ES2986299T3 - Método de producción de biomasa mediante bacterias oxidantes de hidrógeno - Google Patents

Método de producción de biomasa mediante bacterias oxidantes de hidrógeno Download PDF

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Abstract

La presente invención proporciona un método para producir una biomasa que comprende al menos un 65 % de proteínas a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno utilizando una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos y una composición de nutrientes que están controlados y en donde la biomasa se produce a una tasa de más de 10 g/l/d. La biomasa producida y aislada es útil como alimento o para proporcionar nutrición a uno o más organismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de producción de biomasa mediante bacterias oxidantes de hidrógeno
Campo de la invención
La presente invención proporciona un método para producir una biomasa que comprende al menos 65% de proteínas a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno utilizando una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos.
Antecedentes de la invención
La producción de proteínas como fuente de alimentos de forma más sostenible es necesaria para reducir el uso de recursos y las emisiones de gases de efecto invernadero (GHG). La creciente población mundial ejerce una presión cada vez mayor sobre la disponibilidad de recursos y el medio ambiente. Los productos animales tales como la carne, el pescado, la leche y los huevos son importantes fuentes de proteínas en la dieta, pero el ganado utiliza una gran superficie de tierras agrícolas, energía y agua. Esto se debe principalmente al hecho de que la alimentación animal consiste en grandes cantidades de plantas cultivadas específicamente para este fin. Una fuente alternativa del componente proteínico de la alimentación animal o incluso lejos del consumo humano directo son las proteínas microbianas, cuya composición puede adaptarse a necesidades nutricionales específicas. La proteína microbiana se considera una fuente de proteínas muy sostenible, debido a la eficiencia en el uso de la tierra, la energía y el agua en su producción.
Muchos procesos industriales generan corrientes de gases que contienen dióxido de carbono, entre otros componentes gaseosos. Algunos ejemplos son la producción de energía mediante combustión, la cal, los fertilizantes y el cemento, que son fuentes majar de dióxido de carbono atmosférico, así como de otros GHG. Los óxidos de carbono de origen industrial se producen principalmente por la combustión de combustibles fósiles y/o productos químicos y se clasifican como GHG por su contribución a la degradación del medio ambiente. Otros procesos industriales que incluyen la combustión de residuos son los residuos sólidos urbanos, los lodos de depuradora, el plástico, los neumáticos, los residuos agrícolas y similares, así como las centrales eléctricas de carbón o gas.
Los microbios necesitan una fuente de carbono para vivir, crecer y producir productos químicos. Así pues, los óxidos de carbono derivados de los efluentes de gases industriales representan una forma potencialmente barata, sostenible y escalable de obtener carbono a partir de la producción microbiana de alimentos ricos en proteínas y de reducir la cantidad de dióxido de carbono liberado directamente a la atmósfera.
Por ello, sería deseable poder convertir las materias primas gaseosas en una fuente de biomasa de alta calidad. Por consiguiente, se necesita un proceso mejorado, sencillo, altamente productivo y económico para la producción biológica de biomasa útil, por ejemplo, para la alimentación animal o el consumo humano directo.
Se conocen trabajos anteriores relativos a ciertas aplicaciones de microorganismos quimioautótrofos en la captura y conversión de dióxido de carbono gaseoso a carbono fijo. Sin embargo, muchos de estos enfoques han sufrido deficiencias que han limitado la eficacia, la viabilidad económica, la practicidad y la adopción comercial de los procesos descritos. En particular, conseguir una tasa de productividad máxima, preferiblemente manteniendo una alta concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor, combinada con un alto contenido en proteínas de forma estable y continua, es un reto sin que el proceso resulte económicamente poco atractivo.
La patente US9157058B2 (WO2013090769A2) describe un aparato y un método para el crecimiento y mantenimiento de microorganismos y/o bioprocesos que utilizan uno o más gases como donantes de electrones, aceptores de electrones, fuentes de carbono u otros nutrientes, y un bioproceso que convierte hidrógeno y dióxido de carbono, o gas de síntesis, o gas de producción en productos lipídicos, aceites biológicos u otros productos bioquímicos. Sin embargo, no divulga las condiciones óptimas de crecimiento y mantenimiento de los microorganismos ni un proceso para optimizar su capacidad de producción de proteínas.
La patente US9206451B2 describe sistemas y métodos que emplean microorganismos quimioautótrofos para capturar carbono de residuos industriales, pero no divulga las condiciones óptimas controladas para el crecimiento y mantenimiento de los microorganismos preferidos ni un proceso para optimizar su capacidad de producción de proteínas.
La solicitud de patente WO2018144965A1 describe microorganismos y bioprocesos que convierten sustratos gaseosos, tales como hidrógeno renovable y gas productor de dióxido de carbono residual, o gas de síntesis en biomasa rica en proteínas. Sin embargo, no divulga las condiciones óptimas controladas del proceso para el crecimiento y mantenimiento de los microorganismos ni un proceso para optimizar su capacidad de producción de proteínas.
La solicitud de patente WO2019010116A1 describe un método para producir compuestos de múltiples carbonos a partir de materias primas gaseosas simples, tales como dióxido de carbono, hidrógeno y oxígeno, cultivando un consorcio de células microbianas especialmente seleccionadas para este fin en un medio de cultivo acuoso. Sin embargo, no divulga condiciones de proceso óptimas controladas para el crecimiento y mantenimiento de los microorganismos, ni divulga un proceso para optimizar su capacidad de producción de proteínas.
T G Volova y V A Barashkov; en: "Characteristics of Proteins Synthesized by Hydrogen-Oxidizing Microorganisms"; Applied Biochemistry and Microbiology, 2010, describen un proceso en el que se cultivan bacterias oxidantes de hidrógeno para generar una biomasa con un contenido proteico del 64 al 76% en peso seco, pero no se divulgan las cantidades de dióxido de carbono, hidrógeno y oxígeno utilizadas ni un proceso para optimizar la productividad.
La solicitud de patente US2010120104A1 divulga un método de varios pasos para producir biomasa mediante la captura de carbono a través de microorganismos quimioautótrofos obligados y/o facultativos, y/o extractos celulares que contienen enzimas de microorganismos quimioautótrofos. Se divulgan una multitud de donantes y aceptores de electrones y microorganismos diferentes que pueden utilizarse en el método, y no se describen parámetros específicos del proceso.
La solicitud de patente WO2011139804A2 divulga un método de producción de biomasa mediante la captura de carbono con un átomo de carbono por microorganismos oxihidrógenos y un biorreactor adecuado que utiliza hidrógeno y oxígeno gaseosos, en el que el volumen de gas ocupa al menos aproximadamente 2% del volumen total de la columna en la que está situado el volumen. No se describen parámetros de proceso específicos para la optimización de la capacidad de producción de proteínas.
La solicitud de patente WO2017165244A1 divulga un método para producir biomasa mediante la captura y conversión de moléculas inorgánicas y/u orgánicas que contienen solo un átomo de carbono por microorganismos quimioautótrofos. Se divulga que Cupriavidus necator se cultivó con H2 y CO2 en biorreactores estándar a escala de laboratorio hasta densidades de biomasa seca superiores a 40 g/litro durante 6 días. También se ha divulgado que las cepas de Cupriavidus necator DSM 531 y DSM 541 cultivadas en medios líquidos MSM con una mezcla de Knallgas no especificada como fuente de carbono y energía de venta acumularon más del 70% y más del 80% de proteína total en peso, respectivamente, en muestras tomadas durante la fase de crecimiento aritmético. Sin embargo, se ha descubierto que Cupriavidus necator se cultiva en condiciones de oxígeno limitado, lo que no es óptimo para la producción de biomasa con altas concentraciones de proteínas a una tasa industrial elevado. Además, el sistema divulgado utilizado para el cultivo de Cupriavidus necator es un sistema discontinuo de alimentación continua, en el que la tasa de crecimiento específica es una función de las tasas de transferencia de gas que no se divulgan. No obstante, el documento WO2017165244A1 no divulga que la biomasa pueda producirse a una tasa elevada, en el que la biomasa comprenda un alto contenido proteico, ni tampoco se revelan las cantidades de dióxido de carbono, hidrógeno y oxígeno utilizadas para obtener una biomasa con un alto contenido proteico y/o una tasa elevada de producción de biomasa.
Morinaga et al. en "Growth Characteristics and Cell Composition of Alcaligenes eutrophus in Chemostat Culture"; Agric. Biol. Chem., 1977, describen las condiciones para el cultivo deAlcaligenes eutrophus,pero no divulgan cómo conseguir la producción de biomasa a una tasa superior a aproximadamente 7.2 g/l/d y junto con un contenido en proteínas superior al 65%, ni tampoco divulgan un medio de crecimiento capaz de soportar una alta concentración de microorganismos. Así pues, combinar una elevada productividad con una alta densidad de microorganismos es todo un reto.
Por lo tanto, sigue siendo necesario identificar un conjunto de microorganismos quimioautótrofos que puedan crecer en recipientes de reacción contenida novedosos o convencionales, controlables y escalables, y que produzcan proteínas y otros productos nutricionalmente beneficiosos de forma estable y comercialmente viable con altas tasas de productividad. A continuación, el crecimiento y el mantenimiento de estos microorganismos se gestionan mediante condiciones de proceso óptimas y controladas para afinar los perfiles metabólicos y fisiológicos de los microorganismos, lo que, en última instancia, da lugar a una elevada producción de biomasa de alta calidad con un alto contenido en proteínas, preferiblemente manteniendo una elevada concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un método comercialmente viable para producir una biomasa de alta calidad que contiene un alto contenido de proteínas con una alta productividad. Esto se consigue utilizando una corriente de entrada que comprende una fuente gaseosa de carbono y energía gestionada mediante condiciones de proceso óptimas controladas, un suministro de nutrientes gestionado mediante condiciones de proceso óptimas controladas y un cultivo de microorganismos quimioautótrofos oxidantes de hidrógeno. Esta solución reduce y optimiza las limitaciones del sustrato y permite una mayor utilización del oxígeno y, por tanto, una mejora de la productividad, preferiblemente de manera que se mantengan unas condiciones de funcionamiento seguras dentro del biorreactor, lo que puede lograrse mediante la mitigación de las mezclas de gases potencialmente explosivas. La invención se define por el objeto de las reivindicaciones. A continuación, se describe con más detalle la invención definida en las reivindicaciones. La descripción se ha adaptado a las reivindicaciones en la medida de lo posible.
El objeto de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un método para producir una biomasa que comprenda al menos el 65% de proteína de la biomasa total en peso seco a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno que comprenden bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp,usando una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos, que comprenden hidrógeno y oxígeno, comprendiendo el método: poner en contacto los microorganismos en una fase líquida con una composición de nutrientes que comprende nitrógeno y compuestos que comprenden fósforo y los sustratos gaseosos, en donde uno o más sustratos gaseosos comprenden dióxido de carbono, o en donde la composición de nutrientes comprende compuestos que comprenden carbono, y en donde la corriente de entrada y la composición de nutrientes están controladas y en donde la biomasa se produce a una tasa de más de 10 g/l/d, comprendiendo además el método:
i. controlar la corriente de entrada añadiendo a la fase líquida una relación molar de hidrógeno: oxígeno desde 1 : 1 hasta 10 : 1;
ii. controlar la corriente de entrada y de la composición de nutrientes que comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.0 hasta 8.0 d-1 o desde 0.04 hasta 0.3 h-1;
iii. controlar la corriente de entrada manteniendo una tasa de transferencia de hidrógeno desde 0.03 hasta 1.2 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno desde 0.003 hasta 0.4 mol/l/h en la fase líquida;
iv. controlar de la corriente de entrada que comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 0.5 : 1 hasta 7 :1,
v. controlar la corriente de entrada y la composición de nutrientes, manteniendo una concentración de microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/I, y
vi. sustituir la fase líquida del biorreactor donde se cultivan y mantienen los microorganismos a un volumen desde 4 hasta 30% por hora.
Otro objetivo es proporcionar un método en el que el control de la corriente de entrada comprenda el mantenimiento de una relación molar hidrógeno disuelto: oxígeno : dióxido de carbono desde 0 hasta 12.748 : 0 hasta 4.25 : 0 a 2.0 en la fase líquida a una distancia de 0 a 500 mm, preferiblemente desde 0 hasta 100 mm, de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida.
Otro objetivo es proporcionar un método de producción de biomasa a partir de bacterias seleccionadas de la especieCupriavidus necator.
En otro aspecto, la invención proporciona un método para aislar la biomasa producida y eliminar la composición de nutrientes, que comprende el procesamiento posterior.
Otro objetivo es proporcionar un método para aislar la biomasa producida mediante la eliminación de la composición de nutrientes, que comprende la deshidratación y/o el secado de la biomasa de manera que la biomasa tenga un contenido de agua inferior al 5% en peso.
Aún es un objeto adicional proporcionar una biomasa que comprende proteína que comprende un contenido de aminoácidos que comprende un contenido de histidina desde 1.2 hasta 3.2 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de isoleucina desde 2.6 hasta 4.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de leucina desde 5.0 hasta 8.0 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de lisina desde 4.0 hasta 7.4 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de metionina desde 1.4 % hasta 3.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de fenilalanina desde 2.3 % hasta 5.7 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de fenilalanina desde 2.3 hasta 5.7 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de treonina desde 2.1 hasta 4.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de triptófano desde 0.5 hasta 2.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, y un contenido de valina desde 2.2 hasta 6.2 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total.
En otro aspecto, la invención proporciona una biomasa que comprende un contenido en lípidos desde 2.3 hasta 18 % del peso seco total de la biomasa que comprende un contenido en ácidos grasos que comprende un contenido en ácido palmítico C16:0 desde 23 hasta 60 % del contenido en ácidos grasos del peso seco total de la biomasa, un contenido en ácido palmitoleico C16:1 desde 3.8 hasta 22.3 % del contenido en ácidos grasos del peso seco total de la biomasa, y un contenido en ácido heptadecenoico C17:1 desde 23 hasta 60 % del contenido en ácidos grasos del peso seco total de la biomasa.
Otro objeto es proporcionar un uso de la composición nutritiva obtenida mediante un método de aislamiento de la biomasa producida como composición de nutrientes para producir biomasa.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un uso de la biomasa, en el que la biomasa se utiliza para alimentar o proporcionar nutrición a uno o más organismos.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 muestra una realización preferida de un sistema que utiliza el método.
La Figura 2 muestra un ejemplo de los intervalos de cantidades de los aminoácidos esenciales por 100 g del contenido proteico total de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención.
La Figura 3 muestra un ejemplo de las proporciones de los ácidos grasos más abundantes del contenido total de ácidos grasos de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención.
La Figura 4 muestra un ejemplo de los intervalos de cantidades de los aminoácidos esenciales por 100 g del contenido proteico total de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención en comparación con los de la harina de soja y la harina de pescado típicas utilizadas en la ganadería.
La Figura 5 muestra una proyección de las tasas de producción de biomasa a diferentes porcentajes de concentración de entrada de oxígeno (Figura 5A) e hidrógeno (Figura 5B).
La Figura 6 muestra una proyección del contenido proteico de la biomasa total en peso seco de microorganismos oxidantes de hidrógeno producidos de acuerdo con la invención, en la que el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida.
La Figura 7 muestra una proyección del contenido proteico de la biomasa total en peso seco de microorganismos oxidantes de hidrógeno producidos de acuerdo con la invención, en la que el control de la corriente de entrada comprende el control de la tasa de crecimiento específica.
La Figura 8 A muestra una proyección de las tasas de transferencia de hidrógeno preferidas en relación con la tasa de producción de biomasa producida de acuerdo con la invención.
La Figura 8 B muestra una proyección de las tasas de transferencia de oxígeno preferidas en relación con la tasa de producción de biomasa producida de acuerdo con la invención.
La siguiente lista contiene las definiciones de los números de referencia utilizados en las figuras:
1 Entrada de oxígeno/aire
2 Entrada de hidrógeno
3 Entrada de dióxido de carbono
4 Adición de nitrógeno inorgánico (por ejemplo, urea)
5 Adición de tampón de pH
6 Adición de medio de crecimiento líquido
7 Reciclado de gas no utilizado
8 Eliminación del líquido que contiene biomasa
9 Fases posteriores del tratamiento
10 Reciclaje de líquidos
11 Fases de tratamiento posteriores opcionales
Descripción detallada de la invención
Definiciones
Por biomasa se entiende en el presente documento el peso total de los microorganismos y su progenie, productos y/o metabolitos.
Por biorreactor se entiende un sistema de mantenimiento y/o cultivo de microorganismos que comprende una fase gaseosa, comúnmente denominada espacio de cabeza, y una fase líquida. Los microorganismos se cultivan y mantienen en fase líquida.
Por microorganismos oxidantes del hidrógeno se entienden las bacterias quimioautótrofas facultativas que pueden utilizar el hidrógeno como donante de electrones. El grupo de bacterias aerobias oxidantes del hidrógeno, también conocido como bacterias Knallgas, está definido fisiológicamente y comprende bacterias de diferentes unidades taxonómicas. Este grupo se define por la capacidad de utilizar hidrógeno gaseoso como donante de electrones con oxígeno como aceptor de electrones y de fijar dióxido de carbono.
Por corriente de entrada se entiende en el presente documento un suministro de nutrientes y/o energía para el crecimiento y/o mantenimiento de microorganismos que comprende una fase líquida y/o una fase gaseosa.
Por fase líquida se entiende un volumen que contiene material líquido. En la fase líquida se suelen cultivar y mantener microorganismos. La biomasa subsiste principalmente en fase líquida. La fase líquida también puede comprender material salino que funcione como sustrato de crecimiento y mantenimiento al que se adhieran los microorganismos.
La fase líquida puede comprender compuestos que contengan carbono, nitrógeno y/o fósforo, en los que los compuestos que contienen carbono pueden ser formiato o metanol, pero preferiblemente se entiende que se limitan esencialmente al CO2 disuelto, o a la urea, en la que esta última también puede considerarse una fuente de N2 biodisponible. El formiato o el metanol pueden convertirse en CO2 en la fase líquida del biorreactor, lo que, por ejemplo, puede ser catalizado por enzimas presentes dentro o fuera de los microorganismos, actuando así indirectamente como suministro de un sustrato gaseoso.
Por fase gaseosa se entiende en el presente documento un volumen formado por material gaseoso y en contacto con una fase líquida. La fase gaseosa en un biorreactor se denomina comúnmente espacio de cabeza y normalmente se encuentra directamente encima de la fase líquida. Para aclarar, el gas o sustrato gaseoso que se rocía en la fase líquida no es la fase gaseosa, sino que se convierte en parte de la fase gaseosa al salir de la fase líquida.
Por sustrato gaseoso se entiende un suministro gaseoso de nutrientes y/o energía para el crecimiento y/o mantenimiento de microorganismos.
Por horno de cemento se entiende un espacio utilizado en la etapa de piroprocesamiento de la fabricación de cemento Portland y otros tipos de cemento hidráulico, en la que el carbonato de calcio reacciona con minerales que contienen sílice para producir una mezcla de silicatos de calcio.
Por gas de síntesis se entiende una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. El gas de síntesis se produce mediante la gasificación de un combustible que contiene carbono para obtener un producto gaseoso. La composición química exacta del gas de síntesis varía en función de las materias primas y los procesos. Uno de los usos del gas de síntesis es como combustible para fabricar vapor o electricidad. Otro uso es como componente químico básico para muchos procesos petroquímicos y de refinado. El gas de síntesis puede producirse a partir de muchas fuentes, incluyendo gas natural, carbón, materias derivadas del petróleo, biomasa, otras materias que se rechazarían como residuos o prácticamente cualquier materia prima de hidrocarburos.
Por "Knallgas" se entiende una mezcla de gases de hidrógeno y oxígeno, que es altamente combustible. Una relación molar de 2 : 1 es suficiente para lograr la máxima eficacia de encendido.
Se entiende por rociado un proceso en el que se hace burbujear un gas a través de un líquido.
Por peso seco o materia seca de un material se entiende en el presente documento el material compuesto por todos sus constituyentes, pero excluyendo esencialmente el agua. Ejemplos de obtención del peso seco o de la materia seca de un material son la centrifugación, el secado en tambor, el secado en cinta, la evaporación, la liofilización, el calentamiento, el secado por pulverización, el secado al vacío y/o la filtración al vacío, de forma que se elimine el contenido de agua del material.
Por procesamiento corriente abajo se entiende uno o más pasos de procesamiento aplicados a una fase líquida extraída de un biorreactor, que puede incluir un proceso de paso de eliminación, un proceso de deshidratación o un proceso de secado.
Se entiende por paso de eliminación un proceso que consigue la inactivación reproductiva de los microorganismos. Este proceso puede tener lugar en la fase líquida, en una fase líquida deshidratada o en biomasa seca, por ejemplo, utilizando un homogeneizador de ultra alta presión, ácido, base, disolvente o métodos de eliminación microbiana basados en el calor.
Por deshidratación se entiende en el presente documento un primer proceso de eliminación de líquido y/o una composición de nutrientes de la biomasa o de una composición que comprenda biomasa. Ejemplos de deshidratación son la centrifugación, la evaporación, el calentamiento, la filtración de flujo tangencial y la filtración al vacío. La deshidratación puede ir seguida de un tratamiento posterior.
Por secado se entiende un proceso de eliminación de agua de la biomasa o de una composición que comprenda biomasa para producir una biomasa consistente en todos sus constituyentes, pero excluyendo esencialmente el agua. Algunos ejemplos de secado son el secado en tambor, el secado en cinta, la liofilización, el secado por pulverización y el secado al vacío.
Por purificación del dióxido de carbono derivado de los gases de escape de un proceso de producción o combustión se entiende la obtención de un volumen consistente esencialmente sólo en dióxido de carbono, en el que otros elementos de los gases de escape se eliminan sustancialmente mediante dispositivos y métodos conocidos en la técnica, tales como por ejemplo utilizando precipitadores electrostáticos o filtros de mangas para eliminar las cenizas y otras partículas, utilizando unidades de desnitrificación para eliminar los óxidos de nitrógeno, utilizando depuradores húmedos, depuradores de secado por aspersión o sistemas de inyección de absorbente seco para eliminar los óxidos de azufre. dióxido de carbono puede capturarse en procesos de postcombustión mediante métodos de separación conocidos en la técnica, por ejemplo, utilizando un disolvente tal como una amina para labrar una sal de carbonato. El dióxido de carbono es absorbido por el disolvente, tras lo cual puede liberarse mediante calor para obtener una corriente de dióxido de carbono altamente purificada.
Por nitrógeno biodisponible se entienden todas las especies de nitrógeno que son fácilmente asimilables por los microorganismos, incluyendo, por ejemplo, la urea, el amoníaco y los aminoácidos. Para mayor claridad, se excluye el dinitrógeno (N2).
Por limitación del proceso se entiende un caso en el que una sustancia puede medirse como cero o cerca de cero en la fase líquida.
Por quimiostato se entiende un biorreactor en el que el entorno químico se mantiene en un estado más o menos estable con respecto, por ejemplo, a la concentración de microorganismos, el pH, los sustratos gaseosos (disueltos), la composición de nutrientes, el volumen de la fase líquida y otros parámetros conocidos por un experto en la técnica.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se dirige a un proceso para producir biomasa que contenga al menos 65% de proteínas en peso seco con bacterias oxidantes de hidrógeno cultivadas en un biorreactor con rendimientos de conversión de sustrato económicamente favorables y con una alta productividad, preferiblemente con una alta concentración de microorganismos operativos en el proceso. Para ello, se han establecido las condiciones de proceso y los parámetros de control pertinentes para la fermentación continua con bacterias oxidantes del hidrógeno. Un control adecuado de la disponibilidad de sustratos de crecimiento (gases, nitrógeno inorgánico o fosfato) puede mejorar la productividad global de la biomasa de los sistemas de fermentación gaseosa y, al mismo tiempo, optimizar la concentración de proteínas en la biomasa producida, generando así una biomasa óptima.
Existen multitud de fuentes potenciales de carbono gaseoso y energía, que pueden utilizarse para cultivar microorganismos quimioautótrofos destinados a la fabricación de productos alimenticios para humanos y animales y otros productos químicos. Las fuentes incluyen, entre otras, los gases de escape industriales, los gases de combustión industriales y los gases de productos industriales, así como el gas de captura de aire directo y el gas de producción electroquímica in situ. El metabolismo quimioautótrofo se refiere en el presente documento a un modo metabólico en el que el microorganismo absorbe carbono inorgánico, tal como capturando dióxido de carbono o formiato o metanol, como fuente primaria de carbono, y obtiene energía de una fuente química, por ejemplo, oxidando hidrógeno. Al convertir el carbono inorgánico en carbono orgánico, estos microbios actúan como productores primarios en entornos naturales. Muchos de estos microbios quimioautótrofos pueden cultivarse en biorreactores para la producción comercial de biomasa, que puede transformarse en productos nutritivos tales como piensos para animales, piensos para animales de compañía o incluso alimentos para humanos.
Preferiblemente, los microorganismos se alimentan de una materia prima de gas residual industrial indirecto que se ha purificado, filtrado y/o concentrado. Además de los sustratos gaseosos deseados para el crecimiento microbiano, los gases residuales industriales contienen otros elementos que pueden reducir el crecimiento de los microbios y/o la calidad de la biomasa producida.
En consecuencia, el método de la presente invención es un método para producir una biomasa que comprende al menos el 65% de proteína de la biomasa total en peso seco a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno que comprenden bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp,utilizando una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos, que comprenden hidrógeno y oxígeno, comprendiendo el método poner en contacto los microorganismos en una fase líquida con una composición nutritiva que comprenda compuestos que contengan nitrógeno y fósforo y los sustratos gaseosos, en donde el uno o más sustratos gaseosos comprenda dióxido de carbono, o en donde la composición nutritiva comprenda compuestos que contengan carbono, y en donde la corriente de entrada y la composición nutritiva estén controladas y donde la biomasa se produzca a una tasa superior a 10 g/l/d,
comprendiendo el método, además:
i. controlar la corriente de entrada añadiendo a la fase líquida una relación molar de hidrógeno : oxígeno desde 1 : 1 hasta10: 1;
ii. controlar la corriente de entrada y de la composición de nutrientes que comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.0 hasta 8.0 d-1 o desde 0.04 hasta 0.3 h-1;
iii. controlar la corriente de entrada manteniendo una tasa de transferencia de hidrógeno desde 0.03 hasta 1.2 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno desde 0.003 hasta 0.4 mol/l/h en la fase líquida;
iv. controlar de la corriente de entrada que comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 0.5 : 1 hasta 7 :1,
v. controlar la corriente de entrada y la composición de nutrientes, manteniendo una concentración de microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/I, y
vi. sustitución de la fase líquida del biorreactor en la que los microorganismos se cultivan y mantienen a un volumen desde 4 hasta 30% por hora.
La biomasa de acuerdo con la invención comprende la masa celular de los microorganismos y/o sus productos, preferiblemente la biomasa es la masa celular de los microorganismos y/o sus productos, más preferiblemente la biomasa es la masa celular de los microorganismos.
De acuerdo con el método de invención, el uno o más sustratos gaseosos comprende hidrógeno y oxígeno. Más preferiblemente, el uno o más sustratos gaseosos comprenden hidrógeno y oxígeno y dióxido de carbono.
De acuerdo con el método de la invención, la composición nutritiva comprende compuestos que contienen nitrógeno y compuestos que contienen fósforo. Lo más preferible es que la composición nutritiva incluya compuestos que contengan carbono, compuestos que contengan nitrógeno y compuestos que contengan fósforo.
Por lo tanto, una realización de un método de acuerdo con la invención es un método para producir una biomasa que comprende al menos 65% de proteína de la biomasa total en peso seco a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno que comprenden bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp,utilizando una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos, que comprenden hidrógeno y oxígeno, comprendiendo el método poner en contacto los microorganismos en una fase líquida con una composición de nutrientes que comprenda compuestos que contengan nitrógeno y fósforo y los sustratos gaseosos, en donde el uno o más sustratos gaseosos comprendan dióxido de carbono y/o la composición de nutrientes comprenda compuestos que contengan carbono, en donde la corriente de entrada y la composición de nutrientes estén controladas y en donde la biomasa se produzca a una tasa superior a 10 g/l/d,
comprendiendo además el método:
i. controlar la corriente de entrada añadiendo a la fase líquida una relación molar de hidrógeno : oxígeno desde 1 : 1 hasta 10: 1;
ii. controlar la corriente de entrada y de la composición de nutrientes que comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.0 hasta 8.0 d-1 o desde 0.04 hasta 0.3 h-1;
iii. controlar la corriente de entrada manteniendo una tasa de transferencia de hidrógeno desde 0.03 hasta 1.2 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno desde 0.003 hasta 0.4 mol/l/h en la fase líquida;
iv. controlar de la corriente de entrada que comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 0.5 : 1 hasta 7 : 1,
v. controlar la corriente de entrada y la composición de nutrientes, manteniendo una concentración de microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/l, y
vi. sustituir la fase líquida del biorreactor donde se cultivan y mantienen los microorganismos a un volumen desde 4 hasta 30% por hora.
La biomasa producida por el método de la presente invención se produce a una tasa superior a 10 g/l/d. Preferiblemente, de más de 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 15.0, 15.5, 16.0, 16.5, 17.0, 17.5, 18.0, 18.5, 19.0, 19.5 o 20.0 g/l/d. Preferiblemente, la biomasa se produce a una tasa de desde 10.0 hasta 100 g/l/d, desde 10.0 hasta 90 g/l/d, desde 10.0 hasta 80 g/l/d, desde 10.0 hasta 50 g/l/d, desde 10.5 hasta 100 g/l/d, desde 10.5 hasta 90 g/l/d, desde 10.5 hasta 80 g/l/d, desde 10.5 hasta 50 g/l/d, desde 11.0 hasta 100 g/l/d, desde 11.0 hasta 90 g/l/d, desde 11.0 hasta 80 g/l/d, desde 11.0 hasta 50 g/l/d, desde 11.5 hasta 100 g/l/d, desde 11.5 hasta 90 g/l/d, desde 11.5 hasta 80 g/l/d, desde 11.5 hasta 50 g/l/d, desde 12.0 hasta 100 g/l/d, desde 12.0 hasta 90 g/l/d, desde 12.0 hasta 80 g/l/d, desde 12.0 hasta 50 g/l/d, desde 12.5 hasta 100 g/l/d desde 12.5 hasta 90 g/l/d, desde 12.5 hasta 80 g/l/d, desde 12.5 hasta 50 g/l/d, desde 13.0 hasta 100 g/l/d desde 13.0 hasta 90 g/l/d, desde 13.0 hasta 80 g/l/d, desde 13.5 hasta 50 g/l/d, desde 13.5 hasta 100 g/l/d desde 13.5 hasta 90 g/l/d, desde 13.5 hasta 80 g/l/d, desde 13.5 hasta 50 g/l/d, desde 14.0 hasta 100 g/l/d desde 14.0 hasta 90 g/l/d, desde 14.0 hasta 80 g/l/d, desde 14.0 hasta 50 g/l/d, desde 14.5 hasta 100 g/l/d desde 14.5 hasta 90 g/l/d, desde 14.5 hasta 80 g/l/d, desde 14.5 hasta 50 g/l/d, desde 15.0 hasta 100 g/l/d desde 15.0 hasta 90 g/l/d, desde 15.0 hasta 80 g/l/d, desde 15.0 hasta 50 g/l/d, desde 15.5 hasta 100 g/l/d desde 15.5 hasta 90 g/l/d, desde 15.5 hasta 80 g/l/d, desde 15.5 hasta 50 g/l/d, desde 16.0 hasta 100 g/l/d desde 16.0 hasta 90 g/l/d, desde 16.0 hasta 80 g/l/d, desde 16.0 hasta 50 g/l/d, desde 16.5 hasta 100 g/l/d desde 16.5 hasta 90 g/l/d, desde 16.5 hasta 80 g/l/d, desde 16.5 hasta 50 g/l/d, desde 17.0 hasta 100 g/l/d desde 17.0 hasta 90 g/l/d, desde 17.0 hasta 80 g/l/d, desde 17.0 hasta 50 g/l/d, desde 18.0 hasta 100 g/l/d desde 18.0 hasta 90 g/l/d, desde 18.0 hasta 80 g/l/d, desde 18.0 hasta 50 g/l/d, desde 19.0 hasta 100 g/l/d desde 19.0 hasta 90 g/l/d, desde 19.0 hasta 80 g/l/d, desde 19.0 hasta 50 g/l/d, desde 20.0 hasta 100 g/l/d desde 20.0 hasta 90 g/l/d, desde 20.0 hasta 80 g/l/d, o desde 20.0 hasta 50 g/l/d.
Además, el uso de fuentes altamente concentradas de sustratos gaseosos reduce el volumen de otros gases no sustratos en el entorno de los microorganismos, mejorando así la eficacia de los sustratos gaseosos añadidos y permitiendo también un mejor control de las cantidades de sustratos gaseosos en el entorno de los microorganismos. Los sustratos gaseosos pueden añadirse a la fase líquida individualmente o como cualquier combinación premezclada. De acuerdo con la invención, los sustratos gaseosos se añaden preferiblemente con concentraciones lo más bajas posibles de gases no sustratos, tales como nitrógeno o monóxido de carbono. La adición de uno o más sustratos gaseosos a la fase líquida comprende poner en contacto el sustrato gaseoso con la fase líquida de manera que el sustrato gaseoso se mezcle con al menos una porción de la fase líquida. Cuando se añade una relación de uno o más sustratos gaseosos a la fase líquida, un experto en la técnica entiende que el uno o más sustratos gaseosos pueden añadirse simultánea o posteriormente.
Preferiblemente, un sustrato gaseoso concentrado tiene una concentración desde 2 hasta 100% (v/v), desde 5 hasta 100% (v/v), desde 10 hasta 100% (v/v), desde 20 hasta 100% (v/v), desde 30 hasta 100% (v/v), desde 40 hasta 100% (v/v), desde 50 hasta 100% (v/v), desde 60 hasta 100% (v/v), desde 70 hasta 100% (v/v), desde 80 hasta 100% (v/v), desde 90 hasta 100% (v/v), desde 95 hasta 100% (v/v), desde 98 hasta 100% (v/v), desde 99 hasta 100% (v/v), desde 2 hasta 90% (v/v), desde 5 hasta 90% (v/v), desde 10 hasta 90% (v/v), desde 20 hasta 90% (v/v), desde 30 hasta 90% (v/v), desde 40 hasta 90% (v/v), desde 50 hasta 90% (v/v), desde 60 hasta 90% (v/v), desde 70 hasta 90% (v/v), desde 80 hasta 90% (v/v), desde 2 hasta 80% (v/v), desde 5 hasta 80% (v/v), desde 10 hasta 80% (v/v), desde 20 hasta 80% (v/v), desde 30 hasta 80% (v/v), desde 40 hasta 80% (v/v), desde 50 hasta 80% (v/v), desde 60 hasta 80% (v/v), desde 70 hasta 80% (v/v), desde 2 hasta 70% (v/v), desde 5 hasta 70% (v/v), desde 10 hasta 70% (v/v), desde 20 hasta 70% (v/v), desde 30 hasta 70% (v/v), desde 40 hasta 70% (v/v), desde 50 hasta 70% (v/v), desde 60 hasta 70% (v/v), desde 2 hasta 60% (v/v), desde 5 hasta 60% (v/v), desde 10 hasta 60% (v/v), desde 20 hasta 60% (v/v), desde 30 hasta 60% (v/v), desde 40 hasta 60% (v/v), desde 50 hasta 60% (v/v), desde 2 hasta 50% (v/v), desde 5 hasta 50% (v/v), desde 10 hasta 50% (v/v), desde 20 hasta 50% (v/v), desde 30 hasta 50% (v/v), desde 40 hasta 50% (v/v), desde 2 hasta 40% (v/v), desde 5 hasta 40% (v/v), desde 10 hasta 40% (v/v), desde 20 hasta 40% (v/v), desde 30 hasta 40% (v/v), desde 2 hasta 30% (v/v), desde 5 hasta 30% (v/v), desde 10 hasta 30% (v/v), desde 20 hasta 30% (v/v), desde 2 hasta 20% (v/v), desde 5 hasta 20% (v/v), desde 10 hasta 20% (v/v), desde 2 hasta 10% (v/v), desde 5 hasta 10% (v/v), o desde 2 hasta 5% (v/v).
El uso de fuentes muy concentradas de sustratos gaseosos reduce el volumen de otros gases no sustratos en el entorno de los microorganismos, por lo que lo ideal es que la fase gaseosa consista únicamente en hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono. Así, en el presente documento también está proporcionado el método de la invención presente, en el que la fase gaseosa consiste esencialmente sólo del hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono.
Preferiblemente, la corriente de entrada se controla añadiendo hidrógeno en una concentración desde 10 hasta 100% (v/v), oxígeno en una concentración desde 2 hasta 100% (v/v) y dióxido de carbono en una concentración desde 2 hasta 100% (v/v) a la fase líquida, individualmente o como cualquier combinación premezclada de los mismos. Más preferiblemente, la corriente de entrada se controla añadiendo hidrógeno en una concentración desde 80 hasta 100 % (v/v), oxígeno en una concentración desde 20 hasta 100 % (v/v) y dióxido de carbono en una concentración desde 5 hasta 100 % (v/v) a la fase líquida, individualmente o como cualquier combinación premezclada de los mismos. Más preferiblemente, la corriente de entrada se controla añadiendo a la fase líquida, individualmente o como cualquier combinación premezclada, hidrógeno en una concentración desde 20 hasta 100% (v/v), desde 30 hasta 100% (v/v), desde 40 hasta 100% (v/v), desde 50 hasta 100% (v/v), desde 60 hasta 100% (v/v), desde 70 hasta 100% (v/v), desde 80 hasta 100% (v/v), desde 90 hasta 100% (v/v), desde 95 hasta 100% (v/v), desde 10 hasta 90% (v/v), desde 20 hasta 90% (v/v), desde 30 hasta 90% (v/v), desde 40 hasta 90% (v/v), desde 50 hasta 90% (v/v), desde 60 hasta 90% (v/v), desde 70 hasta 90% (v/v), desde 80 hasta 90% (v/v), desde 10 hasta 80% (v/v), desde 20 hasta 80% (v/v), desde 30 hasta 80% (v/v), desde 40 hasta 80% (v/v), desde 50 hasta 80% (v/v), desde 60 hasta 80% (v/v) o desde 70 hasta 80% (v/v), oxígeno en una concentración desde 2 hasta 100% (v/v), desde 5 hasta 100% (v/v), desde 10 hasta 100% (v/v), desde 20 hasta 100% (v/v), desde 30 hasta 100% (v/v), desde 40 hasta 100% (v/v), desde 50 hasta 100% (v/v), desde 60 hasta 100% (v/v), desde 70 hasta 100% (v/v), desde 80 hasta 100% (v/v), desde 90 hasta 100% (v/v), desde 95 hasta 100% (v/v), desde 2 hasta 90% (v/v), desde 5 hasta 90% (v/v), desde 10 hasta 90% (v/v), desde 20 hasta 90% (v/v), desde 30 hasta 90% (v/v), desde 40 hasta 90% (v/v), desde 50 hasta 90% (v/v), desde 60 hasta 90% (v/v), desde 70 hasta 90% (v/v), desde 80 hasta 90% (v/v), desde 2 hasta 80% (v/v), desde 5 hasta 80% (v/v), desde 10 hasta 80% (v/v), desde 20 hasta 80% (v/v), desde 30 hasta 80% (v/v), desde 40 hasta 80% (v/v), desde 50 hasta 80% (v/v), desde 60 hasta 80% (v/v), desde 70 hasta 80% (v/v), desde 2 hasta 70% (v/v), desde 5 hasta 70% (v/v), desde 10 hasta 70% (v/v), desde 20 hasta 70% (v/v), desde 30 hasta 70% (v/v), desde 40 hasta 70% (v/v), desde 50 hasta 70% (v/v), desde 60 hasta 70% (v/v), desde 2 hasta 60% (v/v), desde 5 hasta 60% (v/v), desde 10 hasta 60% (v/v), desde 20 hasta 60% (v/v), desde 30 hasta 60% (v/v), desde 40 hasta 60% (v/v), desde 50 hasta 60% (v/v), desde 2 hasta 50% (v/v), desde 5 hasta 50% (v/v), desde 10 hasta 50% (v/v), desde 20 hasta 50% (v/v), desde 30 hasta 50% (v/v), desde 40 hasta 50% (v/v), desde 2 hasta 40% (v/v), desde 5 hasta 40% (v/v), desde 10 hasta 40% (v/v), desde 20 hasta 40% (v/v), desde 30 hasta 40% (v/v), desde 2 hasta 30% (v/v), desde 5 hasta 30% (v/v), desde 10 hasta 30% (v/v), desde 20 hasta 30% (v/v), desde 2 hasta 20% (v/v), desde 5 hasta 20% (v/v), desde 10 hasta 20% (v/v), desde 2 hasta 10% (v/v), desde 5 hasta 10% (v/v), o desde 2 hasta 5% (v/v) y dióxido de carbono en una concentración desde 2 hasta 100% (v/v), desde 5 hasta 100% (v/v), desde 10 hasta 100% (v/v), desde 20 hasta 100% (v/v), desde 30 hasta 100% (v/v), desde 40 hasta 100% (v/v), desde 50 hasta 100% (v/v), desde 60 hasta 100% (v/v), desde 70 hasta 100% (v/v), desde 80 hasta 100% (v/v), desde 90 hasta 100% (v/v), desde 95 hasta 100% (v/v), desde 2 hasta 90% (v/v), desde 5 hasta 90% (v/v), desde 10 hasta 90% (v/v), desde 20 hasta 90% (v/v), desde 30 hasta 90% (v/v), desde 40 hasta 90% (v/v), desde 50 hasta 90% (v/v), desde 60 hasta 90% (v/v), desde 70 hasta 90% (v/v), desde 80 hasta 90% (v/v), desde 2 hasta 80% (v/v), desde 5 hasta 80% (v/v), desde 10 hasta 80% (v/v), desde 20 hasta 80% (v/v), desde 30 hasta 80% (v/v), desde 40 hasta 80% (v/v), desde 50 hasta 80% (v/v), desde 60 hasta 80% (v/v), desde 70 hasta 80% (v/v), desde 2 hasta 70% (v/v), desde 5 hasta 70% (v/v), desde 10 hasta 70% (v/v), desde 20 hasta 70% (v/v), desde 30 hasta 70% (v/v), desde 40 hasta 70% (v/v), desde 50 hasta 70% (v/v), desde 60 hasta 70% (v/v), desde 2 hasta 60% (v/v), desde 5 hasta 60% (v/v), desde 10 hasta 60% (v/v), desde 20 hasta 60% (v/v), desde 30 hasta 60% (v/v), desde 40 hasta 60% (v/v), desde 50 hasta 60% (v/v), desde 2 hasta 50% (v/v), desde 5 hasta 50% (v/v), desde 10 hasta 50% (v/v), desde 20 hasta 50% (v/v), desde 30 hasta 50% (v/v), desde 40 hasta 50% (v/v), desde 2 hasta 40% (v/v), desde 5 hasta 40% (v/v), desde 10 hasta 40% (v/v), desde 20 hasta 40% (v/v), desde 30 hasta 40% (v/v), desde 2 hasta 30% (v/v), desde 5 hasta 30% (v/v), desde 10 hasta 30% (v/v), desde 20 hasta 30% (v/v), desde 2 hasta 20% (v/v), desde 5 hasta 20% (v/v), desde 10 hasta 20% (v/v), desde 2 hasta 10% (v/v), desde 5 hasta 10% (v/v), o desde 2 hasta 5% (v/v). Aún más preferiblemente, la corriente de entrada se controla añadiendo hidrógeno en una concentración desde 70 hasta 100 % (v/v), oxígeno en una concentración desde 20 hasta 100 % (v/v) y dióxido de carbono en una concentración desde 5 hasta 100 % (v/v) a la fase líquida, individualmente o como cualquier combinación premezclada de los mismos.
Los gases sustrato se añaden preferiblemente con concentraciones lo más bajas posibles de gases no sustrato, tales como nitrógeno o monóxido de carbono.
Ventajosamente, los microorganismos son alimentados por una materia prima indirecta de gas residual industrial que se ha purificado, filtrada y/o concentrada. Preferiblemente, el sustrato gaseoso procede de los gases de escape de un proceso de producción o combustión. Más preferiblemente, el hidrógeno procede de los gases de escape de un proceso de producción o combustión. Aún más preferiblemente, el dióxido de carbono procede de los gases de escape de un proceso de producción o combustión.
Preferiblemente, el dióxido de carbono derivado de los gases de escape de un proceso de producción o combustión se purifica y concentra a una concentración desde 20 hasta 100 % (v/v). Más preferiblemente, el dióxido de carbono se purifica y se concentra hasta una concentración de desde 30 hasta 100 % (v/v), desde 40 hasta 100 % (v/v), desde 50 hasta 100 % (v/v), desde 60 hasta 100 % (v/v), desde 70 hasta 100 % (v/v), desde 80 hasta 100 % (v/v), desde 90 hasta 100 % (v/v), desde 95 hasta 100 % (v/v), desde 99 hasta 100 % (v/v), desde 20 hasta 90 % (v/v), desde 30 hasta 90 % (v/v), desde 40 hasta 90 % (v/v), desde 50 hasta 90 % (v/v), desde 60 hasta 90 % (v/v), desde 70 hasta 90 % (v/v), desde 80 hasta 90 % (v/v), desde 20 hasta 80 % (v/v), desde 30 hasta 80 % (v/v), desde 40 hasta 80 % (v/v), desde 50 hasta 80 % (v/v), desde 60 hasta 80 % (v/v), desde 70 hasta 80 % (v/v), desde 20 hasta 70 % (v/v), desde 30 hasta 70 % (v/v), desde 40 hasta 70 % (v/v), desde 50 hasta 70 % (v/v), desde 60 hasta 70 % (v/v), desde 20 hasta 60 % (v/v), desde 30 hasta 60 % (v/v), desde 40 hasta 60 % (v/v), desde 50 hasta 60 % (v/v), desde 20 hasta 50 % (v/v), desde 30 hasta 50 % (v/v), desde 40 hasta 50 % (v/v), desde 20 hasta 40 % (v/v), desde 30 hasta 40 % (v/v), o desde 20 hasta 30 % (v/v).
El metabolismo quimioautótrofo se da principalmente en una serie de bacterias, entre las que se incluyen las bacterias púrpuras no azufradas, tales comoRhodobacter capsulatus, Rhodobacter sphaeroides, Rhodpsuedamonas palustris,las pseudomonas tales comoPseudomonas carboxydovorans,las bacterias acuíferas, tales comoHydrogenobacter thermophilus,las bacterias metanógenas, tales comoMethanobacterium thermoautotrophicum,las alfaproteobacterias, tales comoXanthobacter flavus,las betaproteobacterias, tales comoRalstonia metallidurans, Cupriavidus necator,las gammaproteobacterias, tales comoHydrogenovibrio marinus,las epsilonproteobacterias, tales comoHelicobacter pylori,las bacterias acetógenas, tales comoAcetobacterium woodii,u otros microbios que expresen un metabolismo de absorción de hidrogenasa y fijación de dióxido de carbono, ya sea endógeno o introducido mediante manipulación genética, mutación, selección o evolución dirigida. La mayoría de estos microbios son capaces de realizar un metabolismo tanto heterótrofo como fotótrofo, o mixto, utilizando ambas fuentes de energía y carbono. El hidrógeno se utiliza como fuente de energía y el dióxido de carbono como fuente de carbono. El monóxido de carbono también puede actuar como fuente de energía y de carbono.
Los microorganismos de acuerdo con el método de la invención comprenden bacterias seleccionadas deCupriavidus sp;preferiblemente, los microorganismos comprenden bacterias seleccionadas de la especieCupriavidus necator.
Las propiedades de la biomasa producida por bacterias quimioautótrofas están directamente relacionadas con su valor para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, en los piensos y los alimentos para animales, el contenido de proteínas y la composición de aminoácidos son esenciales para la calidad nutricional.
Las relaciones de proteínas, lípidos, ADN, ARN y otros componentes de la biomasa celular dependen de las condiciones de crecimiento, la tasa de crecimiento y la relación carbono-nitrógeno. El control de la disponibilidad de sustrato y las condiciones generales del proceso afectan directamente a la cantidad y calidad de la biomasa producida durante los procesos de fermentación. La productividad inicial máxima requiere evitar la limitación del sustrato; sin embargo, a medida que aumentan las densidades microbianas dentro de una fermentación, la tasa de utilización del sustrato excede el suministro, particularmente en el contexto de sustratos gaseosos. Esto significa que se requieren altos caudales de gas para establecer y maximizar la productividad. Sin embargo, conseguirlo es todo un reto en el contexto de las mezclas de gases explosivos que contienen hidrógeno y oxígeno. Las mezclas de gases que contienen hidrógeno y oxígeno producen una mezcla explosiva cuando se combinan en relaciones que contienen más de 5% de oxígeno y más de 4% de hidrógeno, tal como por ejemplo se indica en R K Kumar; FLAMMABILITY LIMITS OF HYDROGEN-OXYGEN-DILUENT MIXTURES; Journal of Fire Sciences, 1985.
En el presente método, las entradas de gas oxígeno e hidrógeno se controlan como parte de un bucle de retroalimentación para permitir una adición inicial lejana del gas al sistema por encima del límite explosivo, ya que se inyecta inicialmente en la fase del medio líquido. El control de retroalimentación asegura entonces que el oxígeno y/o el hidrógeno están siendo suficientemente utilizados por el sistema de forma que el gas resultante en el espacio de cabeza pueda permanecer por debajo de los límites de seguridad explosivos, de 5% (v/v) para oxígeno y 4% (v/v) para hidrógeno en condiciones estándar. Además, las tres entradas de gas se controlan de forma que el oxígeno o el hidrógeno se mantengan como gas limitante dentro del sistema.
La combinación de estos controles de gas con parámetros definidos para las condiciones de fondo, la composición de los medios, la adición de nitrógeno inorgánico y la tasa de dilución permite ventajosamente la modulación de la composición de la biomasa a través de las limitaciones metabólicas y fisiológicas directas impuestas a los microbios. El hidróxido de amonio y/u otras fuentes de nitrógeno biodisponible se suministran al proceso, directamente y/o a través de su incorporación a la corriente de entrada de medios líquidos y/o a las corrientes líquidas recicladas, de forma que se proporcione un mínimo de 10 g de nitrógeno atómico por cada 100 g de biomasa producida, controlado como parte de un bucle de retroalimentación en respuesta a la densidad de las células en la fase líquida y a la tasa de dilución. Además de los sustratos gaseosos, las bacterias oxidantes del hidrógeno necesitan una fuente de nitrógeno biodisponible para la producción de proteínas. Este nitrógeno es un factor que contribuye en mayor medida al contenido de proteínas, independientemente de las respectivas asociaciones moleculares, tal como en el hidróxido de amonio (NH<4>OH) o el cloruro de amonio (NH<3>CI). No hay un umbral máximo previsto, ya que el exceso de nitrógeno biodisponible en la fase líquida se reciclará.
Para que los microorganismos produzcan suficientes proteínas, es necesario suministrarles una cantidad suficiente de nitrógeno, un componente esencial de los aminoácidos. De acuerdo con el método de la invención, el control de la composición nutritiva comprende la adición de al menos 10 g de nitrógeno biodisponible por 100 g de peso seco de biomasa que se va a producir y que está presente en la fase líquida. Preferiblemente, el control de la composición nutritiva comprende la adición desde 10.0 hasta 50000 g de nitrógeno biodisponible por 100 g de peso seco de biomasa que se va a producir y que está presente en la fase líquida. Preferiblemente, controlar la composición de nutrientes comprende la adición desde 10.5 hasta 50000g, 11.0 hasta 50000g, 11.5 hasta 50000g, 12.0 hasta 50000g, 12.5 hasta 50000g, desde 13.0 hasta 50000g, desde 13.5 hasta 50000g, desde 14.0 hasta 50000g, desde 14.5 hasta 50000g, desde 15.0 hasta 50000g, desde 16 hasta 50000g, desde 17 hasta 50000g, desde 18 hasta 50000g, desde 19 hasta 50000g, desde 20 hasta 50000g, desde 21 hasta 50000g, desde 22 hasta 50000g, desde 23 hasta 50000g, desde 24 hasta 50000g, desde 25 hasta 50000g, desde 26 hasta 50000g, desde 27 hasta 50000g, desde 28 hasta 50000g, desde 29 hasta 50000g, desde 30 hasta 50000g, desde 35 hasta 50000g, desde 40 hasta 50000g, desde 45 hasta 50000g, desde 50 hasta 50000g, desde 60 hasta 50000g, desde 70 hasta 50000g, desde 80 hasta 50000g, desde 90 hasta 50000g, desde 100 hasta 50000g, desde 110 hasta 50000g, desde 120 hasta 50000g, desde 130 hasta 50000g, desde 140 hasta 50000g, desde 150 hasta 50000g, desde 160 hasta 50000g, desde 170 hasta 50000g, desde 180 hasta 50000g, desde 190 hasta 50000g, desde 200 hasta 50000g, desde 250 hasta 50000g, desde 300 hasta 50000g, desde 350 hasta 50000g, desde 400 hasta 50000g, desde 450 hasta 50000g, desde 500 hasta 50000g, desde 1000 hasta 50000g, desde 1500 hasta 50000g, desde 2000 hasta 50000g, desde 2500 hasta 50000g, desde 3000 hasta 50000g, desde 3500 hasta 50000g, desde 4000 hasta 50000g, desde 4500 hasta 50000g, desde 5000 hasta 50000g, desde 6000 hasta 50000g, desde 7000 hasta 50000g, desde 8000 hasta 50000g, desde 9000 hasta 50000g, desde 10000 hasta 50000g, desde 15000 hasta 50000g, desde 20000 hasta 50000g, desde 25000 hasta 50000g o desde 30000 hasta 50000g nitrógeno biodisponible por cada 100g de biomasa de peso seco que se puede producir y que está presente en la fase líquida.
De acuerdo con la invención, el control de la composición nutritiva comprende preferiblemente la adición de una base adecuada, tal como por ejemplo hidróxido de amonio (NH<4>OH) o NaOH, a la fase líquida para mantener el pH de la fase líquida a un pH fisiológicamente adecuado Preferiblemente, el pH fisiológicamente adecuado es desde 6.0 hasta 7.5 u 8.0, más preferiblemente el pH es desde 6.5 hasta 7.0.
De acuerdo con la invención, el control de la composición nutritiva comprende preferiblemente la adición de un medio de crecimiento que tenga un pH desde 1.0 hasta 3.0 o 4.0 antes de añadirse a la fase líquida. Preferiblemente, el medio de crecimiento tiene un pH desde 2.2 hasta 3.2, o aproximadamente 2.8. El pH bajo evita la precipitación de los componentes del medio de cultivo durante su preparación. Los componentes del medio de crecimiento comprenden los componentes o componentes sustancialmente similares al medio de crecimiento divulgado en el ejemplo 1. El medio de cultivo se prepara como se describe en el ejemplo 1.
La fase líquida dentro del biorreactor se sustituye por medio de crecimiento y/u otras corrientes de entrada de líquido a una tasa desde 4 hasta 30% del volumen por hora con el fin de maximizar la tasa de producción, el contenido de proteínas y la calidad de la biomasa.
Ciertas tasas específicas de sustitución de la fase líquida dentro del biorreactor conducen a mayores niveles de contenido proteínico y calidad de la biomasa. Preferiblemente, la fase líquida de un biorreactor en el que se cultivan y mantienen los microorganismos se sustituye por hora en un volumen desde 4 hasta 10 %, desde 4 hasta 20 %, desde 4 hasta 30 %, desde 10 hasta 20 %, desde 10 hasta 30 %, o desde 20 hasta 30 %. El consumo de los sustratos gaseosos por los microorganismos del sistema está limitado por la tasa de disolución del gas en la fase líquida y su distribución por toda la fase líquida. El coeficiente volumétrico de transferencia de masa (kLa) representa la tasa de disolución o la eficacia de la traslación de un gradiente de concentración de un gas disuelto desde su fase gaseosa a una fase líquida. Para obtener un alto aprovechamiento de los sustratos gaseosos y, en consecuencia, una elevada tasa de producción de biomasa y proteínas es necesario mantener un kLa lo más alto posible. Preferiblemente, la adición de un sustrato gaseoso a la fase líquida a una concentración lo más alta posible aumenta la fuerza impulsora de la disolución y la difusión del gas en la fase líquida a granel. Preferiblemente, el sustrato gaseoso se añade a su concentración de saturación.
Las relaciones, concentraciones y consumo de sustrato gaseoso por parte de los microorganismos deben mantenerse mediante una transferencia suficiente de gas a la fase líquida. El control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono a un coeficiente de transferencia de gas desde 1 hasta 5000 h<-1>en la fase líquida. Preferiblemente, controlar la corriente de entrada comprende mantener hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono en la fase líquida con un coeficiente de transferencia de gas de desde 10 hasta 5000 h<-1>, 20 hasta 5000 h<-1>, 50 hasta 5000 h<-1>, 100 hasta 5000 h<-1>, 200 hasta 5000 h<-1>, 400 hasta 5000 h<-1>, 600 hasta 5000 h<-1>, 800 hasta 5000 h<-1>, 1000 hasta 5000 h<-1>, 1500 hasta 5000 h<-1>, 2000 hasta 5000 h<-1>, 3000 hasta 5000 h<-1>, 1 hasta 3000 h<-1>, 10 hasta 3000 h<-1>, 20 hasta 3000 h<-1>, 50 hasta 3000 h<-1>, 100 hasta 3000 h<-1>, 200 hasta 3000 h<-1>, 400 hasta 3000 h<-1>, 600 hasta 3000 h<-1>, 800 hasta 3000 h<-1>, 1000 hasta 3000 h<-1>, 1500 hasta 3000 h<-1>, 2000 hasta 3000 h<-1>, 1 hasta 2000 h<-1>, 10 hasta 2000 h<-1>, 20 hasta 2000 h<-1>, 50 hasta 2000 h<-1>, 100 hasta 2000 h<-1>, 200 hasta 2000 h<-1>, 400 hasta 2000 h<-1>, 600 hasta 2000 h<-1>, 800 hasta 2000 h<-1>, 1000 hasta 2000 h<-1>, 1500 hasta 2000 h<-1>, 1 hasta 1500 h<-1>, 10 hasta 1500 h<-1>, 20 hasta 1500 h<-1>, 50 hasta 1500 h<-1>, 100 hasta 1500 h<-1>, 200 hasta 1500 h<-1>, 400 hasta 1500 h<-1>, 600 hasta 1500 h<-1>, 800 hasta 1500 h<-1>, 1000 hasta 1500 h<-1>, 1 hasta 1000 h<-1>, 10 hasta 1000 h<-1>, 20 hasta 1000 h<-1>, 50 hasta 1000 h<-1>, 100 hasta 1000 h<-1>, 200 hasta 1000 h<-1>, 400 hasta 1000 h<-1>, 600 hasta 1000 h<-1>, 800 hasta 1000 h<-1>, 1 hasta 800 h<-1>, 10 hasta 800 h<-1>, 20 hasta 800 h<-1>, 50 hasta 800 h<-1>, 100 hasta 800 h<-1>, 200 hasta 800 h<-1>, 400 hasta 800 h<-1>, 600 hasta 800 h<-1>, 1 hasta 600 h<-1>, 10 hasta 600 h<-1>, 20 hasta 600 h<-1>, 50 hasta 600 h<-1>, 100 hasta 600 h<-1>, 200 hasta 600 h<-1>, 400 hasta 600 h<-1>, 1 hasta 400 h<-1>, 10 hasta 400 h<-1>, 20 hasta 400 h<-1>, 50 hasta 400 h<-1>, 100 hasta 400 h<-1>, 200 hasta 400 h<-1>, 1 hasta 200 h<-1>, 10 hasta 200 h<-1>, 20 hasta 200 h<-1>, 50 hasta 200 h<-1>, 100 hasta 200 h<-1>, 1 hasta 100 h<-1>, 10 hasta 100 h<-1>, 20 hasta 100 h<-1>, 50 hasta 100 h<-1>, 1 hasta 50 h<-1>, 10 hasta 50 h<-1>, 20 hasta 50 h<-1>, 1 hasta 20 h<-1>, 10 hasta 20 h<-1>, o 1 hasta 10 h<-1>.
Ciertas relaciones molares específicas de aportes de sustratos gaseosos conducen a niveles más altos de contenido proteínico y calidad de la biomasa. Preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida desde 2 hasta 80: 0.25 hasta 20 : 0.25 hasta 20. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 60 : 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 60 : 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 60 : 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 60: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 60: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 60: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 80: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 40: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 40 : 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 40 : 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 40 : 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 40: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 40: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 30: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 10 hasta 20: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 10: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 10: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 10: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 6 hasta 10: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 8 hasta 10: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 2 hasta 6: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3 hasta 6: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 5 hasta 6: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 2: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 3: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 3: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 3 : 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 4: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 4: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 4: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 2 hasta 4: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 6: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 6: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 6: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 2 hasta 6: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 8: 0.75 hasta 2,
desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 8: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 8 : 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94 : 2 hasta 8 : 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94 : 4 hasta 8 : 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 12: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 12: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 12: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 2 hasta 12: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 4 hasta 12: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.25 hasta 20: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.5 hasta 20: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 20: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 2 hasta 20: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 4 hasta 20: 0.75 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94: 10 hasta 20: 0.75 hasta 2,
desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.25 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.5 hasta 2, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.25 hasta 2.5, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.5 hasta 2.5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 2.5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.25 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 0.5 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 1 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 1.5 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 2 hasta 3, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.25 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.5 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 1 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 1.5 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 2 hasta 5, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.25 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.5 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 1 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 1.5 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 2 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 4 hasta 8, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2: 0.25 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.5 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 1 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 1.5 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 2 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 4 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 8 hasta 12, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 0.25 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.5 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2: 0.75 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 1 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94: 0.85 hasta 2 : 1.5 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 2 hasta 20, desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 4 hasta 20, o desde 3.88 hasta 51.94 : 0.85 hasta 2 : 8 hasta 20.
El carbono, preferiblemente dióxido de carbono, preferiblemente no es metabólicamente limitante, y esto puede ser controlado usando una gama de métodos posibles, incluyendo, por ejemplo:
- Monitorizar el dióxido de carbono disuelto mediante una sonda de dióxido de carbono disuelto y utilizar los datos resultantes como parte de un bucle de realimentación para mantener una concentración de aproximadamente 1 mmol/1 o superior mediante el control de las tasas de adición de los gases de entrada; o
- Mantener una relación hidrógeno/dióxido de carbono inferior a 6 y una relación oxígeno/dióxido de carbono inferior a 1.75 en el punto o puntos de entrada de gas.
Con respecto a la adición de una relación molar de sustratos gaseosos, se ha descubierto que, según la invención, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno a la fase líquida desde 1 : 1 hasta 10: 1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de 1 : 1 hasta 10 : 1, desde 1 : 1 hasta 9 : 1, desde 1 : 1 hasta 8 : 1, desde 1 : 1 hasta 7 : 1, desde 1 : 1 hasta 6 : 1, desde 1 : 1 hasta 5 : 1, desde 1 : 1 hasta 4 : 1, desde 1 : 1 hasta 3 : 1, desde 1 : 1 hasta 2 : 1, desde 2 : 1 hasta 10 : 1, desde 2 : 1 hasta 8 : 1, desde 2 : 1 hasta 6 : 1, desde 2 : 1 hasta 4 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 10 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 8 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 6 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 5 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 4 : 1, desde 3 : 1 hasta 10 : 1, desde 3 : 1 hasta 8 : 1, desde 3 : 1 hasta 6 : 1, desde 3 : 1 hasta 4 : 1, desde 4 : 1 hasta 10 : 1, desde 4 : 1 hasta 8 : 1, desde 4 : 1 hasta 6 : 1, desde 5 : 1 hasta 10 : 1, desde 5 : 1 hasta 8 : 1, desde 6 : 1 hasta 10 : 1, o desde 6 : 1 hasta 8 : 1. Aún más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 1 : 1 hasta 10 : 1, desde 1 : 1 hasta 9 : 1, desde 1 : 1 hasta 8 : 1, desde 1 : 1 hasta 7 : 1, desde 1 : 1 hasta 6 : 1 o desde 1 : 1 hasta 5 : 1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 10: 1, desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 9: 1, desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 8: 1, desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 7: 1, desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 6 o 6.6: 1 o desde 1.5 o 1.7: 1 hasta 5: 1.
El término "retención de gas" se define como la fracción volumétrica de gas en la fase líquida en el biorreactor que comprende los gases de entrada y cualquier otro gas cultivado en la fase líquida. En los sistemas de biorreactores parcial o totalmente cerrados y en los sistemas de biorreactores que emplean recirculación en fase gaseosa y/o en fase gaseosa-líquida, la relación de composición de retención del gas se mantiene preferiblemente haciendo coincidir la relación de entrada de gas con la relación de utilización de los gases. En los sistemas abiertos, la composición de retención de gas prevista se controla preferiblemente utilizando esta composición o una composición comparable como composición promedio del gas de entrada. Así, con respecto al mantenimiento de una relación molar de sustratos gaseosos, se ha descubierto que, de acuerdo con la invención, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de hidrógeno : oxígeno gaseoso en la fase líquida desde 0.5 : 1 hasta 7 : 1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de 0.5 : 1 hasta 7 : 1, desde 0.5 : 1 hasta 6 : 1, desde 0.5 : 1 hasta 4 : 1, desde 0.5 : 1 hasta 2 : 1, desde 1 : 1 hasta 7 : 1, desde 1 : 1 hasta 6 : 1, desde 1 : 1 hasta 5 : 1, desde 1 : 1 hasta 4 : 1, desde 1 : 1 hasta 3 : 1, desde 1 : 1 hasta 2 : 1, desde 2 : 1 hasta 6 : 1, desde 2 : 1 hasta 4 : 1, desde 2 : 1 hasta 3 o 3.5 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 6 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 5 : 1, desde 2.5 : 1 hasta 4 : 1, desde 3 : 1 hasta 6 : 1, desde 3 : 1 hasta 4: 1, desde 4 : 1 hasta 7 : 1, o desde 4 : 1 hasta 6 : 1. Aún más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de hidrógeno : oxígeno gaseoso en la fase líquida desde 1.2 : 1 hasta 5 : 1, desde 1.2 : 1 hasta 4.5 : 1, desde 1.2 : 1 hasta 4 : 1, desde 1.2 : 1 hasta 3.5 : 1, desde 1.2 : 1 hasta 3 : 1 o desde 1.2 : 1 hasta 2.5 : 1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de 1.5 : 1 hasta 2.5 : 1, desde 1.5 : 1 hasta 3 : 1, desde 1 o 1.5 : 1 hasta 3.5 o 4: 1.
Con el fin de obtener biomasa con un alto contenido en proteínas y una alta tasa de producción de acuerdo con la invención, se determinó que el oxígeno como sustrato gaseoso se añade preferiblemente a la fase líquida a una concentración lo más alta posible, teniendo también en cuenta otros parámetros tales como, por ejemplo, la relación hidrógeno-oxígeno. Preferiblemente, la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de acuerdo con la invención comprende la adición a la fase líquida de oxígeno en una concentración desde 5 hasta 100% (v/v). Más preferiblemente, la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de acuerdo con la invención comprende añadir a la fase líquida oxígeno en una concentración de 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45 o 50 a 100% (v/v), o de 5 a 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 o 95% (v/v). Aún más preferiblemente, la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de acuerdo con la invención comprende la adición a la fase líquida de oxígeno en una concentración desde 10 hasta 100% (v/v). Aún más preferiblemente, la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida de acuerdo con la invención comprende la adición a la fase líquida de oxígeno en una concentración desde 20 hasta 100% (v/v).
Debido a las diferentes solubilidades en agua del hidrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono, es importante mantener una relación molar de hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono disueltos para una producción óptima de biomasa. Preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida desde 1 hasta 60: 0.5 hasta 20 : 0.5 hasta 20. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 20: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 20: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3 hasta 20: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 20: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 30: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 30: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 30: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 20 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 60: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 60: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 3 hasta 60: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 60: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 60: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 20 hasta 60: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 30 hasta 60: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 8: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 8: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 8: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 8: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 6 : 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 6: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 6: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 4: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 4: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 2: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 2.0,
desde 3.183 hasta 12.748: 0.5 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.5 hasta 8: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 8: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 8: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 8: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 4 hasta 8: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.5 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 4 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 8 hasta 12: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.5 hasta 20: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 20: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 20: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 20: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 4 hasta 20: 0.75 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 8 hasta 20: 0.75 hasta 2.0,
desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.25 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 1.25 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.25 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 1.25 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.25 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.5 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 1.25 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.25 hasta 3, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 1.25 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 3 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 1.25 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 3 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 5 hasta 8, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 1.25 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 2 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 3 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 5 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 1.25 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 2 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 3 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 5 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 10 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 20, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 20, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 1.25 hasta 20, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 20, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 3 hasta 20, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 5 hasta 20, o desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 10 hasta 20.
En consecuencia, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una concentración de hidrógeno desde 0.5 hasta 20 mg/l, una concentración de oxígeno desde 0.5 hasta 80 mg/l y una concentración de dióxido de carbono desde 20 hasta 2000 mg/l en la fase líquida a una temperatura desde 28 hasta 45 °C y a una presión en la fase gaseosa desde 100 hasta 2000 kPa. Preferiblemente, controlar la corriente de entrada comprende mantener una concentración de hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono de respectivamente desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 2 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 10 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 15 mg/l, 0.5 hasta 10 mg/l y 50 hasta 250 mg/l, desde 0.5 hasta 15 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 2 hasta 15 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 5 hasta 15 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 10 hasta 15 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 10 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 2 hasta 10 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 5 hasta 10 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 5 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 1.0 hasta 5 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 2.0 hasta 5 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 3 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 1 hasta 3 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l,
desde 0.5 hasta 20 mg/l, 2 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 10 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 20 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 40 hasta 80 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 50 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 2 hasta 50 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 5 hasta 50 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 10 hasta 50 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 20 hasta 50 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 20 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 2 hasta 20 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 5 hasta 20 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 10 hasta 20 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 10 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 2 hasta 10 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 5 hasta 10 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 5 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 2 hasta 5 mg/l y 20 hasta 2000 mg/l,
desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 100 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 200 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 500 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 1000 hasta 2000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 100 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 200 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 500 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 1000 hasta 1500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 1000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 1000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 100 hasta 1000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 200 hasta 1000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 500 hasta 1000 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 100 hasta 500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 200 hasta 500 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 250 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 250 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 100 hasta 250 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 100 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 50 hasta 100 mg/l, desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 20 hasta 50 mg/l, o desde 0.5 hasta 20 mg/l, 0.5 hasta 80 mg/l y 30 hasta 50 mg/l.
La concentración de un gas disuelto en un líquido puede medirse preferiblemente tomando una muestra del líquido al vacío y manteniéndola así hasta su análisis por cromatografía de gases. Métodos alternativos, menos precisos y no preferidos de medición son conocidos en la técnica y comprenden la medición en línea por ejemplo sondas de fibra óptica, sondas de impedancia, sondas de transferencia de calor o sondas de ultrasonido.
Se ha comprobado que es necesario mantener una tasa mínima de transferencia de hidrógeno y/u oxígeno en la fase líquida para la producción de una biomasa que comprenda al menos 65% de proteínas y una tasa de al menos 10 g/l/d, y preferiblemente también para mantener una concentración de microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/l. Teniendo en cuenta únicamente la tasa de producción y la calidad de la biomasa, en teoría no se requiere una tasa de transferencia máxima; sin embargo, consideraciones comerciales, de costes y de seguridad imponen una tasa de transferencia máxima.
De acuerdo con la invención, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento del hidrógeno a una tasa de transferencia desde 0.03 hasta 1.2 mol/l/h en la fase líquida y/o del oxígeno a una tasa de transferencia desde 0.003 hasta 0.4 mol/l/h en la fase líquida. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende mantener una tasa de transferencia de hidrógeno de al menos 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4 o 0.5 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno de al menos 0.005, 0.01, 0.015, 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 o 0.2 mol/l/h en la fase líquida. Aún más preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una tasa de transferencia de hidrógeno de al menos 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 o 0.3 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno de al menos 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 o 0.2 mol/l/h en la fase líquida.
Más preferiblemente, controlar la corriente de entrada comprende mantener el hidrógeno a una tasa de transferencia de desde 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11,0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 o 0.3 hasta 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, o 1.2mol/l/h en la fase líquida y/o oxígeno a una tasa de transferencia de desde 0.015, 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 o 0.2 hasta 0.25, 0.3 o 0.35 mol/l/h en la fase líquida. Aún más preferiblemente, controlar la corriente de entrada comprende mantener el hidrógeno a una velocidad de transferencia de desde 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 o 0.3 hasta 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6 o 0.65 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno desde 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07 o 0.08 hasta 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.2, 0.25 o 0.3 mol/l/h en la fase líquida. Además, más preferiblemente, el oxígeno se mantiene a una tasa de transferencia desde 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1 hasta 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.18 o 0.2 mol/l/h en la fase líquida.
Preferiblemente, los microorganismos utilizan el hidrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono respectivamente a una tasa desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h. Más preferiblemente, los microorganismos utilizan hidrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, respectivamente, a una tasa desde 0.05 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.2 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.5 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 0.5 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.2 hasta 0.5 mol/g/h, hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 0.2 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.2 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h,
desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.02 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.05 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.1 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.2 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.3 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.3 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.3 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.05 hasta 0.3 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.1 hasta 0.3 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.2 hasta 0.3 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.2 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.02 hasta 0.2 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.2 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.05 hasta 0.2 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.01 hasta 1.0 mol/g/h, 0.1 hasta 0.2 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.1 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.02 hasta 0.1 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.1 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.05 hasta 0.1 mol/g/h y 0.01 hasta 0.5 mol/g/h,
desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.2 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.3 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.1 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.2 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.03 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.1 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.03 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.03 hasta 1.0 mol/g/h, o 0.01 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.1 mol/g/h.
Más preferiblemente, desde 0.05 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h,
desde 0.05 hasta 1.0 mol/g/h, 0.2 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.2 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 1.0 mol/g/h, 0.2 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.01 hasta 0.2 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.2 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.5 mol/g/h, 0.05 hasta 0.2 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.3 mol/g/h, 0.01 hasta 0.1 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.1 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.3 mol/g/h, 0.05 hasta 0.1 mol/g/h y 0.02 hasta 0.5 mol/g/h,
desde 0.05 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.2 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.2 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.15 hasta 1.0 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.2 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.03 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.01 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.1 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.03 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.15 hasta 0.3 mol/g/h, 0.03 hasta 0.5 mol/g/h y 0.02 hasta 0.1 mol/g/h,
desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.05 hasta 0.5 mol/g/h y 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.1 hasta 0.5 mol/g/h y 0.1 hasta 0.5 mol/g/h, desde 0.4 hasta 1.0 mol/g/h, 0.1 hasta 0.3 mol/g/h y 0.1 hasta 0.3 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.03 hasta 0.15 mol/g/h, 0.02 hasta 0.1 mol/g/h, desde 0.1 hasta 1.0 mol/g/h, 0.08 hasta 0.36 mol/g/h y 0.06 hasta 0.26 mol/g/h, desde 0.08 hasta 0.75 mol/g/h, 0.06 hasta 0.27 mol/g/h y 0.05 hasta 0.2 mol/g/h, desde 0.08 hasta 0.5 mol/g/h, 0.06 hasta 0.18 mol/g/h y 0.05 hasta 0.13 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.75 mol/g/h, 0.04 hasta 0.27 mol/g/h y 0.03 hasta 0.18 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.6 mol/g/h, 0.04 hasta 0.2 mol/g/h y 0.03 hasta 0.15 mol/g/h, desde 0.06 hasta 0.6 mol/g/h, 0.05 hasta 0.2 mol/g/h y 0.04 hasta 0.15 mol/g/h, desde 0.06 hasta 0.5 mol/g/h, 0.05 hasta 0.18 mol/g/h y 0.04 hasta 0.13 mol/g/h, desde 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, 0.04 hasta 0.18 mol/g/h y 0.03 hasta 0.13 mol/g/h, o desde 0.04 hasta 0.4 mol/g/h, 0.02 hasta 0.1 mol/g/h y 0.01 hasta 0.1 mol/g/h.
Los sustratos gaseosos suelen introducirse en el biorreactor por la parte inferior. Los microorganismos presentes en el biorreactor utilizan los sustratos gaseosos para producir biomasa. En el presente método, las entradas de gas oxígeno e hidrógeno se controlan como parte de un bucle de retroalimentación para permitir una adición inicial lejana del gas al sistema por encima del límite explosivo, ya que se inyecta inicialmente en la fase del medio líquido. El control de retroalimentación asegura entonces que el oxígeno y/o el hidrógeno están siendo suficientemente utilizados por el sistema de forma que el gas resultante en el espacio de cabeza pueda permanecer por debajo de los límites de seguridad explosivos, de 5% (v/v) para oxígeno y 4% (v/v) para hidrógeno en condiciones estándar. Además, las tres entradas de gas se controlan de forma que el oxígeno o el hidrógeno se mantengan como gas limitante dentro del sistema.
El control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida a una distancia desde 0 hasta 750 mm de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida desde 0 hasta 40 : 0 hasta 15: 0 hasta 15, desde 0 hasta 12.748: 0 hasta 4.25 : 0 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0 o desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5.
Preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida a una distancia de 0 a 750 mm de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida desde 1 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 8 hasta 12.748 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 20 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 20 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 20: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 20: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 8 hasta 20: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 20: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 30: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 30: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 30: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 30: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 8 hasta 30: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 30: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 20 hasta 30: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 40: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 40: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 40: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 40: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 8 hasta 40: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 12 hasta 40 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 20 hasta 40 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 8 : 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 8: 0 hasta 1.0625: 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 8: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 6 hasta 8: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 6: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 6: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 4 hasta 6: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 1 hasta 4 : 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0, desde 2 hasta 4: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 2.0,
desde 3.183 hasta 12.748 : 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748 : 0 hasta 1.0625 : 0.5 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 1 hasta 2.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.5 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 1 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 2 hasta 2.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 3.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.5 hasta 3.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 1 hasta 3.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 2 hasta 3.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.5 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 1 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748 : 0 hasta 1.0625 : 2 hasta 5, desde 3.183 hasta 12.748 : 0 hasta 1.0625 : 3.5 hasta 5, 0.25 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 0.5 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 1 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 2 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 3.5 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 5 hasta 10, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 0.5 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 1 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 2 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 3.5 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 5 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 10 hasta 15, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.25 hasta 1.0, desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625: 0.5 hasta 1.0, o desde 3.183 hasta 12.748: 0 hasta 1.0625 : 0.75 hasta 1.0.
Preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida a una distancia desde 0 hasta 750 mm de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida desde 0 hasta 3.187 : 0.25 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187 : 1.5 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 2.5 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 6: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 6: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 1.5 hasta 6: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 2.5 hasta 6: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 10: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 10: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 1.5 hasta 10: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 2.5 hasta 10: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 5 hasta 10: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 15 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 15 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 1.5 hasta 15 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 2.5 hasta 15 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 5 hasta 15 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 10 hasta 15: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 3: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 3 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 1.5 hasta 3: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 2.5 hasta 3 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 2: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 2: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 1.5 hasta 2: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187 : 0.25 hasta 1.5 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187 : 0.795 hasta 1.5 : 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.25 hasta 1: 0.75 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 1: 0.75 hasta 2.0,
desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 0.25 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 1 hasta 2.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 0.25 hasta 2.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 2.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 1 hasta 2.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 2.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.25 hasta 3.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 3.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 1 hasta 3.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 2 hasta 3.5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.25 hasta 5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 5, desde 0 hasta 3.187: 0 hasta 1.0625: 1 hasta 5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 2 hasta 5, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 3.5 hasta 5, 0.25 hasta 10, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 10, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 1 hasta 10, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 2 hasta 10, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 3.5 hasta 10, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 5 hasta 10, 0.25 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 0.5 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 1 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 2 hasta 15, 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 3.5 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 5 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 10 hasta 15, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.25 hasta 1.0, desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25 : 0.5 hasta 1.0, o desde 0 hasta 3.187: 0.795 hasta 4.25: 0.75 hasta 1.0.
Preferiblemente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida a una distancia de 0 a 750 mm de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5
desde 1 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 6 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 8 hasta 12.748: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 20: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 20: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 20: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 6 hasta 20: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 8 hasta 20: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 12 hasta 20: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 30: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 6 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 8 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 12 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 20 hasta 30: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 6 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 8 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 12 hasta 40: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 20 hasta 40: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 8: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 8: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 8: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 6 hasta 8 : 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 6: 0.795 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 6: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 4 hasta 6: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 1 hasta 4: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 2 hasta 4: 0.795 hasta 4.25: 0 hasta 0.5,
desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 4.25 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 4.25: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 6: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 6: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 6: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 6: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 10: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 10: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 10: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 10: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 5 hasta 10: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 15: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 15 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 15: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 15 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 5 hasta 15 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 10 hasta 15 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 3 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 3: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 1.5 hasta 3: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 2.5 hasta 3: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 2: 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748 : 0.795 hasta 2 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748 : 1.5 hasta 2 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 1.5 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 1.5 : 0 hasta 0.5, desde 3.183 hasta 12.748: 0.25 hasta 1: 0 hasta 0.5, o desde 3.183 hasta 12.748: 0.795 hasta 1: 0 hasta 0.5.
Como se ha mencionado anteriormente, el control de la corriente de entrada comprende el mantenimiento de una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono en la fase líquida a una distancia desde 0 hasta 750 mm de una fase gaseosa, que está en contacto directo con la fase líquida. Más preferiblemente, la distancia comprende desde 0 hasta 700 mm, desde 0 hasta 650 mm, desde 0 hasta 600 mm, desde 0 hasta 550 mm, desde 0 hasta 500 mm, desde 0 hasta 450 mm, desde 0 hasta 400 mm, desde 0 hasta 350 mm, desde 0 hasta 300 mm, desde 0 hasta 250 mm, desde 0 hasta 200 mm, desde 0 hasta 150 mm, desde 0 hasta 100 mm, desde 0 hasta 90 mm, desde 0 hasta 80 mm, desde 0 hasta 70 mm, desde 0 hasta 60 mm, desde 0 hasta 50 mm, desde 0 hasta 40 mm, desde 0 hasta 30 mm, desde 0 hasta 20 mm, o desde 0 hasta 10 mm.
El método de acuerdo con la invención se ejecuta preferiblemente utilizando un biorreactor adecuado para su uso en un entorno industrial. Preferiblemente, el biorreactor de acuerdo con la invención es un quimiostato.
Un biorreactor adecuado para su uso en un entorno industrial cumple los requisitos estándar en el campo de la fermentación industrial de microorganismos, preferiblemente microorganismos oxidantes de hidrógeno. Un biorreactor adecuado para su uso en un entorno industrial suele tener un volumen de fase líquida de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 10 m3 en el caso de un biorreactor a escala piloto y de aproximadamente 2 a aproximadamente 500 m3 en el caso de un biorreactor a escala de planta, pero en teoría no tiene un volumen límite superior. Los requisitos estándar en el campo de la fermentación industrial de microorganismos comprenden preferiblemente la capacidad de soportar altas tensiones térmicas y/o altas presiones internas gaseosas y líquidas. Los requisitos estándar de acuerdo con la invención comprenden consideraciones de diseño para prevenir y/o soportar las consecuencias de mezclas de gases potencialmente explosivas que comprenden hidrógeno y oxígeno. Un biorreactor adecuado para su uso en un entorno industrial de acuerdo con la invención permite el uso de altas concentraciones de sustratos gaseosos tales como hidrógeno y/u oxígeno de acuerdo con la invención.
En el contexto de la invención, el biorreactor, y preferiblemente el quimiostato, puede utilizarse para mantener el estado fisiológico y la tasa de crecimiento específico de los microorganismos sustancialmente estáticos. Esto se consigue manteniendo diversos procesos (bio)químicos continuos mediante, por ejemplo, el control de la velocidad de agitación, la tasa de transferencia de sustrato gaseoso, la tasa de dilución (flujo volumétrico de nutrientes suministrados dividido por el volumen total), la temperatura, el pH, la eliminación del medio de cultivo que contiene microorganismos y/o la adición de medio de cultivo, preferiblemente para mantener un volumen de cultivo de medio líquido sustancialmente constante. Por ejemplo, cambiando la tasa con la que se añade el medio al biorreactor, se puede controlar la tasa de crecimiento específica de los microorganismos. Si se aumenta la tasa de dilución, aumentará el crecimiento de los microorganismos. Sin embargo, la tasa de dilución debe controlarse en relación con la tasa de crecimiento específica para evitar el lavado. La tasa de dilución se controla para maximizar la tasa de producción de proteínas y el contenido de proteína de los microorganismos. Cuando la tasa de crecimiento específico de los microorganismos es demasiado alta, el contenido de proteína y/o la calidad de la biomasa pueden verse reducidos.
Los biorreactores que ejecutan el método de acuerdo con la invención se seleccionan preferiblemente del grupo que comprende reactores de columna de burbujas, de elevación de aire, de tanque agitado continuo y de tipo bucle. Un biorreactor preferido para ejecutar el método de acuerdo con la invención es un reactor continuo de tanque agitado. Preferiblemente, el biorreactor comprende uno o más sistemas de reciclado de gas y/o líquido.
La razón de ser de la sustitución de la fase líquida dentro del biorreactor que conduce a mayores niveles de contenido de proteína y calidad de la biomasa es mantener los microorganismos en un estado fisiológico estable en condiciones ambientales constantes. En este estado estacionario, el crecimiento se produce a una tasa de crecimiento específica sustancialmente constante y todos los parámetros del cultivo, tales como el pH, las concentraciones de nutrientes, las concentraciones de sustratos gaseosos y las concentraciones de microorganismos, permanecen sustancialmente constantes. Se ha comprobado que este estado estacionario fisiológico de los microorganismos es necesario para la producción de una biomasa que contenga al menos 65% de proteínas y a una tasa superior a 10 g/l/d. Así, de acuerdo con la invención, la corriente de entrada y la composición de nutrientes se controlan preferiblemente para mantener una tasa de crecimiento específica y/o un estado estacionario de los microorganismos, preferiblemente un estado estacionario de los microorganismos, más preferiblemente una tasa de crecimiento específica de los microorganismos.
De acuerdo con la invención, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/l. Preferiblemente, la corriente de entrada y la composición de nutrientes se controlan para alcanzar o mantener el estado estacionario de los microorganismos manteniendo una concentración de los mismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 5 g/l, preferiblemente desde 5 hasta 100 g/l. Más preferiblemente, el estado estacionario de los microorganismos puede alcanzarse o mantenerse manteniendo una concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 6, 7, 8, 9, 10 hasta 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25 o 30 g/l, preferiblemente desde 6, 7, 8, 9, 10 hasta 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25 o 30 hasta 50, 60, 70, 80, 90 o 100 g/l. Aún más preferiblemente, el estado estacionario de los microorganismos puede conseguirse o mantenerse manteniendo una concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 8, 9, 10 hasta 11, 12, 13, 14 o 15 g/l, preferiblemente desde 8, 9, 10 hasta 11, 12, 13, 14 o 15 hasta 25, 30, 35, 40, 45 o 50 g/l.
De acuerdo con la invención, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.0 hasta 8.0 d-1 o desde 0.04 hasta 0.3 h-1. Preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende mantener una tasa de crecimiento específico de los microorganismos de al menos 1.0 d-1, preferiblemente de al menos 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 o 4.0 d-1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos de al menos 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 o 2.5 d-1. Preferiblemente, el control de corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende mantener una tasa de crecimiento específica de los microorganismos de al menos 0.03 h-1, preferiblemente de al menos 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1,0.11,0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 o 0.3 h-1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos de al menos 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09 o 0.1 h-1.
Cuando la tasa de crecimiento específico de los microorganismos es demasiado alta, el contenido de proteína y/o la calidad de la biomasa pueden verse reducidos. Por ejemplo, el contenido de ácido nucleico de la biomasa puede llegar a ser demasiado alto.
El control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos de 1.0 a 8.0 d-1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 o 2.0 hasta 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0 o 7.0 d-1. Aún más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 hasta 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 o 3.5 d-1. Alternativamente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes de acuerdo con la invención comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 0.04 hasta 0.3 h-1. Más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09 o 0.1 hasta 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.25, o 0.3 h-1. Aún más preferiblemente, el control de la corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 0.05, 0.06, 0.07, 0.08 o 0.09 hasta 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19 o 0.2 h-1.
Los solicitantes han descubierto sorprendentemente que las bacterias seleccionadas del géneroAlcaligines spson capaces de producir biomasa de alta calidad a una alta tasa de productividad. Sorprendentemente, los solicitantes han descubierto que las bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus spson capaces de producir una biomasa de calidad aún mayor a una tasa de productividad aún mayor. En consecuencia, la presente invención se refiere a un método de producción de biomasa a partir de bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp,preferiblemente de la especieCupriavidus necator.La biomasa comprende al menos 65% de proteínas de la biomasa total en peso seco. La biomasa se produce a una tasa superior a 10 g/l/d. El método de producción de biomasa comprende el uso de una o más corrientes de entrada que comprenden uno o más sustratos gaseosos, que comprenden hidrógeno y oxígeno, que comprende el contacto de los microorganismos en una fase líquida con una composición de nutrientes que comprende compuestos que comprenden nitrógeno y fósforo y los sustratos gaseosos, en el que el uno o más sustratos gaseosos comprende dióxido de carbono o en el que la composición de nutrientes comprende compuestos que comprenden carbono, en el que la corriente de entrada y la composición de nutrientes están controladas. La presente invención también se refiere a un método para aislar la biomasa producida y eliminar la composición de nutrientes, que comprende el procesamiento posterior. La presente invención se refiere a un método para producir biomasa a partir de bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp.,preferiblemente de la especieCupriavidus necator,aislar la biomasa producida y eliminar la composición de nutrientes, que comprende un procesamiento posterior.
Para una aplicación posterior de la biomasa producida como, por ejemplo, fuente de nutrientes para otros organismos, es necesario procesar la biomasa producida. La eliminación de la composición de nutrientes y del componente acuoso de la biomasa producida es una práctica habitual en la industria agroalimentaria. Para facilitar el transporte, el almacenamiento y evitar la contaminación por patógenos u otros organismos indeseables, el contenido de agua de la biomasa producida para su posterior aplicación debe ser lo más bajo posible. En consecuencia, la presente invención también se refiere a un método para aislar la biomasa producida de acuerdo con el método de la invención y eliminar la composición de nutrientes, que comprende el procesamiento posterior. Además, la presente invención se refiere a un método para aislar la biomasa producida de acuerdo con la invención y eliminar la composición de nutrientes, que comprende deshidratar y/o secar la biomasa de tal manera que la biomasa comprenda un contenido de agua inferior al 10 % en peso. Preferiblemente, la biomasa comprende un contenido de agua inferior al 9.0 %, 8.0 %, 7.0 %, 6.5%, 6.0 %, 5.5 %, 5.0 %, 4.5 %, 4.0 %, 3.5 %, 3.0 %, 2.5 %, 2.0 %, 1.5 %, 1.0 % o 0.5 % en peso.
La composición nutritiva obtenida mediante el aislamiento de la biomasa producida de acuerdo con el método de la invención y la eliminación de la composición nutritiva, que comprende el procesamiento posterior o mediante el aislamiento de la biomasa producida de acuerdo con la invención y la eliminación de la composición nutritiva, que comprende la deshidratación y/o el secado de la biomasa de tal manera que la biomasa comprende un contenido de agua inferior al 10 %, 9.0 %, 8.0 %, 7.0 %, 6.5%, 6.0 %, 5.5 %, 5.0 %, 4.5 %, 4.0 %, 3.5 %, 3.0 %, 2.5 %, 2.0 %, 1.5 %, 1.0 % o 0.5 % en peso puede utilizarse como composición nutritiva para producir biomasa de acuerdo con el método de la presente invención.
La biomasa producida u obtenida por cualquiera de los métodos de la presente divulgación, puede utilizarse para alimentar o proporcionar nutrición a uno o más organismos. La industria agrícola suele utilizar piensos similares en organismos tales como peces, crustáceos, moluscos, aves de corral, cerdos y ganado vacuno. De este modo, la presente invención también se refiere al uso de la biomasa producida u obtenida por cualquiera de los métodos de la presente divulgación para alimentar o proporcionar nutrición a, por ejemplo, peces, crustáceos, moluscos, aves de corral, cerdos y ganado. Preferiblemente, los peces comprendenCyprinidae, Salmonidae, Thunnini, OreochromisySiluriformes.Preferiblemente, las aves de corral sonGallus gallus domesticus.
Las propiedades de la biomasa producida por bacterias quimioautótrofas están directamente relacionadas con su valor para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, en la alimentación animal y los piensos, el contenido de proteínas y la composición de aminoácidos son esenciales para la calidad nutricional. El método de la presente invención produce una biomasa de alta calidad nutricional. Por lo tanto, la invención se refiere además a biomasa obtenible por el método de la presente invención que comprende proteína que comprende un contenido de aminoácidos que comprende un contenido de histidina desde 1.2 hasta 3.2 % del contenido total de proteína en peso seco de biomasa, un contenido de isoleucina desde 2.6 hasta 4.6 % del contenido total de proteína en peso seco de biomasa, un contenido de leucina desde 5.0 hasta 8.0 % del contenido total de proteína en peso seco de biomasa, un contenido de lisina desde 4.0 hasta 7.4 % del contenido total de proteínas en peso seco de la biomasa, un contenido de metionina desde 1.4 % hasta 3.6 % del contenido total de proteínas en peso seco de la biomasa, un contenido de fenilalanina desde 2.3 % hasta 5.7 % del contenido total de proteínas en peso seco de la biomasa, un contenido de treonina desde 2.1 hasta 4.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de triptófano desde 0.5 hasta 2.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, y un contenido de valina desde 2.2 hasta 6.2 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total.
Además, la invención se refiere a biomasa obtenible mediante el método de la presente invención, que comprende un contenido de lípidos desde 2.3 hasta 18 % del peso seco de biomasa total que comprende un contenido de ácidos grasos que comprende un contenido de ácido palmítico C16:0 desde 23 hasta 60 % del contenido de ácidos grasos en peso seco de la biomasa total, un contenido de ácido palmitoleico C16:1 desde 3.8 hasta 22.3 % del contenido de ácidos grasos en peso seco de la biomasa total, y un contenido de ácido heptadecenoico C17:1 desde 23 hasta 60 % del peso seco de biomasa total contenido de ácidos grasos. Más preferiblemente, el contenido en lípidos comprende desde 3 hasta 12 % del peso seco total de la biomasa que comprende un contenido en ácidos grasos que comprende un contenido en ácido palmítico C16:0 desde 30 hasta 40 % del peso seco total de la biomasa, un contenido en ácido palmitoleico C16:1 desde 5 hasta 15 % del peso seco total de la biomasa, y un contenido en ácido heptadecenoico C17:1 desde 30 hasta 40 % del peso seco total de la biomasa.
Descripción detallada de las figuras
La invención ahora se discutirá con referencia a las figuras, que muestran las realizaciones ejemplares preferidos del objeto de la invención.
La Figura 1 muestra una realización preferida de la presente invención. En el presente documento, en un diagrama de flujo del reactor, en el que los números representan las siguientes características:
Se controla un bucle de realimentación de la entrada (1) de oxígeno/aire, la entrada (2) de hidrógeno y la entrada (3) de dióxido de carbono basado en el análisis del gas de paso y/o en el análisis de sus concentraciones en el biorreactor mediante una relación de gas de entrada definida y ajustable para un metabolismo óptimo de producción de proteínas. También existen bucles de realimentación basados en el pH y la OD para la adición (4) de nitrógeno inorgánico (por ejemplo, urea) por unidad de biomasa producida y el mantenimiento del pH mediante la adición (5) de un tampón de pH. El medio (6) de crecimiento líquido se añade al biorreactor según sea necesario en respuesta al crecimiento de los microorganismos medido a través de los sensores de los diversos bucles de retroalimentación. El gas no utilizado puede reciclarse (7) en el biorreactor. Otra característica, la tasa de dilución, permite alcanzar un cierto tiempo de mantenimiento en el reactor, un crecimiento óptimo de los microorganismos y una producción óptima de biomasa. La tasa de dilución se determina controlando las entradas (4) de nitrógeno inorgánico, tampón (5) de pH, medio (6) de crecimiento líquido y el reciclado del líquido eliminado que contiene biomasa (10) y la salida de la eliminación del líquido que contiene biomasa (8). La eliminación del líquido que contiene la biomasa (8) va seguida de una fase de tratamiento posterior de deshidratación en la que se separa una gran parte del líquido de la biomasa que contiene el líquido. A continuación, la mayor parte del líquido se recicla (10) preferentemente en el biorreactor, mientras que la biomasa, junto con una pequeña parte del líquido restante, se somete a paso (9) adicionales de procesamiento posterior que comprenden una mayor deshidratación, secado e inactivación de los microorganismos, lo que, mediante pasos (11) adicionales opcionales de procesamiento posterior, da como resultado final un producto de biomasa preferentemente adecuado como fuente de nutrición para otros organismos. La mejora de la productividad global del sistema puede lograrse permitiendo concentraciones de oxígeno más altas y, por tanto, reduciendo la limitación de oxígeno dentro del sistema global. Se prefiere la alimentación (1) de oxígeno sensible para mejorar la carga del reactor mientras se mantienen concentraciones seguras de la mezcla de gases dentro del espacio de cabeza. El oxígeno se mantiene preferiblemente a menos del 5% en el espacio de cabeza del sistema, pero se añade a volúmenes crecientes en respuesta al aumento del consumo del gas por los microbios, para lograr un equilibrio óptimo entre la producción de proteínas y la tasa de crecimiento. El máximo rendimiento de proteína requiere una disponibilidad óptima de compuestos inorgánicos de nitrógeno, tales como amoníaco, y/o urea, para el sistema. También se puede conseguir una tasa de crecimiento óptima mediante la aportación de amoníaco (4) en respuesta a unas condiciones de proceso definidas.
En conjunto, el control preciso de todos los parámetros permite mejorar con creces la productividad global de la fermentación al reducir y optimizar las limitaciones de sustrato. Sin estas limitaciones, la fermentación es capaz de alcanzar productividades más elevadas y, lo que es más importante, los aspectos de control se han desarrollado para equilibrar esta productividad mejorada con la optimización del contenido de proteína de la biomasa.
La Figura 2 muestra un ejemplo de los intervalos de cantidades de los aminoácidos esenciales por 100 g del contenido proteico total de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención.
La Figura 3 muestra un ejemplo de las proporciones de los ácidos grasos más abundantes del contenido total de ácidos grasos de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención. El contenido en ácidos grasos de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención se determina por el siguiente método:
Las muestras se calientan a reflujo durante 2 horas con una mezcla de metanol y ácido sulfúrico en tolueno. Las grasas y los aceites se transesterifican en ésteres metílicos de ácidos grasos (FAMES). Se utiliza un pequeño volumen de n-hexano para extraer la mezcla de ésteres metílicos resultante. A continuación, se utiliza sulfato sódico anhidro para secar la solución de n-hexano antes de transferir la muestra a un vial de cromatografía. Los perfiles de ácidos grasos FAMES se obtienen mediante cromatografía de gases-líquidos utilizando una columna FFAP (dimensiones 25m x 0.20mm ID) con detección por detector de lonización de llama. Los perfiles pueden notificarse con o sin patrón interno (C17:0).
La Figura 4 muestra un ejemplo de los intervalo de cantidades de los aminoácidos esenciales por 100 g del contenido proteico total de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención en comparación con los de la harina de soja y la harina de pescado típicas utilizadas en la ganadería, véase, por ejemplo, el folleto informativo de U.S. Soybean Meal (consultado en línea el 20 de abril de 2020: https://ussec.org/wp-content/uploads/2015/10/US-Soybean-Meal lnfarmation.pdf, publicado por el US Soybean Export Council; y harina de pescado, véase, por ejemplo, M. Das y S. K. Mandal; Oxya hyla hyla(Orthoptera: Acrididae)como una Alternative Protein Source far Japanese Quail; lnternational Scholarly Research Notices, 2014. El contenido en aminoácidos de la biomasa aislada producida de acuerdo con el método de la invención se determina por el siguiente método:
Una muestra se oxida en una combinación de fenol, peróxido de hidrógeno y ácido fórmico. A continuación, la muestra oxidada se hidroliza con ácido clorhídrico. Posteriormente, los aminoácidos se separan mediante cromatografía de intercambio iónico y se determinan por reacción postcolumna con ninhidrina utilizando detección fotométrica.
Puede verse claramente que la biomasa producida de acuerdo con el método de la invención es de calidad superior.
Las Figuras 5 A y B muestran una proyección de las tasas de producción de biomasa a diferentes porcentajes de concentración de entrada de oxígeno e hidrógeno. Las concentraciones de oxígeno e hidrógeno son las que se añaden a la fase líquida y las tasas de producción de biomasa son las de biomasa con al menos un 65% de proteínas, lo que da como resultado una tasa de producción de biomasa de más de 10 g/l/d a partir de porcentajes específicos de concentración y hasta de oxígeno (figura 5 A) o hidrógeno (figura 5 B), respectivamente. La Figura 5 A está limitada en cuanto a la cantidad de sustratos distintos del oxígeno, de forma que se proporcione una cantidad mínima suficiente para la viabilidad de los microorganismos. La Figura 5 B está limitada con respecto a la cantidad de sustratos distintos del hidrógeno de manera que se proporcionen en una cantidad mínima suficiente para la viabilidad de los microorganismos.
La Figura 6 muestra una proyección del contenido de proteínas de la biomasa total en peso seco de microorganismos oxidantes de hidrógeno producidos de acuerdo con la invención, en la que el control de la corriente de entrada comprende la adición de una relación molar de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 1 : 1 hasta 10 : 1, lo que se traduce en una tasa de producción de biomasa superior a 10 g/l/d.
La Figura 7 muestra una proyección del contenido de proteína de la biomasa total en peso seco de los microorganismos oxidantes de hidrógeno producidos de acuerdo con la invención, en la que el control de la corriente de entrada comprende el control de la tasa de crecimiento específico, lo que da como resultado una tasa de producción de biomasa superior a 10 g/l/d.
La Figura 8 A muestra una proyección de las tasas de transferencia de hidrógeno preferidas en relación con la tasa de producción de biomasa producida de acuerdo con la invención, en la que la biomasa comprende al menos 65% de proteína de la biomasa total en peso seco. La tasa de transferencia de hidrógeno necesaria para un objetivo de productividad puede calcularse multiplicando el rendimiento de hidrógeno por biomasa (Y_ {H2/X}) por la productividad, donde Y_{H2/X} es el g de hidrógeno utilizado por gramo de biomasa cultivada. La Figura 8A identifica las transferencias de masa necesarias requeridas para obtener productividades superiores a 10 g/L/d dentro del intervalo de rendimiento metabólico económicamente preferido para el hidrógeno, que se puede alcanzar con el método de acuerdo con la invención.
La Figura 8 B muestra una proyección de las tasas de transferencia de oxígeno preferidas en relación con la tasa de producción de biomasa producida de acuerdo con la invención, en la que la biomasa comprende al menos 65% de proteína de la biomasa total en peso seco. La tasa de transferencia de hidrógeno necesaria para un objetivo de productividad puede calcularse multiplicando el rendimiento de oxígeno de la biomasa (Y_ {O2/X}) por la productividad, donde Y_{O2/X} es el g de oxígeno utilizado por gramo de biomasa cultivada. La Figura 8B identifica las transferencias de masa necesarias para obtener productividades superiores a 10 g/L/d dentro del intervalo de rendimiento metabólico económicamente preferido para oxígeno que se puede alcanzar con el método de acuerdo con la invención.
Los siguientes ejemplos no limitativos ilustran el proceso y los materiales de acuerdo con la invención.
Ejemplo 1
Se cultiva cepaCupriavidis necatorH16, también conocida como DSM 428 (Little et al.: "Complete Genome Sequence of Cupriavidis necator H16 (DSM 428)"; Microbiol. Resour. Announc. (2019)) o anteriormente conocido como Ralstonia eutrophia H16 (Pohlmann et al: "Genome sequence of the bioplastic-producing "Knallgas" bacterium Ralstonia eutrophia H16"; Nature Biotechnology (2006)), de acuerdo con la invención en un sistema industrial de biorreactor de quimiostato como se describe en la figura 1.
Se utiliza el medio mineral DSMZ de crecimiento quimiolitotrófico 81 (H-3), que consta de lo siguiente y se prepara de la siguiente manera:
Solución A:
KH2PO42.3 g, Na2HPO4 x 2 H2O 2.9 g, Agua destilada 50 ml
Solución B:
NH<4>CI 1.0 g, MgSO<4>x 7 H<2>O 0.50 g, CaCh x 2 H<2>O 0.01 g, MnCh x 4 H<2>O 0.005 g, NaVO<a>x H<2>O 0.005 g, Solución de oligoelementos SL-65 ml, Agua destilada 915 ml
Solución C:
Citrato férrico amónico 0.05 g, Agua destilada 20 ml
Las soluciones A, B, C se esterilizan en autoclave por separado durante 15 minutos a 121 °C, se enfrían a 50 °C y se mezclan asépticamente con 5.0 ml de solución estándar de vitamina esterilizada por filtro (véase más abajo). El pH de este medio se ajusta a un pH entre 1 y 4 y se complementa con 1.5 g/L de cloruro de amonio,3 x 10<-4>g/L NiCl<2>x 6H<2>O, y 1.5 x 10<-3>g/L ZnSO<4>x 7H<2>O, y 1.5 x 10<- 4>g/L CuCh x 2H<2>O, y 0.15 g/L de citrato férrico amónico. Con el medio y el método de preparación anteriores es posible mantener una concentración operativa de biomasa que contenga más del 65% de proteína a más de 10 g/L de peso seco celular en condiciones de crecimiento con limitación de gas y productividades de más de 10 g/L/d cuando además se emplea un control de pH in situ utilizando una base apropiada, por ejemplo, NaOH 0.2M o NH<4>OH. Para soportar mayores concentraciones de células y productividades, los ingredientes del medio pueden escalarse proporcionalmente.
Solución vitamínica estándar:
Riboflavina 10 mg, Tiamina-HCI x 2 H<2>O 50 mg, Ácido nicotínico 50 mg, Piridoxina-HCI 50 mg, Ca-pantotenato 50 mg, Biotina 0.1 mg, Ácido fólico 0.2 mg, Vitamina B12 1.0 mg, Agua destilada 100 ml.
Solución de oligoelementos SL-6:
ZnSO<4>x 7 H<2>O 0.10 g, MnC<h>x 4 H<2>O 0.03 g, H<3>BO<3>0.30 g, CoC<h>x 6 H<2>O 0.20 g, CuC<h>x 2 H<2>O, 0.01 g, NiC<h>x 6 H2O 0.02 g, Na<2>MoO<4>x 2 H<2>O 0.03 g, Agua destilada 1000 ml
El cultivo se realiza durante al menos 3 días con agitación constante del medio de cultivo. El gas dióxido de carbono se añade a la fase líquida en una concentración no limitante. El hidrógeno y el oxígeno gaseosos se añaden a la fase líquida en una relación de 1 : 1 hasta 10: 1. Opcionalmente, los sustratos gaseosos se reciclan. El medio de cultivo líquido se recicla. Se añaden compuestos nutritivos y medio de cultivo y parte de la fase líquida se elimina del sistema durante el cultivo. El volumen total de la fase líquida se mantiene más o menos constante. Las tasas de transferencia de gas se utilizan de acuerdo con las tasas preferidas, como se indica en las figuras 8A y 8B.
La biomasa se produjo y aisló de acuerdo con la invención dando como resultado una biomasa con un contenido en aminoácidos de la figura 2 y un contenido en ácidos grasos de la figura 3 y la tabla 1.
Tabla 1
Ácidos grasos % (de ácidos
grasos totales)
Ácido caprílico C08:0 0.09
Ácido láurico C12:0 0.1
Ácido cáprico C10:0 0.11
Ácido linoleico C18:2 0.14
Ácido oleico C18:1 0.25
Ácido miristoleico C14:1 0.26
Ácido esteárico C18:0 0.41
Ácido linolénico C18:3 1.6
Ácido mirístico C14:0 4.22
Ácido palmitoleico C16:1 10.19
Ácido heptadecenoico C17:1 35.41
Ácido palmítico C16:0 35.96
Ejemplo 2
Se cultiva una cepa deCupriavidis necatoren un sistema de biorreactor industrial como el descrito en la figura 1 utilizando las condiciones de cultivo descritas en el ejemplo 1. La tasa de dilución es de 2 d-1 en la figura 5 A y de 1 d-1 en la figura 5 B.
El resultado es la productividad con diferentes aportes de hidrógeno/oxígeno a la limitación, como se muestra en las figuras 5 A y 5 B y se extrapola a partir de los resultados experimentales. El contenido en proteínas es del 65% como mínimo.
Ejemplo 3
Se cultiva una cepa deCupriavidis necatoren un sistema de biorreactor industrial como el descrito en la figura 1 utilizando las condiciones de cultivo descritas en el ejemplo 1. La tasa de dilución es de 1.87 d-1.
El resultado es el contenido de proteínas con diferentes relaciones de entrada de hidrógeno : oxígeno como se muestra en la figura 6 y se extrapola a partir de los resultados experimentales. La productividad de la biomasa es superior a 10 g/l/d.
Ejemplo 4
Se cultiva una cepa deCupriavidis necatoren un sistema de biorreactor industrial como el descrito en la figura 1 utilizando las condiciones de cultivo descritas en el ejemplo 1. La tasa de dilución para los tres puntos es de izquierda a derecha respectivamente 1.82, 2.70 y 3.53 d-1. La relación H2 : O2 es 2 : 1.
El resultado es el contenido de proteínas con diferentes tasas de crecimiento específicas, como se muestra en la figura 7 y se extrapola a partir de los resultados experimentales. La productividad de la biomasa es superior a 10 g/l/d.
Ejemplo 5
Se cultiva una cepa deCupriavidis necatoren un sistema de biorreactor industrial como el descrito en la figura 1 utilizando las condiciones de cultivo descritas en el ejemplo 1.
El resultado es la productividad con diferentes tasas de transferencia de hidrógeno como se muestra en la figura 8 A y se extrapola de los resultados experimentales en la tabla siguiente. El contenido en proteínas es del 65% como mínimo.
Ejemplo 6
Se cultiva una cepa deCupriavidis necatoren un sistema de biorreactor industrial como el descrito en la figura 1 utilizando las condiciones de cultivo descritas en el ejemplo 1.
El resultado es la productividad con diferentes tasas de transferencia de oxígeno como se muestra en la figura 8 B y se extrapola de los resultados experimentales. El contenido en proteínas es del 65% como mínimo.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir una biomasa que comprenda al menos 65% de proteína de la biomasa total en peso seco a partir de microorganismos oxidantes de hidrógeno que comprendan bacterias seleccionadas del géneroCupriavidus sp,utilizando una o más corrientes de entrada que comprendan uno o más sustratos gaseosos, que comprendan hidrógeno y oxígeno, comprendiendo el método: poner en contacto los microorganismos en una fase líquida con una composición de nutrientes que comprenda compuestos que comprendan nitrógeno y fósforo y los sustratos gaseosos, en el que uno o más sustratos gaseosos comprendan dióxido de carbono, o en el que la composición de nutrientes comprenda compuestos que comprendan carbono, y en el que la corriente de entrada y la composición de nutrientes estén controladas y en el que la biomasa se produzca a una tasa superior a 10 g/l/d,
comprendiendo además el método:
i. controlar la corriente de entrada que comprende añadir a la fase líquida una relación molar de hidrógeno : oxígeno desde 1 : 1 hasta 10: 1;
ii. controlar la corriente de entrada y de la composición de nutrientes que comprende el mantenimiento de una tasa de crecimiento específica de los microorganismos desde 1.0 hasta 8.0 d<-1>o desde 0.04 hasta 0.3 h<-1>;
iii. controlar la corriente de entrada que comprende mantener una tasa de transferencia de hidrógeno desde 0.03 hasta 1.2 mol/l/h en la fase líquida y/o una tasa de transferencia de oxígeno desde 0.003 hasta 0.4 mol/l/h en la fase líquida;
iv. controlar la corriente de entrada que comprende el mantenimiento de una relación molar de retención de gas de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 0.5 : 1 hasta 7 : 1,
v. controlar la corriente de entrada y la composición de nutrientes que comprende mantener una concentración de microorganismos en la fase líquida del biorreactor de al menos 10 g/l, y
vi. sustituir la fase líquida del biorreactor donde se cultivan y mantienen los microorganismos a un volumen desde 4 hasta 30% por hora.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el control de corriente de entrada y de la composición de nutrientes comprende mantener una concentración de los microorganismos en la fase líquida del biorreactor desde 10 hasta 100 g/l.
3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el control de la corriente de entrada comprende añadir una relación molar de hidrógeno : oxígeno : dióxido de carbono desde 2 hasta 6 : 0.85 hasta 2 : 0.75 hasta 2 a la fase líquida.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el control de la corriente de entrada comprende mantener una relación molar de hidrógeno disuelto : oxígeno : dióxido de carbono desde 3.183 hasta 12.748 : 0.795 hasta 4.25 : 0.75 hasta 2.0 en la fase líquida.
5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el control de la corriente de entrada comprende mantener una concentración de hidrógeno desde 0.5 hasta 20 mg/I, una concentración de oxígeno desde 0.5 hasta 80 mg/I y una concentración de dióxido de carbono desde 20 hasta 2000 mg/I en la fase líquida a una temperatura desde 28 hasta 45 °C y a una presión en la fase gaseosa desde 100 hasta 2000 kPa.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el control de la corriente de entrada comprende mantener una relación molar de retención de gas de hidrógeno : oxígeno en la fase líquida desde 1 : 1 hasta 3.5 : 1.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los microorganismos utilizan el hidrógeno a una tasa de 0.05 hasta 0.5 mol/g/h, la tasa de oxígeno desde 0.04 hasta 0.18 mol/g/h, y el dióxido de carbono a una tasa desde 0.03 hasta 0.13 mol/g/h.
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el dióxido de carbono procede del gas de escape de un proceso de producción o combustión, preferiblemente en el que el dióxido de carbono se purifica y concentra hasta una concentración desde 40 hasta 100 % (v/v).
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el contacto de los microorganismos en una fase líquida con una composición nutritiva comprende añadir una composición nutritiva que se ajusta a un pH de 1 a 4 antes de añadir, en donde la composición de nutrientes comprende preferiblemente medio DSMZ para crecimiento quimiolitotrófico 81 (H-3) sin NaHCO<3>y en donde preferiblemente antes de agregar el medio se complementa con 1.5 g/L de cloruro amónico adicional, 3 x 10<-4>g/L NiCl<2>x 6H<2>O, y 1.5 x 10<- 3>g/L ZnSO<4>x 7H<2>O, y 1.5 x 10<- 4>g/L CuCh x 2H<2>O, y 0.15 g/L de citrato férrico amónico.
10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los microorganismos comprenden bacterias seleccionadas de la especieCupriavidus necator.
11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende además eliminar la composición nutritiva y aislar la biomasa producida deshidratando y/o secando la biomasa de tal manera que la biomasa comprenda un contenido de agua inferior al 5 % en peso.
12. Un método de producción de biomasa de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además utilizar la composición nutritiva eliminada por deshidratación y/o secado de la biomasa como composición nutritiva en el método de producción de biomasa de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
13. Una biomasa obtenible mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende proteína que comprende un contenido de aminoácidos que comprende un contenido de histidina desde 1.2 hasta 3.2 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de isoleucina desde 2.6 hasta 4.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de leucina desde 5.0 hasta 8.0 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de lisina desde 4.0 hasta 7.4 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de metionina desde 1.4 % hasta 3.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de fenilalanina desde 2.3 % hasta 5.7 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de treonina desde 2.1 hasta 4.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, un contenido de triptófano desde 0.5 hasta 2.6 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total, y un contenido de valina desde 2.2 hasta 6.2 % del contenido de proteínas en peso seco de la biomasa total.
14. Una biomasa obtenible por el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende un contenido en lípidos desde 2.3 hasta 18 % del peso seco total de la biomasa, que comprende un contenido en ácidos grasos que comprende un contenido en ácido palmítico C16:0 del 23 al 60 % del contenido de ácidos grasos en peso seco de la biomasa total, un contenido de ácido palmitoleico C16:1 desde 3.8 hasta 22.3 % del contenido de ácidos grasos en peso seco de la biomasa total, y un contenido de ácido heptadecenoico C17:1 desde 23 hasta 60 % del contenido de ácidos grasos en peso seco de la biomasa total.
15. Uso de la biomasa de acuerdo con la reivindicación 13 o 14 para alimentar o proporcionar nutrición a uno o más organismos, preferiblemente cuando los organismos comprenden peces, crustáceos, moluscos, aves de corral, cerdos y ganado vacuno.
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