KR20110139236A

KR20110139236A - 배양체 생존능력을 유지시키는 방법

Info

Publication number: KR20110139236A
Application number: KR1020117022594A
Authority: KR
Inventors: 션 데니스 심슨; 크리스토프 콜렛; 바키르 알-시나위
Original assignee: 란자테크 뉴질랜드 리미티드
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-12-28
Also published as: US20130084559A1; EP2401359A4; US20110281336A1; EP3399019A1; EP2401359A1; DK3399019T3; EP2401359B1; HUE040656T2; WO2010098679A1; EP3399019B1; PL3399019T3; PL2401359T3; KR101715417B1; CN106190846A; US8658415B2; ES2878261T3; ES2689456T3; PT3399019T; CN102365358A; HUE055340T2

Abstract

본 발명은 제한된 기질 공급 기간 동안 미생물 배양체를 유지시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따라, 미생물 배양체의 온도를 초적 작업 조건 미만의 온도에서 유지시킴으로써 기질 공급이 제한되는 기간 동안, 카르복시도트로픽 박테리아를 포함하는 미생물 배양체를 유지시킬 수 있다.

Description

배양체 생존능력을 유지시키는 방법{METHODS OF SUSTAINING CULTURE VIABILITY}

본 발명은 대체로 기체상 미생물 성장 효율을 증가시키는 방법 및 기체상 기질을 이용하여 미생물 발효에 의해 생성물을 생산하는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 CO를 함유하는 기질 스트림이 제한되기 전, 제한되는 동안 및/또는 제한된 후 미생물 발효에 의하여 알코올과 같은 생성물을 생산하는 방법에 관한 것이다. 특정 실시상태에서, 본 발명은 CO를 함유하는 기질의 공급이 제한되는 기간 동안 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는 방법에 관한 것이다.

에탄올은 전 세계적으로 급속히 주요한 교통수단용 농축 수소 액상 연료가 되고 있다. 2005년도의 전세계 에탄올 소비량은 122억 갤런으로 추산되었다. 에탄올 연료 산업의 세계시장 역시도 유럽, 일본, 미국과 몇몇 개발도상국에서의 에탄올에 대한 관심 증가로 인하여 장차 급격히 성장할 것으로 예상되어왔다.

예를 들어, 미국에서 에탄올은 가솔린 중 에탄올의 10% 혼합물인 E10을 생산하는데 이용되고 있다. E10 혼합물에서 에탄올 성분은 산소 공급제 역할을 하여, 연효 효율을 증대시키는 한편 대기오염물질의 생산을 감소시키는 역할을 한다. 브라질에서는, 에탄올이 교통수단용 연료 수요의 약 30%를 충족하고 있는데, 역시 가솔린에 혼합되어 산소공급제 역할과, 그 자신 순수한 연료로서 사용되고 있다. 또한, 유럽에서도, 온실가스(Green House Gas: GHG)방출로 인한 환경에 대한 우려로 인하여 유럽연합(EU)은 회원국으로 하여금 바이오매스로부터 유래된 에탄올과 같은 환경친화적 교통수단용 연료의 소비를 목적으로 하는 권한을 부여하고 있다.

연료로서의 에탄올의 대부분은 주요 탄소원으로서 곡물로부터 추출된 전분이나 사탕수수로부터 추출된 수크로스와 같이, 곡물에서 유래된 탄수화물을 사용하는, 전통적인 효모기반 발효 공정에 의하여 제조되고 있다. 그러나, 이러한 탄수화물 공급원료의 단가는 인간을 위한 식량이나 동물용 사료로서의 이들의 가치에 의해 영향을 받을 뿐만 아니라, 에탄올 생산을 위한 전분이나 수크로스 생산 곡물을 재배하는 것이 세계 모든 지역에서 항상 경제적으로 유리한 것도 아니다. 따라서, 보다 단가가 낮고 및/또는 보다 풍부한 탄소원을 에탄올 연료로 전환시키는 기술의 개발이 매우 요망되고 있다.

CO는 석탄이나 오일 및 오일로부터 유래된 제품과 같은 유기 물질의 불완전 연소로부터 얻어지는 에너지가 풍부한 주요 공짜 부산물이다. 예를 들어, 호주의 제강 산업에 의하여 CO가 연간 500,000 톤 이상 생산되어 대기중으로 방출되는 것으로 보고되고 있다.

주로 CO 및/또는 CO와 수소(H₂)로 구성된 가스를 여러가지 연료와 화학물질로 전환하는데 촉매 공정이 이용될 수 있다. 미생물을 이용하여서도 이러한 가스를 연료와 화학물질로 전환시킬 수 있다. 이러한 생물학적 공정은 일반적으로 화학반응에 비해 느리기는 하지만, 촉매 공정에 비해 몇가지 장점을 갖는데 여기에는, 보다 높은 특이성, 보다 높은 수율, 낮은 에너지 비용 및 중독 저항성이 더 크다는 점 등이 포함된다.

유일한 탄소원으로서 CO를 사용하는 미생물의 성장 능력은 1903년에 최초로 발견되었다. 독립영양성장의 아세틸 코엔자임 A(아세틸 CoA) 생화학 경로(우드-륭달 경로 및 일산화탄소탈수소효소/아세틸 CoA 신타제(CODH/ACS) 경로라고도 칭해진다)를 이용하는 미생물의 특성은 이보다 나중에 밝혀졌다. 카르복시도트로픽(carboxydotrophic), 광합성, 메탄생산 및 아세톤생산 생물체를 비롯한 다양한 혐기성 생물체들이 CO를 다양한 최종 산물들, 즉 CO₂, H₂ _,메탄, n-부탄올, 아세테이트 및 에탄올로 대사하는 것으로 나타났다. 이러한 생물체들은 모두 CO를 유일한 탄소원으로 사용하면서 적어도 2종의 최종산물을 만들어낸다.

클로스트리듐(Clostridium)속에 속하는 혐기성 미생물들은 아세틸 CoA 생합성 경로를 경유하여 Co, CO₂ 및 H₂로부터 에탄올을 생산하는 것으로 입증된 바 있다. 예를 들어, 가스로부터 에탄올을 생산하는 클로스트리듐 륭달리(Clostridium ljungdahlii)의 여러가지 균주들이 WO 00/68407, EP 117309, US 특허 제 5,173,429, 5,593,886, 및 6,368,819, WO 98/00558 및 WO 02/08438에 설명되어 있다. 클로스트리듐 오토에타노게눔 sp.(Clostridium autoethanogenum sp) 박테리아 역시도 가스로부터 에탄올을 생산하는 것으로 알려져 있다 (Abrini 외, Archives of Microbiology 161, pp 345-351 (1994)).

그러나, 가스 발효에 의한 미생물의 에탄올 생산은 항상 아세테이트 및/또는 아세트산의 생산도 수반한다. 이용가능한 탄소의 일부가 에탄올이 아니라 아세테이트 및/또는 아세트산으로 전환되기 때문에, 이러한 발효 공정을 이용한 에탄올 생산성의 효율은 원하는 것보다 낮을 수 있다. 또한, 아세테이트/아세트산 부산물이 다른 목적으로 사용되지 않는 한, 이들은 폐기물 처분 문제를 야기할 수 있다. 아세테이트/아세트산은 미생물에 의해 메탄으로 전환되고 이에 따라 GHG 방출 문제를 잠재적으로 안고 있다.

일산화탄소를 유일한 탄소 공급원 및 에너지원으로서 사용하는 미생물들의 능력과 관련하여 알려진 몇몇 효소들은 그들의 활성에 금속 보조인자(metal co-factors)를 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 활성에 금속 보조인자의 결합을 필요로 하는 주요 효소들의 예로는 일산화탄소 탈수소효소(CODH) 및 아세틸-CoA 합성효소(ACS: acetyl-CoA synthase)를 들 수 있다.

WO2007/117157 및 WO2008/115080는 그 개시내용 전부가 본 발명에 참조되었는데, 여기에는 일산화탄소를 함유하는 가스의 혐기적 발효에 의해 알코올, 특히 에탄올을 생산하는 것이 개시되어 있다. WO2007/117157에 설명된 발효 공정의 부산물로서 생산된 아세테이트는 수소 가스와 이산화탄소 가스로 전환되어 이들 각각 또는 두가지 모두는 혐기성 발효 공정에 이용될 수 있다.

산 및 알코올과 같은 생산물을 생산하기 위한, CO를 포함하는 가스상 기질의 발효는 일반적으로 산 생성을 선호한다. 알코올 생산성은 WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925 및 WO2009/064200에 설명된 것과 같은 종래 기술 방법에 의해 증대시킬 수 있는데, 이들 상기 문헌의 내용은 모두 본 발명에 참조되었다.

아세톤 생산 박테리아와 같은, 1종 이상의 카르복시도트로픽 박테리아의 생존능력을 유지시키기 위하여는, 미생물 배양체가 CO를 풍부한 양으로 함유하는 실질적으로 연속적인 기질 스트림을 이용할 수 있어야만 한다. 따라서, 만일 미생물 배양체가 CO(또는 CO₂/H₂)를 충분한 양으로 이용할 수 없을 경우에는 배양체가 부패하여 종국적으로 죽게된다. 예를 들어, 보관 기간, 제한된 기질 공급 또는 배양/접종 트랜스퍼 동안과 같이 CO 공급이 부족한 기간 동안에는 미생물 배양물 중 이용가능한 CO가 급격히 고갈되어 생존능력이 악화될 것이다.

