KR20220159399A - 미생물 헴 향미제를 갖는 구조화된 고단백 육류 유사체 조성물 - Google Patents

Abstract

미생물로부터의 단백질 생성물, 예컨대 미생물-유래 단백질 가수분해물을 포함하는 구조화된 식품 조성물, 예컨대 육류 유사체 조성물이 기재되어 있다. 이러한 제품을 제조하는 방법도 기재되어 있다. 헴-함유 폴리펩타이드, 예컨대 미생물로부터의 플라보헤모글로빈을 함유하는 풍미 증강제 조성물, 및 헴-함유 풍미 증강제 조성물을 포함하는 식품 조성물, 예컨대 육류 유사체 조성물 또한 기재되어 있다.

Description

미생물 헴 향미제를 갖는 구조화된 고단백 육류 유사체 조성물

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 2020년 3월 27일에 출원된 미국 가출원 번호 63/001,215의 이익을 주장하며, 이는 그의 전문이 본원에 참고로 포함된다.

분야

본 발명은 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 구조화된 식품 조성물, 예컨대 인간 또는 동물 소비에 적합하고 육류의 특성을 밀접하게 모방하고 육류 유사체 제품으로서 기능하는 구조화된 육류 유사체 조성물, 특히 가열될 때 육류와 유사한 풍미 또는 향의 생성을 촉매하는, 미생물에 의해 생성된 헴-함유 폴리펩타이드를 포함하는 구조화된 육류 유사체 조성물에 관한 것이다.

동물성 육류를 먹는 것은 많은 사람들에게 일상 생활의 일부이다. 육류 위주의 식단이 인간의 건강과 환경에 미치는 악영향은 잘 문서화되어 있다. 포화 지방산 및 콜레스테롤과 같은, 육류와 관련된 건강에 해로운 성분 없이, 그리고 축산업의 유해한 환경적 영향 없이, 동물성 육류와 유사한 질감 및 풍미 특성, 동물성 육류와 유사한 기능적 특성을 제공하는, 동물로부터 유래되지 않은 단백질-풍부 대체 식품에 대한 소비자 수요가 증가하고 있다.

구조화된 식품, 예컨대 구조화된 육류 생성물, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품, 및 이러한 생성물을 생성하는 방법이 본 명세서에 개시되어 있다.

한 양태에서, 미생물로부터의 헴-함유 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 단리된 헴-함유 단백질)이 제공된다. 가열될 때, 미생물 유래 헴-함유 단백질 생성물은 헴을 방출하여, 예를 들어, 구조화된 육류 생성물에서, 유기 화합물, 예컨대 당 및/또는 아미노산과 반응하여 바람직한 풍미 및/또는 향, 예컨대 육류 풍미 및/또는 향을 모방하는 풍미 및/또는 향을 생성한다. 일부 실시형태에서, 헴-함유 단백질 생성물은 크날가스(knallgas) 미생물, 예컨대, 쿠프리아비두스(Cupriavidus) 미생물로부터 유래될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 크날가스 미생물은 O₂ 제한 조건 하에 성장된다.

한 양태에서, 헴-함유 단백질 생성물 내의 헴 함량이 즉, 중량 기준으로 약 1%(w/w) 내지 약 15%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 9%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 8%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 7%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 6%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 5%(w/w), 약 2%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 3%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 4%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 또는 약 5%(w/w) 내지 약 10%(w/w)인, 헴-함유 단백질 생성물이 제공된다. 일부 실시형태에서, 헴-함유 단백질 생성물 내의 헴 함량은 적어도 약 0.5%(w/w), 적어도 약 1.0%(w/w), 적어도 약 2.0%(w/w), 적어도 약 3%(w/w), 적어도 약 4%(w/w), 적어도 약 5%(w/w), 적어도 약 6%(w/w), 적어도 약 7%(w/w), 적어도 약 8%(w/w), 적어도 약 9%(w/w), 적어도 약 10%(w/w), 또는 적어도 약 15%(w/w)이다. 일부 실시형태에서, 이러한 헴-함유 단백질 생성물은 본원에 기재된 방법 및 조성물에 따라 구조화된 식품을 형성하기 위한 성분으로서 사용된다. 일부 실시형태에서, 생성된 구조화된 식품은 약 0.1%(w/w) 내지 약 3%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 2%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 1%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 0.9%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 0.8%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 0.7%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 0.6%(w/w), 약 0.1%(w/w) 내지 약 0.5%(w/w), 약 0.2%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w), 약 0.3%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w), 약 0.4%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w), 약 0.5%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w), 약 0.5%(w/w) 내지 약 3%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 2%(w/w), 또는 약 2%(w/w) 내지 약 3%(w/w)인, 헴 함량을 갖는다.

한 양태에서, 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 구조화된 식품이 제공된다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하나 이상의 화학독립영양적으로 성장된 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다. 한 실시형태에서, 미생물, 예를 들어, 화학독립영양적으로 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 제2 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 영양 공급원 상에서 성장된 제1 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 제2 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다. 예를 들어, 제1 미생물은 일반적으로 안전하다고 인정되는(GRAS) 미생물일 수 있으며, 선택적으로, 제2 미생물은 GRAS가 아닌 미생물일 수 있다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 비-유전자변형 유기체(비-GMO)인, 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 동물-유래된 생체분자, 예컨대 동물-유래된 단백질, 지질, 및/또는 탄수화물을 함유하지 않는다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 하나 이상의 미생물로부터의 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 단백질 생성물은 하나 이상의 미생물로부터의 단백질 가수분해물을 포함하거나 이로 이루어진다. 일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 미생물 단백질 생성물로부터의 중량 기준으로 적어도 약 5% 내지 약 50%, 또는 약 10% 내지 약 50%, 또는 약 20% 내지 약 50%, 또는 약 30% 내지 약 50% 단백질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 단백질 생성물은 하나 이상의 헴-함유 단백질을 포함한다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합을 포함하거나 이로 이루어진 비-동물성 단백질 성분을 포함하며, 이러한 단백질 성분은 구조화된 식품에 하나 이상의 유익한 기능적 특성을 제공한다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 구조화된 육류 유사체 제품, 예컨대, 구조화된 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 양고기 또는 해산물(예를 들어, 게, 새우, 랍스터) 유사체 제품이지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품은 천연 육류의 질감 및/또는 관능적 특성을 재현할 수 있다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 다진 고기 또는 살코기(ground or muscle meat)의 구조를 모방한다. 특정 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체 제품은 하나 이상의 향미제, 예컨대 플라보헤모단백질 향미제를 포함한다. 한 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체는 미생물에 의해 생성되는 플라보헤모단백질 향미제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체 제품은 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물, 또는 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 배지에서 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 화학독립영양적으로 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품, 예컨대, 구조화된 육류 유사체 제품은(이에 제한되지 않음) 하나 이상의 물질, 예컨대 비타민, 영양소, 또는 유익한 기능적 특성을 갖는 물질로 보충된다. 예를 들어, 보충 물질(들)은 아미노산, 지질, 오일, 지방산, 비타민 B₁₂ 또는 기타 비타민, 비오틴, 항산화제, 미네랄, 계면활성제, 및 유화제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 구조화된 식품, 예를 들어, 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 구조화된 식품의 제조를 위한 도우 조성물(dough composition)이 제공된다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하나 이상의 화학독립영양적으로 성장된 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다. 한 실시형태에서, 미생물, 예를 들어, 화학독립영양적으로 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물은 제2 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 영양 공급원 상에서 성장된 제1 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 제2 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다. 예를 들어, 제1 미생물은 일반적으로 안전하다고 인정되는(GRAS) 미생물일 수 있고, 선택적으로, 제2 미생물은 GRAS가 아닌 미생물일 수 있다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물은 비-유전자변형 유기체(비-GMO)인, 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 도우 조성물은 동물-유래된 생체분자, 예컨대 동물-유래된 단백질, 지질, 및/또는 탄수화물을 함유하지 않는다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물은 하나 이상의 미생물로부터의 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 단백질 생성물은 하나 이상의 미생물로부터의 단백질 가수분해물을 포함하거나 이로 이루어진다. 예를 들어, 가수분해물 중 단백질의 평균 분자량은 약 5 kD 내지 약 10 kD일 수 있다. 특정 실시형태에서, 도우 조성물은 비변성 구상 단백질을 보유하는 조건, 예컨대, 예를 들어, 고체 물질(예를 들어, 세포 잔해)로부터의 가용성 물질(예를 들어, 단백질)의 약한 세포 용해 및 물리적 분리 하에 생성된 단백질 가수분해물을 포함한다.

일부 실시형태에서, 예를 들어, 하나 이상의 미생물로부터의 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 단백질 생성물을 포함하는 도우 조성물은 제2 단백질 생성물에 첨가되어, 구조화 및/또는 섬유 형성을 촉진한다. 제2 단백질 생성물의 비제한적인 예는 밀 글루텐, 대두, 완두콩, 밀, 우유, 조류 및 기타 비동물성 단백질 중 하나 이상을 포함한다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물의 수분 함량은 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w)이다. 일부 실시형태에서, 도우의 전단 강도는 적어도 약 1000 psig이다.

또 다른 양태에서, 구조화된 식품, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 다음을 포함한다: (a) 탄소원의 존재하에 미생물을 배양하여, 단백질-함유 바이오매스를 생성하는 단계; (b) 바이오매스를 단백질 생성물로 전환시키는 단계; 및 (c) 단백질 생성물을 구조화된 식품 조성물로 가공하는 단계.

일부 실시형태에서, 단계 (a)는 화학독립영양 배양 조건을 포함한다. 예를 들어, 화학독립영양 배양 조건은 탄소원으로서, 기체 C1 분자, 예컨대 CO₂를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 화학독립영양 배양 조건 하에 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다.

일부 실시형태에서, 단계 (b)에서 생성된 단백질 생성물은 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다.

일부 실시형태에서, 단계 (c)는 단백질 생성물을 도우 조성물로 가공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 압출과 같은 열화학 공정이 적용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단계 (c)는 방사 공정을 포함하여 섬유를 생성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 단계 (c)는 구조화된 하이드로콜로이드의 형성을 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 단계 (c)에서 제조된 구조화된 식품은 구조화된 육류 유사체 제품, 예컨대 구조화된 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 또는 해산물(예를 들어, 게, 새우, 랍스터) 유사체 제품이다. 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품은 천연 육류의 질감 및/또는 관능적 특성을 재현할 수 있다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 다진 고기 또는 살코기의 구조를 모방한다. 특정 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체 제품은 하나 이상의 향미제, 예컨대 플라보헤모단백질 향미제를 포함한다. 한 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체는 미생물에 의해 생성되는 플라보헤모단백질 향미제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체 제품은 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물, 또는 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 배지에서 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함한다. 한 실시형태에서, 화학독립영양적으로 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어진다.

또 다른 양태에서, 본원에 기재된 도우 조성물을 구조화된 육류 유사체 조성물로 가공하기 위한 열화학 공정이 제공된다. 열화학 공정은 본원에 기재된 하나 이상의 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 도우 조성물을 압출하여, 정렬된 섬유를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 단백질 생성물은 단백질 가수분해물을 포함하거나 이로 이루어진다. 일부 실시형태에서, 단백질 생성물이 유래되는 미생물은 화학독립영양적으로 성장된 미생물 또는 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 배지에서 성장된 미생물이다. 예를 들어, 화학독립영양적으로 성장된 미생물은 쿠프리아비두스 미생물을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다.

도 1은 본원에 기재된 바와 같은 구조화된 식품의 제조 실시형태의 예시적인 비-제한적 워크플로우를 도시한다. WCB = 전체 세포 바이오매스
도 2는 실시예 2에 기재된 바와 같은, 유장 단백질 단리물에 대한 에멀젼 용량을 도시한다.
도 3은 실시예 2에 기재된 바와 같은, 전체 세포 바이오매스(WCB)에 대한 에멀젼 용량을 도시한다.

구조화된 식품 조성물 및 이의 제조 방법이 본원에 제공된다. 구조화된 육류 유사체 조성물을 포함하는 본원에 기재된 구조화된 식품 조성물은 미생물에 의해 생성된 단백질 생성물(예를 들어, 단백질 가수분해물을 포함하거나 이로 이루어진 단백질 생성물)을 포함한다. 예를 들어, 단백질 생성물이 유래되는 미생물은 예를 들어, 탄소원으로서 기체 C1 기질 상에서, 화학독립영양적으로 성장될 수 있다.

정의

본원에 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. Singleton, et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology, second ed., John Wiley and Sons, New York(1994), and Hale & Markham, Harper Collins Dictionary of Biology, Harper Perennial, NY(1991)는 본 발명에 사용된 많은 용어의 일반 사전을 사용하는 기술 중 하나를 제공한다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료는 본원에 기재된 방법, 시스템 및 조성물의 실시 또는 시험에 사용될 수 있다.

본 발명의 실시는 달리 명시되지 않는 한, 당업계의 기술 내에 있는 분자 생물학(재조합 기술 포함), 미생물학, 세포 생물학 및 생화학의 통상적인 기술을 사용할 것이다. 이러한 기술은 문헌, 예를 들어, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, second edition(Sambrook et al., 1989); Oligonucleotide Synthesis(M. J. Gait, ed., 1984; Current Protocols in Molecular Biology(F. M. Ausubel et al., eds., 1994); PCR: The Polymerase Chain Reaction(Mullis et al., eds., 1994); and Gene Transfer and Expression: A Laboratory Manual(Kriegler, 1990)에 충분히 설명되어 있다.

본원에 제공된 수치 범위는 범위를 정의하는 수치를 포함한다.

달리 명시되지 않는 한, 핵산은 5'에서 3' 배향으로 왼쪽에서 오른쪽으로 작성되고; 아미노산 서열은 각각 아미노에서 카르복시 배향으로 왼쪽에서 오른쪽으로 작성된다.

단수 표현은 문맥이 명확하게 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함하므로 명세서 및 청구범위에서 본 명세서에서 사용되는 단수 표현은 반대로 명확하게 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해해야 한다.

양, 시간적 지속시간 등과 같은 측정 가능한 값을 언급할 때 본원에서 사용된 용어 "약"은 이러한 변형이 개시된 방법을 수행하거나 개시된 조성물과 관련하여 적절하기 때문에 명시된 값으로부터 ±5%, ±1%, 또는 ±0.1%의 변동을 포함하는 것을 의미한다.

"아세토겐"은 혐기성 호흡의 생성물로서 아세테이트 및/또는 최대 C4 사슬 길이의 기타 단쇄 유기산을 생성하는 미생물을 의미한다.

"호산성 물질"은 높은 산성 조건(보통 pH 2.0 이하)에서 잘 자라는 극한성 물질 유형을 나타낸다.

