EA019266B1 - Микробиологический способ производства спирта - Google Patents
Микробиологический способ производства спирта Download PDFInfo
- Publication number
- EA019266B1 EA019266B1 EA201071067A EA201071067A EA019266B1 EA 019266 B1 EA019266 B1 EA 019266B1 EA 201071067 A EA201071067 A EA 201071067A EA 201071067 A EA201071067 A EA 201071067A EA 019266 B1 EA019266 B1 EA 019266B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- acid
- bioreactor
- fermentation
- acids
- alcohol
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 617
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 194
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title abstract description 34
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 321
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 171
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 166
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 149
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims abstract description 147
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 137
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 96
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 143
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 91
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 claims description 75
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 68
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 60
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 49
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 29
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 11
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L sodium dithionite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)S([O-])=O JVBXVOWTABLYPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 claims description 5
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 abstract description 217
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 abstract description 204
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 91
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 87
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 82
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 239000000047 product Substances 0.000 description 59
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 57
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 52
- 235000010633 broth Nutrition 0.000 description 50
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 46
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 34
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 28
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 27
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 25
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 21
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 21
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 15
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 15
- -1 but not limited to Chemical class 0.000 description 15
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 13
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M Pyruvate Chemical compound CC(=O)C([O-])=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N (D)-(+)-Pantothenic acid Chemical compound OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(O)=O GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N 0.000 description 9
- 239000000306 component Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 9
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 8
- CDXSJGDDABYYJV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;ethanol Chemical compound CCO.CC(O)=O CDXSJGDDABYYJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 208000013715 atelosteogenesis type I Diseases 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 8
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 8
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 7
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L paraquat dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=C[N+](C)=CC=C1C1=CC=[N+](C)C=C1 FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 6
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 6
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 6
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 6
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 6
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- ALSTYHKOOCGGFT-KTKRTIGZSA-N (9Z)-octadecen-1-ol Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCO ALSTYHKOOCGGFT-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 5
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 5
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 5
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 229940055577 oleyl alcohol Drugs 0.000 description 5
- XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N oleyl alcohol Natural products CCCCCCC=CCCCCCCCCCCO XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000019161 pantothenic acid Nutrition 0.000 description 5
- 239000011713 pantothenic acid Substances 0.000 description 5
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GHOKWGTUZJEAQD-UHFFFAOYSA-N Chick antidermatitis factor Natural products OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(O)=O GHOKWGTUZJEAQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 4
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940055726 pantothenic acid Drugs 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 4
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 4
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 4
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 4
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 4
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 4
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 3
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 3
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 3
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 3
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- CSMWJXBSXGUPGY-UHFFFAOYSA-L sodium dithionate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)S([O-])(=O)=O CSMWJXBSXGUPGY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229940075931 sodium dithionate Drugs 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 235000019156 vitamin B Nutrition 0.000 description 3
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPRQEDXDYOZYLA-UHFFFAOYSA-N 2-methylbutan-1-ol Chemical compound CCC(C)CO QPRQEDXDYOZYLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 2
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 2
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 2
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 2
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 2
- 229930003270 Vitamin B Natural products 0.000 description 2
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 2
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 2
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010564 aerobic fermentation Methods 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 description 2
- 230000008238 biochemical pathway Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- BJHIKXHVCXFQLS-UYFOZJQFSA-N fructose group Chemical group OCC(=O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO BJHIKXHVCXFQLS-UYFOZJQFSA-N 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 2
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 2
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 2
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 2
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 2
- RIPZAYPXOPSKEE-DKWTVANSSA-N (2r)-2-amino-3-sulfanylpropanoic acid;hydrate Chemical compound O.SC[C@H](N)C(O)=O RIPZAYPXOPSKEE-DKWTVANSSA-N 0.000 description 1
- LXJXRIRHZLFYRP-VKHMYHEASA-L (R)-2-Hydroxy-3-(phosphonooxy)-propanal Natural products O=C[C@H](O)COP([O-])([O-])=O LXJXRIRHZLFYRP-VKHMYHEASA-L 0.000 description 1
- AGBQKNBQESQNJD-SSDOTTSWSA-N (R)-lipoic acid Chemical compound OC(=O)CCCC[C@@H]1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-SSDOTTSWSA-N 0.000 description 1
- AWNOGHRWORTNEI-UHFFFAOYSA-N 2-(6,6-dimethyl-4-bicyclo[3.1.1]hept-3-enyl)ethyl acetate Chemical compound CC(=O)OCCC1=CCC2C(C)(C)C1C2 AWNOGHRWORTNEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WLAMNBDJUVNPJU-UHFFFAOYSA-M 2-methylbutyrate Chemical compound CCC(C)C([O-])=O WLAMNBDJUVNPJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-M 3-Methylbutanoic acid Natural products CC(C)CC([O-])=O GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- IWTBVKIGCDZRPL-LURJTMIESA-N 3-Methylbutanol Natural products CC[C@H](C)CCO IWTBVKIGCDZRPL-LURJTMIESA-N 0.000 description 1
- OCKGFTQIICXDQW-ZEQRLZLVSA-N 5-[(1r)-1-hydroxy-2-[4-[(2r)-2-hydroxy-2-(4-methyl-1-oxo-3h-2-benzofuran-5-yl)ethyl]piperazin-1-yl]ethyl]-4-methyl-3h-2-benzofuran-1-one Chemical compound C1=C2C(=O)OCC2=C(C)C([C@@H](O)CN2CCN(CC2)C[C@H](O)C2=CC=C3C(=O)OCC3=C2C)=C1 OCKGFTQIICXDQW-ZEQRLZLVSA-N 0.000 description 1
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 1
- 108020002663 Aldehyde Dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 102000005369 Aldehyde Dehydrogenase Human genes 0.000 description 1
- 108010060441 Aldehyde Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- 102000008170 Aldehyde Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 102000016912 Aldehyde Reductase Human genes 0.000 description 1
- 108010053754 Aldehyde reductase Proteins 0.000 description 1
- 240000008791 Antiaris toxicaria Species 0.000 description 1
- 241000219310 Beta vulgaris subsp. vulgaris Species 0.000 description 1
- DVSICFRUEKCCQA-UHFFFAOYSA-N C(CCC)O.C(CCC)(=O)OCC.C(C)(=O)O Chemical compound C(CCC)O.C(CCC)(=O)OCC.C(C)(=O)O DVSICFRUEKCCQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGJOEKWQDUBAIZ-IBOSZNHHSA-N CoASH Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 RGJOEKWQDUBAIZ-IBOSZNHHSA-N 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LXJXRIRHZLFYRP-VKHMYHEASA-N D-glyceraldehyde 3-phosphate Chemical compound O=C[C@H](O)COP(O)(O)=O LXJXRIRHZLFYRP-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- 108010020056 Hydrogenase Proteins 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 101100084626 Mus musculus Psmb4 gene Proteins 0.000 description 1
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N Resazurin Chemical compound C1=CC(=O)C=C2OC3=CC(O)=CC=C3[N+]([O-])=C21 PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 235000021536 Sugar beet Nutrition 0.000 description 1
- JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N Thiamine Natural products CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 244000042038 Tropaeolum tuberosum Species 0.000 description 1
- 241001441622 Ulua Species 0.000 description 1
- 229930003779 Vitamin B12 Natural products 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 229940100228 acetyl coenzyme a Drugs 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-N alpha-Lipoic acid Natural products OC(=O)CCCCC1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 229960004050 aminobenzoic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N anthraquinone Natural products CCC(=O)c1c(O)c2C(=O)C3C(C=CC=C3O)C(=O)c2cc1CC(=O)OC PYKYMHQGRFAEBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004056 anthraquinones Chemical class 0.000 description 1
- 239000011260 aqueous acid Substances 0.000 description 1
- 206010003246 arthritis Diseases 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 150000001559 benzoic acids Chemical class 0.000 description 1
- POIARNZEYGURDG-FNORWQNLSA-N beta-damascenone Chemical compound C\C=C\C(=O)C1=C(C)C=CCC1(C)C POIARNZEYGURDG-FNORWQNLSA-N 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N butane-2,3-diol Chemical compound CC(O)C(C)O OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 108010031234 carbon monoxide dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 1
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M cobalt(2+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+2].N#[C-].[N-]([C@@H]1[C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP(O)(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M 0.000 description 1
- RGJOEKWQDUBAIZ-UHFFFAOYSA-N coenzime A Natural products OC1C(OP(O)(O)=O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)OC1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 RGJOEKWQDUBAIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005516 coenzyme A Substances 0.000 description 1
- 229940093530 coenzyme a Drugs 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- KDTSHFARGAKYJN-UHFFFAOYSA-N dephosphocoenzyme A Natural products OC1C(O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(=O)NCCS)OC1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 KDTSHFARGAKYJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001991 dicarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 150000002211 flavins Chemical class 0.000 description 1
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000010921 garden waste Substances 0.000 description 1
- 101150086731 ges-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-M hexanoate Chemical compound CCCCCC([O-])=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N isoamylol Chemical compound CC(C)CCO PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-N isovaleric acid Chemical compound CC(C)CC(O)=O GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 description 1
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 1
- 235000019136 lipoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 108010046778 molybdenum cofactor Proteins 0.000 description 1
- HPEUEJRPDGMIMY-IFQPEPLCSA-N molybdopterin Chemical compound O([C@H]1N2)[C@H](COP(O)(O)=O)C(S)=C(S)[C@@H]1NC1=C2N=C(N)NC1=O HPEUEJRPDGMIMY-IFQPEPLCSA-N 0.000 description 1
- 150000002762 monocarboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000002763 monocarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N nitrilotriacetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CC(O)=O MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229940014662 pantothenate Drugs 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 230000003094 perturbing effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 150000003138 primary alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N pyridoxine hydrochloride Chemical compound Cl.CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004172 pyridoxine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 235000019171 pyridoxine hydrochloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011764 pyridoxine hydrochloride Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 1
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 1
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012064 sodium phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N thiamine Chemical compound CC1=C(CCO)SCN1CC1=CN=C(C)N=C1N KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019157 thiamine Nutrition 0.000 description 1
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 1
- 239000011721 thiamine Substances 0.000 description 1
- 229960002663 thioctic acid Drugs 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N triphenylmethane Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 AAAQKTZKLRYKHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012137 tryptone Substances 0.000 description 1
- 229940070710 valerate Drugs 0.000 description 1
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 235000019163 vitamin B12 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
-
- 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
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/065—Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
-
- 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
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
-
- 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
- C12P7/16—Butanols
-
- 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
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к производству спиртов путем микробной ферментации, в частности к производству спиртов путем микробной ферментации субстратов, содержащих CO. Более конкретно, оно относится к способам производства спиртов из соответствующих им кислот в присутствии субстрата, содержащего CO. В конкретных вариантах осуществления реакцию ферментации с продуцированием кислоты или кислот и необязательно спирта или спиртов подвергают пертурбации таким образом, что по меньшей мере часть одной или нескольких кислот превращается в спирт.
Description
Настоящее изобретение относится к производству спиртов путем микробиологической ферментации, в частности к производству спиртов путем микробиологической ферментации веществ, содержащих монооксид углерода СО. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам производства спиртов из соответствующих им кислот.
Уровень изобретения
Спирты применяются во многих отраслях промышленности, включающих парфюмерное и фармацевтическое производство и топливную промышленность. Например, в мире быстро растет значение этанола и бутанола в качестве основных видов жидкого транспортного топлива. Общеизвестны способы производства различных спиртов. Производство технического спирта осуществляют в основном с использованием синтеза, основанного на нефтехимических процессах. Однако также можно применять ферментацию с использованием микроорганизмов (микробиологическую ферментацию) для производства спиртов, например биотоплива, и указанный способ становится все более популярным.
Биотопливо для транспортных средств является привлекательной заменой бензину и быстро проникает на рынки топлива в качестве низкоконцентрированных смесей. Биотопливо, полученное из природных растительных источников, экологически более рационально, чем топливо, полученное из ископаемых ресурсов (например, бензин), и использование такого биотоплива позволяет сократить уровень так называемого ископаемого углекислого газа (СО2), который выходит в атмосферу в результате сгорания топлива. Кроме того, можно локализовать производство биотоплива во многих географических регионах, и это сможет уменьшить зависимость от импортирования ископаемых энергетических ресурсов. Спирты, подходящие для использования в качестве биотоплива, включают, среди прочего, этанол, бутанол и 2,3бутандиол.
Этанол быстро становится основным в мире жидким транспортным топливом с высоким содержанием водорода. Мировое потребление этанола в 2005 году составляло приблизительно 12,2 миллиардов галлонов (46,18 миллиардов литров). В будущем также предполагается резкий рост мирового рынка производства топливного этанола в силу повышенного интереса к этанолу в Европе, Японии, США и в ряде развивающихся стран.
Например, в США этанол используют для производства Е10, который представляет собой 10%-ную смесь этанола в бензине. Этанольный компонент в смесях Е10 действует в качестве окисляющего агента, улучшая эффективность сгорания и сокращая выброс в воздух загрязняющих веществ. В Бразилии этанол удовлетворяет примерно 30% потребности в транспортном топливе в двух аспектах, как в качестве окисляющего агента в смеси с бензином, так и в чистом виде в качестве топлива. В Европе экологические факторы, связанные с последствиями выброса парниковых газов (ВПГ), также стали стимулом для утверждения целевых обязательств по потреблению рационального транспортного биотоплива в государствах - членах Европейского союза.
В качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания также можно использовать бутанол. Бутанол в несколько раз ближе к бензину, чем этанол. С возрастанием интереса к производству и применению экологически рациональных видов топлива повысилась заинтересованность в биологических способах получения бутанола (часто называемого биобутанолом). Бутанол можно производить посредством микробиологической ферментации биомассы из зерновых культур, например из сахарной свеклы, зерна, пшеницы и сахарного тростника. Однако на стоимость исходного углеводного сырья влияет значение указанных зерновых культур как продуктов питания для человека или кормов для животных, и во всех географических регионах культивирование содержащих крахмал или сахарозу зерновых культур для производства бутанола экономически нерационально. Поэтому представляет интерес разработка технологии превращения в топливный бутанол более дешевых и/или более богатых углеродом источников.
Было показано, что анаэробные бактерии, например бактерии рода С1ойпбшт, продуцируют этанол из СО, СО2 и Н2 посредством биохимического пути ацетилкоэнзима А (КоА). Например, разные штаммы ОоЧпбшт ЦипдбаЫи, которые продуцируют этанол из газов, описаны в патентах ЭДО 00/68407, ЕР 117309, патентах США 5173429, 5593886 и 6368819, в патентах ЭДО 98/00558 и ЭДО 02/08438. Также известно, что бактерия ОоЧпбшт аи!ое!йаподепит φ продуцирует этанол из газов (АЬг1П1 с1 а1., АтсЫуек о! М1стоЬю1о§у. 161, р. 345-351 (1994)).
Однако производство этанола с использованием микроорганизмов путем ферментации газов обычно сопровождается параллельным продуцированием ацетата и/или уксусной кислоты. Поскольку часть доступного углерода превращается не в этанол, а в ацетат/уксусную кислоту, производство этанола с использованием таких способов ферментации может быть менее подходящим по эффективности. Также может возникать проблема утилизации отходов, за исключением возможности использования в некоторых других целях побочных продуктов, таких как ацетат/уксусная кислота, с использованием микроорганизмов ацетат/уксусная кислота превращается в метан, что потенциально способствует выбросу парниковых газов (ВПГ). Также при использовании обычных способов ферментации могут быть получены другие побочные продукты, такие как масляная кислота/бутират.
Кроме того, биологические способы ферментации с обычным использованием дрожжей или бактерий могут быть ограничены производством одного или двух спиртов, где конкретный микроорганизм
- 1 019266 способен к продуцированию из субстрата, на котором он растет (например, из углевода или газа, содержащего монооксид углерода). Если желательно получение другого спирта, может потребоваться другой микроорганизм. Во многих случаях отсутствует источник бактерий, способных продуцировать желаемый спирт. Поэтому представляет интерес разработка технологии превращения в желаемые продукты, такие как топливный бутанол, более дешевых и/или более богатых углеродом источников, таких как органические кислоты.
Способы превращения кислот в соответствующие им спирты с использованием микроорганизмов были описаны ранее: патент США 4851344; \У1Шс апб 81топ, АгсП. М1сгоЬю1. (1992), 158: 81-84; НиЬет е! а1., АгсП. М1сгоЬ1о1. (1995), 164: 110-118. Однако указанные в них способы также имеют ряд недостатков. Например, в этих способах необходимо использовать химические медиаторы, многие из которых являются токсичными и/или дорогостоящими. Дополнительно, в этих способах используются клеточные экстракты или выделенные клетки, представляющие собой покоящиеся клетки, которые необходимо центрифугировать и ресуспендировать в буфере до превращения кислот в спирты. Указанные стадии обработки являются трудоемкими и увеличивают риск воздействия на микроорганизмы кислорода, риск лизиса или другого повреждения.
Настоящее изобретение рассматривает способы получения полезных спиртов путем анаэробной бактериальной ферментации, в которых решены проблемы некоторых недостатков известных в данной области техники способов, или, по меньшей мере, обеспечивает полезный выбор для общества.
Сущность изобретения
В одном широком аспекте изобретение относится к способу превращения кислоты в соответствующий ей спирт путем использования метаболически активных бактерий, растущих на субстрате, который содержит монооксид углерода и/или водород.
В конкретных вариантах осуществления способ включает:
a) культивирование в биореакторе одного или нескольких штаммов бактерий - карбоксидотрофов в присутствии субстрата, содержащего СО, для продуцирования одной или нескольких кислот и необязательно одного или нескольких спиртов;
b) пертурбацию микробной культуры таким образом, что по меньшей мере одна кислота превращается по меньшей мере в один спирт.
Обычно по меньшей мере одна часть кислоты или кислот, полученной на стадии (а), превращается в спирт или спирты на стадии (Ь). Дополнительно или альтернативно, в биореактор можно добавлять дополнительную кислоту во время стадии (а) и/или стадии (Ь) и превращать ее по меньшей мере в один спирт.
В определенных вариантах осуществления пертурбация микробной культуры включает одно или несколько из следующего:
изменение рН жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру;
изменение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру;
добавление одной или нескольких кислот в биореактор;
добавление одного или нескольких восстанавливающих агентов в биореактор;
изменение концентрации СО в жидкой питательной среде, содержащей микробную культуру;
изменение парциального давления СО в биореакторе, в котором субстрат, содержащий СО, является газообразным.
В конкретных вариантах осуществления стадия изменения концентрации СО включает повышение концентрации СО в жидкой питательной среде по меньшей мере на 1 ммоль.
В другом широком аспекте изобретение относится к способу производства спирта, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) культивирование в биореакторе одного или нескольких бактериальных штаммов в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(b) добавление кислоты в биореактор, когда один или несколько бактериальных штаммов находятся в фазе конверсии, для производства спирта соответствующей кислоты, где полученный спирт не является спиртом, который один или несколько бактериальных штаммов способны продуцировать при выращивании на указанном субстрате в отсутствие указанной кислоты.
В конкретных вариантах осуществления приведенных выше аспектов способ осуществляют в отсутствие медиатора.
В одном варианте осуществления две или более кислот добавляют в биореактор для производства двух или нескольких соответствующих спиртов.
В некоторых вариантах осуществления одна или несколько бактерий представляют собой бактерии, которые способны задействовать путь альдегида оксиредуктазы (АОК) для восстановления кислоты до соответствующего ей спирта. Подходящие бактерии включают виды родов С1о51пШа. Мооге11а, ЕиЬас1епа. Асе1оЬас1епа, Ви1упЬас1епит и Пе8и1£оЬас1епит. В конкретном варианте осуществления бактерией является ОоЦпбшт аи1ое1йаподепит.
- 2 019266
Обычно кислота представляет собой монокарбоновую или дикарбоновую кислоту. В конкретных вариантах осуществления кислоту выбирают из уксусной, пропионовой, н-масляной, н-валериановой, н-капроновой и бензойной кислот.
В конкретных вариантах осуществления получаемый спирт выбирают из этанола, 1-пропанола, 1-бутанола, 1-пентанола, 1-гексанола и бензилового спирта.
В другом широком аспекте изобретение относится к способу производства бутанола, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) культивирование в биореакторе одного или нескольких бактериальных штаммов, которые адаптированы для продуцирования спирта, отличного от бутанола, в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(b) получение бутанола путем добавления бутирата в биореактор, при этом один или несколько бактериальных штаммов активно продуцируют спирт, отличный от бутанола.
В другом широком аспекте изобретение относится к способу производства бутанола, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) культивирование в биореакторе одного или нескольких бактериальных штаммов, которые адаптированы для продуцирования этанола, в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(b) получение бутанола путем добавления бутирата в биореактор, при этом один или несколько бактериальных штаммов активно продуцируют этанол.
В другом широком аспекте изобретение относится к способу производства спирта, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) культивирование С1ойп6шт аи1ое1йаподепит в биореакторе в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(b) добавление в биореактор кислоты в момент, когда С1ойп6шт аи1ое1йаподепит находится в фазе конверсии, для получения спирта соответствующей кислоты, где полученный спирт не является спиртом, который способен продуцировать С1ойп6шт аи1ое1йаподепит при выращивании на указанном субстрате в отсутствие указанной кислоты.
В предпочтительном широком аспекте изобретение относится к способу производства бутанола, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) культивирование в биореакторе С1о8йг6шт аи1ое1йаподепит в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(b) добавление в биореактор бутирата в момент, когда С1ойп6шт аи1ое1йаподепит находится в фазе конверсии, для получения бутанола.
Способы настоящего изобретения обычно осуществляют в отсутствие медиатора.
В конкретных вариантах осуществления добавленную к биореактор кислоту согласно способам настоящего изобретения получают путем микробиологической ферментации субстрата, содержащего монооксид углерода.
В некоторых вариантах осуществления бактерии культивируют в жидких средах в отсутствие дрожжевого экстракта и/или пептона. В одном варианте осуществления средой является ЬМ23 или ЬМ33 согласно дальнейшему описанию настоящего изобретения.
В другом широком аспекте изобретение относится к способу производства одного или нескольких спиртов, при этом указанный способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) ферментацию субстрата в первом биореакторе для получения одного или нескольких кислот;
(b) культивирование одного или нескольких бактериальных штаммов во втором биореакторе в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода;
(c) введение одной или нескольких кислот со стадии (а) во второй биореактор в тот момент, когда один или нескольких бактериальных штаммов находятся в сольвентогенной фазе, для получения спиртов, соответствующих одной или нескольким кислотам, где полученный спирт не является спиртом, который способны продуцировать один или несколько бактериальных штаммов при выращивании на указанном субстрате в отсутствие указанной кислоты.
В конкретных вариантах осуществления способа отсутствует медиатор.
В некоторых вариантах осуществления один или несколько бактериальных штаммов во втором биореакторе представляют собой штаммы, указанные выше в настоящем изобретении.
В другом аспекте изобретение относится к способу производства спиртов посредством анаэробной бактериальной ферментации кислоты в биореакторе в присутствии субстрата, содержащего СО.
В одном варианте осуществления субстрат имеет такую концентрацию СО, которая способствует превращению кислоты в спирт.
В одном варианте осуществления концентрация СО является выше достаточной пороговой концентрации настолько, что это способствует превращению кислоты в спирт. Значение концентрации СО при ферментации выше этой достаточной пороговой концентрации уменьшает производство кислоты или препятствует ему и/или уменьшает или препятствует росту микроогранизмов, что способствует превращению кислоты в спирт.
- 3 019266
В одном варианте осуществления субстрат имеет концентрацию СО в среде ферментации по меньшей мере приблизительно 2,5 ммоль/л. В одном варианте осуществления концентрация СО составляет по меньшей мере приблизительно 2,75 ммоль/л. В одном варианте осуществления концентрация СО составляет по меньшей мере приблизительно 3 ммоль/л. В одном варианте осуществления концентрация составляет по меньшей мере приблизительно 3,5 ммоль/л.
После изучения настоящего раскрытия специалисты в данной области техники смогут оценить, что существует множество способов повышения растворимости СО в среде ферментации, которые включают, но без ограничения, варианты температурных значений и/или добавление солюбилизирующих агентов, таких как масла. При осуществлении настоящего изобретения можно использовать такие способы, если необходимо или желательно получить конкретную концентрацию СО в среде ферментации.
В одном варианте осуществления содержащий СО субстрат является газообразным субстратом, и количество растворенного в среде ферментации СО пропорционально парциальному давлению СО при ферментации. В этой связи можно достигать достаточной пороговой концентрации в среде ферментации путем повышения парциального давления СО. В одном варианте осуществления рассматривается такой газообразный субстрат, в котором парциальное давление СО составляет по меньшей мере приблизительно 37 фунтов/кв.дюйм. В другом варианте осуществления парциальное давление СО составляет по меньшей мере приблизительно 47 фунтов/кв.дюйм (1 фунт/кв.дюйм=6,89х103 Па).
Согласно способам настоящего изобретения в биореактор можно вводить дополнительную кислоту и превращать ее в спирт.
В разных вариантах осуществления изобретения способ включает стадию поглощения и восстановления одного или нескольких спиртов, полученных путем ферментации.
В другом аспекте изобретение относится к способу производства спиртов и/или кислот, при этом указанный способ включает анаэробную ферментацию первого субстрата в биореакторе для получения одного или нескольких продуктов, включающих спирты и/или кислоты; и в котором второй субстрат, который содержит СО, добавляют в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается выработка спирта, например этанола, по отношению к кислоте, например к ацетату.
В одном варианте осуществления добавление второго содержащего СО субстрата приводит к тому, что при превращении в спирт по меньшей мере части кислоты получаемая концентрация растворенного СО в ходе такой ферментации является достаточной пороговой концентрацией или выше нее.
В одном варианте осуществления первый субстрат также включает СО; однако способ не ограничен такими вариантами осуществления. Например, в некоторых вариантах осуществления первый субстрат может включать один или несколько углеводов или пируват. Подходящие углеводы могут включать, но без ограничения, целлюлозу, гидролизат целлюлозы, крахмал, гидролизат крахмала, глюкозу, фруктозу, ксилозу, арабинозу или лактозу. В некоторых вариантах осуществления углевод представляет собой фруктозу или ксилозу. В других вариантах осуществления первый субстрат может содержать СО2 и/или Н2 или любые другие компоненты, подходящие для получения кислот и/или спиртов путем ферментации.
В разных вариантах осуществления способ включает стадию поглощения и восстановления одного или нескольких спиртов, полученных путем ферментации.
В другом аспекте изобретение относится к способу производства спиртов и/или кислот, при этом указанный способ включает следующие стадии:
(a) введение содержащего СО субстрата в первой концентрации в биореактор, который содержит культуру одного или нескольких микроорганизмов; и (b) анаэробная ферментация культуры в биореакторе для получения одного или нескольких продуктов, включающих спирты и/или кислоты из указанного субстрата, при этом концентрацию введенного в биореактор субстрата необязательно можно повышать в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается выработка спиртов по сравнению с кислотами.
В разных вариантах осуществления повышение концентрации субстрата приводит к тому, что по меньшей мере часть кислоты превращается в спирт, и/или можно повышать концентрацию субстрата выше достаточной пороговой концентрации, при этом по меньшей мере часть кислоты превращается в спирт.
В разных вариантах осуществления способ включает стадию поглощения и восстановления одного или нескольких продуктов, полученных путем ферментации.
В другом аспекте изобретение относится к способу производства спиртов и/или кислот, при этом указанный способ включает следующие стадии:
(a) введение содержащего СО газообразного субстрата при первом значении парциального давления СО в биореактор, который содержит культуру одного или нескольких микроорганизмов; и (b) анаэробная ферментация культуры в биореакторе для получения одного или нескольких продуктов, включающих спирты и/или кислоты, из указанного субстрата, где парциальное давление СО необязательно можно повышать в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается выработка этанола по сравнению с ацетатом.
- 4 019266
В одном варианте осуществления способ включает контроль роста микроорганизмов и/или контроль концентрации одного или нескольких продуктов и/или контроль концентрации СО, при этом можно увеличивать желаемый продукт и/или концентрацию СО, парциальное давление СО. В одном варианте осуществления парциальное давление СО можно увеличивать выше чем 27 фунтов/кв.дюйм.
В разных вариантах осуществления повышение парциального давления СО приводит к тому, что по меньшей мере часть кислоты превращается в спирт, и/или можно увеличивать парциальное давление СО выше достаточного порога, при этом по меньшей мере часть кислоты превращается в спирт.
В разных вариантах осуществления способ включает стадию поглощения и восстановления спирта, полученного путем ферментации. Согласно другому аспекту изобретение относится к способу регуляции роста микроорганизмов и/или выработки кислоты, и указанный способ включает следующие стадии:
(a) введение газообразного субстрата, который содержит СО при первом значении парциального давления СО, в биореактор, содержащий культуру одного или нескольких микроорганизмов; и (b) анаэробная ферментация культуры в биореакторе для получения одного или нескольких продуктов, включающих этанол и/или уксусную кислоту, из указанного субстрата, при этом парциальное давление СО можно повышать в желаемый момент времени таким образом, чтобы происходило уменьшение или значительное торможение роста микроорганизмов и/или выработка кислоты.
В разных вариантах осуществления повышение парциального давления СО приводит к превращению в спирт по меньшей мере части кислоты и/или можно повышать парциальное давление СО выше достаточного порога, при этом по меньшей мере часть кислоты превращается в спирт.
В одном варианте осуществления с помощью уменьшения парциального давления СО можно увеличивать/облегчать (или повторно запускать) рост микроорганизмов и/или выработку кислоты.
В разных вариантах осуществления способ включает стадию поглощения и восстановления спирта, полученного путем ферментации.
В другом аспекте изобретение относится к способу регуляции выработки спирта, при этом указанный способ включает следующие стадии:
(a) введение газообразного субстрата, содержащего СО, при первом значении парциального давления СО, в биореактор, который содержит культуру одного или нескольких микроорганизмов;
(b) анаэробная ферментация культуры в биореакторе для получения из указанного субстрата одного или нескольких продуктов, включающих этанол и/или уксусную кислоту;
(c) повышение парциального давления СО выше достаточного порога, таким образом, что по меньшей мере часть кислоты превращается в этанол; и (б) необязательно, последующее уменьшение парциального давления СО ниже порога с тем, чтобы способствовать росту микроорганизмов и выработке кислоты.
В разных вариантах осуществления производство спирта и кислоты и/или рост микроорганизмов можно контролировать в течение всего процесса ферментации и/или повторять по меньшей мере один раз стадии (с) и (б).
Варианты осуществления изобретения находят конкретное применение при ферментации кислот в присутствии газообразного субстрата, содержащего СО. Указанный субстрат может содержать газ, полученный в качестве побочного продукта в процессе производства. В некоторых вариантах осуществления способ производства выбирают из группы, состоящей из производства продуктов черных металлов, производства продуктов цветных металлов, способов очистки нефти, газификации биомассы, газификации угля, производства электроэнергии, производства технического углерода, производства аммиака, производства метанола и производства кокса. В одном варианте осуществления изобретения газообразным субстратом является синтез-газ. В одном варианте осуществления газообразный субстрат содержит газ, получаемый при прокате стали.
В субстрате, содержащем СО, обычно будет содержаться основная часть СО, например по меньшей мере приблизительно от 20 до приблизительно 100% объема СО, от 40 до 95% объема СО, от 40 до 60% объема СО и от 45 до 55% объема СО. В конкретных вариантах осуществления субстрат содержит приблизительно 25%, или приблизительно 30%, или приблизительно 35%, или приблизительно 40%, или приблизительно 45%, или приблизительно 50%, или приблизительно 55%, или приблизительно 60% объема СО. Также могут подходить субстраты с более низкими концентрациями СО, например 6%, в частности, при одновременном наличии Н2 и СО2.
В разных вариантах осуществления ферментацию проводят с использованием культуры одного или нескольких штаммов карбоксидотрофических бактерий. В разных вариантах осуществления карбоксидотрофические бактерии выбирают из бактерий Оойпбшш. Мооге11а, ОхоЬасЮг. РсрЮЧгсрЮсоссщ. ЛссЮЬасЮгшт. ЕнЬасЮпит или Ви1упЬас1епит. В одном варианте осуществления карбоксидотрофической бактерией является С1ойпбшт аи!ос!йаподспит.
Способы настоящего изобретения можно применять для производства любого из ряда спиртов, включающих, но без ограничения, этанол и/или бутанол, путем анаэробной ферментации кислот в присутствии субстратов, в частности газообразных субстратов, содержащих монооксид углерода. Способы по изобретению можно также применять для аэробной ферментации, для анаэробной или аэробной фер
- 5 019266 ментации других продуктов, включающих, но без ограничения, изопропиловый спирт, и для ферментации субстратов, отличных от углеродсодержащих газов.
Настоящее изобретение может также включать части, элементы и признаки, приведенные или указанные в описании настоящего изобретения, по отдельности или все вместе, в любой или во всех комбинациях двух или нескольких из указанных частей, элементов или признаков, и в случае, если в настоящем описании приведены конкретные целые числа, имеющие известные эквиваленты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, подразумевается, что такие известные эквиваленты включены в настоящее изобретение в качестве отдельно установленных показателей.
Краткое описание чертежей
Дальнейшее описание сделает очевидными приведенные и другие аспекты настоящего изобретения, которое следует рассматривать во всех его новых аспектах, и описание приведено только посредством примера, со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых показано:
Фиг. 1. Превращение бутирата в бутанол с использованием С.аи1ое1Ьаподепит во флаконах с сывороткой.
Исходные условия: активная культура С.аи1ое1йаподепит, продуцирующая ацетат (4,7 г/л) и этанол (1,2 г/л) с рН 5,5, свободное пространство: избыточное давление 95% СО в СО2 составляет 25 фунтов/кв.дюйм (1 фунт/кв.дюйм=6,89х103 Па).
Конечные условия: рН 6,35, ацетат (4,7 г/л), этанол (3,2 г/л), свободное пространство: избыточное давление 14 фунтов/кв.дюйм.
Фиг. 2. Эффект добавления формиата в культуру одного производственного цикла С1ок1п6шт аи1ое1йаподепит, которая продуцирует ацетат и минимум этанола. Раствор формиата добавляли в точке времени 1=0 и 1=30 мин (примерно), и затем непрерывно в течение 60 мин (примерно).
Фиг. 3. Эффект добавления ацетата в непрерывную культуру С1ок1г|фит аи1ое1Ьаподепит, продуцирующую этанол, в количестве приблизительно 6 г/л/день и ацетат 1 г/л/день. Добавление ацетата (15 г/л/день) проводили непрерывно с 52 дня.
Фиг. 4. Эффект изменения рН в микробной культуре, которая содержит С1ок1п6шт анЮеФаподепит. продуцирующую ацетат и этанол. Клеточную рециркуляцию начинали примерно на 2 ч, затем доводили рН до 5,9 примерно 3 дня. После изменения рН поглощался ацетат и вырабатывалось повышенное количество этанола.
Фиг. 5. Система, включающая биореактор для роста и биореактор для превращения согласно конкретным вариантам осуществлениям изобретения.
Фиг. 6. Система, включающая множество биореакторов для роста и биореактор для превращения согласно конкретным вариантам осуществлениям изобретения.
Вариант или варианты осуществления изобретения
Далее следует описание настоящего изобретения, включая разные варианты его осуществления, приведенные в общих чертах. Раскрытие настоящего изобретения дополнительно показано в разделе Примеры, в котором приведены экспериментальные данные, подтверждающие изобретение, конкретные примеры аспектов изобретения и иллюстративные примеры способов осуществления изобретения.
Продукты, включающие кислоты и спирты, можно производить с использованием микробной культуры из субстрата, содержащего СО. Согласно способам изобретения пертурбация микробной культуры неожиданно приводит к поглощению кислот с сопутствующей продукцией спиртов микробной культурой. Предполагается, что данный результат может быть обусловлен, по меньшей мере, наличием в ферментационном бульоне части кислоты, которая прямым или опосредованным путем восстановлена до спирта, в частности этанола. Это может приводиться как конверсионная фаза реакции ферментации. Согласно способам изобретения с использованием пертурбации микробной культуры реакцию ферментации можно переключать от фазы продукции (или роста), в которой стимулируется микробный рост и продуцируются спирты и/или кислоты, к фазе конверсии.
Доказано, что по меньшей мере часть микробной культуры может пребывать в фазе продукции, в то время как по меньшей мере часть находится в фазе конверсии. Однако при пертурбации по меньшей мере часть микробной культуры в фазе продукции переключается на фазу конверсии, и, таким образом, увеличивается выработка спиртов относительно кислот. В конкретном варианте осуществления наблюдается полное чистое поглощение кислоты или кислот и выработка спирта или спиртов.
Согласно одному варианту осуществления изобретения этанол продуцируется путем микробной ферментации при пертурбации микробной культуры, продуцирующей такой продукт или продукты, как ацетат и необязательно этанол, из субстрата, содержащего СО. По меньшей мере часть СО можно превращать в кислоты и/или спирты после пертурбации, но большая часть этанола продуцируется микробиологическим восстановлением уксусной кислоты/ацетата (конверсия).
Существует множество примеров реакций ферментации с использованием субстрата, содержащего СО, для продуцирования спиртов и/или кислот, в которых спирты и кислоты продуцируются одновременно. Однако в таких примерах по соотношению продуктов кислота (т.е. уксусная кислота/ацетат) обычно превалирует по сравнению со спиртом (этанолом). В другом варианте осуществления изобретения конкретные условия ферментации могут способствовать продукции спирта по сравнению с продук- 6 019266 цией кислоты. В таких условиях дополнительная кислота, добавленная в биореактор, с использованием микробной культуры может превращаться в соответствующий спирт. Например, к реакции ферментации можно добавлять такие кислоты, как масляная кислота, и превращать их в спирты, например в бутират.
Согласно способам изобретения неожиданно было выявлено отсутствие необходимости использования медиатора, например метилвиологена, чтобы способствовать превращению кислоты или кислот в спирт или спирты. Фактически, было обнаружено, что метилвиологен имеет отрицательный эффект на выработку бутанола с использованием С.аи!оеШаподепит. Это противоречит сообщениям о необходимости медиатора для микробиологической конверсии кислот в соответствующие им спирты.
Без связи с какой-либо конкретной теорией предполагается, что превращение кислот в спирты с использованием ОоЧпбшт аи!оеШаподепит согласно изобретению происходит посредством биохимического пути с вовлечением фермента альдегида оксиредуктазы (ЛОЯ). ЛОЯ представляет собой уникальный вольфрамсодержащий фермент, способный к восстановлению неактивированных карбоновых кислот до альдегидов. Альдегид может в дальнейшем восстанавливаться до спирта посредством альдегиддегидрогеназ. АОЯ представляет собой важную ветвь сольвентогенного пути. Выявлено решающее значение вольфрамового кофактора для активности фермента. Указанные ферменты можно обнаружить в ферментативных микроорганизмах, таких как С1ок!п6шт, Эеки1П1оЬас1ег1ит и Ругососсик. Альдегидоксиредуктазы с наилучшими характеристиками принадлежат Ругососсик Гигюкик, геном которых содержит пять из четырех описанных АОЯ. Первый АОЯ бактерии Р.Гигюкик имеет широкий диапазон субстратов, но преимущественно альдегиды, полученные из аминокислот. Его кристаллическая структура показала присутствие участка связывания вольфрама на основе молибдоптерина. Второй АОЯ, глицеральдегид-3-фосфат-ферредоксиноксиредуктаза (СБОЯ), только утилизирует глицеральдегид-3-фосфат, и третий АОЯ, формальдегид-ферредоксиноксиредуктаза (БОЯ), предпочтительно задействует альдегиды с одним-тремя углеродами. Четвертый АОЯ под наименованием ^ОЯ5 имеет широкий диапазон субстратов. АОЯ были также выделены из С1ок!п6шт Гогтгсоасейсит и Шегтоасейсит.
Бактерии С1ок1п6шт аи!оеШаподепит содержат два предполагаемых АОЯ, гены которых примерно на 56% идентичны генам АОЯ Р.Гигюкик и примерно на 80% генам С1ок1п6шт Ьо!и1тит. Отмечено значительное отличие генов АОЯ С.аи!оеШаподепит от последовательности наиболее близкородственной бактерии С1ок1п6шт к1иууеп, в геноме которой не содержатся гены АОЯ и спирт продуцируется посредством ацетил-СоА. Установлено, что полученные результаты могут быть использованы при производстве любого спирта из соответствующей ему кислоты путем использования С1ок1п6шт аиФеШаподепит или любой другой бактерии, способной задействовать путь АОЯ.
Таким образом, в самом широком аспекте настоящее изобретение относится к способу превращения кислоты в соответствующий ей спирт с использованием микробной культуры. В конкретных вариантах осуществления микробная культура превращает кислоту в спирт в присутствии субстрата, содержащего СО и/или Н2.
Определения
Если не указано иное, везде в настоящем описании используются следующие термины, имеющие следующие определения.
Используемый в настоящем описании термин фаза конверсии предназначен для обозначения периода времени, в течение которого бактерии ферментируют одну или несколько кислот для получения одного или несколько спиртов. Обычно по меньшей мере часть бактериального пула будет находиться в этой фазе. Однако активная продукция спирта не является обязательной для всего бактериального пула. Фаза конверсии характеризуется наличием содержания спирта в ферментационном бульоне.
Термины пертурбировать, пертурбация и т.п., используемые в настоящем изобретении в отношении микробной культуры, включают любое проведенное изменение, которое прямо или косвенно влияет на микробную культуру. Изменения в отношении микробной культуры включают изменения рабочих условий ферментации, таких как рН, концентрация СО, ОВП, или изменение композиции жидкой питательной среды, содержащей культуру.
Термин микробная культура и т.п., используемый в настоящем изобретении, включает по меньшей мере один микроорганизм, расположенный в и/или на питательной среде, подходящей для стимуляции роста и/или продукции метаболитов.
В настоящем описании указано, что спирт, произведенный согласно способу изобретения не является спиртом, который способен продуцировать один или несколько бактериальных штаммов при выращивании на субстрате в отсутствие соответствующей кислоты. Однако следует понимать, что согласно приведенным способам могут производиться дополнительные продукты, например кислота или спирт, который бактерии ферментируют из субстрата, на котором их культивируют. Спирт, произведенный согласно приведенному способу может называться первичным спиртом или первичным продуктом, и любые дополнительные продукты называются побочными продуктами. Использование понятия первичный не должно подразумевать конкретное содержание продукта по сравнению с побочными продуктами.
Понятие окислительно-восстановительный медиатор или медиаторы и подобное, используемое в настоящем изобретении, относится к электронному челноку, который действует как обратимый донор
- 7 019266 электронов и/или акцептор электронов. Медиаторы включают виологеновые красители (такие как метилвиологен), антрахинон и другие хиноновые красители, трифенилметановые красители, фталоцианины, метилидиновые красители, пирроловые красители, порфириновые красители, птеридины, птеридоны, флавины и металлокомплексы вторичных групп VI, VII и VIII.
Использование терминов кислота, кислоты и подобных, в отношении добавления кислоты к культуре или в биореактор согласно изобретению, необходимо рассматривать широко, включая любые монокарбоновые и дикарбоновые кислоты. Дополнительно, ссылка на добавление кислоты или кислот должна включать ссылку на эквивалентную соль или смесь соли и кислоты. Аналогично, в настоящем описании должны присутствовать ссылки на конкретные кислоты, включающие ссылку на эквивалентные соли (например, масляная кислота и бутират), и наоборот. Молекулярное соотношение кислоты и карбоксилата в ферментационном бульоне зависит от рН данной системы. Примеры кислот включают уксусную кислоту, пропионовую кислоту, н-масляную кислоту, н-валериановую кислоту, н-капроновую кислоту и бензойную кислоту.
Термин биореактор включает устройство для ферментации, состоящее из одного или нескольких резервуаров и/или колонок или схемы расположения трубопроводов, который включает резервуарный реактор с непрерывным перемешиванием (С8ТК.), реактор иммобилизированных клеток (ЮК.), реактор с орошаемым слоем (ТВК), барботажную колонку, газлифтный биореактор, мембранный реактор, такой как мембранный биореактор с системой полых волокон (НЕМВК). статический смеситель или другой резервуар или другое устройство, подходящие для контакта газ-жидкость.
Согласно дальнейшему описанию в некоторых вариантах осуществления биореактор может содержать первый реактор для роста и второй реактор для ферментации. Также в отношении добавления в биореактор или в реакцию ферментации одного или нескольких углеводов необходимо подразумевать, что указанное добавление включает добавление или в один, или в оба указанных реактора в необходимых случаях.
Понятие субстраты, содержащие монооксид углерода включает любой твердый, жидкий или газообразный материал, содержащий СО, который можно вводить в биореактор для ферментации. Понятие газообразные субстраты, содержащие монооксид углерода включает любой газ, который содержит монооксид углерода. Газообразный субстрат обычно содержит значительную часть СО по объему, например, такую как по меньшей мере приблизительно от 15 до приблизительно 95% объема СО.
Понятие концентрация растворенного СО включает количество СО, находящегося в бульоне/среде ферментации, в зависимости от объема.
Понятие парциальное давление СО и подобное включает относительное давление на систему, которое оказывает СО в газообразном субстрате, включающем СО и необязательно дополнительные газы.
Выражение пороговая концентрация, достаточная пороговая концентрация и т.п. можно определять количественно, но эти показатели могут варьировать в разных условиях ферментации, например при использовании разных микроорганизмов; термин включает значение концентрации или диапазон концентрации, при которой происходит переключение микроорганизма от преимущественного продуцирования спирта и/или кислоты из субстрата к продуцированию спирта и потреблению кислоты в течение продолжительного периода.
Если в контексте не указано иное, в понятия ферментация, способ ферментации или реакция ферментации и подобные, используемые в настоящем изобретении, входит как фаза роста, так и фаза биосинтеза продукта из процесса, охватывающего рост/и или биосинтез продукта с использованием микроорганизма.
Согласно способам изобретения продукты, включающие кислоты и спирты, производят путем микробной ферментации из субстрата, который содержит СО, например из газообразного субстрата, содержащего СО. В конкретных вариантах осуществления изобретения активно растущая микробная культура, продуцирующая такие продукты, как кислоту или кислоты и необязательно спирт или спирты, может подвергаться пертурбации таким образом, что по меньшей мере часть микробной культуры поглощает одну или несколько кислот и продуцирует один или несколько соответствующих спиртов. Это может произойти в результате того, что по меньшей мере часть кислоты, присутствующей в ферментационном бульоне, прямо или косвенно восстанавливается до спирта, в частности этанола. Указанное явление может называться фазой конверсии реакции ферментации. Согласно конкретным вариантам осуществления изобретения реакцию ферментации можно переключать от фазы, по существу, продукции, в которой стимулируется рост микроорганизмов и продуцируются спирты и/или кислоты, к фазе конверсии, в которой повышается концентрации СО в реакции ферментации.
В других вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть активно растущей культуры может продуцировать спирт или спирты, и пертурбация включает добавление одной или нескольких кислот к культуре таким образом, что по меньшей мере часть одной или нескольких кислот превращается в один или несколько спиртов.
В общем, способы настоящего изобретения включают, по меньшей мере, следующее:
(а) культивирование в биореакторе одного или нескольких штаммов бактерий в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода, для производства одной или нескольких кислот и необяза
- 8 019266 тельно одного или нескольких спиртов; и (Ь) пертурбацию культивируемых бактерий таким образом, что по меньшей мере одна кислота превращается по меньшей мере в один спирт.
В конкретных вариантах осуществления по меньшей мере часть кислоты, продуцированной бактериями во время стадии (а), превращается в соответствующий спирт на стадии (Ь). Однако в конкретных вариантах осуществления в биореактор можно добавлять дополнительную кислоту или кислоты таким образом, что по меньшей мере часть добавленной кислоты или кислот превращается в спирт или спирты на стадии (Ь). В таких вариантах осуществления полученный спирт может быть не тем спиртом, который один или несколько бактериальных штаммов могут продуцировать при выращивании на субстрате в отсутствие кислоты. Способ предпочтительно осуществляют без медиатора.
В конкретном варианте осуществления способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
a) культивирование в биореакторе одного или нескольких бактериальных штаммов в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода, при этом бактерии продуцируют спирт или спирты;
b) добавление кислоты к культивируемым бактериям в момент, когда по меньшей мере часть культуры находится в фазе конверсии, для получения спирта.
Существует ряд примеров реакций ферментации с использованием субстратов, которые содержат СО, для производства спиртов и/или кислот, в которых спирты и кислоты производятся одновременно. Однако в таких примерах в соотношении продуктов обычно превалирует кислота (а именно, уксусная кислота/ацетат) по сравнению со спиртом (этанолом).
Подходящие способы пертурбации для переключения микробной культуры от фазы продукции к фазе конверсии включают, но без ограничения, изменение рН и/или ОВП ферментационной среды; изменение концентрации СО в ферментационном бульоне (специалистам в данной области техники известны многие способы достижения таких изменений в зависимости от способа ферментации, которые включают изменение композиции газа, изменение давления газа, изменение скорости потока газа, изменение скорости перемешивания в реакторе С8ТК.); добавление восстанавливающего агента; добавление одной или нескольких кислот.
Соответственно, в конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения пертурбация микробной культуры включает одно или несколько из следующего:
изменение рН жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру; изменение ОВП жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру; добавление одной или нескольких кислот в биореактор;
добавление одного или нескольких восстанавливающих агентов в биореактор; изменение концентрации СО в жидкой питательной среде, содержащей микробную культуру; изменение парциального давления СО в биореакторе, при этом содержащий СО субстрат является газообразным.
Приведенное далее описание сосредоточено на конкретных вариантах осуществления изобретения, однако предполагается возможность применения изобретения в производстве альтернативных спиртов из соответствующих им кислот. Примеры спиртов включают этанол, 1-пропанол, 1-бутанол, 1-пентанол, 1гексанол и бензиловый спирт. Примеры соответствующих кислот включают, соответственно, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, н-масляную кислоту, н-валериановую кислоту, н-капроновую кислоту и бензойную кислоту. Примеры дополнительных спиртов, которые можно производить согласно изобретению, включают спирты, применяемые в парфюмерном, фармацевтическом производстве и в топливной промышленности.
Дополнительно, способ по изобретению можно осуществлять с использованием бактерий, отличных от С.аШосШаподспит; например, можно задействовать виды бактерий родов С1о51г|Д|а. Мооге11а, ЕиЬас1спа. Асе1оЬас1епа, ВШупЬас1епит и Пе8и1ГоЬас1егшт. Более конкретно, можно использовать бактерии С1ойпДшт ЦипдДаЫи, С1о81пДшт асейсит, С1о8йгДшт Гогткасейсит, Мооге11а 1йегтоасейса, Мооге11а 1йегтоаи1ойорЫса, ЕиЬас1епит йтокит, Асе1оЬас1епшп теооДи, ВЩупЬас1епшп те1йу1о1горЫсит и ОеыДГоЬааепшп аи1о1горЫсит.
Некоторые варианты осуществления изобретения адаптированы для использования газовых потоков, создаваемых при производстве посредством одного или нескольких способов. Такие способы включают способы изготовления стали, в частности способы, производящие газовый поток с высоким содержанием СО или с содержанием СО выше заданного уровня (т.е. 5%). Согласно таким вариантам осуществления предпочтительно используют карбоксидотрофические бактерии для производства кислот и/или спиртов, в частности этанола или бутанола, в одном или нескольких биореакторах. Специалистам в данной области техники после изучения настоящего раскрытия будет очевидна возможность применения изобретения в разных отраслях производства или при отводе отработанных газов, что включает применение в транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания. Также, изучив настоящее раскрытие, специалистам в данной области техники будет очевидна возможность применения изобретения в других реакциях ферментации, включающих реакции с использованием тех же или других микроорганизмов. Таким образом, область настоящего изобретения не считается ограниченной конкретными вариантами осуществления и/или описанными вариантами применения, и ее необходимо рассматривать в
- 9 019266 более широком смысле; например, источник газового потока не является ограничивающим фактором, за исключением случаев, когда его компонент можно использовать для подачи в реакцию ферментации. Изобретение обладает особенной полезностью для улучшения общего поглощения углерода и/или продукции этанола и других спиртов из газообразных субстратов, таких как автомобильные выхлопные газы и промышленные топливные газы, которые содержат большой объем СО.
Ферментация.
Способы производства этанола и других спиртов из газообразных субстратов широко известны. Примеры способов включают способы, описанные, например, в патентах ЭДО 2007/117157, ЭДО 2008/115080, патентах США 6340581, 6136577, 5593886, 5807722 и 5821111, каждый из которых включен в настоящее описание посредством ссылки.
Известно, что ряд анаэробных бактерий способны осуществлять ферментацию СО до спиртов, включающих н-бутанол и этанол, и до кислот, таких как уксусная кислота, и подходят для использования в способе настоящего изобретения. Примеры таких бактерий, которые могут подходить для использования в настоящем изобретении, включают бактерии из рода С1оз1пбшт, такие как штаммы С1оз!пбп.1т ЦипдбаЫи, включающие штаммы, описанные в патентах ЭДО 00/68407, ЕР 117309, патентах США 5173429, 5593886 и 6368819, патентах ЭДО 98/00558 и ЭДО 02/08438, С1о81ибшт сагЬохубгуогапз (Мои е! а1., 1п1ета1юпа1 1оита1 оГ 8уз!етабс апб Еуо1и1юиагу М1сгоЬю1оду. 33: 2085-2091), С1оз1пбшт гадзба1е1 (ЭДО 2008/028055) и С1о81пбшт аи!оеФаподепит (АЬпш е! а1., АгсЫуез оГ М1сгоЬю1оду. 161: 345-351). Другие подходящие бактерии включают бактерии из рода Мооге11а, которые включают Мооге11а зр НИС22-1 (8ака1 е! а1., Вю!ес1ию1оду Ьебегз. 29: 1607-1612), и бактерии из рода СагЬохубоФегтиз (8уеШсйпу, У.А., 8око1оуа, Т.С. е! а1. (1991), 8уз!етабс апб Аррйеб МюгоЬю1оду. 14: 254-260). Дополнительные примеры включают бактерии Мооге11а Фегтоасебса, Мооге11а 1йегтоаи!о!горЫса, Киттососсиз ргобис!из, Асе!оЬас!епит \гообп. ЕиЬас!епит йтозит, Ви!упЬас!епит те!1у1о1горЫсит, ОхоЬас!ег рГепшпдл, Ме!йапозагста Ьагкеп, Ме1йапозагс1па асебуогапз, Пези1Го!отаси1ит кихпе!зоуп (81тра е!. а1. Сгй1са1 Кеу1етез т В^есйпо^ду, 2006. Уо1. 26, р. 41-65). Дополнительно, подразумевается, что в настоящем изобретении могут быть использованы другие карбоксидотрофические анаэробные бактерии, о чем известно специалистам в данной области техники. Также очевидно, что изобретение может быть применимо к смешанной культуре двух или более бактерий.
Одним примером микроорганизма, подходящего для использования в настоящем изобретении, является С1оз!пбп.1т аи!ое!11аподегшт. В одном варианте осуществления С1оз!пбп.1т аи!оеФаподепит представляет собой штамм С1оз1пбшт аи!ое!11аподепит с идентифицирующими характеристиками, депонированный в немецком Центре коллекции биологических материалов (ИЗМХ) под идентификационным номером депозита 19630. В другом варианте осуществления С1оз1пбшт аи!оеФаподепит представляет собой С1оз!пбп.1т аи!оеФаподепит с идентифицирующими характеристиками в И8М2 и идентификационным номером депозита Э8М2 10061.
Можно проводить культивирование бактерий, используемых в способах настоящего изобретения, применяя любое количество способов, известных в данной области техники для культивирования и ферментации субстрата с использованием анаэробных бактерий. В разделе Примеры ниже представлены примеры методик. В качестве дополнительного примера можно применять способы ферментации с использованием газообразных субстратов, описанные в общем в следующих публикациях: (1) К.Т. К1аззоп, е! а1. (1991). Вюгеас!огз Гог зупФез1з даз Гегтейабопз гезоигсез. Сопзегуабоп апб Кесусйпд, 5: 145-165; (ίί) К.Т. К1аззоп, е! а1. (1991). Вюгеас!ог без1дп Гог зуп1йез1з даз ГегтеШабопз. Рие1. 70: 605-614; (ш) К.Т. К1аззоп, е! а1. (1992). Вюсопуегзюп оГ зуп1йез1з даз т!о Нсцыб ог дазеоиз Гие1з. Епхуте апб М1сгоЫа1 Тес1по1оду. 14: 602-608; (ίν) 1.Ь. Уеда, е! а1. (1989). 8!ибу оГ Сазеоиз 8пЬз!га!е Регтейабоп: СагЬоп Мопох1бе Сопуегзюп !о Асе!а!е. 2. СопИпиоиз СиИиге. Вю!ес1г Вюепд. 34. 6: 785-793; (ν) 1.Ь. Уеда, е! а1. (1989). 8шбу оГ дазеоиз зиЬз!га!е Гегтеп!а!юпз: СагЬоп топох1бе сопуегзюп !о асе!а!е. 1. Ва!с1 си1!иге. Вю!ес1то1оду апб Вюепдтееппд. 34. 6: 774-784; (νί) РЬ. Уеда, е! а1. (1990). Оез1дп оГ Вюгеас!огз Гог Соа1 8уп!11ез1з Саз Регтеп!а!юпз. Кезоигсез, Сопзегуабоп апб КесусНпд. 3. 149-160; все из которых включены настоящее описание посредством ссылки.
Ферментацию можно осуществлять в любом подходящем биореакторе, таком как резервуарный реактор с непрерывным перемешиванием (С8ТК), реактор иммобилизированных клеток (1СК), газлифтный биореактор, барботажная колонка (ВСК), мембранный биореактор, такой как мембранный биореактор с системой полых волокон (НРМВК) или реактор с орошаемым слоем (ТВК). Также в некоторых вариантах осуществления изобретения такой биореактор может содержать первый реактор для роста, в котором культивируют микроорганизмы, и второй реактор для ферментации, в который подается ферментационный бульон из ростового реактора, и в котором вырабатывается основная часть продукта ферментации (например, этанол и ацетат).
В некоторых вариантах осуществления, в которых субстрат является газообразным, может быть желательным проведение фазы или фаз продукции и/или конверсии при повышенном давлении, которое может составлять, по меньшей мере, несколько атмосфер. В работе таких систем будет использоваться биореактор, адаптированный к воздействию высокого давления. Многие типы биореакторов можно адаптировать к воздействию высокого давления; примером такого биореактора является реактор ВисЫ
- 10 019266 литокьлу™
В некоторых вариантах осуществления изобретения биореактор может содержать первый ростовой реактор, в котором культивируют микроорганизмы и необязательно продуцируются кислоты, и второй ферментационный реактор, в который подается бульон из ростового реактора и в котором производится дополнительный, если не основной, спиртовой продукт ферментации (например, этанол). Как отмечено выше, можно использовать ферментационный биореактор высокого давления.
Согласно разным вариантам осуществления изобретения источником углерода для реакции ферментации является содержащий СО газообразный субстрат. Субстрат может содержать СО из отработанного газа, получаемого в виде побочного продукта производственного процесса, или из некоторых других источников, например из автомобильных выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления производственный процесс выбирают из группы, состоящей из производства продуктов из черного металла, например проката стали, производства продуктов из цветных металлов, способов очистки нефти, газификации биомассы, газификации угля, производства электроэнергии, производства технического углерода, производства аммиака, производства метанола и производства кокса. В этих вариантах осуществления содержащий Со субстрат можно забирать из производственного процесса перед его выбросом в атмосферу, используя при этом любой удобный способ. В зависимости от композиции субстрата, содержащего Со, перед введением его в ферментацию также может быть желаемой его обработка для удаления каких-либо нежелательных примесей, например частиц пыли. Например, газообразный субстрат можно фильтровать или очищать с применением известных способов.
Альтернативно, содержащий СО субстрат можно получать посредством газификации биомассы. Процесс газификации включает частичное сжигание биомассы при ограниченном поступлении воздуха или кислорода. Получаемый газ обычно содержит в основном СО и Н2, при минимальных объемах СО2, метана, этилена и этана. Например, можно превращать в газ побочные продукты из биомассы, полученные во время экстракции и обработки пищевых продуктов, таких как сахар из сахарного тростника, или крахмал из кукурузы или зерновых культур, или побочные продукты из непищевой биомассы, образуемые в лесной промышленности, для производства содержащего СО газа, подходящего для использования в настоящем изобретении.
Содержащий СО субстрат обычно будет содержать СО как основную часть объема, например по меньшей мере приблизительно от 20 до приблизительно 100% объема СО, от 40 до 95% объема СО, от 40 до 60% объема СО и от 45 до 55% объема СО. В конкретных вариантах осуществления субстрат содержит приблизительно 25%, или приблизительно 30%, или приблизительно 35%, или приблизительно 40%, или приблизительно 45%, или приблизительно 50%, или приблизительно 55%, или приблизительно 60% объема СО. Подходящими также могут быть субстраты, имеющие более низкие концентрации СО, например 6%, в особенности при одновременном наличии Н2 и СО2.
Содержание какого-либо количества водорода в субстрате не является обязательным, однако присутствие Н2 не должно препятствовать формированию продукта согласно способам изобретения. В конкретных вариантах осуществления присутствие водорода приводит к общему улучшению эффективности производства спирта. Например, в конкретных вариантах осуществления в субстрате может содержаться Н2:СО в соотношении приблизительно 2:1, или 1:1, или 1:2. В других вариантах осуществления поток субстрата содержит низкие концентрации Н2, например менее 5%, или менее 4%, или менее 3%, или менее 2%, или менее 1%, или, по существу, не содержит водорода. Субстрат может также содержать некоторое количество СО2, например приблизительно от 1 до приблизительно 80% объема СО2, или от 1 до приблизительно 30% объема СО2.
Обычно монооксид углерода добавляют в реакцию ферментации в газообразном состоянии. Однако способы по изобретению не ограничены добавлением субстрата в указанном состоянии. Например, монооксид углерода может представлять собой жидкость. Например, жидкость можно насыщать монооксидом углерода, содержащим газ, и такую жидкость добавлять в биореактор. Это может достигаться с использованием стандартной методики. В качестве примера, с этой целью можно использовать дисперсионный генератор микропузырьков (Непзшзак с1. а1. 8са1е-ир οί ш1сгоЬиЬЫе Фзрегзюп депегаЮг Гог аегоЫе Гсгшсп1а1юп: Аррйеб Вюсйепййгу апб Вю1ес11по1оду. Уо1. 101, ЫитЬег 3/Ос1оЬег. 2002).
В одном варианте осуществления изобретения продукты производят путем ферментации первого субстрата и второго субстрата. В одном конкретном варианте осуществления изобретения производство спиртов и/или кислот будет осуществляться при наличии первого субстрата, такого как пируват или углевод, например фруктозы или ксилозы, и второго субстрата, такого как субстрат, содержащий СО. Пертурбация ферментации вызывает превращение в спирты (этанол) по меньшей мере части кислот (уксусной кислоты/ацетата). При рассмотрении настоящего раскрытия следует понимать, что существует множество примеров углеводов, известных в данной области техники, которые подходят для ферментации, и множество примеров вариантов способов, применяемых для ферментации углеводного субстрата, возможных для использования в способах по изобретению. В качестве примера подходящие субстраты могут включать, но без ограничения, моносахариды, такие как глюкоза и фруктоза, олигосахариды, такие как сахароза или лактоза, полисахариды, такие как целлюлоза или крахмал. Все указанные углеводные субстраты (и их смеси) подходят для использования в разных вариантах осуществления настоящего изо
- 11 019266 бретения, однако углеводные субстраты, которые можно применять более широко, включают глюкозу, фруктозу, ксилозу и сахарозу (и их смеси).
Специалистам в данной области техники при изучении настоящего раскрытия следует учитывать, что ферментируемые сахара, подходящие для применения в способах настоящего изобретения, можно получать из целлюлозной и лигноцеллюлозной биомассы посредством процессов предварительной обработки и сахарообразования, как описано, например, в опубликованной патентной заявке США 2007/0031918. Биомассой называют любой целлюлозный или лигноцеллюлозный материал, и она включает материалы, содержащие целлюлозу, и необязательно дополнительно содержащие гемицеллюлозу, лигнин, крахмал, олигосахариды и/или моносахариды. Биомасса включает, но без ограничения, биоэнергетические зерновые культуры, сельскохозяйственные остатки, муниципальные твердые отходы, промышленные твердые отходы, шлам бумажного производства, садовые отходы, лесные и лесопромышленные отходы.
В одном варианте осуществления изобретения в качестве необязательных источников углерода и энергии для ферментации используют коммерчески доступную фруктозу или ксилозу.
Следует понимать, что для осуществления роста бактерий и ферментации СО в продукт, в дополнение к газообразному субстрату, содержащему СО, в биореактор необходимо подавать подходящую жидкую питательную среду. Питательная среда будет содержать достаточно витаминов и минералов, чтобы допустить рост используемых микроорганизмов. В данной области техники известны анаэробные среды, подходящие для ферментации этанола, с применением СО в качестве единственного источника углерода. Например, подходящие среды описаны в патентах США 5173429 и 5593886 и патентах АО 02/08438, АО 2007/115157 и АО 2008/115080, приведенных выше. В настоящем изобретении рассматривается новая среда, обладающая повышенной эффективностью для поддержания роста микроорганизмов и/или производства спирта в способе ферментации. Более подробное описание указанной среды приведено ниже.
Чтобы происходила желаемая ферментация (например, от СО до этанола), ее желательно проводить в подходящих условиях. Условия рассматриваемой реакции включают давление, температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, рН среды, окислительно-восстановительный потенциал среды, скорость перемешивания (при использовании резервуарного реактора непрерывного перемешивания), уровень инокуляции, максимальные концентрации газообразного субстрата, гарантирующие, что СО в жидкой фазе не станет ограничением, и максимальные концентрации продукта, чтобы избежать ингибирования продукта. Подходящие условия описаны в патентах АО 02/08438, АО 07/117157 и АО 08/115080.
Оптимальные условия реакции частично будут зависеть от конкретно используемого микроорганизма. Однако, в общем, предпочтительно проводить ферментацию при давлении выше давления окружающей среды. Работа при высоком давлении позволяет значительно увеличить скорость перехода СО из газовой фазы в жидкую фазу, в которой микроорганизм может поглощать СО в качестве источника углерода для продуцирования этанола. Это, в свою очередь, означает, что можно уменьшать время нахождения (определяемое как объем жидкости в биореакторе, деленный на скорость потока входящего газа), когда в биореакторах поддерживается не атмосферное давление, а высокое давление.
Также, поскольку данная скорость превращения от СО до продукта частично зависит от времени нахождения субстрата и достижение желаемого времени нахождения, в свою очередь, диктует необходимый объем биореактора, при этом использование герметичных систем может значительно уменьшать необходимый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для ферментации. Согласно примерам, приведенным в патенте США 5593886, возможно уменьшение объема реактора с линейной зависимостью от повышения рабочего давления реактора, т.е. объем биореакторов, работающих при давлении 10 атм, должен составлять только одну десятую объема биореакторов, которые работают при давлении в 1 атм.
Преимущества проведения ферментации газа в этанол при высоком давлении также были описаны в других источниках. Например, в патенте АО 02/08438 описана ферментация газа в этанол, проводимая под давлением 30 и 75 фунтов/кв.дюйм с получением этанола на выходе 150 и 369 г/л/день соответственно. При этом по полученным данным, в примерах ферментации, проводимых при атмосферном давлении с использованием сходных сред и композиций поступающего газа, вырабатывалось от 10 до 20 раз меньше этанола на 1 л/день.
Также желательно иметь такую скорость введения газообразного субстрата, содержащего СО, которая гарантирует, что концентрация СО в жидкой фазе не станет ограничением. Это обусловлено возможными последствиями ограничения количества СО, когда в таких условиях, например, этанольный продукт поглощается культурой.
В конкретных вариантах осуществления изобретения этанол производят микробной ферментацией при пертурбации системы в закрытых резервуарах. В ряде приведенных в изобретении примерах ферментации рН является неконтролируемым, и при превращении кислоты в спирт рН увеличивается. В таких примерах происходит увеличение рН примерно до 6,5, что может иметь ингибирующий эффект на превращение; специалистам в данной области техники будет очевидно, что способы изобретения могут
- 12 019266 включать контроль рН в ферментационной среде.
Регенерация продукта.
В результате ферментации согласно способам изобретения получают ферментационный бульон, содержащий желаемый продукт (такой как этанол и/или бутанол) и/или один или несколько побочных продуктов (таких как ацетат и бутират), а также бактериальные клетки в питательной среде.
Продукты реакции ферментации можно регенерировать с использованием известных способов. Примеры способов включают способы, описанные в патентах АО 07/117157, АО 08/115080, патентах США 6340581, 6136577, 5593886, 5807722 и 5821111. Однако кратко и только в качестве примера можно регенерировать этанол из ферментационного бульона такими способами, как фракционная дистилляция или выпаривание и экстрактивная ферментация.
При дистилляции этанола из ферментационного бульона получают азеотропную смесь этанола и воды (т.е. 95% этанола и 5% воды). Впоследствии можно получать безводный этанол с использованием технологии молекулярного сита для обезвоживания этанола, которая также известна в данной области техники.
Методики экстрактивной ферментации охватывают использование смешиваемого с водой растворителя, который обладает низким риском токсичности для ферментирующего микроорганизма, для регенерации этанола из разведенного ферментационного бульона. Например, при этом варианте способа экстракции возможным для использования растворителем является олеиловый спирт. Олеиловый спирт непрерывно поступает в биореактор, вследствие чего данный растворитель поднимается, образуя в биореакторе верхний слой, который непрерывно экстрагируется и подается через центрифугу. Затем воду и клетки легко отделяют от олеилового спирта и возвращают в биореактор, при этом содержащий большое количество этанола растворитель подается в устройство мгновенного испарения. Большую часть этанола выпаривают и конденсируют, при этом олеиловый спирт не является летучим и регенерируется для повторного использования в ферментации.
Ацетат, который получают в реакции ферментации в качестве побочного продукта, можно также регенерировать из ферментационного бульона, используя известные в данной области техники способы.
Например, можно использовать адсорбционную систему, в которую входит фильтр с активированным углем. В этом случае предпочтительно сначала удалить из ферментационного бульона микробные клетки, используя подходящее устройство для сепарации. В данной области техники известно множество основанных на фильтрации способов создания бесклеточного ферментационного бульона для регенерации продукта. Бесклеточный пермеат, содержащий этанол и ацетат, затем пропускают через колонку, содержащую активированный уголь, для адсорбции ацетата. Активированный уголь легко адсорбирует ацетат в кислотной форме (уксусную кислоту), в отличие от солевой формы (ацетат). Поэтому предпочтительно, чтобы перед прохождением ферментационного бульона через колонку с активированным углем его значение рН было снижено приблизительно менее чем до 3, для превращения основной части ацетата в форму уксусной кислоты.
Уксусную кислоту, адсорбированную на активированный уголь, можно регенерировать элюированием, используя известные в данной области техники способы. Например, для элюирования связанного ацетата можно использовать этанол. В некоторых вариантах осуществления для элюирования ацетата можно использовать этанол, непосредственно полученный способом ферментации. Поскольку температура кипения этанола составляет 78,8°С и температура кипения уксусной кислоты 107°С, можно легко разделять этанол и ацетат друг от друга, используя способ на основе летучести, такой как дистилляция.
Другие способы регенерации ацетата из ферментационного бульона также известны в данной области техники и могут применяться в способах настоящего изобретения. Например, в патентах США 6368819 и 6753170 описана система растворителя и сорастворителя, которую можно использовать для экстракции уксусной кислоты из ферментационных бульонов. Аналогично примеру с системой на основе олеилового спирта, описанной для экстракционной ферментации этанола, в системах, описанных в патентах США 6368819 и 6753170, рассмотрены не смешиваемый с водой растворитель/сорастворитель, который можно смешивать с ферментационным бульоном как в присутствии ферментирующих микроорганизмов, так и без них, для экстракции продукта уксусной кислоты. Затем из бульона путем дистилляции выделяют растворитель/сорастворитель, содержащий продукт - уксусную кислоту. Затем можно применять вторую стадию дистилляции для очистки уксусной кислоты из системы растворитель/сорастворитель.
Продукты реакции ферментации (например, этанол и ацетат) можно регенерировать из ферментационного бульона путем непрерывного удаления части бульона из ферментационного биореактора, сепарацией микробных клеток из бульона (что удобно путем фильтрации) и регенерацией одного или нескольких продуктов из бульона одновременно или последовательно. В случае с этанолом, его можно удобно регенерировать дистилляцией, и ацетат можно регенерировать адсорбцией на активированном угле, используя описанные выше способы. Сепарированные микробные клетки предпочтительно возвращают в ферментационный биореактор. Бесклеточный пермеат, остающийся после удаления этанола и ацетата, также предпочтительно возвращают в ферментационный биореактор. В бесклеточный пермеат можно добавлять дополнительные питательные вещества (например, витамины В) для восполнения пи
- 13 019266 тательной среды перед ее возвращением в биореактор. Также при регулировании рН бульона, как описано выше, для повышения адсорбции уксусной кислоты на активированный уголь необходимо повторное регулирование рН до уровня, сходного с уровнем рН бульона в ферментационном биореакторе, перед его возвращением в биореактор.
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылкой на примеры, не ограничивающие его объем.
Превращение кислоты или кислот в спирт или спирты.
В конкретном широком аспекте изобретение относится к способу превращения кислоты или кислот в соответствующий спирт или спирты, с использованием микробной культуры. В конкретных вариантах осуществления микробная культура превращает кислоту в спирт в присутствии субстрата, содержащего СО и/или Н2.
Согласно способам изобретения можно подвергать пертурбации микробную культуру, содержащую одну или несколько карбоксидотрофических бактерий, таким образом, что микробная культура превращает кислоту или кислоты в спирт или спирты. Способы изобретения могут быть использованы в ряде реакций микробной ферментации, в которых задействован СО в качестве исходного субстрата, и продуцируется одна или несколько кислот и/или спиртов. Например, согласно способам изобретения можно проводить реакции ферментации для производства ацетата, бутирата, пропионата, капроата, этанола, пропанола и бутанола. Способы по изобретению также можно применять в производстве водорода. Указанные продукты могут быть произведены, например, путем ферментации с использованием карбоксидотрофических микроорганизмов рода Мооге11а, С1о81пй1а, К.итшососси8/Рер1о81гер1ососси8, Асе1оЬас1егшт. ЕиЬас1егшт, Ви1упЬас1егшт, ОхоЬас1ег, МеЛапокагапа и Ос5и1Го1отаси1ит.
В конкретных вариантах осуществления микробная культура содержит ацетогенные бактерии, такие как С1о51пйшт аи1ое1йаподепит, которые обычно используют содержащий СО субстрат для производства продуктов, включающих ацетат и/или этанол. В таких вариантах осуществления микробную культуру можно выращивать в желаемых условиях в ферментационном бульоне, чтобы стимулировать рост и продукцию ацетата. Фаза роста (или продукции) ацетогенных бактерий обычно связана с увеличением клеточного материала (накопление биомассы) и продукцией ацетата, при небольшой сопутствующей продукции спирта или при отсутствии такой продукции. В конкретных вариантах осуществления изобретения микробную культуру подвергают пертурбации таким образом, что кислоты в ферментационном бульоне превращаются в соответствующие спирты (например, ацетат в этанол и/или бутират в бутанол). Превращение кислот в спирты можно называть фазой конверсии.
В конкретных вариантах осуществления изобретения микробную культуру можно подвергать пертурбации таким образом, что кислоты, продуцируемые культурой во время фазы продукции, превращаются в спирты. Дополнительно или альтернативно, можно проводить пертурбацию микробной культуры таким образом, что в спирты превращаются кислоты, полученные не в культуре во время фазы продукции. Например, спирты, не вырабатываемые микробной культурой (такие как пропионат, бутират, валерат, гексаноат, изовалерат, 2-метилбутират), можно добавлять в ферментационный бульон и превращать в соответствующие спирты.
В одном варианте осуществления изобретения кислоту сначала вводят или добавляют в реакцию ферментации перед фазой конверсии или во время нее. Кислоту необязательно можно добавлять однократно, или периодически, или непрерывно на протяжении желаемого периода времени. Количество кислоты, добавляемой в биореактор, может варьировать. Однако авторы настоящего изобретения рассматривают добавление кислоты в количестве, которое обеспечивает концентрацию приблизительно от 0,1 до 100 г кислоты в 1 л ферментационного бульона. Более предпочтительным является добавление кислоты в количестве, которое дает концентрацию приблизительно от 0,1 до 50 г/л или от 1 до 20 г/л. Дополнительные примеры соответствующих уровней содержания кислоты, добавляемой к бактериальной культуре, будут приведены в разделе Примеры настоящего описания.
Кислоту можно добавлять в биореактор порциями, периодически или непрерывным образом. В одном варианте осуществления кислоту добавляют периодически или непрерывным образом, чтобы поддерживать концентрацию кислоты в биореакторе в пределах указанного выше диапазона.
Кислоту можно добавлять в биореактор в любом подходящем виде, включающем композиции, содержащие кислоту и один или несколько других компонентов, носители или разбавители. В одном варианте осуществления кислоту предпочтительно получают и добавляют в биореактор в виде стокового раствора с забуференным рН 5,5.
Используемые в изобретении кислоты можно производить любым из числа известных способов, включающих микробную ферментацию. В одном варианте осуществления кислоты производят путем микробной ферментации на субстратах, которые содержат, например, углеводы или монооксид углерода. Кислоты предпочтительно производят микробной ферментацией на субстрате, содержащем монооксид углерода, более предпочтительно на газообразном субстрате, содержащем монооксид углерода. Примеры бактерий, задействованных в производстве кислот, включают полезные для этих целей бактерии из родов С1о81пй1а, Мооге11а и Витшососсш, ЕиЬас1ег1а, Ви1уг1Ьас1егшт, ОхоЬас1ег и Асе1оЬас1ег1а. В предпочтительных вариантах осуществления бактерии выбирают из следующих: С1о81пйшт аи1ое1йаподепит,
- 14 019266
С1ойпбшт ЦипдйаШи, С1ойпбшт асейсит, С1о8йтбшт Гогткасейсит, С1о8йтбшт 1е1апотогЫит, ОоЦпбшт сагЬох1б1уогап8, Мооге11а Иегтоасейса, Мооге11а ШегтоаиЮгорЫса, Киттососсик ргобисШк, ЕиЬас1епит йтокит, Ви1упЬас1епит теШу1ойорЫсит, ОхоЬас!ег рГептпдй и Лсе1оЬас1епит \уообп. Специалисты в данной области смогут легко определить дополнительные бактерии для использования в производстве кислот, применяемых в настоящем изобретении.
Специалистам в данной области техники, в особенности имеющим отношение к представленной в настоящем описании информации, будут понятны способы микробиологической ферментации для производства кислот, применяемых в изобретении. Однако в качестве примера, можно производить бутират из газов, содержащих монооксид углерода, как описано авторами 6ге1Ыет е! а1., 1991 (1оита1 оГ Регтеп!айоп апб Вюепдтееппд, уо1 72, Ыо 1, 58-60).
В одном варианте осуществления изобретения способ представляет собой периодический или непрерывный процесс, который связывает производство желаемой кислоты путем микробной ферментации с последующим применением этой кислоты для производства соответствующего ей спирта согласно способам, описанным выше в настоящем изобретении. В этом варианте осуществления способ включает, по меньшей мере, следующие стадии: (а) ферментацию субстрата в первом биореакторе (предпочтительно субстрата, содержащего монооксид углерода, более предпочтительно газообразного субстрата, содержащего монооксид углерода) для производства одной или нескольких кислот; (Ь) культивирование во втором биореакторе одного или нескольких бактериальных штаммов в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода; и (с) введение одной или нескольких кислот со стадии (а) во второй биореактор в момент, когда один или несколько бактериальных штаммов находятся в конверсионной фазе для производства спиртов, соответствующих одной или нескольким кислотам. В родственном варианте осуществления бактерии могут поступать в первый и/или второй биореактор из дополнительных ростовых реакторов.
В конкретных вариантах осуществления бактерии культивируют в присутствии субстрата, содержащего монооксид углерода, однако в альтернативных вариантах осуществления бактерии сначала можно выращивать до желаемой плотности на альтернативном субстрате, например на субстрате, содержащем сахар или другие углеводы. Затем можно переносить бактерии на субстрат, содержащий монооксид углерода, для превращения кислот в соответствующие им спирты. Такой вариант можно осуществлять в двух реакторных системах, как описано выше.
Для производства спиртов и/или кислот можно применять реакции ферментации, в которых задействованы смешанные субстраты, например углевод и газообразный субстрат, содержащий СО. Согласно способам изобретения при пертурбации таких ферментационных реакций поглощается по меньшей мере часть кислоты и увеличивается выработка спирта.
Согласно способам настоящего изобретения спирты и/или кислоты можно производить микробной ферментацией альтернативного субстрата, такого как углеводы. В заданный момент времени или при накоплении избыточного количества кислоты в биореактор можно добавлять СО и необязательно подвергать дополнительной пертурбации реакцию ферментации, чтобы превратить по меньшей мере часть кислоты в спирт.
Следует понимать, что для поддержки роста и конверсии бактерий, задействованных согласно изобретению, в биореактор необходимо подавать подходящую питательную среду. Специалисты в данной области техники легко определят среду для использования в настоящем изобретении. Однако, в общем, питательная среда будет содержать витамины, минералы и металлы, достаточные, чтобы допустить рост бактерий на субстратах, содержащих СО. В частности, среда будет включать один или несколько металлов, способствующих активности ферментов, которые могут быть вовлечены в превращение кислот в соответствующие им спирты, например СОЭН (СО-дегидрогеназа) и ферменты ЛОК. В одном варианте осуществления изобретения питательные среды не содержат ни триптон, ни дрожжевой экстракт. Анаэробные среды, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают среды с рецептурой ЬМ23 и ЬМ33, описанные в разделе Примеры.
Для поддержания роста и образования продукта можно использовать единственный тип среды, но следует понимать, что в способе по изобретению можно задействовать более одной среды. Например, если в способе используются отдельные реакторы для роста и ферментации, можно применять одну среду в ростовом реакторе и другую среду в ферментационном реакторе.
Культивирование бактерий желательно следует проводить в соответствующих условиях, позволяющих превращать кислоты в спирты. Условия реакции, которые необходимо учитывать, включают давление, температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, рН среды, окислительновосстановительный потенциал среды, скорость перемешивания (при использовании резервуарного реактора с непрерывным перемешиванием), уровень инокуляции, максимальные концентрации газообразного субстрата, которые гарантируют, что СО в жидкой фазе не станет ограничением, и максимальные концентрации продукта, чтобы избежать ингибирования продукта. Примеры условий приведены в разделе Примеры настоящего описания. Оптимальные условия реакции частично будут зависеть от используемых бактерий и спирта, который будет произведен.
- 15 019266
Также желательно, чтобы скорость введения содержащего СО субстрата служила гарантией, что концентрация СО в жидкой фазе не станет ограничением. Это обусловлено возможными последствиями ограничения количества СО, и в таких условиях продукт или продукты поглощаются культурой.
Специалистам широкого профиля после изучения настоящего раскрытия будет понятно, что можно изменять ряд условий или параметров ферментации для осуществления пертурбации микробной культуры таким образом, чтобы по меньшей мере часть микробной культуры переключать от фазы продукции к конверсионной фазе. Например, можно изменять параметры ферментации таким образом, что кислоты превращаются в спирты с использованием микробной культуры. Подходящие варианты пертурбации для переключения микробной культуры от фазы продукции к конверсионной фазе включают: изменение рН и/или ОВП ферментационной среды; изменение концентрации СО в ферментационном бульоне (существует множество способов достижения такого изменения в зависимости от способа ферментации, включающих изменение газовой композиции, изменение давления газа, изменение скорости потока газа, изменение скорости перемешивания в реакторе С8ТЯ); добавление восстанавливающего агента; добавление одной или нескольких кислот. Таким образом, специалисту в данной области техники будут очевидны подходящие способы достижения желаемой пертурбации и дополнительные способы пертурбации микробной культуры согласно способам изобретения. В этой связи несколько примеров способов описаны в разделе Примеры ниже в настоящем описании. В конкретных вариантах осуществления изобретения добавление одной или нескольких кислот к ферментационному бульону обеспечивает подходящую пертурбацию по меньшей мере части микробной культуры, для ее переключения от фазы продукции к конверсионной фазе. Например, к активно растущей и продуцирующей ацетат и спирты микробной культуре можно добавлять ацетат, и культура превращает в этанол по меньшей мере часть добавленного ацетата.
В одном варианте осуществления изобретения можно добавлять дополнительный ацетат к реакции ферментации, в которой происходит непрерывное продуцирование спирта и ацетата со скоростью приблизительно 15 г/л/день. Следовательно, превращение ацетата в этанол в культуре будет происходить со скоростью от 6 до 15 г/л/день.
В альтернативном варианте осуществления добавление дополнительных кислот может сочетаться по меньшей мере с одним другим параметром пертурбации, например с изменением концентрации СО в ферментационном бульоне или добавлением восстанавливающего агента.
Согласно способам изобретения можно использовать любой подходящий восстанавливающий агент, однако в качестве примера, к реакции ферментации можно добавлять соли дитионитов (например, дитионит натрия), соли сульфидов (например, сульфид натрия) или цистеин и необязательно дополнительную кислоту или кислоты таким образом, что по меньшей мере часть микробной культуры переключается от фазы продукции к конверсионной фазе, и, таким образом, кислоту или кислоты превращаются в соответствующий спирт или спирты. В конкретных вариантах осуществления сульфид натрия добавляют в реакцию ферментации, в которой продуцируется преимущественно ацетат, таким образом, что по меньшей мере часть ацетата превращается в этанол. Специалисты в данной области техники смогут определить количество восстанавливающего агента, необходимого для достаточной пертурбации системы, в целях преобразования кислоты в спирты. Однако в качестве примера, можно добавлять восстанавливающий агент в концентрации от 0,005 до 10 мМ или от 0,05 до 1 мМ. В конкретных вариантах осуществления изобретения в дополнение к восстанавливающему агенту добавляют окислительновосстановительный медиатор, такой как метилвиологен. Добавление окислительно-восстановительного медиатора имеет отрицательный эффект, таким образом, согласно конкретным вариантам осуществления изобретения способ превращения кислоты или кислот в спирт или спирты предпочтительно проводят в отсутствие окислительно-восстановительного медиатора.
В другом варианте осуществления изобретения в реакцию ферментации добавляют формиат для переключения микробной культуры от фазы продукции к конверсионной фазе. В конкретных вариантах осуществления изобретения в микробную культуру можно добавлять от 2 до 5 г/л формиата таким образом, что вырабатываемый культурой во время фазы продукции ацетат превращается в этанол. В конкретных вариантах осуществления формиат можно добавлять со скоростью приблизительно 3-6 г/л/день таким образом, что по меньшей мере часть продуцируемого культурой ацетата превращается в этанол.
В другом варианте осуществления изобретения микробную культуру можно подвергать пертурбации путем изменения рН и/или ОВП (открытый окислительно-восстановительный потенциал) ферментационной среды, содержащей микробную культуру, таким образом, что кислота или кислоты превращаются в спирт или спирты. Специалистам в данной области техники будут очевидны средства и/или способы изменения рН и/или ОВП ферментационной среды. Однако в качестве примера можно регулировать рН жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру, с использованием кислоты (например, хлористо-водородной кислоты, серной кислоты или уксусной кислоты) или субстрата (например, гидроксида натрия). Аналогично, можно регулировать ОВП вместе с рН или независимо путем добавления восстанавливающих агентов.
В конкретном варианте осуществления рН жидкой питательной среды, который поддерживают на уровне 5,5, увеличивают до 5,9 путем добавления гидроксида натрия таким образом, что ацетат, выраба
- 16 019266 тываемый в фазе продукции, превращается в этанол. При изменении рН окислительновосстановительный потенциал среды уменьшался приблизительно от -430 до -470 мВ.
В другом варианте осуществления изобретения повышение концентрации СО в биореакторе переключает по меньшей мере часть микробной культуры от фазы продукции к конверсионной фазе. В некоторых вариантах осуществления микробную культуру помещают в жидкую питательную среду в биореактор с перемешиванием, например С8ТК Считается, что по причине низкой растворимости СО концентрация СО в жидкой питательной среде при высокой плотности клеток (например, от 0,5 до 5 г/л) приближается к нолю, поскольку микробная культура поглощает СО примерно с той же скоростью, с которой СО переносится в раствор. Концентрацию СО в жидкой питательной среде можно увеличивать путем повышения парциального давления СО согласно закону Генри. Таким образом, согласно конкретным вариантам осуществления изобретения микробную культуру подвергают пертурбации путем повышения парциального давления СО в биореакторе.
Согласно одному варианту осуществления изобретения этанол производят путем микробной ферментации при увеличении концентрации СО в ферментационной среде. По меньшей мере часть СО можно превращать в кислоты и/или спирты во время указанной конверсионной фазы, но большая часть этанола может продуцироваться путем микробного восстановления уксусной кислоты/ацетата. Признано, что некоторые реакции ферментации можно проводить при высоком парциальном давлении СО. Таким образом, для увеличения концентрации СО в ферментационной среде можно повышать парциальное давление СО по меньшей мере на 15 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 20 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 25 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 30 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 35 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 40 фунтов/кв.дюйм, чтобы осуществлять превращение кислоты или кислот в спирт или спирты.
В одном варианте осуществления изобретения значительная часть кислоты в ферментационном бульоне превращается в спирт. В некоторых вариантах осуществления изобретения повышение концентрации СО приводит к превращению в спирт по меньшей мере 60% кислоты, доступной в ферментационном бульоне. В других вариантах осуществления по меньшей мере 70% кислоты превращается в спирт. В других вариантах осуществления по меньшей мере 80% кислоты превращается в спирт.
В конкретных вариантах осуществления изобретения парциальное давление СО увеличено примерно на 15,9 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 20 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 30 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 40 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 50 фунтов/кв.дюйм таким образом, что кислоты превращаются в соответствующие спирты. Предполагается, что в таких вариантах осуществления согласно закону Генри концентрация СО в жидкой питательной среде будет составлять по меньшей мере 1 ммоль, или по меньшей мере 1,2 ммоль, или по меньшей мере 1,4 ммоль, или по меньшей мере 1,6 ммоль, или по меньшей мере 1,8 ммоль, или по меньшей мере 2,2 ммоль, или по меньшей мере 2,6 ммоль, или по меньшей мере 3,2 ммоль.
В некоторых вариантах осуществления изобретения кислоты превращаются в соответствующие спирты с примерной скоростью по меньшей мере 12 г/л/день, или по меньшей мере 14 г/л/день, или по меньшей мере 16 г/л/день, или по меньшей мере 18 г/л/день, или по меньшей мере 20 г/л/день, или по меньшей мере 22 г/л/день, или по меньшей мере 24 г/л/день в период после пертурбации (например, до 1 ч, или до 2 ч, или до 3 ч, или до 5 ч после пертурбации). В конкретных вариантах осуществления в присутствии водорода в дополнение к СО скорость превращения кислоты в спирт увеличивается до 25 г/л/день, или до 26 г/л/день, или до 27 г/л/день после пертурбации. Однако скорость превращения со временем замедляется таким образом, что в некоторых вариантах осуществления в течение реакции ферментации может продолжаться накопление кислоты или кислот (например, ацетата).
Повышение концентрации (или парциального давления) СО согласно способам изобретения способствует продукции кислоты и росту микроорганизмов. Однако при повышении концентрации СО (или парциального давления) выше достаточной пороговой концентрации продукция кислоты и/или микробный рост в значительной степени ингибируются.
В этой связи согласно способам изобретения можно регулировать рост микроорганизмов и/или продукцию кислоты путем добавления СО. Таким образом, изобретение описывает средство контроля производства путем микробной ферментации СО продуктов, включающих спирты и/или кислоты, при котором при накоплении избытка кислоты в ферментационном бульоне можно повышать концентрацию СО выше пороговой концентрации, чтобы преобразовать по меньшей мере часть кислоты в спирт.
В одном варианте осуществления изобретение относится к способу производства спиртов путем анаэробной бактериальной ферментации кислоты. В одном варианте осуществления способ включает, по меньшей мере, стадию анаэробной ферментации кислоты в присутствии содержащего СО субстрата, предпочтительно содержащего СО газообразного субстрата, в котором концентрация СО выше достаточной пороговой концентрации.
В одном варианте осуществления изобретения этанол получают путем микробной ферментации уксусной кислоты/ацетата, при этом концентрация СО в ферментационной среде превышает достаточную пороговую концентрацию. В одном варианте осуществления присутствует субстрат, содержащий СО, таким образом, что концентрация СО в ферментационной среде превышает пороговую концентрацию по
- 17 019266 меньшей мере примерно на 2,5 ммоль/л. В других вариантах осуществления концентрация СО превышает порог по меньшей мере примерно на 2,75 ммоль/л, по меньшей мере примерно на 3 ммоль/л или по меньшей мере примерно на 3,5 ммоль/л.
В одном варианте осуществления изобретения содержащий СО субстрат является газообразным, и газообразный субстрат представлен таким образом, что парциальное давление СО составляет по меньшей мере приблизительно 37 фунтов/кв.дюйм. В одном варианте осуществления парциальное давление СО составляет по меньшей мере приблизительно 47 фунтов/кв.дюйм.
В другом варианте осуществления рассмотрен способ производства спиртов и/или кислот, при этом указанный способ включает анаэробную ферментацию первого субстрата в биореакторе для производства одного или нескольких продуктов, включающих спирты и/или кислоты; в котором второй содержащий СО субстрат можно добавлять в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается продукция этанола относительно ацетата. Второй содержащий СО субстрат представлен таким образом, что концентрация СО превышает достаточную пороговую концентрацию. В таких условиях увеличивается продукция спирта при поглощении кислот, и СО может оставаться, по существу, не прореагировавшим.
В одном варианте осуществления изобретения первый субстрат содержит СО; однако способ не ограничен таким вариантом осуществления. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения первый субстрат может включать пируват или один или несколько углеводов. Один или несколько углеводов могут представлять собой, например, но без ограничения, целлюлозу, гидролизат целлюлозы, крахмал, гидролизат крахмала, глюкозу, фруктозу, ксилозу, арабинозу или лактозу. В одном варианте осуществления углеводом является фруктоза или ксилоза.
Альтернативно, первый субстрат может содержать СО2 и/или Н2 или любые другие компоненты, подходящие для производства кислот и/или спиртов путем ферментации.
В дополнительном варианте осуществления изобретения рассмотрен способ производства спиртов и/или кислот, при этом способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) введение содержащего СО субстрата в первой концентрации в биореактор, в котором находится культура одного или нескольких микроорганизмов; и (b) анаэробная ферментация культуры для производства одного или нескольких продуктов, включающих спирты и/или кислоты, из указанного субстрата, при этом концентрацию субстрата, поступающего в биореактор, необязательно можно увеличивать в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается продукция спиртов относительно кислот.
В одном варианте осуществления субстрат представлен на стадии (а) таким образом, что концентрация СО в ферментационной среде находится ниже достаточной пороговой концентрации. В момент повышения концентрации СО можно обеспечивать наличие субстрата, при этом концентрация СО превышает достаточную пороговую концентрацию.
В дополнительном варианте осуществления изобретения способ включает, по меньшей мере, следующие стадии:
(a) введение содержащего СО газообразного субстрата при первом значении парциального давления СО в биореактор, в котором находится культура одного или нескольких микроорганизмов; и (b) анаэробная ферментация культуры для производства одного или нескольких продуктов, включающих этанол и/или уксусную кислоту, из указанного субстрата, где парциальное давление СО необязательно можно повышать в желаемый момент времени таким образом, что увеличивается продукция этанола относительно ацетата.
В конкретных вариантах осуществления продукцию спирта и кислоты и/или рост микроорганизмов подвергают контролю на протяжении процесса ферментации. В таких условиях ферментацию можно легко менять от продукции, по существу, кислоты до продукции, по существу, спирта, если это необходимо или желательно. В разных вариантах осуществления стадии (с) и (6) в процессе ферментации можно повторять, чтобы поддерживать оптимальные условия для производства спирта.
Для превращения кислоты или кислот в спирт или спирты согласно способам изобретения можно использовать промышленные отработанные газы, содержащие СО, например отработанный газ сталелитейного производства. Дополнительно, также можно использовать не содержащие СО газы, которые содержат Н2, чтобы превращать кислоту или кислоты в спирт или спирты согласно способам изобретения.
Изобретение также обеспечивает средство, позволяющее чередовать фазу продукции и фазу конверсии путем изменения концентрации СО, для переключения от фазы продукции к фазе конверсии и наоборот. Например, как показано в примерах, увеличение концентрации СО выше пороговой концентрации приводит к потреблению значительной части уксусной кислоты, доступной в ферментационном бульоне, при сопутствующем увеличении продукции этанола. Снижение концентрации СО ниже пороговой концентрации может способствовать росту микроорганизмов и продукции кислоты, что наблюдается в фазе продукции. Например, конкретная реакция ферментации может работать при желаемом парциальном давлении СО и продуцировать продукты, включающие кислоту или кислоты. В подходящий момент времени или при конкретной концентрации кислоты (такой как до 20 г/л, или до 30 г/л, или до 40 г/л, или до 50 г/л) можно проводить пертурбацию микробной культуры таким образом, что кислота или кислоты превращается в спирт. Согласно способам изобретения можно повышать парциальное давление СО по
- 18 019266 меньшей мере на 15 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 20 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 25 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 30 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 35 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 40 фунтов/кв.дюйм таким образом, что кислота или кислоты превращаются в спирт или спирты. После конверсии можно снижать парциальное давление по меньшей мере на 15 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 20 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 25 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 30 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 35 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере на 40 фунтов/кв.дюйм таким образом, что возобновляется продукция ацетата. Указанный процесс можно повторять, чтобы предотвратить накопление ацетата и повысить концентрацию спирта.
В альтернативных вариантах осуществления микробная культура может превращать кислоту или кислоты в спирт или спирты в течение до 1 ч, или до 2 ч, или до 3 ч, или до 5 ч после пертурбации. Впоследствии, при адаптации культуры к повышенному парциальному давлению СО и/или потреблению СО, таким образом, что концентрация СО уменьшается, происходит обратное переключение культуры на продукцию кислоты.
Установлено, что после нескольких циклов увеличивается содержание спирта, тогда как концентрация кислоты остается низкой, например меньше 20 г/л, или меньше 30 г/л, или меньше 40 г/л, или меньше 50 г/л.
Система из двух (или нескольких) биореакторов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения можно проводить реакции ферментации в две или несколько стадий в системе, которая может содержать ростовой (или производственный) реактор, в котором культивируют микроорганизмы и необязательно производятся кислоты, и конверсионный реактор, в который подается бульон из ростового реактора, и пертурбацию выполняют таким образом, что полученные или добавляемые кислоты превращаются в спирты. Как отмечено выше, можно использовать ферментационный биореактор высокого давления.
Фиг. 5 показывает ферментационную систему 100, содержащую ростовой биореактор 1, в котором можно адаптировать условия ферментации, чтобы способствовать накоплению микробной биомассы или росту микроорганизмов и/или выработке кислоты. Например, можно адаптировать условия, такие как компоненты жидкой питательной среды, скорость подачи питательных веществ, рабочее давление, рабочий рН, содержание и концентрацию субстрата, скорость подачи субстрата, скорость перемешивания в биореакторе (если его применяют) и плотность клеток, чтобы способствовать росту микроорганизмов и/или выработке кислоты. Примеры условий, обеспечивающих устойчивое состояние микробной биомассы и выработку кислоты, представлены в разделе Примеры.
Субстрат, подаваемый в ростовой биореактор 1, можно выбрать из описанных ранее субстратов, однако в конкретных вариантах осуществления субстратом является углевод или СО, или субстрат представляет собой комбинацию углевода и СО.
Жидкую питательную среду можно, по существу, оставлять в ростовом биореакторе 1 в течение такого времени, пока микробная биомасса и/или кислоты не достигли желаемого уровня содержания и/или желаемой скорости производства. Микробную биомассу и/или производство кислоты в ростовом биореакторе можно регулярно или непрерывно контролировать средствами, известными в данной области техники. Кроме того, условия в ростовом биореакторе можно адаптировать для поддержания, по существу, оптимальных условий для роста и/или производства кислоты.
Специалист в данной области техники сможет оценить, что при некоторых условиях в ростовом биореакторе также можно производить спирт. Однако в конкретных вариантах осуществления основным продуктом в ростовом биореакторе будет кислота или кислоты.
В момент достижения желаемого уровня содержания или скорости биомассы и/или кислоты, по меньшей мере часть кислоты и необязательно по меньшей мере часть микробной биомассы можно перемещать с использованием подходящих трубок из ростового реактора 1 в конверсионный реактор 2, непрерывно или в желаемые моменты времени. Например, при желаемой концентрации кислоты в ростовом биореакторе 1, например по меньшей мере 5 г/л, или по меньшей мере 10 г/л, или по меньшей мере 20 г/л, или по меньшей мере 30 г/л, или по меньшей мере 40 г/л, или по меньшей мере 50 г/л, или по меньшей мере 60 г/л, или по меньшей мере 70 г/л, или по меньшей мере 80 г/л, или по меньшей мере 90 г/л, или по меньшей мере 100 г/л часть жидкой питательной среды, содержащей указанные кислоты и необязательно микробную биомассу, можно переносить в конверсионный биореактор 2, в котором микробную культуру можно подвергать пертурбации таким образом, что кислоты превращаются в спирты.
Жидкая питательная среда, выходящая из ростового биореактора 1, будет обычно заменяться новой жидкой питательной средой, чтобы обеспечить подходящие условия для устойчивого состояния биомассы и/или производства кислоты. Концентрацию кислоты в ростовом биореакторе 1 необходимо поддерживать ниже уровня, при котором возникает ингибирование конкретного микроорганизма.
В конкретных вариантах осуществления изобретения содержащий СО субстрат поступает в конверсионный биореактор 2 таким образом, что концентрация СО в жидкой питательной среде составляет по меньшей мере приблизительно 2,5 ммоль/л, или по меньшей мере приблизительно 2,75 ммоль/л, или по меньшей мере приблизительно 3 ммоль/л, или по меньшей мере приблизительно 3,5 ммоль/л. В конкрет
- 19 019266 ных вариантах осуществления содержащий СО субстрат является газообразным и может быть представлен таким образом, что парциальное давление СО составляет по меньшей мере приблизительно 27 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере приблизительно 37 фунтов/кв.дюйм, или по меньшей мере приблизительно 47 фунтов/кв.дюйм.
Потребление кислоты и/или производство спирта в конверсионном биореакторе 2 можно контролировать регулярно или непрерывно известными в данной области техники средствами. В момент достижения желаемой концентрации спирта в жидкой питательной среде, такой как по меньшей мере 5 г/л, или по меньшей мере 10 г/л, или по меньшей мере 20 г/л, или по меньшей мере 30 г/л, или по меньшей мере 40 г/л, или по меньшей мере 50 г/л, или по меньшей мере 60 г/л, или по меньшей мере 70 г/л, или по меньшей мере 80 г/л, или по меньшей мере 90 г/л, или по меньшей мере 100 г/л, часть жидкой питательной среды, содержащей указанные спирты, можно перемещать в устройство 3 регенерации продукта. Необходимо поддерживать концентрацию спирта в конверсионном биореакторе ниже уровня, при котором происходит ингибирование микробной культуры, используемой для производства спирта.
В одном варианте осуществления изобретения микроорганизм, культивируемый и растущий в ростовом биореакторе 1, является карбоксидотрофическим микроорганизмом, таким как описано выше, и условия оптимизируют для роста микроорганизмов и/или производства кислоты. Второй микроорганизм (также карбоксидотрофический микроорганизм) может поступать в конверсионный биореактор 2, и условия оптимизируют для производства спирта. Микробная культура, поступающая в ростовой и конверсионный биореакторы, может быть одинаковой или разной. Однако в конкретном варианте осуществления поступающий в оба биореактора микроорганизм представляет собой Оойпбшт аи!ое!йаподепит.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ростовой биореактор 1 включает систему клеточной рециркуляции, в которой по меньшей мере часть микробной биомассы можно удалять из жидкой питательной среды, выходящей из ростового биореактора, и возвращать в ростовой биореактор 1. Это способствует накоплению биомассы в ростовом реакторе 1. Альтернативно, микробную биомассу не удаляют из жидкой питательной среды, выходящей из ростового реактора, но переносят непосредственно в конверсионный биореактор 2.
В конкретных вариантах осуществления рост микробной культуры и выработка в ней кислот происходит в ростовом реакторе 1. По меньшей мере часть этой же микробной культуры непрерывно или периодически переносят в конверсионный биореактор 2, вместе с кислотами в жидкой питательной среде, при этом условия в конверсионном биореакторе 2 (например, высокая концентрация СО) способствуют продукции спирта указанной микробной культурой.
Можно регулировать время нахождения жидкой питательной среды в ростовом биореакторе 1, чтобы оптимизировать накопление биомассы и/или производство кислоты. Например, накопление биомассы может быть желательным при запуске, и можно уменьшать скорость потока жидкой питательной среды, входящей и выходящей из ростового биореактора 1, чтобы увеличить время нахождения среды в ростовом биореакторе 1 и, таким образом, дать возможность достигнуть желаемого содержания или скорости биомассы и/или кислоты.
Когда продукция биомассы и/или кислоты приближается или достигает желаемого уровня или скорости, можно уменьшать время нахождения жидкости путем увеличения скорости потока жидкой питательной среды из ростового биореактора 1 в конверсионный биореактор 2. В некоторых вариантах осуществления контролируют уровни микробной биомассы и/или кислоты, и можно адаптировать время нахождения, чтобы достигнуть, по существу, устойчивого состояния концентрации кислоты. Кроме того, также можно регулировать условия для достижения в ростовом биореакторе 1 желаемого состояния устойчивой концентрации кислоты по меньшей мере 5 г/л, или по меньшей мере 10 г/л, или по меньшей мере 20 г/л, или по меньшей мере 30 г/л, или по меньшей мере 40 г/л, или по меньшей мере 50 г/л, или по меньшей мере 60 г/л, или по меньшей мере 70 г/л, или по меньшей мере 80 г/л, или по меньшей мере 90 г/л, или по меньшей мере 100 г/л.
Для эффективного производства спирта можно также регулировать время нахождения жидкой питательной среды в конверсионном биореакторе 2. Например, жидкую питательную среду можно подавать непрерывно с постоянной скоростью, и можно подбирать объем жидкой питательной среды в конверсионном биореакторе 2, чтобы обеспечить время нахождения, подходящее для достижения желаемого превращения спирта. В конкретных вариантах осуществления изобретения скорость выработки спирта в фазе конверсии спирта при повышенной концентрации СО превышает скорость роста и/или продукции кислоты. В этой связи конверсионный биореактор 2 может быть, по существу, меньше, чем ростовой биореактор 1, что приведет к значительному уменьшению времени нахождения жидкости в конверсионном биореакторе 2.
После рассмотрения настоящего раскрытия специалистам в данной области техники будут понятны подходящие или желаемые конфигурации для каждого биореактора, однако в конкретном варианте осуществления порции жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру, кислоту и необязательно спирт, поступают во второй резервуар, сконструированный в виде поршневого проточного биореактора. Парциальное давление СО может быть повышено в поршневом проточном резервуаре, с тем, чтобы порция жидкой питательной среды, проходящая через кислоту или кислоты, превращалась в спирт
- 20 019266 или спирты. Специалистам в данной области техники будут очевидны средства поддержания потока через биореактор, например статические миксеры. Кроме того, биореактор может включать дополнительные средства доставки субстрата, чтобы поддерживать необходимую и/или желаемую концентрацию СО в биореакторе.
В другом варианте осуществления производственный биореактор содержит по меньшей мере одну микробную культуру, и конверсионный биореактор содержит по меньшей мере одну микробную культуру. Поскольку ферментационный бульон, содержащий кислоту или кислоты и/или спирт или спирты, может проходить из производственного биореактора в конверсионный реактор и из конверсионного биореактора до регенерации продукта, соответствующие микробные культуры, по существу, задерживаются в каждом биореакторе с использованием системы клеточной рециркуляции. В таких вариантах осуществления микробные культуры могут быть разными, если культура в производственном биореакторе продуцирует кислоту или кислоты, и культура в конверсионном биореакторе превращает кислоту или кислоты в спирт или спирты. В конкретных вариантах осуществления микробная культура в конверсионном биореакторе превращает кислоту или кислоты в спирт или спирты при повышенном парциальном давлении СО.
В некоторых вариантах осуществления полученную в других ферментационных и/или производственных процессах кислоту или кислоты можно добавлять в конверсионный биореактор, если желательно превращение в спирт или спирты.
В другом варианте осуществления изобретения рассматривается ферментационная система, которая содержит множественные ростовые биореакторы, скомпонованные для подачи в единственный конверсионный биореактор жидкой питательной среды, содержащей кислоты и необязательно микробную биомассу. Например, согласно фиг. 6 ферментационная система 101 содержит первый и второй ростовые биореакторы 1а и 1Ь, и конфигурация каждого из них предусматривает выработку кислоты или кислот. Жидкая питательная среда, содержащая кислоты и необязательно биомассу из ростовых биореакторов 1а и 1Ь, может подаваться в конверсионный биореактор 2 для производства спирта. Альтернативно, конфигурация первого ростового биореактора 1а может предусматривать быстрое накопление биомассы (например, при большом времени нахождения жидкости), тогда как второй ростовой биореактор 1Ь скомпонован для оптимального производства кислоты (например, малое время нахождения жидкости). Показатели времени нахождения жидкости каждого из ростовых биореакторов 1а и 1Ь соответственно можно адаптировать для поддержания оптимальных условий производства спирта во всей системе.
В вариантах осуществления, включающих множество ростовых биореакторов, можно полностью закрывать один или несколько ростовых биореакторов в течение какого-либо периода (например, для обслуживания), не оказывая, по существу, неблагоприятного влияния на производство спирта.
Примеры
Приготовление среды
| Компонент среды | Концентрация на 1,0 л среды (14423) | Концентрация на 1,0 л среды (ЬМЗЗ) |
| МгС12, 6Н2О | 0,5 г | 0,5 г |
| ЦаС1 | 0,2 г | 0,2 г |
| СаС12 | 0,2 г | 0,2 г |
| 100 мМ фосфатно-натриевого буфера (рН 6,0) | 160 мл | |
| ИаН2РО4 | - | 2,04 г |
| ЫН4С1 | 0, 6 г | 2,5 г |
| 85% Н3РО4 | 0,05 мл | - |
| КС1 | 0,15 г | 0,15 г |
| Композитный раствор микроэлементов металлов (Ь806) | 10 мл | 10 мл |
| Композитный раствор витамина В (ЬЗОЗ) | 10 мл | 10 мл |
| Ресазурин (стоковый раствор 1000 мг/л) | 1 мл | 2 мл |
| ГеС13 | 0,0025 г | 0,01 г |
| Цистеин моногидрат НС1 | 0,75 г | 0,5 г |
| Агароза (необязательно) | 15 г | 15 г |
| Дистиллированная вода | До 1 литра | До 1 литра |
^Соединяют ЫаН2РО4 (13,2 г) и Ыа2НРО2-7Н2О (1,1 г) в Н2О (1 л).
- 21 019266
| Композитный раствор витамина В (Ь503) | На 1 л стокового раствора | Композитный раствор микроэлементов металлов (Ь806) | На 1 л стокового раствора |
| Биотин | 20,0 мг | Нитрилотриуксусная кислота | 1,5 г |
| Фолиевая кислота | 20,0 мг | МгЗО^-7Н2О | 3,0 г |
| Гидрохлорид пиридоксина | 10,0 мг | МлЗО4*Н2О | 0,5 г |
| Тиамин·НС1 | 50,0 мг | ИаС1 | 1,0 г |
| Рибофлавин | 50,0 мг | ГеЗО,· 7Н2О | 0, 1 г |
| Никотиновая кислота | 50,0 мг | Ге (50,) 2 (ΝΗ,) г· 6Н2О | 0,8 г |
| Кальций ϋ- (*)пантотенат | 50,0 мг | СоС12- 6Н2О | 0,2 г |
| Витамин В12 | 50,0 мг | Ζη304· 7Н2О | 0,2 г |
| л-аминобензойная кислота | 50,0 мг | СиС12-2Н2О | 0, 02г |
| Тиоктовая кислота | 50,0 мг | А1К (30,) 2 - 12Н2О | 0,02 г |
| Дистиллированная вода | До 1 литра | Η3ΒΟ3 | 0, 30 г |
| ИаМоО,-2Н2О | 0,03 г | ||
| Иа2ЗеО3 | 0,02 г | ||
| Νίει2· бн2о | 0,02 г | ||
| Иа2ИО, · 6Н2О | 0,02 г | ||
| Дистиллированная вода | До 1 литра |
Среду с рН 5,5 готовили следующим образом. Все компоненты за исключением цистеина-НС1 смешивали в 400 мл дистиллированной воды. Указанный раствор делали анаэробным путем нагревания до кипения и оставляли для охлаждения до комнатной температуры в постоянном потоке газа 95% СО, 5% СО2. После охлаждения добавляли цистеин-НС1 и доводили рН до 5,5 перед доведением его объема до 1000 мл; анаэробность поддерживали в течение экспериментов.
Бактерии.
Бактерии С'1ок1п6шт аи1ое1йаподепит получали из немецкого Центра коллекции биологических материалов (Ό8ΜΖ). Номер доступа указанных бактерий Ό8ΜΖ 10061. Альтернативно, использовали бактерии С1ок1г16шт аи1ое1йаподепит, депонированные в немецком Центре коллекции биологических материалов (Ό8ΜΖ) с присвоенным номером доступа 19630.
Непрерывная ферментация в резервуарном реакторе с непрерывным перемешиванием (С8ТК) (обычные условия установки).
В пятилитровый биореактор помещали 4,9 л среды ЬМ23 или ЬМ33, приготовленной, как описано выше. Газ переключали на 95% СО, 5% СО2 при атмосферном давлении перед инокуляцией 100 мл культуры С1оз1п6шт аи1ое1йаподепит. В начале культивирования биореактор выдерживали при 37°С при перемешивании 200 об/мин. Во время фазы роста перемешивание ускоряли до 400 об/мин. рН доводили до 5,5 и поддерживали автоматическим добавлением 5 М ЫаОН. В биореактор непрерывно добавляли свежую анаэробную среду, чтобы поддерживать заданные уровни биомассы и ацетата в биореакторе.
Периодическая ферментация под давлением в сывороточном флаконе.
Стерильные сывороточные флаконы трижды продували газом, содержащим СО (см. примеры композиций), и затем помещали при пониженном давлении -5 фунтов/кв.дюйм. (-3,45х104 Па). 50 мл активной культуры, содержащей биомассу, ацетат и следы этанола, под атмосферным давлением переносили непосредственно из непрерывного биореактора в сывороточный флакон объемом 234 мл. Затем свободное пространство 204 мл заполняли содержащим СО газом до необходимого избыточного давления. Использовали инкубатор с мешалкой и поддерживали температуру реакции 37°С.
Плотность клеток.
Для определения плотности клеток в этих экспериментах измеряли поглощательную способность образцов при 600 нм (спектрофотометром) и определяли сухую массу путем вычисления согласно опубликованным методикам. Содержание метаболитов оценивали с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и в ряде случаев газовой хроматографии (ГХ).
ВЭЖХ.
Использовали ВЭЖХ серии НРЬС 8ук1еш Лп1еп1 1100. Мобильная фаза: 0,0025н. серная кислота. Скорость потока и давление: 0,800 мл/мин. Колонка: А111есЬ 10А; № в каталоге 9648, 150x6,5 мм, размер частиц 5 мкм. Температура колонки: 60°С. Детектор: индекс преломления. Температура детектора: 45°С.
Способ приготовления образцов.
400 мкл образца и 50 мкл 0,15М Ζη8О4 и 50 мкл 0,15М Ва(О)2 вводили в пробирки Эппендорфа. Пробирки центрифугировали в течение 10 мин при 12000 об/мин при 4°С. 200 мкл супернатанта переносили в пробирку ВЭЖХ, и 5 мкл вводили в инструмент ВЭЖХ.
Газовая хроматография.
Газовый хроматограф НР серии 5890 II с пламенно-ионизационным детектором. Капиллярная колонка ОС: ЕС1000-А111есЬ ЕС1000 30 мх0,25 ммх0,25 мкм. Газовый хроматограф работал в сплитрежиме с общим потоком водорода 50 мл/мин с продувочным потоком 5 мл (разделение потока 1:10), давление на входе в колонку 10 фунтов/кв.дюйм, в результате линейная скорость составляла 45 см/с.
- 22 019266
Температурный режим начинали при 60°С, поддерживали в течение 1 мин, затем доводили до 215°С со скоростью 30°С/мин, затем выдерживали в течение 2 мин. Температура инжектора составляла 210°С и температура детектора 225°С.
Способ приготовления образца.
Образец 500 мкл центрифугировали в течение 10 мин при 12000 об/мин при 4°С. 100 мкл супернатанта переносили в пробирку ГХ, содержащую 200 мкл воды и 100 мкл внутреннего стандартного раствора для введения (10 г/л пропан-1-ола, 5 г/л изомасляной кислоты, 135 мМ хлористо-водородной кислоты). 1 мкл раствора вводили в инструмент ГХ.
Пример 1. Превращение органической кислоты в соответствующий спирт.
Пример 1А. Превращение масляной кислоты в бутанол в реакторе С8ТВ.
Восьмилитровый реактор заполняли 7200 мл среды ЬМ23 и выдерживали в автоклаве в течение 30 мин при 121°С. При остывании среду орошали Ν2. Газ переключали на 95% СО, 5% СО2 перед инокуляцией 160 мл культуры ΟΊοδΙπάίιιιη аШоеШаподепит. В начале культивирования биореактор выдерживали при 37°С при перемешивании 200 об/мин. Во время фазы роста перемешивание ускоряли до 500 об/мин. Доводили рН до 5,5 и поддерживали его автоматическим добавлением 5М №ОН. В активно растущую культуру непосредственно добавляли раствор н-бутирата, который содержал 20 г масляной кислоты, забуференной до рН 5,5. Образцы ферментационного бульона отбирали через 0, 24 и 48 ч после добавления масляной кислоты (см. табл. 1).
Таблица 1 Превращение 20 г н-бутирата в 1-бутанол в 8 л культуры
С.аи1ое1йаподепит, продуцирующей ацетат и этанол, в биореакторе, при поддержании рН 5,5. Исходные условия: активная культура С.аи1ое1йаподепит, продуцирующая ацетат (8,3 г/л) и этанол (5,4 г/л), рН 5,5 и орошение газом, содержащим 95% СО в СО2
| Время (часы) | 0 | 24 | 48 |
| Продуцируемый бутанол (г) | 0, 0 | 4,0 | 8,2 |
Пример 1В. Превращение ацетата и бутирата в соответствующие спирты.
Сывороточные флаконы были подготовлены согласно вышеупомянутой методике. После стабилизации роста микроорганизмов (связанного с выработкой ацетата и небольшого количества этанола) в сывороточный флакон добавляли следующие соединения в 50 мл активной культуры: 1 мл раствора дитионита натрия 10 г/л, 2 мл раствора н-масляной кислоты 100 г/л (рН доводили до 5,5 5М гидроксидом натрия). Газовую фазу заменяли смесью 95% СО, 5% газа СО2 при избыточном давлении 25 фунтов/кв.дюйм. После дополнения кислоты отбирали 1 мл образца для количественного определения метаболитов в разные точки времени (см. табл. 2).
Таблица 2 Превращение н-бутирата в 1-бутанол с использованием культуры С.аи1ое1йаподепит, продуцирующей ацетат и этанол, в сывороточном флаконе при рН 5,5 в присутствии или в отсутствие 0,8 мМ метилвиологена (МВ).
Исходные условия: активная культура С.аи1ое1йаподепит, продуцирующая ацетат (4,7 г/л) и этанол (1,2 г/л), рН 5,5, свободное пространство: избыточное давление 95% СО в СО2 25 фунтов/кв.дюйм
| Время | Концентр. | Концентр. | Концентр. | Концентр. | Концентр. |
| (часы) | метилвиоло | ацетата | этанола | бутирата | бутанола |
| гена (мМ) | (г/л) | (г/л) | (г/л) | (г/л) | |
| 0 | 0 | 4, 50 | 1, 26 | 4,19 | 0,00 |
| 2 | 0 | 5,00 | 1, 40 | 3, 93 | 0,16 |
| 4 | 0 | 4, 19 | 1,28 | 3, 68 | 0,30 |
| 22 | 0 | 4, 61 | 1,44 | 3, 81 | 0,41 |
| 0 | 0, 8 | 4,72 5 | 1,24 | 3, 81 | 0, 00 |
| 2 | 0,8 | 4, 87 | 1, 42 | 3,66 | 0,17 |
| 4 | 0,8 | 4,88 | 1,49 | 3, 42 | 0, 34 |
| 22 | 0, 8 | 4,15 | 1, 84 | 2,27 | 1, 35 |
Присутствие медиатора метилвиологена значительно тормозит превращение н-бутирата в н-бутанол (табл. 2). Кроме того, масляная кислота стехиометрически превращается в бутанол (фиг. 1).
Эти результаты показывают ряд значительных преимуществ по сравнению с ранее опубликованными способами для микробиологического превращения кислот в соответствующие им спирты. Например, здесь впервые показано, что для производства спиртов можно задействовать С1о81ибшт аШоеШаподепит (С.аи1о), которые ранее считались неспособными к продукции спиртов при стандартных условиях ферментации.
Бактериальные клетки не следует собирать перед добавлением кислоты для продукции желаемого спирта; превращение кислоты в спирт проводят непосредственно в культуральной среде. Это значительно сокращает обработку клеток, снижает риск повреждения клетки, которое может быть вызвано центрифугированием и ресуспендированием, и риск подмешивания кислорода.
- 23 019266
Превращение не требует использования медиатора, такого как метилвиологен. Фактически, обнаружено, что добавление метилвиологена ингибирует или, по меньшей мере, уменьшает скорость превращения кислот в спирты. Такие медиаторы часто бывают токсичными. Преимуществом устранения потребности в медиаторе является сокращение работы с токсичными веществами и снижение затрат, связанных с производством спиртов.
По меньшей мере, в случае С.аи!оеШаподепит бактериальные клетки можно сохранять при одинаковом рН и температуре во время фазы роста и фазы конверсии кислоты в спирт (37°С и рН 5,5). Это упрощает процесс и уменьшает риск шока для клеток.
Дополнительно, добавление кислоты во время фазы конверсии бактерии и способность клеток продолжать потреблять монооксид углерода и продуцировать ацетат и этанол (например), в то время, когда в них происходит преобразование добавленных кислот в соответствующие спирты, обеспечивает способ, в котором можно одновременно производить ряд ценных продуктов.
Пример 1С. Превращение разных кислот в соответствующие спирты.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. При этом в пустой флакон добавляли 5 мл водного раствора кислоты и доводили рН до 5,5 с использованием ЫаОН. Перед инокуляцией добавляли дитионат натрия (0,5 мл водного раствора 10 г/л) или цистеин (1 мл водного раствора 6,25 г/л). В каждом сывороточном флаконе создавали избыточное давление 30 фунтов/кв.дюйм газа 95% СО и инкубировали при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали через 72 ч (см. табл. 3).
Таблица 3
Превращение разных кислот в соответствующие спирты с использованием С1ок!п6шт анЮеШаподепит
| Восстанавливающий агент | Кислота | Исходная концентрация кислоты (г/л) | Концентрация спирта через 72 часа (г/л) |
| Дитионат натрия | Пропионовая | 0,9 | 0,14 (пропанол) |
| Дитионат натрия | Пропионовая | 1,4 | 0,38 (пропанол) |
| Дитионат натрия | Масляная | 2,3 | 0,17 (бутанол) |
| Дитионат натрия | Масляная | 3,1 | 0,52 (бутанол) |
| Дитионат натрия | Валериановая | 1,0 | 0,14 (пентанол) |
| Дитионат натрия | Валериановая | 1,7 | 0,24 (пентанол) |
| Дитионат натрия | Гексаноевая | 0,9 | 0,06 (гексанол) |
| Дитионат натрия | Гексаноевая | 1,7 | 0,09 (гексанол) |
| Цистеин | Изовалериановая | 1,41 | 0,03 (3- метилбутанол) |
| Цистеин | 2-Метилмасляная | 1, 87 | 0,06 (2- метилбутанол) |
Как отмечено выше, можно использовать С1ок!п6шт аи!оеШаподепит для превращения ряда кислот в соответствующие им спирты в присутствии восстанавливающего агента. Это также является особенно важным, поскольку известно, что указанные выше кислоты и спирты не являются природно продуцируемыми метаболитами С.аи!о.
Пример 2. Влияние концентрации восстанавливающего агента на продукцию спирта.
Пример 2А. Влияние концентрации дитионита натрия на продукцию спирта
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. При этом перед инокуляцией добавляли дитионат натрия (10 г/л водного раствора). В каждом сывороточном флаконе создавали избыточное давление 30 фунтов/кв.дюйм газа 70% СО, 15% СО2, 14% Ν2, 1% Н2 и инкубировали при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали через 48 ч (см. табл. 4).
Таблица 4 Превращение ацетата в этанол при разных концентрациях дитионита натрия с использованием С1ок!п6шт анЮеШаподепит
| Концентрация | Конечная | Конечная |
| дитионита натрия | концентрация | концентрация |
| (г/л) | ацетата (г/л) | этанола (г/л) |
| 0 | 12,2 | 0,5 |
| 0,1 | 10, 9 | 0,6 |
| 0,15 | 10,1 | 1,0 |
| 0,2 | 9, 6 | 1,9 |
| 0,3 | 10,2 | 1,4 |
| 0,4 | 10,2 | 1,0 |
| 0,5 | 10,2 | 1,0 |
Результаты показывают, что превращение кислоты в спирт происходит при широком диапазоне концентраций восстанавливающего агента, при этом его оптимальная концентрация составляет приблизительно 2 г/л.
- 24 019266
Пример 2В. Влияние концентрации сульфида натрия на продукцию спирта.
Стерильные сывороточные флаконы объемом 234 мл продували 100% газообразным Ν2, затем добавляли 50 мл среды (ЬМ33) согласно приведенной выше методике, затем выдерживали в автоклаве при 121°С в течение 20 мин. Среду восстанавливали раствором Сг(11) (приблизительно 0,4 мМ) и добавляли водный раствор сульфида натрия. В сывороточные флаконы инокулировали 2,5 мл активно растущей культуры С1ов1пбшт аи1ое(Ьаподепит из биореактора непрерывного действия. Свободное пространство объемом 184 мл продували три раза газом 70% СО, 1% Н2, 15% СО2 и 14% Ν2 и создавали пониженное давление -14 фунтов/кв.дюйм, чтобы удалить фоновый Ν2, затем заполняли газом 70% СО, 1% Н2, 15% СО2 и 14% Ν2 до давления 30 фунтов/кв.дюйм. Поддерживали температуру реакции 37°С. Образцы отбирали с интервалами, после забора образцов продували свободное пространство и восстанавливали давление до 30 фунтов/кв.дюйм (см. табл. 5).
Таблица 5
Превращение ацетата в этанол при разных концентрациях сульфида натрия с использованием С1ов!пбшт аи!ое!йаподепит.
Примечание: эксперименты с сывороточными флаконами с разными концентрациями сульфида натрия проводили дважды, представлены средние значения
| Время (час) | 10 мМ Ыа25 | 6 мМ Иа25 | 3 мМ Ыа25 | 1 мМ Ыа25 | 0 мМ Иа25 | |||||
| Ацетат (г/л) | Этанол (г/л) | Ацетат (г/л) | Этанол (г/л) | Ацетат (г/л) | Этанол (р/л} | Ацетат (г/л) | Этанол (г/л) | Ацетат (г/л) | Этанол (г/л) | |
| 5 | 0,46 | 0 | 0,40 | 0 | 0,41 | 0 | 0, 45 | 0 | 0,44 | 0 |
| 23 | 0,50 | 0,09 | 0,49 | 0 | 0,45 | 0 | 0,42 | 0 | 0,89 | 0 |
| 30 | 0,50 | 0 | 0, 54 | 0 | 0,49 | 0 | 0, 42 | 0 | 1,12 | 0 |
| 52 | 0,51 | 0 | 0,49 | 0,20 | 0, 72 | 0 | 0, 42 | 0 | 2,90 | 0 |
| 77 | 0,47 | 0, 19 | 0,35 | 0,37 | 0, 60 | 0,22 | 0,50 | 0,11 | 4,12 | 0 |
| 95 | 0,39 | 0,29 | 0,25 | 0,47 | 0,56 | 0,30 | 0,31 | 0,40 | 4,15 | 0 |
| 102 | 0,35 | 0, 31 | 0,23 | 0,5 | 0, 54 | 0,30 | 0,30 | 0,42 | 4,17 | 0 |
| 118 | 0,33 | 0, 37 | 0,13 | 0, 56 | 0, 52 | 0,31 | 0, 20 | 0, 50 | 4,20 | 0 |
| 126 | 0,33 | 0,4 | 0,18 | 0,58 | 0,53 | 0,35 | 0, 20 | 0, 55 | 4,17 | 0 |
| 143 | 0,31 | 0, 48 | 0,18 | 0,64 | 0,50 | 0,40 | 0,13 | 0,63 | ||
| 166 | 0,24 | 0, 57 | 0,15 | 0,66 | 0,42 | 0,51 | 0, 14 | 0,66 |
Результаты указывают, что, несмотря на наличие короткой фазы задержки, связанной с незначительным увеличением концентрации ацетата, в каждом из флаконов, содержащих сульфид натрия, ацетат превращается в спирт в течение времени эксперимента.
Пример 3. Влияние парциального давления СО.
Пример 3А. Влияние парциального давления СО на продукцию спирта.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. В каждом сывороточном флаконе создавали избыточное давление от 30 до 40 или 50 фунтов/кв.дюйм с использованием 95% СО в газовой смеси СО2 и инкубировали при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали через 18 ч (см. табл. 4).
Таблица 6
Влияние разных показателей избыточного давления в свободном пространстве на метаболизм газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2 при культивировании С.аи1ое1йаподепит в сывороточном флаконе при рН 5,5 через 18 ч ферментации. Исходные условия: непрерывная культура С.аи1ое1йаподепит, содержащая 3,3 г/л ацетата и 0,0 г/л этанола при рН 5,5
| Исходное избыточное давление | 30 фунтов на кв.дюйм абсолютное давление | 40 фунтов на кв.дюйм абсолютное давление | 50 фунтов на кв.дюйм абсолютное давление |
| Ацетат (г/л) | 5,4 | 5,7 | 0,2 |
| Этанол (г/л) | 0,5 | 0,8 | 2,6 |
| Конечное избыточное давление (фунт на кв.дюйм) | 2 | 8 | 29 |
| Падение давления (фунт на кв.дюйм) | 13 | 17 | 6 |
В сосудах биореактора при давлении от 30 до 40 фунтов/кв.дюйм получали приблизительно 2 г/л ацетата и 0,6 г/л этанола, и падение давление в свободном пространстве составляло приблизительно 17 фунтов/кв.дюйм. Это указывает, что для продукции ацетата использовано значительное количество СО.
К удивлению, при давлении 50 фунтов/кв.дюйм потреблялось приблизительно 3 г/л ацетата и получено 2,6 г/л этанола. Результаты указывают, что существует оптимальное пороговое парциальное давле
- 25 019266 ние СО, при котором превращение ацетата в спирт происходит в течение продолжительного периода. Поскольку концентрация СО пропорциональна парциальному давлению СО, результаты указывают, что существует пороговая достаточная концентрация СО, при которой С.аи1о превращает кислоты в спирты. Однако нужно отметить, что системы с более низким давлением также могут превращать кислоты в спирт, но по мере убывания СО превалирует продукция ацетата. Дополнительно, в условиях значительного истощения СО (или Н2) культура может повторно потреблять спирт для продуцирования ацетата (см. пример 4).
Пример 3В. Влияние парциального давления СО на продукцию спирта.
На основе показанных результатов проводили сходную ферментацию с использованием аналогичного газообразного субстрата со средой, дополненной разными источниками углерода. Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. В каждом сывороточном флаконе создавали избыточное давление от 40 или 50 фунтов/кв.дюйм абс. с использованием 95% СО в газовой смеси СО2 и инкубировали при 37°С при постоянном встряхивании. Контрольный биореакторный сосуд (А) оставляли без добавления, тогда как в другие сосуды добавляли некоторое количество фруктозы (В), ксилозы (С) или пирувата (Ό). Эти сосуды инкубировали при 37°С при постоянном встряхивании. Показатели концентрации метаболитов и биомассы, а также избыточное давление в свободном пространстве и рН измеряли в начале ферментации и через 40 ч. Результаты при 40 фунтах на кв.дюйм абс. показаны в табл. 7, результаты при 50 фунтах на кв.дюйм абс. - в табл. 8.
Таблица 7 Метаболизм при избыточном давлении 40 фунтов/кв.дюйм абс. газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2, при культивировании С.аи1ое1йаподепит в сывороточном флаконе при рН 5,5 через 40 ч ферментации.
Исходные условия: непрерывная культура С.аи1ое1йаподепит с уровнем разведения = 0,04 ч-1, непрерывный поток газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2 (отсутствие избыточного давления), продуцирование ацетата и этанола при рН 5,5. Данные концентрации ацетата, этанола, фруктозы, ксилоза, пирувата приведены в г/л. Биомассу рассчитывали как 1 г сухой массы клеток на 1 л. Избыточное давление газа в свободном пространстве приведено в фунтах/кв.дюйм
| А | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Добавка |
| Начало | 6,3 | 0,4 | 0,7 | 25 | 5,5 | |
| Конец | 10,0 | 1,0 | 0,7 | 7 | 4,6 | - |
| Разница | + 3,7 | + 0,6 | +0,0 | -18 | -0,9 | |
| В | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рн | Фруктоза |
| Начало | 6, 3 | 0,5 | 0,7 | 25 | 5,5 | 0,9 |
| Конец | 10, 1 | 1,7 | 0,7 | 9 | 4,6 | 0,0 |
| Разница | + 3,8 | +1,2 | + 0,0 | -16 | -0,9 | -0,9 |
| С | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Ксилоза |
| Начало | 6, 1 | 0,4 | 0,7 | 25 | 5,5 | 0,8 |
| Конец | 9,8 | 1,4 | 0, 9 | 7 | 4,6 | 0,1 |
| Разница | + 3,7 | + 1,0 | +0,2 | -18 | -0,9 | -0,7 |
| Э | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Пируват |
| Начало | 7,0 | 0,0 | 0,8 | 25 | 5,5 | 0,8 |
| Конец | 10, 1 | 0,8 | 0,7 | 8 | 4,8 | 0,0 |
| Разница | + 3,1 | + 0, 8 | -0,1 | -17 | -0,7 | -0,8 |
Во всех сосудах биореактора при 40 фунтах/кв.дюйм абс. во всех тестированных в изобретении условиях было получено приблизительно 3,5 г/л ацетата и незначительное количество этанола. Понижение давления в свободном пространстве составляло приблизительно 17 фунтов/кв.дюйм. Это указывает, что значительная часть СО потреблялась для продукции ацетата. рН уменьшался приблизительно на 0,9 до 4,6 единиц. Во всех случаях наблюдался минимальный рост микроорганизмов.
- 26 019266
Таблица 8 Метаболизм при избыточном давлении 50 фунтов/кв.дюйм абс. газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2, при культивировании С.аи!ое!йаподепит в сывороточном флаконе при рН 5,5 через 40 ч ферментации. Исходные условия: непрерывная культура С.аи!ое1Баподешт с уровнем разведения = 0,04 ч-1, непрерывный поток газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2 (отсутствие избыточного давления), продукция ацетата и этанола при рН 5,5. Данные концентрации ацетата, этанола, фруктозы, ксилоза, пирувата приведены в г/л. Биомассу рассчитывали как 1 г сухой массы клеток на 1 л. Избыточное давление газа в свободном пространстве приведено в фунтах/кв.дюйм
| А | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Добавка |
| Начало | 6,3 | 0,4 | 0,7 | 35 | 5, 5 | |
| Конец | 1,1 | 4,3 | 0,4 | 25 | 6,4 | - |
| Разница | 5,2 | + 3,9 | -0,3 | -10 | + 0, 9 | |
| В | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Фруктоза |
| Начало | 6,3 | 0,5 | 0,7 | 35 | 5,5 | 0,9 |
| Конец | 1,9 | 3,9 | 0,4 | 28 | 6,4 | 0,0 |
| Разница | -4,4 | + 3,4 | -0,3 | 7 | +0, 9 | -0,9 |
| С | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Ксилоза |
| Начало | 6,1 | 0,4 | 0,7 | 35 | 5, 5 | 0,8 |
| Конец | 2,8 | 3,4 | 0,4 | 30 | 6,4 | 0,0 |
| Разница | -3, 3 | + 3, 0 | -о,з | -5 | +0, 9 | -0,8 |
| β | Ацетат | Этанол | Биомасса | Избыточное давление | рН | Пируват |
| Начало | 7,0 | 0, 0 | 0,8 | 35 | 5,5 | 0,8 |
| Конец | 1,5 | 4,5 | 0,4 | 26 | 6,5 | 0,0 |
| Разница | -5, 5 | + 4,5 | -0,4 | -9 | + 1,0 | -0,8 |
Во всех сосудах биореактора при 50 фунтах/кв.дюйм абс. во всех тестированных выше условиях было получено более 3 г/л этанола. Существует выраженная корреляция между поглощением ацетата и продукцией этанола. Потребление ацетата/продукция этанола происходит таким способом, что на каждый моль поглощенного ацетата был произведен примерно 1 моль этанола (табл. 9). Однако добавочный углевод (или пируват) поглощался в значительной степени и уменьшался уровень биомассы, что оценивали по оптической плотности. В каждом случае падение давления в свободном пространстве было ниже 10 фунтов/кв.дюйм. Во всех случаях рН увеличивался примерно от 0,9 до 6,4.
Таблица 9
Молярные соотношения для периодической ферментации при избыточном давлении 35 фунтов/кв.дюйм на основе результатов, показанных в табл. 2 и 3
| Только газ | Газ и фруктоза | Газ и ксилоза | Газ и пируват | |
| 1. Ацетат поглощенный/ацетат исходный | 0,83 | 0,70 | 0,54 | 0,79 |
| 2. Ацетат исходный/этанол произведенный | 0,81 | 0,70 | 0,64 | 0,84 |
| 3. Этанол произведенный/ацет ат поглощенный | 0, 98 | 1,01 | 1,19 | 1,07 |
Данное количество поглощенного ацетата/исходного ацетата (строка 1), т.е. по меньшей мере 50% и в некоторых случаях более чем 75% ацетата, присутствующего в ферментационном бульоне, потребляется при повышенном давлении. Данное количество произведенного этанола/исходного ацетата (строка 2), т.е. по меньшей мере 60% и в некоторых случаях по меньшей мере 80%, потребляемой кислоты замещается спиртом. По данным произведенного этанола/поглощенного ацетата (строка 3), существует выраженная корреляция между количеством потребляемого в процессе ферментации ацетата и произведенным спиртом. Теоретический уровень СО, растворенного в среде при избыточном давлении в свободном пространстве 40 и 50 фунтов/кв.дюйм абс., рассчитан в табл. 10 на основе закона Генри.
- 27 019266
Таблица 10 Вычисление концентрации растворенного СО в среде при разных показателях избыточного давления в свободном пространстве газообразного субстрата, содержащего 95% СО в СО2. Константа Генри для СО в воде при температуре 298К составляет 1052,6 л-атм-мол-1
| Избыточное давление в свободном пространстве | Фунты на кв.дюйм абс. | 40 | 50 |
| Парциальное давление СО в свободном пространстве | Фунты на кв.дюйм | 37,7 | 47,2 |
| Концентрация СО, растворенного в среде | ммоль/л | 2,43 | 3,05 |
Представленные выше результаты показывают, что существует значение парциального давления СО, выше которого происходит значительное изменение метаболизма С.аи1ое1йаподепит от продукции ацетата и биомассы из субстрата СО до превращения по меньшей мере части ацетата в этанол. Таким образом, при парциальном давлении СО ниже 37 фунтов/кв.дюйм ацетат и биомасса являются основными продуктами метаболизма газа СО, рН становится кислым, и ингибируется дальнейший рост. Если парциальное давление СО выше 37 фунтов/кв.дюйм, выявлено ингибирование роста биомассы и продукции ацетата, и происходит потребление ацетата. Кроме того, производство этанола происходит с незначительным потреблением СО. В то же время растет рН до достижения 6,5, при этом обнаружено значительное ингибирование бактерий и останавливается превращение ацетата в этанол. Не обнаружено какого-либо значимого влияния фруктозы, ксилозы или пирувата при тестированной концентрации.
Пример 3С. Влияние парциального давления СО на продукцию спирта.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление указанного газа в каждом сывороточном флаконе составляло 25 фунтов/кв.дюйм (40 фунтов/кв.дюйм), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали с интервалами 1, 3 и 5 ч (см. табл. 11).
Результаты указывают, что достаточным пороговым парциальным давлением СО, в котором кислоты превращаются в спирты, является давление менее 20 фунтов/кв.дюйм абс. В коротких временных рамках реакции (см. примеры 3А-3С) ацетат превращается в спирт, по существу, стехиометрически при всех тестированных показателях парциального давления СО.
- 28 019266
Соответственно, парциальное давление СО выше 20 фунтов/кв.дюйм абс. является достаточным, чтобы С’.аиЮ превращали кислоты в спирты.
Пример 4. Влияние газовой композиции.
Пример 4А. Влияние чистого газа на превращение ацетата в этанол.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление указанного газа в каждом сывороточном флаконе составляло 25 фунтов/кв.дюйм (40 фунтов/кв.дюйм), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали с интервалами 1, 3 и 5 ч (см. табл. 12).
Таблица 12
Превращение ацетата в этанол с использованием ОоЧпбшт анЮеШаподепит с использованием альтернативных газовых композиций
| Композиция газа | Время | Концентрация ацетата (г/л) | Концентрация этанола (г/л) | Давление (фунты на кв.люйм изб.) |
| 100% ν2 | ||||
| 0 | 12,531 | 0,133 | 26, 1 | |
| 1 | 12,742 | 0 | 27,5 | |
| 3 | 12,394 | 0 | 27,1 | |
| 5 | 12,551 | 0 | 26, 6 | |
| 100% н2 | ||||
| 0 | 12,531 | 0,133 | 25,8 | |
| 1 | 11,921 | 0,384 | 24,8 | |
| 3 | 11,811 | 0,527 | 23,3 | |
| 5 | 11,998 | 0,546 | 22,5 | |
| Отработанный газ сталелитейного производства (примерно 53% СО, 18% СО2; 26% Ν2) | ||||
| 0 | 12,531 | 0,133 | 24,8 | |
| 1 | 11,256 | 1,007 | 23,6 | |
| 3 | 10,668 | 1,605 | 20,6 | |
| 5 | 11,688 | 1,362 | 16,7 |
Результаты ясно указывают на необходимость газа-восстановителя, такого как СО или Н2, чтобы С.аиЮ превращали кислоты в спирты. Предполагается, что вместо СО можно использовать водород, поскольку метаболический путь от кислот до спиртов включает ферменты гидрогеназы. Дополнительно предполагается, что Н2 является подходящим источником энергии для превращения кислот в спирты, однако для биосинтеза и/или производства ацетата необходим источник углерода, а также источник энергии, и Н2 не будет полноценным источником.
Пример 4В. Влияние газовой композиции на продукцию этанола.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. При этом перед инокуляцией во флаконы вводили раствор масляной кислоты, забуференный до рН 5,5 водным ЫаОН. Начальные концентрации в точке времени 1=0 составляли 6,7 г/л ацетата и 0,8 г/л бутирата (в отсутствие этанола или бутанола). Образцы ферментационного бульона отбирали через 24 ч (см. табл. 13).
Таблица 13
Превращение кислот в спирты при разных значениях парциального давления СО с использованием С1ойпбшт аи!ое!йаподепит в присутствии и в отсутствие водорода
| Композиция газа | Концентрация ацетата (г/л) | Концентрация этанола (г/л) | Концентрация бутирата (г/л) | Концентрация бутанола (г/л) |
| 100% СО (40 фунтов на кв.дюйм абс.) | 4,7 | 1,8 | 0,4 | 0,3 |
| 100% СО (50 фунтов на кв.дюйм абс.) | 4,2 | 1,9 | 0,3 | 0,4 |
| 75% СО 25% Н2 (40 фунтов на кв.дюйм абс.) | 5,5 | 1,3 | 0,5 | 0,2 |
| 60% СО 40% Н2 (50 фунтов на кв.дюйм абс.) | 5,0 | 1,6 | 0,5 | 0,5 |
Кислоты, такие как масляные и уксусные, можно превращать в спирты, включающие этанол и бутанол, в присутствии субстратов со смесью СО/Н2. Очевидно, что в отсутствие Н2 увеличенное парциальное давление СО улучшает общее превращение. Таким образом, присутствие Н2, в частности, при высоком парциальном давлении также улучшает общее превращение.
- 29 019266
Пример 4С. Влияние газовой композиции на продукцию этанола.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление указанного газа в каждом сывороточном флаконе составляло 35 фунтов/кв.дюйм (50 фунтов/кв.дюйм абс.), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали через 18 ч (см. табл. 14).
Таблица 14
Превращение ацетата в этанол при разных показателях парциального давления СО с использованием С1ойпбшт анЮсШаподспит в присутствии и в отсутствие водорода
| Композиция газа | Изменения концентрации ацетата | Изменения концентрации этанола | Конечное давление газа (фунтов на кв.дюйм абс.) | ||
| г/л | г/л | СО | Н2 | СО2 | |
| 100% СО | -1,6 | + 2,3 | 37 | - | 9 |
| 40% СО; 40% Н2; 20% Ν2 | -1,2 | +2, 5 | 0 | 8 | 11 |
Смешанные субстраты, содержащие СО и Н2, можно использовать для превращения кислот в спирты в присутствии С.аи1о. Интересно, что на протяжении эксперимента продукция спирта была значительно больше, чем потребление ацетата. Это показывает, что ацетат может стехиометрически превращаться в этанол, однако происходит накопление дополнительного ацетата, который может превращаться в спирт до полного потребления СО.
Пример 4Е. Влияние парциального давления СО и Н2 на продукцию спирта.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление указанного газа в каждом сывороточном флаконе составляло 35 фунтов/кв.дюйм (50 фунтов/кв.дюйм абс.), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали с интервалами 1,5, 3, 5 и 24 ч (см. табл. 15).
Результаты показывают, что при повышенном уровне Н2 наблюдается улучшение общего превращения кислот в спирты. Однако предполагается, что этанол превращается обратно в ацетат, поскольку истощается содержание Н2 в течение эксперимента, в особенности при низком содержании Н2 (например, 20%).
Пример 4Е. Влияние парциального давления СО в отработанном газе сталелитейного производства.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление отработанного газа сталелитейного производства (примерно 53% СО; 18% СО2; 26% Ν2; 3% Н2) в каждом сывороточном флаконе составляло 25 фунтов/кв.дюйм (40 фунтов на кв.дюйм абс.), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали с интервалами 1, 3 и 5 ч (см. табл. 16).
- 30 019266
Таблица 16
Превращение ацетата в этанол при разных значениях парциального давления СО с использованием отработанного газа сталелитейного производства
| Исходное давление газа | Время | Концентрация ацетата (г/л) | Концентрация этанола (г/л) | Давление (фунты на кв.дюйм изб.) |
| 46 фунтов на кв.дюйм абс. | ||||
| 0 | 14,217 | 0,224 | 31 | |
| 1 | 13,335 | 0, 696 | 31,2 | |
| 3 | 12,775 | 1,811 | 26,4 | |
| 5 | 13,053 | 2,197 | 21,2 | |
| 40 фунтов на кв.дюйм абс. | ||||
| 0 | 14,217 | 0,224 | 25 | |
| 1 | 13,395 | 0, 665 | 26, 1 | |
| 3 | 12,896 | 1,77 | 21,2 | |
| 5 | 14,012 | 1,675 | 15,6 | |
| 30 фунтов на кв.дюйм абс. | ||||
| 0 | 14,217 | 0,224 | 15 | |
| 1 | 13,485 | 0,623 | 15, 9 | |
| 3 | 12,909 | 1,742 | 11,9 | |
| 5 | 14,363 | 1,364 | 8,2 |
Для превращения кислот в спирты можно использовать отработанные газы сталелитейного производства. Повышение парциального давления СО в отработанном газе обладает полезным действием на превращение кислоты.
Пример 4С. Влияние парциального давления СО2 на продукцию этанола.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. Избыточное давление указанного газа в каждом сывороточном флаконе составляло 35 фунтов/кв.дюйм (50 фунтов/кв.дюйм абс.), инкубацию проводили при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали с интервалами 1, 3 и 5 ч (см. табл. 17).
Таблица 17
Превращение ацетата в этанол при разных значениях парциального давления СО2 с использованием С1ойпйшт аиЮс1Наподспит
| Композиция газа | Время | Концентрация ацетата (г/л) | Концентрация этанола (г/л) | Давление (фунты на кв.дюйм изб.) | |
| 40% СО; | 60% ц2 | ||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,798 | 0,502 | 35,3 | ||
| 3 | 8, 31 | 1,076 | 33,3 | ||
| 5 | 7,89 | 1,478 | 30,9 | ||
| 40% СО; 50% 1’2; 10% СО2 | |||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,721 | 0,509 | 35 | ||
| 3 | 8,078 | 1,092 | 33,4 | ||
| 5 | 7,69 | 1,511 | 31,1 | ||
| 40% СО; 40% 1 | 1·; 20% СО2 | ||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,778 | 0,488 | 35,4 | ||
| 3 | 8,115 | 1, 057 | 32,9 | ||
| 5 | 7,383 | 1,461 | 31,2 | ||
| 40% СО; 30% н2,- 30% СО2 | |||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,763 | 0, 473 | 34 | ||
| 3 | 8,12 | 0,994 | 32,8 | ||
| 5 | 7,769 | 1,4 | 31 | ||
| 40% СО; 20% Ц2; 40% СО2 | |||||
| 1 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,7 61 | 0,465 | 34 | ||
| 1 з | 8,191 | 0, 962 | 32,9 | ||
| 1 5 | | 7,771 | | 1,366 | | зо, 6 | ||
| 40% СО; 10% | Н:; 50% СО2 | ||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 9,255 | 0 | 34,5 | ||
| 3 | 9, 527 | 0, 106 | 34 | ||
| 5 | 9,131 | 0,235 | 33 | ||
| 40% СО; | 60% СО2 | ||||
| 0 | 9,256 | 0 | 35 | ||
| 1 | 8,814 | 0,384 | 32,2 | ||
| 3 | 8,23 | 0, 737 | 31,5 | ||
| 5 | 8,365 | 1, 046 | 30 |
- 31 019266
Содержащие СО субстраты, в которых содержится множество компонентов, могут служить для превращения кислот в спирты. Вместе с тем отмечено, что увеличенное содержание СО2 имеет небольшой ингибирующий эффект на выработку спирта.
Пример 5. Эффект добавления формиата.
Пример 5А. Концентрация формиата в порционных сосудах.
Сывороточные флаконы подготавливали согласно описанному выше. При этом перед инокуляцией в пустой флакон вводили водный раствор формиата и доводили рН до 5,5 с использованием ЫаОН. Избыточное давление газа 50% СО; 12,5% СО2; 37,5% Ν2 в каждом сывороточном флаконе составляло 25 фунтов/кв.дюйм, и проводили инкубацию при 37°С при постоянном встряхивании. Образцы ферментационного бульона отбирали через 72 ч (см. табл. 18).
Таблица 18
Превращение ацетата в этанол в присутствии формиата при разных концентрациях с использованием ОоЦпбшт аи1ое1йапо§епит
| Концентрация формиата (г/л) | Время (час) | Концентрация ацетата (г/л) | Концентрация этанола (г/л) | Давление (фунтов на кв.дюйм изб.) |
| 0 г/л | ||||
| 0 | 11,10 | 0 | 25 | |
| 1 | 11,36 | 0 | 25 | |
| 4 | 10, 98 | 0,25 | 22, 9 | |
| 20 | 13, 38 | 0,158 | 13,3 | |
| 48 | 13, 00 | 0,16 | 13 | |
| 72 | 13,70 | 0,17 | 12,7 | |
| 2 г/л | ||||
| 0 | 9,6 | 0 | 25 | |
| 1 | 8,7 | 1,02 | 25 | |
| 4 | 7,3 | 2,22 | 22, 9 | |
| 20 | 6,4 | 3,12 | 20,1 | |
| 48 | 6,1 | 3, 99 | 19,9 | |
| 72 | 5, 9 | 4,28 | 18,1 | |
| 5 г/л | ||||
| 0 | 9, 6 | 0 | 25 | |
| 1 | 8,7 | 0,85 | 25 | |
| 4 | 7,3 | 1,92 | 22, 9 | |
| 20 | 6,4 | 2,65 | 20, 7 | |
| 48 | 6, 1 | 3, 44 | 19,9 | |
| 72 | 5,9 | 3,76 | 19, 1 |
В отсутствие формиата С.аи!о продолжает продуцировать ацетат и небольшое количество спирта. Однако при добавлении формиата к реакции ферментации ацетат превращается в спирт, по существу, в стехиометрическом количестве. Скорость конверсии является наиболее высокой при низких концентрациях формиата (2 г/л), что указывает на возможность ингибирующего и/или токсического эффекта при более высоких концентрациях формиата.
Пример 5В. Добавление формиата в реактор С8ТК.
Инокулировали 5 л анаэробной ферментационной среды (приготовленной, как описано выше) в 5-литровом реакторе С8ТК с содержанием 5% (об./об.) активно растущей культуры С1о81пбшт аи1ое1йаподепит (И8М2 19630). В основание биореакторного сосуда вводили непрерывный поток газа 70% СО, 15% СО2, 1% Н2, 14% Ν2 через диффузный разбрызгиватель с объемной скоростью потока 60 мл/мин. В биореакторе поддерживали исходный рН 5,5. Через несколько дней роста микроорганизмов устанавливали непрерывную культуру с использованием подключения насоса для подачи свежей ферментационной среды, распыляемой в реактор С8ТК с использованием Ν2 со скоростью 2 мл/мин. Использовали датчики уровня, чтобы в сосуде биореактора поддерживать корректный уровень культуры, который устанавливали с использованием анализа уровня и насоса с автоматическим включением при чрезмерном повышении уровня в сосуде биореактора, откачивающего культуру из сосуда, чтобы обратно снизить уровень до заданного параметра; это позволяет стабилизировать доставку свежей среды в культуру и поддерживать активный рост и высокую жизнеспособность культуры.
Через нескольких дней непрерывной работы прекращали подачу свежей среды и возвращались к периодической работе биореактора.
В точке времени 1=0 (фиг. 2) добавляли муравьиную кислоту (15 мл) и рН доводили до 5,5 добавлением ЫаОН. В течение приблизительно 30 мин рН ферментационной среды повышался до 6 по мере потребления ацетата и выработки этанола в культуре. После этого дополнительно добавляли муравьиную кислоту (3 мл) для обратного снижения рН до 5,5. В точке времени примерно 1=60 мин вводили муравьиную кислоту через дозирующий насос, приспособленный для автоматической дозированной подачи в реактор, при повышении рН выше установленного значения 5,5. Насос, дозирующий формиат, работал приблизительно 5 ч, в течение которых культура потребляла ацетат и продуцировала этанол.
Результаты показывают, что непрерывно продуцирующую ацетат реакцию ферментации можно переключать от выработки ацетата к превращению ацетата в спирт путем пертурбации системы, например
- 32 019266 добавлением формиата. Превращение является, по существу, стехиометрическим в течение эксперимента.
Пример 6. Влияние дополнительного добавления ацетата.
Среду для анаэробной ферментации в количестве 1 л (приготовленную, как описано выше, со следующими изменениями: к стоковому раствору добавляли витаминный раствор более низкой концентрации [0,4 мл/л Ь803 без пантотеновой кислоты и 500 мкл/л раствора пантотеновой кислоты (40 мг/л)]) в реакторе С8ТК объемом 1 л инокулировали активно растущей культурой С1ойпйшт аи1ое1йаподепит с уровнем содержания 5% (об./об.) (Ό8ΜΖ 19630). В основание биореакторного сосуда вводили непрерывный поток газа 35% СО, 60% Н2, 5% СН4 через диффузный разбрызгиватель с объемной скоростью потока 10 мл/мин. В биореакторе поддерживали исходный рН 5,5. Через несколько дней роста микроорганизмов увеличивали подачу газа до 20 мл/мин и скорость перемешивания увеличивали от 200 до 500 об/мин. Устанавливали непрерывную культуру путем введения свежей среды (приготовленной, как описано выше, со следующими изменениями: к стоковому раствору добавляли витаминный раствор более низкой концентрации [0,4 мл/л Ь803 без пантотеновой кислоты и 1 мл/л раствора пантотеновой кислоты (40 мг/л)]), поддерживая постоянный объем среды в биореакторе. Скорость подачи свежей среды увеличивали от 6 до 54 мл/ч на протяжении нескольких недель. Через несколько недель непрерывной работы изменяли вводимый газ на 35% СО, 45% Н2, 15% СН4, 5% СО2 и продолжали работу в течение нескольких недель. Продукцию этанола поддерживали на уровне приблизительно 6 г/л/день. На 52 день в свежую среду, подаваемую в непрерывную культуру, в течение 2 дней добавляли 15 г/л уксусной кислоты, забуференной до рН 5,5. В это время продукция спирта увеличивалась примерно до 15 г/л (день 53, фиг. 3), затем до 12 г/л (день 54). Предполагается, что большая часть ацетата, введенного в биореактор, превращается в спирт.
Результаты показывают, что можно улучшать выработку спирта в реакции ферментации, непрерывно продуцирующей спирт или спирты, путем добавления дополнительной кислоты или кислот. Добавление дополнительной кислоты или кислот (например, ацетата) вызывает пертурбацию реакции ферментации таким образом, что значительная часть добавленной кислоты или кислот превращается в спирт или спирты, например этанол.
Пример 7. Влияние рН на продукцию этанола с использованием содержащего СО газа.
Среду для анаэробной ферментации ЬМ33 в количестве 1 л в реакторе С8ТК объемом 1 л инокулировали 5% (об./об.) активно растущей культурой С1ойпйшт аи1ое1йаподепит (Ό8ΜΖ 19630). В основание биореакторного сосуда вводили непрерывный поток газа 70% СО, 15% СО2, 1% Н2, 14% Ν2 через диффузный разбрызгиватель с объемной скоростью потока 19 мл/мин. В биореакторе поддерживали исходный рН 5,5. В целом в эксперименте поддерживали концентрацию уксусной кислоты в культуре ниже 4 г/л с помощью рециркуляции клеток и системы замены среды. Клетки проходили через мембранные фильтры У1уа 200 с перекрестным течением, фильтрат собирали и клетки возвращали в сосуд реактора. Фильтрат заменяли свежей средой, чтобы гарантировать постоянный объем среды в реакторе. На 3 день отключали систему рециркуляции клеток и повышали рН, который поддерживали на уровне приблизительно 5,6 в течение 3 дней, при ОВП в диапазоне от -400 до -430 мВ. рН доводили примерно до 5,9 и ОВП уменьшали примерно до -470 мВ.
Полученные результаты показывают, что при рН 5,6 ацетат и этанол продуцируются одновременно, при избытке ацетата. На фиг. 4 показано, что указанная стадия ферментации также связана с периодом роста микроорганизмов. При повышении рН ОВП снижается примерно до -470 мВ и скорость продукции спирта возрастает примерно до 1,2 г/л/день, при этом некоторое количество ацетата потреблялось со скоростью приблизительно 0,2 г/л/день. Соответственно, микробную культуру можно переключать от фазы продукции, в которой вырабатывается ацетат, к конверсионной фазе, где ацетат превращается в этанол, путем регулирования рН жидкой питательной среды.
Настоящее изобретение описано в отношении некоторых предпочтительных вариантов осуществления, что позволит читателю применять на практике изобретение без неоправданного экспериментирования. Специалистам в данной области техники будет понятно, что к изобретению могут быть применимы вариации и модификации, а дополнение к конкретно описанным вариантам. Следует подразумевать, что изобретение включает все такие изменения и модификации. Кроме того, названия, заголовки или подобное приведены для улучшения понимания настоящего описания читателем и не должны рассматриваться как ограничение объема настоящего изобретения.
Полные раскрытия всех заявок, патентов и публикаций, цитированных в описании, при их наличии, включены в настоящее описание посредством ссылки.
Ссылка на любой предшествующий уровень в настоящем описании не является и не должна рассматриваться как утверждение или какая-либо форма предположения, что предшествующий уровень техники является частью общепринятого общего знания в любой стране мира.
Везде в настоящем описании и во всей последующей формуле изобретения, если по контексту не требуется иное, слова содержат, содержащий и подобное должны рассматриваться в смысле включения, в противоположность исключающему смыслу, т.е. в смысле включающий, но без ограничения ими.
Claims (18)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ превращения кислоты или кислот в соответствующий спирт или спирты с использованием микробной культуры в присутствии субстрата, содержащего СО или СО и Н2, где упомянутый способ включает:(a) культивирование в биореакторе одного или нескольких штаммов карбоксидотрофических бактерий в присутствии упомянутого субстрата для производства одной или нескольких кислот и, необязательно, одного или нескольких спиртов; и (b) пертурбацию микробной культуры таким образом, что по меньшей мере часть микробной культуры переключалась, по существу, от фазы продукции, по существу, к фазе конверсии, в результате чего по крайней мере часть по крайней мере одной из упомянутой одной или нескольких кислот превращается в его соответствующий спирт; и (c) восстановление по крайней мере части спиртов.
- 2. Способ по п.1, где концентрация Н2 в субстрате менее 40 об.%.
- 3. Способ по п.2, где концентрация Н2 в субстрате менее 5 об.%.
- 4. Способ по п.1, где бактерии выбирают из группы, состоящей из Оойпбшт. Мооге11а, Ругососсик, ЕиЪас1ег1ит. Иеки1ГоЪас!егшт, СагЪохубоФегтик, АсеФдешит, АсеФЬас1ег1ит, АсеФаиаегоЪшт, ВШупЬасФпит и РерФйгерФсоссик.
- 5. Способ по п.1, где карбоксидотрофическая бактерия имеет все характерные признаки штамма С1ок!п6шт аиФе!йаподепит, депонированного в немецком Центре коллекции биологических материалов (Ό8ΜΖ) под идентификационным номером депозита 10061.
- 6. Способ по п.1, где одна или несколько кислот на стадии (а) непрерывно производятся и одна или несколько кислот непрерывно превращаются в его соответствующий спирт на стадии (Ъ).
- 7. Способ по п.1, где один или несколько спиртов производятся на стадии (а) и, по существу, большее количество кислоты относительно количества спирта, полученного на стадии (а), производится на стадии (а).
- 8. Способ по п.1, где кислота, полученная на стадии (а), представляет собой ацетат, а соответствующий спирт представляет собой этанол.
- 9. Способ по п.8, дополнительно включающий добавление кислоты в биореактор в течение стадии (а) и/или стадии (Ъ) и превращение упомянутой добавленной кислоты в соответствующий спирт.
- 10. Способ по п.1, где кислота(ы) на стадии (а) или (Ъ) является(ются) моно- или дикарбоновой(ыми).
- 11. Способ по п.1, где стадия пертурбации включает одно или несколько из следующего:a) регулирование рН жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру;b) регулирование окислительно-восстановительного потенциала жидкой питательной среды, содержащей микробную культуру;c) добавление второй кислоты в биореактор;6) добавление одного или нескольких восстанавливающих агентов в биореактор;е) регулирование концентрации СО в жидкой питательной среде, содержащей микробную культуру; Г) регулирование парциального давления СО в биореакторе.
- 12. Способ по п.1, дополнительно включающий проведение стадии (а) в первом биореакторе и стадию (Ъ) во втором биореакторе.
- 13. Способ по п.1, где субстрат, включающий СО, содержит по крайней мере от 15 до примерно 100% объема СО.
- 14. Способ по п.11, где стадия пертурбации включает добавление второй кислоты, которая выбирается из группы, состоящей из формиата, ацетата и их смесей.
- 15. Способ по п.11, где стадия пертурбации включает добавление восстанавливающего агента, который выбирается из группы, состоящей из дитионита натрия, цистеина, сульфида натрия и их смесей.
- 16. Способ по п.11, где стадия пертурбации включает регулирование концентрации СО путем повышения концентрации СО в жидкой питательной среде по крайней мере на 1 ммоль.
- 17. Способ по п.11, где стадия пертурбации включает регулирование парциального давления СО путем повышения парциального давления по крайней мере на 15 фунтов/кв.дюйм.
- 18. Способ по п.11, где стадия пертурбации включает регулирование парциального давления СО путем повышения парциального давления выше достаточной пороговой концентрации по крайней мере 37 фунтов/кв.дюйм.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US3606108P | 2008-03-12 | 2008-03-12 | |
| US8425708P | 2008-07-28 | 2008-07-28 | |
| PCT/NZ2009/000023 WO2009113878A1 (en) | 2008-03-12 | 2009-02-18 | Microbial alcohol production process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201071067A1 EA201071067A1 (ru) | 2011-04-29 |
| EA019266B1 true EA019266B1 (ru) | 2014-02-28 |
Family
ID=41065426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201071067A EA019266B1 (ru) | 2008-03-12 | 2009-02-18 | Микробиологический способ производства спирта |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8119378B2 (ru) |
| EP (1) | EP2250274B1 (ru) |
| JP (2) | JP2011512869A (ru) |
| KR (2) | KR20130084704A (ru) |
| CN (1) | CN101998997B (ru) |
| AU (1) | AU2009224112B9 (ru) |
| BR (1) | BRPI0909334B1 (ru) |
| CA (1) | CA2718219C (ru) |
| EA (1) | EA019266B1 (ru) |
| ES (1) | ES2536786T3 (ru) |
| HK (1) | HK1150631A1 (ru) |
| NZ (1) | NZ587563A (ru) |
| PT (1) | PT2250274E (ru) |
| WO (1) | WO2009113878A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201006146B (ru) |
Families Citing this family (75)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ560757A (en) * | 2007-10-28 | 2010-07-30 | Lanzatech New Zealand Ltd | Improved carbon capture in microbial fermentation of industrial gases to ethanol |
| CN102292447A (zh) | 2008-12-01 | 2011-12-21 | 兰扎泰克新西兰有限公司 | 改进的发酵介质 |
| CN102361989B (zh) * | 2009-01-29 | 2014-03-12 | 兰扎泰克新西兰有限公司 | 醇的生产方法 |
| EP2401359B1 (en) | 2009-02-26 | 2018-07-25 | Lanzatech New Zealand Limited | Methods of sustaining culture viability |
| CN102471783A (zh) * | 2009-07-02 | 2012-05-23 | 新西兰郎泽科技公司 | 醇生产方法 |
| AU2011205873B2 (en) | 2010-01-14 | 2012-09-27 | Lanzatech Nz, Inc. | Alcohol production process |
| US8143037B2 (en) * | 2010-03-19 | 2012-03-27 | Coskata, Inc. | Ethanologenic Clostridium species, Clostridium coskatii |
| TW201224151A (en) * | 2010-08-26 | 2012-06-16 | Lanzatech New Zealand Ltd | A process |
| AU2011316891B2 (en) * | 2010-10-22 | 2013-09-19 | Lanzatech Nz, Inc. | Methods and systems for the production of hydrocarbon products |
| US20110236941A1 (en) * | 2010-10-22 | 2011-09-29 | Lanzatech New Zealand Limited | Recombinant microorganism and methods of production thereof |
| CN103314110B (zh) * | 2010-10-29 | 2017-06-23 | 朗泽科技新西兰有限公司 | 用于产生烃产物的方法和系统 |
| US20110256600A1 (en) * | 2011-02-02 | 2011-10-20 | Lanzatech New Zealand Limited | Recombinant Microorganisms and Methods of Use Thereof |
| US20130224839A1 (en) * | 2011-02-02 | 2013-08-29 | Lanzatech New Zealand Limited | Recombinant Microorganism and Methods of Production Thereof |
| US9410130B2 (en) | 2011-02-25 | 2016-08-09 | Lanzatech New Zealand Limited | Recombinant microorganisms and uses therefor |
| MY168208A (en) * | 2011-02-25 | 2018-10-15 | Lanzatech New Zealand Ltd | Recombinant microorganisms and uses therefor |
| US9365868B2 (en) | 2011-02-25 | 2016-06-14 | Lanzatech New Zealand Limited | Fermentation process for producing isopropanol using a recombinant microorganism |
| US9725688B2 (en) * | 2011-06-30 | 2017-08-08 | Peter Simpson Bell | Bioreactor for syngas fermentation |
| CN103781912A (zh) * | 2011-09-08 | 2014-05-07 | 新西兰郎泽科技公司 | 一种发酵方法 |
| US8551746B2 (en) * | 2011-09-21 | 2013-10-08 | Coskata, Inc. | Method for controlling undesirable byproducts formation caused by contaminating organisms in the production of ethanol from syngas |
| US8980597B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-03-17 | Coskata, Inc. | From carbon monoxide and hydrogen anaerobic fermentation processing using a pre-reactor/deep tank reactor system |
| US8936927B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-01-20 | Coskata, Inc. | Processes for starting up deep tank anaerobic fermentation reactors for making oxygenated organic compound from carbon monoxide and hydrogen |
| US8771999B2 (en) | 2011-09-23 | 2014-07-08 | Coskata, Inc. | Low energy, high substrate efficiency, anaerobic, deep, bubble column fermentation processes |
| US8895274B2 (en) | 2011-11-28 | 2014-11-25 | Coskata, Inc. | Processes for the conversion of biomass to oxygenated organic compound, apparatus therefor and compositions produced thereby |
| US8609380B2 (en) | 2012-01-06 | 2013-12-17 | Coskata, Inc. | Sulfide generation process and system for syngas fermentation |
| KR101511639B1 (ko) * | 2012-01-31 | 2015-04-16 | 란자테크 뉴질랜드 리미티드 | 재조합 미생물 및 이의 사용 방법 |
| US8735115B2 (en) | 2012-03-30 | 2014-05-27 | Lanzatech New Zealand Limited | Method for controlling the sulphur concentration in a fermentation method |
| US9193947B2 (en) | 2012-05-22 | 2015-11-24 | Ineos Bio Sa | Process for culturing microorganisms on a selected substrate |
| US10100338B2 (en) | 2012-05-22 | 2018-10-16 | Ineos Bio S.A. | Method of operation of a syngas fermentation process |
| US10100336B2 (en) | 2012-05-22 | 2018-10-16 | Ineos Bio S.A. | Syngas fermentation process and medium |
| US8704016B2 (en) | 2012-05-23 | 2014-04-22 | Orochem Technologies, Inc. | SMB process for the purification of ethanol and butanediol with integrated regeneration |
| US8658845B2 (en) | 2012-05-23 | 2014-02-25 | Orochem Technologies, Inc. | Process and adsorbent for separating ethanol and associated oxygenates from a biofermentation system |
| WO2013177466A1 (en) | 2012-05-23 | 2013-11-28 | Lanzatech New Zealand Limited | A fermentation and simulated moving bed process |
| US9758800B2 (en) | 2012-07-11 | 2017-09-12 | Synata Bio, Inc. | Method for producing C4 oxygentates by fermentation using high oxidation state sulfur |
| US9212375B2 (en) * | 2012-07-11 | 2015-12-15 | Coskata, Llc | Method for producing C2 oxygenates by fermentation using high oxidation state sulfur |
| WO2014025992A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | Cornell University | Methods for production of alcohols from carboxylic acids via fermentation |
| US10233467B2 (en) * | 2012-08-17 | 2019-03-19 | Easel Biotechnologies, Llc | Two-stage production of higher alcohols |
| US10233478B2 (en) * | 2012-09-19 | 2019-03-19 | Ineos Bio Sa | Process for reducing CO2 emissions and increasing alcohol productivity in syngas fermentation |
| EP2913392B1 (en) * | 2012-10-23 | 2023-06-07 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Recombinant cell and production method for isoprene |
| PT2917356T (pt) | 2012-11-12 | 2019-06-11 | Lanzatech New Zealand Ltd | Pirólise e torrefação de biomassa |
| US10724059B2 (en) | 2012-12-05 | 2020-07-28 | Lanzatech New Zealand Limited | Fermentation process |
| US9365870B2 (en) | 2013-02-08 | 2016-06-14 | Synata Bio, Inc. | Integrated processes for anaerobic conversion of hydrogen and carbon oxides to alcohol |
| US10100337B2 (en) * | 2013-02-14 | 2018-10-16 | Ineos Bio Sa | Process for fermenting co-containing gaseous substrates |
| US9650651B2 (en) | 2013-03-14 | 2017-05-16 | Rathin Datta | Method for production of n-propanol and other C3-containing products from syngas by symbiotic co-cultures of anaerobic microorganisms |
| EA033028B1 (ru) * | 2013-03-15 | 2019-08-30 | Ланцатек Нью Зилэнд Лимитед | Способ контролируемого получения метаболитов путем микробиологической ферментации |
| BR112015030208A2 (pt) * | 2013-06-05 | 2017-08-22 | Lanzatech New Zealand Ltd | Métodos para produzir um produto de fermentação e um micro-organismo, e, micro-organismo recombinante |
| WO2015002552A1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | Lanzatech New Zealand Limited | Multiple reactor system and process for continuous gas fermentation |
| JP6554102B2 (ja) * | 2013-09-22 | 2019-07-31 | ランザテク・ニュージーランド・リミテッド | 発酵プロセス |
| KR20160111936A (ko) * | 2014-01-28 | 2016-09-27 | 란자테크 뉴질랜드 리미티드 | 부티르산에 대한 증가된 내성을 갖는 박테리아 |
| EP2902477A1 (de) * | 2014-01-29 | 2015-08-05 | Siemens VAI Metals Technologies GmbH | Erzeugung von C2-C5 Kohlenwasserstoffen mittels Bakterienfermentation |
| US20150225748A1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | Jianxin Du | Processes for anaerobic bioconversion of hydrogen-containing gases to oxygenated organic compounds |
| US9617566B2 (en) | 2014-07-11 | 2017-04-11 | Lanzatech New Zealand Limited | Control of bioreactor processes |
| JP6412360B2 (ja) * | 2014-07-30 | 2018-10-24 | 積水化学工業株式会社 | 有機物質を製造する装置及び有機物質を製造する方法 |
| EP3050967A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-03 | Evonik Degussa GmbH | A method of producing higher alcohols |
| EP3050966A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-03 | Evonik Degussa GmbH | An aerobic method of producing alcohols |
| CN107404882A (zh) * | 2015-02-27 | 2017-11-28 | 白狗实验室有限公司 | 用于生产丙酮、异丙醇、丁酸、其他生物产品及其混合物的混合营养发酵方法 |
| CN105177058B (zh) * | 2015-08-27 | 2020-03-17 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | 一种调节厌氧食气微生物发酵产物中酸醇比例的方法 |
| US11466294B2 (en) | 2016-06-01 | 2022-10-11 | Superbrewed Food Inc. | Supplemented mixotrophic fermentation method |
| WO2018039319A1 (en) * | 2016-08-23 | 2018-03-01 | Papoutsakis Eleftherios T | Syntrophic co-cultures and uses thereof |
| JP6689729B2 (ja) * | 2016-10-25 | 2020-04-28 | 積水化学工業株式会社 | 有機組成物、有機組成物の製造方法および燃料 |
| JP6745414B2 (ja) * | 2018-03-27 | 2020-08-26 | 積水化学工業株式会社 | エタノールの製造方法及びエタノール組成物 |
| JP7339751B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-09-06 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7323306B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-08-08 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| WO2020158747A1 (ja) * | 2019-01-28 | 2020-08-06 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP2021004190A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7339749B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-09-06 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP2021004191A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP2021004189A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7323307B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-08-08 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7339737B2 (ja) * | 2019-01-28 | 2023-09-06 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7339750B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-09-06 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP7323305B2 (ja) * | 2019-03-18 | 2023-08-08 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| JP2021004192A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 積水化学工業株式会社 | エタノール |
| MY197690A (en) | 2019-01-29 | 2023-07-05 | Lanzatech Inc | Production of bio-based liquefied petroleum gas |
| JP7004763B2 (ja) * | 2020-04-07 | 2022-01-21 | 積水化学工業株式会社 | 廃棄物由来エタノール溶液の製造方法、合成物の製造方法および燃料の製造方法 |
| KR102553172B1 (ko) * | 2021-03-29 | 2023-07-07 | 경희대학교 산학협력단 | 저급 탄화수소를 이용하여 알코올을 생성하는 연속반응 시스템 및 상기 시스템을 이용하는 알코올 생성 방법 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5173429A (en) * | 1990-11-09 | 1992-12-22 | The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Clostridiumm ljungdahlii, an anaerobic ethanol and acetate producing microorganism |
| US5593886A (en) * | 1992-10-30 | 1997-01-14 | Gaddy; James L. | Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases |
| US20030211585A1 (en) * | 2000-07-25 | 2003-11-13 | Gaddy James L. | Methods for increasing the production of ethanol from microbial fermentation |
| WO2007117157A1 (en) * | 2006-04-07 | 2007-10-18 | Lanzatech New Zealand Limited | Microbial fermentation of gaseous substrates to produce alcohols |
| US20070275447A1 (en) * | 2006-05-25 | 2007-11-29 | Lewis Randy S | Indirect or direct fermentation of biomass to fuel alcohol |
| WO2008115080A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Lanzatech New Zealand Limited | Alcohol production process |
| WO2009022925A1 (en) * | 2007-08-15 | 2009-02-19 | Lanzatech New Zealand Limited | Processes of producing alcohols |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4539293A (en) * | 1983-05-10 | 1985-09-03 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Production of butanol by fermentation in the presence of cocultures of clostridium |
| US4560658A (en) * | 1983-12-05 | 1985-12-24 | Cpc International Inc. | Production of butanol by fermentation in the presence of carbon monoxide |
| JPS6211097A (ja) | 1985-07-05 | 1987-01-20 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | セルロ−スからの含酸素化合物の製造方法 |
| BR8700345A (pt) | 1986-02-03 | 1987-12-08 | Cpc International Inc | Processo para a producao de butanol pela fermentacao de carboidratos |
| JPS62289189A (ja) | 1986-06-04 | 1987-12-16 | Res Assoc Petroleum Alternat Dev<Rapad> | ブタノ−ルの製造方法 |
| DE3705272A1 (de) * | 1987-02-19 | 1988-09-01 | Basf Ag | Verfahren zur reduktion von mono- und dicarbonsaeuren |
| US5821111A (en) * | 1994-03-31 | 1998-10-13 | Bioengineering Resources, Inc. | Bioconversion of waste biomass to useful products |
| US6136577A (en) * | 1992-10-30 | 2000-10-24 | Bioengineering Resources, Inc. | Biological production of ethanol from waste gases with Clostridium ljungdahlii |
| US5807722A (en) * | 1992-10-30 | 1998-09-15 | Bioengineering Resources, Inc. | Biological production of acetic acid from waste gases with Clostridium ljungdahlii |
| US5753474A (en) * | 1995-12-26 | 1998-05-19 | Environmental Energy, Inc. | Continuous two stage, dual path anaerobic fermentation of butanol and other organic solvents using two different strains of bacteria |
| JP4101295B2 (ja) * | 1996-07-01 | 2008-06-18 | バイオエンジニアリング・リソーシズ・インコーポレーテツド | 廃ガスからの酢酸の生物学的生産 |
| UA72220C2 (ru) * | 1998-09-08 | 2005-02-15 | Байоенджініерінг Рісорсиз, Інк. | Translated By PlajНЕСМЕШИВАЕМАЯ С ВОДОЙ СМЕСЬ РАСТВОРИТЕЛЬ/СОРАСТВОРИТЕЛЬ ДЛЯ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ АНАЭРОБНОГО МИКРОБНОГО БРОЖЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ (ВАРИАНТЫ), МОДИФИЦИРОВАННЫЙ РАСТВОРИТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
| US7704723B2 (en) | 2006-08-31 | 2010-04-27 | The Board Of Regents For Oklahoma State University | Isolation and characterization of novel clostridial species |
| US20080305540A1 (en) | 2007-06-08 | 2008-12-11 | Robert Hickey | Membrane supported bioreactor for conversion of syngas components to liquid products |
| US20090035848A1 (en) | 2007-08-03 | 2009-02-05 | Robert Hickey | Moving bed biofilm reactor (mbbr) system for conversion of syngas components to liquid products |
| NZ560757A (en) * | 2007-10-28 | 2010-07-30 | Lanzatech New Zealand Ltd | Improved carbon capture in microbial fermentation of industrial gases to ethanol |
| US8222013B2 (en) * | 2007-11-13 | 2012-07-17 | Lanzatech New Zealand Limited | Bacteria and methods of use thereof |
| US8119844B2 (en) * | 2008-05-01 | 2012-02-21 | Lanzatech New Zealand Limited | Alcohol production process |
-
2009
- 2009-02-18 AU AU2009224112A patent/AU2009224112B9/en active Active
- 2009-02-18 PT PT97204259T patent/PT2250274E/pt unknown
- 2009-02-18 NZ NZ587563A patent/NZ587563A/en unknown
- 2009-02-18 US US12/921,584 patent/US8119378B2/en active Active
- 2009-02-18 ES ES09720425.9T patent/ES2536786T3/es active Active
- 2009-02-18 CN CN200980108672.1A patent/CN101998997B/zh active Active
- 2009-02-18 KR KR1020137017875A patent/KR20130084704A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-02-18 CA CA2718219A patent/CA2718219C/en active Active
- 2009-02-18 EA EA201071067A patent/EA019266B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-02-18 BR BRPI0909334-6A patent/BRPI0909334B1/pt active IP Right Grant
- 2009-02-18 KR KR1020107022809A patent/KR101312107B1/ko active IP Right Grant
- 2009-02-18 WO PCT/NZ2009/000023 patent/WO2009113878A1/en active Application Filing
- 2009-02-18 EP EP09720425.9A patent/EP2250274B1/en active Active
- 2009-02-18 JP JP2010550626A patent/JP2011512869A/ja active Pending
-
2010
- 2010-08-27 ZA ZA2010/06146A patent/ZA201006146B/en unknown
-
2011
- 2011-05-12 HK HK11104674.2A patent/HK1150631A1/xx unknown
-
2012
- 2012-12-03 JP JP2012264362A patent/JP5773972B2/ja active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5173429A (en) * | 1990-11-09 | 1992-12-22 | The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | Clostridiumm ljungdahlii, an anaerobic ethanol and acetate producing microorganism |
| US5593886A (en) * | 1992-10-30 | 1997-01-14 | Gaddy; James L. | Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases |
| US20030211585A1 (en) * | 2000-07-25 | 2003-11-13 | Gaddy James L. | Methods for increasing the production of ethanol from microbial fermentation |
| WO2007117157A1 (en) * | 2006-04-07 | 2007-10-18 | Lanzatech New Zealand Limited | Microbial fermentation of gaseous substrates to produce alcohols |
| US20070275447A1 (en) * | 2006-05-25 | 2007-11-29 | Lewis Randy S | Indirect or direct fermentation of biomass to fuel alcohol |
| WO2008115080A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Lanzatech New Zealand Limited | Alcohol production process |
| WO2009022925A1 (en) * | 2007-08-15 | 2009-02-19 | Lanzatech New Zealand Limited | Processes of producing alcohols |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Najafpour, Ghasem; Younesi, Habibollah; Ethanol and acetate synthesis from waste gas using batch culture of Clostridium Ijungdahlii, Enzyme and Microbiol. Technology, 2006, vol. 38(1-2), pages 223-228. See whole document; page 226, paragraph 2 to paragraph bridging page 227; figures 6 and 7 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HK1150631A1 (en) | 2012-01-06 |
| AU2009224112A1 (en) | 2009-09-17 |
| ZA201006146B (en) | 2012-02-29 |
| JP2013063081A (ja) | 2013-04-11 |
| PT2250274E (pt) | 2015-08-20 |
| WO2009113878A1 (en) | 2009-09-17 |
| CN101998997A (zh) | 2011-03-30 |
| ES2536786T3 (es) | 2015-05-28 |
| CA2718219C (en) | 2013-01-08 |
| EA201071067A1 (ru) | 2011-04-29 |
| AU2009224112B9 (en) | 2013-01-31 |
| KR20100132974A (ko) | 2010-12-20 |
| CA2718219A1 (en) | 2009-09-17 |
| BRPI0909334B1 (pt) | 2019-10-29 |
| US20110059499A1 (en) | 2011-03-10 |
| KR20130084704A (ko) | 2013-07-25 |
| EP2250274B1 (en) | 2015-04-08 |
| AU2009224112B2 (en) | 2012-08-16 |
| US8119378B2 (en) | 2012-02-21 |
| KR101312107B1 (ko) | 2013-09-27 |
| JP2011512869A (ja) | 2011-04-28 |
| EP2250274A4 (en) | 2012-08-22 |
| EP2250274A1 (en) | 2010-11-17 |
| CN101998997B (zh) | 2014-11-12 |
| BRPI0909334A2 (pt) | 2017-05-30 |
| NZ587563A (en) | 2012-07-27 |
| JP5773972B2 (ja) | 2015-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA019266B1 (ru) | Микробиологический способ производства спирта | |
| US8222013B2 (en) | Bacteria and methods of use thereof | |
| CN107075531B (zh) | 改进的发酵中碳捕捉 | |
| AU2009258344B2 (en) | Production of butanediol by anaerobic microbial fermentation | |
| TWI537389B (zh) | 用於控制丁二醇生產之發酵方法 | |
| AU2012396327B2 (en) | A fermentation process | |
| EP2401359B1 (en) | Methods of sustaining culture viability | |
| EA029944B1 (ru) | Ферментация и способ с псевдодвижущимся слоем | |
| US8852918B2 (en) | Bacteria and methods of use thereof | |
| AU2008321615B2 (en) | Novel bacteria and methods of use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY KG MD TJ |
|
| TC4A | Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent |