JP2008535523A5

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Publication number: JP2008535523A5
Application number: JP2008506725A
Authority: JP
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2026-04-12

Description

生体触媒による発酵にて生産される標的化学物質は、当該技術分野で既知の様々な方法を用いて回収されうる。生産物は、遠心分離、濾過、精密濾過、およびナノ濾過により、他の発酵成分から分離されうる。生産物は、イオン交換、溶媒抽出、または電気透析により抽出されうる。凝集剤を使用することで、生産物の分離が促進される。具体例として、バイオ生産された１−ブタノールは、ＡＢＥ発酵についての当該技術分野で既知の方法を用いて発酵培地から単離されうる（例えば、デュレ（Ｄｕｒｒｅ）、Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．４９：６３９−６４８頁（１９９８年）、グルート（Ｇｒｏｏｔ）ら、Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．２７：６１−７５頁（１９９２年）、およびそれらの中の参考文献を参照）。例えば、遠心分離、濾過、デカンテーションまたは同類のものにより、固体が発酵培地から除去されうる。次いで、１−ブタノールは、蒸留、共沸蒸留、液体−液体抽出、吸着、ガスストリッピング、膜蒸発、または透析蒸発などの方法を用いて発酵培地から単離されうる。発酵媒体からの１，３プロパンジオールの精製が、例えば、反応混合体に有機溶媒、蒸留、およびカラムクロマトグラフィーによる抽出を施すことにより実施されうる（米国特許第５，３５６，８１２号明細書）。この方法にとって特に良好な有機溶媒はシクロヘキサンである（米国特許第５，００８，４７３号明細書）。アミノ酸は、イオン交換樹脂吸着および／または結晶化などの方法により発酵培地から回収されうる。
以上、本発明を要約すれば以下のとおりである。
１．ａ）バイオマスをアンモニアを含んでなる水溶液と接触させる工程であって、ここでアンモニアはバイオマス−水性アンモニア混合物のアルカリ性ｐＨを維持するための少なくとも十分な濃度で存在するが、前記アンモニアはバイオマスの乾燥重量に対して約１２重量パーセント未満で存在し、かつさらにバイオマスの乾燥重量はバイオマス−水性アンモニア混合物の重量に対して少なくとも約１５重量パーセントの高固体濃度にある、工程、
ｂ）工程（ａ）の生産物を、発酵性糖を生産するための適切な条件下で糖化酵素共同体と接触させる工程、
ｃ）工程（ｂ）の生産物を、適切な発酵条件下で糖類を発酵可能な少なくとも１つの生体触媒と接触させ、標的化学物質を生産する工程、
を含んでなる、バイオマスから誘導可能な標的化学物質の生産方法。
２．工程（ｂ）および（ｃ）が同時に行われる前記１に記載の方法。
３．酸、アルコール、アルカン、アルケン、芳香族化合物、アルデヒド、ケトン、生体高分子、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、ビタミン、抗生物質、および医薬品よりなる群から選択される前記１に記載の標的化学物質。
４．標的化学物質が、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、グリセロール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール、酢酸、乳酸、プロピオン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、酪酸、グルコン酸、イタコン酸、クエン酸、コハク酸、レブリン酸、グルタミン酸、アスパラギン酸、メチオニン、リジン、グリシン、アルギニン、トレオニン、フェニルアラニン、チロシン、メタン、エチレン、アセトン、および工業用酵素よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
５．標的化学物質が乳酸、プロパンジオールまたはエタノールである前記４に記載の方法。
６．前記少なくとも１つの生体触媒が、細菌、糸状真菌および酵母よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
７．前記少なくとも１つの生体触媒が、野生型、変異体、または組換え体である、エスケリキア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）、ジモモナス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）、カンジダ（Ｃａｎｄｉｄａ）、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、ピキア（Ｐｉｃｈｉａ）、ストレプトマイセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）、バチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、ラクトバチルス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）およびクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
８．前記少なくとも１つの生体触媒が組換え大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）、ジモモナス・モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）、バチルス・ステアロサーモフィラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、サッカロミセス・セレビシェ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、クロストリジア・サーモセルム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ）、サーモアナエロバクテリウム・サッカロリチクム（Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｍ）、およびピキア・スチピチス（Ｐｉｃｈｉａｓｔｉｐｉｔｉｓ）よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
９．バイオマス−水性アンモニア混合物のｐＨが８より大きい前記１に記載の方法。
１０．バイオマスとアンモニアを含んでなる水溶液との接触に先立ち、バイオマスに真空を適用する前記１に記載の方法。
１１．前記バイオマスの乾燥重量が少なくとも約１５％〜約８０％の高固体濃度にある前記１に記載の方法。
１２．前記バイオマスの乾燥重量が少なくとも約１５％〜約６０％の高固体濃度にある前記１１に記載の方法。
１３．前記アンモニアがバイオマスの乾燥重量に対して約１０重量パーセント未満で存在する前記１に記載の方法。
１４．前記アンモニアがバイオマスの乾燥重量に対して約６％もしくはそれ以下の重量パーセントで存在する前記１３に記載の方法。
１５．バイオマスがバイオエネルギー作物、農業残渣、都市固体廃棄物、産業固体廃棄物、工場廃棄物、木材および林業廃棄物よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
１６．バイオマスが、スイッチグラス、紙くず、製紙汚泥、トウモロコシ粒、トウモロコシ穂軸、トウモロコシの皮、コーンストーバー、草、小麦、小麦のわら、まぐさ、大麦、大麦のわら、稲わら、サトウキビバガス、モロコシ、大豆、穀物の加工から得られる成分、木、枝、根、葉、ウッドチップ、おがくず、低木およびブッシュ、野菜、果物、花ならびに動物糞尿よりなる群から選択される前記１に記載の方法。
１７．バイオマスが、トウモロコシ穂軸、コーンストーバー、トウモロコシの皮、サトウキビバガス、おがくず、スイッチグラス、小麦のわら、まぐさ、大麦のわら、稲わら、および草よりなる群から選択される前記１６に記載の方法。
１８．バイオマスが、トウモロコシ穂軸、コーンストーバー、おがくず、およびサトウキビバガスよりなる群から選択される前記１７に記載の方法。
１９．アンモニアが、アンモニアガス、水酸化アンモニウム、尿素、およびこれらの組み合わせよりなる群から選択される前記１に記載の方法。
２０．（ａ）が約４℃〜約２００℃の温度で実施される前記１に記載の方法。
２１．（ａ）が約７５℃〜約１５０℃の温度で実施される前記２０に記載の方法。
２２．（ａ）が９０℃より高く約１５０℃以下の温度で実施される前記２１に記載の方法。
２３．（ａ）が最大約２５時間の期間に実施される前記１に記載の方法。
２４．（ａ）が最大約８時間の期間に実施される前記２３に記載の方法。
２５．（ａ）のアンモニアの少なくとも一部が（ｂ）に先立ち除去される前記１または２に記載の方法。
２６．（ａ）からのアンモニアが再生される前記２５に記載の方法。
２７．（ｂ）の接触させる工程が少なくとも約１５％のバイオマス濃度の乾燥重量で行われる前記１に記載の方法。
２８．（ａ）、（ｂ）または（ａ）および（ｂ）が少なくとも１回繰り返される前記１に記載の方法。
２９．（ａ）において少なくとも１つの可塑剤、柔軟剤またはこれらの組み合わせを添加する工程をさらに含んでなる前記１に記載の方法。
３０．前記少なくとも１つの可塑剤、柔軟剤またはこれらの組み合わせが、ポリオール、ポリオールのエステル、グリコールエーテル、アセトアミド、エタノール、およびエタノールアミンよりなる群から選択される前記２９に記載の方法。
３１．（ａ）の前または間、（ｂ）の前または間、あるいはそれらの組み合わせにおいてエネルギーを加える工程をさらに含んでなる前記１に記載の方法。
３２．前記エネルギーが、ミリング、クラッシング、粉砕、破砕、チョッピング、ディスクリファイニング、超音波およびマイクロ波よりなる群から選択される前記３１に記載の方法。
３３．糖化に先立ち、発酵からの二酸化炭素が使用されて前処理における混合物のｐＨが調節される前記１に記載の方法。
３４．前記糖化酵素共同体が少なくとも１つのグリコシダーゼを含んでなる前記１に記載の方法。
３５．前記糖化酵素共同体が、セルロースを加水分解するグリコシダーゼ、ヘミセルロースを加水分解するグリコシダーゼ、澱粉を加水分解するグリコシダーゼ、ペプチダーゼ、リパーゼ、リグニナーゼおよびフェルロイルエステラーゼよりなる群から選択される少なくとも１つの酵素を含んでなる前記１に記載の方法。
３６．前記糖化酵素共同体が、セルラーゼ、エンドグルカナーゼ、エキソグルカナーゼ、
セロビオヒドロラーゼ、β−グルコシダーゼ、キシラナーゼ、エンドキシラナーゼ、エキソキシラナーゼ、β−キシロシダーゼ、アラビノキシラナーゼ、マンナーゼ、ガラクターゼ、ペクチナーゼ、グルクロニダーゼ、アミラーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、イソアミラーゼよりなる群から選択される少なくとも１つの酵素を含んでなる前記１に記載の方法。
３７．（ｂ）が約１５℃〜約１００℃の温度および約２〜約１１のｐＨで実施される前記１に記載の方法。

Claims

ａ）バイオマスをアンモニアを含んでなる水溶液と接触させる工程であって、ここでアンモニアはバイオマス−水性アンモニア混合物のアルカリ性ｐＨを維持するための少なくとも十分な濃度で存在するが、前記アンモニアはバイオマスの乾燥重量に対して約１２重量パーセント未満で存在し、かつさらにバイオマスの乾燥重量はバイオマス−水性アンモニア混合物の重量に対して少なくとも約１５重量パーセントの高固体濃度にある、工程、
ｂ）工程（ａ）の生産物を、発酵性糖を生産するための適切な条件下で糖化酵素共同体と接触させる工程、
ｃ）工程（ｂ）の生産物を、適切な発酵条件下で糖類を発酵可能な少なくとも１つの生体触媒と接触させ、標的化学物質を生産する工程、
を含んでなる、バイオマスから誘導可能な標的化学物質の生産方法。