용어 "아미노산"은 알파-탄소로 지정된 탄소에 결합된 아민기와 카르복실기를 모두 함유하는 분자를 의미한다. 적합한 아미노산은 천연 발생 아미노산의 D- 및 L-이성질체, 뿐만 아니라 유기 합성 또는 기타 대사 경로에 의해 제조된 비-천연 발생 아미노산을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 단일 "아미노산"은 연장된 지방족 또는 방향족 백본 스캐폴드당 이용가능한 다중 측쇄 모이어티를 가질 수 있다. 문맥이 달리 구체적으로 나타내지 않는 한, 본원에 사용된 용어 아미노산은 아미노산 유사체를 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는 그렇게 결합된 요소들, 즉 일부 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소들 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 확인된 요소들 이외의 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있으며, 반대로 명확하게 표시되지 않는 한 구체적으로 확인된 요소와 관련이 있거나 관련이 없다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때 "A 및/또는 B"에 대한 언급은 한 실시형태에서, B 없이 A를 나타낼 수 있으며(선택적으로 B 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, A 없이 B를 나타낼 수 있으며(선택적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, A 및 B 모두를 나타낼 수 있고(선택적으로 다른 요소를 포함함); 등이다.

용어 "바이오매스"는 세포, 예컨대 미생물 세포의 성장 및/또는 증식에 의해 생성되는 물질을 지칭한다. 바이오매스는 세포 및/또는 세포내 내용물 뿐만 아니라 세포에 의해 분비되는 화합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 세포외 물질을 함유할 수 있다.

용어 "생물반응기" 또는 "발효기"는 미생물 세포와 같은 세포가 성장 및 유지되는 폐쇄되거나 부분적으로 폐쇄된 용기를 지칭한다. 세포는 액체 현탁액으로 유지될 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 일부 실시형태에서, 액체 현탁액에 유지되기보다는, 세포가 대안적으로 성장 및/또는 고체 성장 지지 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 비-액체 기질과 접촉하거나, 그 위에서, 또는 내부에서 유지될 수 있다.

용어 "탄소 고정" 과정, 반응 또는 경로는 CO₂, CO, 및 CH₄를 포함하지만 이에 제한되지 않는 주변 조건에서 기체인 탄소 형태를 주변 조건에서 액체 또는 고체이거나 수용액에 용해되거나 현탁액에 유지되는 탄소-기반 생화학 물질로 전환하는 효소 반응 또는 대사 경로를 나타낸다.

"탄소원"은 미생물이 유기 생합성에 필요한 탄소를 유도하는 분자 유형을 의미한다.

"일산화탄소영양(carboxydotrophic)"은 일산화탄소를 견디거나 산화시킬 수 있는 미생물을 지칭한다. 바람직한 실시형태에서, 일산화탄소영양 미생물은 CO를 탄소원으로서, 및/또는 생합성 및/또는 호흡을 위한 환원 전자의 공급원으로 이용할 수 있다.

"화학자가영양생물(chemoautotrophic)"은 화학 전자 수용체에 의한 화학 전자 공여체의 산화에 의해 에너지를 얻고, 유기체가 이산화탄소로부터 생존하고 성장하는 데 필요한 모든 유기 화합물을 합성하는 유기체를 지칭한다.

"화학독립영양생물(Chemolithoautotrophic)"은 무기 화합물의 산화로부터 에너지를 얻고 성장을 위한 유일한 탄소원으로 이산화탄소를 사용하는 유기체를 지칭한다.

청구범위 및 명세서에서, "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "운반하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는" 등과 같은 모든 과도기적 문구는 개방형, 즉 포함하지만 이에 제한되지 않는 의미로 이해되어야 한다. "~로 이루어지는" 및 "본질적으로 이루어지는" 전환 구문만이 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 전환 구문이어야 한다.

"컨소시엄"은 본 명세서에서 함께 성장하는, 예를 들어 동일한 성장 배지에서 공동 배양으로 성장하는 2개 이상의 상이한 종 또는 균주의 미생물 및/또는 다세포 유기체를 지칭한다.

용어 "배양"은 액체 또는 고체 배지에서 성장에 적합한 조건 하에 세포 집단, 예를 들어 미생물 세포를 성장시키는 것을 지칭한다.

용어 "로부터 유래된"은 용어들 "로부터 기원된", "로부터 수득된", "로부터 수득가능한", "로부터 단리된" 및 "로부터 생성된"을 포함하며, 일반적으로 한 특정 물질이 또 다른 특정된 물질에서 그 기원을 찾거나, 다른 특정된 물질을 참조하여 설명할 수 있는 특징들을 가짐을 나타낸다.

본원에 사용된 용어 "도우"는 건조 성분("건조 혼합물"; 예를 들어, 단백질, 탄수화물, 및 액체 오일을 포함하는 지질)과 및 액체 성분들("액체 혼합물"; 예를 들어, 식물 또는 식물의 일부와 같은 비-동물성 공급원으로부터의 액체 기반 추출물과 같은, 물 또는 주스)의 블렌드를 지칭한다. 도우는 또한, 예를 들어 전단 공정에서 도우의 구조화 품질을 부여하거나 향상시키는 구조적 및/또는 기능적 특성을 갖는 하나 이상의 추가 단백질 생성물을 포함할 수 있다.

"에너지원"은 호기성 호흡에서 산소에 의해 산화되는 전자 공여체, 또는 혐기성 호흡에서 산화되는 전자 공여체와 환원되는 전자 수용체의 조합을 지칭한다.

"극한성 미생물"은 전형적으로 지구 표면 또는 그 근처에서 발견되는 대부분의 생명체가 견딜 수 있는 지구 또는 해양 표면의 조건과 비교하여 물리적 또는 지구화학적 극한 조건(예를 들어, 높거나 낮은 온도, pH 또는 높은 염도)에서 번성하는 미생물을 지칭한다.

용어 "기능적 특성", "기능적 특성들" 또는 "기능성" 또는 유사한 용어들은 식품 성분이 준비 및 조리 중에 어떻게 작용하는지, 그리고 모양, 맛, 느낌, 취급의 면에서 최종 식품에 어떠한 영향을 미치는지를 지칭한다. 기능적 특성에는 수분 흡수, 수용성, 오일 흡수 지수, 팽창 지수, 부피 밀도, 점도, 결합, 통기, 증점, 경화, 착색 추가, 덱스트린화, 캐러멜화, 겔화, 변성, 응고, 에멀젼 용량 또는 에멀젼 안정성이 포함될 수 있다.

용어 "가스화"는 탄소-기반 물질을 합성 가스, 합성 가스 또는 생성 가스라고 하는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 가스의 혼합물로 전환시키는 일반적으로 고온 공정을 지칭한다. 공정은 일반적으로 탄소-기반 물질의 완전한 연소를 위해 불충분한 산소가 존재하도록 산소 및/또는 증기의 제어된 첨가와 함께 부분 연소 및/또는 외부 생성된 열의 적용을 포함한다.

"호염성 물질"은 매우 높은 농도의 염분이 있는 환경에서 번성하는 일종의 극한성 물질을 지칭한다.

"종속영양"은 유기체가 이산화탄소로부터 살고 성장하는 데 필요한 모든 유기 화합물을 합성할 수 없고 성장을 위해 유기 화합물을 사용해야 하는 유기체를 지칭한다. 종속영양 유기체는 스스로 양분을 생산할 수 없고 대신 이산화탄소와 같은 무기원에서 탄소를 고정하는 대신 식물 또는 동물과 같은 유기 물질을 흡수하고 대사하여 양분과 에너지를 얻는다.

"수소-산화제"는 세포내 환원 등가물의 생산 및/또는 호흡을 위한 전자 공여체로서 환원된 H₂를 이용하는 미생물을 지칭한다.

"초고온성 물질"은 전형적으로 약 60℃(140℉) 이상인 극한의 고온 환경에서 평생 번성하는 극한성 물질 유형을 지칭한다.

용어 "크날가스"는 분자 수소와 산소 가스의 혼합물을 지칭한다. "크날가스 미생물"은 세포내 에너지 운반체, 예컨대 아데노신-5'-트리포스페이트(ATP)의 생성을 위한 호흡시에 수소를 전자 공여체로, 산소를 전자 수용체로 사용할 수 있는 미생물이다. 용어 "산수소(oxyhydrogen)" 및 "산수소 미생물"은 각각 "크날가스" 및 "크날가스 미생물"과 동의어로 사용될 수 있다. 크날가스 미생물은 일반적으로 NAD⁺(및/또는 기타 세포내 환원 등가물)의 환원에 사용되는 H₂에서 공여된 전자의 일부와 호기성 호흡에 사용되는 H₂로부터의 전자의 일부와 함께 수소화효소를 통해 분자 수소를 사용한다. 크날가스 미생물은 일반적으로 캘빈 사이클(Calvin Cycle) 또는 역 시트르산 사이클을 포함하지만 이에 제한되지 않는 경로를 통해 CO₂를 독립영양적으로 고정한다["Thermophilic bacteria", Jakob Kristjansson, Chapter 5, Section III, CRC Press,(1992)].

용어 "용해물"은 세포 용해, 예컨대 미생물 세포 용해로 인한 세포 내용물의 혼합물 및/또는 용액을 함유하는 액체를 지칭한다. 일부 실시형태에서, 본원에 기재된 방법은 세포 용해물에서 화학물질 또는 화학물질의 혼합물의 정제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 방법은 세포 용해물에서 아미노산 및/또는 단백질의 정제를 포함한다.

용어 "용해" 미생물 세포와 같은 세포의 원형질막, 존재하는 경우 세포의 세포벽이 파열되어 상당한 양의 세포내 물질이 세포외 공간으로 빠져나가는 것을 지칭한다. 용해는 전기화학적, 기계적, 삼투압, 열 또는 바이러스 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 본원에 기재된 방법은 생물반응기의 내용물로부터 화학물질 또는 화학물질의 혼합물을 분리하기 위해 본원에 기재된 바와 같은 세포 또는 미생물의 용해를 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에서, 방법은 생물반응기 또는 세포 성장 배지의 내용물로부터 아미노산 또는 아미노산 및/또는 단백질의 혼합물을 분리하기 위해 본원에 기재된 세포 또는 미생물의 용해를 수행하는 단계를 포함한다.

본원에 사용된 용어 "육류 유사체" 또는 "육류 대체물" 또는 "모조 육류" 또는 "육류 유사체"는 동물로부터 유래하지 않거나 상당한 양의 비-동물성 단백질 공급원을 함유하지만 동물 고기와 비슷하거나 유사한 구조, 질감, 미적 품질 및/또는 기타 특성을 가지고 있는 식품을 지칭한다. 이 용어는 조리되지 않은, 조리 중인 및 조리된 육류-유사 식품을 의미한다.

"메탄생성균"은 혐기성 호흡의 산물로 메탄을 생성하는 미생물을 지칭한다.

"메틸영양세균"은 탄소원 및/또는 성장을 위한 전자 공여체로서 비제한적으로 메탄올 또는 메탄과 같은 환원된 1-탄소 화합물을 사용할 수 있는 미생물을 지칭한다.

용어들 "미생물" 및 "미생물(microbe)"은 세균 및 진균 미생물과 같은 미세한 단세포 생명체를 지칭한다.

용어 "분자"는 하나 이상의 원자를 포함하는 임의의 구별되는 또는 구별 가능한 구조 단위를 의미하고, 예를 들어 탄화수소, 지질, 폴리펩타이드 및 폴리뉴클레오타이드를 포함한다.

"올리고펩타이드"는 비교적 적은 수의 아미노산 잔기, 예를 들어, 약 2 내지 약 20개의 아미노산을 함유하는 펩타이드를 지칭한다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, "또는"은 위에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로 해석되어야 하는데, 즉, 요소의 수 또는 목록 중 하나 이상을 포함하고 선택적으로, 추가 미등록 항목을 포함한다. 명확하게 반대되는 용어만, 예컨대 "~ 중 하나만" 또는 "~ 중 정확히 하나" 또는 청구 범위에서 사용되는 경우, "~로 이루어진"과 같이 숫자의 정확히 하나의 요소 또는 요소 목록을 포함하는 것을 나타낸다. 일반적으로, 본원에 사용된 용어 "또는"은 "둘 중 하나", "중 하나", "중 하나" 또는 "정확히 다음 중 하나"와 같은 독점성 용어가 앞에 오는 경우 배타적 대안(즉, "하나 또는 다른 하나, 둘 모두는 아님")을 나타내는 것으로만 해석된다. 청구범위에서 사용될 때 "본질적으로 이루어진"은 특허법 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.

용어 "유기 화합물"은 탄소 원자를 함유하는 임의의 기체, 액체 또는 고체 화합물을 지칭하며, 무기로 간주되는 다음 예외는 제외된다: 탄화물, 탄산염, 탄소의 단순 산화물, 시안화물 및 순수 탄소 동소체, 예컨대 다이아몬드 및 흑연.

"펩타이드"는 2개 이상의 아미노산이 사슬로 연결된 화합물(폴리펩타이드)을 지칭하며, 각 산의 카르복실기는 예를 들어, 약 2개 아미노산 내지 약 50개 아미노산, 또는 21개 아미노산 내지 약 50개 아미노산의 R-OC-NH-R' 유형의 결합에 의해 다음 아미노기에 연결된다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "폴리뉴클레오타이드"는 데옥시리보뉴클레오타이드, 리보뉴클레오타이드, 및/또는 변형된 뉴클레오타이드 또는 염기 또는 이들의 유사체를 포함하는 데옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드의 유사체 또는 변형된 형태를 포함하는 임의의 길이 및 임의의 3차원 구조 및 단일 또는 다중 가닥(예를 들어, 단일-가닥, 이중-가닥, 삼중-나선 등)의 뉴클레오타이드의 중합체 형태를 지칭한다. 유전자 코드가 축퇴되기 때문에, 하나 이상의 코돈을 사용하여 특정 아미노산을 암호화할 수 있으며, 본 발명은 특정 아미노산 서열을 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 포함한다. 뉴클레아제 내성을 증가시키는 변형(예를 들어, 데옥시, 2'-O-Me, 포스포로티오에이트 등)을 포함하여 폴리뉴클레오타이드가 사용 조건 하에서 원하는 기능을 유지하는 한, 임의의 유형의 변형된 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 유사체가 사용될 수 있다. 표지는 또한 예를 들어 방사성 또는 비방사성 표지 또는 앵커, 예를 들어 비오틴과 같이, 검출 또는 포획 목적으로 포함될 수 있다. 용어 폴리뉴클레오타이드는 또한 펩타이드 핵산(PNA)을 포함한다. 폴리뉴클레오타이드는 천연 발생 또는 비-천연 발생일 수 있다. 용어 "폴리뉴클레오타이드", "핵산" 및 "올리고뉴클레오타이드"는 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 폴리뉴클레오타이드는 RNA, DNA, 또는 둘 다, 및/또는 이의 변형된 형태 및/또는 유사체를 함유할 수 있다. 뉴클레오타이드의 서열은 비-뉴클레오타이드 성분에 의해 중단될 수 있다. 하나 이상의 포스포디에스테르 연결은 대체 연결기로 대체될 수 있다. 이들 대안적인 연결기는 포스페이트가 P(O)S("티오에이트"), P(S)S("디티오에이트"), (O)NR.sub.2("아미데이트"), P(O)R, P(O)OR', CO 또는 CH.sub.2("포름아세탈")로 대체된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 여기서 각각의 R 또는 R'는 독립적으로 H 또는 선택적으로 에테르(--O--) 연결, 아릴, 알케닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐 또는 아랄딜을 함유하는 치환 또는 치환되지 않은 알킬(1-20C)이다. 폴리뉴클레오타이드의 모든 연결이 동일할 필요는 없다. 폴리뉴클레오타이드는 선형 또는 원형일 수 있거나, 선형 및 원형 부분의 조합을 포함할 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, "폴리펩타이드"는 아미노산으로 구성되고 당업자에 의해 단백질로 인식되는 조성물을 지칭한다. 아미노산 잔기에 대한 통상적인 1문자 또는 3문자 코드가 본원에서 사용된다. 용어들 "폴리펩타이드" 및 "단백질"은 임의의 길이의 아미노산의 중합체를 지칭하기 위해 본원에서 상호교환가능하게 사용된다. 중합체는 선형 또는 분지형일 수 있고, 변형된 아미노산을 포함할 수 있으며, 비-아미노산에 의해 중단될 수 있다. 이 용어는 또한 자연적으로 또는 개입; 예를 들어, 이황화 결합 형성, 글리코실화, 지질화, 아세틸화, 인산화, 또는 표지 성분과의 접합과 같은 임의의 다른 조작 또는 변형에 의해 변형된 아미노산 중합체를 포함한다. 또한, 정의 내에 포함되는 것은, 예를 들어 아미노산의 하나 이상의 유사체(예를 들어, 비천연 아미노산 등을 포함함) 뿐만 아니라 당업계에 공지된 다른 변형을 함유하는 폴리펩타이드이다.

용어 "에 대한 전구체" 또는 "의 전구체"는 최종 생성물의 구성요소 중 하나 이상을 생산하기 위한 중간체이다.

"발생로 가스(Producer gas)"는 다양한 비율의 H₂, CO, 및 CO₂를 함유하고 표준 조건에서 단위 부피당 전형적으로 천연 가스의 1/2 내지 1/10 범위의 열 수치를 갖는 가스 혼합물을 지칭한다. 발생로 가스는 가스화, 증기 개질 또는 탄소-기반 공급원료의 자동 개질을 포함하여 다양한 공급원료에서 다양한 방식으로 생성될 수 있다. H₂, CO, 및 CO₂, 외에도, 발생로 가스는 생성 프로세스 및 공급원료에 따라 메탄, 황화수소, 응축성 가스, 타르 및 회분을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 혼합물에서 N₂의 비율은 공기가 반응기에서 산화제로 사용되는지 여부와 반응을 위한 열이 직접 연소 또는 간접 열 교환을 통해 제공되는지 여부에 따라 높거나 낮을 수 있다.

용어 "생산하는"은 세포로부터 화합물의 분비를 포함하여, 세포내 및 세포외에서 화합물의 생산을 모두 포함한다.

"사이크로필(Psychrophile)"은 전형적으로 약 10℃ 이하의 추운 온도에서 성장 및 번식할 수 있는 극한성 동물의 유형을 지칭한다.

본원에 사용된 용어 "회수된", "단리된", "정제된" 및 "분리된"은 자연스럽게 연결되는 적어도 하나의 성분으로부터 제거되는 물질(예를 들어, 단백질, 핵산 또는 세포)을 지칭한다. 예를 들어, 이러한 용어는 예를 들어 온전한 생물학적 시스템과 같이 원래 상태에서 발견되는 것과 같이 정상적으로 수반되는 구성요소가 실질적으로 또는 본질적으로 없는 물질을 지칭할 수 있다.

본원에 사용된 용어 "구조화된 육류 생성물" 또는 "구조화된 육류 유사체 제품" 또는 "육류 구조화된 단백질 생성물"은 섬유질 및/또는 정렬된 구조가 생성되고 고정된 후 선택적 후처리(예를 들어, 수화, 마리네이트화, 건조, 착색)된, 육류와 같은 질감을 생성하는 단백질 섬유 네트워크 및/또는 정렬된 단백질 섬유를 포함하는 생성물을 지칭한다. 단백질 섬유 네트워크 형성 및/또는 단백질 섬유 정렬 정도를 결정하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 미국 공개 번호 2015/029683 A1에 예시된 바와 같이 사진 및 현미경 이미지에 기초한 시각적 결정을 포함하며, 이는 본원에 참고로 포함된다.

임의의 주어진 구성요소에 대해 "실질적으로 없는" 또는 "본질적으로 없는"이라는 문구는 그러한 구성요소가 기능적으로 미미한 양, 즉 프로세스 또는 생성물의 의도된 성능 또는 기능에 유의하게 부정적인 영향을 미치지 않는 양으로만 존재한다는 것을 의미한다. 전형적으로, 실질적으로 없다는 것은 상기 성분들의 중량을 기준으로 약 0.1% 미만을 포함하여 약 0.5% 미만을 포함하고 또한 0%를 포함하는, 약 1% 미만을 의미한다. "실질적으로 없는" 또는 "본질적으로 없는"이라는 용어는 구성 요소의 1% 미만이어야 한다.

"황-산화제"는 세포내 환원 등가물의 생산 및/또는 호흡을 위한 전자 공여체로서 H₂S를 포함하지만 이에 제한되지 않는 환원된 황 함유 화합물을 이용하는 미생물을 지칭한다.

"합성가스(syngas)" 또는 "합성 가스(synthesis gas)"는 발생로 가스와 마찬가지로 H₂ 및 CO를 함유하지만, 비제한적으로 메탄올 또는 피셔-트롭쉬 디젤과 같은 특정 유형의 화학 제품의 합성을 위한 H₂ 및 CO 함량 및 불순물의 비율 및 수치 측면에서 보다 구체적으로 조정된 가스 혼합물 유형을 지칭한다. 합성가스는 일반적으로 H₂, CO 및 CO₂를 주요 구성 요소로 함유하며, 메탄의 증기 개질을 포함하는 확립된 방법을 통해; 또는 바이오매스, 유기물 또는 이탄을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 유기, 가연성, 탄소-기반 물질의 가스화를 통해 생성될 수 있다. 합성가스의 수소 성분은 합성가스 혼합물에서 CO₂의 동반 증가와 함께, 수성 가스 전환 반응에서 CO와 증기의 반응을 통해 증가될 수 있다.

"호열체"는 일생 동안 비교적 높은 온도, 전형적으로 약 45℃ 내지 약 122℃에서 번성하는 일종의 극한체를 지칭한다.

"야생형"은 자연에서 발생하는 미생물을 지칭한다.

"수율"은 모든 사료 물질이 제품으로 전환된다면 생산될 물질의 총량에 대한 사료 물질로부터 생산된 제품의 양을 지칭한다. 예를 들어, 제품의 수율은 공급 물질의 100%가 제품으로 전환된 경우 이론적인 수율에 대한 생산된 제품의 %로 표시될 수 있다.

헴 향미제

헴이 풍부한 식품 풍미 증강제가 본원에 제공된다. 일부 실시형태에서, 풍미 증강제는 가열될 때 육류 풍미 및/또는 향을 모방하는 풍미 및/또는 향을 제공한다. 예를 들어, 조리 또는 펠렛화 동안 변성될 때, 헴-함유 폴리펩타이드는 변성되고, 다른 유기 분자(예를 들어, 미생물 유래된 단백질 생성물 중의 유기 분자), 예컨대 당, 아미노산, 지질, 등과 반응하는 철-함유 헴을 방출하여, 풍미 및/또는 향을 부여하는 분자를 생성한다.

식품 풍미 증강제는 헤모글로빈, 예를 들어, 플라보헤모글로빈(FHb) 함량이 풍부한 미생물로부터 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 분리되거나 단리된 헴-함유 단백질, 또는 이들의 조합)의 형태로 있을 수 있다.

일부 실시형태에서, 풍미 증강제는 화학독립영양 미생물, 예를 들어, CO₂ 및 H₂에서 성장하는 미생물로부터 유래된다. 일부 실시형태에서, 풍미 증강제는 크날가스 미생물, 예컨대, 비제한적으로 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 또는 본원에 기재된 임의의 크날가스 미생물로부터 유래된다. 일부 실시형태에서, 미생물은 그것이 성장하고/하거나 FHb 또는 또다른 헤모글로빈-유형 단백질을 생산 또는 과생산하도록 조작된 배양 조건 하에 FHb를 발현하거나 과발현한다. 예를 들어, FHb의 향상된 생산을 위한 강력한 프로모터 또는 O₂ 조절된 프로모터가 FHb의 발현을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 이종성 폴리뉴클레오타이드, 예컨대 이종성 프로모터 서열, 예를 들어, FHb의 향상된 생산을 위한 강력한 프로모터 또는 O₂ 조절된 프로모터는, 천연 FHb 서열의 생산을 개선시키기 위해 미생물에 도입된다. 다른 실시형태에서, 미생물은 (예를 들어, 상이한 종, 예컨대 상이한 미생물로부터) 이종성 FHb를 발현하도록 조작된다. 다른 실시형태에서, 동일한 종의 미생물로부터의 프로모터, 예를 들어, FHb의 향상된 생산을 위한 강력한 프로모터 또는 O₂ 조절된 프로모터가 천연 FHb 서열의 개선된 발현을 위해 도입된다.

쿠프리아비두스는 호기성, 미세호기성 및/또는 혐기성 발효 조건에서 발현되는 헴 보조인자를 함유하는 가용성 및 막-관련 단백질을 생성한다. 쿠프리아비두스에 의해 생성된 헴 유형에는 a-, b-, c- 및 d-형 헴이 포함되며, 철 이온은 4자리 리간드로 작용하는 포르피린에 배위되고 단백질에 의해 기여되는 1개 또는 2개의 축 리간드에 배위된다.

플라보헤모글로빈은 미세호기성 조건에서 크날가스 박테리아에 의해 자연적으로 발현되며, 낮은 O₂ 농도에서 O₂ 포획 또는 O₂ 완충 기능을 수행한다. 발현 수준은 높은 FHb 발현을 위한 낮은 O₂ 분압과 같은 박테리아 배양에 대한 작동 매개변수를 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시형태에서, 미세호기성 배양 조건이 전개된다. 예를 들어, 용존 산소는 표준 용존 산소 프로브의 검출 한계 미만, 예를 들어 1 ppm 미만과 같이 공기 또는 공기 포화 용액에서 발견되는 것보다 낮은 수준으로 존재할 수 있다.

쿠프리아비두스 가용성 FHb는 박테리아 게놈에 의해 암호화된 3-도메인 단량체 단백질이다. 생체 내에서, FHb는 NADH의 플라빈-매개 산화를 촉매하여 b형 헴을 감소시키고, 이는 차례로 O₂에 결합한다. 이 효소는 NAD(H) 결합 도메인, 플라보독신 리덕타제-유형 도메인 및 b형 헴을 갖는 글로빈 도메인을 함유한다. 헴 도메인은 별도로 표현될 수 있다. 예를 들어, 헴, 즉 헴 도메인을 함유하는 효소의 절단된 형태는 미생물에서 발현되어 회수될 수 있다.

본원에 기재된 바와 같은 헴-함유 식품 풍미 증강제는 본원에 기재된 육류 유사체 조성물과 같은 임의의 식품 조성물에 포함될 수 있다. 풍미 증강제는 요리하는 동안(즉, 가열될 때) 육류와 같은 풍미 및/또는 향을 생성한다.

본원에 기재된 헴-함유 식품 풍미 증강제(예를 들어, 헴-함유 폴리펩타이드)는 미생물로부터 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드 또는 올리고펩타이드, 또는 미생물로부터 유래된 이들의 조합으로서 가공될 수 있고/있거나, 미생물로부터 단리 또는 정제되어 정제된 형태의 식품 조성물로 제공될 수 있다. 한 실시형태에서, 헴 도메인 폴리펩타이드는 미생물로부터 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 또는 올리고펩타이드, 또는 미생물로부터 유래된 이들의 조합으로서 가공될 수 있고/있거나 미생물로부터 단리 또는 정제되어 정제된 형태의 식품 조성물로 제공될 수 있다.

구조화된 식품

구조화된 식품이 본원에 제공된다. 구조화된 식품은 미생물-유래된 단백질 생성물을 포함한다. 단백질 생성물은 미생물, 예컨대 박테리아 또는 진균 미생물로부터 유래된다. 구조화된 식품은 식품 성분이 함께 혼합되고 가공되어 식품, 즉 인간 또는 동물이 소비하는 식용 제품을 만들기 위해 형성되는 식품 구조를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물은 화학독립영양적으로 성장된 미생물, 예컨대 기체 C1 탄소원, 예컨대 CO₂, CO, 또는 CH₄ 상에서 성장된 미생물이거나, 화학독립영양적으로 성장된 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 배지에서 성장된 미생물이다. 화학독립영양 미생물은 하기 본원에 기재된 임의의 화학독립영양 미생물일 수 있다. 특정 비제한적 실시형태에서, 화학독립영양 미생물은 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) 또는 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans)이다.

일부 실시형태에서, 미생물은 GRAS 미생물, 예컨대 본원에 기재된 임의의 GRAS 미생물, 예컨대 락트산 박테리아(LAB)이다. 특정 실시형태에서, GRAS 미생물은 비-GRAS 미생물로부터 유래된 단백질 생성물을 포함하는 배지에서 성장된다. 비-GRAS 미생물은 예를 들어, 화학자가독립영양적으로(chemoautrotrophically) 성장된 미생물, 예컨대, 예를 들어, 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) 또는 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans)일 수 있다.

구조화된 식품에서 미생물-유래 단백질 생성물은 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 및 올리고펩타이드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 단백질 생성물, 예를 들어, 본원에 기재된 임의의 단백질 생성물은 구조화된 식품 조성물에 적어도 약 5%(w/w), 10%(w/w), 15%(w/w), 20%(w/w), 25%(w/w), 30%(w/w), 35%(w/w), 40%(w/w), 45%(w/w), 50%(w/w), 55%(w/w), 60%(w/w), 65%(w/w), 또는 70%(w/w) 중 임의의 양으로 포함될 수 있다. 일부 실시형태에서, 구조화된 식품의 미생물-유래된 단백질 내용물의 함량은 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 약 5%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 10%(w/w) 내지 약 15%(w/w), 약 15%(w/w) 내지 약 20%(w/w), 약 20%(w/w) 내지 약 25%(w/w), 약 25%(w/w) 내지 약 30%(w/w), 약 30%(w/w) 내지 약 35%(w/w), 약 35%(w/w) 내지 약 40%(w/w), 약 40%(w/w) 내지 약 45%(w/w), 약 45%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 약 5%(w/w) 내지 약 15%(w/w), 약 10%(w/w) 내지 약 20%(w/w), 15%(w/w) 내지 약 25%(w/w), 약 20%(w/w) 내지 약 30%(w/w), 약 25%(w/w) 내지 약 35%(w/w), 약 30%(w/w) 내지 약 40%(w/w), 약 35%(w/w) 내지 약 40%(w/w), 약 40(w/w) 내지 약 50%(w/(w/w)w), 약 5%(w/w) 내지 약 25%(w/w), 약 20%(w/w) 내지 약 40%(w/w), 또는 약 25% 내지 약 50%(w/w) 중 임의의 하나이다. 단백질 생성물은 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 단일 세포 단백질, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 세포 용해물, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 단백질 추출물, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 단백질 단리물, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 단백질 가수분해물, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 유리 아미노산, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 펩타이드, 적어도 약 5%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 올리고펩타이드, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 단일 세포 단백질, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 세포 용해물, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 단백질 추출물, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 단백질 단리물, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 단백질 가수분해물, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 유리 아미노산, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 펩타이드, 적어도 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 올리고펩타이드, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 단일 세포 단백질, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 세포 용해물, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 단백질 추출물, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 단백질 단리물, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 단백질 가수분해물, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 유리 아미노산, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 펩타이드 및/또는, 적어도 약 75%(w/w) 내지 약 100%(w/w) 올리고펩타이드를 포함할 수 있다.

본원에 기재된 구조화된 식품은 천연 식품의 유사체일 수 있고, 식품의 유변학적 및 구조적(기하학적 및 표면적) 속성, 예컨대 기계적, 촉각적 및/또는 시각적 수용체에 의해 지각될 수 있는 속성을 포함할 수 있다. 식품 구조 속성은 예를 들어 다음을 포함한다: 접착성, 탄력성, 취성, 거품이 있는, 질긴, 달라붙는, 코팅, 응집성, 크림 같은, 바삭한, 부서지기 쉬운, 딱딱한, 조밀한, 반죽 같은, 건조한, 탄력 있는, 지방이 많은, 단단한, 박편의, 다육질의, 푹신한, 거품있는, 깨지기 쉬운, 풀바디의, 끈적이는, 질척이는, 모래같은, 고무 같은, 단단한, 무거운, 이질적인, 수분이 많은, 마른, 가벼운, 축 늘어진, 울퉁불퉁한, 촉촉한, 입에 바르는, 흐릿한, 기름진, 반죽 같은, 플라스틱, 다공성, 가루, 푹신한, 펄프, 풍부한, 거친, 고무 같은, 흐르는, 모래, 긁힌 등.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 예를 들어, 질감 또는 외관이 동물로부터 유래된 천연 육류 제품과 유사하도록 구조화된 육류 유사체 제품이다. 예를 들어, 육류 유사체 제품은 쇠고기, 가금류(예를 들어, 닭고기, 칠면조, 오리), 돼지고기, 생선, 또는 해산물 유사체 제품 중 임의의 하나일 수 있다. 육류 유사체 제품은 천연 육류 제품의 형태, 예컨대 버거, 너겟 등일 수 있으며, 천연 육류 제품의 질감 및/또는 관능적(즉, 하나 이상의 감각 기관 포함) 특성을 재현할 수 있다.

육류 유사체 제품은 천연 다진 고기 또는 살코기의 구조를 모방할 수 있다. 근육 육류는 이방성 섬유로 조립된 개별 근세포에 의해 자연적으로 구조화된다. 본원에 기재된 미생물 단백질 생성물을 사용하는 섬유질 재료 공정은 천연 육류 구조의 3차원 모방을 초래할 수 있다. 구조화 방법에는 자가-조립, 강제 조립, 또는 조합 및 지시된 자가-조립이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.

일부 실시형태에서, 단백질 섬유는 실질적으로 정렬된다. 단백질 섬유 네트워크 및/또는 단백질 섬유 정렬은 응집력과 견고함을 부여할 수 있는 반면, 단백질 섬유 네트워크 및/또는 단백질 섬유 정렬의 열린 공간은 육류 구조화된 단백질 생성물을 연화할 수 있고, 물, 탄수화물, 염, 지질, 향료, 및 전단 과정을 윤활하고 다른 육류와 같은 감각 특성을 부여하기 위해 씹는 동안 천천히 방출되는 기타 물질을 포획하기 위한 포켓을 제공할 수 있다.

구조화된 식품, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품은 하나 이상의 향미제를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 구조화된 식품, 예를 들어, 구조화된 육류 생성물은 플라보헤모단백질 향미제를 포함할 수 있다. 한 실시형태에서, 플라보헤모단백질은 단백질 생성물이 유래되는 미생물에 의해 생성된다. 한 실시형태에서, 플라보헤모단백질 및 단백질 생성물은 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) 또는 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans)에 의해 생성된다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품은 하나 이상의 보충 비타민, 영양소, 또는 기능성 물질(즉, 구조화된 식품의 생산을 위한 제형(예를 들어, 도우)에, 또는 단백질 생성물이 유래된 미생물에 대한 성장 배지에 보충됨)을 포함하거나, 단백질 생성물이 유래된 미생물에 의해 생성될 수 있다. 이러한 보충제의 비제한적 예는 아미노산(예를 들어, 필수 아미노산), 지질, 오일, 지방산, 비타민(예를 들어, 비타민 B₁₂, 비오틴, 기타 필수 비타민), 항산화제, 미네랄, 계면활성제 및 유화제를 포함한다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품 조성물, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 조성물에 혼입되는 단백질 생성물이 비-GMO인 미생물.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품 조성물, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 조성물은 동물 유래 물질 또는, 동물-유래된 생체분자 또는 생화학물질과 같은 물질을 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 육류 대체물 또는 육류 유사체 제품에서, 하이드로겔, 리포겔 및/또는 에멀젼이 조성물에 예를 들어, (예를 들어, 착색제, 향미제, 지방산, 팽창제, 및/또는 겔화제(예를 들어, 중탄산염(예를 들어, 중탄산칼륨), 수산화칼슘, 및/또는 알기네이트(예를 들어, 알긴산나트륨 또는 알긴산칼륨)의 방출을 위한) 제제 방출 시스템으로서 포함되며, 여기서 작용제(들)은 동물성 육류)를 시뮬레이션하기 위해 식품을 조리하는 동안 방출될 수 있다.

일부 실시형태에서, 구조화된 식품은 본원에 기재된 미생물에 의해 생성된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)과 조합하여, 비제한적으로 완두콩, 벼, 찹쌀, 밀, 글루텐, 대두, 대마, 캐놀라, 곤충, 조류 및/또는 메밀과 같은 하나 이상의 식물 단백질원을 포함하며, 여기서 단백질 생성물은 식품 조성물에 풍미, 예컨대, 예를 들어, 육류-유사 풍미를 부여한다.

일부 실시형태에서, 식품, 예를 들어, 육류 대체물 또는 육류 유사체 제품은 헴 화합물, 예컨대 헴-함유 폴리펩타이드를 포함한다. 한 실시형태에서, 식품은 단백질 생성물이 유래된 미생물로부터의 헴(예를 들어, 헴-함유 폴리펩타이드)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 헴-함유 폴리펩타이드는 크날가스 미생물, 예컨대, 예를 들어, 쿠프리아비두스, 또는 본원에 기재된 임의의 다른 크날가스 미생물로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 단리된 헴-함유 단백질 중 하나 이상)의 형태이다. 일부 실시형태에서, 크날가스 미생물은 O₂ 제한 조건, 예컨대 낮은 O₂ 분압 조건, 예를 들어, 미세호기성 조건에서 성장된다.

일부 실시형태에서, 구조화된 육류 유사체 제품(예를 들어, 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 또는 해산물 유사체 제품)은 본원에 기재된 미생물에 의해 생성된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 동물 공급원으로부터의 임의의 성분을 함유하지 않는 비건 제품이다. 일부 실시형태에서, 동물성 단백질을 함유하는 강화 육류 제품(예를 들어, 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 해산물, 또는 계란 제품, 여기서 제품의 일부는 본원에 기재된 바와 같은 미생물에 의해 생성된 단백질 생성물 성분(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)임)이 제공된다. 예를 들어, 단백질 생성물은 강화 육류 제품 또는 육류 유사체 제품에 증량제로서 포함될 수 있으며, 예를 들어, 단백질 생성물은 육류 성분 또는 인공 또는 모조 육류 성분(예를 들어, 식물성 인공 또는 모조 육류 유사체 성분)의 적어도 약 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 또는 70%를 대체하여, 각각 강화 육류 제품 또는 육류 유사체/모조 육류 제품을 생성한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 CO₂-성장 또는 공기-성장 미생물, 예를 들어, 산수소 미생물이다. 육류 유사체 제품의 비제한적인 예가 미국 특허 제10,327,464호, 제10,314,325호, 제10,287,568호, 제10,273,492호, 제10,172,380호, 제10,172,381호, 제10,093,913호, 제10,087,434호, 제10,039,306호, 제9,943,096호, 제9,938,327호, 제9,833,768호, 제9,826,772호, 제9,808,029호, 제9,737,875호, 제9,700,067호, 및 제9,011,949호에 제공되며, 이들은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 구조화된 식품의 단백질 생성물 중 적어도 일부 또는 전부는 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대, 비제한적으로, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 예를 들어, DSM 531 또는 DSM 541로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)을 포함한다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 구조화된 식품의 단백질 생성물 중 적어도 일부 또는 전부는 락트산 박테리아, 예컨대, 비제한적으로 락토코커스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 엔테로코커스(Enterococcus), 스트렙토코커스(Streptococcus), 또는 페디오코커스(Pediococcus) 박테리아로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 락트산 박테리아는 GRAS 박테리아이다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 구조화된 식품의 단백질 생성물 중 적어도 일부 또는 전부는 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물, 예컨대 비제한적으로 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 진균 미생물은 GRAS 미생물이다.

육류 유사체 제품

동물 고기와 유사한 육류 유사체 제품이 제공된다. 육류 유사체 제품은 본원에 기재된 하나 이상의 미생물로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합 중 하나 이상)을 함유하며, 예를 들어, 풍미, 향, 질감, 외관 등과 같은 동물 고기의 질감 및/또는 물리적 특성을 시뮬레이션한다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 하나 이상의 결합제로 선택적으로 결합된, 본원에 기재된 미생물 단백질 생성물의 적어도 약 10중량%, 약 15중량%, 약 20중량%, 약 25중량%, 약 30중량%, 약 35중량%, 약 40중량%, 약 45중량%, 약 50중량%, 약 55중량%, 약 60중량%, 약 65중량%, 또는 약 70중량%를 포함하여, 동물 고기와 비교하여 하나 이상의 유사한 질감 및/또는 기능적 특성들을 갖는 식품을 제조한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 동물 고기, 예를 들어, 다진 동물 고기(예를 들어, 다진 쇠고기, 다진 돼지고기, 다진 칠면조)와 유사하다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 주로, 실질적으로 또는 전적으로 비-동물 공급원으로부터 유래된 성분으로 구성된다. 대안적인 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 동물 공급원으로부터 부분적으로 유래된 성분으로 구성되지만 비-동물 공급원으로부터 유래된 성분으로 보충된다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 하나 이상의 제제 방출 시스템 및/또는 다른 성분을 추가로 포함한다. 다양한 실시형태에서, 본원의 육류 유사체 제품은 슬라이스, 절단, 분쇄, 파쇄, 강판 또는 달리 가공되거나 가공되지 않은 채로 남을 수 있다. 슬라이스된 형태의 예는 건조된 육류, 경화된 육류, 및 슬라이스된 가공육을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 본원에 제공된 육류 유사체 식품은 예를 들어 동물 육포와 외관 및 질감이 유사한 제품을 제조하기 위해 파쇄된 후 함께 결합되고, 덩어리지고 성형되거나, 분쇄되고 성형되거나, 잘게 쪼개지고 성형된다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품이 비건이다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 GMO 성분을 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 견과류로부터 유래된 성분을 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 약 0.6중량% 미만 또는 약 0.5중량% 미만의 나트륨을 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류-유사 식품은 글루텐을 포함하지 않는다. 일부 실시형태에서, 육류-유사 식품은 대두를 포함하지 않는다.

일부 실시형태에서, 본원에 제공된 육류 유사체 식품은 약 5중량% 내지 약 30중량%의 지질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 전체 탄수화물의 약 0.5중량% 내지 약 10중량%를 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 약 0.5중량% 내지 약 5중량%의 식용 섬유를 포함한다.

본원에 제공된 육류 유사체 제품은 적어도 약 30중량%, 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 또는 90중량%의 수분 함량(MC)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 동물 고기와 유사한 MC를 포함한다.

일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 하나 이상의 착색제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 하나 이상의 색상 개선제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 식품은 둘 이상의 착색제, 색상 안정화제, 및/또는 색상 개선제의 혼합물을 포함한다. 이러한 혼합물들의 비제한적인 예는 비트 추출물 및 아나토, 비트 추출물 및 심황, 비트 추출물 및 사프란, 비트 추출물 및 자색 당근, 비트 추출물 및 포도씨 추출물, 비트 추출물 및 토마토 추출물, 비트 추출물 및 리코펜, 비트 추출물 및 베타카로틴, 비트 추출물 및 안토시아닌, 비트 추출물 및 안토시아닌 및 아나토, 비트 추출물 및 아나토 및 리코펜, 비트 추출물 및 아스코르브산, 안토시아닌 및 아나토, 비트 추출물 및 아나토 및 아스코르브산, 비트 추출물 및 아나토 및 베타카로틴, 비트 추출물 및 심황 및 아스코르브산, 및 안토시아닌 및 리코펜 및 아나토를 포함한다. 일부 상기 실시형태에서, 착색제, 색상 안정화제, 및/또는 색상 개선제는 동일한 중량비로 존재한다. 다른 상기 실시형태에서, 착색제, 색상 안정화제, 및/또 색상 개선제는 동일하지 않은 중량비(예를 들어, 55:45, 60:40, 65:35, 2:1, 70:30, 75:25, 80:20, 5:1, 85:15, 90:10, 20:1, 95:5, 99:1)로 존재한다. 일부 실시형태에서, 육류 유사체 제품은 갈변제, 예컨대, 오탄당(예를 들어, 리보스, 아라비노스, 자일로스), 육탄당(예를 들어, 글루코스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스), 덱스트린, 및 상업적인 갈변제(예를 들어, 적색 화살표 덱스트로스, 목재-유래된 제제)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

일부 실시형태에서, 본원의 육류 유사체 제품은 본원에 기재된 미생물에 의해 생성된 단백질 생성물과 조합하여, 비제한적으로 완두콩, 벼, 찹쌀, 밀, 글루텐, 대두, 대마, 캐놀라, 곤충, 조류 및/또는 메밀과 같은 하나 이상의 식물 단백질원을 포함하며, 여기서 단백질 생성물은 조성물에 육류-유사 풍미를 부여한다.

일부 실시형태에서, 본원의 육류 유사체 제품은 헴 화합물, 예컨대 헴-함유 폴리펩타이드를 포함한다. 예를 들어, 헴 화합물(예를 들어, 헴-함유 폴리펩타이드)은 단백질 생성물이 유래된 미생물로부터 유래할 수 있다. 일부 실시형태에서, 헴-함유 폴리펩타이드는 크날가스 미생물, 예컨대, 예를 들어, 쿠프리아비두스, 또는 본원에 기재된 임의의 다른 크날가스 미생물로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 단리된 헴-함유 단백질 중 하나 이상)의 형태이다. 일부 실시형태에서, 크날가스 미생물은 낮은 O₂ 분압 조건, 예를 들어, 미세호기성 조건과 같은 O₂ 제한 조건 하에서 성장된다.

