JP2023532695A - アセトンをアップグレードするための最適化されたｉｂｅ発酵法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、アルコールを生産するための方法であって、ａ．少なくとも１個のバイオリアクタ（Ｒ１）中、天然菌株の微生物の存在中のＩＢＥ発酵の工程であって、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液（１）およびリサイクルアセトン流れ（３）を少なくとも給送し、発酵ガスと、発酵生成物を含有している発酵マストとを生じさせる工程；ｂ．発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れ（２）を得る工程；ｃ.工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理する工程であって、アセトンを分離するためのセクションを含んでおり、少なくとも１個のアセトン流出物（３）と、アルコールの水性流出物（４）とを生じさせる工程；ｄ．工程ｃ）からのアセトン流出物（３）の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルする工程を含んでいる、方法に関する。
Description
本発明は、アルコールを生産するための方法であって、天然微生物の存在中でのＣ５および／またはＣ６の糖を含んでいる水溶液のＩＢＥ発酵を含んでおり、アルコール、特に、イソプロパノールの収率を最大にすることを可能にする、方法に関する。
エネルギー移行の課題に対応するために、石油精製および／または石油化学に代わる方法で化学中間体へのアクセスを可能にする「グリーン」プロセスを開発するためのかなりの研究が行われている。
発酵由来のアルコール（エタノール、ｎ－ブタノール（以下、ブタノールと表記する）、イソプロパノール）は、石油化学誘導体の最も有望な代替品である。ＡＢＥ（Acetone - Butanol - Ethanol：アセトン－ブタノール－エタノール）発酵は、（２０世紀初頭に）工業化された最も古い発酵の１つであり、それ以来、広く研究されている（非特許文献１参照）。イソプロパノール、ブタノールおよびエタノールの混合物を生じさせるＩＢＥ（Isopropanol - Butanol - Ethanol：イソプロパノール－ブタノール－エタノール）発酵もある（非特許文献２参照）。これらの２つのタイプの発酵は、厳密な嫌気状態下に、発酵微生物、一般にクロストリジウム属の発酵微生物によって行われる。
バイオテクノロジーにおいて用いられる、クロストリジウム属のこれらの「溶媒原性」非病原性菌株は、多種多様な糖を天然に変換して目的の化学種、特に、ＡＢＥ発酵の間にアセトン、ブタノールおよびエタノールの混合物を生じさせる能力を有している（非特許文献３）。一部のものは、それら自体で、ＩＢＥ発酵の間にイソプロパノール、ブタノールおよびエタノールの混合物を生じさせることができる（非特許文献４および５）。
クロストリジウム属のわずかの特定の溶媒原性株のみが、発酵プロセスの間に、アセトンのほぼ完全な代替品としてイソプロパノールを天然に生じさせることができ、特に、クロストリジウム属の所定の株である、クロストリジウム ベイジェリンキ（またはＣ．ベイジェリンキ）、例えば、DSM6423株がある。他の株は、アセトン／ブタノール／エタノール（Ａ／Ｂ／Ｅ）混合物を生じさせる。
したがって、イソプロパノール/ブタノール/エタノール（Ｉ／Ｂ／Ｅ）アルコール混合物に至るＩＢＥ発酵プロセスの間に、アセトンは、イソプロパノールの発酵生産経路の中間生成物である（非特許文献６および７）。しかしながら、ＩＢＥ発酵、例えばDSM6423株によって行われるＩＢＥ発酵の終わりに、得られる発酵ブロスは、系統的に、アセトンを、しばしば、低濃度（一般に、生じた溶媒の質量の約２％）で含む。しかしながら、ＩＢＥ発酵プロセスの生成物中のこのアセトンの存在は、アルコール、特にイソプロパノールの収率の特徴であり、不完全である可能性がある。
そこで有用であると考えられるのは、Ｉ／Ｂ／Ｅアルコールの大規模な発酵生産を経済的に有利にするように、同時生産されたアセトンをアルコール、特にイソプロパノールに変換することにより、従来のＩＢＥ発酵プロセスを最適化することであり、それ故に、この方法におけるこのアセトン副生物の蓄積を制限することが可能となる。アセトンを回収・変換することにより、それをアップグレードすることも可能になり、特に糖のアルコールへの変換収率を向上させることができる。
化学的手段によってアセトンをイソプロパノールに変換するための工業的な方法が存在する。これらは、圧力下での従来の接触水素化方法である。例えば、文献（特許文献１および２）に記載された方法は、水素化金属、特に、ラニーニッケルをベースとする触媒の存在中での、温度２０℃～２００℃および圧力１～８０ｂａｒでのアセトンと水素との反応によってイソプロパノールを生じさせるための方法である（特許文献１参照）。出願（特許文献２）には、イソプロパノールの選択性が水の存在中で改善されることが明記されている。特許（特許文献３）自体に、いくつかの反応段階においてアセトンをイソプロパノールに水素化して、高純度イソプロパノールを、改善された選択性で生じさせるための方法が記載されている。
同時に、アセトンを変換するための酵素経路が調査される。文献には、例えば、クロストリジウムの特定の菌株、特にClostridium ragsdalei（クロストリジウム ラグスダレイ）菌株を用いたアセトンのイソプロパノールへの還元が、窒素Ｎ２、水素Ｈ２、二酸化炭素ＣＯ２および一酸化炭素ＣＯのガス状混合物を含む合成ガスとも呼ばれるガス化から生じたガス状基質の発酵からなるため、ＩＢＥまたはＡＢＥの発酵とは大きく異なる発酵システムにおいて記載されている（非特許文献８）。この方法において、アセトンは、発酵培地に、２ｇ／Ｌまでの範囲にわたる濃度で添加され、微生物の増殖に影響を与えない。
別の研究には、外因性の酸（酢酸または酪酸）または特定の酵素の前駆体を、グルコースを含む培地に特に導入することによって、クロストリジウムの天然株NJP7の存在中でのアセトン－イソプロパノール－ブタノール発酵を最適にし、ブタノールまたはブタノール－イソプロパノールの生産を改善することが提案されている（非特許文献９）。この同じ研究は、クロストリジウムNJP7株のブタノールおよびイソプロパノールの力価と生産性が、バイオディーゼルを用いる現場内（in situ）抽出によるフェドバッチ発酵の間にさらに改善され得ることを示している。
さらに別の研究により、アセトン－ブタノール－エタノール混合物を天然に生じさせるClostridum acetobutylicum（クロストリジウム アセトブチリカム）ATCC 824株に遺伝子改変を加えて、アセトンの代わりにイソプロパノールを生じるようにさせることが提案されている。しかしながら、遺伝子組み換え微生物によって生じさせられ、かつ、アセトンを効果的に変換することができるアルコール脱水素酵素が存在するにも拘わらず、残留アセトンの産生が依然として観察される（非特許文献１０および１１）。
これらの文献のいずれにも、Ｃ５および／またはＣ６の糖の酵素変換によってアルコールを生産する方法であって、アセトン、特にアルコールと共生産されたアセトンの直接的なアップグレードを可能にする方法は提案されていない。また、いずれの文献にも、糖からアルコールへの変換率、したがって、生じたアルコール、特にイソプロパノールの収率を実質的に改善することを可能にし、これにより、大幅な経済的節約が示される、比較的単純な方法スキームは、提案されていない。
