JP2017534276A - 複数ステージバイオリアクタープロセス - Google Patents
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Abstract
Description
2 アセトバクテリウム・ウッディーは、COによって増殖し得ると報告されているが、方法論は疑問である。
3 クロストリジウム・マグナムがCOによって増殖し得るかどうかは、調査されていない。
4 ムーレラ・サーモアセチカの1つの菌種、ムーレラ菌種HUC22−1は、ガスからエタノールを生成すると報告されている。
5 スポロミューサ・オヴァタがCOによって増殖し得るかどうかは、調査されていない。
6 スポロミューサ・シルバセチカがCOによって増殖し得るかどうかは、調査されていない。
7 スポロミューサ・スファエロイデスがCOによって増殖し得るかどうかは、調査されていない。
1−(複数ステージプロセスを出るCOの割合)/(複数ステージプロセスに入力されるCOの割合)
(実験設定)
それぞれが1.5リットルの作業容積を有する(このシステムについて9リットルの総反応器容積)、バイオリアクターを含む6つのステージを有する試験リグを使用して、本明細書に記載される複数ステージの生物学的変換プロセスを延長評価した。具体的には、これらのプロセスは、約1.2メートルの高さ及び50ミリメートルの直径の主要カラムを有し、水力学観察のための透明なPVCプラスチックで構築される、対向流の液体下降流動ループ反応器を使用した。第5及び第6のステージは、いくぶんより高い主要カラムを有した。各カラムの下部に、プラスチックの低圧遠心ポンプ(水族館用、500〜2000L//時)を使用して、液体を、各カラムの上部にある全円錐型シャワーヘッド液体分配器に再循環した。各シャワーヘッドにわたる圧力低下は、約20〜40kPaで、低かった。
(初期慣らし操作)
初期操作は、クロストリジウム・オートエタノゲナムを含有する細菌培養培地の存在下で、ガス状CO含有基質中のCOをエタノール及び他の代謝物に生物学的に変換するための、複数ステージバイオリアクターシステムの有効性を試験するように設計した。実施例1に記載した試験リグの単純化されたバージョンを、ヘッドスペースのシャワースプレーなしで(すなわち、連続蒸気相帯域は開いたパイプであった)用いた。いかなるスパージャーも使用されず、すなわち、ガスは、3mmの内径の開いたチューブを通して連続液相帯域へと導入された。第5及び第6のステージのバイオリアクターの温度制御部はなく、液位制御部を単純な溢流液体システム(共有ガス出口)で維持した。生物変換操作は、2週間安定した細菌増殖を達成し、最終的に、第6のステージのバイオリアクターから除去された最終ステージの液体生成物に基づいて、2グラム/リットル未満のアセテート生成をもって43グラム/リットル超のエタノール生成の動作点に達した。安定したステージの希釈率、または液体培養培地の添加は、約2.5ミリリットル/分(または各バイオリアクターについて約2.3個分の反応器容積/日)であった。いくらかの質量移動生成界面活性剤が、オーバーヘッド液位において初期バイオリアクターステージから取り除かれ、質量移動を低減することが観察されたものの、これらの結果は、本システムの溢流液位制御を確認した。
(水力学的観察に基づいて改変された操作)
第2の操作において、実質的に実施例1に記載されるように試験リグに達するように改変を行った。実質的2の試験の水力学的評価に基づくこれらの改変は、カラムの下部に結合された、1.5mmの内径のステンレス鋼チュービングを使用して、ステージ間に「液体のみ」の接続を確立することを含んだ。この直径は、培養培地の添加の動作率(希釈率)での逆混合を防ぐのに十分に小さくあるように決定された。反応器の下部でのこれらの液体接続に照らして、第6のバイオリアクターを出る、最終ステージの液体生成物のための調節可能な高さの出口を、システムを通した液位制御のために追加した。また、全円錐型ヘッドスペースシャワースプレーを、液体分配のためにバイオリアクターの全てに追加し、温度制御システムを、最後の2つの反応器ステージの外部液体再循環ループ上に追加した。ガス状生成物を有するのとは対照的に、実施例2に記載されるように組み合わせた未利用のCOを含有する別個のガス排気を、6つのバイオリアクターのそれぞれに提供した。
Claims (31)
- C1炭素源を最終生成物へと変換するための複数ステージプロセスであって、
ガス状C1含有基質を、並行して、前記複数ステージプロセスの、第1のバイオリアクターステージ及び少なくとも第2のバイオリアクターステージに供給する工程と、
第1のステージの液体生成物の少なくとも一部分を、連続して、前記第1のバイオリアクターステージから前記第2のバイオリアクターステージに供給する工程と、を含み、
前記第1のステージの液体生成物が、C1炭素源を代謝し、前記最終生成物を生成するために、前記第1のバイオリアクターステージにおいて使用されるC1固定微生物を含む、プロセス。 - 前記第1のステージの液体生成物が、前記C1固定微生物の分離、及び分離されたC1固定微生物の前記第1のバイオリアクターステージへの再循環なしで、前記第2のバイオリアクターステージに供給される、請求項1に記載のプロセス。
- 少なくとも4つのバイオリアクターステージを含み、前記ガス状C1含有基質が、前記少なくとも4つのバイオリアクターステージに並行して供給され、前記第1のステージの液体生成物を含む液体生成物が、前記第1のバイオリアクターステージから最終バイオリアクターステージに連続して供給され、その後、前記最終バイオリアクターステージから除去される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記少なくとも4つのバイオリアクターステージの全体的C1利用率が、少なくとも約60%である、請求項3に記載のプロセス。
- 最終ステージの液体生成物が、前記最終バイオリアクターステージから除去された後、調節可能な高度へと通され、前記高度が、各バイオリアクターステージ中の液位を決定する、請求項3に記載のプロセス。
- 前記少なくとも4つのバイオリアクターステージが、大気圧よりも上の約200キロパスカル(kPa)未満の圧力で操作される、請求項3に記載のプロセス。
- 前記最終生成物がエタノールであり、かつ、エタノールに加えて、前記C1固定微生物が代謝物として酢酸を生成する、請求項1に記載のプロセス。
- 最終ステージの液体生成物を、前記複数ステージプロセスの最終バイオリアクターステージから除去することを更に含み、前記最終ステージの液体生成物のバイオマスを含まない液体画分が、少なくとも約50グラム/リットル(g/l)のエタノールを含む、請求項7に記載のプロセス。
- 前記最終ステージの液体生成物の前記バイオマスを含まない液体画分が、少なくとも約50:1のエタノール:酢酸の重量比を有する、請求項8に記載のプロセス。
- 前記最終生成物が、イソプロパノール、ブタノール、アセテート、アセトン、2−ヒドロキシイソ酪酸、及びイソブチレンからなる群から選択される増殖依存性生成物である、請求項1に記載のプロセス。
- 最終ステージの液体生成物を、前記複数ステージプロセスの最終バイオリアクターステージから除去することを更に含み、前記最終ステージの液体生成物のバイオマスを含まない液体画分が、少なくとも約10グラム/リットル(g/l)のイソプロパノールを含む、請求項10に記載のプロセス。
- 前記第1及び第2のバイオリアクターステージが、少なくとも1つの独立して制御可能なプロセス動作変数を有し、当該プロセス動作変数は、液体培養培地の添加速度、ガス状C1含有基質供給速度、反応器温度、反応器pH、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記第1及び第2のバイオリアクターステージのうちの少なくとも1つが、約10/1未満の長さ/幅の比率を有するバイオリアクターを含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記第1及び第2のバイオリアクターステージのうちの少なくとも1つが、循環ループバイオリアクターを含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記循環ループバイオリアクターが、連続液相帯域内の内部液体循環を伴って動作する、請求項14に記載のプロセス。