도우 조성물

본원에 기재된 바와 같은 구조화된 식품, 예를 들어, 구조화된 육류 유사체 제품의 제조를 위한 도우 조성물이 제공된다. 도우 혼합물의 조성물은 본원에 기재된 바와 같은 하나 이상의 미생물로부터 유래된 하나 이상의 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 및/또는 올리고펩타이드)을 포함하며, 결합제, 염, 질감제 등을 포함할 수 있다. 혼합물은 또한 하나 이상의 향미제 및/또는 풍미 증강제, 예컨대, 예를 들어, 플라보헤모글로빈, 하나 이상의 비타민, 및/또는 상기 본원에 기재된 바와 같은 하나 이상의 영양 첨가제로 보충될 수 있다. 도우 조성물의 비제한적인 예는 예를 들어, 그 전문이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제9,526,267호에 기재되어 있다.

일부 실시형태에서, 도우는 미생물로부터의 하나 이상의 헴-함유 폴리펩타이드를 포함한다. 예를 들어, 함유 폴리펩타이드는 크날가스 미생물, 예컨대, 예를 들어, 쿠프리아비두스, 또는 본원에 기재된 임의의 다른 크날가스 미생물로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 단리된 헴-함유 단백질 중 하나 이상)의 형태일 수 있다. 일부 실시형태에서, 크날가스 미생물은 낮은 O₂ 분압 조건, 예를 들어, 미세호기성 조건과 같은 O₂ 제한 조건 하에서 성장된다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물은 단백질 가수분해물을 포함하며, 여기서 가수분해물 중 단백질의 평균 분자량은 약 5 kD 내지 약 10 kD, 또는 약 5 kD, 6 kD, 7 kD, 8 kD, 9 kD, 또는 10 kD 중 임의의 것, 또는 약 5 kD 내지 약 7 kD, 약 6 kD 내지 약 8 kD, 약 7 kD 내지 약 9 kD, 8 kD 내지 약 10 kD, 약 5 kD 내지 약 8 kD 또는 약 7 kD 내지 약 10 kD 중 임의의 것이다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물의 단백질 생성물은 구형의 변성되지 않은 단백질이 유지되는 조건 하에 생산된다. 예를 들어, 이러한 조건은 약한 세포 용해 후 불용성 성분(예를 들어, 세포 잔해)으로부터 가용성 성분(예를 들어, 단백질)의 분리를 포함할 수 있다.

일부 실시형태에서, 도우는 본원에 기재된 미생물 단백질 생성물에 추가하여 하나 이상의 추가 공급원으로부터의 단백질을 포함한다. 추가 단백질 공급원의 비제한적인 예는 식물성 공급원(예를 들어, 밀 글루텐, 대두, 완두콩, 밀), 조류, 기타 비-동물성 단백질 또는 우유를 포함한다.

일부 실시형태에서, 도우는 약 40%(w/w), 약 45%(w/w), 약 50%(w/w), 약 55%(w/w), 약 60%(w/w), 약 65%(w/w), 약 70%(w/w), 약 75%(w/w), 약 80%(w/w), 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 40%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 약 45%(w/w) 내지 약 55%(w/w), 약 50%(w/w) 내지 약 60%(w/w), 약 55%(w/w) 내지 약 65%(w/w), 약 60%(w/w) 내지 약 70%(w/w), 약 65%(w/w) 내지 약 75%(w/w), 약 70%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 40%(w/w) 내지 약 60%(w/w), 약 50%(w/w) 내지 약 70%(w/w), 또는 약 60%(w/w) 내지 약 80%(w/w) 중 어느 하나의 수분 함량을 포함한다.

일부 실시형태에서, 도우 조성물의 전단 강도는 약 1000 psig 초과이다.

일부 실시형태에서, 도우는 에멀젼, 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 하나 이상의 단백질 생성물 및 하나 이상의 오일의 에멀젼이다.

구조화된 식품 조성물의 제조 방법

구조화된 식품 조성물, 예컨대 구조화된 육류 유사체 조성물의 제조 방법이 본원에 기재되어 있다. 미생물로부터 유래된 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 및/또는 올리고펩타이드)이 구조화된 식품 조성물로 가공된다. 구조화된 식품을 생산하기 위한 워크플로우의 한 비제한적인 실시형태가 도 1에 도시되어 있다.

전단, 혼합 및/또는 방사의 물리적 공정은 단백질 생성물, 예컨대 단백질 가수분해물 생성물로부터 변형 및 섬유 정렬을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 섬유를 생성하려면 재료 상 분리가 뒤따르는 내부 구조 정렬 후 응고가 필요하다. 섬유 정렬의 유형과 생성된 구조화된 재료의 특성들은 사전 컨디셔닝된 도우의 재료 조성 및 유변학적 특성, 수분 보유력, 수분 흡수, 수용성, 오일 흡수 지수, 팽창 지수, 벌크 밀도 및 점도를 비롯한 구조 및 식품 기능성을 부여하는 기타 요인에 따라 달라진다.

상기 본원에 기재된 바와 같은 도우 조성물은 구조화된 식품 조성물로 전환될 수 있다. 열화학 처리, 예를 들어, 압출은 단백질을 구조화하는 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 압출은 다음을 포함할 수 있다: (i) 압출기 외부의 재료의 사전컨디셔닝; (ii) 압출기 배럴 내부에서 혼합/조리; 및 (iii) 다이에서의 냉각. 압출에 의한 구조 형성에 영향을 미치는 물리적 요인에는 온도, 스크류 속도 및 압출기 설계가 포함된다. 구조 및 식품 기능성을 부여하는 요소에는 수분 흡수, 수용성, 오일 흡수 지수, 팽창 지수, 도우의 벌크 밀도 및 점도가 포함된다. 일부 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 도우 조성물의 압출은 정렬된 섬유, 즉, 단백질 섬유 네트워크 및/또는 구조화된 식품, 예컨대 육류-유사 질감을 갖는 제품을 생성하는 정렬된 단백질 섬유를 생성한다. 예를 들어, 도우 조성물은 실질적으로 정렬된 섬유 구조를 갖는 거시적 이방성 혼합물을 형성하기 위해 등방성으로 혼합된 도우 조성물 상의 콘-인-콘(cone-in-cone) 기하학에 기계적 전단을 배치하도록 설계된 온도 조절된 압출기에서 처리된다. 이것의 비제한적인 예는 예를 들어, 미국 특허 제9,526,267에 기재되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.

높은 수분 압출은 압출된 재료의 용해도를 감소시키는 단백질의 변성 및 가교의 형성을 초래할 수 있다. 일부 실시형태에서, 압출 조건은 이전에 변성된 단백질 분자의 소단위로의 파열을 유발할 수 있다. 소단위는 이후에 조직화된 단백질의 특징적인 조직 및 미세구조를 나타내는 생성물로 재응집될 수 있다. 이러한 재응집은 주로 분자간 펩타이드 결합에 의해 생성될 수 있지만, 소수성 상호작용과 수소 및 이황화 결합도 역할을 할 수 있다.

일부 실시형태에서, 미생물 단백질 생성물을 구조화된 식품 조성물로 가공하기 위해 방사 공정이 전개된다. 예를 들어, 단백질 생성물을 함유하는 용액은 방사구를 통해 압출될 수 있고, 이어서 단백질 생성물에 대한 비용매를 함유하는 배스에 침지될 수 있다. 용매와 비용매의 교환은 압출된 단백질 상의 침전 및 응고를 초래하여 신장된 필라멘트(예를 들어, 두께가 약 20 μm인 필라멘트)를 형성할 수 있다.(Dekkers, et al.(2018) Trends Food Sci Technol 81:25-36)

일부 실시형태에서, 단백질 생성물의 구조화된 식품으로의 전환은 구조화된 하이드로콜로이드의 형성을 포함한다. 구조화된 하이드로콜로이드는 예를 들어, 승온에서 금속 양이온과 침전되어 섬유질 제품을 형성하는, 본원에 기재된 바와 같은 미생물 유래 단백질 생성물, 예를 들어, 단백질 가수분해물, 및 하이드로콜로이드의 비제한적인 예는 예를 들어 알기네이트 또는 검 형태의 펙틴을 포함한다.

본원에 기재된 바와 같은 방법에 의해 제조된 구조화된 식품 조성물의 고형화는 가열, 냉각, 건조 및/또는 응고를 포함할 수 있다.

단백질 가수분해물

일부 실시형태에서, 단백질 생성물의 적어도 일부 또는 전부는 본원에 기재된 적어도 하나의 미생물로부터의 단백질(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 및/또는 단백질 추출물)을 가수분해함으로써 생성된다. 예를 들어, 세포 단백질의 가수분해는 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 유리 아미노산을 생성할 수 있다.

미생물 단백질의 가수분해는 산성, 염기성 및/또는 효소적 공정에 의해 수행될 수 있다. 단백질을 가수분해하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 미생물 단백질 가수분해 방법 및 가수분해물 조성물의 비제한적인 예는 2020년 9월 15일자로 출원된 PCT 출원 번호 US20/50902에서 찾을 수 있으며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.

일부 실시형태에서, 가수분해 방법은 단백질성 현탁액, 예를 들어, 미생물 바이오매스 현탁액의 pH를 높이거나 낮추어 각각 알칼리성 또는 산성 현탁액을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 출발 바이오매스 현탁액은 적합한 양의 액체 바이오매스, 예를 들어, 성장 배지 내의 미생물 바이오매스를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 바이오매스의 양, 건조 중량/반응 부피는 적어도 약 0.01%, 적어도 약 0.2%, 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 또는 적어도 약 3%, 또는 약 0.1% 내지 약 8%, 예를 들어, 약 3% 내지 약 5%를 포함하여, 약 0.2% 내지 약 8%, 약 0.5% 내지 약 6%, 약 1% 내지 약 6%, 약 2% 내지 약 6%이다.

일부 실시형태에서, 바이오매스 내의 세포는 바이오매스로부터 현탁액 조성물로 단백질의 수확을 용이하게 하기 위해, 예를 들어 pH를 높이거나 낮추기 전에 공정 초기에 용해된다.

특정 실시형태에서, 알칼리성 또는 산성 현탁액은 단백질 가수분해물 조성물을 생성하기 위해 적절한 양의 시간 동안 가열될 수 있다. 현탁액은 농축, 건조(예를 들어, 동결건조)되거나 액체 현탁액으로서 직접 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 알칼리성 또는 산성 현탁액은 단백질 가수분해물 조성물을 생성하기 위해 예를 들어 알칼리성 또는 산성 현탁액을 고압멸균함으로써 열 및 승압에 적용된다. 일부 실시형태에서, 현탁액은 가열 또는 열/압력 처리 후에 pH를 낮추거나 높이기 위해 완충액으로 중화된다. 특정 실시형태에서, pH는 가수분해 효소, 예컨대 프로테아제(예를 들어, 알칼리성 프로테아제, 산 프로테아제, 또는 메탈로프로테아제)로 현탁액을 후속적으로 효소 처리할 수 있도록 충분히 낮아지거나(알칼리성 현탁액의 경우) 상승된다(산성 현탁액의 경우). 효소 가수분해 후, 단백질 가수분해물 조성물이 생성된다. 다른 실시형태에서, 바이오매스 현탁액은 사전 알칼리 또는 산 처리 없이 단백질분해 효소, 예컨대 프로테아제(예를 들어, 알칼리 프로테아제, 산 프로테아제 또는 메탈로프로테아제)로 가수분해된다.

특정 실시형태에서, 단백질 가수분해물 중 가수분해된 단백질은 주로 현탁액의 가용성 분획에 존재한다. 생성된 현탁액은 가수분해된 단백질을 함유하는 상청액 분획을 얻기 위해 예를 들어 원심분리기에 의해 정화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 가수분해 처리(예를 들어, 알칼리 또는 산 가수분해, 임의로 효소(예를 들어, 프로테아제) 처리 또는 효소 가수분해 단독을 포함함) 후에 현탁액(가수분해물)의 정화가 뒤따라, 현탁액내 용해되지 않은 물질을 제거, 예를 들어 가용성 및 불용성 분획을 제거한다. 현탁액은 원심분리, 여과 등과 같은 임의의 적합한 방법을 사용하여 정화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 현탁액이 정화된 후, 예를 들어 원심분리된 후, 상청액이 펠릿으로부터 분리될 수 있다.

일부 실시형태에서, 가수분해된 단백질을 함유하는 정화된 액체 조성물(예를 들어, 분리된 현탁액의 상청액과 같은 가용성 분획)은 건조, 예를 들어 동결건조되어 건조 또는 실질적으로 건조된 조성물을 생성한다. 일부 실시형태에서, 동결건조된 조성물은 약 3% 이하를 포함하여 약 10% 이하, 예를 들어, 약 8% 이하, 약 6% 이하, 약 5% 이하의 수분 함량을 갖는다. 일부 실시형태에서, 동결건조된 단백질 가수분해물 조성물은 약 1% 내지 약 10%, 예를 들어, 약 2% 내지 약 5%를 포함하여 약 1% 내지 약 8%, 약 1% 내지 약 6%의 수분 함량을 갖는다.

일부 실시형태에서, 정화된 액체 조성물(예를 들어, 가용성 분획, 예컨대 분리된 현탁액의 상청액)은 탈수되거나 농축되어 수분 함량을 낮춘다. 일부 실시형태에서, 농축된 조성물은 약 80% 이하, 예를 들어, 약 30% 이하를 포함하여 약 75% 이하, 약 50% 이하, 약 40% 이의 수분 함량을 가지며; 일부 실시형태에서, 상기 수분 함량 범위 각각은 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 또는 적어도 약 50%(상기 범위가 이러한 하한을 초과하는 범위까지)일 수 있다. 일부 실시형태에서, 탈수된 생성물은 예를 들어, 비제한적으로, 분무 건조; 드럼 건조; 오븐 건조; 진공 건조; 진공 오븐 건조; 불활성 가스 예컨대 N₂ 하에서 건조; 및 태양 증발 중 하나 이상과 같은 방법을 사용하여, 열 및/또는 증발을 사용하여 건조된다. 일부 실시형태에서, 정화된 생성물은 예를 들어, 수분의 약 50% 내지 약 65%가 제거되도록 초기에 회전 증발기로 탈수된다. 일부 실시형태에서, 추가 탈수는 예를 들어, 동결건조된 단백질 가수분해물 조성물이 약 1% 내지 약 10%, 예를 들어, 약 2% 내지 약 5%를 포함하여 약 1% 내지 약 8%, 약 1% 내지 약 6%의 수분 함량을 갖도록 동결건조에 의해 달성된다.

일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물이 생성되는 단백질의 적어도 일부 또는 전부(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 및/또는 단백질 추출물)는 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대, 쿠프리아비두스 네카토르, 예를 들어, DSM 531 또는 DSM 541이며, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물 조성물(예를 들어, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 유리 아미노산 함유)은 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대, 쿠프리아비두스 네카토르, 예를 들어, DSM 531 또는 DSM 541로부터의 단백질로부터 유래되지만, 이에 제한되지 않는다.

일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물이 생성되는 단백질의 적어도 일부 또는 전부(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 및/또는 단백질 추출물)는 락트산 박테리아, 예컨대, 비제한적으로 락토코커스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 엔테로코커스(Enterococcus), 스트렙토코커스(Streptococcus), 또는 페디오코커스 박테리아(Pediococcus bacterium)로부터 유래된다. 일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물 조성물(예를 들어, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 유리 아미노산 함유)은 락트산 박테리아, 예컨대, 비제한적으로 락토코커스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 엔테로코커스(Enterococcus), 스트렙토코커스(Streptococcus), 또는 페디오코커스 박테리아(Pediococcus bacterium)로부터의 단백질로부터 유래된다. 일부 실시형태에서, 락트산 박테리아는 GRAS 박테리아이다.

일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물이 생성되는 단백질(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 및/또는 단백질 추출물)의 적어도 일부 또는 전부는 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물, 예컨대 비제한적으로, 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)로부터 유래된다. 일부 실시형태에서, 단백질 가수분해물 조성물(예를 들어, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 유리 아미노산 함유)은 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물, 예컨대 비제한적으로, 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)로부터의 단백질로부터 유래된다.

일부 실시형태에서, 본원의 단백질 가수분해물은 전형적으로 비-알레르기성, 예를 들어 인간에 대해 비-알레르기성인 크기 범위의 펩타이드를 포함하거나 이로 이루어진 펩타이드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 식품 조성물에 혼입되는 단백질 가수분해은 펩타이드 및 유리 아미노산을 포함하고, 여기서 펩타이드는 전형적으로 비-알레르기성인 크기 범위를 갖는다. 일부 실시형태에서, 비-알레르기성 펩타이드는 약 800 내지 약 1500 Da 평균 분자량 분포인 크기 범위를 갖는다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 단백질 가수분해에 의해 수득된 펩타이드는 약 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000, 900, 또는 800 Da 평균 분자량 중 어느 하나 미만일 수 있다.

일부 실시형태에서, 염은 본원에 기재된 바와 같은 식품 조성물 내로 가수분해물을 혼입하기 전에 (예를 들어, 산 또는 알칼리 염이 가수분해에 사용되는 경우) 단백질 가수분해물로부터 제거된다. 예를 들어, 단백질 가수분해물은 염 및/또는 기타 불순물을 제거하기 위해 여과(예를 들어, 한외여과) 또는 투석에 의해 정제될 수 있다.

미생물

본원에 기재된 방법에 사용되고 조성물에 혼입된 단백질 물질(단백질 생성물)은 하나 이상의 미생물로부터 유래된다. 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합이 유래되는 미생물 유기체는 광독립영양, 종속영양, 메탄영양, 메틸영양, 일산화탄소영양 또는 화학독립영양 유기체일 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물 유기체는 산수소 미생물을 포함한다. 미생물 유기체는 야생형일 수 있거나, 유전적으로 변형되거나(예를 들어, 재조합체), 또는 이들의 조합일 수 있다.

미생물 바이오매스는 예를 들어, 발효기 또는 생물반응기에서 하나 이상의 적합한 미생물의 배양물로부터 수집될 수 있다. 바이오매스는 원심분리기와 같은 임의의 적합한 방법을 사용하여 수집하여, 배양 배지에서 세포 덩어리를 분리할 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집된 바이오매스는 단백질 가수분해물 조성물을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 수집된 바이오매스는 분무 건조되거나 동결건조되어 건조 바이오매스를 생성하고, 이어서 이는 본원에 기재된 바와 같은 식품 조성물의 생산을 위한 성분으로서 또는 단백질 가수분해물 조성물의 생산을 위한 성분으로서 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단백질 생성물(예를 들어, 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 추출물, 단백질-함유 추출물, 단백질 단리물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합)은 수집된 바이오매스로부터 생성된다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 쿠프리아비두스 또는 랄스토니아(Ralstonia) 또는 하이드로게노박터(Hydrogenobacter) 속의 균주를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) 또는 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans) 종을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 DSM 541 종의 균주를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 쿠프리아비두스 메탈리두란스 종을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 쿠프리아비두스 메탈리두란스 DSM 2839 종의 균주를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 크산토박터(Xanthobacter) 속의 균주를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 크산토박터 오토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus) 종을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 크산토박터 오토트로피쿠스 DSM 432 종의 균주를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 로도코커스(Rhodococcus) 또는 고르도니아(Gordonia) 미생물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 로도코커스 오파쿠스(DSM 43205) 또는 로도코커스 종(DSM 3346)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus); 하이드로게노비브리오 마리누스(Hydrogenovibrio marinus); 로도슈도모나스 캅슐라타(Rhodopseudomonas capsulata); 하이드로제노박터 써모필루스(Hydrogenobacter thermophilus); 또는 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 부르크홀데리아과(burkholderiaceae) 내의 균주를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 락트산 박테리아, 예컨대, 락토코커스(Lactococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 엔테로코커스(Enterococcus), 스트렙토코커스(Streptococcus), 또는 페디오코커스(Pediococcus) 박테리아를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 락트산 박테리아는 GRAS 박테리아이다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물, 예컨대 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 진균 미생물은 GRAS 미생물이다.

일부 실시형태에서, 미생물의 컨소시엄(즉, 함께 성장된 둘 이상의 미생물)은 본원에 기재된 방법 및 조성물에서 단백질 생성물의 공급원으로 사용된다. 컨소시엄은 본원에 기재된 미생물 종 또는 균주 중 하나 이상 또는 본원에 기재된 하나 이상의 미생물 형질을 갖는 하나 이상의 미생물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨소시엄은 미생물 종 또는 균주 또는 본원에 기재된 미생물 중 임의의 둘 이상 또는 본원에 기재된 하나 이상의 미생물 형질을 갖는 둘 이상의 미생물을 포함한다.

일부 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 미생물은 중량 기준으로 총 세포 질량의 약 50% 이상으로 단백질을 축적할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 미생물은 중량 기준으로 총 세포 질량의 약 60% 이상으로 단백질을 축적할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 중량 기준으로 총 세포 질량의 약 70% 이상으로 단백질을 축적할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 중량 기준으로 총 세포 질량의 약 80% 이상으로 단백질을 축적할 수 있다. 일부 비제한적인 실시형태에서, 이러한 형질을 나타내는 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르, 예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르 DSM 531 또는 DSM 541이다.

일부 실시형태에서, 본원에 기재된 바와 같은 미생물은 H₂/CO₂ 및/또는 합성가스 및/또는 발생로 가스 상에서 자연적으로 성장할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)(예를 들어, 폴리하이드록시부티레이트(PHB))를 중량 기준으로 세포 바이오매스의 약 50% 이상으로 자연적으로 축적할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 아세틸-CoA 대사 중간체를 통해 높은 탄소 흐름을 유도하는 고유 능력을 가지며, 이는 다수의 다른 합성 경로, 예를 들어, PHA, 예를 들어, PHB, 합성, 및/또는 아미노산 생합성과 함께 지방산 생합성을 유도할 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 형질을 나타내는 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르, 예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르 DSM 531 또는 DSM 541)이다. 일부 실시형태에서, 미생물은 PHA(예를 들어, PHB)를 생성 및/또는 축적하지 않는다.

일부 비제한적인 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 코리네박테리움 오토트로피쿰(Corynebacterium autotrophicum)을 포함한다. 일부 비제한적인 실시형태에서, 미생물은 코리네박테리움 오토트로피쿰(Corynebacterium autotrophicum) 및/또는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하이드로게노비브리오 마리누스(Hydrogenovibrio marinus)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 로도슈도모나스 캅술라타(Rhodopseudomonas capsulata), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris), 또는 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides)를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 하기 속 중 하나 이상을 포함한다: 쿠프리아비두스(Cupriavidus), 로도코커스(Rhodococcus), 하이드로게노비브리오(Hydrogenovibrio.), 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas), 하이드로게노박터(Hydrogenobacter), 고르도니아(Gordonia), 아르트로박터(Arthrobacter), 스트렙토마이세테스(Streptomycetes), 로도박터(Rhodobacter), 및/또는 크산토박터(Xanthobacter)를 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 악티노박테리아(Actinobacteria) 부류의 미생물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 코리네박테리네(corynebacterineae) 아목(코리네박테리움(corynebacterium), 고르도니아세(gordoniaceae), 마이코박테리아세(mycobacteriaceae) 및 노카르디아세(nocardiaceae))의 미생물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 노카르디아세(nocardiaceae) 과의 미생물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하기 분류 중 하나 이상으로부터 유래된 미생물을 포함한다: 코리네박테리움(Corynebacterium), 고르도니아(Gordonia), 로도코커스(Rhodococcus), 마이코박테리움(Mycobacterium) 및 츠카무렐라(Tsukamurella). 일부 실시형태에서, 미생물은 로도코커스(Rhodococcus) 속, 예컨대 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus), 로도코커스 아우란티아쿠스(Rhodococcus aurantiacus); 로도코커스 바이코누렌시스(Rhodococcus baikonurensis); 로도코커스 보리톨레란스(Rhodococcus boritolerans); 로도코커스 에퀴(Rhodococcus equi); 로도코커스 코프로필루스(Rhodococcus coprophilus); 로도코커스 코리네박테리오이데스(Rhodococcus corynebacterioides); 노카르디아 코리네박테리오이데스(Nocardia corynebacterioides)(동의어: 노카르디아 코리네박테리오이데스(Nocardia corynebacterioides)); 로도코커스 에리트로폴리스(Rhodococcus erythropolis); 로도코커스 파시안스(Rhodococcus fascians); 로도코커스 글로브룰루스(Rhodococcus globerulus); 로도코커스 고르도니아에(Rhodococcus gordoniae); 로도코커스 조스티(Rhodococcus jostii); 로도코커스 코렌시스(Rhodococcus koreensis); 로도코커스 크로펜스테티이(Rhodococcus kroppenstedtii); 로도코커스 만샤넨시스(Rhodococcus maanshanensis); 로도코커스 마리노나센스(Rhodococcus marinonascens); 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus); 로도코커스 퍼콜라투스(Rhodococcus percolatus); 로도코커스 페놀리쿠스(Rhodococcus phenolicus); 로도코커스 폴리보룸(Rhodococcus polyvorum); 로도코커스 피리디니보란스(Rhodococcus pyridinivorans); 로도코커스 로도크로우스(Rhodococcus rhodochrous); 로도코커스 로도니이(Rhodococcus rhodnii); (동의어: 노카르디아 로드니이(Nocardia rhodnii)); 로도코커스 루버(Rhodococcus ruber)(동의어: 스트렙토트릭스 루브라(Streptothrix rubra)); 로도코커스 sp. RHA1(Rhodococcus sp. RHA1); 로도코커스 트리아토마에(Rhodococcus triatomae); 로도코커스 투키사무엔시스(Rhodococcus tukisamuensis); 로도코커스 라티슬라비엔시스(Rhodococcus wratislaviensis)(동의어: 츠카무렐라 라티슬라비엔시스(Tsukamurella wratislaviensis)); 로도코커스 유나넨시스(Rhodococcus yunnanensis); 또는 로도코커스 조피(Rhodococcus zopfii)의 미생물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) 균주 DSM 43205 또는 DSM 43206을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 균주 로도코커스(Rhodococcus) sp. DSM 3346을 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 H₂/CO₂ 및/또는 합성가스 및/또는 발생로 가스 상에서 자연적으로 성장할 수 있고, 중량 기준으로 세포 바이오매스의 적어도 약 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 이상으로 지질을 자연적으로 축적할 수 있는 미생물(예를 들어, 본원에 기재된 임의의 미생물 속 또는 종의 미생물)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 지방산 생합성 경로를 따라 높은 플럭스의 탄소를 보내는 고유 능력을 갖는 미생물(예를 들어, 본원에 기재된 임의의 미생물 속 또는 종의 미생물)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 이러한 형질들을 나타내는 미생물은 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus)(예를 들어, 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 43205 또는 DSM 43206 또는 DSM 44193) 또는 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)(예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 DSM 541)이다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 산수소 또는 크날가스 균주를 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하기 크날가스 미생물 중 하나 이상을 포함한다: 아퀴펙스 파이로필러스(Aquifex pyrophilus), 아퀴펙스 아에올리쿠스(Aquifex aeolicus), 또는 다른 아퀴펙스 sp.; 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) 또는 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans) 또는 다른 쿠프리아비두스 sp.; 코리네박테리움 아우토트로피쿰(Corynebacterium autotrophicum) 또는 다른 코리네박테리움 sp.; 고르도니아 데설퍼리칸스(Gordonia desulfuricans), 고르도니아 폴리이소프레니보란스(Gordonia polyisoprenivorans), 고르도니아 루브리퍼팅타(Gordonia rubripertincta), 고르도니아 하이드로포비카(Gordonia hydrophobica), 고르도니아 웨스트팔리카(Gordonia westfalica), 또는 다른 고르도니아 sp.; 노카르디아 아우토트로피카(Nocardia autotrophica), 노카르디아 오파카(Nocardia opaca), 또는 다른 노카르디아 sp.; 로도박터 스파에로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris), 로도슈도모나스 캅슐라타(Rhodopseudomonas capsulata), 로도슈도모나스 비리디스(Rhodopseudomonas viridis), 로도슈도모나스 설포비리디스(Rhodopseudomonas sulfoviridis), 로도슈도모나스 블라스티카(Rhodopseudomonas blastica), 로도슈도모나스 스페로이데스(Rhodopseudomonas spheroides), 로도슈도모나스 아시도필라(Rhodopseudomonas acidophila), 또는 다른 로도슈도모나스 sp.를 포함하지만 이에 제한되지 않는 보라색 비-황 광합성 박테리아; 로도박터 sp., 로도스피릴룸 루브룸(Rhodospirillum rubrum), 또는 다른 로도스피릴룸 sp.; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) 또는 다른 로도코커스 sp.; 리조비움 자포니툼(Rhizobium japonicum) 또는 다른 리조비움 sp.; 티오캅사 로제오퍼시키나(Tphiocapsa roseopersicina) 또는 다른 티오캅사 sp.; 슈도모나스 파실리스(Pseudomonas facilis), 슈도모나스 플라바(Pseudomonas flava), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 슈도모나스 히드로게노보라(Pseudomonas hydrogenovora), 슈도모나스 히드로게노써모필라(Pseudomonas hydrogenothermophila), 슈도모나스 팔레로니(Pseudomonas palleronii), 슈도모나스 슈도플라바(Pseudomonas pseudoflava), 슈도모나스 사카로필라(Pseudomonas saccharophila), 슈도모나스 호열체, 또는 다른 슈도모나스 sp.; 히드로게노모나스 판토트로파(Hydrogenomonas pantotropha), 히드로게노모나스 유트로파(Hydrogenomonas eutropha), 히드로게노모나스 파실리스(Hydrogenomonas facilis), 또는 다른 히드로게노모나스 sp.; 히드로게노박터(Hydrogenobacter) 호열체, 히드로게노박터 할로필러스(Hydrogenobacter halophilus), 히드로게노박터 히드로게노필러스(Hydrogenobacter hydrogenophilus), 또는 다른 히드로게노박터 sp.; 히드로게노필러스 이스란디쿠스(Hydrogenophilus islandicus) 또는 다른 히드로게노필러스 sp.; 히드로게노비브리오 마리누스(Hydrogenovibrio marinus) 또는 다른 히드로게노비브리오 sp.; 히드로게노써무스 마리누스(Hydrogenothermus marinus) 또는 다른 히드로게노써무스 sp.; 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori) 또는 다른 헬리코박터 sp.; 크산토박터 아우토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus), 크산토박터 플라부스(Xanthobacter flavus), 또는 다른 크산토박터 sp.; 히드로게노파가 플라바(Hydrogenophaga flava), 히드로게노파가 팔레로니(Hydrogenophaga palleronii), 히드로게노파가 슈도플라바(Hydrogenophaga pseudoflava), 또는 다른 히드로게노파가 sp.; 브라디리조비움 자포니쿰(Bradyrhizobium japonicum) 또는 다른 브라디리조비움 sp.; 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha) 또는 다른 랄스토니아 sp.; 알칼리게네스 유트로푸스(Alcaligenes eutrophus), 알칼리게네스 파실리스(Alcaligenes facilis), 알칼리게네스 히드로게노필러스(Alcaligenes hydrogenophilus), 알칼리게네스 라투스(Alcaligenes latus), 알칼리게네스 파라독수스(Alcaligenes paradoxus), 알칼리게네스 룰란디(Alcaligenes ruhlandii), 또는 다른 알칼리게네스 sp.; 아미콜라타(Amycolata) sp.; 아쿠아스피릴룸 아우토트로피쿰(Aquaspirillum autotrophicum) 또는 다른 아쿠아스피릴룸 sp.; 아르쓰로박터(Arthrobacter) 균주 11/X, 아르쓰로박터 메틸영양세균, 또는 다른 아르쓰로박터 sp.; 아조스피릴룸 리포페룸(Azospirillum lipoferum) 또는 다른 아조스피릴룸 sp.; 바리오보락스 파라독수스(Variovorax paradoxus) 또는 다른 바리오보락스 sp.; 아시도보락스 파실리스(Acidovorax facilis), 또는 다른 아시도보락스 sp.; 바실루스 쉴레겔리(Bacillus schlegelii), 바실루스 투스시애(Bacillus tusciae), 다른 바실루스 sp.; 칼데로박테리움 히드로게노필룸(Calderobacterium hydrogenophilum) 또는 다른 칼데로박테리움 sp.; 데르시아 굼모사(Derxia gummosa) 또는 다른 데르시아 sp.; 플라보박테리움 아우토써모필룸(Flavobacterium autothermophilum) 또는 다른 플라보박테리움 sp.; 마이코사이클러스 아쿠아티쿠스(Microcyclus aquaticus) 또는 다른 마이코사이클러스 sp.; 마이코박테리움 고르도니애(Meycobacterium gordoniae) 또는 다른 마이코박테리움 sp.; 파라코커스 데니트리피칸스(Paracoccus denitrificans) 또는 다른 파라코커스 sp.; 페르세포넬라 마리나(Persephonella marina), 페르세포넬라 과이마센시스(Persephonella guaymasensis), 또는 다른 페르세포넬라 sp.; 레노박터 바쿠올라툼(Renobacter vacuolatum) 또는 다른 레노박터 sp.; 셀리베리아 카복시도하이드로게나(Seliberia carboxydohydrogena) 또는 다른 셀리베리아 sp., 스트렙토마이세테스 코엘리코플라부스(Streptomycetes coelicoflavus), 스트렙토마이세테스 그리세우스(Streptomycetes griseus), 스트렙토미세테스 크산토크로모겐(Streptomycetes xanthochromogenes), 스트렙토마이세테스 써모카복시두스(Streptomycetes thermocarboxydus), 및 다른 스트렙토마이세테스 sp.; 써모크리니스 루버(Thermocrinis ruber) 또는 다른 써모크리니스 sp.; 워터시아(Wautersia) sp.; 아나베나 오실라리오이데스(Anabaena oscillarioides), 아나베나 스피로이데스(Anabaena spiroides), 아나베나 실린드리카(Anabaena cylindrica), 또는 다른 아나베나 sp., 및 아르쓰로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis), 아르쓰로스피라 막시마(Arthrospira maxima), 또는 다른 아르쓰로스피라 sp.를 포함하지만 이에 제한되지 않는 시아노박테리아; 세네데스무스 오블리쿠스(Scenedesmus obliquus) 또는 다른 세네데스무스 sp., 클라미도모나스 레인하드티(Chlamydomonas reinhardii) 또는 다른 클라미도모나스 sp., 안키스트로데스무스(Ankistrodesmus) sp., 및 라피디움 폴리모르피움(Rhaphidium polymorphium) 또는 다른 라피디움 sp.를 포함하지만 이에 제한되지 않는 녹조류. 일부 실시형태에서, 산수소 미생물, 예컨대 상기 임의의 산수소 미생물을 포함하는 미생물의 컨소시엄은 본원에 기재된 단백질 생성물을 생산하기 위해 사용된다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은: 쿠프리아비두스(Cupriavidus); 크산토박터(Xanthobacter); 디에치아(Dietzia); 고르도니아(Gordonia); 마이코박테리움(Mycobacterium); 노카르디아(Nocardia); 슈도노카르디아(Pseudonocardia); 아르쓰로박터(Arthrobacter); 알카니보락스(Alcanivorax); 로도코커스(Rhodococcus); 스트렙토마이세스(Streptomyces); 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas); 로도박터(Rhodobacter); 및 아시네토박터(Acinetobacter); 또는 이러한 미생물 속 중 하나 이상을 포함하는 미생물의 컨소시엄 중 하나 이상을 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 하기 중 하나 이상을 포함한다: 아르쓰로박터 메틸로트로푸스(Arthrobacter methylotrophus) DSM 14008; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 44304; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 44311; 크산토박터 오토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus) DSM 431; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 44236; 로도코커스 루버(Rhodococcus ruber) DSM 43338; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 44315; 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans) DSM 2839; 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531; 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 541; 로도코커스 아에테리보란스(Rhodococcus aetherivorans) DSM 44752; 고르도니아 데설피리칸스(Gordonia desulfuricans) DSM 44462; 고르도니아 폴리이소프레니보란스(Gordonia polyisoprenivorans) DSM 44266; 고르도니아 폴리이소프레니보란스(Gordonia polyisoprenivorans) DSM 44439; 고르도니아 루브리퍼팅타(Gordonia rubripertincta) DSM 46039; 로도코커스 퍼콜라투스(Rhodococcus percolatus) DSM 44240; 로도코커스 오파쿠스(Rhodococcus opacus) DSM 43206; 고르도니아 하이드로포비카(Gordonia hydrophobica) DSM 44015; 로도코커스 조피(Rhodococcus zopfii) DSM 44189; 고르도니아 웨스트팔리카(Gordonia westfalica) DSM 44215, 크산토박터 오토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus) DSM 1618; 크산토박터 오토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus) DSM 2267; 크산토박터 오토트로피쿠스(Xanthobacter autotrophicus) DSM 3874; 스트렙토마이세테스 코엘리코플라부스(Streptomycetes coelicoflavus) DSM 41471; 스트렙토마이세테스 그리세우스(Streptomycetes griseus) DSM 40236; 스트렙토마이세테스 sp. DSM 40434; 스트렙토마이세테스 크산토크로모게네스(Streptomycetes xanthochromogenes) DSM 40111; 스트렙토마이세테스 써모카복시두스(Streptomycetes thermocarboxydus) DSM 44293; 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides) DSM 158. 일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 이러한　미생물 균주들 중 하나 이상, 또는 본원에 개시된 임의의 미생물 속 또는 종 중 하나 이상을 포함하는 미생물의 컨소시엄을 포함한다.

전자 공여체 및/또는 탄소원으로서 일산화탄소 상에서 성장할 수 있는 다수의 상이한 미생물(즉, 일산화탄소영양 미생물)이 특징화되어 있다. 어떤 경우에는, 일산화탄소영양 미생물도 H₂를 전자 공여체로 사용하고/하거나 혼합영양적으로 성장할 수 있다. 어떤 경우에는, 일산화탄소영양 미생물이 통성 화학독립영양생물이다[Biology of the Prokaryotes, edited by J Lengeler, G. Drews, H. Schlegel, John Wiley & Sons, Jul 10, 2009, 이는 그 전문이 본원에 참고로 포함됨]. 일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 하기 일산화탄소영양 미생물들: 아시네토박터(Acinetobacter) sp.; 알칼리게네스 카복시두스(Alcaligenes carboxydus) 또는 다른 알칼리게네스 sp.; 아르쓰로박터(Arthrobacter) sp.; 아조모나스(Azomonas) sp.; 아조토박터(Azotobacter) sp.; 바실러스 쉬레겔리(Bacillus schlegelii) 또는 다른 바실러스 sp.; 히드로게노파가 슈도플라바(Hydrogenophaga pseudoflava) 또는 다른 하이드로게노파가 sp.; 슈도모나스 카복시도히드로게나(Pseudomonas carboxydohydrogena), 슈도모나스 카복시도보란스(Pseudomonas carboxydovorans), 슈도모나스 콤프란소리스(Pseudomonas compransoris), 슈도모나스 가조트로파(Pseudomonas gazotropha), 슈도모나스 써모카복시도보란스(Pseudomonas thermocarboxydovorans), 또는 다른 슈도모나스 sp.; 리조비움 자코니쿰(Rhizobium japonicum) 또는 다른 리조비움 sp.; 및 스트렙토마이세스 G26, 스트렙토마이세스 써모아우토트로피쿠스(Streptomyces thermoautotrophicus), 또는 다른 스트렙토마이세스 sp. 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 일산화탄소영양 미생물들, 예컨대 상기 일산화탄소영양 미생물들 중 하나 이상을 포함하는 미생물의 컨소시엄을 포함한다. 특정 실시형태에서, 화학독립영양이 가능한 일산화탄소영양 미생물이 사용된다. 특정 실시형태에서, 호흡 및/또는 생합성에서 전자 공여체로서 H₂를 이용할 수 있는 일산화탄소영양 미생물이 사용된다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 절대 및/또는 통성 화학독립영양 미생물, 예컨대 하기 중 하나 이상을 포함한다: 아세토아나에로비움(Acetoanaerobium) sp.; 아세토박테리움(Acetobacterium) sp.; 아세토게늄(Acetogenium) sp.; 아크로모박터(Achromobacter) sp.; 아시디아누스(Acidianus) sp.; 아시네토박터(Acinetobacter) sp.; 악티노마두라(Actinomadura) sp.; 아에로모나스(Aeromonas) sp.; 알칼리게네스(Alcaligenes) sp.; 알칼리게네스 sp.; 아쿠아스피릴룸(Aquaspirillum) sp.; 아르코박터(Arcobacter) sp.; 아우레오박테리움(Aureobacterium) sp.; 바실러스(Bacillus) sp.; 베지아토아(Beggiatoa) sp.; 부티리박테리움(Butyribacterium) sp.; 카르복시도테르무스(Carboxydothermus) sp.; 클로스트리디움(Clostridium) sp.; 코마모나스(Comamonas) sp.; 쿠프리아비두스(Cupriavidus) sp.; 데할로박터(Dehalobacter) sp.; 데할로코코이드(Dehalococcoide) sp.; 데할로스피릴룸(Dehalospirillum) sp.; 데술포박테리움(Desulfobacterium) sp.; 데술포모닐(Desulfomonile) sp.; 데술포토마큘룸(Desulfotomaculum) sp.; 데술포비브리오(Desulfovibrio) sp.; 데술푸로사르시나(Desulfurosarcina) sp.; 엑토티오로도스피라(Ectothiorhodospira) sp.; 엔테로박터(Enterobacter) sp.; 유박테리움(Eubacterium) sp.; 페로플라스마(Ferroplasma) sp.; 할로티바실러스(Halothibacillus) sp.; 하이드로제노박터(Hydrogenobacter) sp.; 하이드로게노모나스(Hydrogenomonas) sp.; 렙토스피릴룸(Leptospirillum) sp.; 메탈로스파에라(Metallosphaera) sp.; 메타노박테리움(Methanobacterium) sp.; 메타노브레비박터(Methanobrevibacter) sp.; 메타노코커스(Methanococcus) sp.; 메타노코코이데스(Methanococcoides) sp.; 메타노게늄(Methanogenium) sp.; 메탄올로부스(Methanolobus) sp.; 메타노미크로비움(Methanomicrobium) sp.; 메타노플라누스(Methanoplanus) sp.; 메타노사르시나(Methanosarcina) sp.; 메타노스피릴룸(Methanospirillum) sp.; 메타노테르무스(Methanothermus) sp.; 메타노트릭스(Methanothrix) sp.; 마이크로코커스(Micrococcus) sp.; 니트로박터(Nitrobacter) sp.; 니트로박테라세(Nitrobacteraceae) sp., 니트로코커스(Nitrococcus) sp., 니트로소코커스(Nitrosococcus) sp.; 니트로스피나(Nitrospina) sp., 니트로스피라(Nitrospira) sp., 니트로솔로부스(Nitrosolobus) sp.; 니트로소모나스(Nitrosomonas) sp.; 니트로소스피라(Nitrosospira) sp.; 니트로소비브리오(Nitrosovibrio) sp.; 니트로스피나(Nitrospina) sp.; 올레오모나스(Oleomonas) sp.; 파라코커스(Paracoccus) sp.; 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus) sp.; 플랑크토마이세테스(Planctomycetes) sp.; 슈도모나스(Pseudomonas) sp.; 랄스토니아(Ralstonia) sp.; 로도박터(Rhodobacter) sp.; 로도코커스(Rhodococcus) sp.; 로도시클루스(Rhodocyclus) sp.; 로도마이크로비움(Rhodomicrobium) sp.; 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas) sp.; 로도스피릴룸(Rhodospirillum) sp.; 쉐와넬라(Shewanella) sp.; 시데로코커스(Siderococcus) sp.; 스트렙토마이세스(Streptomyces) sp.; 설포바실러스(Sulfobacillus) sp.; 설포로부스(Sulfolobus) sp.; 써모트릭스(Thermothrix) sp., 티오바실러스(Thiobacillus) sp.; 티오마이크로스피라(Thiomicrospira) sp.; 티오플로카(Thioploca) sp.; 티오스파에라(Thiosphaera) sp.; 티오트릭스(Thiothrix) sp.; 티오불룸(Thiovulum) sp.; 황-산화제; 수소산화제; 철 산화제; 아세토겐; 및 메탄생성균; 화학독립영양생물을 포함하는 미생물의 컨소시엄; 열수 분출구, 지열 분출구, 온천, 냉수 분출구, 지하 대수층, 염호, 염수 지층 및 토양 중 적어도 하나에 자생하는 화학독립영양생물; 및 호열체, 고온성물질, 호산성물질, 호염성물질, 및 호온성 물질 중 하나 이상으로부터 선택되는 극한물질. 일부 실시형태에서, 미생물, 또는 그의 단백질 생성물은 화학독립영양 미생물, 예컨대 화학독립영양 미생물 중 하나 이상을 포함하는 미생물의 컨소시엄을 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 온도, 방사선, 압력, 중력, 진공, 건조, 염도, pH, 산소 장력 및/또는 화학물질과 같은 다양한 환경 매개변수에서 극한을 견딜 수 있는 극한체를 포함한다. 이러한 미생물은 고온체, 예컨대 피롤로부스 푸마리(Pyrolobus fumarii); 호열체, 예컨대 시네코코커스 리비디스(Synechococcus lividis); 중온균 및 저온균, 예컨대 사이크로박터(Psychrobacter), 및/또는 극 호열성 황-대사체(sulfur-metabolizer), 예컨대 써모프로테우스(Thermoproteus) sp., 파이로딕티움(Pyrodictium) sp., 설폴로부스(Sulfolobus) sp., 및 아시디아누스(Acidianus) sp.; 방사선 내성 유기체 예컨대 데이노코커스 라디오듀란스(Deinococcus radiodurans); 압전체 또는 호압체를 포함하는 내압성 미생물; 호호성균(xerophiles)을 포함하는 건조제 내성 및 무수생물태성(anhydrobiotic) 미생물, 예컨대 아르테미아 살리나(Artemia salina); 미생물 및 진균; 호염균을 포함하는 내염성 미생물, 예컨대 할로박테리아세(Halobacteriacea) 및 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina); 알칼리성 물질, 예컨대 나트로노박테리움(Natronobacterium), 바실러스 피르무스(Bacillus firmus) OF4, 스피루리나(Spirulina) spp., 및 호산성 물질 예컨대 시아니디움 칼다리움(Cyanidium caldarium) 및 페로플라스마(Ferroplasma) sp.을 포함하는 pH 내성 미생물; 예를 들어, 시아니디움 칼다리움(Cyanidium caldarium)을 포함하는 순수한 CO₂에 내성인 가스 내성 미생물; 및 금속 내성 미생물(metalotolerants), 예컨대 페로플라스마 아시다르마누스(Ferroplasma acidarmanus) 및 랄스토니아(Ralstonia) sp.을 포함한다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 진핵 식물, 조류, 시아노박테리아, 녹색-황 박테리아, 녹색 비-황 박테리아, 보라색-황 박테리아, 보라색 비-황 박테리아, 극한성 미생물, 효모, 진균, 프로테오박테리아, 이들의 조작된 유기체, 및 합성 유기체로부터 선택된 세포주를 포함한다. 특정 실시형태에서, 스피루리나가 이용된다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 클로로플렉서스(Chloroflexus), 클로로네마(Chloronema), 오실로클로리스(Oscillochloris), 헬리오트릭스(Heliothrix), 헤르페토시폰(Herpetosiphon), 로세이플렉서스(Roseiflexus) 및 써모마이크로비움(Thermomicrobium)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 녹색 비-황 박테리아를 포함한다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 클로로비움(Chlorobium), 클라트로클로리스(Clathrochloris) 및 프로테코클로리스(Prosthecochloris) 속을 포함하지만 이에 제한되지 않는 녹색 황 박테리아를 포함한다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 하기 속을 포함하지만 이에 제한되지 않는 보라색 황 박테리아를 포함한다: 알로크로마튬(Allochromatium), 크로마튬(Chromatium), 할로크로마튬(Halochromatium), 이소크로마튬(Isochromatium), 마리크로마튬(Marichromatium), 로도불룸(Rhodovulum), 써모크로마튬(Thermochromatium), 티오캅사(Thiocapsa), 티오도코커스(Thiorhodococcus) 및 티오시스티스(Thiocystis).

