JP2017527278A - 一酸化炭素含有基質の発酵の制御方法 - Google Patents
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規定した液体培地で発酵は起こる。この液体培地には、通常、発酵特性の向上に重要な様々な主要養分源及び微量養分源が含まれる。ガス状基質等のあまり一般的ではない基質と一緒に使用する培地としては、特性を最適化するために明確に定義された培地が必要である。嫌気性発酵も明確に定義された培地が必要である。
CO含有基質の安定した発酵と、エタノールの生産性向上のためのプロセスには、発酵において微生物が必要とする量の培地成分を提供することが含まれる。より具体的には、CO含有基質の発酵方法は、CO含有基質を発酵作用に提供し、該CO含有基質を発酵させることを含む。前記方法は、イオンクロマトグラフィー、誘導結合プラズマ分光測定法、イオン選択性電極、炎光光度法、フレームイオン化原子吸光法及びこれらを組み合わせた方法からなる群から選択される方法を用いて、発酵培地中の養分濃度を監視することを更に含む。
以下の説明は限定的な意味に解されるべきではなく、単に例示的な実施形態の一般的原理を説明する目的で記載するものである。本発明の範囲は請求項を参照して決められる。
特に定義がなければ、本開示のためのこの明細書を通して使用されている下記の用語は以下のように定義され、下記に定義した単数形又は複数形も包含する。
CO含有基質は、一酸化炭素を含むいずれの気体を含んでいてもよい。この態様において、CO含有気体は、合成ガス、工業用ガス及びこれらの混合物を含んでいてもよい。
発酵槽の設計については、米国特許出願第13/471,827号及び第13/471,858号(いずれも2012年5月15日出願)並びに米国特許出願第13/473,167号(2012年5月16日出願)に説明が記載されているが、これらはすべて引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。
態様の一つでは、本方法は、発酵培地中の養分濃度を求めることを含む。濃度を監視する養分は、K、Mg、P及びこれらの混合物を含むとよい。この態様においては、養分濃度、とりわけカリウム濃度は、イオンクロマトグラフィー(IC)、誘導結合プラズマ分光測定法(ICP)、イオン選択性電極、炎光光度法、フレームイオン化原子吸光法及びこれらを合わせた方法を用いて、求めることができる。利用可能な方法のいくつかの例として以下が挙げられる。Small, Hamish (1989). Ion chromatography. New York: Plenum Press. ISBN 0-306-43290-0; Tatjana Weiss; Weiss, Joachim (2005). Handbook of Ion Chromatography. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-28701-9 ;Gjerde, Douglas T.; Fritz, James S. (2000). Ion Chromatography. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-29914-9;Joachim Weiss, Tatjana Weiss (翻訳)(2005)Handbook of Ion Chromatography, 3版、完全改訂増補版、John Wiley and Sons, Inc. 931頁、ISBN:3-527-28701-9及びJackson, Peter; Haddad, Paul R. (1990). Ion chromatography: principles and applications. Amsterdam: Elsevier. ISBN 0-444-88232-4であって、これらはすべて引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。使用可能な装置の例としては、Thermo Scientific Dionex社(www.thermoscientific.com/dionex)及びOFITE社(テキサス州ヒューストン、www.ofite.com)から購入できるICが挙げられる。
元素 添加組成物
Zn+2 ZnSO4 .7H2O
Co+2 CoCl2 .6H2O
Ni+2 NiCl2 .6H2O
Fe+2 FeCl2 .4H2O
K+ KCl
Mg+2 MgCl2 .6H2O
P+5/ PO4 -3 H3PO4(85%)
米国特許出願第13/889,700号(2013年5月8日出願)並びに米国特許出願第13/890,324号及び13/890,777号(両者とも2013年5月9日出願)には、効果的な培地組成物が記載されており、これらはすべて引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。
Claims (41)
- 一酸化炭素(CO)含有基質の発酵の制御方法であって、
前記CO含有基質を発酵系に提供し、前記CO含有基質を発酵する工程と、
イオンクロマトグラフィー、誘導結合プラズマ分光測定法、イオン選択性電極、炎光光度法、フレームイオン化原子吸光法及びこれらの組み合わせからなる群から選択される方法を用いて、発酵培地中の養分濃度を監視する工程とを含む、前記方法。 - 前記監視する養分がK、Mg、PO4 -3、Fe、Zn、Ni、Co及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 前記監視する養分がK、PO4 -3、Mg又はこれらの混合物である、請求項2記載の方法。
- 養分濃度の監視に使用する前記方法がイオンクロマトグラフィーである、請求項1記載の方法。
- 前記方法により約2〜約30g/Lの目標のセル密度が提供される、請求項1記載の方法。
- 前記発酵培地が、第1及び第2の養分含有培地を含む、請求項5記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のカリウム濃度を約20〜約200mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項6記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のカリウム濃度を約20〜約160mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項7記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のPO4 -3濃度を約10〜約120mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項6記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のPO4 -3濃度を約10〜約100mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項9記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のMg濃度を約1〜約6mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項6記載の方法。
- 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のMg濃度を約1〜約4mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項11記載の方法。
- 前記第2培地が、第1培地:第2培地の容積流量比を約15:1〜約2:1に保持するのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項6記載の方法。
- 前記第1培地がK、Mg、Fe、PO4 -3、Zn、Co、Ni及びこれらの混合物からなる群から選択される元素を含む、請求項6記載の方法。
- 前記第2培地がW、Se及びこれらの混合物からなる群から選択される元素を含む、請求項6記載の方法。
- 前記CO含有基質のCO/CO2モル比が少なくとも約0.75である、請求項1記載の方法。
- 前記CO含有基質が約20〜約100mol%のCOを有する、請求項1記載の方法。
- 前記発酵媒体のpHが約3.5〜約5.0に保たれている、請求項1記載の方法。
- 水酸化アンモニウムの添加で前記pHが保たれている、請求項18記載の方法。
- 発酵排出気体中のH2S濃度を約20〜約500ppmの範囲に保つことを更に含む、請求項1記載の方法。
- 前記発酵培地にNaHSを添加することにより、前記発酵排出気体中のH2S濃度を約20〜約500ppmに保つ、請求項20記載の方法。
- 前記発酵系がアセテート生成性の細菌を含む、請求項1記載の方法。
- 前記アセテート生成性の細菌が、アセトゲニウム・キブイ(Acetogenium kivui)、アセトアナエロビウム・ノテラエ(Acetoanaerobium noterae)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)、アルカリバクルム・バッキCP11(ATCC BAA-1772)、ブラウティア・プロダクタ(Blautia producta)、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム(Butyribacterium methylotrophicum)、カルダナエロバクター・サブテラネウス(Caldanaerobacter subterraneous)、カルダナエロバクター・サブテラネウス・パシフィカス(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス(Carboxydothermus hydrogenoformans)、クロストリジウム・アセチカム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)、クロストリジウム・アセトブチリカムP262(DSMZ社(ドイツ)のDSM 19630)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 19630)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 10061)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 23693)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 24138)、クロストリジウム・カルボキシジボランスP7(ATCC PTA-7827)、クロストリジウム・コスカティイ(Clostridium coskatii)(ATCC PTA-10522)、クロストリジウム・ドラケイ(Clostridium drakei)、クロストリジウム・リュングダリイPETC(ATCC 49587)、クロストリジウム・リュングダリイERI2(ATCC 55380)、クロストリジウム・リュングダリイC-01(ATCC 55988)、クロストリジウム・リュングダリイO-52(ATCC 55889)、クロストリジウム・マグナム(Clostridium magnum)、クロストリジウム・パストゥリアナム(Clostridium pasteurianum)(DSMZ社(ドイツ)のDSM 525)、クロストリジウム・ラグスダリ(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、クロストリジウム・スカトロゲネス(Clostridium scatologenes)、クロストリジウム・サーモアセチカム(Clostridium thermoaceticum)、クロストリジウム・ウルツネンセ(Clostridium ultunense)、デスルホトマクルム・クズネツォビイ(Desulfotomaculum kuznetsovii)、ユーバクテリウム・リモーサム(Eubacterium limosum)、ゲオバクター・スルフレデュセンス(Geobacter sulfurreducens)、メタノサルシナ・アセチボランス(Methanosarcina acetivorans)、メタノサルシナ・バーケリ(Methanosarcina barkeri)、モーレラ・サーモアセチカ(Morrella thermoacetica)、モーレラ・サーモオートトロフィカ(Morrella thermoautotrophica)、オキソバクター・フェニギイ(Oxobacter pfennigii)、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス(Peptostreptococcus productus)、ルミノコッカス・プロダクツス(Ruminococcus productus)、サーモアナエロバクター・キブイ(Thermoanaerobacter kivui)、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項22記載の方法。
- 一酸化炭素(CO)含有基質の発酵方法であって、
前記CO含有基質を発酵系に提供し、前記CO含有基質を発酵する工程と、
前記発酵培地のカリウム濃度を求める工程と、
第1培地及び第2培地を前記発酵系に提供する工程とを含み、前記第1培地は、目標のセル密度に達するまで前記発酵培地のカリウムを約20〜約200mg/Lに保つのに有効な流量で供給される、前記発酵方法。 - 前記第1培地が、目標のセル密度に達するまで前記培地のカリウム濃度を約20〜約160mg/Lに保つのに有効な流量で発酵系に供給される、請求項24記載の方法。
- 前記CO含有基質のCO/CO2モル比が少なくとも約0.75である、請求項24記載の方法。
- 前記CO含有基質が約20〜約100mol%のCOを有する、請求項24記載の方法。
- 前記培地の前記カリウム濃度を、イオンクロマトグラフィー、誘導結合プラズマ分光測定法、イオン選択性電極、炎光光度法、フレームイオン化原子吸光法及びこれらの組み合わせからなる群から選択される方法で求める、請求項24記載の方法。
- 前記目標のセル密度が約2〜約30g/Lである、請求項24記載の方法。
- 前記第2培地は、第1培地:第2培地の容積流量比を約15:1〜約2:1に保持するのに有効な流量で前記発酵系に供給される、請求項24記載の方法。
- 前記第1培地がK、Mg、Fe、PO4 -3、Zn、Co、Ni及びこれらの混合物からなる群から選択される元素を含む、請求項24記載の方法。
- 前記第2培地がW、Se及びこれらの混合物からなる群から選択される元素を含む、請求項24記載の方法。
- 前記発酵媒体のpHが約3.5〜約5.0に保たれている、請求項24記載の方法。
- 水酸化アンモニウムの添加で前記pHが保たれている、請求項24記載の方法。
- 発酵排出気体中のH2S濃度を約20〜約500ppmの範囲に保つことを更に含む、請求項24記載の方法。
- 前記発酵培地にNaHSを添加することにより、前記発酵排出気体中のH2S濃度を約20〜約500ppmに保つ、請求項35記載の方法。
- 前記発酵系がアセテート生成性の細菌を含む、請求項24記載の方法。
- 前記アセテート生成性の細菌が、アセトゲニウム・キブイ(Acetogenium kivui)、アセトアナエロビウム・ノテラエ(Acetoanaerobium noterae)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)、アルカリバクルム・バッキCP11(ATCC BAA-1772)、ブラウティア・プロダクタ(Blautia producta)、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム(Butyribacterium methylotrophicum)、カルダナエロバクター・サブテラネウス(Caldanaerobacter subterraneous)、カルダナエロバクター・サブテラネウス・パシフィカス(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス(Carboxydothermus hydrogenoformans)、クロストリジウム・アセチカム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)、クロストリジウム・アセトブチリカムP262(DSMZ社(ドイツ)のDSM 19630)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 19630)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 10061)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 23693)、クロストリジウム・オートエタノゲナム(DSMZ社(ドイツ)のDSM 24138)、クロストリジウム・カルボキシジボランスP7(ATCC PTA-7827)、クロストリジウム・コスカティイ(Clostridium coskatii)(ATCC PTA-10522)、クロストリジウム・ドラケイ(Clostridium drakei)、クロストリジウム・リュングダリイPETC(ATCC 49587)、クロストリジウム・リュングダリイERI2(ATCC 55380)、クロストリジウム・リュングダリイC-01(ATCC 55988)、クロストリジウム・リュングダリイO-52(ATCC 55889)、クロストリジウム・マグナム(Clostridium magnum)、クロストリジウム・パストゥリアナム(Clostridium pasteurianum)(DSMZ社(ドイツ)のDSM 525)、クロストリジウム・ラグスダリ(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、クロストリジウム・スカトロゲネス(Clostridium scatologenes)、クロストリジウム・サーモアセチカム(Clostridium thermoaceticum)、クロストリジウム・ウルツネンセ(Clostridium ultunense)、デスルホトマクルム・クズネツォビイ(Desulfotomaculum kuznetsovii)、ユーバクテリウム・リモーサム(Eubacterium limosum)、ゲオバクター・スルフレデュセンス(Geobacter sulfurreducens)、メタノサルシナ・アセチボランス(Methanosarcina acetivorans)、メタノサルシナ・バーケリ(Methanosarcina barkeri)、モーレラ・サーモアセチカ(Morrella thermoacetica)、モーレラ・サーモオートトロフィカ(Morrella thermoautotrophica)、オキソバクター・フェニギイ(Oxobacter pfennigii)、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス(Peptostreptococcus productus)、ルミノコッカス・プロダクツス(Ruminococcus productus)、サーモアナエロバクター・キブイ(Thermoanaerobacter kivui)、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項37記載の方法。
- 前記方法が、10gの総アルコール分/(L・日)以上のSTYを提供するのに有効である、請求項24記載の方法。
- 目標のセル密度に達するまで前記培地のPO4 -3濃度を約10〜約120mg/Lに保つのに有効な流量で前記第1培地を発酵系に供給することを更に含む、請求項24記載の方法。
- 目標のセル密度に達するまで前記培地のMg濃度を約1〜約6mg/Lに保つのに有効な流量で前記第1培地を発酵系に供給することを更に含む、請求項24記載の方法。
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