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（発明の概要）
それ故に、本発明は、アルコールを生産するための方法であって、以下の工程を含んでいる方法に関する：
ａ） 少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクションを用いる発酵工程であって、該バイオリアクタにおいて、クロストリジウム菌株、特に工業的に重要なクロストリジウム菌株の存在中でＩＢＥ－タイプの発酵を行い、前記反応セクションに、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液およびリサイクルアセトン流れを少なくとも給送して、発酵ガスと、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスとを生じさせる、工程；
ｂ） 発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程；
ｃ） アセトン分離セクションを用いて工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理して、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる工程；
ｄ） 少なくとも１個の移送セクションを用いてアセトンをリサイクルして、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルする工程であって、移送されたアセトン流出物の前記少なくとも一部は、工程ａ）の反応セクションに給送する前記リサイクルアセトン流れを構成する、工程。
それ故に、本発明は、アルコールを生産するための方法であって、以下の工程を含んでいる方法に関する：
ａ） 少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクションを用いる発酵工程であって、該バイオリアクタにおいて、クロストリジウム菌株、特に工業的に重要なクロストリジウム菌株の存在中でＩＢＥ－タイプの発酵を行い、前記反応セクションに、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液およびリサイクルアセトン流れを少なくとも給送して、発酵ガスと、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスとを生じさせる、工程；
ｂ） 発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程；
ｃ） アセトン分離セクションを用いて工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理して、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる工程；
ｄ） 少なくとも１個の移送セクションを用いてアセトンをリサイクルして、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルする工程であって、移送されたアセトン流出物の前記少なくとも一部は、工程ａ）の反応セクションに給送する前記リサイクルアセトン流れを構成する、工程。
驚くべきことに、本出願人は、簡単な方法スキームに従って、天然の微生物によってアルコールと共生産されたアセトンを発酵培地に何らの特定の精製をすることなく再導入して、これらの同一の天然微生物を用いてそれをイソプロパノールに変換することが可能であったことを発見した。共生成物からアルコール、特にイソプロパノールへのこの再同化および変換により、糖からアルコールへの収率を実質的に改善することが可能となり、このことは、著しい経済的節約を表している。本出願人は、実際に、天然微生物によるＩＢＥ発酵の間に共生産されたアセトンは、容易にリサイクルされ得、同じ微生物によってほぼ完全に再同化されてイソプロパノールに変換される得ることを発見した。
それ故に、本発明による方法により、同一の菌株および同一の量の天然微生物を用いて、特に、共生産されたアセトンをリサイクルするための単純なシステムを用いることによってイソプロパノールの収率を、従来技術の方法と比較して４重量％～６重量％増加させることが可能となる。本発明による方法によって得られる改善された性能は、限られた投資および運転コストで可能であると思われる。
本発明の別の利点は、共生産されたアセトンをアップグレードする可能性にあるが、本発明によれば、本発明の方法に対して外部の発酵または化学方法に由来する生体適合性アセトンとして定義され得る外因性アセトンを変換する可能性にもある。実際に、発酵培地中の高濃度のアセトンであっても、イソプロパノール、ブタノールおよびエタノールの混合物を天然に産生する微生物によって、アセトンは、最高９０％の変換率でイソプロパノールに非常によく変換されるようである。
（実施形態の説明）
本発明によると、ＩＢＥタイプの発酵またはＩＢＥ発酵は、５個の炭素原子（Ｃ５）および／または６個の炭素原子（Ｃ６）を含んでいる糖を水溶液中に可溶化したものの、イソプロパノール－ブタノール－エタノールのアルコール混合物から主としてなる溶媒を含んでいる発酵生成物への変換を可能にする微生物を用いる発酵である。このＩＢＥ発酵の間に、アセトンが共生産される；この溶媒は、生じた溶媒の重量の約２重量％を示す。一般に、発酵は、発酵ガス、特に、二酸化炭素（ＣＯ２）および水素も生じさせる。
本発明によると、ＩＢＥタイプの発酵またはＩＢＥ発酵は、５個の炭素原子（Ｃ５）および／または６個の炭素原子（Ｃ６）を含んでいる糖を水溶液中に可溶化したものの、イソプロパノール－ブタノール－エタノールのアルコール混合物から主としてなる溶媒を含んでいる発酵生成物への変換を可能にする微生物を用いる発酵である。このＩＢＥ発酵の間に、アセトンが共生産される；この溶媒は、生じた溶媒の重量の約２重量％を示す。一般に、発酵は、発酵ガス、特に、二酸化炭素（ＣＯ２）および水素も生じさせる。
本発明によると、発酵系において用いられる、細菌とも称される微生物は、クロストリジウムの種に由来する株、特に工業的に重要である株であり、天然に、すなわち野生の状態で、主として、アルコールであるイソプロパノール、ｎ－ブタノール（以下、ブタノールと表示される）、およびエタノールを、５個の炭素（Ｃ５）または６個の炭素（Ｃ６）を含有している糖から主として生じさせることができる。用語「主として（predominantly）」は、ここでは、発酵によって得られた溶媒の好ましくは最低６０重量％、優先的には最低８０重量％、好ましくは最低９０重量％を意味する。これらの株は、「ＩＢＥ株」または「野生型ＩＢＥ株」とも称される。
野生状態でイソプロパノールを生じさせることができる細菌、特に野生状態でＩＢＥ発酵を行うことができる細菌は、例えば、C. beijerinckii（Ｃ．ベイジェリンキ）細菌、C. diolis（Ｃ．ジオリス）細菌、C.puniceum（Ｃ．プニセウム）細菌、C.Aurantibutyricum（Ｃ．オーランチブチリカム）細菌、C.butyricum（Ｃ．ブチリカム）細菌、C.saccharoperbutylacetonicum（Ｃ．サッカロパーブチルアセトニカム）細菌、C.botulinum細菌（ボツリヌス菌）、C.drakei（Ｃ．ドラケイ）細菌、C.scatologenes（Ｃ．スカトロゲネス）細菌、C.perfringens（Ｃ．パーフリンジェンス）細菌およびC.tunisiense細菌から選択される細菌、好ましくは、Ｃ．ベイジェリンキ細菌、Ｃ．ジオリス細菌、Ｃ．プニセウム細菌、Ｃ．オーランチブチリカム細菌およびＣ．サッカロパーブチルアセトニカム細菌から選択される細菌であってよい。好ましくは、天然にイソプロパノールを生じさせることができる細菌、特に、野生状態でＩＢＥ発酵を行うことができる細菌は、Ｃ．ベイジェリンキ細菌、好ましくは、DSM 6423、LMG 7814、LMG 7815、NRRL B-593、NCCB 27006から選択されるＣ．ベイジェリンキのサブクレード、Ｃ．オーランチブチリカム DSZM 793またはATCC 17777細菌、または、DSM 6423株と最低９０％、９５％、９６％、９７％、９８％または９９％の同一性を有しているようなＣ．ベイジェリンキまたはＣ．オーランチブチリカムのサブクレードである（https://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/GCA_900010805.1参照）。DSM 6423サブグレードのＣ．ベイジェリンキ細菌が特に好適である。
有利には、用いられる微生物は、発酵の間に、二次アルコール脱水素酵素（secondary alcohol dehydrogenase：sadh）と呼ばれる特定の酵素を天然合成し、この酵素は、補因子の存在中、より具体的にはＮＡＤＰＨ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate：ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）の存在中でアセトンをイソプロパノールに変換することができ、この補因子は、同じ微生物によって、特にグルコースの存在中で産生される。本発明によると、これらの微生物は、「微生物」、「天然菌株微生物」、「クロストリジウム種に由来する菌株」または「天然菌株」またはさらには「野生菌株」と交換可能に呼ばれる。
ただし、野生株は、それらの発酵性能に影響を与えることなく、それらの遺伝物質内（つまり、それらのＤＮＡ内）で天然に点突然変異を受ける可能性がある。
本発明によると、「発酵槽」とも呼ばれる「バイオリアクタ」は、目的の分子（溶媒または他の有機化合物）を生じさせることができる発酵微生物を繁殖させるための設備アイテムである。それ故に、バイオリアクタにおける発酵により、Ｃ５および／またはＣ６の糖の存在中で、反応培地とも呼ばれる発酵（または発酵性の）培地のｐＨ、撹拌および温度などのキーパラメータを制御しながら、用いられる微生物の増殖、および対象となる溶媒の生産が可能となる。
したがって、本発明による発酵工程は、微生物を増殖させることと、イソプロパノール、ｎ－ブタノールおよびエタノールの混合物を含んでいる水溶液を含有している発酵ブロスを含んでいる反応流出物を回収することとからなる。
本発明によると、バイオリアクタの容積は、前記バイオリアクタの作業容積に相当する。
本発明によると、用語「溶媒」は、発酵によって生じるアルコールおよびケトンの化合物の全てを意味する。より具体的には、用語「溶媒」は、本発明による方法において実施されるＩＢＥ発酵の間に生じるイソプロパノール、ブタノール、エタノールおよびアセトンの混合物を意味する。
本発明によると、表現「ＡとＢとの間（between A and B）」は、間隔の両限界値が記載された値の範囲に含まれることを意味する。そうでなかった場合、および両限界値が記載された範囲に含まれていなかった場合、その旨の説明が本発明によって導入されることになる。
本発明の目的のために、所与の工程のためのパラメータの様々な範囲、例えば、圧力および温度の範囲が、単独でまたは組み合わせで用いられてよい。例えば、本発明の意味の範囲内で、好適な圧力値の範囲は、より好適な温度値の範囲と組み合わされ得る。
以下の本文において、本発明の特定のおよび／または好適な実施形態が記載されてよい。それらは、個別にまたは一緒に組み合わされて、これが技術的に実現可能である場合に組み合わせの制限なく実施され得る。
それ故に、本発明は、アルコールを生産するための方法であって、以下の工程を含んでいる、好ましくは、それらからなる方法に関する：
ａ） 少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクションを用いるＩＢＥタイプの発酵の工程であって、該バイオリアクタは、天然菌株の微生物を含有し、前記反応セクションに、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液およびリサイクルアセトン流れを少なくとも給送し、発酵ガスと、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスとを生じさせる、工程；
ｂ） 発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程；
ｃ） アセトン分離セクションを用いて工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理して、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる工程；
ｄ） 少なくとも１個の移送セクションを用いてアセトンをリサイクルする工程であって、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルし、移送されたアセトン流出物の前記少なくとも一部は、反応セクションに給送する前記リサイクルアセトン流れを構成する、工程。
ａ） 少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクションを用いるＩＢＥタイプの発酵の工程であって、該バイオリアクタは、天然菌株の微生物を含有し、前記反応セクションに、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液およびリサイクルアセトン流れを少なくとも給送し、発酵ガスと、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスとを生じさせる、工程；
ｂ） 発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程；
ｃ） アセトン分離セクションを用いて工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理して、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる工程；
ｄ） 少なくとも１個の移送セクションを用いてアセトンをリサイクルする工程であって、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルし、移送されたアセトン流出物の前記少なくとも一部は、反応セクションに給送する前記リサイクルアセトン流れを構成する、工程。
（供給原料）
本発明によると、本方法は、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を給送される。
本発明によると、本方法は、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を給送される。
Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液は、様々な起源を有することができる。それは、有利には、再生可能な資源の処理に由来する。この再生可能な資源は、リグノセルロースバイオマスタイプのものであり得、これは、特に、木質基質（落葉植物および針葉樹）、農業副生物（わら）またはリグノセルロース廃棄物を生じさせる産業（農業食品または製紙産業）からの副生物を含む。糖の水溶液は、糖産生植物、例えばサトウダイコンおよびサトウキビ、またはデンプン質植物、例えば、トウモロコシまたは小麦からも得られ得る。
生物学的バイオ燃料生産に用いられる様々なリグノセルロース系バイオマス（単子葉植物または双子葉植物）に天然に存在する任意のＣ５糖が本発明による方法によって発酵させられ得る。好ましくは、Ｃ５糖は、キシロースおよびアラビノースから選ばれる。
任意のＣ６糖も、本発明による方法によって発酵させられ得る。好ましくは、Ｃ６糖は、グルコース、マンノース、ガラクトースから選ばれる。より好ましくは、Ｃ６糖は、グルコースである。
有利には、Ｃ５および／またはＣ６の糖は、前記糖水溶液に可溶化される。前記糖水溶液中のＣ５および／またはＣ６の糖の濃度は、１～９００ｇ／Ｌ、好ましくは１０～６００ｇ／Ｌ、優先的には２０～５００ｇ／Ｌ、大いに好ましくは２５～１５０ｇ／Ｌである。好ましくは、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液は、液体溶液である。
（工程ａ））
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、反応セクションを用いる発酵工程ａ）を含み、当該反応セクションは、それ自体で、天然微生物の存在中でＩＢＥ発酵が行われる少なくとも１個のバイオリアクタを含む。
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、反応セクションを用いる発酵工程ａ）を含み、当該反応セクションは、それ自体で、天然微生物の存在中でＩＢＥ発酵が行われる少なくとも１個のバイオリアクタを含む。
前記天然微生物は、アルコールであるイソプロパノール、ｎ－ブタノール（本発明によりブタノールとも呼ばれる）およびエタノールをＣ５および／またはＣ６の糖から天然に生じさせることができるクロストリジウムの菌株である。
１種または複数種の実施形態によると、細菌バイオマスとも称される発酵系は、クロストリジウム属に属し、かつ、野生状態でイソプロパノールを生じさせることができる、特に、野生状態でＩＢＥ発酵を行うことができ、かつ、有利には、C. beijerinckii（Ｃ．ベイジェリンキ）細菌、C. diolis（Ｃ．ジオリス）細菌、C. puniceum（Ｃ．プニセウム）細菌、C. aurantibutyricum（Ｃ．オーランチブチリカム）細菌、C. butyricum（Ｃ．ブチリカム）細菌、C. saccharoperbutylacetonicum（Ｃ．サッカロパーブチルアセトニカム）細菌、C. botulinum（ボツリヌス菌）細菌、C. drakei（Ｃ．ドラケイ）細菌、C. scatologenes（Ｃ．スカトロゲネス）細菌、C. perfringens（Ｃ．パーフリンジェンス）細菌およびC. tunisiense細菌から、好ましくはＣ．ベイジェリンキ細菌、Ｃ．ジオリス細菌、Ｃ．プニセウム細菌、Ｃ．オーランチブチリカム細菌およびＣ．サッカロパーブチルアセトニカム細菌から選択される微生物、または細菌によって少なくとも生じさせられる（および／またはそれを含む）。好ましくは、用いられる微生物は、Ｃ．ベイジェリンキ細菌、好ましくはDSM 6423、LMG 7814、LMG 7815、NRRL B-593、NCCB 27006から選択されるＣ．ベイジェリンキのサブクレード、Ｃ．オーランチブチリカムDSZM 793またはATCC 17777細菌、またはDSM 6423株と最低９０％、９５％、９６％、９７％、９８％または９９％の同一性を有しているＣ．ベイジェリンキまたはＣ．オーランチブチリカムの細菌のサブクレードである（https://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/GCA_900010805.1参照）。
前記反応セクションは、１個または複数個のバイオリアクタ、好ましくは少なくとも２個のバイオリアクタ、優先的にはすくなくとも５個のバイオリアクタを含んでよい。有利には、前記反応セクションは、最高３０個のバイオリアクタ、好ましくは最高２０個のバイオリアクタ、優先的には最高１０個のバイオリアクタを含む。各バイオリアクタは、前記天然微生物を含む。反応セクションがいくつかのバイオリアクタを含む場合、バイオリアクタは並列で作動する。
前記反応セクションは、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を給送される。有利には、前記水溶液は、液体の形態にある。前記反応セクションがいくつかのバイオリアクタを含む場合、Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液は、前記反応セクションに存在するバイオリアクタと同数の多さの糖水溶液給送流れに分割され得る。
前記反応セクションは、リサイクルアセトン流れも、有利には、本発明による方法の工程ｄ）から給送される。有利には、前記リサイクルアセトン流れは、液体の形態にある。前記リサイクルアセトン流れは、前記バイオリアクタ（１個または複数個）に直接的に導入され得るか、または、前記バイオリアクタの上流に置かれたミキサに導入され、そこで、それは、Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液と混合された後に、前記バイオリアクタ（１個または複数個）に導入される。前記反応セクションがいくつかのバイオリアクタを含む場合、前記リサイクルアセトン流れは、前記反応セクションに存在するバイオリアクタと同数の多さのリサイクルアセトン給送流れに直接的に分割され得る。
前記反応セクションは、場合によっては、外因性アセトン流れも給送され得る。有利には、任意に反応セクションに給送する前記外因性アセトン流れは、液体の形態にある。前記外因性アセトン流れは、リサイクルアセトン流れＣ６と混合された後に、前記バイオリアクタ（１個または複数個）に導入され得るか、または、前記バイオリアクタ（１個または複数個）に給送し得る。
任意に反応セクションに給送する前記外因性アセトン流れは、生体適合性アセトン流れであり、これは、本発明による方法以外の少なくとも１つの方法から生じるものである。前記外因性アセトン流れは、少なくとも部分的に、別の発酵方法、例えば、ＡＢＥ発酵を実施するもの、または「化学」方法、すなわち、発酵を全く実施しない方法に由来してよい。後者の場合、化学方法によって生じたアセトンは、直接的に生体適合性であり、すなわち、本発明による方法の工程ａ）において用いられる微生物に対する毒を含有していないか、または工程ａ）の反応セクションに導入される前に処理されて生体適合性とする。
有利には、工程ａ）の反応セクションは、前記リサイクルアセトン流れ、および場合による前記外因性アセトン流れを給送され、その際の流量は、工程ａ）の反応セクションに給送するアセトンの濃度が、工程ａ）の反応セクションに給送する液体流れのすべてに相対して、すなわち、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液、リサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れに相対して、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、優先的には２ｇ／Ｌ以下、かつ、好ましくは厳密に０超、優先的には０．０１ｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上になるように調節される。工程ａ）の反応セクションに給送するアセトンの濃度は、工程ａ）の反応セクションに給送する流れの全容積に相対する、すなわち、糖水溶液流れ、リサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れからなる液体流れの、容積によって表される合計に相対する、工程ａ）の反応セクションに入る、すなわちリサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れによって提供される全アセトンの重量であるとして定義される。
有利には、反応セクション中で行われる発酵は、２５℃～４０℃、好ましくは３０℃～３７℃、好ましくは３４℃の温度で行われる。好ましくは、発酵は、４．０～７．０、好ましくは４．５～６．０のｐＨで行われる。有利には、工程ａ）の反応セクションは、大気圧で操作される。
本発明の１種の特定の実施形態によると、発酵は、バッチ様式で、すなわち、初期給送があり、中間給送がなく、かつ／または、連続給送がなく、特に、糖水溶液、前記リサイクルアセトン流れ、場合による先行する１個または複数個のバッチ、および場合による外因性アセトン流れの連続給送なしで行われ得る。換言すると、この実施形態において、発酵は、バイオリアクタ（１個または複数個）中で行われ、これ（これら）は、有利には、液相に対して閉であり（しかし流出する気相に対して開である）、３０～１５０時間の期間にわたり、これは、有利には、バッチの継続期間に対応する。好ましくは、バイオリアクタ（１個または複数個）の作業容積は、１０～５００ｍ３である。Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液は、バイオリアクタ（または各バイオリアクタ）に、好ましくは１～９００ｇ／Ｌ、好ましくは１０～６００ｇ／Ｌ、好ましくは２０～５００ｇ／Ｌ、一層より好ましくは３０ｇ／Ｌ～９０ｇ／Ｌ、特には４０ｇ／Ｌ～６０ｇ／Ｌの濃度で最初に導入され、この量は、考慮されるバイオリアクタの作業容積の半分に対応し、有利には、前記バイオリアクタの発酵培地に対応する。バッチ当たりかつバイオリアクタ当たりの導入される微生物の量は、最大増殖速度での細胞（または細菌）培養培地の容積に対応し、培養培地の前記容積が、発酵培地の容積（または反応容積）の２％～１０％になるようになされる。反応培地を均質化するために連続撹拌が維持される。
本発明の第２の特定の実施形態によると、発酵は、「半連続」または「フェドバッチ」様式で行われ得る。この実施形態において、糖水溶液、および有利にはアセトン流れは、有利には、バイオリアクタ（１個または複数個）に、一部については、バッチの開始時に導入され、別の部分については、バッチの過程で、バイオリアクタ（１個または複数個）に添加される。バッチは、当業者の知識によれば、有利には、バイオリアクタ（１個または複数個）の２回の空化の間の発酵を実施するための時間、およびこの時間中に行われる操作を意味する。バッチは、好ましくは２０～２００時間、好ましくは３０～１５０時間持続する。好ましくは、バイオリアクタ（１個または複数個）の作業容積は、１０～５００ｍ３である。好ましくは、バイオリアクタ（または各バイオリアクタ）は、最初に、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を給送され、好ましくは、糖濃度は、３０ｇ／Ｌ～９０ｇ／Ｌ、好ましくは４０ｇ／Ｌ～６０ｇ／Ｌであり、糖の水溶液の量は、バイオリアクタ（または各バイオリアクタ）の作業容積の半分に好ましくは等しい容積に対応する。発酵の間に、各バイオリアクタは、有利には連続的にまたはパルス式で、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を給送され、これに伴う糖濃度は、好ましくは５００～８００ｇ／Ｌであり、その際の流量は、有利には１０～５０００Ｌ／ｈ、好ましくは２０～２５００Ｌ／ｈである。バッチ当たりかつバイオリアクタ当たりの導入される微生物の量は、最大増殖速度での細胞（または細菌）の培養培地の容積に対応し、培養培地の前記容積が発酵培地（または反応容積）の２％～１０％になるようになされる。反応培地をホモジナイズするために連続撹拌が各バイオリアクタにおいて維持される。次いで、液体またはガスの形態にある生じたブタノールの抜き出しが、連続式またはパルス式で、各バイオリアクタにおいて行われ得、この技術の目的は、微生物にとって有毒なブタノールが菌株によって生じるので、ブタノールを除去することにある。この技術は、ＩＳＰＲ（In Situ Product Recovery）と呼ばれ、当業者に周知である（参照：Outram V. et al. “A comparison of the energy use of in situ product recovery techniques for the Acetone Butanol Ethanol fermentation”, Bioresource Technology, 2016, 220, 590-600）。
バッチ様式または半連続（またはフェドバッチ）様式で発酵が行われる場合、用語「流れ」は、バッチ当たりの、バイオリアクタ（１個または複数個）に導入されるまたはバイオリアクタ（１個または複数個）を出る量を意味する。
本発明の第３の特定の実施形態によると、発酵は、遊離細胞による連続様式とも称される「単純連続」様式で行われ得る。次いで、バイオリアクタ（１個または複数個）は、連続的に、糖水溶液およびリサイクルアセトン流れ、および場合による外因性アセトン流れを給送される。Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液の給送流量は、濃度：有利には１～９００ｇ／Ｌ、優先的には１０～６００ｇ／Ｌ、好ましくは２０～５００ｇ／Ｌ、大いに好ましくは２５～１５０ｇ／Ｌにおいて、ｈ－１で表されるバイオリアクタ（１個または複数個）中の希釈率が、０．０１～０．０５ｈ－１、好ましくは０．０１２５～０．０３３ｈ－１になるように調節される。この希釈率は、当業者に周知である通り、滞留時間の逆数（すなわち、Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液の流量を、バイオリアクタの容積、すなわち、作業容積で除算したもの）に対応するものである。前記リサイクルアセトン流れ、および場合による前記外因性アセトン流れの給送流量は、上記のように、バイオリアクタに給送する液体流れの合計（すなわち、糖水溶液、リサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れ）に相対するバイオリアクタに給送するアセトンの濃度が、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、優先的には２ｇ／Ｌ以下、かつ、好ましくは厳密に０超、優先的には０．０１ｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上になるように調節される。有利には、単純連続様式で発酵を行う場合、発酵培地とも称される反応培地中の微生物濃度は、１０８～１０１１細胞／ｍＬ反応培地、好ましくは１０９～１０１０細胞／ｍＬ反応培地である。前記反応培地をホモジナイズするために、バイオリアクタ（１個または複数個）における反応培地の連続撹拌が有利には維持される。この実施形態において、微生物および形成された生成物は、連続式にまたはパルス式に、バイオリアクタ（１個または複数個）から抜き出される。上記のＩＳＰＲ技術も、細菌に対して有毒なブタノールを除去するために適用され得る。