- 前記連続液相帯域内で、液体が内部上昇部内で上向きに流動し、1つ以上の内部下降部内で下向きに流動する、請求項15に記載のプロセス。
- 前記循環ループバイオリアクターが、前記連続液相帯域よりも上の連続蒸気相帯域内で、対向流ガス及び液体流動を伴って動作する、請求項15に記載のプロセス。
- 前記連続液相帯域が、前記循環ループバイオリアクターの長さの下部75%以内にある、請求項17に記載のプロセス。
- 前記連続液相帯域及び連続ガス相帯域が、蒸気−液体接触デバイスを含み、連続液相帯域デバイスが、連続蒸気相帯域デバイスとは異なる、請求項17に記載のプロセス。
- 外部再循環ループを通して再循環される液体生成物が、連続蒸気相帯域に向かう、請求項17に記載のプロセス。
- 前記外部再循環ループを通して再循環される前記液体生成物が、前記循環ループバイオリアクターの温度を制御するための外部熱交換器に通される、請求項20に記載のプロセス。
- 前記外部再循環ループを通して再循環される前記液体生成物に、塩基性中和剤が添加されて、前記循環ループバイオリアクターのpHが制御される、請求項20に記載のプロセス。
- 複数ステージシステムであって、
第1の末端にガス入口を備え、前記第1の末端と反対の第2の末端にガス出口を備える、複数のバイオリアクターであって、前記ガス入口及び出口が、ガス状C1含有基質を前記複数のバイオリアクターに供給し、並行して、未変換のC1炭素源を含むガス状生成物を取り除くことを可能にする、複数のバイオリアクターを備え、
第1のバイオリアクター及び最終バイオリアクターを除く、前記複数のバイオリアクターが、バイオマスを含む上流の液体生成物を隣接する上流のバイオリアクターから受け取り、連続して、バイオマスを含む液体生成物を隣接する下流のバイオリアクターに運搬するための、前記バイオリアクターのそれぞれの第1の末端に近接する別個の液体入口及び出口を備え、
最終ステージの液体生成物を前記最終バイオリアクターから受け取るための、前記最終バイオリアクターの第1の末端に近接する液体生成物出口を備える、複数ステージシステム。 - 前記液体生成物出口が、前記複数のバイオリアクターの高さに対して高さが調節可能なサイホンブレーカーと流体連通している、請求項23に記載のシステム。
- 前記ガス入口が、前記複数のバイオリアクターの第1の末端に近接して、前記複数のバイオリアクター内のガススパージャーと流体連通している、請求項23に記載のシステム。
- 前記複数のバイオリアクターが、前記複数のバイオリアクターの前記第1の末端に近接して除去された液体を、前記複数のバイオリアクターの前記第2の末端に近接する連続蒸気相帯域内の液体分配器に再循環させるための外部再循環ループを備える、請求項23に記載のシステム。
- 前記外部液体再循環ループが、塩基性中和剤入口と流体連通しており、前記複数のバイオリアクター内のpHを独立して制御するための計測手段を備える、請求項26に記載のシステム。
- 前記外部液体再循環ループが、加熱器または熱交換器と流体連通しており、前記複数のバイオリアクター内の温度を独立して制御するための計測手段を備える、請求項26に記載のシステム。
- COをエタノールに変換するための複数ステージの生物学的プロセスであって、
前記複数ステージプロセスの複数のバイオリアクターステージの中で並行して、ガス状CO含有基質を分割する工程と、
連続して、第1のバイオリアクターステージから下流のバイオリアクターステージに、カルボキシド栄養性微生物を含む液体生成物を連続して供給する工程と、
最終バイオリアクターステージから、少なくとも約50グラム/リットル(g/l)のエタノールを含み、かつ少なくとも約50:1のエタノール:酢酸の重量比を有する液体画分を含有する非カルボキシド栄養性微生物を有する最終ステージの液体生成物を除去する工程と、を含む、プロセス。 - 少なくとも4つのバイオリアクターステージを含む、請求項29に記載のプロセス。
- 前記複数のバイオリアクターステージのうちの2つ以上が、単一容器内の別個の区分である、請求項29に記載のプロセス。
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