WO2009/114127는 기질 공급이 제한된 기간 동안 미생물의 생존능력을 유지하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법은 CO2를 바이오리액터에 첨가하는 것을 포함하는데, 바이오리액터에서는 상당량의 에탄올이 아세테이트로 전환되기 때문에, 결과적으로 pH가 감소된다. 이러한 효과는 과량의 분자상 아세트산에 의한 억제를 방지하기 위해 막을 필요가 있다.

본 발명의 한가지 목적은 전술한 단점들을 극복하는 몇몇 방법 또는 적어도 공중에게 유용한 선택을 할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

발명의 개요

본 발명의 특정 측면에서 CO를 포함하는 기질이 제한되거나 이용불가능한 경우, 카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는 방법이 제공되는데, 이 방법은 배양체의 온도를 미생물 배양체의 성장 및/또는 생산물 생산을 위한 최적 작업 온도보다 낮은 온도 범위에서 유지시키는 단계를 포함한다.

특정 실시상태에서, 미생물 배양체를 액체 영양 배지에 현탁시킨다.

미생물 배양체에 의한 성장 및/또는 대사 생산을 유지하는데 이용가능한 CO가 불충분할 때, 기질이 제한되었다고 여겨진다. 예를 들어, 연속 배양에서는, 정상상태의 성장이 유지될 수 없을 때, 기질이 제한되었다고 간주된다.

일반적으로, CO를 함유하는 기질은 적어도 0.1mmol/g 미생물 세포/분; 또는 적어도 0.2mmol/g/분; 또는 적어도 0.3mmol/g/분; 또는 적어도 0.4mmol/g/분; 또는 적어도 0.5mmol/g/분의 속도로 소비된다. 따라서, 특정 실시상태에서, 적어도 0.1mmol/g 미생물 세포/분 미만; 또는 적어도 0.2mmol/g/분 미만; 또는 적어도 0.3mmol/g/분 미만; 또는 적어도 0.4mmol/g/분 미만; 또는 적어도 0.5mmol/g/분 미만으로 미생물 배양체에 이용가능할 경우, CO를 함유하는 기질이 제한된다. 기질의 제한은 일반적으로 미생물 성장의 중단이나 둔화와 연관이 있다.

본 발명의 특정 실시상태에서, 미생물 배양체의 온도는 적어도 미생물 배양의 최적 작업온도보다 5℃ 또는 적어도 10℃; 또는 적어도 15℃; 또는 적어도 20℃; 또는 적어도 25℃; 또는 적어도 30℃ 미만 저하된다. 당업자라면 본 발명의 개시 내용으로부터 카르복시도트로픽 박테리아의 최적 작업 온도를 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 예를 들자면, 클로스트리듐 오토에타노게눔Clostridium autoethanogenum)의 경우 최적 작업 온도는 37℃이다. 따라서 본 발명의 특정 실시상태에서, 이 미생물 배양체의 온도는 32℃ 미만으로, 또는 30℃ 미만으로, 또는 25℃ 미만으로, 또는 20℃ 미만으로, 또는 15℃ 미만으로, 또는 10℃ 미만으로, 또는 5℃ 미만으로 낮춰진다.

본 발명의 특정 실시상태에서, 미생물 배양체의 온도는 액체 영양 배지를 직접 또는 간접적으로 냉각함으로써 감소시킬 수 있다. 특정 실시상태에서, 액체 영양 배지의 적어도 일부를 열교환 수단을 통해 통과시킴으로써 액체를 냉각시킬 수도 있다. 이에 더하여, 또는 별법으로, 미생물 배양체를 바이오리액터나 전달 용기와 같은 용기에 담아서, 냉각 쟈켓과 같은 공지의 냉각 수단에 의해 용기를 냉각할 수도 있다.

특정 실시상태에서, 미생물 배양체의 생존능력은 적어도 3h, 또는 적어도 5h, 또는 적어도 7h, 또는 적어도 15h, 또는 적어도 30h, 또는 적어도 48h 동안 감소된 온도에서 실질적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 기질 스트림이 제한되거나 이용불능한 경우카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체의 보관법이 제공되는데, 이 방법은 미생물 배양체의 온도를 최적 작업 온도 미만으로 감소시키는 단계를 포함한다.

또 다른 실시상태에서는, 보관에 이어, 예컨대 충분한 CO를 함유하는 기질 스트림이 복구된 경우, 미생물 배양체의 온도를 최적 작어버 온도로 상승시킨다. 이러한 실시상태에서, 미생물 배양체의 생존능력은 냉각, 보관 및 승온(warming)을 통해 실질적으로 유지된다.

또 다른 구체예에서, 보관 동안 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는 방법이 제공되는데, 이 방법은:

미생물 배양체를 최적 작업 조건 미만의 온도 또는 온도 범위로 냉각시키는 단계,

미생물 배양체를 일정 기간 보관하는 단계

를 포함하여 이루어진다.

특정 실시상태에서, 이 방법은 보관 후, 배양체의 온도를 최적 작업온도까지 높이는 것을 포함한다.

특정 실시상태에서, 장기간(extended period)은 적어도 3h, 또는 적어도 5h, 또는 적어도 7h, 또는 적어도 15h, 또는 적어도 30h, 또는 적어도 48h이다.

특정 실시상태에서, 이 방법은 CO 공급이 제한된 기간 동안 배양체의 생존능력을 유지시키기 위해 이용된다. 또 다른 실시상태에서, 이 방법은 원격지까지 수송되는 동안 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시상태에서는 생존능력을 유지하기에 CO 공급이 불충분하고 및/또는 교반이 부적절할 수도 있을 것으로 여겨진다.

전술한 구체예들의 특정 실시상태에서, 배양체의 보관은 배양체를 제한된 기질 조건 하에서 바이오리액터 내에 유지시키는 실시상태를 포함한다. 이에 더하여 또는 별법으로, 배양체는 바이오리액터로부터 보관 용기 및/또는 수송 용기로 옮겨질 수도 있다. 이러한 실시상태에서, 배양체는 나중에 바이오리액터에 다시 옮겨올 수 있다.

특정 실시상태에서, 미생물 배양체는 보관 후, 바이오리액터에 접종하는데 이용될 수도 있다. 이러한 실시상태에서, 미생물 배양체는 접종전, 접종 동안 또는 접종 후에, 최적 작업 온도로 승온될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시상태에서, 카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체를 포함하는 접종물(inoculum)을 수송하는 방법이 제공되며, 이 방법은:

미생물 배양체를 최적 작업 온도 미만으로 냉각하는 단계,

미생물 배양체를 원격지로 수송하는 단계,

바이오리액터에 미생물 배양체를 접종하는 단계

를 포함하여 이루어진다.

특정 실시상태에서, 미생물 배양체를 수송 용기에 담아서 원격지로 수송한다. 특정 실시상태에서, 미생물 배양체를 수송 용기 중에서 냉각 및/또는 승온시킬 수 있다.

특정 실시상태에서, 이 방법은 수송 용기를 CO를 포함하는 기질과 함께 가압하는 것을 포함한다. 특정 실시상태에서, 수송 용기는 혼합 수단을 포함한다.

본 발명의 실시상태는 CO를 포함하는 가스상 기질의 발효에 의하여 에탄올과 같은 알코올과 산을 생산한다. 기질은 산업공정의 부산물로서 얻어지는 가스를 포함할 수 있다. 특정 실시상태에서, 이러한 산업공정으로는 철강금속제품 제조, 비철금속 제품 제조, 정유 공정, 바이오매스의 가스화 공정, 석탄의 가스화 공정, 전력 생산, 카본블랙 생산, 암모니아 생산, 메탄올 생산 및 코크스 생산을 들 수 있다. 본 발명의 한가지 실시상태에서, 가스상 기질은 합성가스(syngas)이다. 한가지 실시상태에서, 가스상 기질은 스틸밀(steel mill)로부터 얻은 가스를 포함한다.

CO-함유 기질은 일반적으로 대부분 CO로 이루어져 있으며, 예컨대, CO를 약 약 20% 내지 약 100 부피%, 40% 내지 95 부피%, 40% 내지 60 부피%, 및 45% 내지 55 부피% 함유한다. 특정 실시상태에서, 기질은 부피 기준으로 약 25%, 또는 약 30%, 또는 약 35%, 또는 약 40%, 또는 약 45%, 또는 약 50% CO, 또는 약 55% CO, 또는 약 60% CO를 함유한다. CO를 이보다 낮은 농도, 예컨대 6% 함유하는 기질 역시도 적절하며, 특히 H₂ 및 CO₂가 공존할 경우 적절하다.

여러가지 실시상태에서, 발효는 카르복시도트로픽 박테리아의 균주 1종 이상의 배양체를 이용하여 수행된다. 여러가지 실시상태에서, 카르복시도트로픽 박테리아는 클로스트리듐(Clostridium ), 무어렐라 ( Moorella ), 옥소박터 ( Oxobacter ), 펩토스트렙토코커스( Peptostreptococcus ), 아세토박테리움 ( Acetobacterium ), 유박테리움(Eubacterium ) 또는 부티리박테리움(Butyribacterium)으로부터 선택된다. 특정 실시상태에서, 카르복시도트로픽 박테리움은 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다.

본 발명의 방법은 기질, 특히 일산화탄소를 함유하는 가스상 기질의 존재 하에 산을 혐기 발효시킴으로써, 에탄올 및/또는 부탄올을 비롯한 다양한 비제한적인 알코올을 생산하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 이소프로판올을 비롯한 다른 산물의 호기 발효, 혐기 또는 호기 발효에, 그리고 탄소 함유 가스 이외의 다른 기질의 발효에 적용될 수도 있다.

