c)中提供的第二生物质材料，并提供第二单细胞蛋白质。
在本发明的实施方案中，可根据上述第一种发酵方法获得步骤(b)中提供的C1化合物。
在本发明的又一个实施方案中，步骤(a)中提供的气态氢气(H2)可以通过对水进行水分解处理，导致水分子(H2O)分裂成氢气(H2)级分和氧气(O2)级分而获得。
优选地，水分解处理可以是电解。
电解是其中将电源连接到放置在水中的两个电极或两块板(通常由一些惰性金属诸如铂或铱制成)的过程。当电源被开启，氢气(H2)将出现在阴极(电子进入水中的地方)，氧气将出现在阳极。假设在理想的法拉第效率(faradaic efficiency)下，产生的氢气量是氧气量的两倍，并且两者都与由溶液传导的总电荷成比例。
在电解水的过程中，氧气将出现在阳极，并且可被分离并添加到第二接种的发酵培养基中。
可由第二发酵过程中生成的二氧化碳(CO2)可再循环。
本发明的优选实施方案涉及包括环管部分和顶部罐的环管反应器，所述环管部分包括通过水平部分、基本水平部分或U形部分连接到向上流动部分的向下流动部分，其中环管部分包括至少一个用于注入气态氢(H2)的入口。
在本发明的实施方案中，环管部分还可包括至少一个用于注入气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合的入口。
优选地，环管反应器包括循环泵。
在本发明的实施方案中，可在环管反应器的环管部分中提供第一压力控制装置。优选地，循环泵可以充当第一压力控制装置。
可在环管反应器的环管部分的向下流动部分的上部中提供第一压力控制装置。
在第一压力控制装置的下游，可以提供第二压力控制装置。优选地，在向上流动部分的上部中提供第二压力控制装置。
第二压力控制装置可选自由以下各项组成的组：向上流动部分的上部的节段的直径/横截面变窄、有孔的盘子、喷射口、喷嘴、阀门、水力旋流器或泵(例如螺旋桨泵、凸轮泵或涡轮泵)。
第一压力控制装置可向第二压力控制装置泵送发酵培养基，这在第一压力控制装置与第二压力控制装置之间的发酵培养基上产生增加的压力。这种增加的压力可以增加气体从未溶解状态到溶解状态的工质传递，并且变得可用于微生物消耗。
在本发明的实施方案中，环管反应器可包含至少一个非主动混合器(inactivemixer)和/或至少一个主动混合器(active mixer)。
环管反应器的顶部罐可包括：
(i)第一出口，其将顶部罐连接到环管部分的向下流动部分，并允许存在于顶部罐中的发酵液体从顶部罐流入环管部分；
(ii)第一入口，其将顶部罐连接到环管部分的向上流动部分，允许存在于环管部分中的发酵液体从环管部分流入顶部罐；以及
顶部罐还可包括用于从顶部罐排放废气的排气管。
在本发明的实施方案中，顶部罐还包括视觉检查装置。
在本发明的另一个实施方案中，环管部分包括视觉检查装置。
可以在环管部分中提供视觉检查装置，以控制环管部分中发酵培养基的流动和/或发酵培养基的湍流，从而确保优化发酵和提高发酵过程的生产率。
可以在顶部罐中提供视觉检查装置，以控制顶罐中发酵液体的起泡和/或湍流，从而确保排出气体的优化脱气，并因此提高发酵过程的生产率。
优选地，视觉检查装置可以以水平或基本水平的检查视角放置在顶部罐中。
视觉检查装置可以放置在顶部罐的侧面，从而允许发酵液体的表面上方和发酵液体的表面下方的组合视野。
优选地，视觉检查装置可以放置在顶部罐的端部。
优选地，视觉检查装置可以放置在顶部罐的端部，提供从第一入口(或向上流动部分)朝向第一出口(或向下流动部分)的视野。
在本发明的实施方案中，根据本发明的视觉检查装置可以是检查孔、照相机或检查孔与照相机诸如内嵌式照相机的组合。
在本发明的又一实施方案中，检查孔可以是观察镜(sight glass)。
环管反应器可包括至少一个氢(H2)传感器。氢传感器可以提供关于第一接种的发酵培养基中溶解和/或未溶解的氢气(H2)的量的信息。以这种方式，可以优化根据本发明的第一发酵过程。
对环管反应器的合适改进的进一步细节和关于如何运行这种环管反应器的特征，以及所得生物质的加工可以是如WO 2010/069313、WO 2000/70014、WO 2003/016460、WO2018/158319、WO 2018/158322、WO 2018/115042和WO 2017/080987(其均通过引用并入)中所描述的。
本发明的优选实施方案涉及组合的单细胞蛋白质组合物，其包含根据本发明的第一单细胞蛋白质和根据本发明的第二单细胞蛋白质。
优选地，第一单细胞蛋白质包含一种或多种产甲烷微生物。
优选地，第二单细胞蛋白质包含一种或多种甲烷营养型微生物或甲基营养型微生物。
在本发明的实施方案中，组合的单细胞蛋白质包含以下物质的组合：
-一种或多种产甲烷微生物；和
-一种或多种甲烷营养型微生物或一种或多种甲基营养型微生物。
本发明的优选实施方案涉及根据本发明的组合的单细胞蛋白质组合物在动物饲料产品或人食品中作为成分的用途。
饲料产品可以是反刍动物饲料产品、鱼饲料产品、猪饲料产品或家禽饲料产品。
应当注意，在本发明的一个方面的上下文中描述的实施方案和特征也适用于本发明的其它方面。
本申请中引用的所有专利和非专利参考文献均据此通过引用以其整体并入。
参考文献
WO 2010/069313
WO 2000/70014
WO 2003/016460
WO 2018/158319
WO 2018/158322
WO 2018/115042
WO 2017/080987
WO 2018/132379

Claims (10)

1.一种通过在第一环管反应器中进行的第一发酵过程提供第一反应产物的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)将包含一种或多种产甲烷微生物的接种物添加到所述第一环管反应器中，提供第一接种的发酵培养基；
(ii)向所述第一接种的发酵培养基中添加气态氢(H2)；
(iii)向所述第一接种的发酵培养基中添加第一碳源；
(iv)使所述第一发酵培养基发酵，提供所述第一反应产物；以及
(v)分离步骤(iv)中提供的所述第一反应产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一碳源是第一气态碳源，并且其中所述第一气态碳源是气态一氧化碳(CO)、气态二氧化碳(CO2)或它们的组合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(v)中提供的所述第一反应产物是第一生物质材料、第一单细胞蛋白质、C1化合物或它们的组合；并且其中所述C1化合物可以是甲烷、甲醇或它们的衍生物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一反应产物包含C1化合物，并且其中将所述C1化合物添加到第二环管反应器中，所述第二环管反应器包含第二接种的发酵培养基，所述第二接种的发酵培养基包含一种或多种能够通过第二发酵过程代谢所述C1化合物并将所述C1化合物转化为第二反应产物的微生物。
5.一种生产第二单细胞蛋白质的方法，其包括以下步骤：
(a)提供气态氢气(H2)；
(b)将来自步骤(a)的所述氢气与第一气态碳源诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或它们的组合混合，提供C1化合物；
(c)将步骤(b)中提供的所述C1化合物添加到包含一种或多种能够代谢所述C1化合物的微生物的第二环管反应器中，提供第二接种的发酵培养基；
(d)使所述第二接种的发酵培养基在第二发酵过程中发酵，并将所述C1化合物转化成第二生物质材料，以及
(e)分离步骤(c)中提供的所述第二生物质材料并提供所述第二单细胞蛋白质。
6.一种包括环管部分和顶部罐的环管反应器，所述环管部分包括通过U形部分连接到向上流动部分的向下流动部分，其中所述环管部分包括至少一个用于注入气态氢(H2)的入口。
7.根据权利要求6所述的环管反应器，其中所述顶部罐还包括视觉检查装置，和/或其中所述环管部分包括视觉检查装置。
8.一种单细胞蛋白质组合物，其包含根据本发明的第一单细胞蛋白质和根据本发明的第二单细胞蛋白质。
9.根据权利要求8所述的单细胞蛋白质组合物，其中所述单细胞组合物包含：
-一种或多种产甲烷微生物；和
-一种或多种甲烷营养型微生物或一种或多种甲基营养型微生物。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的单细胞蛋白质组合物在动物饲料产品中作为成分的用途。
CN202180048322.1A 2020-07-07 2021-07-06 生产单细胞蛋白质的方法 Pending CN115867635A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA202000816 2020-07-07
DKPA202000816 2020-07-07
PCT/EP2021/068582 WO2022008478A2 (en) 2020-07-07 2021-07-06 Process for producing single cell protein

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115867635A true CN115867635A (zh) 2023-03-28

Family

ID=79552822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180048322.1A Pending CN115867635A (zh) 2020-07-07 2021-07-06 生产单细胞蛋白质的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230287039A1 (zh)
EP (1) EP4179059A2 (zh)
CN (1) CN115867635A (zh)
AU (1) AU2021303732A1 (zh)
CA (1) CA3187631A1 (zh)
WO (1) WO2022008478A2 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230340401A1 (en) * 2021-12-06 2023-10-26 Calysta, Inc. Integrated systems and methods for combining methanotrophic bacterial biomass production and methanation process
WO2023131673A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 Unibio A/S Process for producing single cell protein
WO2023242307A1 (en) 2022-06-17 2023-12-21 Unibio A/S Nucleic acid product and process

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000070014A1 (en) 1999-05-18 2000-11-23 Ebbe Busch Larsen U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
EP1419234B1 (en) 2001-08-16 2011-03-02 Statoil ASA Method of fermentation
EP2376616B1 (en) 2008-12-15 2020-01-08 Unibio A/S U-shape and/or nozzle u-loop fermenter and method of fermentation
TR201911205T4 (tr) * 2013-06-28 2019-08-21 Brunner Matthias H2 ve C02'nin biyometanlaştırılması için yöntem.
US11220700B2 (en) * 2013-10-18 2022-01-11 Lanzatech New Zealand Limited Microbial conversion of methane
BR112018009343A8 (pt) 2015-11-09 2019-02-26 Unibio As método de aperfeiçoamento da produção de biomassa e/ou da taxa de crescimento de um micro-organismo em um processo de fermentação, tanque de fermentação e composição
CN109154006A (zh) * 2016-03-19 2019-01-04 基沃德股份有限公司 用于从c1底物生产蛋白质，食品和有用副产品的微生物和人工生态系统
MX2019007316A (es) 2016-12-22 2019-09-27 Unibio As Eliminacion de acidos nucleicos y fragmentos de los mismos de un material de biomasa.
CN110382681A (zh) 2017-01-10 2019-10-25 凯利斯塔公司 利用垂直流动区的进气发酵反应器、系统和方法
CA3053616A1 (en) 2017-03-01 2018-09-07 Unibio A/S Fermentation reactor and fermentation process
EP3589727A1 (en) 2017-03-01 2020-01-08 Unibio A/S New fermentation medium for growth of methanotrophic bacteria and method for producing said medium
CN117106689A (zh) * 2019-06-13 2023-11-24 尤尼比奥股份公司 控制发酵过程的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4179059A2 (en) 2023-05-17
AU2021303732A1 (en) 2023-02-02
US20230287039A1 (en) 2023-09-14
WO2022008478A2 (en) 2022-01-13
WO2022008478A3 (en) 2022-03-17
CA3187631A1 (en) 2022-01-13
WO2022008478A9 (en) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115867635A (zh) 生产单细胞蛋白质的方法
US8178329B2 (en) Process to produce organic compounds from synthesis gases
US20080152967A1 (en) Process and apparatus for producing hydrogen from sewage sludge
JP2023145652A (ja) 水素に富むｃ１含有基質を使用した代謝物生成方法およびシステム
EP3781668B1 (en) Fermentation process for producing ethanol
US20160032324A1 (en) Process for producing fermentation products and fermentation medium compositions therefor
US20060272956A1 (en) Dual hydrogen production apparatus
US20060272955A1 (en) Dual method of hydrogen production
CA2709096A1 (en) Anaerobic process
Ai et al. Butyric Acid Fermentation from Rice Straw with Undefined Mixed Culture: Enrichment and Selection of Cellulolytic Butyrate-Producing Microbial Community.
CN105264120B (zh) 碳氢化合物的制备方法
Fei et al. Bioconversion of methane for value-added products
JP5386112B2 (ja) 有機性廃棄物の処理方法
US20070082387A1 (en) Method of hydrogen production combining a bioreactor with a nuclear reactor and associated apparatus
Bao et al. Valorization of mixed volatile fatty acids by chain elongation: performances, kinetics and microbial community.
WO2023131673A1 (en) Process for producing single cell protein
WO2023147838A1 (en) Process for biotechnological production of a bioproduct
EP4145990A1 (en) System and process for recycling biogenic carbon dioxide
CA3233940A1 (en) Integrated systems and methods for combining methanotrophic bacterial biomass production and methanation process
Hafez et al. Biological Hydrogen Production: Light-Driven Processes
Ai BinLing et al. Butyric acid fermentation from rice straw with undefined mixed culture: enrichment and selection of cellulolytic butyrate-producing microbial community.
Redwood Biowaste2energy Research Base
CZ201481A3 (cs) Způsob zpracování odpadních vod z výroby sýrů

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination