CN116056586A

CN116056586A - 使用氢-氧化细菌生产生物质的方法

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Publication number: CN116056586A
Application number: CN202180030748.4A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·帕特里克·威廉·曼斯菲尔德; 巴尔特·潘德; 普雷本·克拉本; 彼得·尼古拉斯·罗韦
Original assignee: Shenzhen Branch Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Branch Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2023-05-02
Also published as: JP2023523040A; GB2594454A; CA3176376A1; GB202006071D0; AU2021260860A1; WO2021214345A1; EP4138568A1; EP4138568B1; KR20230041957A; CL2022002921A1; US20230203433A1

Abstract

本发明提供了使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流以及营养物组合物由氢‑氧化微生物生产包含至少65％蛋白质的生物质的方法，所述输入流和营养物组合物受到控制，以及其中以大于10g/l/天的速率生产生物质。所生产并分离的生物质可用作饲料或为一种或更多种生物体提供营养。

Description

使用氢-氧化细菌生产生物质的方法

技术领域

本发明提供了使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流由氢-氧化微生物生产包含至少65％蛋白质的生物质的方法。

背景技术

需要以更加可持续的方式生产蛋白质作为食物来源以减少资源使用和温室气体(GHG)排放。不断增长的全球人口给资源和环境的可用性带来了越来越大的压力。动物产品例如肉、鱼、奶和蛋是重要的蛋白质膳食来源，但牲畜使用大面积的农业用地、能源和水。这主要是由于动物饲料由大量专门为此目的种植的植物组成的事实。动物饲料或甚至用于直接人类消耗的蛋白质组分的替代来源是微生物蛋白质，其可以在组成上进行调整以适合特定营养需求。由于微生物蛋白质生产中土地、能源和水使用的效率，微生物蛋白质被认为是高度可持续的蛋白质来源。

许多工业过程产生废气流，所述废气流包含二氧化碳和其他气体组分。实例为通过燃烧产生能量、生产石灰、生产肥料和生产水泥，它们是大气二氧化碳以及其他GHG的主要来源。来自工业来源的碳氧化物主要由化石燃料和/或化学品的燃烧产生，由于它们对有害环境条件的促进而被分类为GHG。包括废物燃烧的其他工业过程为城市固体废物、污水污泥、塑料、轮胎、农业残余物等，以及燃煤或燃气发电厂。

微生物需要碳源以生存、生长和生产化学产品。因此，来源于工业气体流出物的碳氧化物代表了获得用于微生物介导生产富含蛋白质的食物的碳的潜在廉价、可持续且可扩展的方式，以及减少直接释放到大气中的二氧化碳量的方法。

因此，希望能够将气态原料转化为高品质生物质的来源。因此，需要改进的、简单的、高产的和经济的用于生物生产可用作例如动物饲料或直接人类消耗的生物质的方法。

已知先前的工作涉及化能自养微生物在二氧化碳气体的捕获和转化为固定碳中的某些应用。然而，这些方法中的许多具有限制所描述的方法的有效性、经济可行性、实用性和商业采用的缺点。特别地，在不使方法在经济上没有吸引力的情况下，以连续稳定的方式实现最大生产速率(优选通过在生物反应器的液相中保持高浓度的微生物)结合高蛋白质含量是一个挑战。

专利US9157058B2(WO2013090769A2)描述了设备和方法，所述设备和方法用于使用一种或更多种气体作为电子供体、电子受体、碳源或其他营养物使微生物和/或生物过程生长和维持，以及用于将氢气和二氧化碳、或合成气、或发生炉煤气转化为脂质产品、生物基油或其他生物化学产品的生物过程。然而，其没有公开微生物生长和维持的最佳条件，其也没有公开优化微生物的蛋白质生产能力的方法。

专利US9206451B2描述了采用化能自养微生物以从工业废物中捕获碳的系统和方法，但其没有公开用于生长和维持的受控最佳工艺条件，其也没有公开优选的微生物，其也没有公开优化微生物的蛋白质生产能力的方法。

专利申请WO2018144965A1描述了将气态底物(例如可再生氢气和废二氧化碳发生炉煤气或合成气)转化为高蛋白质生物质的微生物和生物过程。然而，其没有公开用于微生物的生长和维持的受控最佳工艺条件，其也没有公开优化微生物的蛋白质生产能力的方法。

专利申请WO2019010116A1描述了通过在水性培养基中培养为此目的而专门选择的微生物细胞的聚生体由简单的气体原料例如二氧化碳、氢气和氧气生产多碳化合物的方法。然而，其没有公开用于微生物的生长和维持的受控最佳工艺条件，其也没有公开优化微生物的蛋白质生产能力的方法。

T G Volova和V A Barashkov在“Characteristics of Proteins Synthesizedby Hydrogen-Oxidizing Microorganisms”；Applied Biochemistry and Microbiology,2010中描述了其中培养氢-氧化细菌以产生具有64％至76％干重蛋白质含量的生物质的方法，但未公开所使用的二氧化碳、氢气和氧气的量，其也未公开优化生产率的方法。

专利申请US2010120104A1公开了通过经由专性和/或兼性化能自养微生物和/或含有来自化能自养微生物的酶的细胞提取物捕获碳来生产生物质的多步方法。公开了用于所述方法的多种不同的电子供体和受体以及微生物，但没有描述具体的工艺参数。

专利申请WO2011139804A2公开了通过氢氧微生物捕获具有一个碳原子的碳生产生物质的方法以及利用氢气和氧气的合适的生物反应器，其中气体的体积占该体积所位于的柱的总体积的至少约2％。没有描述用于优化蛋白质生产能力的具体工艺参数。

专利申请WO2017165244A1公开了通过化能自养微生物捕获和转化仅含有一个碳原子的无机和/或有机分子来生产生物质的方法。公开了使钩虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)在标准现成的实验室规模生物反应器中借助H₂和CO₂生长至6天内干生物质密度高于40g/升。还公开了对于在算术生长期期间采集的样品，在以未指定的Knallgas混合物作为唯一碳源和能源的液体MSM培养基中生长的钩虫贪铜菌菌株DSM 531和DSM 541分别积累了按重量计超过70％和超过80％的总蛋白质。然而，公开了钩虫贪铜菌在限氧条件下生长，这对于以高工业速率生产具有高蛋白质浓度的生物质不是最佳的。此外，所公开的用于生长钩虫贪铜菌的系统是连续补料分批系统，其中比生长速率是未公开的气体转移速率的函数。因此，WO2017165244A1没有公开可以以高速率生产生物质，其中生物质包含高蛋白质含量，也没有公开用于获得具有高蛋白质含量的生物质和/或高生物质生产速率所使用的二氧化碳、氢气和氧气的量。

Morinaga等在“Growth Characteristics and Cell Composition ofAlcaligenes eutrophus in Chemostat Culture”,Agric.Biol.Chem.,1977中描述了用于培养真养产碱杆菌(Alcaligenes eutrophus)的条件，但他们没有公开如何以大于约7.2g/l/天的速率以及大于65％的蛋白质含量实现生物质的生产，他们也没有公开能够支持高浓度微生物的生长培养基。因此，将高生产率与高密度微生物相结合是一项挑战。

因此，仍然需要确定一组化能自养微生物，它们可以在新的或常规的、可控的和可扩展的控制反应容器中生长，并以稳定且商业上可行的方式以高生产率生产蛋白质和其他营养有益产品。然后通过受控最佳工艺条件来管理这些微生物的生长和维持，以微调微生物的代谢和生理特征，最终引起具有高蛋白质含量的高品质生物质的高产量，优选通过保持生物反应器的液相中高浓度的微生物。

发明内容

本发明提供了以高生产率生产含有高蛋白质含量的高品质生物质的商业上可行的方法。这通过使用包含由受控最佳工艺条件管理的气态碳和能源的输入流、由受控最佳工艺条件管理的营养物供应和化能自养氢氧化微生物的培养物来实现。该解决方案减少并优化了底物限制，并使得能够实现更高的氧气利用率，从而使得能够实现提高的生产率，优选以维持生物反应器内的安全操作条件的方式，这可以通过减轻潜在的爆炸性气体混合物来实现。

因此，本发明的目的是提供使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流由氢-氧化微生物生产生物质的方法，所述生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质，所述气态底物包含氢气和/或氧气和/或二氧化碳，所述方法包括使液相中的微生物与包含含碳和/或氮和/或磷的化合物的营养物组合物以及气态底物接触，其中控制输入流和营养物组合物以及其中以大于10g/l/天的速率生产生物质。

另一个目的是提供一种方法，其中控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至500mm，优选0mm至100mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为0至12.748:0至4.25:0至2.0。

又一个目的是提供一种由选自产碱杆菌属(Alcaligines sp.)的细菌生产生物质的方法。

又一个目的是提供一种由选自贪铜菌属(Cupriavidus sp.)的细菌生产生物质的方法。

在另一个方面中，本发明提供了一种分离所生产的生物质并去除营养物组合物的方法，所述方法包括下游处理。

另一个目的是提供一种通过去除营养物组合物来分离所生产的生物质的方法，所述方法包括对生物质进行脱水和/或干燥使得生物质包含小于5重量％的水含量。

又一个目的是提供一种包含蛋白质的生物质，所述蛋白质包含含有以下的氨基酸含量：总生物质干重蛋白质含量的0.9％至4.8％的组氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.0％至6.9％的异亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.8％至12.0％的亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.0％至11.1％的赖氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.1％至5.4％的甲硫氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.7％至8.5％的苯丙氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.6％至6.9％的苏氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.4％至3.9％的色氨酸含量、和总生物质干重蛋白质含量的1.7％至9.3％的缬氨酸含量。

在另一个方面中，本发明提供了一种生物质，所述生物质包含总生物质干重的2.3％至18％的脂质含量，所述脂质含量包含含有以下的脂肪酸含量：总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C16:0棕榈酸含量、总生物质干重脂肪酸含量的3.8％至22.3％的C16:1棕榈油酸含量、和总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C17:1十七碳烯酸含量。

又一个目的是提供通过分离所生产的生物质的方法获得的营养物组合物作为用于生产生物质的营养物组合物的用途。

本发明的另一个目的是提供生物质的用途，其中生物质被用于喂养一种或更多种生物体或向一种或更多种生物体提供营养。

附图说明

图1公开了用于运行所述方法的系统的优选实施方案。

图2示出了每100g根据本发明的方法生产的分离的生物质的总蛋白质含量，必需氨基酸的量的范围的实例。

图3示出了根据本发明的方法生产的分离的生物质的总脂肪酸含量中最丰富的脂肪酸的比例的实例。

图4示出了与动物农业中使用的典型大豆粕和鱼粉的必需氨基酸的量的范围相比，每100g根据本发明的方法生产的分离的生物质的总蛋白质含量，必需氨基酸的量的范围的实例。

图5示出了在不同的氧气(图5A)和氢气(图5B)的输入浓度百分比下的生物质生产速率的预测。

图6示出了根据本发明生产的来自氢-氧化微生物的总生物质的按干重计的蛋白质含量的预测，其中控制输入流包括在液相中添加一定摩尔比的氢气:氧气。

图7示出了根据本发明生产的来自氢-氧化微生物的总生物质的按干重计的蛋白质含量的预测，其中控制输入流包括控制比生长速率。

图8A示出了与根据本发明产生的生物质生产速率相关的优选氢气转移速率的预测。

图8B示出了与根据本发明产生的生物质生产速率相关的优选氧气转移速率的预测。

以下列表包括如附图中使用的附图标记的定义：

1 氧气/空气输入

2 氢气输入

3 二氧化碳输入

4 无机氮(例如尿素)添加

5 pH缓冲液添加

6 液体生长培养基添加

7 未利用气体再循环

8 去除含有生物质的液体

9 下游处理步骤

10 液体再循环

11 任选的下游处理步骤

具体实施方式

定义

本文中的生物质被理解为意指微生物及其后代、产物和/或代谢物的总重量。

在本文中生物反应器被理解为用于维持和/或生长微生物的系统，其包括通常称为顶部空间的气相、和液相。微生物在液相中生长和维持。

氢-氧化微生物(Hydrogen-oxidising microorganism)意在理解为包括可以使用氢气作为电子供体的兼性化能自养细菌。需氧氢-氧化细菌(也称为Knallgas细菌)群在生理学上定义，并且包括来自不同分类单位的细菌。该群由使用气态氢作为电子供体和氧作为电子受体并固定二氧化碳的能力定义。

在本文中输入流理解为意指用于微生物生长和/或维持的包括液相和/或气相的营养物和/或能量的供应。

本文中的液相理解为意指包含液体材料的体积。在液相中，通常生长和维持微生物。生物质主要存在于液相内。液相还可以包含用作用于微生物附着的生长和维持底物的固体材料。

液相可以包含含碳、氮和/或磷的化合物，其中含碳化合物可以为甲酸盐或甲醇，但优选理解为基本上限于溶解的CO₂或尿素，其中后者也可以被认为是生物可利用的N₂来源。甲酸盐或甲醇可以在生物反应器的液相中转化为CO₂，其可以例如由存在于微生物内部或外部的酶催化，从而间接充当气态底物的供应。

在本文中气相理解为意指由气态材料组成并与液相接触的体积。生物反应器中的气相通常称为顶部空间，并且通常位于液相的正上方。为了清楚起见，鼓泡到液相中的气体或气态底物不是气相，而是在离开液相时成为气相的一部分。

气态底物理解为意指用于微生物生长和/或维持的营养物和/或能量的气态供应。

水泥窑理解为意指用于Portland和其他类型的水硬性水泥的制造的高温处理阶段的空间，其中碳酸钙与含二氧化硅的矿物反应以形成钙硅酸盐的混合物。

在本文中合成气或合成气体理解为意指包含一氧化碳、二氧化碳和氢气的混合物。合成气通过将含碳燃料气化成气态产物来生产。合成气的确切化学组成基于原材料和工艺而不同。合成气的用途之一是作为生产蒸汽或电的燃料。另一种用途是作为用于许多石化和精炼过程的基本化学结构单元。合成气可以由包括天然气、煤、基于石油的材料、生物质、其他将作为废物丢弃的材料或几乎任意烃原料的许多来源生产。

“Knallgas”理解为意指高度可燃的氢气和氧气的混合物。2:1的摩尔比足以用于最大点火效率。

鼓泡理解为意指气体通过液体起泡的过程。

在本文中材料的干重或干物质理解为意指由其所有成分组成但基本上不包含水的材料。获得材料的干重或干物质的实例是使用离心、鼓式干燥、带式干燥、蒸发、冷冻干燥、加热、喷雾干燥、真空干燥和/或真空过滤使得除去材料的水含量。

下游处理理解为意指施加至从生物反应器中移除的液相的一个或更多个处理步骤，其可以包括杀灭步骤过程、脱水过程或干燥过程。

杀灭步骤理解为意指实现微生物生殖灭活的过程。该过程可以在液相、脱水液相或干燥的生物质内例如通过使用超高压均质器、酸、碱、溶剂或基于热的微生物杀灭方法来发生。

在本文中脱水理解为意指从生物质或包含生物质的组合物中去除液体和/或营养物组合物的第一过程。脱水的实例是离心、蒸发、加热、切向流过滤和真空过滤。脱水之后可以是另外的下游处理。

干燥理解为意指从生物质或包含生物质的组合物中除去水以产生由其所有成分组成但基本上不包含水的生物质的过程。干燥的实例是鼓式干燥、带式干燥、冷冻干燥、喷雾干燥和真空干燥。

对来源于生产或燃烧过程的废气的二氧化碳进行纯化理解为意指获得基本上仅由二氧化碳组成的体积，其中通过本领域中已知的装置和方法(例如通过使用静电除尘器或袋式除尘器以除去灰和其他颗粒物，使用脱氮单元以除去氮氧化物，使用湿式洗涤器、喷雾干式洗涤器或干式吸附剂喷射系统以除去硫氧化物)基本上除去废气的其他元素。二氧化碳可以在燃烧后过程中通过本领域已知的分离方法例如通过使用溶剂如胺以形成碳酸盐而被捕获。通过溶剂吸收二氧化碳，然后可以通过热使二氧化碳释放以形成高度纯化的二氧化碳流。

生物可利用的氮理解为意指易于被微生物吸收的所有氮种类，包括例如尿素、氨和氨基酸。为了清楚起见，其不包括分子氮(N₂)。

过程限制(Process limiting)理解为意指物质可以在液相中测量为零或接近零的情况。

恒化器理解为意指生物反应器，其中化学环境相对于例如微生物浓度、pH、(溶解的)气态底物、营养物组合物、液相体积和本领域技术人员已知的其他参数保持在或多或少稳定的状态。

发明实施方式

本发明涉及用在生物反应器内生长的氢-氧化细菌以经济上有利的底物转化产率并以高生产率生产按干重计包含至少65％蛋白质含量的生物质的方法，优选地，在所述方法中用高操作微生物浓度。为此，对用氢-氧化细菌的连续发酵建立了相关背景工艺条件和控制参数。适当地控制生长底物(气体、无机氮或磷酸盐)的可用性可以提高气体发酵系统的整体生物质生产率，同时优化所产生的生物质内的蛋白质浓度，从而产生最佳的生物质。

存在多种潜在的气态碳和能源来源，其可以用于使用于人类和动物营养产品和其他化学品的化能自养微生物生长。来源包括但不限于工业尾气、工业烟气和工业生成气，以及直接空气捕获气和原位电化学生产气。本文中的化能自养代谢是指微生物摄取无机碳(例如通过捕获二氧化碳或甲酸盐或甲醇作为主要碳源)并从化学源(例如通过使氢氧化)获得能量的代谢模式。通过将无机碳转化为有机碳，这些微生物在自然环境中充当初级生产者。这些化能自养微生物中的许多可以在生物反应器中以直接或间接气体原料进行培养以用于商业生产生物质，所述生物质可以被加工成营养产品，例如动物饲料、伴侣动物饲料、或甚至人类的食物。

优选地，通过已被纯化、过滤和/或浓缩的间接工业废气原料喂养微生物。除了微生物生长的期望气态底物之外，工业废气还包含可以降低微生物生长和/或生产的生物质的品质的其他元素。

因此，本发明的方法是使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流由氢-氧化微生物生产生物质的方法，所述生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质，所述气态底物包含氢气和/或氧气和/或二氧化碳，所述方法包括使液相中的微生物与包含含碳和/或氮和/或磷的化合物的营养物组合物以及气态底物接触，其中控制输入流和营养物组合物以及其中以大于10g/l/天的速率生产生物质。

根据本发明的生物质包含微生物和/或其产物的细胞团，优选地，生物质是微生物和/或其产物的细胞团，更优选地，生物质是微生物的细胞团。

根据本发明的方法，最优选地，一种或更多种气态底物包含氢气和氧气和二氧化碳。优选地，一种或更多种气态底物包含氢气和氧气。优选地，一种或更多种气态底物包含氢气和二氧化碳。优选地，一种或更多种气态底物包含氧气和二氧化碳。优选地，一种或更多种气态底物包含氢气。优选地，一种或更多种气态底物包含氧气。优选地，一种或更多种气态底物包含二氧化碳。

根据本发明的方法，最优选地，营养物组合物包含含碳化合物和含氮化合物和含磷化合物。优选地，营养物组合物包含含碳化合物和含氮化合物。优选地，营养物组合物包含含碳化合物和含磷化合物。优选地，营养物组合物包含含氮化合物和含磷化合物。优选地，营养物组合物包含含碳化合物。优选地，营养物组合物包含含氮化合物。优选地，营养物组合物包含含磷化合物。

因此，根据本发明的方法的一个实施方案是使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流由氢-氧化微生物生产生物质的方法，所述生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质，所述气态底物包含氢气和氧气，所述方法包括使液相中的微生物与包含含氮和磷的化合物的营养物组合物以及气态底物接触，其中所述一种或更多种气态底物包括二氧化碳和/或所述营养物组合物包含含碳化合物，其中控制输入流和营养物组合物以及其中以大于10g/l/天的速率生产生物质。

以大于10g/l/天的速率生产通过本发明的方法生产的生物质。优选地，大于10.5g/l/天、11.0g/l/天、11.5g/l/天、12.0g/l/天、12.5g/l/天、13.0g/l/天、13.5g/l/天、14.0g/l/天、14.5g/l/天、15.0g/l/天、15.5g/l/天、16.0g/l/天、16.5g/l/天、17.0g/l/天、17.5g/l/天、18.0g/l/天、18.5g/l/天、19.0g/l/天、19.5g/l/天或20.0g/l/天的速率。优选地，以以下的速率生产生物质：10.0g/l/天至100g/l/天、10.0g/l/天至90g/l/天、10.0g/l/天至80g/l/天、10.0g/l/天至50g/l/天、10.5g/l/天至100g/l/天、10.5g/l/天至90g/l/天、10.5g/l/天至80g/l/天、10.5g/l/天至50g/l/天、11.0g/l/天至100g/l/天、11.0g/l/天至90g/l/天、11.0g/l/天至80g/l/天、11.0g/l/天至50g/l/天、11.5g/l/天至100g/l/天、11.5g/l/天至90g/l/天、11.5g/l/天至80g/l/天、11.5g/l/天至50g/l/天、12.0g/l/天至100g/l/天、12.0g/l/天至90g/l/天、12.0g/l/天至80g/l/天、12.0g/l/天至50g/l/天、12.5g/l/天至100g/l/天、12.5g/l/天至90g/l/天、12.5g/l/天至80g/l/天、12.5g/l/天至50g/l/天、13.0g/l/天至100g/l/天、13.0g/l/天至90g/l/天、13.0g/l/天至80g/l/天、13.5g/l/天至50g/l/天、13.5g/l/天至100g/l/天、13.5g/l/天至90g/l/天、13.5g/l/天至80g/l/天、13.5g/l/天至50g/l/天、14.0g/l/天至100g/l/天、14.0g/l/天至90g/l/天、14.0g/l/天至80g/l/天、14.0g/l/天至50g/l/天、14.5g/l/天至100g/l/天、14.5g/l/天至90g/l/天、14.5g/l/天至80g/l/天、14.5g/l/天至50g/l/天、15.0g/l/天至100g/l/天、15.0g/l/天至90g/l/天、15.0g/l/天至80g/l/天、15.0g/l/天至50g/l/天、15.5g/l/天至100g/l/天、15.5g/l/天至90g/l/天、15.5g/l/天至80g/l/天、15.5g/l/天至50g/l/天、16.0g/l/天至100g/l/天、16.0g/l/天至90g/l/天、16.0g/l/天至80g/l/天、16.0g/l/天至50g/l/天、16.5g/l/天至100g/l/天、16.5g/l/天至90g/l/天、16.5g/l/天至80g/l/天、16.5g/l/天至50g/l/天、17.0g/l/天至100g/l/天、17.0g/l/天至90g/l/天、17.0g/l/天至80g/l/天、17.0g/l/天至50g/l/天、18.0g/l/天至100g/l/天、18.0g/l/天至90g/l/天、18.0g/l/天至80g/l/天、18.0g/l/天至50g/l/天、19.0g/l/天至100g/l/天、19.0g/l/天至90g/l/天、19.0g/l/天至80g/l/天、19.0g/l/天至50g/l/天、20.0g/l/天至100g/l/天、20.0g/l/天至90g/l/天、20.0g/l/天至80g/l/天、或20.0g/l/天至50g/l/天。

此外，使用高度浓缩的气态底物来源减少了微生物环境中其他非底物气体的体积，从而提高了添加的气态底物的效率，并且还使得能够实现对微生物环境中气态底物的量的改善的控制。可以将气态底物单独或作为任意预混组合添加至液相中。根据本发明，优选气态底物添加有尽可能低浓度的非底物气体例如氮气或一氧化碳。将一种或更多种气态底物添加至液相中包括使气态底物与液相接触，使得气态底物与至少一部分液相混合。当将一定比例的一种或更多种气态底物添加至液相中时，本领域技术人员理解可以同时或随后添加一种或更多种气态底物。

优选地，浓缩的气态底物的浓度为：2％至100％(v/v)、5％至100％(v/v)、10％至100％(v/v)、20％至100％(v/v)、30％至100％(v/v)、40％至100％(v/v)、50％至100％(v/v)、60％至100％(v/v)、70％至100％(v/v)、80％至100％(v/v)、90％至100％(v/v)、95％至100％(v/v)、98％至100％(v/v)、99％至100％(v/v)、2％至90％(v/v)、5％至90％(v/v)、10％至90％(v/v)、20％至90％(v/v)、30％至90％(v/v)、40％至90％(v/v)、50％至90％(v/v)、60％至90％(v/v)、70％至90％(v/v)、80％至90％(v/v)、2％至80％(v/v)、5％至80％(v/v)、10％至80％(v/v)、20％至80％(v/v)、30％至80％(v/v)、40％至80％(v/v)、50％至80％(v/v)、60％至80％(v/v)、70％至80％(v/v)、2％至70％(v/v)、5％至70％(v/v)、10％至70％(v/v)、20％至70％(v/v)、30％至70％(v/v)、40％至70％(v/v)、50％至70％(v/v)、60％至70％(v/v)、2％至60％(v/v)、5％至60％(v/v)、10％至60％(v/v)、20％至60％(v/v)、30％至60％(v/v)、40％至60％(v/v)、50％至60％(v/v)、2％至50％(v/v)、5％至50％(v/v)、10％至50％(v/v)、20％至50％(v/v)、30％至50％(v/v)、40％至50％(v/v)、2％至40％(v/v)、5％至40％(v/v)、10％至40％(v/v)、20％至40％(v/v)、30％至40％(v/v)、2％至30％(v/v)、5％至30％(v/v)、10％至30％(v/v)、20％至30％(v/v)、2％至20％(v/v)、5％至20％(v/v)、10％至20％(v/v)、2％至10％(v/v)、5％至10％(v/v)、或2％至5％(v/v)。

使用高度浓缩的气态底物来源减少了微生物环境中其他非底物气体的体积，从而理想地得到仅由氢气、氧气和二氧化碳组成的气相。

因此，本文还提供了本发明的方法，其中气相基本上仅由氢气、氧气和二氧化碳组成。

优选地，通过以下控制输入流：单独或作为其任意预混组合向液相中添加浓度为10％至100％(v/v)的氢气、浓度为2％至100％(v/v)的氧气和浓度为2％至100％(v/v)的二氧化碳。更优选地，通过以下控制输入流：单独或作为其任意预混组合向液相中添加浓度为80％至100％(v/v)的氢气、浓度为20％至100％(v/v)的氧气和浓度为5％至100％(v/v)的二氧化碳。更优选地，输入流通过以下来控制：单独或作为其任何预混组合向液相中添加：浓度为20％至100％(v/v)、30％至100％(v/v)、40％至100％(v/v)、50％至100％(v/v)、60％至100％(v/v)、70％至100％(v/v)、80％至100％(v/v)、90％至100％(v/v)、95％至100％(v/v)、10％至90％(v/v)、20％至90％(v/v)、30％至90％(v/v)、40％至90％(v/v)、50％至90％(v/v)、60％至90％(v/v)、70％至90％(v/v)、80％至90％(v/v)、10％至80％(v/v)、20％至80％(v/v)、30％至80％(v/v)、40％至80％(v/v)、50％至80％(v/v)、60％至80％(v/v)、或70％至80％(v/v)的氢气，浓度为2％至100％(v/v)、5％至100％(v/v)、10％至100％(v/v)、20％至100％(v/v)、30％至100％(v/v)、40％至100％(v/v)、50％至100％(v/v)、60％至100％(v/v)、70％至100％(v/v)、80％至100％(v/v)、90％至100％(v/v)、95％至100％(v/v)、2％至90％(v/v)、5％至90％(v/v)、10％至90％(v/v)、20％至90％(v/v)、30％至90％(v/v)、40％至90％(v/v)、50％至90％(v/v)、60％至90％(v/v)、70％至90％(v/v)、80％至90％(v/v)、2％至80％(v/v)、5％至80％(v/v)、10％至80％(v/v)、20％至80％(v/v)、30％至80％(v/v)、40％至80％(v/v)、50％至80％(v/v)、60％至80％(v/v)、70％至80％(v/v)、2％至70％(v/v)、5％至70％(v/v)、10％至70％(v/v)、20％至70％(v/v)、30％至70％(v/v)、40％至70％(v/v)、50％至70％(v/v)、60％至70％(v/v)、2％至60％(v/v)、5％至60％(v/v)、10％至60％(v/v)、20％至60％(v/v)、30％至60％(v/v)、40％至60％(v/v)、50％至60％(v/v)、2％至50％(v/v)、5％至50％(v/v)、10％至50％(v/v)、20％至50％(v/v)、30％至50％(v/v)、40％至50％(v/v)、2％至40％(v/v)、5％至40％(v/v)、10％至40％(v/v)、20％至40％(v/v)、30％至40％(v/v)、2％至30％(v/v)、5％至30％(v/v)、10％至30％(v/v)、20％至30％(v/v)、2％至20％(v/v)、5％至20％(v/v)、10％至20％(v/v)、2％至10％(v/v)、5％至10％(v/v)、或2％至5％(v/v)的氧气，以及浓度为2％至100％(v/v)、5％至100％(v/v)、10％至100％(v/v)、20％至100％(v/v)、30％至100％(v/v)、40％至100％(v/v)、50％至100％(v/v)、60％至100％(v/v)、70％至100％(v/v)、80％至100％(v/v)、90％至100％(v/v)、95％至100％(v/v)、2％至90％(v/v)、5％至90％(v/v)、10％至90％(v/v)、20％至90％(v/v)、30％至90％(v/v)、40％至90％(v/v)、50％至90％(v/v)、60％至90％(v/v)、70％至90％(v/v)、80％至90％(v/v)、2％至80％(v/v)、5％至80％(v/v)、10％至80％(v/v)、20％至80％(v/v)、30％至80％(v/v)、40％至80％(v/v)、50％至80％(v/v)、60％至80％(v/v)、70％至80％(v/v)、2％至70％(v/v)、5％至70％(v/v)、10％至70％(v/v)、20％至70％(v/v)、30％至70％(v/v)、40％至70％(v/v)、50％至70％(v/v)、60％至70％(v/v)、2％至60％(v/v)、5％至60％(v/v)、10％至60％(v/v)、20％至60％(v/v)、30％至60％(v/v)、40％至60％(v/v)、50％至60％(v/v)、2％至50％(v/v)、5％至50％(v/v)、10％至50％(v/v)、20％至50％(v/v)、30％至50％(v/v)、40％至50％(v/v)、2％至40％(v/v)、5％至40％(v/v)、10％至40％(v/v)、20％至40％(v/v)、30％至40％(v/v)、2％至30％(v/v)、5％至30％(v/v)、10％至30％(v/v)、20％至30％(v/v)、2％至20％(v/v)、5％至20％(v/v)、10％至20％(v/v)、2％至10％(v/v)、5％至10％(v/v)、或2％至5％(v/v)的二氧化碳。甚至更优选地，通过以下控制输入流：单独或作为其任意预混组合向液相中添加浓度为70％至100％(v/v)的氢气、浓度为20％至100％(v/v)的氧气和浓度为5％至100％(v/v)的二氧化碳。

底物气体优选添加有尽可能低浓度的非底物气体例如氮气或一氧化碳。

有利地，通过已被纯化、过滤和/或浓缩的间接工业废气原料喂养微生物。优选地，气态底物来源于生产或燃烧过程的废气。更优选地，氢气来源于生产或燃烧过程的废气。甚至更优选地，二氧化碳来源于生产或燃烧过程的废气。

优选地，将来源于生产或燃烧过程的废气的二氧化碳纯化并浓缩至20％至100％(v/v)的浓度。更优选地，将二氧化碳纯化并浓缩至以下浓度：30％至100％(v/v)、40％至100％(v/v)、50％至100％(v/v)、60％至100％(v/v)、70％至100％(v/v)、80％至100％(v/v)、90％至100％(v/v)、95％至100％(v/v)、99％至100％(v/v)、20％至90％(v/v)、30％至90％(v/v)、40％至90％(v/v)、50％至90％(v/v)、60％至90％(v/v)、70％至90％(v/v)、80％至90％(v/v)、20％至80％(v/v)、30％至80％(v/v)、40％至80％(v/v)、50％至80％(v/v)、60％至80％(v/v)、70％至80％(v/v)、20％至70％(v/v)、30％至70％(v/v)、40％至70％(v/v)、50％至70％(v/v)、60％至70％(v/v)、20％至60％(v/v)、30％至60％(v/v)、40％至60％(v/v)、50％至60％(v/v)、20％至50％(v/v)、30％至50％(v/v)、40％至50％(v/v)、20％至40％(v/v)、30％至40％(v/v)、或20％至30％(v/v)。

化能自养代谢主要存在于许多细菌中，包括但不限于紫色非硫细菌例如荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)、沼泽红假单胞菌(Rhodpsuedamonas palustris)，假单胞菌例如噬一氧化碳假单胞菌(Pseudomonascarboxydovorans)，产水菌例如嗜热氢杆菌(Hydrogenobacter thermophilus)，产甲烷菌例如嗜热自养甲烷杆菌(Methanobacterium thermoautotrophicum)，α变形菌例如黄黄色杆菌(Xanthobacter flavus)，β变形菌例如耐金属罗尔斯通氏菌(Ralstoniametallidurans)、钩虫贪铜菌，γ变形菌例如海洋氢弧菌(Hydrogenovibrio marinus)，ε变形菌例如幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)，产乙酸菌例如伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)，或表达吸氢酶和二氧化碳固定代谢的其他微生物，无论是内源性的还是通过遗传操作、突变、选择或定向进化引入的。这些微生物中的大多数能够进行异养代谢以及光养代谢，或者使用能量和碳两种源的混合代谢。使用氢气作为能源，并且使用二氧化碳作为碳源。一氧化碳也可以充当能源和碳源。

优选地，根据本发明的方法的微生物包括选自以下的细菌：红假单胞菌属(Rhodopseudomonas sp.)、红螺菌属(Rhodospirillum sp.)、红球菌属(Rhodococcussp.)、红细菌属(Rhodobacter sp.)、根瘤菌属(Rhizobium sp.)、荚硫菌属(Thiocapsasp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、诺卡氏菌属(Nocardia sp.)、氢单胞菌属(Hydrogenomas sp.)、氢杆菌属(Hydrogenobacter sp.)、氢弧菌属(Hydrogenovibriosp.)、螺杆菌属(Helicobacter sp.)、黄色杆菌属(Xanthobacter sp.)、噬氢菌属(Hydrogenophaga sp.)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.)、罗尔斯通氏菌属(Ralstonia sp.)、戈登氏菌属(Gordonia sp.)、分枝杆菌属(Mycobacteria sp.)、产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)、贪铜菌属(Cupriavidus sp.)、贪噬菌属(Variovorax sp.)、食酸菌属(Acidovorax sp.)、鱼腥藻属(Anabaena sp.)、栅藻属(Scenedesmus sp.)、衣藻属(Chlamydomonas sp.)、纤维藻属(Ankistrodesmus sp.)、针藻属(Rhaphidium sp.)、或节杆菌属(Arthrobacter sp.)、及其组合。更优选地，微生物包括选自产碱杆菌属或贪铜菌属的细菌。更优选地，微生物包括选自产碱杆菌属的细菌。更优选地，微生物包括选自贪铜菌属的细菌。甚至更优选地，微生物包括选自物种钩虫贪铜菌的细菌。

由化能自养细菌生产的生物质的特性与其用于某些应用的价值直接相关。例如，对于动物饲料和食品应用，蛋白质含量和氨基酸组成对于营养品质至关重要。

细胞生物质的蛋白质、脂质、DNA、RNA和其他组分的比率由生长条件、生长速率和碳氮比介导。因此，对底物可用性和一般工艺条件的控制直接影响发酵过程期间产生的生物质的量和品质。最大基线生产率需要避免底物限制，然而随着发酵中微生物密度的增加，底物利用速率超过供应，特别是在气态底物的情况下。这意指需要高气体流量以确立并最大化生产率。然而，在包含氢气和氧气的爆炸性气体混合物的情况下实现这一点具有挑战性。当以包含超过5％的氧气和超过4％的氢气两者的比率组合时，含氢气和氧气的气体混合物产生爆炸性混合物，如例如在R K Kumar；FLAMMABILITY LIMITS OF HYDROGEN-OXYGEN-DILUENT MIXTURES；Journal of Fire Sciences,1985中所公开的。

在本方法中，将氧气和氢气输入作为反馈回路的一部分来控制，以允许高于爆炸极限将气体最初添加到系统中，因为其最初被注入到液体培养基相中。然后，反馈控制确保系统充分利用氧气和/或氢气，使得引起顶部空间的气体可以保持低于爆炸安全极限，在标准条件下，对于氧气为5％(v/v)以及对于氢气为4％(v/v)的爆炸安全极限。此外，将全部三种气体输入控制为使得氧气或氢气保持为系统内的限制气体。

将这些气体控制与用于背景条件、培养基组成、无机氮添加和稀释率的定义参数相结合有利地使得能够通过施加在微生物上的直接代谢限制和生理限制来调节生物质组成。氢氧化铵和/或其他生物可利用的氮源直接和/或通过并入到液体培养基输入流和/或再循环液体流中而被供应至过程，使得为每100g所生产的生物质提供最少10g原子氮，响应于液相中细胞的密度和稀释率作为反馈回路的一部分进行控制。除了气态底物之外，氢-氧化细菌还需要生物可利用的氮源用于生产蛋白质。这种氮是蛋白质含量的主要贡献因素，与例如氢氧化铵(NH₄OH)或氯化铵(NH₃Cl)中各自的分子缔合无关。由于液相中过量的生物可利用氮将被再循环，因此没有预见到最大阈值。

为了使微生物产生足够的蛋白质，需要供应足够量的氮(氨基酸的必需组分)。根据本发明的方法，控制营养物组合物包括每100g待生产且存在于液相中的生物质干重添加至少10g生物可利用氮。优选地，控制营养物组合物包括每100g待生产且存在于液相中的生物质干重添加10.0g至50000g生物可利用氮。优选地，控制营养物组合物包括每100g待生产且存在于液相中的生物质干重添加10.5g至50000g、11.0g至50000g、11.5g至50000g、12.0g至50000g、12.5g至50000g、13.0g至50000g、13.5g至50000g、14.0g至50000g、14.5g至50000g、15.0g至50000g、16g至50000g、17g至50000g、18g至50000g、19g至50000g、20g至50000g、21g至50000g、22g至50000g、23g至50000g、24g至50000g、25g至50000g、26g至50000g、27g至50000g、28g至50000g、29g至50000g、30g至50000g、35g至50000g、40g至50000g、45g至50000g、50g至50000g、60g至50000g、70g至50000g、80g至50000g、90g至50000g、100g至50000g、110g至50000g、120g至50000g、130g至50000g、140g至50000g、150g至50000g、160g至50000g、170g至50000g、180g至50000g、190g至50000g、200g至50000g、250g至50000g、300g至50000g、350g至50000g、400g至50000g、450g至50000g、500g至50000g、1000g至50000g、1500g至50000g、2000g至50000g、2500g至50000g、3000g至50000g、3500g至50000g、4000g至50000g、4500g至50000g、5000g至50000g、6000g至50000g、7000g至50000g、8000g至50000g、9000g至50000g、10000g至50000g、15000g至50000g、20000g至50000g、25000g至50000g、或30000g至50000g生物可利用氮。

根据本发明，控制营养物组合物优选包括向液相中添加合适的碱例如氢氧化铵(NH₄OH)或NaOH以将液相的pH保持在生理学上合适的pH。优选地，生理学上合适的pH为6.0至7.5或8.0，更优选地，pH为6.5至7.0。

根据本发明，控制营养物组合物优选包括在添加至液相中之前添加pH为1.0至3.0或4.0的生长培养基。优选地，生长培养基的pH为2.2至3.2、或约2.8。低pH防止在制备时生长培养基的组分沉淀。生长培养基的组分包含如实施例1中公开的生长培养基的组分或与实施例1中公开的生长培养基基本上类似的组分。如实施例1中所公开的制备生长培养基。

生物反应器内的液相以每小时4％至80％体积的速率用生长培养基和/或其他液体输入流替换，以使生物质的生产速率、蛋白质含量和品质最大化。

生物反应器内液相的某些特定替换速率引起更高水平的生物质的蛋白质含量和品质。优选地，生长和维持微生物的生物反应器的液相每小时以以下体积替换：4％至10％、4％至20％、4％至30％、4％至40％、4％至50％、4％至60％、4％至70％、4％至80％、10％至20％、10％至30％、10％至40％、10％至50％、10％至60％、10％至70％、10％至80％、20％至30％、20％至40％、20％至50％、20％至60％、20％至70％、20％至80％、30％至40％、30％至50％、30％至60％、30％至70％、30％至80％、40％至50％、40％至60％、40％至70％、40％至80％、50％至60％、50％至70％、50％至80％、60％至70％、60％至80％、或70％至80％。系统中微生物对气态底物的消耗受到气体在液相中的溶解速率及其在整个液相中的分布的限制。体积传质系数(kLa)表示将溶解气体的浓度梯度从其气相转换为液相的溶解速率或效率。为了获得气态底物的高利用率和随后的高生物质和蛋白质生产速率，有必要保持尽可能高的kLa。优选地，以尽可能高的浓度将气态底物添加至液相中提高了气体溶解和扩散到本体液相中的驱动力。优选地，气态底物以其饱和浓度添加。

气态底物比率、浓度和微生物消耗需要通过充分的气体转移到液相中来维持。控制输入流包括保持液相中氢气、氧气和二氧化碳的气体传递系数为1/小时至5000/小时。优选地，控制输入流包括保持液相中的氢气、氧气和二氧化碳的气体传递系数为：10/小时至5000/小时、20/小时至5000/小时、50/小时至5000/小时、100/小时至5000/小时、200/小时至5000/小时、400/小时至5000/小时、600/小时至5000/小时、800/小时至5000/小时、1000/小时至5000/小时、1500/小时至5000/小时、2000/小时至5000/小时、3000/小时至5000/小时、1/小时至3000/小时、10/小时至3000/小时、20/小时至3000/小时、50/小时至3000/小时、100/小时至3000/小时、200/小时至3000/小时、400/小时至3000/小时、600/小时至3000/小时、800/小时至3000/小时、1000/小时至3000/小时、1500/小时至3000/小时、2000/小时至3000/小时、1/小时至2000/小时、10/小时至2000/小时、20/小时至2000/小时、50/小时至2000/小时、100/小时至2000/小时、200/小时至2000/小时、400/小时至2000/小时、600/小时至2000/小时、800/小时至2000/小时、1000/小时至2000/小时、1500/小时至2000/小时、1/小时至1500/小时、10/小时至1500/小时、20/小时至1500/小时、50/小时至1500/小时、100/小时至1500/小时、200/小时至1500/小时、400/小时至1500/小时、600/小时至1500/小时、800/小时至1500/小时、1000/小时至1500/小时、1/小时至1000/小时、10/小时至1000/小时、20/小时至1000/小时、50/小时至1000/小时、100/小时至1000/小时、200/小时至1000/小时、400/小时至1000/小时、600/小时至1000/小时、800/小时至1000/小时、1/小时至800/小时、10/小时至800/小时、20/小时至800/小时、50/小时至800/小时、100/小时至800/小时、200/小时至800/小时、400/小时至800/小时、600/小时至800/小时、1/小时至600/小时、10/小时至600/小时、20/小时至600/小时、50/小时至600/小时、100/小时至600/小时、200/小时至600/小时、400/小时至600/小时、1/小时至400/小时、10/小时至400/小时、20/小时至400/小时、50/小时至400/小时、100/小时至400/小时、200/小时至400/小时、1/小时至200/小时、10/小时至200/小时、20/小时至200/小时、50/小时至200/小时、100/小时至200/小时、1/小时至100/小时、10/小时至100/小时、20/小时至100/小时、50/小时至100/小时、1/小时至50/小时、10/小时至50/小时、20/小时至50/小时、1/小时至20/小时、10/小时至20/小时、或1/小时至10/小时。

气态底物输入的某些特定摩尔比引起更高水平的生物质的蛋白质含量和品质。优选地，控制输入流包括在液相中添加摩尔比为2至80:0.25至20:0.25至20的氢气:氧气:二氧化碳。更优选地，控制输入流包括在液相中添加摩尔比为以下的氢气:氧气:二氧化碳：3.88至51.94:0.85至2:0.75至2、2至51.94:0.85至2:0.75至2、3至51.94:0.85至2:0.75至2、5至51.94:0.85至2:0.75至2、6至51.94:0.85至2:0.75至2、8至51.94:0.85至2:0.75至2、10至51.94:0.85至2:0.75至2、2至60:0.85至2:0.75至2、3至60:0.85至2:0.75至2、5至60:0.85至2:0.75至2、6至60:0.85至2:0.75至2、8至60:0.85至2:0.75至2、10至60:0.85至2:0.75至2、2至80:0.85至2:0.75至2、3至80:0.85至2:0.75至2、5至80:0.85至2:0.75至2、6至80:0.85至2:0.75至2、8至80:0.85至2:0.75至2、10至80:0.85至2:0.75至2、2至40:0.85至2:0.75至2、3至40:0.85至2:0.75至2、5至40:0.85至2:0.75至2、6至40:0.85至2:0.75至2、8至40:0.85至2:0.75至2、10至40:0.85至2:0.75至2、2至30:0.85至2:0.75至2、3至30:0.85至2:0.75至2、5至30:0.85至2:0.75至2、6至30:0.85至2:0.75至2、8至30:0.85至2:0.75至2、10至30:0.85至2:0.75至2、2至20:0.85至2:0.75至2、3至20:0.85至2:0.75至2、5至20:0.85至2:0.75至2、6至20:0.85至2:0.75至2、8至20:0.85至2:0.75至2、10至20:0.85至2:0.75至2、2至10:0.85至2:0.75至2、3至10:0.85至2:0.75至2、5至10:0.85至2:0.75至2、6至10:0.85至2:0.75至2、8至10:0.85至2:0.75至2、2至6:0.85至2:0.75至2、3至6:0.85至2:0.75至2、5至6:0.85至2:0.75至2、

3.88至51.94:0.5至2:0.75至2、3.88至51.94:0.25至2:0.75至2、3.88至51.94:0.25至3:0.75至2、3.88至51.94:0.5至3:0.75至2、3.88至51.94:0.85至3:0.75至2、3.88至51.94:0.25至4:0.75至2、3.88至51.94:0.5至4:0.75至2、3.88至51.94:0.85至4:0.75至2、3.88至51.94:2至4:0.75至2、3.88至51.94:0.25至6:0.75至2、3.88至51.94:0.5至6:0.75至2、3.88至51.94:0.85至6:0.75至2、3.88至51.94:2至6:0.75至2、3.88至51.94:0.25至8:0.75至2、3.88至51.94:0.5至8:0.75至2、3.88至51.94:0.85至8:0.75至2、3.88至51.94:2至8:0.75至2、3.88至51.94:4至8:0.75至2、3.88至51.94:0.25至12:0.75至2、3.88至51.94:0.5至12:0.75至2、3.88至51.94:0.85至12:0.75至2、3.88至51.94:2至12:0.75至2、3.88至51.94:4至12:0.75至2、3.88至51.94:0.25至20:0.75至2、3.88至51.94:0.5至20:0.75至2、3.88至51.94:0.85至20:0.75至2、3.88至51.94:2至20:0.75至2、3.88至51.94:4至20:0.75至2、3.88至51.94:10至20:0.75至2、

3.88至51.94:0.85至2:0.25至2、3.88至51.94:0.85至2:0.5至2、3.88至51.94:0.85至2:0.25至2.5、3.88至51.94:0.85至2:0.5至2.5、3.88至51.94:0.85至2:0.75至2.5、3.88至51.94:0.85至2:0.25至3、3.88至51.94:0.85至2:0.5至3、3.88至51.94:0.85至2:0.75至3、3.88至51.94:0.85至2:1至3、3.88至51.94:0.85至2:1.5至3、3.88至51.94:0.85至2:2至3、3.88至51.94:0.85至2:0.25至5、3.88至51.94:0.85至2:0.5至5、3.88至51.94:0.85至2:0.75至5、3.88至51.94:0.85至2:1至5、3.88至51.94:0.85至2:1.5至5、3.88至51.94:0.85至2:2至5、3.88至51.94:0.85至2:0.25至8、3.88至51.94:0.85至2:0.5至8、3.88至51.94:0.85至2:0.75至8、3.88至51.94:0.85至2:1至8、3.88至51.94:0.85至2:1.5至8、3.88至51.94:0.85至2:2至8、3.88至51.94:0.85至2:4至8、3.88至51.94:0.85至2:0.25至12、3.88至51.94:0.85至2:0.5至12、3.88至51.94:0.85至2:0.75至12、3.88至51.94:0.85至2:1至12、3.88至51.94:0.85至2:1.5至12、3.88至51.94:0.85至2:2至12、3.88至51.94:0.85至2:4至12、3.88至51.94:0.85至2:8至12、3.88至51.94:0.85至2:0.25至20、3.88至51.94:0.85至2:0.5至20、3.88至51.94:0.85至2:0.75至20、3.88至51.94:0.85至2:1至20、3.88至51.94:0.85至2:1.5至20、3.88至51.94:0.85至2:2至20、3.88至51.94:0.85至2:4至20、或3.88至51.94:0.85至2:8至20。

碳，优选二氧化碳，优选不为代谢限制的，并且这可以使用一系列可能的方法来控制，包括例如：

-使用溶解二氧化碳探针监测溶解二氧化碳并使用所得数据作为反馈回路的一部分以通过控制输入气体的添加速率来保持约1mmol/l或更高的浓度；或者

-在气体输入点处保持氢气与二氧化碳的比率小于6，以及氧气与二氧化碳的比率小于1.75。

关于添加一定摩尔比的气态底物，发现根据本发明控制输入流优选包括在液相中添加摩尔比为0.5:1至12:1的氢气:氧气。更优选地，控制输入流包括在液相中添加摩尔比为以下的氢气:氧气：0.5:1至10:1、0.5:1至8:1、0.5:1至6:1、0.5:1至4:1、0.5:1至2:1、1:1至12:1、1:1至10:1、1:1至9:1、1:1至8:1、1:1至7:1、1:1至6:1、1:1至5:1、1:1至4:1、1:1至3:1、1:1至2:1、2:1至12:1、2:1至10:1、2:1至8:1、2:1至6:1、2:1至4:1、2.5:1至12:1、2.5:1至10:1、2.5:1至8:1、2.5:1至6:1、2.5:1至5:1、2.5:1至4:1、3:1至12:1、3:1至10:1、3:1至8:1、3:1至6:1、3:1至4:1、4:1至12:1、4:1至10:1、4:1至8:1、4:1至6:1、5:1至12:1、5:1至10:1、5:1至8:1、6:1至12:1、6:1至10:1、或6:1至8:1。甚至更优选地，控制输入流包括在液相中添加摩尔比为以下的氢气:氧气：1:1至10:1、1:1至9:1、1:1至8:1、1:1至7:1、1:1至6:1、或1:1至5:1。最优选地，控制输入流包括在液相中添加摩尔比为以下的氢气:氧气：1.5或1.7:1至10:1、1.5或1.7:1至9:1、1.5或1.7:1至8:1、1.5或1.7:1至7:1、1.5或1.7:1至6或6.6:1、或1.5或1.7:1至5:1。

术语“气体滞留量”被定义为生物反应器中的液相中的气体(包括输入气体和液相中形成的任何其他气体)的体积分数。在部分或完全封闭的生物反应器系统中以及在采用气相和/或气-液相再循环的生物反应器系统中，优选通过使气体输入比与气体的使用比相匹配来保持气体滞留量组成比。在开放式系统中，预期的气体滞留量组成优选通过使用该组成或非常相似的组成作为平均输入气体组成来控制。因此，关于保持一定摩尔比的气态底物，发现根据本发明控制输入流优选包括保持液相中氢气:氧气气体滞留量的摩尔比为0.5:1至7:1。更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气:氧气气体滞留量的摩尔比为0.5:1至7:1、0.5:1至6:1、0.5:1至4:1、0.5:1至2:1、1:1至7:1、1:1至6:1、1:1至5:1、1:1至4:1、1:1至3:1、1:1至2:1、2:1至6:1、2:1至4:1、2:1至3或3.5:1、2.5:1至6:1、2.5:1至5:1、2.5:1至4:1、3:1至6:1、3:1至4:1、4:1至7:1、或4:1至6:1。甚至更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气:氧气气体滞留量的摩尔比为1.2:1至5:1、1.2:1至4.5:1、1.2:1至4:1、1.2:1至3.5:1、1.2:1至3:1、或1.2:1至2.5:1。最优选地，控制输入流包括保持液相中氢气:氧气气体滞留量的摩尔比为1.5:1至2.5:1、1.5:1至3:1、1或1.5:1至3.5或4:1。

根据本发明为了以高生产速率获得具有高蛋白质含量的生物质，发现将作为气态底物的氧气优选以尽可能高的浓度添加至液相中，同时还考虑其他参数例如氢气与氧气的比率。优选地，根据本发明在液相中添加一定摩尔比的氢气:氧气包括向液相中添加浓度为5％至100％(v/v)的氧气。更优选地，根据本发明在液相中添加一定摩尔比的氢气:氧气包括向液相中添加浓度为6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％至100％(v/v)的氧气，或5％至50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％(v/v)的氧气。甚至更优选地，根据本发明在液相中添加一定摩尔比的氢气:氧气包括向液相中添加浓度为10％至100％(v/v)的氧气。还甚至更优选地，根据本发明在液相中添加一定摩尔比的氢气:氧气包括向液相中添加浓度为20％至100％(v/v)的氧气。

因为氢气、氧气和二氧化碳在水中的溶解度不同，因此保持溶解的氢气、氧气和二氧化碳的摩尔比对于生物质的最佳生产是重要的。优选地，控制输入流包括保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为1至60:0.5至20:0.5至20。更优选地，控制输入流包括保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至2.0、1至12.748:0.795至4.25:0.75至2.0、2至12.748:0.795至4.25:0.75至2.0、6至12.748:0.795至4.25:0.75至2.0、1至20:0.795至4.25:0.75至2.0、2至20:0.795至4.25:0.75至2.0、3至20:0.795至4.25:0.75至2.0、6至20:0.795至4.25:0.75至2.0、1至30:0.795至4.25:0.75至2.0、2至30:0.795至4.25:0.75至2.0、3至30:0.795至4.25:0.75至2.0、6至30:0.795至4.25:0.75至2.0、12至30:0.795至4.25:0.75至2.0、1至40:0.795至4.25:0.75至2.0、2至40:0.795至4.25:0.75至2.0、3至40:0.795至4.25:0.75至2.0、6至40:0.795至4.25:0.75至2.0、12至40:0.795至4.25:0.75至2.0、20至40:0.795至4.25:0.75至2.0、1至60:0.795至4.25:0.75至2.0、2至60:0.795至4.25:0.75至2.0、3至60:0.795至4.25:0.75至2.0、6至60:0.795至4.25:0.75至2.0、12至60:0.795至4.25:0.75至2.0、20至60:0.795至4.25:0.75至2.0、30至60:0.795至4.25:0.75至2.0、1至8:0.795至4.25:0.75至2.0、2至8:0.795至4.25:0.75至2.0、4至8:0.795至4.25:0.75至2.0、6至8:0.795至4.25:0.75至2.0、1至6:0.795至4.25:0.75至2.0、2至6:0.795至4.25:0.75至2.0、4至6:0.795至4.25:0.75至2.0、1至4:0.795至4.25:0.75至2.0、2至4:0.795至4.25:0.75至2.0、1至2:0.795至4.25:0.75至2.0、

3.183至12.748:0.5至4.25:0.75至2.0、3.183至12.748:1.5至4.25:0.75至2.0、3.183至12.748:2.5至4.25:0.75至2.0、3.183至12.748:0.5至8:0.75至2.0、3.183至12.748:0.795至8:0.75至2.0、3.183至12.748:1.5至8:0.75至2.0、3.183至12.748:2.5至8:0.75至2.0、3.183至12.748:4至8:0.75至2.0、3.183至12.748:0.5至12:0.75至2.0、3.183至12.748:0.795至12:0.75至2.0、3.183至12.748:1.5至12:0.75至2.0、3.183至12.748:2.5至12:0.75至2.0、3.183至12.748:4至12:0.75至2.0、3.183至12.748:8至12:0.75至2.0、3.183至12.748:0.5至20:0.75至2.0、3.183至12.748:0.795至20:0.75至2.0、3.183至12.748:1.5至20:0.75至2.0、3.183至12.748:2.5至20:0.75至2.0、3.183至12.748:4至20:0.75至2.0、3.183至12.748:8至20:0.75至2.0、

3.183至12.748:0.795至4.25:0.25至2.0、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至2.0、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至2.0、3.183至12.748:0.795至4.25:0.25至2.5、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至2.5、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至2.5、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至2.5、3.183至12.748:0.795至4.25:0.25至3、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至3、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至3、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至3、3.183至12.748:0.795至4.25:2至3、3.183至12.748:0.795至4.25:0.25至3、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至5、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至5、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至5、3.183至12.748:0.795至4.25:2至5、3.183至12.748:0.795至4.25:3至5、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至8、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至8、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至8、3.183至12.748:0.795至4.25:2至8、3.183至12.748:0.795至4.25:3至8、3.183至12.748:0.795至4.25:5至8、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至10、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至10、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至10、3.183至12.748:0.795至4.25:2至10、3.183至12.748:0.795至4.25:3至10、3.183至12.748:0.795至4.25:5至10、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至15、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至15、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至15、3.183至12.748:0.795至4.25:2至15、3.183至12.748:0.795至4.25:3至15、3.183至12.748:0.795至4.25:5至15、3.183至12.748:0.795至4.25:10至15、3.183至12.748:0.795至4.25:0.5至20、3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至20、3.183至12.748:0.795至4.25:1.25至20、3.183至12.748:0.795至4.25:2至20、3.183至12.748:0.795至4.25:3至20、3.183至12.748:0.795至4.25:5至20、或3.183至12.748:0.795至4.25:10至20。

相应地，控制输入流包括在28℃至45℃的温度下以及在100kPa至2000kPa的气相压力下保持液相中的氢气浓度为0.5mg/l至20mg/l、氧气浓度为0.5mg/l至80mg/l以及二氧化碳浓度为20mg/l至2000mg/l。优选地，控制输入流包括保持氢气、氧气和二氧化碳的浓度分别为0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；2mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；10mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至15mg/l、0.5mg/l至10mg/l和50mg/l至250mg/l；0.5mg/l至15mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；2mg/l至15mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；5mg/l至15mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；10mg/l至15mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至10mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；2mg/l至10mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；5mg/l至10mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至5mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；1.0mg/l至5mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；2.0mg/l至5mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至3mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；1mg/l至3mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；

0.5mg/l至20mg/l、2mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、5mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、10mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、20mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、40mg/l至80mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至50mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、2mg/l至50mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、5mg/l至50mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、10mg/l至50mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、20mg/l至50mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至20mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、2mg/l至20mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、5mg/l至20mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、10mg/l至20mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至10mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、2mg/l至10mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、5mg/l至10mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至5mg/l和20mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、2mg/l至5mg/l和20mg/l至2000mg/l；

0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和100mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和200mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和500mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和1000mg/l至2000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和100mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和200mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和500mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和1000mg/l至1500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至1000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至1000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和100mg/l至1000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和200mg/l至1000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和500mg/l至1000mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和100mg/l至500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和200mg/l至500mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至250mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至250mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和100mg/l至250mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至100mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和50mg/l至100mg/l；0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和20mg/l至50mg/l；或0.5mg/l至20mg/l、0.5mg/l至80mg/l和30mg/l至50mg/l。

液体中溶解的气体的浓度优选可以通过在真空下采集液体样品并将其保持在真空下直至通过气相色谱法分析来测量。替代的、不太准确且非优选的测量方法在本领域是已知的，并且包括通过例如光纤探针、阻抗探针、传热探针或超声波探针的在线测量。

发现，在液相中保持最小的氢气和/或氧气的转移速率对于以至少10g/l/天的速率生产包含至少65％蛋白质的生物质是必要的，并且进一步优选保持生物反应器的液相中的微生物的浓度为至少10g/l。仅考虑生物质生产速率和品质，理论上不需要最大转移速率，然而商业、成本和安全考虑使得施加最大转移速率。

优选地，根据本发明，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为至少0.02mol/l/小时和/或液相中氧气的转移速率为至少0.003mol/l/小时。更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为至少0.03mol/l/小时、0.04mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.16mol/l/小时、0.17mol/l/小时、0.18mol/l/小时、0.19mol/l/小时、0.2mol/l/小时、0.21mol/l/小时、0.22mol/l/小时、0.23mol/l/小时、0.24mol/l/小时、0.25mol/l/小时、0.3mol/l/小时、0.35mol/l/小时、0.4mol/l/小时或0.5mol/l/小时，和/或液相中氧气的转移速率为至少0.005mol/l/小时、0.01mol/l/小时、0.015mol/l/小时、0.02mol/l/小时、0.025mol/l/小时、0.03mol/l/小时、0.035mol/l/小时、0.04mol/l/小时、0.045mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时或0.2mol/l/小时。甚至更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为至少0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.16mol/l/小时、0.17mol/l/小时、0.18mol/l/小时、0.19mol/l/小时、0.2mol/l/小时、0.21mol/l/小时、0.22mol/l/小时、0.23mol/l/小时、0.24mol/l/小时、0.25mol/l/小时或0.3mol/l/小时和/或液相中氧气的转移速率为至少0.02mol/l/小时、0.025mol/l/小时、0.03mol/l/小时、0.035mol/l/小时、0.04mol/l/小时、0.045mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时或0.2mol/l/小时。

优选地，根据本发明，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为0.02mol/l/小时至3.0mol/l/小时和/或液相中氧气的转移速率为0.01mol/l/小时至0.4mol/l/小时。更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为0.04mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.16mol/l/小时、0.17mol/l/小时、0.18mol/l/小时、0.19mol/l/小时、0.2mol/l/小时、0.21mol/l/小时、0.22mol/l/小时、0.23mol/l/小时、0.24mol/l/小时、0.25mol/l/小时或0.3mol/l/小时至0.35mol/l/小时、0.4mol/l/小时、0.45mol/l/小时、0.5mol/l/小时、0.55mol/l/小时、0.6mol/l/小时、0.8mol/l/小时、0.9mol/l/小时、1.0mol/l/小时、1.1mol/l/小时、1.2mol/l/小时、1.3mol/l/小时、1.4mol/l/小时、1.5mol/l/小时、2.0mol/l/小时或2.5mol/l/小时和/或液相中氧气的转移速率为0.015mol/l/小时、0.02mol/l/小时、0.025mol/l/小时、0.03mol/l/小时、0.035mol/l/小时、0.04mol/l/小时、0.045mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时或0.2mol/l/小时至0.25mol/l/小时、0.3mol/l/小时或0.35mol/l/小时。甚至更优选地，控制输入流包括保持液相中氢气的转移速率为0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.16mol/l/小时、0.17mol/l/小时、0.18mol/l/小时、0.19mol/l/小时、0.2mol/l/小时、0.21mol/l/小时、0.22mol/l/小时、0.23mol/l/小时、0.24mol/l/小时、0.25mol/l/小时或0.3mol/l/小时至0.35mol/l/小时、0.4mol/l/小时、0.45mol/l/小时、0.5mol/l/小时、0.55mol/l/小时、0.6mol/l/小时或0.65mol/l/小时和/或液相中氧气的转移速率为0.03mol/l/小时、0.035mol/l/小时、0.04mol/l/小时、0.045mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时或0.08mol/l/小时至0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时、0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.2mol/l/小时、0.25mol/l/小时或0.3mol/l/小时。此外，更优选地，保持液相中氧气的转移速率为0.04mol/l/小时、0.045mol/l/小时、0.05mol/l/小时、0.06mol/l/小时、0.07mol/l/小时、0.08mol/l/小时、0.09mol/l/小时、0.1mol/l/小时至0.11mol/l/小时、0.12mol/l/小时、0.13mol/l/小时、0.14mol/l/小时、0.15mol/l/小时、0.16mol/l/小时、0.18mol/l/小时或0.2mol/l/小时。

优选地，微生物分别以0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时的速率利用氢气、氧气和二氧化碳。更优选地，微生物分别以以下速率利用氢气、氧气和二氧化碳：0.05mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.2mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.5mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至0.2mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；

0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.3mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.2mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.1mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时；

0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.3mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.2mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.1mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.03mol/g/小时至1.0mol/g/小时或0.01mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.1mol/g/小时。

更优选地，0.05mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；

0.05mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.01mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.5mol/g/小时；

0.05mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.15mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.2mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.15mol/g/小时至0.3mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.02mol/g/小时至0.1mol/g/小时；

0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时和0.1mol/g/小时至0.5mol/g/小时；0.4mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时和0.1mol/g/小时至0.3mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.03mol/g/小时至0.15mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.1mol/g/小时；0.1mol/g/小时至1.0mol/g/小时、0.08mol/g/小时至0.36mol/g/小时和0.06mol/g/小时至0.26mol/g/小时；0.08mol/g/小时至0.75mol/g/小时、0.06mol/g/小时至0.27mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时；0.08mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.06mol/g/小时至0.18mol/g/小时和0.05mol/g/小时至0.13mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.75mol/g/小时、0.04mol/g/小时至0.27mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.18mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.6mol/g/小时、0.04mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.15mol/g/小时；0.06mol/g/小时至0.6mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.2mol/g/小时和0.04mol/g/小时至0.15mol/g/小时；0.06mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.05mol/g/小时至0.18mol/g/小时和0.04mol/g/小时至0.13mol/g/小时；0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时、0.04mol/g/小时至0.18mol/g/小时和0.03mol/g/小时至0.13mol/g/小时；或0.04mol/g/小时至0.4mol/g/小时、0.02mol/g/小时至0.1mol/g/小时和0.01mol/g/小时至0.1mol/g/小时。

气态底物通常从底部鼓泡到生物反应器中。存在于生物反应器中的微生物利用气态底物生产生物质。在本方法中，将氧气和氢气输入作为反馈回路的一部分来控制，以允许高于爆炸极限将气体最初添加到系统中，因为其最初被注入到液体培养基相中。然后，反馈控制确保系统充分利用氧气和/或氢气，使得引起顶部空间的气体可以保持低于爆炸安全极限，在标准条件下，对于氧气为5％(v/v)以及对于氢气为4％(v/v)的爆炸安全极限。此外，将全部三种气体输入控制为使得氧气或氢气保持为系统内的限制气体。

控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至750mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为0至40:0至15:0至15、0至12.748:0至4.25:0至2.0、3.183至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、0至3.187:0.795至4.25:0.75至2.0或3.183至12.748:0.795至4.25:0至0.5。

优选地，控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至750mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为1至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、2至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、4至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、6至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、8至12.748:0至1.0625:0.75至2.0、1至20:0至1.0625:0.75至2.0、2至20:0至1.0625:0.75至2.0、4至20:0至1.0625:0.75至2.0、6至20:0至1.0625:0.75至2.0、8至20:0至1.0625:0.75至2.0、12至20:0至1.0625:0.75至2.0、1至30:0至1.0625:0.75至2.0、2至30:0至1.0625:0.75至2.0、4至30:0至1.0625:0.75至2.0、6至30:0至1.0625:0.75至2.0、8至30:0至1.0625:0.75至2.0、12至30:0至1.0625:0.75至2.0、20至30:0至1.0625:0.75至2.0、1至40:0至1.0625:0.75至2.0、2至40:0至1.0625:0.75至2.0、4至40:0至1.0625:0.75至2.0、6至40:0至1.0625:0.75至2.0、8至40:0至1.0625:0.75至2.0、12至40:0至1.0625:0.75至2.0、20至40:0至1.0625:0.75至2.0、1至8:0至1.0625:0.75至2.0、2至8:0至1.0625:0.75至2.0、4至8:0至1.0625:0.75至2.0、6至8:0至1.0625:0.75至2.0、1至6:0至1.0625:0.75至2.0、2至6:0至1.0625:0.75至2.0、4至6:0至1.0625:0.75至2.0、1至4:0至1.0625:0.75至2.0、2至4:0至1.0625:0.75至2.0、

3.183至12.748:0至1.0625:0.25至2.0、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至2.0、3.183至12.748:0至1.0625:1至2.0、3.183至12.748:0至1.0625:0.25至2.5、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至2.5、3.183至12.748:0至1.0625:1至2.5、3.183至12.748:0至1.0625:2至2.5、3.183至12.748:0至1.0625:0.25至3.5、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至3.5、3.183至12.748:0至1.0625:1至3.5、3.183至12.748:0至1.0625:2至3.5、3.183至12.748:0至1.0625:0.25至5、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至5、3.183至12.748:0至1.0625:1至5、3.183至12.748:0至1.0625:2至5、3.183至12.748:0至1.0625:3.5至5、0.25至10、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至10、3.183至12.748:0至1.0625:1至10、3.183至12.748:0至1.0625:2至10、3.183至12.748:0至1.0625:3.5至10、3.183至12.748:0至1.0625:5至10、3.183至12.748:0至1.0625:0.25至15、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至15、3.183至12.748:0至1.0625:1至15、3.183至12.748:0至1.0625:2至15、3.183至12.748:0至1.0625:3.5至15、3.183至12.748:0至1.0625:5至15、3.183至12.748:0至1.0625:10至15、3.183至12.748:0至1.0625:0.25至1.0、3.183至12.748:0至1.0625:0.5至1.0、或3.183至12.748:0至1.0625:0.75至1.0。

优选地，控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至750mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为0至3.187:0.25至4.25:0.75至2.0、0至3.187:1.5至4.25:0.75至2.0、0至3.187:2.5至4.25:0.75至2.0、0至3.187:0.25至6:0.75至2.0、0至3.187:0.795至6:0.75至2.0、0至3.187:1.5至6:0.75至2.0、0至3.187:2.5至6:0.75至2.0、0至3.187:0.25至10:0.75至2.0、0至3.187:0.795至10:0.75至2.0、0至3.187:1.5至10:0.75至2.0、0至3.187:2.5至10:0.75至2.0、0至3.187:5至10:0.75至2.0、0至3.187:0.25至15:0.75至2.0、0至3.187:0.795至15:0.75至2.0、0至3.187:1.5至15:0.75至2.0、0至3.187:2.5至15:0.75至2.0、0至3.187:5至15:0.75至2.0、0至3.187:10至15:0.75至2.0、0至3.187:0.25至3:0.75至2.0、0至3.187:0.795至3:0.75至2.0、0至3.187:1.5至3:0.75至2.0、0至3.187:2.5至3:0.75至2.0、0至3.187:0.25至2:0.75至2.0、0至3.187:0.795至2:0.75至2.0、0至3.187:1.5至2:0.75至2.0、0至3.187:0.25至1.5:0.75至2.0、0至3.187:0.795至1.5:0.75至2.0、0至3.187:0.25至1:0.75至2.0、0至3.187:0.795至1:0.75至2.0、

0至3.187:0.795至4.25:0.25至2.0、0至3.187:0.795至4.25:0.5至2.0、0至3.187:0.795至4.25:1至2.0、0至3.187:0.795至4.25:0.25至2.5、0至3.187:0.795至4.25:0.5至2.5、0至3.187:0.795至4.25:1至2.5、0至3.187:0.795至4.25:2至2.5、0至3.187:0.795至4.25:0.25至3.5、0至3.187:0.795至4.25:0.5至3.5、0至3.187:0.795至4.25:1至3.5、0至3.187:0.795至4.25:2至3.5、0至3.187:0.795至4.25:0.25至5、0至3.187:0.795至4.25:0.5至5、0至3.187:0至1.0625:1至5、0至3.187:0.795至4.25:2至5、0至3.187:0.795至4.25:3.5至5、0.25至10、0至3.187:0.795至4.25:0.5至10、0至3.187:0.795至4.25:1至10、0至3.187:0.795至4.25:2至10、0至3.187:0.795至4.25:3.5至10、0至3.187:0.795至4.25:5至10、0.25至15、0至3.187:0.795至4.25:0.5至15、0至3.187:0.795至4.25:1至15、0至3.187:0.795至4.25:2至15、0至3.187:0.795至4.25:3.5至15、0至3.187:0.795至4.25:5至15、0至3.187:0.795至4.25:10至15、0至3.187:0.795至4.25:0.25至1.0、0至3.187:0.795至4.25:0.5至1.0、或0至3.187:0.795至4.25:0.75至1.0。

优选地，控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至750mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为3.183至12.748:0.795至4.25:0至0.5、

1至12.748:0.795至4.25:0至0.5、2至12.748:0.795至4.25:0至0.5、4至12.748:0.795至4.25:0至0.5、6至12.748:0.795至4.25:0至0.5、8至12.748:0.795至4.25:0至0.5、1至20:0.795至4.25:0至0.5、2至20:0.795至4.25:0至0.5、4至20:0.795至4.25:0至0.5、6至20:0.795至4.25:0至0.5、8至20:0.795至4.25:0至0.5、12至20:0.795至4.25:0至0.5、1至30:0.795至4.25:0至0.5、2至30:0.795至4.25:0至0.5、4至30:0.795至4.25:0至0.5、6至30:0.795至4.25:0至0.5、8至30:0.795至4.25:0至0.5、12至30:0.795至4.25:0至0.5、20至30:0.795至4.25:0至0.5、1至40:0.795至4.25:0至0.5、2至40:0.795至4.25:0至0.5、4至40:0.795至4.25:0至0.5、6至40:0.795至4.25:0至0.5、8至40:0.795至4.25:0至0.5、12至40:0.795至4.25:0至0.5、20至40:0.795至4.25:0至0.5、1至8:0.795至4.25:0至0.5、2至8:0.795至4.25:0至0.5、4至8:0.795至4.25:0至0.5、6至8:0.795至4.25:0至0.5、1至6:0.795至4.25:0至0.5、2至6:0.795至4.25:0至0.5、4至6:0.795至4.25:0至0.5、1至4:0.795至4.25:0至0.5、2至4:0.795至4.25:0至0.5、

3.183至12.748:0.25至4.25:0至0.5、3.183至12.748:1.5至4.25:0至0.5、3.183至12.748:2.5至4.25:0至0.5、3.183至12.748:0.25至6:0至0.5、3.183至12.748:0.795至6:0至0.5、3.183至12.748:1.5至6:0至0.5、3.183至12.748:2.5至6:0至0.5、3.183至12.748:0.25至10:0至0.5、3.183至12.748:0.795至10:0至0.5、3.183至12.748:1.5至10:0至0.5、3.183至12.748:2.5至10:0至0.5、3.183至12.748:5至10:0至0.5、3.183至12.748:0.25至15:0至0.5、3.183至12.748:0.795至15:0至0.5、3.183至12.748:1.5至15:0至0.5、3.183至12.748:2.5至15:0至0.5、3.183至12.748:5至15:0至0.5、3.183至12.748:10至15:0至0.5、3.183至12.748:0.25至3:0至0.5、3.183至12.748:0.795至3:0至0.5、3.183至12.748:1.5至3:0至0.5、3.183至12.748:2.5至3:0至0.5、3.183至12.748:0.25至2:0至0.5、3.183至12.748:0.795至2:0至0.5、3.183至12.748:1.5至2:0至0.5、3.183至12.748:0.25至1.5:0至0.5、3.183至12.748:0.795至1.5:0至0.5、3.183至12.748:0.25至1:0至0.5、或3.183至12.748:0.795至1:0至0.5。

如上所述，控制输入流包括在距离与液相直接接触的气相0mm至750mm的距离内保持液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比。更优选地，该距离包括0mm至700mm、0mm至650mm、0mm至600mm、0mm至550mm、0mm至500mm、0mm至450mm、0mm至400mm、0mm至350mm、0mm至300mm、0mm至250mm、0mm至200mm、0mm至150mm、0mm至100mm、0mm至90mm、0mm至80mm、0mm至70mm、0mm至60mm、0mm至50mm、0mm至40mm、0mm至30mm、0mm至20mm、或0mm至10mm。

根据本发明的方法优选地通过使用适用于工业环境的生物反应器来执行。优选地，根据本发明的生物反应器为恒化器。

适用于工业环境的生物反应器遵循微生物(优选氢-氧化微生物)的工业发酵领域中的标准要求。适用于工业环境的生物反应器通常对于中试规模生物反应器具有约0.2m³至约10m³的液相容积以及对于工厂规模生物反应器具有约2m³至约500m³的液相容积，但在理论上没有上限容积。微生物的工业发酵领域中的标准要求优选包括承受高热应力和/或高内部气体和液体压力的能力。根据本发明的标准要求包括防止和/或承受包含氢气和氧气的潜在爆炸性气体混合物的后果的设计考虑。因此，根据本发明的适用于工业环境的生物反应器使得能够使用根据本发明的高浓度气态底物，例如氢气和/或氧气。

在本发明的上下文中，生物反应器，优选恒化器，可以用于保持微生物的生理状态和比生长速率基本上不变。这通过以下来实现：保持各种连续的(生物)化学过程例如通过控制搅拌速度、气态底物转移速率、稀释率(供应的营养物的体积流量除以总体积)、温度、pH，去除包含微生物的培养基和/或添加培养基以优选地保持基本上恒定的液体培养基培养体积。例如，通过改变向生物反应器中添加培养基的速率，可以控制微生物的比生长速率。增加稀释率将增加微生物的生长。然而，需要相对于比生长速率控制稀释率以防止洗出(wash-out)。控制稀释率是为了使微生物的蛋白质生产速率和蛋白质含量最大化。当微生物的比生长速率太高时，生物质的蛋白质含量和/或品质可能降低。

用于执行根据本发明的方法的生物反应器优选地选自包括鼓泡塔反应器、空气提升式反应器、连续搅拌釜反应器和循环型反应器的组。用于执行根据本发明的方法的优选生物反应器为连续搅拌釜反应器。优选地，生物反应器包括一个或更多个气体和/或液体循环系统。

在生物反应器内更换液相引起生物质的更高水平的蛋白质含量和品质背后的原理是在恒定的环境条件下保持微生物处于生理稳定状态。在这种稳定状态下，生长以基本上恒定的比生长速率进行，并且所有的培养参数例如pH、营养物浓度、气态底物浓度、微生物浓度均保持基本上恒定。发现微生物的这样的生理稳定状态对于以大于10g/l/天的速率生产包含至少65％蛋白质的生物质是必要的。因此，根据本发明，优选控制输入流和营养物组合物以保持微生物的比生长速率和/或稳定状态，优选微生物的稳定状态，更优选微生物的比生长速率。

根据本发明，优选控制输入流和营养物组合物以通过保持生物反应器的液相中的微生物浓度为至少5g/l，优选为5g/l至100g/l来实现或保持微生物的稳定状态。更优选地，可以通过保持生物反应器的液相中的微生物浓度为至少6g/l、7g/l、8g/l、9g/l、10g/l至11g/l、12g/l、13g/l、14g/l、15g/l、16g/l、17g/l、18g/l、19g/l、20g/l、25g/l或30g/l，优选为6g/l、7g/l、8g/l、9g/l、10g/l至11g/l、12g/l、13g/l、14g/l、15g/l、16g/l、17g/l、18g/l、19g/l、20g/l、25g/l或30g/l至50g/l、60g/l、70g/l、80g/l、90g/l或100g/l来实现或保持微生物的稳定状态。甚至更优选地，可以通过保持生物反应器的液相中的微生物浓度为至少8g/l、9g/l、10g/l至11g/l、12g/l、13g/l、14g/l或15g/l，优选为8g/l、9g/l、10g/l至11g/l、12g/l、13g/l、14g/l或15g/l至25g/l、30g/l、35g/l、40g/l、45g/l或50g/l来实现或保持微生物的稳定状态。

优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为至少1.0/天，优选至少1.1/天、1.2/天、1.3/天、1.4/天、1.5/天、1.6/天、1.7/天、1.8/天、1.9/天、2.0/天、2.1/天、2.2/天、2.3/天、2.4/天、2.5/天、2.6/天、2.7/天、2.8/天、2.9/天、3.0/天、3.1/天、3.2/天、3.3/天、3.4/天、3.5/天、3.6/天、3.7/天、3.8/天、3.9/天或4.0/天。更优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为至少1.5/天、1.6/天、1.7/天、1.8/天、1.9/天、2.0/天、2.1/天、2.2/天、2.3/天、2.4/天或2.5/天。优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为至少0.03/小时，优选至少0.03/小时、0.04/小时、0.05/小时、0.06/小时、0.07/小时、0.08/小时、0.09/小时、0.1/小时、0.11/小时、0.12/小时、0.13/小时、0.14/小时、0.15/小时、0.16/小时、0.17/小时、0.18/小时、0.2/小时、0.21/小时、0.22/小时、0.23/小时、0.24/小时、0.25/小时或0.3/小时。更优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为至少0.05/小时、0.06/小时、0.07/小时、0.08/小时、0.09/小时或0.1/小时。

当微生物的比生长速率太高时，生物质的蛋白质含量和/或品质可能降低。例如，生物质的核酸含量可能变得太高。

因此，优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为1.0/天至8.0/天。更优选地，控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为1.1/天、1.2/天、1.3/天、1.4/天、1.5/天、1.6/天、1.7/天、1.8/天、1.9/天或2.0/天至3.0/天、3.1/天、3.2/天、3.3/天、3.4/天、3.5/天、3.6/天、3.7/天、3.8/天、3.9/天、4.0/天、4.5/天、5.0/天、5.5/天、6.0/天或7.0/天。甚至更优选地，控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为1.5/天、1.6/天、1.7/天、1.8/天、1.9/天、2.0/天、2.1/天、2.2/天、2.3/天、2.4/天至2.6/天、2.7/天、2.8/天、2.9/天、3.0/天、3.1/天、3.2/天、3.3/天、3.4/天或3.5/天。优选地，根据本发明控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为0.03/小时至0.4/小时。更优选地，控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为0.04/小时、0.05/小时、0.06/小时、0.07/小时、0.08/小时、0.09/小时或0.1/小时至0.11/小时、0.12/小时、0.13/小时、0.14/小时、0.15/小时、0.16/小时、0.17/小时、0.18/小时、0.19/小时、0.2/小时、0.25/小时、0.3/小时或0.35/小时。甚至更优选地，控制输入流和营养物组合物包括保持微生物的比生长速率为0.05/小时、0.06/小时、0.07/小时、0.08/小时或0.09/小时至0.11/小时、0.12/小时、0.13/小时、0.14/小时、0.15/小时、0.16/小时、0.17/小时、0.18/小时、0.19/小时或0.2/小时。

本申请人意外地发现，选自产碱杆菌属的细菌能够以高生产速率生产高品质的生物质。因此，本发明涉及由选自产碱杆菌属的细菌生产生物质的方法。本申请人意外地发现，选自贪铜菌属的细菌能够以甚至更高的生产速率生产甚至更高品质的生物质。因此，本发明涉及由选自贪铜菌属优选物种钩虫贪铜菌的细菌生产生物质的方法。优选地，生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质。优选地，以大于10g/l/天的速率生产生物质。优选地，生产生物质的方法包括使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流，所述气态底物包含氢气、氧气和/或二氧化碳，所述方法包括使液相中的微生物与包含含碳、氮和/或磷的化合物的营养物组合物以及气态底物接触，其中输入流和营养物组合物受到控制。本发明还涉及由选自产碱杆菌属的细菌生产生物质、分离生产的生物质并去除营养物组合物的方法，所述方法包括下游处理。本发明还涉及由选自贪铜菌属优选物种钩虫贪铜菌的细菌生产生物质、分离生产的生物质并去除营养物组合物的方法，所述方法包括下游处理。

为了将所生产的生物质进一步应用为例如用于其他生物体的营养物来源，有必要处理所生产的生物质。在农业食品工业中，通常进行去除所生产的生物质的营养物组合物和水成分。为了便于运输、储存和防止被病原体或其他不期望的生物体污染，用于进一步应用的所生产的生物质的水含量需要尽可能低。因此，本发明还涉及分离根据本发明的方法生产的生物质并去除营养物组合物的方法，所述方法包括下游处理。此外，本发明涉及分离根据本发明生产的生物质并去除营养物组合物的方法，所述方法包括对生物质进行脱水和/或干燥，使得生物质包含小于10重量％的水含量。优选地，生物质包含小于9.0重量％、8.0重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％或0.5重量％的水含量。

通过分离根据本发明的方法生产的生物质并去除营养物组合物(包括下游处理)或者通过分离根据本发明生产的生物质并去除营养物组合物(包括对生物质进行脱水和/或干燥使得生物质包含小于10重量％、9.0重量％、8.0重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％或0.5重量％的水含量)而获得的营养物组合物可以用作用于根据本发明的方法生产生物质的营养物组合物。

通过本公开内容中的任何方法生产或获得的生物质可以用于喂养一种或更多种生物体或向其提供营养。农业工业通常在生物体例如鱼、甲壳动物、软体动物、家禽、猪和牛中使用类似的饲料。因此，本发明还涉及通过本公开内容中的任何方法生产或获得的生物质用于喂养例如鱼、甲壳动物、软体动物、家禽、猪和牛或向其提供营养的用途。优选地，鱼包括鲤科(Cyprinidae)、鲑科(Salmonidae)、金枪鱼族(Thunnini)、罗非鱼属(Oreochromis)和鲇形目(Siluriformes)。优选地，家禽包括家鸡(Gallus gallusdomesticus)。

由化能自养细菌生产的生物质的特性与其用于某些应用的价值直接相关。例如，对于动物饲料和食品应用，蛋白质含量和氨基酸组成对营养品质至关重要。本发明的方法生产这样的具有高营养品质的生物质。因此，本发明还涉及可通过本发明的方法获得的包含蛋白质的生物质，所述蛋白质包含含有以下的氨基酸含量：总生物质干重蛋白质含量的0.6％至6.4％的组氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.3％至9.2％的异亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.5％至16.0％的亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.0％至14.8％的赖氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.7％至7.2％的甲硫氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.2％至11.4％的苯丙氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.1％至9.2％的苏氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.3％至5.2％的色氨酸含量、和总生物质干重蛋白质含量的1.1％至12.4％的缬氨酸含量。优选地，氨基酸含量包含总生物质干重蛋白质含量的0.9％至4.8％的组氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.0％至6.9％的异亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.8％至12.0％的亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.0％至11.1％的赖氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.1％至5.4％的甲硫氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.7％至8.5％的苯丙氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.6％至6.9％的苏氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.4％至3.9％的色氨酸含量、和总生物质干重蛋白质含量的1.7％至9.3％的缬氨酸含量。更优选地，氨基酸含量包含总生物质干重蛋白质含量的1.2％至3.2％的组氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.6％至4.6％的异亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的5.0％至8.0％的亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的4.0％至7.4％的赖氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.4％至3.6％的甲硫氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.3％至5.7％的苯丙氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.1％至4.6％的苏氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.5％至2.6％的色氨酸含量、和总生物质干重蛋白质含量的2.2％至6.2％的缬氨酸含量。

此外，本发明涉及可通过本发明的方法获得的生物质，所述生物质包含总生物质干重的1.5％至24％的脂质含量，所述脂质含量包含含有以下的脂肪酸含量：总生物质干重脂肪酸含量的15％至80％的C16:0棕榈酸含量、总生物质干重脂肪酸含量的2.5％至30％的C16:1棕榈油酸含量、和总生物质干重脂肪酸含量的15％至80％的C17:1十七碳烯酸含量。优选地，脂质含量占总生物质干重的2.3％至18％，所述脂质含量包含含有以下的脂肪酸含量：总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C16:0棕榈酸含量、总生物质干重脂肪酸含量的3.8％至22.3％的C16:1棕榈油酸含量、和总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C17:1十七碳烯酸含量。更优选地，脂质含量占总生物质干重的3％至12％，所述脂质含量包含含有以下的脂肪酸含量：总生物质干重脂肪酸含量的30％至40％的C16:0棕榈酸含量、总生物质干重脂肪酸含量的5％至15％的C16:1棕榈油酸含量、和总生物质干重脂肪酸含量的30％至40％的C17:1十七碳烯酸含量。

附图说明

现在将参照附图来讨论本发明，图中示出了本发明的优选示例性实施方案。

图1示出了本发明的一个优选实施方案。在本文中，在反应器流程图中，其中数字代表以下特征：

氧气/空气输入(1)、氢气输入(2)和二氧化碳输入(3)的基于通过气体分析(through-gas analysis)和/或它们在生物反应器中的浓度的分析的反馈回路控制通过限定的且可调节的输入气体比率来控制，用于最佳的蛋白质生产代谢。还存在用于每单位所生产的生物质的无机氮(例如尿素)添加(4)和通过添加pH缓冲液(5)来维持pH的基于pH和OD的反馈回路。响应于通过各种反馈回路的传感器测量的微生物的生长，根据需要将液体生长培养基(6)添加至生物反应器中。未使用的气体可以再循环(7)到生物反应器中。另一个特征，稀释率，允许在反应器中达到一定的维持时间、微生物的最佳生长、以及生物质的最佳生产。稀释率通过控制以下来确定：无机氮(4)、pH缓冲液(5)、液体生长培养基(6)的输入，以及被去除的含有生物质的液体的再循环(10)和去除含有生物质的液体(8)的输出。含有生物质的液体的去除(8)随后是涉及脱水的下游处理步骤，其中从含有生物质的液体中分离大部分液体。然后优选将所述大部分液体再循环(10)至生物反应器，同时生物质与小部分剩余液体一起经受包括进一步的脱水、干燥和微生物的失活的另外的下游处理步骤(9)，其通过任选的另外的下游处理步骤(11)，最终得到优选适合作为其他生物体的营养来源的生物质产品。可以通过使得能够在整个系统内实现更高的氧气浓度，从而减少氧气限制来实现提高的整个系统生产率。优选响应性氧气进给(1)以提高反应器负荷，同时在顶部空间内保持在安全气体混合物浓度以内。在系统的顶部空间中氧气优选地保持在小于5％，但响应于微生物对气体消耗的增加以增加的量添加，以实现蛋白质生产和生长速率的最佳平衡。最大的蛋白质产量需要系统的无机氮化合物例如氨和/或尿素的最佳可用性。通过响应于限定的工艺条件来进给氨(4)，也可以实现最佳的生长速率。

所有参数的精细控制一起通过减少和优化底物限制而允许提高发酵的整体生产率。在没有这些限制的情况下，发酵能够实现更高的生产率，关键地，已经开发了控制方面以平衡这种提高的生产率与生物质的蛋白质含量的优化。

图3示出了根据本发明的方法生产的分离的生物质的总脂肪酸含量中最丰富的脂肪酸的比例的实例。根据本发明的方法生产的分离的生物质的脂肪酸含量通过以下方法确定：

将样品与在甲苯中的甲醇和硫酸的混合物在回流下加热2小时。脂肪和油被酯交换为脂肪酸甲基酯(FAMES)。使用少量的正己烷来萃取所得的甲基酯混合物。然后使用无水硫酸钠来干燥正己烷溶液，之后将样品转移至色谱瓶。通过使用FFAP柱(尺寸25m×0.20mmID)并通过火焰离子化检测器检测的气液色谱法获得FAMES脂肪酸谱。可以在有或没有内标物(C17:0)的情况下报道谱。

图4示出了与动物农业中使用的典型大豆粕和鱼粉的必需氨基酸的量的范围(参见例如由美国大豆出口协会(US Soybean Export Council)发布的美国大豆粕信息传单2020年4月20日在线访问：https://ussec.org/wp-content/uploads/2015/10/US- Soybean-Meal-Information.pdf；以及鱼粉，参见例如M.Das和S.K.Mandal；Oxya hylahyla(Orthoptera:Acrididae)as an Alternative Protein Source for JapaneseQuail；International Scholarly Research Notices，2014年)相比，每100g根据本发明的方法生产的分离的生物质的总蛋白质含量，必需氨基酸的量的范围的实例。根据本发明的方法生产的分离的生物质的氨基酸含量通过以下方法确定：

将样品在苯酚、过氧化氢和甲酸的组合中氧化。然后将氧化的样品用盐酸水解。随后使用离子交换色谱法分离氨基酸，并使用光度检测通过与茚三酮的柱后反应来确定。

可以清楚地看出，根据本发明的方法生产的生物质具有优异的品质。

图5A和图5B示出了在不同的氧气和氢气的输入浓度百分比下的生物质生产速率的预测。氧气和氢气浓度是添加至液相中的浓度，并且生物质生产速率是具有至少65％蛋白质的生物质的生产速率，由相应的氧气(图5A)或氢气(图5B)的特定浓度百分比及以上引起生物质生产速率大于10g/l/天。图5A关于除氧气以外的底物的量受到限制，使得除氧气以外的底物以足以用于微生物生存力的最小量提供。图5B关于除氢气以外的底物的量受到限制，使得除氢气以外的底物以足以用于微生物生存力的最小量提供。

图6示出了根据本发明生产的来自氢-氧化微生物的总生物质的按干重计的蛋白质含量的预测，其中控制输入流包括在液相中添加摩尔比为1:1至10:1的氢气:氧气，使得生物质生产速率大于10g/l/天。

图7示出了根据本发明生产的来自氢-氧化微生物的总生物质的按干重计的蛋白质含量的预测，其中控制输入流包括控制比生长速率，使得生物质生产速率大于10g/l/天。

图8A示出了与根据本发明产生的生物质生产速率相关的优选氢气转移速率的预测，其中生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质。目标生产率所需的氢气转移速率可以通过将氢气相对于生物质的输出(Y_{H2/X})与生产率相乘来计算，其中Y_{H2/X}为每克形成的生物质所使用的氢气克数。图8A确定了在经济上优选的氢气代谢产量范围内获得超过10g/L/天的生产率(其是使用根据本发明的方法可达到的)所需的必要质量传递。

图8B示出了与根据本发明产生的生物质生产速率相关的优选氧气转移速率的预测，其中生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质。目标生产率所需的氢气转移速率可以通过将氧气相对于生物质的输出(Y_{O2/X})与生产率相乘来计算，其中Y_{O2/X}为每克形成的生物质所使用的氧气克数。图8B确定了在经济上优选的氧气代谢产量范围内获得超过10g/L/天的生产率(其是使用根据本发明的方法可达到的)所需的必要质量传递。

以下的非限制性实施例举例说明了根据本发明的过程和材料。

实施例1

在如图1所述的工业恒化器生物反应器系统中根据本发明培养钩虫贪铜菌(Cupriavidis necator)菌株H16，其也被称为DSM 428(Little等："Complete GenomeSequence of Cupriavidis necator H16(DSM 428)"；Microbiol.Resour.Announc.(2019))或先前被称为富养罗尔斯通氏菌(Ralstonia eutrophia)H16(Pohlmann等："Genome sequence of the bioplastic-producing“Knallgas”bacterium Ralstoniaeutrophia H16"；Nature Biotechnology(2006))。

使用用于化能无机营养生长的DSMZ矿物培养基81(H-3)，所述DSMZ矿物培养基由以下组成并如下制备：

溶液A：

KH₂PO₄ 2.3g，Na₂HPO₄×2H₂O 2.9g，蒸馏水50ml

溶液B：

NH₄Cl 1.0g，MgSO₄×7H₂O 0.50g，CaCl₂×2H₂O 0.01g，MnCl₂×4H₂O 0.005g，NaVO₃×H2O 0.005g，微量元素溶液SL-6 5ml，蒸馏水915ml

溶液C：

柠檬酸铁铵0.05g，蒸馏水20ml

将溶液A、B、C分别在121℃下热压处理15分钟，冷却至50℃，然后与5.0ml经过滤器灭菌的标准维生素溶液无菌混合(参见下文)。将该培养基的pH调节至pH为1至4，并用另外的1.5g/L氯化铵、3×10^-4g/L NiCl₂×6H₂O和1.5×10^-3g/L ZnSO₄×7H₂O、和1.5×10^-4g/LCuCl₂×2H₂O、和0.15g/L柠檬酸铁铵补充。用以上培养基和制备方法，可以支持在气体限制生长条件下生物质(其包含大于65％的蛋白质)的在大于10g/L细胞干重基础上的操作浓度和大于10g/L/天的生产率，其中，此外使用合适的碱例如0.2M NaOH或NH₄OH采用原位pH控制。为了支持更高的操作细胞浓度和生产率，可以按比例改变培养基成分。

标准维生素溶液：

核黄素10mg、硫胺素-HCl×2H₂O 50mg、烟酸50mg、吡哆醇-HCl 50mg、Ca-泛酸盐50mg、生物素0.1mg、叶酸0.2mg、维生素B12 1.0mg、蒸馏水100ml

微量元素溶液SL-6：

ZnSO₄×7H₂O 0.10g、MnCl₂×4H₂O 0.03g、H₃BO₃ 0.30g,CoCl₂×6H₂O 0.20g、CuCl₂×2H₂O 0.01g、NiCl₂×6H₂O 0.02g、Na₂MoO₄×2H₂O 0.03g、蒸馏水1000ml

在培养基的不断搅拌下，使培养物生长至少3天。将二氧化碳气体以非限制性浓度添加至液相中。将氢气和氧气以1:1至10:1的比率添加至液相中。任选地使气态底物再循环。使液体培养基再循环。添加营养化合物和培养基并且在培养期间从系统中移除部分液相。将液相的总体积保持为差不多恒定。气体转移速率根据如图8A和图8B指示的优选速率使用。

根据本发明生产生物质并将其分离，得到具有图2的氨基酸含量以及图3和下表1的脂肪酸含量的生物质。

表1：

实施例2

使用如实施例1所述的培养条件在如图1所述的工业生物反应器系统中培养钩虫贪铜菌菌株。图5A中的稀释率为2/天，图5B中的稀释率为1/天。

结果为如图5A和图5B所示并根据实验结果推断的生产率与在限制下的不同的氢气/氧气输入。蛋白质含量为至少65％。

实施例3

使用如实施例1所述的培养条件在如图1所述的工业生物反应器系统中培养钩虫贪铜菌菌株。稀释率为1.87/天。

结果为如图6所示并根据实验结果推断的蛋白质含量与不同的氢气:氧气输入比率。生物质的生产率为大于10g/l/天的速率。

实施例4

使用如实施例1所述的培养条件在如图1所述的工业生物反应器系统中培养钩虫贪铜菌菌株。三个点的稀释率从左到右分别为1.82/天、2.70/天和3.53/天。H2:O2比率为2:1。

结果为如图7所示并根据实验结果推断的蛋白质含量与不同的比生长速率。生物质的生产率为大于10g/l/天的速率。

实施例5

使用如实施例1所述的培养条件在如图1所述的工业生物反应器系统中培养钩虫贪铜菌菌株。

结果为如图8A所示并根据下表中的实验结果推断的生产率与不同的氢气转移速率。蛋白质含量为至少65％。

实施例6

结果为如图8B所示并根据实验结果推断的生产率与不同的氧气转移速率。蛋白质含量为至少65％。

Claims

1.一种使用一个或更多个包含一种或更多种气态底物的输入流由氢-氧化微生物生产生物质的方法，所述生物质按干重计包含总生物质的至少65％的蛋白质，所述气态底物包含氢气和氧气，所述方法包括使液相中的所述微生物与包含含氮和磷的化合物的营养物组合物以及所述气态底物接触，其中所述一种或更多种气态底物包含二氧化碳或者所述营养物组合物包含含碳化合物，其中控制所述输入流和营养物组合物以及其中以大于10g/l/天的速率生产所述生物质，其中控制所述输入流包括向所述液相中添加摩尔比为1:1至10:1的氢气:氧气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述输入流包括单独或作为其任意预混组合向所述液相中添加浓度为70％至100％(v/v)的氢气、浓度为20％至100％(v/v)的氧气和浓度为5％至100％(v/v)的二氧化碳。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中控制所述输入流和营养物组合物包括保持所述微生物的比生长速率为1.0/天至8.0/天或0.04/小时至0.3/小时。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中控制所述输入流和营养物组合物包括保持生物反应器的所述液相中的所述微生物的浓度为至少10g/l，优选10g/l至100g/l。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中控制所述输入流包括向所述液相中添加摩尔比为3.88至51.94:0.85至2:0.75至2的氢气:氧气:二氧化碳。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中控制所述输入流包括保持所述液相中溶解的氢气:氧气:二氧化碳的摩尔比为3.183至12.748:0.795至4.25:0.75至2.0。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中控制所述输入流包括在28℃至45℃的温度下和在100kPa至2000kPa的气相压力下保持所述液相中的氢气浓度为0.5mg/l至20mg/l，氧气浓度为0.5mg/l至80mg/l以及二氧化碳浓度为20mg/l至2000mg/l。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中控制所述输入流包括保持所述液相中氢气的转移速率为0.03mol/l/小时至1.2mol/l/小时和/或所述液相中氧气的转移速率为0.003mol/l/小时至0.4mol/l/小时。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中控制所述输入流优选包括保持所述液相中氢气:氧气气体滞留量的摩尔比为0.5:1至7:1，优选1:1至3.5:1。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述微生物以0.05mol/g/小时至0.5mol/g/小时的速率利用所述氢气，以0.04mol/g/小时至0.18mol/g/小时的速率利用所述氧气，以及以0.03mol/g/小时至0.13mol/g/小时的速率利用所述二氧化碳。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳来源于生产或燃烧过程的废气，优选地，其中将所述二氧化碳纯化并浓缩至40％至100％(v/v)的浓度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中包括使液相中的所述微生物与营养物组合物接触包括添加营养物组合物，在添加之前将所述营养物组合物调节至pH为1至4，其中所述营养物组合物优选包含不含NaHCO₃的用于化能无机营养生长的DSMZ培养基81(H-3)，以及其中优选地在添加之前，用另外的1.5g/L氯化铵、3×10^-4g/L NiCl₂×6H₂O、和1.5×10^-3g/L ZnSO₄×7H₂O、和1.5×10^-4g/L CuCl₂×2H₂O、和0.15g/L柠檬酸铁铵补充所述培养基。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述微生物包括选自以下的细菌：红假单胞菌属(Rhodopseudomonas sp.)、红螺菌属(Rhodospirillum sp.)、红球菌属(Rhodococcus sp.)、红细菌属(Rhodobacter sp.)、根瘤菌属(Rhizobium sp.)、荚硫菌属(Thiocapsa sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、诺卡氏菌属(Nocardia sp.)、氢单胞菌属(Hydrogenomas sp.)、氢杆菌属(Hydrogenobacter sp.)、氢弧菌属(Hydrogenovibriosp.)、螺杆菌属(Helicobacter sp.)、黄色杆菌属(Xanthobacter sp.)、噬氢菌属(Hydrogenophaga sp.)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.)、罗尔斯通氏菌属(Ralstonia sp.)、戈登氏菌属(Gordonia sp.)、分枝杆菌属(Mycobacteria sp.)、产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)、贪铜菌属(Cupriavidus sp.)、贪噬菌属(Variovorax sp.)、食酸菌属(Acidovorax sp.)、鱼腥藻属(Anabaena sp.)、栅藻属(Scenedesmus sp.)、衣藻属(Chlamydomonas sp.)、纤维藻属(Ankistrodesmus sp.)、针藻属(Rhaphidium sp.)、或节杆菌属(Arthrobacter sp.)、及其组合。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述微生物包括选自贪铜菌属，优选物种钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)的细菌。

15.一种由选自贪铜菌属，优选物种钩虫贪铜菌的细菌生产生物质的方法。

16.一种分离根据权利要求1至15中任一项所生产的生物质并去除营养物组合物的方法，包括对所述生物质进行脱水和/或干燥使得所述生物质包含小于5重量％的水含量。

17.能够通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法获得的生物质，所述生物质包含蛋白质，所述蛋白质包含含有以下的氨基酸含量：总生物质干重蛋白质含量的0.9％至4.8％的组氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的2.0％至6.9％的异亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.8％至12.0％的亮氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的3.0％至11.1％的赖氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.1％至5.4％的甲硫氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.7％至8.5％的苯丙氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的1.6％至6.9％的苏氨酸含量、总生物质干重蛋白质含量的0.4％至3.9％的色氨酸含量、和总生物质干重蛋白质含量的1.7％至9.3％的缬氨酸含量。

18.能够通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法获得的生物质，所述生物质包含总生物质干重的2.3％至18％的脂质含量，所述脂质含量包含含有以下的脂肪酸含量：总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C16:0棕榈酸含量、总生物质干重脂肪酸含量的3.8％至22.3％的C16:1棕榈油酸含量、和总生物质干重脂肪酸含量的23％至60％的C17:1十七碳烯酸含量。

19.通过根据权利要求16所述的方法获得的营养物组合物作为用于根据权利要求1至15中任一项生产生物质的营养物组合物的用途。

20.通过根据权利要求1至15中任一项所述的方法获得的生物质或根据权利要求17或18所述的生物质用于喂养一种或更多种生物体或向一种或更多种生物体提供营养的用途，优选地其中所述生物体包括鱼、甲壳动物、软体动物、家禽、猪和牛。