또 다른 구체예에서, 적어도 하나의 바이오리액터; 미생물 배양체에 제공되는 CO를 함유하는 기질이 제한적인지 또는 비제한적인지를 결정하기 위한 수단; 및 사용시, 미생물 배양체에 대한 CO 함유 기질의 공급이 제한적인지 또는 비제한적인지의 결정에 따라 바이오리액터의 온도를 제어하는 온도 조절 수단을 포함하여 이루어지는, CO 함유 기질의 발효를 위한 시스템이 제공된다.

특정 실시상태에서, 조절 수단은 결정 수단이 CO 함유 기질의 공급이 제한적이라고 판정할 경우 바이오리액터의 온도를 감소시키도록 고안된다. 특정 실시상태에서, 이 시스템은 CO 함유 기질이 제한적이거나 비제한적인지의 변화에 응답하여 바이오리액터의 온도를 자동적으로 조절하는 프로세싱 수단을 포함한다.

또 다른 실시상태에서, 온도 조절 수단은 기질이 제한적이지 않을 경우, 바이오리액터를 최적 작업 온도로 또는 대략 최적 작업 온도 근방의 온도에서 유지하도록 고안된다.

본 발명은 또한 본 출원 명세서에 기재된 내용의 일부분, 요소 및 특성들을 개별적으로 포함하거나 또는 상기 일부분, 요소 및 특성들의 2가지 이상의 여하한 모든 조합 역시도 포괄하며, 본 명세서에 특정한 정수가 언급되고, 본 발명이 속한 기술분야에 그의 공지 등가물이 알려진 경우, 이러한 공지 등가물 역시도 본 명세서에 개별적으로 언급된 것처럼 본 발명 명세서에 언급되어 통합된 것으로 한다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 방법에 따라, 놀랍게도 카르복시도트로픽 미생무 배양체를, 최소한도의 기질 공급 및/또는 교반 하에 또는 부가적인 기질 공급 및/또는 교반 없이 그들의 최적 온도 미만의 온도에서 보관할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 특정 실시상태에서, 미생물 배양체를 이들의 성장 및/또는 대사산물 생산 최적 온도보다 실질적으로 낮은 온도에서 한 장소에서 다른 원격지로 수송한 다음 이어서 바이오리액터에 접종하는데 이용할 수 있다. 일반적으로, 카르복시도트로픽 미생물 배양체를 부가적인 기질 공급 및/또는 교반 없이 보관한 경우, 그 미생물 배양체는 액체 영양 배지 중에 용해된 모든 CO가 급속히 고갈되어 미생물의 생존능력이 경시적으로 저하되게 된다. 그 결과, 이러한 배양체를 교반 없이 후속 보관 단계에서 바이오리액터에 접종하는데 사용할 경우, 미생물 성장 및/또는 예상된 생산성이 관찰되기 전에 랙 타임(lag time)이 생기거나 및/또는 접종이 실패할 수 있다.

이에 더하여 또는 별법으로, 특정 실시상태에서, CO 함유 기질, 예컨대 가스상 기질 스트림을 지속적으로 이용할 수 없을 경우, 미생물 배양체를 최적 작업 온도 미만의 온도로 냉각하여 기질이 추가로 이용가능하게 될 때까지 보관할 수 있다. 기질이 제한된 또 다른 실시상태의 경우(즉, CO가 이용가능하기는 하지만 최적의 성장 및/또는 대사산물 생산을 달성하기에는 불충분한 경우), 미생물 배양체를 냉각하여 CO 수요를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 특정 실시상태에 따라, 이 방법은 기질 공급이 제한된 기간 동안 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는데 이용할 수 있다. 예를 들어, CO를 함유하는 기질의 지속적인 정상상태 발효를 위해서는, 일반적으로 실질적으로 일정한 성장 및 대사산물 생산속도가 견지되도록 기질이 비제한적인 방식으로 공급될 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 방법은 배양 감소가 야기될 수도 있는 기질 공급이 제한된 기간 동안 배양체의 생존능력을 유지시키는데 이용될 수 있다.

특정 이론에 구애됨이 없이, 클로스트리듐 오노에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)과 같은 카르복시도트로픽 박테리아의 생존능력을 유지하기 위하여는, 미생물 배양체의 CO 업테이크 속도보다 높은 속도 또는 이와 동등한 속도로 배양체에 CO를 공급할 필요가 있다. 예를 들어, 성장 및/또는 대사산물 생산을 촉진하는데 요구되는 최적 조건 하에서, 미생물 배양체의 CO 업테이크 속도는 적어도 0.1mmol/g 미생물 세포/분; 또는 적어도 0.2mmol/g/분; 또는 적어도 0.3mmol/g/분; 또는 적어도 0.4mmol/g/분; 또는 적어도 0.5mmol/g/분이다. 따라서, 미생물 배양체가 액체 영양 배지 중에 현탁된 특정 실시상태에서는, 용해된 CO가 CO 업테이크 속도와 동등하거나 이보다 더 빠른 속도로 공급되지 않는 한, 배양체는 배지 중에 용해된 CO를 급속히 소비하게 된다. CO는 수성 영양 배지에 잘 용해되지 않기 때문에, 용액 내로 원하는 만큼의 CO 전달속도를 유지하기 위해 CO를 함유하는 기질을 일정하게 공급하는 것에 더하여, 교반 및/또는 압력 증가와 같은 외력이 일반적으로 요구된다. 바이오리액터에서는, 이것은 일반적으로 CO를 액체 영양 배지 내로 산포하고, 필요에 따라 액체를 더 교반하여 액체 내로 CO가 전달되는 속도를 증가시킴으로서 달성된다. 이러한 방법은 수송 용기와 같이, 액체 영양 배지 중에 미생물 배양체를 보관하는데 적합한 용기에서는 일반적으로 이용될 수 없다.

미생물 배양체를 한 장소에서 원격지로 수송하는 특정 실시상태에서는 용기 움직임에 따라 낮은 정도의 교반이 일어날 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나, 용기 수송(즉, 육로 수송)에 따른 이러한 소규모 교반은 배양체 열화를 예방하기 위하여 액체 영양 배지 내로의 CO 전달 속도를 유지하는데 필요한 수준에 실제로 미치지 못한다.

본 발명의 방법에 따라, 미생물 배양체의 냉각은 실질적으로 장기간 동안 배양체의 생존능력을 유지시켜준다. 특정 실시상태에서, 보관 용기 중에서의 CO의 고갈은 용기를 냉각함으로써 최소화될 수 있다. 이에 더해서 또는 별법으로, 미생물 배양체를 낮은 주변온도로 냉각할 수도 있다. 따라서, 이러한 배양체의 온도가 임의로 최적 온도(또는 최적 온도 범위)로 되돌아가서 보관후에 바이오리액터에 접종하는데 이용될 경우, 미생물 성장 및/또는 소망되는 생산성이 보다 신속히 관찰되게 된다. 이러한 방법은 CO의 부가적 공급, 산포 및/또는 교반에 대한 필요성을 완화시키거나 적어도 감소시켜준다.

정의

달리 언급하지 않는 한, 본 발명 명세서에서 사용된 용어들은 다음과 같은 정의를 갖는다:

"일산화탄소를 함유하는 기질" 및 이와 유사한 용어는 예컨대 1종 이상의 박테리아가 그의 성장 및/또는 발효를 위해 필요한 일산화탄소가 함유된 모든 기질을 포괄하는 것으로 이해된다.

"일산화탄소를 함유하는 가스상 기질" 이라는 용어는 일산화탄소를 함유하는 모든 가스를 포괄한다. 가스상 기질은 일반적으로 상당량의 CO를 함유하며, 좋기로는 CO를 적어도 약 5 내지 100 부피% 함유한다.

발효 산물과 관련하여, 본 발명에서 사용된 "산"이라는 용어는 예컨대 본 발명에 설명된 발효 브로쓰 내에 존재하는 유리 아세트산 및 아세테이트의 혼합물과 같이, 카르복실산 및 이와 관련된 카르복실레이트 음이온을 모두 포괄한다. 발효 브로쓰 중의 분자상 산(molecular acid) 대 카르복실레이트의 비율은 시스템의 pH에 따라 달라진다. "아세테이트"라는 용어는 예컨대, 본 발명에 설명된 발효 브로쓰 중에 존재하는 아세테이트 염과 유리 아세트산의 혼합물과 같이, 아세테이트 염 단독과, 분자상 또는 유리 아세트산 및 아세테이트염의 혼합물의 두가지 모두를 포괄한다. 발효 브로쓰 중의 분자상 아세트산 대 아세테이트의 비율은 시스템의 pH에 따라 달라진다.

"바이오리액터"라는 용어는 하나 이상의 용기 및/또는 타워 또는 파이핑 구조로 이루어진 발효 장치를 포함하며, 여기에는 연속식 교반 탱크 반응기(CSTR), 고정형 세포 반응기(ICR), 트릭클 베드 반응기(TBR), 버블 컬럼, 가스 리프트 발효기, 중공섬유막 바이오리액터(HFMBR)과 같은 막반응기, 정전 믹서, 또는 가스-액체 접촉에 적합한 기타 용기나 장치가 포함된다.

달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 "발효", "발효 공정", "발효 반응" 등의 용어는 공정의 성장 페이즈와 생산물 생합성 페이즈의 두가지 모두를 포괄하도록 의도된다. 이하에서도 설명되겠지만, 몇몇 실시상태에서 바이오리액터는 제1 성장 반응기와 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 따라서, 발효 반응기에 금속 또는 조성물들을 첨가한다 함은 이들 반응기 두 가지 모두에 또는 어느 한쪽에 첨가하는 것을 의미하는 것이다.