本発明の別の特定の実施形態によると、発酵は、閉じ込め型連続様式または固定化細胞使用連続様式とも呼ばれる「担持型連続」様式で行われ得る。次いで、微生物は、フィルム、またはバイオフィルムを、固体担体上、例えば、多孔質無機材料からなる固体担体上、例えば、粘土、金属発泡体、ポリマー発泡体、特に、ポリウレタン発泡体上に形成し、ポリウレタン発泡体が好適である（参照：FR 3 086 670）。有利には、担持型連続様式で発酵を行う場合、微生物濃度は、１０７～１０１０細胞／ｃｍ３固体担体、好ましくは１０８～１０９細胞／ｃｍ３固体担体である。接種済み固体担体、すなわち、微生物バイオフィルムを含有している固体担体、好ましくは、接種済みポリウレタン発泡体は、次いで、バイオリアクタまたは各バイオリアクタ中に置かれ、接種済み固体担体の容積が、バイオリアクタの作業容積の好ましくは１％～５０％、好ましくは５％～３０％を占めるようになされる。次いで、バイオリアクタ（１個または複数個）は、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液を濃度：有利には１～９００ｇ／Ｌ、優先的には１０～６００ｇ／Ｌ、好ましくは２０～５００ｇ／Ｌ、大いに好ましくは２５～１５０ｇ／Ｌで、およびリサイクルアセトン流れ、および場合による外因性アセトン流れを連続的に給送される。Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液をバイオリアクタ（１個または複数個）に給送する流量は、ｈ－１で表される希釈率が、０．０１～０．４０ｈ－１、好ましくは０．０１５～０．３０ｈ－１、好ましくは０．０２～０．２０ｈ－１になるように調節される。この希釈率は、当業者に周知である通り、滞留時間の逆数（すなわち、Ｃ５および／またはＣ６の糖の前記水溶液の流量を、バイオリアクタの容積、すなわち、作業容積で除算したもの）に対応するものである。前記リサイクルアセトン流れ、および場合による前記外因性アセトン流れの給送流量は、上記のように、バイオリアクタに給送する液体流れの全部（すなわち、糖水溶液、リサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れ）に相対するバイオリアクタに給送するアセトンの濃度が、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、優先的には２ｇ／Ｌ以下、かつ、好ましくは厳密に０超、優先的には０．０１ｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上になるように調節される。前記反応培地をホモジナイズするために、バイオリアクタ（１個または複数個）中の反応培地の連続撹拌が有利には維持される。この実施形態において、微生物および形成された生成物は、連続式またはパルス式に、バイオリアクタ（１個または複数個）から抜き出される。ＩＳＰＲ技術も、上記のように、細菌に有害であるブタノールを除去するために適用され得る。
好ましくは、発酵は、単純連続様式または細胞固定化を用いる連続様式で、優先的には、細胞固定化を用いる連続様式で行われる。
前記工程ａ）により、発酵ガス、特に二酸化炭素（ＣＯ２）および水素を含んでいる発酵ガス、ならびにブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスの生産が可能となる。
（工程ｂ））
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、工程ａ）において生じた発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程ｂ）を含む。
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、工程ａ）において生じた発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程ｂ）を含む。
この工程は、有利には、発酵生成物、特に、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを水との混合物として含んでいる発酵生成物を、発酵ブロスおよび発酵ガスから分離することから少なくともなる。
この分離は、当業者に知られているあらゆる方法によって行われ得る。例えば、WO 2018/001628に記載された発酵槽においてアルコールを回収するための方法が、この工程ｂ）において特段に用いられ得る。
工程ｂ）の終わりに得られた発酵生成物の前記流れは、特に、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、エタノールおよびアセトンを、水との混合物として含む。
（工程ｃ））
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、工程ｂ）から生じた発酵生成物の流れを処理する工程ｃ）を含む。前記工程ｃ）は、少なくとも１個のアセトン分離セクションを用いて、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる。前記水性アルコール流出物は、特に、ブタノール、エタノールおよびイソプロパノールを含む。
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、工程ｂ）から生じた発酵生成物の流れを処理する工程ｃ）を含む。前記工程ｃ）は、少なくとも１個のアセトン分離セクションを用いて、アセトン流出物および水性アルコール流出物を少なくとも生じさせる。前記水性アルコール流出物は、特に、ブタノール、エタノールおよびイソプロパノールを含む。
発酵生成物の流れからのアセトンの分離は、当業者に知られているあらゆる方法により、例えば、蒸留（１回または複数回）、分留（１回または複数回）等によって行われ得る。それは、特に、一連の蒸留を行うことができる。それ故に、本発明の特定の実施形態において、工程ｃ）は、前記アセトン分離セクションにおいて、以下を行う：
ｃ－１） ビール塔における工程ｂ）からの発酵生成物の流れの蒸留；前記ビール塔の底部のところで水の流れを、ビール塔の頂部のところで溶媒の水性混合物を得る、
ｃ－２） 蒸留塔における溶媒の水性混合物の蒸留；塔の頂部のところで前記アセトン流出物を、塔の底部のところで前記水性アルコール流出物を得る。
ｃ－１） ビール塔における工程ｂ）からの発酵生成物の流れの蒸留；前記ビール塔の底部のところで水の流れを、ビール塔の頂部のところで溶媒の水性混合物を得る、
ｃ－２） 蒸留塔における溶媒の水性混合物の蒸留；塔の頂部のところで前記アセトン流出物を、塔の底部のところで前記水性アルコール流出物を得る。
この特定の実施形態の工程ｃ－１）のビール塔の頂部のところで抽出された溶媒の水性混合物は、水、ブタノール、特に、ｎ－ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含む。工程ｃ－１）の前記ビール塔は、有利には、リボイリングシステム、好ましくは、塔頂蒸気の再圧縮によるものを装備してよい。それは、環流リサイクルシステムを含んでもよい。
特定の実施形態の工程ｃ－１）のビール塔の頂部のところで抽出された、溶媒の水性混合物は、次いで、「アセトン塔」とも称される蒸留塔に送られる。工程ｃ－２）のアセトン塔の役割は、アルコール流れからアセトンを分離すること（アセトンは、塔の頂部のところで抽出される）、および前記水性アルコール流出物、有利には、イソプロパノール－ブタノール－エタノールを濃縮したものを生じさせることにあり、前記水性アルコール流出物は、前記アセトン塔の底部のところで抜き出される。
有利には、工程ｃ）の終わりに得られたアセトン流出物が有するアセトン濃度は、前記アセトン流出物の重量に相対して９５重量％以上、好ましくは９８重量％以上、好ましくは９９．５重量％以上である。水性アルコール流出物は、それ自体、水と、アルコールの混合物とを含み、前記アルコールは、有利には、ＩＢＥ発酵の間に生じたもの、特に、ｎ－ブタノール（ブタノールとも称される）、エタノールおよびイソプロパノールである。
工程ｃ）は、場合によっては、アルコール分離セクションをさらに含んでよい。前記場合によるアルコール分離セクションは、蒸留塔を含み、アセトン分離セクションから生じた水性アルコール流出物を給送される。それにより、少なくとも１種のブタノール流出物と、エタノールおよびイソプロパノールを含んでいる少なくとも１種の水－アルコール流出物とを分離することが可能となる。
（工程ｄ））
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、アセトンをリサイクルする工程ｄ）を含む。このアセトンリサイクリング工程は、少なくとも１個の移送セクションを用いて、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルする。工程ａ）にリサイクルされるアセトン流出物の前記一部は、本発明による方法の前記工程ａ）の反応セクションに給送するリサイクルアセトン流れを構成する。
本発明によると、アルコールを生産するための方法は、アセトンをリサイクルする工程ｄ）を含む。このアセトンリサイクリング工程は、少なくとも１個の移送セクションを用いて、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルする。工程ａ）にリサイクルされるアセトン流出物の前記一部は、本発明による方法の前記工程ａ）の反応セクションに給送するリサイクルアセトン流れを構成する。
本発明による方法は、上述のように、連続、バッチまたは半連続の様式で操作することができる。好ましくは、本方法は、連続様式で、好ましくは閉じ込め型連続様式で操作する。
本発明による方法により、それ故に、発酵培地で共生産されたアセトンをバイオリアクタに再統合することが可能となり、それは微生物によって再同化されかつそれをイソプロパノールに変換する。アセトンの再同化は、事実上完全であるので、イソプロパノール収率は改善され、用いられるクロストリジウムの菌株に応じて、同一の菌株および同一の数の天然微生物を用いるが共生産アセトンをリサイクルおよび再同化するためのシステムを有しない方法と比較して利得は４重量％～６重量％である。したがって、本発明による方法により、アセトン共生成物のアップグレードがないＩＢＥ発酵法と比較して糖のアルコールへの変換の全体的収率における増大が可能となる。
本発明による方法により、前記方法に対して外因性のアセトンをイソプロパノールに変換することによって、特に、化学的手段を用いる従来の方法と比較して低圧でそれをアップグレードすることも可能となる。
本明細書に組み込まれる図面および以下の実施例は、本発明による方法の非限定的な説明として提示される。
本発明によると、特に実施例において、重量の単位「トン」は「ｔ」と表記され、重量の単位「グラム」は「ｇ」と表記され、時間の単位「時間」は、「ｈ」と表記される。
（図面のリスト）
（図１）
図１は、本発明による方法の特定の配置を概略的に表す。Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液（１）は、少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクション（Ｒ１）に給送する。前記バイオリアクタは、糖をイソプロパノール、ブタノールおよびエタノールのアルコールに天然変換する微生物を含む。糖のＩＢＥ発酵の後に得られる発酵生成物（２）は回収され、アセトン分離セクション（Ｃ）に導入され、これは、アセトン流出物（３）および水性アルコール流出物（４）を分離し、アセトン流出物（３）は、反応セクション（Ｒ１）に完全にリサイクルされ、水性アルコール流出物（４）は、イソプロパノール、ブタノールおよびエタノールを含んでいる。
（図１）
図１は、本発明による方法の特定の配置を概略的に表す。Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液（１）は、少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクション（Ｒ１）に給送する。前記バイオリアクタは、糖をイソプロパノール、ブタノールおよびエタノールのアルコールに天然変換する微生物を含む。糖のＩＢＥ発酵の後に得られる発酵生成物（２）は回収され、アセトン分離セクション（Ｃ）に導入され、これは、アセトン流出物（３）および水性アルコール流出物（４）を分離し、アセトン流出物（３）は、反応セクション（Ｒ１）に完全にリサイクルされ、水性アルコール流出物（４）は、イソプロパノール、ブタノールおよびエタノールを含んでいる。
（図２）
図２は、本発明による方法の別の特定の配置を表す。図２に示される方法は、図１に示される方法と比較して、外因性アセトン給送物（５）をさらに含み、セクション（Ｒ１）に給送するアセトンの全濃度は、前記セクション（Ｒ１）に給送する流れの全部に相対して、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、好ましくは２ｇ／Ｌ以下、かつ、好ましくは厳密に０超、優先的には０．０１ｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上になるようにされる。
図２は、本発明による方法の別の特定の配置を表す。図２に示される方法は、図１に示される方法と比較して、外因性アセトン給送物（５）をさらに含み、セクション（Ｒ１）に給送するアセトンの全濃度は、前記セクション（Ｒ１）に給送する流れの全部に相対して、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、好ましくは２ｇ／Ｌ以下、かつ、好ましくは厳密に０超、優先的には０．０１ｇ／Ｌ以上、好ましくは０．１ｇ／Ｌ以上になるようにされる。
（実施例）
以下の実施例は、クロストリジウム属の微生物の存在中で、特に、Ｃ５および／またはＣ６の糖から、イソプロパノール／ブタノール／エタノール／アセトン：３６％／６０％／２％／２％の重量百分率で表される分布を持つ溶媒を天然に生じさせるDSM6423株を用いて実施された実験室テストの結果から構築されている。
以下の実施例は、クロストリジウム属の微生物の存在中で、特に、Ｃ５および／またはＣ６の糖から、イソプロパノール／ブタノール／エタノール／アセトン：３６％／６０％／２％／２％の重量百分率で表される分布を持つ溶媒を天然に生じさせるDSM6423株を用いて実施された実験室テストの結果から構築されている。
（実施例１：本発明に合致しない）
実施例１は、クロストリジウム ベイジェリンキ DSM6423株の存在中、共生産アセトンをリサイクルするためのシステムなしでのＩＢＥ発酵法を例証する。それは、従来技術による方法である。
実施例１は、クロストリジウム ベイジェリンキ DSM6423株の存在中、共生産アセトンをリサイクルするためのシステムなしでのＩＢＥ発酵法を例証する。それは、従来技術による方法である。
発酵生産ユニットは、６２．５ｇ／Ｌのグルコース（Ｃ６糖）の水溶液を処理する４個の発酵槽を含んでいる発酵ユニットを用いる。発酵ユニットの発酵槽の全作業容積は、１４０００ｍ３である。プラントの糖消費は、グルコース約１２５０００ｔ／年であり、グルコース水溶液の流量２５００００Ｌ／ｈ、すなわち希釈率０．０２２ｈ－１に相当する。発酵槽は、３７℃、大気圧、およびｐＨ４．５～６で操作する。ユニットは、単純連続様式で操作する。微生物の数は、１０９～１０１０細胞／ｍＬ反応培地である。
生産ユニットは、生じた溶媒を処理するためのユニット、特に、アセトン分離ユニットも含み、ビール塔と、これに続くアセトン塔とを含んでおり、生じたアセトンを、アルコールから分離する。
生産ユニットは、年当たり４００００トンの溶媒を生産する。
表１は、生じた様々な溶媒の量をまとめたものである。
グルコースから溶媒（アセトン＋エタノール＋イソプロパノール＋ブタノール）への全収率は、０．３２０ｋｇ／ｋｇ（つまり、消費されたグルコースの重量（ｋｇ）当たりの生じた溶媒の重量（ｋｇ））であり、グルコースからアルコール（エタノール＋イソプロパノール＋ブタノール）への変換率は、０．３１４ｋｇ／ｋｇである。
（実施例２：本発明に合致する）
実施例２は、本発明に合致する方法を例証する。実施例２は、クロストリジウム ベイジェリンキ DSM6423株の存在中での、共生産アセトンをリサイクルするためのシステムを有するＩＢＥ発酵法を具体的に例証する。
実施例２は、本発明に合致する方法を例証する。実施例２は、クロストリジウム ベイジェリンキ DSM6423株の存在中での、共生産アセトンをリサイクルするためのシステムを有するＩＢＥ発酵法を具体的に例証する。
実施例１に記載された方法のパラメータおよび操作条件を用いる。生産ユニットは、共生産されかつ専用の分離ユニットにおいて分離されたアセトンをリサイクルするためのシステムをさらに含む。約１０００００ｇ／ｈのアセトンの流れを、このようにして生じ、発酵槽に連続的にリサイクルする。分離されたアセトン流出物をすべて発酵ユニットにリサイクルする。
バイオリアクタに給送する全ての流れのアセトン濃度は、生産全体で０．４ｇ／Ｌである。
表２は、実施例２に記載された方法によって生じた様々な溶媒の量を示している。
グルコースから溶媒（アセトン＋エタノール＋イソプロパノール＋ブタノール）へのグルコースの全収率は、依然としてグルコースの重量（ｋｇ）当たり溶媒０．３２０ｋｇであるが、グルコースのアルコール（エタノール＋イソプロパノール＋ブタノール）への変換率は、実施例２の方法により、本発明に合致しない実施例１の方法によって得られた０．３１４ｋｇ／ｋｇの代わりに、０．３１９ｋｇ／ｋｇである。
発酵ユニットの発酵槽中に存在するクロストリジウム ベイジェリンキDSM6423株は、再導入されたアセトンを吸収し、それをイソプロパノールに変換し、アセトンからイソプロパノールへの収率は、９０重量％（９０％＝１００×（１５１２０－１４４００）／８００）であった。
イソプロパノール生産の増大は、アセトンをアップグレードするためのシステムを含まない実施例１に記載された方法（本発明に合致しない）と比較して、約５．０重量％（５．０％＝（１５１２０－１４４００）／１４４００）である。
Claims (12)
- アルコールを生産するための方法であって、以下の工程を含んでいる、方法：
ａ） 少なくとも１個のバイオリアクタを含んでいる反応セクションを用いる発酵工程であって、該バイオリアクタにおいて、クロストリジウム菌株の存在中でＩＢＥタイプの発酵を行い、前記反応セクションに、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液およびリサイクルアセトン流れを少なくとも給送して、発酵ガスと、ブタノール、エタノール、イソプロパノールおよびアセトンを含んでいる発酵生成物を含有している発酵ブロスとを生じさせる、工程；
ｂ） 発酵生成物を回収して、発酵生成物の流れを得る工程；
ｃ） アセトン分離セクションを用いて工程ｂ）からの発酵生成物の流れを処理して、アセトン流出物と、水性アルコール流出物とを少なくとも生じさせる工程；
ｄ） アセトンをリサイクルする工程であって、少なくとも１個の移送セクションを用いて、工程ｃ）からのアセトン流出物の少なくとも一部を工程ａ）にリサイクルし、移送されるアセトン流出物の前記少なくとも一部は、工程ａ）の反応セクションに給送する前記リサイクルアセトン流れを構成する、工程。 - 工程ａ）の反応セクションに、外因性アセトン流れをさらに給送する、請求項１に記載の方法。
- 工程ａ）の反応セクションに、前記リサイクルアセトン流れおよび場合による前記外因性アセトン流れを給送し、その際の流量の調節を、工程ａ）の反応セクションに給送する、Ｃ５および／またはＣ６の糖の水溶液、リサイクルアセトン流れおよび場合による外因性アセトン流れからなる液体流れの全部中のアセトンの濃度が、１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｇ／Ｌ以下、優先的には２ｇ／Ｌ以下になるように行う、請求項１または２に記載の方法。
- 工程ａ）の反応セクションにおいて行われる発酵を行う際の温度は、２５℃～４０℃、好ましくは３０℃～３７℃、好ましくは３４℃である、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
- 工程ａ）の反応セクションにおいて行われる発酵を行う際のｐＨは、４～７、好ましくは４．５～６である、請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。
- 工程ａ）の反応セクションを、大気圧で操作する、請求項１～５のいずれか１つに記載の方法。
- 反応セクションは、少なくとも２個のバイオリアクタ、優先的には少なくとも５個のバイオリアクタ、および有利には最高３０個のバイオリアクタ、好ましくは最高２０個のバイオリアクタ、優先的には最高１０個のバイオリアクタを含む、請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。
- バッチ様式で、３０～１５０時間の期間にわたって発酵を行う、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。
- 半連続様式で、２０～２００時間、優先的には３０～１５０時間にわたって発酵を行う、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。
- 単純連続様式で発酵を行い、反応培地中のクロストリジウム菌株の濃度は、１０８～１０１１細胞／ｍＬ反応培地、好ましくは１０９～１０１０細胞／ｍＬ反応培地である、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。
- 担持型連続様式で発酵を行い、クロストリジウム菌株は、固体担体上のバイオフィルムの形態にあり、反応培地中のクロストリジウム菌株の濃度は、1０７～１０１０細胞／ｃｍ３固体担体、好ましくは１０８～１０９細胞／ｃｍ３固体担体である、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。
- 工程ｃ）は、前記アセトン分離セクションにおいて、以下を行う、請求項１～１１のいずれか１つに記載の方法：
ｃ－１） ビール塔における工程ｂ）からの発酵生成物の流れの蒸留；前記ビール塔の底部のところで水の流れを、ビール塔の頂部のところで溶媒の水性混合物を得る、
ｃ－２） 蒸留塔における溶媒の水性混合物の蒸留；塔の頂部のところで前記アセトン流出物を、塔の底部のところで前記水性アルコール流出物を得る。
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