달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 "보관/저장" 및 "보관하다/저장하다"라는 용어는 미생물 배양체에 대한 기질 공급이 제한되거나 또는 기질이 이용불가능하게 되는 기간을 의미한다. 따라서, 이 용어는 정상상태 성장 조건 하의 미생물 배양체의 기질 공급이 일시적으로 이용불능하거나 제한된 기간을 포함하며 미생물 배양체가 하나의 바이오리액터로부터 접종 전달 용기와 같은 보관 용기로 옮겨지는 기간도 포함한다.

본 명세서에서 "종합 순전환(overall net conversion)" 및 이와 유사한 용어는, 특정 시점에서 미생물 배양체에 의한, CO와 같은 기질의 산(들) 및/또는 알코올(들)로의 전환을 설명하는 것으로 의도된다. 미생물 배양체의 일부는 특정 시점에서 다른 기능을 위해 쓰일 수 있어 여러 종의 산물이 생산될 수 있다. 뿐만 아니라, 발효 배지에 존재하는 산물들 중 1종 이상은 다른 산물로 전환될 수도 있다. 따라서, 종합 순전환에는 모든 특정 시점에서의 미생물 배양체에 의해 생산된 생성물 모두가 포함된다.

이하의 설명은 본 발명의 특정 실시상태, 즉 일차 기질로서 CO를 이용하여 에탄올 및/또는 아세테이트를 생산하는 것과 관련하여 제공되는 것이지만, 본 발명은 다른 알코올 및/또는 산의 생산에도 적용될 수 있으며 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 다른 대안적인 기질을 사용하여서도 본 발명이 실시될 수 있는 것이다. 예를 들어, 이산화탄소와 수소를 함유하는 가스상 기질을 이용할 수도 있다. 나아가, 본 발명은 부티레이트, 프로피오네이트, 카프로에이트, 에탄올, 프로판올 및 부탄올을 생산하기 위한 발효에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 수소를 생산하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 생성물들은 무어렐라( Moorella ), 클로스트리디아 ( Clostridia ), 루미노코커스 ( Ruminococcus ), 아세토박테리움(Acetobacterium ), 유박테리움 ( Eubacterium ), 부티로박테리움( Butyribacterium ), 옥시박터 ( Oxobacter ), 메타노사르시나 ( Methanosarcina ), 메타노사르시나(Methanosarcina ), 및 데설포마쿨룸 ( Desulfotomaculum) 속에 속하는 미생물의 발효에 의하여 생산될 수도 있다.

본 발명의 특정 실시상태는 1종 이상의 산업 공정에 의해 생산된 가스 스트림을 이용하도록 고안된 것이다. 이러한 공정에는 제강 공정, 특히 높은 CO 함량을 갖거나 또는 소정 수준(즉 5%) 이상의 CO 함량을 갖는 가스 스트림을 생산하는 제강 공정이 포함된다. 이러한 실시상태에서는, 하나 이상의 바이오리액터 내에서, 산 및/또는 알코올, 특히 에탄올이나 부탄올을 생산하는데 아세톤 생산 박테리아를 사용하는 것이 바람직하다. 당업자들은 본 발명의 명세서의 개시 내용으르 참조하여 내부연소엔진을 갖는 차량의 것을 비롯하여, 폐가스 스트림이나 다양한 산업공정에 적용가능함을 이해할 것이다. 또한, 당업자들은 본 발명의 명세서를 참조로 본 발명에서 사용된 것과 동일하거나 다른 미생물을 이요할 수 있음도 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 특정 실시상태 및/또는 응용예에 국한되는 것이 아니라 보다 넓은 범위; 예컨대 가스 스트림 공급원이 제한되는 것이 아니라, 적어도 1종의 성분이 발효 반응에 공급되는데 이용될 수 있는 것인 그러한 예를 망라한다. 본 발명은 특히 자동차 배기가스와 같은 가스상 기질 및 대량의 CO-함유 공업용 연료가스로부터 전체적으로 개선된 탄소 포집 및/또는 에탄올과 기타 알코올의 생산을 개선하는 이용성을 갖는다.

발효

가스상 기질로부터 에탄올 및 기타 알코올을 생산하는 여러 방법이 알려져 있다. 이러한 방법의 예로는 예컨대 WO2007/117157, WO2008/115080, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 및 US 5,821,111에 설명된 방법을 들 수 있으며 이들 문헌의 내용은 모두 본 발명에 참조 통합되었다.

CO를 발효시켜 n-부탄올 및 에탄올과 같은 알코올 및 아세트산을 만들 수 있으면서 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한, 몇가지 종류의 혐기성 박테리아가 알려져 있다. 본 발ㄹ명에 사용하기에 적합한 이러한 박테리아의 예로는 클로스트리듐(Clostridium)속의 미생물, 예컨대 클로스트리듐 륭달리(Clostridium ljungdahlii) 균주, WO 00/68407, EP 117309, US 특허 제 5,173,429, 5,593,886, 및 6,368,819, WO 98/00558 및 WO 02/08438에 기재된 균주, 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxydivorans)(Liou 외, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: pp 2085-2091), 클로스트리듐 락스달레이(Clostridium ragsdalei)(WO/2008/028055) 및 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)(Abrini 외, Archives of Microbiology 161: pp 345-351)을 들 수 있다. 기타 적절한 박테리아로는 무어렐라(Moorella) 속에 속하는 균주, 예컨대 무어렐라(Moorella sp HUC22-1), (Sakai 외, Biotechnology Letters 29: pp 1607-1612), 및 카르복시도써무스(Carboxydothermus)속에 속하는 균주 (Svetlichny, V.A., Sokolova, T.G. 외 (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254-260)을 들 수 있다. 그 밖의 예로는 무어렐라 써모아세티카(Moorella thermoautotrophica ), 루미노코커스 프로둑투스(Ruminococcus productus), 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii ), 유박테리움 리모숨(Eubacterium limosum ), 부티로박테리움 메틸로트로피쿰( Butyribacterium methylotrophicum), 옥소박터 페니기이 ( Oxobacter pfennigii ), 메타노사르시나 바케리(Methanosarcina barkeri ), 메타노사르시나 아세토보란스( Methanosarcina acetivorans), 데설포토마쿨룸 쿠즈네토소비이 ( Desulfotomaculum kuznetsovii ), (Simpa 외, Critical Reviews in Biotechnology, 2006 Vol. 26. Pp41-65)를 들 수 있다. 이에 더해서, 당업자들도 이해하는 바와 같이, 다른 아세톤생산 혐기성 박테리아도 본 발명에 이용될 수 있다. 또한 본 발명은 2종 이상의 박테리아 배양체를 혼합 사용할 수도 있다.

본 발명에 사용하는데 적합한 한가지 예시적인 미생물은 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다. 한가지 실시상태에서, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)은 기탁번호 German Resource Centre for Biological Material (DSMZ)에 미생물 기탁번호 19630으로 기탁된 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다. 또 다른 실시상태에서, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)은 DSMZ에 기탁번호 DSMZ 10061로 기탁된 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다.

본 발명의 방법에 사용된 박테리아의 배양은 혐기성 박테리아를 이용하는 배양 및 발효 기질 분야에 알려진 몇가지 공정을 이용하여 실시할 수 있다. 예시적인 기술은 하기 "실시예"란에 제공되어 있다. 추가의 예를 들자면, 다음 문헌에 일반적으로 설명된 공정들을 이용할 수 있다: (i) K. T. Klasson, 외 (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations resources. Conservation and Recycling, 5; 145-165; (ii) K. T. Klasson, 외 (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605-614; (iii) K. T. Klasson, 외 (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid 또는 gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14; 602-608; (iv) J. L. Vega, 외 (1989). Study of Gaseous Substrate Fermentation: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Biotech. Bioeng. 34. 6. 785-793; (v) J. L. Vega, 외 (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774-784; (vi) J. L. Vega, 외 (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3. 149-160; 이들 문헌의 내용은 모두 본 발명에 참조 통합되었다.

발효는 적절한 모든 바이오리액터 내에서 수행될 수 있으며, 예컨대, 연속식 교반 탱크 반응기(CSTR), 고정형 세포 반응기, 가스-리프트 반응기, 버블 컬럼 반응기(BCR), 중공섬유막 바이오리액터(HFMBR)와 같은 막 반응기 또는 트리클 베드 반응기(TBR)를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시상태에서, 바이오리액터는 미생물들이 배양되는 제1 생육 배양기와, 생육 반응기로부터 나온 발효 브로쓰가 공급되어 대부분의 발효산물(예컨대 에탄올 및 아세테이트)이 생산되게 되는 제2, 발효 반응기를 포함할 수 있다.

본 발명의 여러가지 실시상태에 따라, 발효 반응의 탄소원은 CO를 함유하는 가스상 기질이다. 이러한 기질은 산업 공정의 부산물로서 얻어지는 CO를 함유하는 폐가스일 수도 있고 또는 자동차 배기가스 등에서 얻어지는 것과 같은 다른 공급원으로부터 얻는 것일 수도 있다. 특정 실시상태에서, 산업 공정은 강철 밀, 비철금속 제품 제조와 같은 금속 제조, 퍼트롤륨 정제 공정, 석탄의 가스화, 전력 생산, 카본블랙 생산, 암모니아 생산, 메탄올 생산 및 코크스 생산 공정을 들 수 있다. 이러한 실시상태에서, CO-함유 기질은 여하한 편리한 방법을 이용함으로써 이들이 대기 중에 방출되기 전에 산업 공정으로부터 포집될 수 있다. CO-함유 기질의 조성에 따라, 이들이 발효 공정에 도입되기 전에, 분진 입자와 같은 바람직하지 못한 불순물을 제거하는 공정으로 처리하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 공지 기술을 이용하여 가스상 기질을 여과하거나 스크럽 처리할 수 있다.

별법으로, CO-함유 기질은 바이오매스의 가스화로부터 얻을 수도 있다. 가스화 공정은 공기 또는 산소의 제한적인 공급 하에 바이오매스를 부분적으로 연소시키는 것을 포함한다. 얻어진 가스는 일반적으로 주로 CO와 H₂, 그리고 최소 부피의CO₂, 메탄, 에틸렌 및 에탄을 포함하여 이루어진다. 예를 들어, 사탕수수로부터 사탕을 얻거나, 또는 옥수수나 곡물로부터 전분을 얻는 것과 같은 식품 가공 또는 임업 분야에서 생산되는 비식품 바이오매스 폐기물의 추출 및 가공 공정에서 얻어지는 바이오매스 부산물 역시 가스화시킴으로써 본 발명에 사용하기에 적합한 CO-함유 가스를 생산할 수 있다.

CO-함유 기질은 일반적으로 CO를 주로 함유하는데, 예컨대, 적어도 약 20% 내지 약 100 부피% CO, 40% 내지 95 부피% CO, 60% 내지 90 부피% CO, 및 70% 내지 90 부피% CO를 함유한다. 특정 실시상태에서, 기질은 부피 기준으로 25%, 또는 30%, 또는 35%, 또는 40%, 또는 45%, 또는 50% CO를 함유한다. 예컨대 6%와 같이 낮은 농도로 CO를 함유하는 기질 역시도 적합하며, 특히 H₂ 및 CO₂가 공존할 경우 적합하다.

기질이 수소를 함유할 필요는 없지만, 본 발명의 방법에 따라 생성물을 형성하는데 있어서 H₂의 존재가 해로운 것은 아니다. 특정 실시상태에서, 수소의 존재는 알코올 생산성의 전반적인 효율을 개선시키는 결과를 가져온다. 예를 들어, 특정 실시상태에서, 기질은 H2:CO를 약 2:1, 또는 1:1, 또는 1:2 비율로 함유할 수 있다. 또 다른 실시상태에서, 기질 스트림은 H2를 저농도로, 예컨대 5% 미만, 또는 4% 미만, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만 또는 1% 미만 함유하거나 또는 실제로 수소를 함유하지 않을 수 있다. 기질은 또한 예컨대 CO₂를 함유할 수도 있으며 예컨대 약 1 내지 약 80 부피% CO₂, 또는 1% 내지 약 30 부피% CO₂를 함유할 수 있다.

일반적으로, 일산화탄소는 가스상태로 발효 반응에 첨가된다. 그러나, 본 발명의 방법은 기질을 이 상태로 첨가하는 것에 국한되지 않는다. 예를 들어, 일산화탄소는 액체 상태로 공급될 수 있다. 예컨대, 액체를 일산화탄소 함유 가스로 포화시켜 이 액체를 바이오리액터에 첨가할 수도 있다. 이것은 표준 방법론을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 미세기포 분산 발생장치(Hensirisak 외 Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry 및 Biotechnology Volume 101, Number 3 / October , 2002)를 이 목적에 사용할 수 있다.

박테리아 성장과 CO에서 알코올로의 발효를 일으키기 위해, CO-함유 기질 가스에 더하여, 바이오리액터에 적절한 액체 영양배지를 첨가하여야 할 필요가 있을 수 있다. 영양 배지는 사용된 미생물을 성장시키는데 충분한 양의 비타민과 미네랄을 함유할 것이다. 유일한 탄소원으로서 CO를 사용하는 에탄올 발효에 적합한 혐기성 배지는 기술 분야에 알려져 있다. 예컨대, 적절한 배지는 전술한 US 특허 5,173,429 및 5,593,886 및 WO 02/08438, WO2007/115157 및 WO2008/115080에 설명되어 있다. 본 발명은 발효 공정에서 미생물 성장 및/또는 알코올 생산을 달성하는데 있어서 증가된 효능을 갖는 신규한 배지를 제공한다. 이러한 배지에 관하여는 이하에 보다 상세히 설명한다.

발효는 소망되는 발효가 일어나는데 (예컨대 CO로부터 에탄올로) 적합한 조건 하에서 수행하는 것이 바람직하다. 고려해야만 하는 반응 조건에는 압력, 온도, 가스 유속, 액체 유속, 배지 pH, 배지 레독스 전위, 교반속도(연속식 교반 탱크 반응기를 사용하는 경우), 접종 농도, 액상 중의 CO가 제한되지 않도록 하는 최대 가스 기질 농도, 및 생산 억제를 회피하는 최대 생산물 농도 등이 포함된다. 적절한 조건은 WO02/08438, WO07/117157 및 WO08/115080에 설명되어 있다.

최적 반응 조건은 부분적으로는 사용된 특정 미생물에 의존할 것이다. 그러나, 일반적으로는 주변 압력보다 높은 압력에서 발효시키는 것이 좋다. 높은 압력에서 작업하면 가스상으로부터 액체상으로의 CO 전달 속도 역시 유의적으로 증가되는데 바로 이 액체상에서 CO는 에탄올 생산을 위한 탄소원으로서 미생물에 의해 테이커업될 수 있다. 이는 다시, 대기압보다 높은 압력에서 바이오리액터를 유지할 경우, 체류 시간(바이오리액터의 액상 부피를 유입 가스 유속으로 나눈 값으로 정의됨)을 줄일 수 있음을 의미하는 것이다.

또한, 주어진 CO에서 에탄올로의 전환속도는 부분적으로는 기질 체류 시간의 함수이고, 소망되는 체류 시간의 달성이 요구되는 바이오리액터 부피를 가리키기 때문에, 가압된 시스템의 사용은 요구되는 바이오리액터의 크기를 대폭 감소시킬 수 있고, 그 결과 발효 장비에 드는 비용을 감소시킬 수 있다. US 특허 5,593,886에 설명된 실시예에 의하면, 반응기 부피는 반응기 작업 압력이 증가함에 따라 정비례하여 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 즉, 10기압의 압력에서 작동하는 바이오리액터는 1기압하에서 작동하는 바이오리액터에 비해 단지 10분의 1의 크기만을 필요로 한다는 것이다.

고압에서 가스로부터 에탄올로의 발효를 실시하기 위한 장점들은 다른 문헌에도 기재되어 있다. 예컨대, WO 02/08438호는 30 psig 및 75 psig의 압력 하에서 수행된 원료 가스로부터 에탄올을 생산하는 공정이 설명되어 있는데, 각각 에탄올 생산능이 150 g/l/1일 및 369 g/l/1일인 것으로 나타났다. 그러나, 대기압 하에서 유사한 배지와 유입 가스 조성물을 이용하여 수행된 다른 발효공정에서는 하루 1 리터 당 에탄올 생산량이 10분의 1 내지 20분의 1 만큼 감소된 양으로 생산되는 것으로 나타났다.

CO-함유 가스상 기질의 도입 속도는 액상 상태의 CO의 농도가 제한적이지 않도록 하는데 충분하도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 CO-제한 조건의 결과 에탄올 생성물이 배양체에 의해 생산될 수 있기 때문이다.

생성물 회수

발효 반응의 생성물은 공지 방법에 의해 회수할 수 있다. 예시적인 방법으로는 WO07/117157, WO08/115080, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 및 US 5,821,111에 설명된 것을 들 수 있다. 그러나, 간략히 예를 들어 설명하면, 분별증류법이나 증발법 및 추출 발효법과 같은 방법에 의해서는 발효 브로쓰로부터 오직 에탄올만이 회수될 수 있다.

발효 브로쓰로부터 에탄올을 증류시키면 에탄올과 물의 공비 혼합물(즉, 95% 에탄올 및 5% 물)이 얻어진다. 이후, 기술 분야에 알려져 있는 분자체 에탄올 탈수기술을 이용하면 무수 에탄올을 얻을 수 있다.

추출 발효 공정은 묽은 발효 브로쓰로부터 에탄올을 회수하기 위해, 발효 생물체에 낮은 독소 위험성을 부여하는 물과 섞이는 용매를 사용한다. 예를 들어, 이러한 유형의 추출 공정에 사용가능한 용매는 올레일 알코올이다. 올레일 알코올을 발효기 내로 지속적으로 도입하면 이 용매가 상승하여 발효기 상단에 층을 형성하게 되는데 이것을 연속적으로 추출하여 원심분리기를 통해 주입시킨다. 이어서 물과 세포들을 올레일 알코올로부터 쉽게 분리하여 발효기에 다시 되돌리는 한편 에탄올이 가득 든 용매는 플래쉬 기화 유닛에 주입한다. 에탄올의 대부분은 기화되어 응축되는 반면 올레일 알코올은 비휘발성이므로 발효에 재사용하기 위해 회수된다.

발효 반응의 부산물로서 생성되는 아세테이트 역시도 공지 방법을 이용하여 발효 브로쓰로부터 회수될 수 있다.

예를 들어, 활성화된 챠콜 필터와 연관된 흡착 시스템을 이용할 수 있다. 이 경우, 미생물 세포를 적절한 분리 유닛을 이용하여 발효 브로쓰로부터 먼저 제거한다. 관련 기술분야에는 생성물 회수를 위하여 무세포 발효 브로쓰를 생산하는 여과-기반 방법이 여러가지 알려져 있다. 무세포 에탄올- 및 아세테이트-함유 삼출물을 이어서 활성 챠콜을 함유하는 컬럼을 통해 통과시킴으로써 아세테이트를 흡착시킨다. 염 형태(아세테이트)보다, 산 형태의 아세테이트 (아세트산)가 활성 챠콜에 의해 더 잘 흡착된다. 따라서, 발효 브로쓰의 pH를 활성 챠콜 컬럼을 통해 통과시키기 전에 약 pH 3 미만으로 감소시켜 아세테이트의 대부분을 아세트산 형태로 전환시킨다.

hkf성 챠콜에 흡착된 아세트산은 공지 방법에 의해 용리시킴으로써 회수할 수 있다. 예를 들어, 결합된 아세테이트를 용리시키는데 에탄올을 이용할 수 있다. 특정 실시상태에서, 발효 공정 자체에 의하여 생산된 에탄올을 이용하여 아세테이트를 용리시킬 수 있다. 에탄올의 비점은 78.82이고 아세트산의 비점은 107℃이므로, 에탄올과 아세테이트는 증류와 같은 휘발성 기반법을 이용하면 서로로부터 쉽게 분리될 수 있다.

발효 브로쓰로부터 아세테이트를 회수하는 또 다른 방법 역시도 알려져 있으며 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 예컨대, US 특허 제6,368,819 및 6,753,170호는 발효 브로쓰로부터 얻은 아세트산의 추출에 이용가능한 용매와 공용매 시스템을 설명하고 있다. 에탄올의 추출 발효에 대해 설명된 올레일 알코올-기반 시스템의 예와 마찬가지로, 미국 특허 제6,368,819 및 6,753,170호에 설명된 시스템 역시 아세트산 생성물을 추출하기 위해 발효된 미생물의 존재 또는 부재시 발효 브로쓰와 혼하될 수 있는 물과 혼화가능한 용매/공용매를 설명하고 있다. 아세트산 생성물을 함유하는 용매/공용매를 이어서 증류에 의해 브로쓰로부터 분리한다. 이어서 용매/공용매 시스템으로부터 아세트산을 정제하기 위해 2차 증류 단계를 이용할 수 있다.

발효반응 산물들(예컨대 에탄올과 아세테이트)은 발효 바이오리액터로부터 브로쓰 일부를 연속 제거하고, 브로쓰로부터 미생물 세포를 분리하며(여과에 의해 간단히 수행가능), 브로쓰로부터 1종 이상의 생성물을 동시에 또는 순차적으로 회수함으로써, 발효 브로쓰로부터 회수할 수 있다. 에탄올의 경우 증류에 의해 간편하게 회수될 수 있고 아세테이트는 전술한 방법에 의해 활성 챠콜 상에 흡착시킴으로써 회수할 수 있다. 분리된 미생물들 세포들은 좋기로는 발효 바이오리액터 내로 되돌리는 것이 바람직하다. 에탄올과 아세테이트를 제거한 후에 남아있는 무세포 삼출물 역시도 발효 바이오리액터에 다시 되돌리는 것이 바람직하다. 또한 무세포 삼출물를 바이오리액터에 되돌리기 전에 여기에 부가적인 영양성분들(예컨대 비타민 B)을 첨가함으로써 영양 배지를 강화할 수도 있다. 또한, 만일 브로쓰의 pH를 전술한 바와 같이 조절하여 활성 챠콜에 대한 아세트산 흡착을 향상시킨 경우, 바이오리액터로 되돌리기 전에, pH를 발효 바이오리액터 중의 브로쓰의 pH와 유사한 pH로 재조정하여야 한다.

배양체 생존능력의 유지

본 발명에 따라, CO를 함유하는 기질이 제한되거나 이용불가능한 경우, 카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체의 생존능력을 실질적으로 유지시키는 방법이 제공되는데, 이 방법은 미생물 배양체의 온도를 성장 및/또는 생성물 생산을 취한 최적 온도보다 낮은 온도로 유지시키는 것을 포함한다.

본 발명의 방법에 따라, 배양체 생존능력은, 최적 온도(또는 온도 범위)로 온도를 높일 경우, 배양체가 생성물을 생산하는 대사를 재개하고/재개하거나 세포 성장을 재개할 수 있는 경우, 유지된 것으로 한다. 특정 실시상태에서, 미생물 배양체를 이용하여 바이오리액터를 접종할 수 있으며 배양체의 생존능력을 유지시킴으로써 배양체가 이송 후 대사를 재개할 수 있도록 할 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 보관된 미생물 배양체는 비록 보다 낮은 속도일지언정 대사 및/또는 성장을 지속할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 미생물 배양체의 온도를 최적 온도로 하여 보관하는 경우, 대사 및/또는 성장 속도는 보관 전 수준으로 증가될 것으로 예상된다.

미생물 배양체가 CO를 흡수(또는 소비)하는 속도보다, 수성 영양 배지 내로의 CO의 이송 속도가 느릴 경우, 미생물 배양체의 CO가 제한되게 된다. 일반적으로, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)과 같은 카르복시도트로픽 박테리아는 0.1mmol/g 미생물 세포/분보다 높은 속도; 또는 적어도 0.2mmol/g/분; 또는 적어도 0.3mmol/g/분; 또는 적어도 0.4mmol/g/분; 또는 적어도 0.5mmol/g/분의 속도로 액체 영양 배지로부터 CO를 흡수한다. 따라서, 일반적으로 미생물 배양체에 CO를 함유하는 기질의 일정한 스트림을 제공할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 수성 시스템에서의 CO의 낮은 용해도로 인하여, 일반적으로 예컨대 기질 스트림 내의 CO의 분압을 증가시키고/증가시키거나 액체 영양 배지를 교반함으로써, CO 전달 속도(매스 전달:mass transfer)를 증가시킬 필요가 있다. 본 발명의 개시 내용을 감안하면, 당업자들은 본 발명의 특정 실시상태에 따라 CO의 매스 전달을 증가시키는 또 다른 방법도 생각해낼 수 있을 것이다.

특정 실시상태에서, 본 발명의 방법을 이용하여, 예컨대 용액 내로의 CO 전달 속도가 배양물에 의한 흡수속도보다 낮은 경우와 같이, CO가 제한된 미생물 배양체의 생존능력을 증가시킬 수 있다. 이러한 상황들은 CO를 함유하는 기질이 미생물 배양체에 연속적으로 공급되지 않은 경우; 매스 전달 속도가 낮은 경우; 또는 최적 온도에서 배양체 생존능력을 유지시키기에는 기질 스트림 중의 CO가 불충분할 경우 발생할 수 있다. 이러한 실시상태에서는, 미생물 배양체가 액체 영양 배지 중에 용해된 CO를 급속히 소비하여 고갈시키기 때문에, 추가 기질 공급이 충분히 신속히 이루어지지 않는 한, 기질이 제한되게 된다. 미생물 배양체가 본 발명의 방법에 따라 냉각되지 않을 경우, 미생물 배양체의 생존능력은 경시적으로 감소되어 결국 배양체가 완전히 사멸되거나 배양 조건에 의해 더 이상 제한되지 못하는 수준으로까지 배양체가 열화될 수 있다.

예를 들어, 특정 실시상태에서, 1종 이상의 카르복시도트로픽 미생물을 함유하는 미생물 배양체를 CO를 함유하는 기질이 제한되지 않은 실질적으로 정상상태 조건 하에서 작업할 수 있다. 이러한 조건 하에서는, 미생물 배양체가 실질적으로 일정한 성장 속도와 실질적으로 일정한 대사산물(들) 생성 속도를 나타낼 것으로 예상된다. 그러나, 기질을 비제한적인 방법으로 제공할 수 없을 경우, 미생물 성장은 둔화되거나 중단되어 미생물 배양체가 급속히 열화되어 연속적으로 정화된 바이오리액터를 세정하게 된다. 이러한 조건 하에서는, 기질이 비제한적 공급 상태로 되돌아오는 경우에조차, 배양체가 재생존(revive)할 수 없거나 또는 적어도 리바이벌하는데 장기간이 소요된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 보관 기질 공급이 제한되거나 심지어 기질이 공급되지 않는 보관 기간동안 미생물 생존능력이 유지되도록, 배양체 온도가 감소된다.

미생물 배양체의 대사는 온도가 감소되면 같이 그 속도가 저하되는 것으로 인식되므로 세포 체류 시간과 같은 작업 조건을 조정할 필요가 있다.

본 발명의 특정 실시상태에서, 보관된 미생물 배양체를 바이오리액터에 접종하는데 이용한다. 이러한 실시상태에서는, 배양체가 적절히 조밀하고(즉 단위 부피 당 미생물 수가 많을 것) 배양체의 생존능력이 보관 기간 (즉 원격지로의 수송 동안) 내내 실질적으로 유지되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 배양체 중의 미생물 세포의 밀도가 높을수록, 이들은 액체 영양 배지에서 이용가능한 CO를 보다 급속히 소비할 것이다. 특정 이론에 구애됨이 없이, CO를 이용하지 못하거나 또는 CO가 충분히 고갈될 경우, 미생물 배양체의 생존능력은 감소하는 것으로 여겨진다. 예컨대, 배양체의 적어도 일부분은 사멸하고/사멸하거나, 바이오리액터에 미생물 배양체를 접종하는 경우 높은 성장 속도 및/또는 생산능이 얻어지기까지 랙 타임이 존재하는 등 배양체의 대사가 느려지게 된다. 그러나, 배양체가 냉각되면, 액체 영양 배지 중의 CO 소비가 둔화되어, 배양체 생존능력이 장기간 실질적으로 보존된다.

본 발명의 방법에 따라, 배양체의 생존능력이 장기간 유지될 수 있도록, 배양체의 온도를 최적 성장 온도 및/또는 대사산물 생산 온도 미만의 온도로 낮출 수 있다. 일반적으로, 카르복시도트로픽 미생물은 30-70℃의 온도 범위에서 카르복시도트로픽 박테리아의 최적 작업 온도를 갖는다. 최적 작업 온도의 예는 “Microbiology of synthesis gas fermentation for biofuels production”A.M. Henstra 외 Current Opinion in Biotechnology, 2007, 18, 200-206에 설명되어 있다. 예컨대, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum ), 클로스트리듐 륭달리(Clostridium ljungdahli ) 및 클로스트리듐 카르복시디보란( Clostridium carboxydivorans)과 같은 중온균들은 대략 37℃가 최적 성장 및 대사산물 생산 온도이다. 그러나, 호열균들의 높은 최적 온도는 이보다 훨씬 높은 오도, 즉 55-70℃이며, 이러한 호열균주의 예로는 무어렐라 써모아세티카(Moorella thermoacetica) (55-60℃), 카르복시도써무스 하이드로게노포르만스(Carboxydothermus hydrogenoformans ) (70-72℃), 데술포토마쿨룸 카르복시디보란스(60℃)이다. EK라서, 본 발명의 방법에 있어서, 배양체 생존능력을 유지하기 위해, 미생물 배양체의 온도를 최적 온도보다 적어도 2℃ 또는 적어도 5℃ 또는 적어도 10℃ 적어도 15℃ 또는 적어도 20℃ 또는 적어도 25℃ 또는 적어도 30℃ 낮출 필요가 있다. 예를 들어, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)은 30℃ 미만, 또는 25℃ 미만, 또는 20℃ 미만, 또는 15℃ 미만, 또는 10℃ 미만, 또는 5℃ 미만으로 냉각될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라, 냉각시, CO를 함유하는 부가적인 기질의 부재 및/또는 교반의 부재 하에서도 배양체의 생존능력은 장기간 유지된다. 특정 실시상태에서, 배양체의 생존능력은 적어도 3h, 또는 적어도 5h, 또는 적어도 7h, 또는 적어도 15h, 또는 적어도 30h, 또는 적어도 48h 유지된다. 예컨대, 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)은 저온 보관 시, 적어도 30 시간동안 살아있다.

본 발명이 속한 기술 분야의 당업자들은 미생물 배양체를 냉각하는데 필요한 수단이 배양체를 함유하는 용기의 크기와 형상, 배양체의 냉각 속도 및 배양체가 발열성인지 흡열성인지와 같은 여러 인자들에 따라 달리질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 많은 대규모 발효 공정은 발효 반응 중에 발생한 과량의 열을 제거하기 위해 외인적으로 냉각될 필요가 있다. 이미 제공된 공지의 냉각 수단을 이용하여 생존능력을 유지시키기 위해 미생물 배양체를 더 냉각할 수 있다. 미생물 배양체가 최적 작업 온도를 유지하기 위해 외부 가열을 필요로 하는 경우인 또 다른 별법 실시상태에서는 열원을 제거하여 발효기 온도를 경시적으로 주변 온도로 냉각시킴으로써 배양체를 냉각할 수 있다. 부가적으로 또는 별법으로, 이러한 배양체는 공지의 냉장 또는 냉각 수단을 이용함으로써 추가 냉각될 수 있다.

본 발명의 특정 실시상태에서, 액체 영양 배지는 항온 열 조절기를 제거함으로써 최적 작업 온도 미만으로 냉각시킬 수 있다. 이러한 조건 하에서는, 액체 영양 배지의 온도와 미생물 배양체의 온도가 시간이 지남에 따라 주변 온도까지 저하될 수 있다. 본 발명에 따라, 미생물 배양체의 온도가 최적 작업 온도 미만으로 저하됨에 따라, 알코올 생산성은 증가한다.

본 발명의 방법에 의해 미생물 배양체의 생존능력이 유지될 수 있는 기간은 공업적 발효 공정에서 흔히 조우될 수 있을 것으로 여겨지는데, 이는 CO를 함유하는 기질 스트림의 연속성이 보장되지 않을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 강철 밀로부터의 오프-가스(off-gas)와 같이, CO 함유 기질이 산업 공정으로부터 유래할 경우, 그 산업 공정 (즉 제강산업)이 둔화되거나 장기간 중단되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 환경 하에서는, CO를 함유하는 기질의 생산이 둔화되거나 중단되게 된다. 결과적으로, 카르복시도트로픽 미생물 배양체를 함유하는 바이오리액터에 대한 CO 공급이 제한되거나 CO가 이용불가능하게 될 경우, 배양체의 생존능력은 감소되게 된다. 그러나, 본 발명의 방법에 의하면, 배양체가 냉각될 경우, 생존능력은 CO가 제한된 작업 기간 동안에도 유지될 수 있다.

마찬가지로, 바이오매스 또는 지자체의 고체 폐기물과 같은 공급원료의 가스화로부터 얻어지는 합성가스(syngas)를 기질 스트림으로써 사용할 경우, 스트림의 CO 함량이 감소하거나, 유지보수를 위해(예를 들자면) 가스화기의 조업을 중단하여야할 기간이 있을 수 있다. 이러한 조건 하에서도 역시, 대사를 위하여 CO를 필요로 하는 미생물 배양체들은 그 배양체가 본 발명의 방법에 따라 냉각될 수 있지 않는 한, 열화될 것이다.

또 다른 실시상태에서, 본 발명의 방법은 원격지에 있는 바이오리액터의 접종을 위해 사용되는 미생물 배양체의 생존능력을 실질적으로 유지시키는데 이용될 수 있다. 예컨대, 미생물 배양체를 수송에 적합한 용기에 넣고 원격지로 수송할 수 있다. 일반적으로, 수송용 용기는 배양체의 생존능력이 유지되도록 하기 위해, CO 공급과 교반 수단을 필요로 할 것인데, 이들 두 가지 모두는 이동 환경에서는 제공하기가 어려울 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 의하면, CO의 충분한 공급 및/또는 교반의 부재 하에서도, 이송 동안, 접종물의 생존능력이 유지되도록, 수송용 용기 중의 미생물 배양체를 냉각할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시상태에 따라, CO를 함유하는 기질의 발효를 위한 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 적어도 하나의 바이오리액터; 미생물 배양체에 제공되는 CO를 함유하는 기질이 제한적인지 또는 비제한적인지를 결정하기 위한 수단; 및 사용시, 미생물 배양체에 대한 CO 함유 기질의 공급이 제한적인지 또는 비제한적인지의 결정에 따라 바이오리액터의 온도를 제어하는 온도 조절 수단을 포함하여 이루어지는, CO 함유 기질의 발효를 위한 시스템이 제공된다.

특정 실시상태에서는, 상기 결정 수단이 기질 공급이 제한적으로 되었다고 판정할 경우, 미생물 배양체의 온도를 배양체 생존능력을 유지하기 위해 저하시킬 수 있다. 이에 더해서 또는 별법으로, 결정 수단이 기질이 제한적이지 않다고 판정할 경우에는, 온도를 최적 작업 온도로 실질적으로 유지할 수 있다. 특정 실시상태에서, 이러한 시스템은 사용시, 조절 수단이 본 발명의 방법에 따라 미생물 배양체의 온도를 자동적으로 조절할 수 있도록 해주는 프로세싱 수단을 포함한다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시상태에 따른 시스템 100을 개략적으로 도식화한 도면이다. 유입 기질 스트림 1은 적절한 도관을 통해 바이오리액터 2에 들어간다. 유입 기질 스트림 1은 CO를 함유하며, 본 발명의 방법에 따라, 공급 속도 및/또는 기질 스트림 1의 조성은 가변적일 수 있다. 시스템 100은 결정 수단 3을 포함하는데 이 결정 수단은 사용시 바이오리액터 중의 미생물 배양체에 공급되는 기질이 제한적인지를 결정한다. 시스템 100은 온도 조절 수단 4를 포함하는데, 이것은 미생물 배양체의 온도를 최적 작업 온도에서 유지하거나 또는 최적 작업 온도 미만으로 감소시키거나 또는 최적 작업 온도 미만의 온도에서 유지시키는 등, 바이오리액터 1의 온도를 조절할 수 있다.

특정 실시상태에서, 온도 조절 수단 4는 사용시, 만일 결정 수단이 기질 공급이 제한적이지 않다고 판정할 경우, 발효 온도를 최적 작업 온도에서 또는 최적 작업온도 부근의 온도에서 유지될 수 있도록 고안된다. 이에 더하여, 또는 이와 달리, 만일 결정 수단 3이 기질 공급이 제한적이라고 판정할 경우에는, 조절 수단 4는 본 발명의 방법에 따라, 바이오리액터 1의 온도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 기질 공급이 더 이상 제한적이지 않게 될 때까지, 실질적으로 온도를 최적 작업 온도 미만의 온도로 조절할 수 있다.

특정 실시상태에서, 시스템 100은 결정 수단 3에 의해 내려지는 결정에 응답하여, 조절 수단 4를 자동적으로 조절하도록 고안된 임의의 프로세싱 수단 5를 포함하기도 한다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시상태에 따른 시스템 100을 개략적으로 도식화한 도면이다.

실시예

재료 및 방법

배지 LM33의 제조:

pH 5.5의 배지를 다음과 같이 제조하였다. 시스테인-HCl을 제외한 모든 성분들을 400ml 증류수에 혼합하였다. 이 용액을 비등할 때까지 가열하고 일정한 N2 가스 흐름 하에 실온으로 냉각함으로써, 이 용액을 혐기성으로 만들었다. 일단 냉각되면, 시스테인-HCl을 첨가하고 용액의의 부피를 1000 ml로 만들기 전에, 용액의 pH를 5.5로 조정하고; 혐기성(anaerobicity) 실험기간 내내 유지시켰다.

박테리아: 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)을 German Resource Centre for Biological Material (DSMZ)로부터 입수하였다. 이 박테리아의 수탁번호는 DSMZ 19630이다.

접종을 위한 대기압하 바이오리액터 중에서의 일반적인 연속 배양

5-리터 들이 바이오리액터에 복합 B 비타민 용액(LS03) 또는 시스테인-HCl이 함유되지 않은 배지 LM33 4900 ml를 넣고 121℃에서 30분간 오토클라브 처리하였다. 배지를 냉각시키는 한편, 배지에 N2를 살포하여 혐기성을 유지하도록 하였다. 이어서 시스테인-HCl 및 복합 B 비타민 용액(LS03)을 첨가하였다. 혐기성은 발효 내내 유지되었다. 100 ml의 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum ) 배양체로 접종하기 전에, 대기압 하에서, 가스를 95% CO, 5% CO₂로 스위치시켰다. 배양 개시무렵 200 rpm에서 37℃에서 바이오리액터를 유지시켰다. 성장 페이즈 동안, 400 rpm으로 교반속도를 증가시켰다. pH는 5.5로 고정시키고 5M NaOH를 자동 첨가하여 유지시켰다. 신선한 혐기성 배지를 바이오리액터 내로 계속 공급하여, 바이오매스의 정의된 바이오매스와 아세테이트 수준을 유지시켰다.

실시예 1:

멸균된 보틀을 CO 함유 가스(CO 중 20% CO2; 30% N2 및 3% H2)로 3회 정화시킨 다음 -5 psi의 진공이 되도록 진공처리하였다. 바이오매스, 아세테이트 및 흔적량의 에탄올을 함유하는 활성 배양체 50 ml를 연속 바이오리액터로부터 대기압 하에 234 ml 세럼 보틀 내로 직접 이송시켰다. 이어서 184 ml의 헤드스페이스를 CO 함유 가스로 40 psia로 충전시키고 소정 온도에서 진탕시킴이 없이 인큐베이션시킨다.

인큐베이션 개시로부터 3, 6, 24, 및 31 시간 후, 각각의 세럼 바이알로부터의 2 ml 샘플을, 전술한 바와 같이 제조된 배지(LM33) 50 mL를 함유하는 새로운 세럼 바이알에 옮겼다. 이 바이알들을 CO 함유 가스로 40 psig로 충전시키고 일정하게 교반하면서 37℃에서 며칠간 인큐베이션시켰다.

접종된 바이알의 성장을 일정 시간 간격을 두고 육안 검사하여, 성장하지 않음, 약간 성장 및 조밀하게 성장한 경우를 각각 -/+/++로 표시하였다 (표 1 참조).

생성물의 생산과 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)의 미생물 성장을 위한 최적 온도는 37℃이다. 37℃에서, 3, 6, 24 및 31시간 후 접종에 사용된 경우, 진탕되지 않은 바이알들은 살아있지 않았거나 또는 생존능력이 실질적으로 감소되었다. 따라서 교반 없이는, 활성 미생물 배양체가 급속히 rdorcp 영양 배지에 용해된 제한된 CO를 급속히 소비하는 것으로 여겨진다. 헤드스페이스 중의 과량의 일산화탄소는 액체 영양 배지 내로 제한적으로 전달되었을 수 있다. 그러나, 교반이 행해지지 않은 경우에는, 액체 영양 배지의 최상층 표면은 비교적 높은 CO 농도를 갖는 반면, CO 농도는 배지 하부로 내려올수록 감소하는 CO 구배가 존재할 것으로 예상된다. 교반이 행해지지 않을 경우 미생물 세포들은 바이알의 바닥에 침강되어, 기질 공급이 실질적으로 차단된 채 급속히 생존능력이 저하될 것이다. 이에 따라, 열화되거나 사멸된 배양체는 접종하기에 부적합해진다.

배양체의 보관 온도를 24℃로 감소시키면, 미생물 배양체는 3 시간 동안 바이오리액터의 접종시 실질적으로 살아있느 sco로 유지된다. 14℃에서는, 미생물 배양체가 3h, 6h 및 24h 동안의 보관 기간 후에 실질적으로 살아있는 채로 유지된다. 31 시간 보관 후에는, 미생물 배양체가 살아있지만, 접종 후 성장하기까지 보다 긴 시간이 필요로 된다. 4℃에서는, 미생물 배양체가 연구 조사된 모든 기간 동안 보관 후에 살아있는 채로 유지되었다.

이제까지 과도한 실험 없이도 독자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해, 특정한 바람직한 실시상태를 들어 본 발명을 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명을 본 명세서에 특별히 설명된 것과 다른 방식으로 다양하게 변형시킬 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 이러한 모든 변형 및 변화를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 뿐만 아니라, 본 명세서의 이해를 돕기 위하여 편의상 제목, 소제목 등을 붙였으나 이들로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 인용된 모든 출원, 특허 및 간행물의 개시 내용 전체가 본 발명에 참조된 것으로 한다.

본 발명 명세서 중의 모든 종래 기술에 관한 레퍼런스는 이러한 종래 기술이 세계 어떠한 국가에서건 일반적인 상식의 일부를 구성하는 것도 아닐 뿐더러, 그와 같이 인식되어서도, 또 그러한 내용을 시사하는 것으로서 인정되어서도 아니된다.

본 명세서와 첨부된 특허청구범위 전반에 걸쳐, 달리 언급하지 않는 한, "함유하다/포함하다", "함유하는/포함하는" 등의 용어는 배타적인 의미가 아니라 포괄적인 의미로 사용된 것이며, 따라서, "뒤에 나오는 내용을 포괄하나 그러한 내용으로 한정되는 것은 아니라는 의미"로 사용된 것이다.

Claims

CO를 함유하는 기질이 제한되거나 이용불가능한 경우, 카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는 방법으로서, 배양체의 온도를 실질적으로 그 배양체의 최적 작업 온도 미만의 온도 또는 온도 범위로 유지시키는 것을 포함하여 이루어지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 미생물 배양체를 최적 작업 온도보다 적어도 5℃ 낮은 온도에서 유지시키는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미생물 배양체를 최적 작업 온도보다 적어도 10℃ 낮은 온도에서 유지시키는 것인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 미생물 배양체를 최적 작업 온도보다 적어도 15℃ 낮은 온도에서 유지시키는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 만일 CO를 함유하는 기질이 비제한적이지 않게 되면, 미생물 배양체의 온도를 실질적으로 최적 작업 온도에서 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 미생물 배양체는 바이오리액터 중 액체 영양 배지 중에 존재하는 것인 방법.
제6항에 있어서, 액체 영양 배지의 온도가 최적 작업 온도 미만의 온도로 유지되도록 바이오리액터를 냉각하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배양체의 생존능력은 CO가 제한된 기간 동안 적어도 3 시간 동안 유지되는 것인 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 배양체의 생존능력은 CO가 제한된 기간 동안 적어도 5 시간 동안 유지되는 것인 방법.
보관 기간 동안 카르복시도트로픽 박테리아의 미생물 배양체의 생존능력을 유지시키는 방법으로서, 이 방법은:
a. 미생물 배양체의 온도를 최적 작업 온도 미만의 온도 또는 온도 범위로 냉각하는 단계;
b. 미생물 배양체를 제한된 CO 조건 하에서 일정 시간 보관하는 단계
를 포함하여 이루어지는 것인 방법.
제10항에 있어서, 배양체의 온도를 비제한적인 CO 조건 하에서 최적 작업 온도로 되돌리는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 미생물 배양체를 적어도 5 시간 동안 보관하는 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 미생물 배양체를 적어도 15 시간 동안 보관하는 방법.
제10항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 미생물 배양체를 보관하는 동안 원격지로 수송하는 방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 미생물 배양체를 보관 후 바이오리액터에 접종하는데 이용하는 방법.
제10항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, CO를 함유하는 기질은 가스 상태인 것인 방법.
제16항에 있어서, 기질은 철강금속제품 제조, 비철금속 제품 제조, 퍼트롤륨 정제 공정, 바이오매스의 가스화 공정, 석탄의 가스화 공정, 전력 생산, 카본블랙 생산, 암모니아 생산, 메탄올 생산 및 코크스 제조로 이루어진 군으로부터 선택된 산업 공정의 부산물로서 얻어지는 가스를 포함하는 것인 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서, CO를 함유하는 기질은 CO를 적어도 약 15 부피% 내지 약 100 부피% 함유하는 것인 방법.
제16항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, CO를 함유하는 기질은 CO를 적어도 약 40 부피% 내지 약 70 부피% 함유하는 것인 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서, 카르복시도트로픽 박테리아는 클로스트리듐(Clostridium), 무어렐라(Moorella), 파이로코쿠스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복시도써무스(Carboxydothermus), 아세토게늄(Acetogenium), 아세토박테리움(Acetobacterium), 아세토안에어로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움( Butyribaceterium) 및 펩토스트렙토코쿠스(Peptostreptococcus)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
제20항에 있어서, 카르복시도트로픽 박테리아는 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum )인 것인 방법.
적어도 하나의 바이오리액터; 미생물 배양체에 제공되는 CO를 함유하는 기질이 제한적인지 또는 비제한적인지를 결정하기 위한 수단; 및 사용시, 미생물 배양체에 대한 CO 함유 기질의 공급이 제한적인지 또는 비제한적인지의 결정에 따라 바이오리액터의 온도를 제어하는 온도 조절 수단을 포함하여 이루어지는, CO 함유 기질의 발효를 위한 시스템.
제22항에 있어서, 상기 조절 수단은 만일 결정 수단이, CO를 함유하는 기질의 공급이 제한적이라고 판정할 경우 바이오리액터의 온도를 감소시키도록 고안된 것인 시스템.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 시스템은 CO를 함유하는 기질이 제한적인지 또는 비제한적인지의 여부에 응답하여 바이오리액터의 온도를 자동적으로 조절하도록 고안된 프로세싱 수단을 포함하는 것인 시스템.