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 하기 속을 포함하지만 이에 제한되지 않는 보라색 비-황 박테리아를 포함한다: 파에소스피릴룸(Phaeospirillum), 로도바카(Rhodobaca), 로도박터(Rhodobacter), 로도미크로비움(Rhodomicrobium), 로도필라(Rhodopila), 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas), 로도탈라시움(Rhodothalassium), 로도스피릴룸(Rhodospirillum), 로도비브리오(Rodovibrio), 및 로제오스피라(Roseospira).

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 메탄영양세균 및/또는 메틸영양세균을 포함한다. 일부 실시형태에서, 미생물은 메틸로코커스(Methylococcus) 속에 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 메틸로코커스 캡슐라투스(Methylococcus capsulatus)이다. 일부 실시형태에서, 미생물은 메틸영양세균이다. 일부 실시형태에서, 미생물은 메틸로박테리움(Methylobacterium) 속에 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 하기 종 중 하나 이상을 포함한다: 메틸로박테리움 자트마니(Methylobacterium zatmanii); 메틸로박테리움 엑스토켄스(Methylobacterium extorquens); 메틸로박테리움 클로로메타니쿰(Methylobacterium chloromethanicum).

일부 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 수소-산화 화학독립영양체 및/또는 일산화탄소영양체 및/또는 메틸영양세균 및/또는 메탄영양체이다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 탄소원으로서 다중-탄소 유기 분자를 사용하여 종속영양적으로 성장할 수 있는 미생물, 예컨대 비제한적으로 당, 예를 들어 글루코스 및/또는 프룩토스를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시형태에서, 미생물은 유일한 전자 공여체(들) 및 탄소원(들)으로서 처리되지 않은 미정제 글리세롤 및/또는 글루코스 및/또는 메탄올 및/또는 아세테이트 상에서 성장할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 혼합영양적으로, 예를 들어, 유기 탄소원 및 무기 에너지원(예를 들어, 무기 전자 공여체) 상에서 혼합영양적으로 성장할 수 있다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 진핵 식물, 조류, 시아노박테리아, 녹색-황 박테리아, 녹색 비-황 박테리아, 보라색 황 박테리아, 보라색 비-황 박테리아, 극한균, 고세균, 효모, 진균, 프로테오박테리아, 이들의 조작된 유기체, 및 합성 유기체 중 하나 이상을 포함한다.

일부 실시형태에서, 미생물은 그람-양성 박테리아를 포함하거나 이들로 이루어진다. 다른 실시형태에서, 미생물은 그람-음성 박테리아를 포함하거나 이들로 이루어진다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 그의 단백질 생성물은 천연 발생 및/또는 비유전적으로 변형된(비-GMO) 미생물 및/또는 비병원성을 포함하고/하거나 자연 주변 환경에 없는 생물공정에 의해 제공되는 특정 환경 조건에서 성장한다.

특정 실시형태에서, 미생물 또는 미생물의 컨소시엄은 환경 샘플로부터 분리되고, 미생물학 분야에 공지된 방법, 예를 들어: H₂, CO, 합성가스 및/또는 메탄 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 표적 전자 공여체, 및/또는 O₂, 질산염, 제2철, 및/또는 CO₂, 및/또는 환경 조건(예를 들어, 온도, pH, 압력, 용존 산소(DO), 염도, 다양한 불순물 및 오염 물질의 존재 등) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 전자 수용체의 존재 하에서의 성장을 사용하여 원하는 미생물로 농축된다.　

특정 실시형태에서, 미생물 또는 미생물의 컨소시엄은 프로바이오틱 미생물을 포함한다. 특정 실시형태에서, 미생물 또는 미생물의 컨소시엄은 "일반적으로 안전하다고 인정되는"(GRAS) 미생물, 예를 들어, 박테리아 및/또는 진균 GRAS 미생물을 포함한다. 특정 실시형태에서, 미생물 또는 미생물의 컨소시엄은 효모, 예컨대, 칸디다 후밀리스(Candida humilis); 칸디다 밀레리(Candida milleri); 데바리오마이세스 한세니(Debaryomyces hansenii); 카자흐스타니아 엑시구아(Kazachstania exigua)(사카로마이세스 엑시구오스(Saccharomyces exiguous)); 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae); 사카로마이세스 플로렌티누스(Saccharomyces florentinus); 토룰라스포라 델브루에키(Torulaspora delbrueckii); 트리코스포라 베이겔리(Trichosporon beigelli) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않으며; 및/또는 진균, 예컨대, 아스페르길루스 오리자에(Aspergillus oryzae); 아스페르길루스 소자에(Aspergillus sojae); 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum) A3/5; 뉴로스포라 인테르메디아(Neurospora intermedia) var. 온코멘시스(oncomensis); 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus); 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae); 아스페르길루스 루쿠엔시스(Aspergillus luchuensis) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않으며; 및/또는 박테리아, 예컨대, 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens); 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis); 비피도박테리움 애니멀리스(Bifidobacterium animalis)(락티스); 비피도박테리움 비피덤(Bifidobacterium bifidum); 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve); 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum); 락토바실러스 아시도필러스(Lactobacillus acidophilus); 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis); 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei); 락토바실러스 델브루에키 아종(Lactobacillus delbrueckii subsp.) 불가리쿠스(Bulgaricus); 락토바실러스 페르멘툼(Lactobacillus fermentum); 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus); 락토바실러스 케피라노파시엔스(Lactobacillus kefiranofaciens); 락토바실러스 락티스(Lactobacillus lactis); 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum); 락토바실러스 람노수스(Lactobacillus rhamnosus); 락토바실러스 루테리(Lactobacillus reuteri); 락토바실러스 사케이(Lactobacillus sakei); 락토바실러스 산프란시스센시스(Lactobacillus sanfranciscensis); 락토코커스 락티스(Lactococcus lactis)(스트렙토코커스 락티스(Streptococcus lactis), 스트렙토코커스 락티스 아종 디아세틸락티스(Streptococcus lactis subsp. Diacetylactis)); 류코노스톡(Leuconostoc); 류코노스톡 카르노섬(Leuconostoc carnosum); 류코노스톡 크레모리스(Leuconostoc cremoris); 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides); 페디오코커스(Pediococcus); 프로피오니박테리움 프로이덴레이치이(Propionibacterium freudenreichii); 아르쓰로스피라(Arthrospira)(스피루리나(Spirulina)) 플라텐시스(platensis); 스트렙토코커스 파에칼리스(Streptococcus faecalis); 스트렙토코커스 써모필루스(Streptococcus thermophilus) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

단백질 생성물이 유래된 바이오매스를 함유하는 단백질은 상이한 종의 미생물의 컨소시엄에 의해 생산될 수 있다. 컨소시엄은 선택적으로 다세포 유기체를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨소시엄은 산수소 미생물; 일산화탄소영양체; 메탄영양체; 메틸영양세균; 화학독립영양체; 광독립영양체; 및 종속 영양체 중 하나 이상을 포함한다.　

일부 실시형태에서, 단백질 생성물은 또한 단백질 생성물이 유래된 미생물에서 생성된 하나 이상의 비타민을 포함한다. 일부 비-제한적인 실시형태에서, 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)(예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 541)를 포함한다. 일부 비-제한적인 실시형태에서, 비타민은 비타민 B1, B2, 및/또는 B12를 포함하지만 이에 제한되지 않는 B 비타민이다. 비-제한적인 예에서, B 비타민(예를 들어, B1, B2, 및/또는 B12)은 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)(예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 541)에 의해 생성될 수 있다.

미생물 배양액

미생물을 배양하기 위해 임의의 적합한 방법이 사용될 수 있다. 미생물은 바이오매스의 성장 및 생산에 적합한 환경에서 임의의 적합한 조건하에서 성장할 수 있다. 일부 실시형태에서, 미생물은 독립영양 배양 조건, 종속영양 배양 조건, 또는 독립영양과 종속영양 배양 조건의 조합에서 성장할 수 있다. 종속영양 배양은 하나 이상의 당(예를 들어, 글루코스, 프룩토스 등)과 같은 탄소 및 에너지의 적합한 공급원을 포함할 수 있다. 독립영양 배양은 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 메탄올, 포르메이트 및/또는 포름산과 같은 C1 화학물질, 및/또는 탄소원 및 에너지원으로서 산수소 미생물 또는 수소-산화 미생물 또는 일산화탄소 산화 미생물에 의해 사용될 수 있는 상기 저가 탄소원의 가스화, 부분 산화, 열분해 또는 증기 개질을 통해 비제한적으로 목질계 에너지 작물, 농작물 잔류물, 사탕수수, 톱밥, 임업 잔류물 또는 식품과 같은 탄소 및 에너지의 저가 공급원으로부터 생성된, 다양한 합성가스 조성물 또는 다양한 발생로 가스 조성물을 포함하지만 이에 제한되지 않는, C1 화학물질함유 혼합물을 포함할 수 있다. 미생물을 배양하고 본 방법에 사용하기 위한 바이오매스를 생성하는 적합한 방법은 예를 들어, PCT 출원 번호 PCT/US2010/001402, PCT/US2011/034218, PCT/US2013/032362, PCT/US2014/029916, PCT/US2017/023110, PCT/US2018/016779, 및 미국 특허 번호 제9,157,058호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 일부 실시형태에서, 유기체는 생물반응기, 수경재배 시스템, 온실 또는 경작지에서 광합성적으로 성장할 수 있거나, 폐기물 또는 천연 공급원으로부터 수집될 수 있다.

본원에 기재된 미생물 세포를 성장시키는 데 사용되는 액체 배양물은 당업계에 공지되고 사용되는 배양 용기에 수용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 생물반응기 용기에서의 대규모 생산을 사용하여 원하는 분자 및/또는 바이오매스를 대량 생산할 수 있다.

특정 실시형태에서, 생물반응기 용기는 배양 환경을 포함, 분리 및/또는 보호하는 데 사용된다. 배양 용기는 대규모 미생물 배양 분야의 당업자에게 알려진 것을 포함한다. 이러한 배양 용기는 공기부상 반응기; 생물학적 스크러버 컬럼; 버블 컬럼; 교반 탱크 반응기; 연속 교반 탱크 반응기; 역류, 상향류, 확장층 반응기; 소화조 및 특히 소화조 시스템, 예를 들어, 생물학적 정화 분야에 공지된 것; 살수 필터, 회전식 생물학적 접촉기 필터, 회전 디스크, 토양 필터를 포함하지만 이에 국한되지 않는 필터; 유동층 반응기; 가스 리프트 발효기; 고정화된 세포 반응기; 루프 반응기; 막 생물막 반응기; 파추카 탱크; 충전층 반응기; 플러그-유동 반응기; 정적 믹서; 살수층 반응기; 및/또는 수직 샤프트 생물반응기 중 하나 이상이 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

바이오매스 및/또는 유기 화합물, 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 단백질 생성물, 구체적으로 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 추출물, 단백질-함유 추출물, 단백질 단리물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 또는 이들의 조합, 및/또는 다른 영양소, 예컨대, 비제한적으로 비타민(예를 들어, B 비타민, 예를 들어, B1, B2, 및/또는 B12)의 상업적 생산을 목표로 하는 미생물 배양은 생물반응기에서 대규모로 수행될 수 있다(예를 들어, 500 L, 1,000 L 5,000 L, 10,000 L, 50,000 L, 100,000 L, 1,000,000 L 생물 반응기 부피 이상).

특정 실시형태에서, 화학독립영양 및/또는 종속영양 및/또는 일산화탄소영양 및/또는 메탄영양 및/또는 메틸영양세균 미생물은 본원에 기재된 방법을 사용하여 생물반응기 내부의 액체 배지에서 성장된다.

일부 실시형태에서, 미생물을 함유하는 생물반응기는 배양물을 거의 또는 완전히 암흑 상태로 유지하는 불투명 물질로 구성된다. 강철 및/또는 기타 금속 합금 및/또는 강화 콘크리트 및/또는 유리 섬유 및/또는 다양한 고강도 플라스틱 재료와 같은 불투명 재료로 구성된 생물반응기는 큰 작업 부피를 갖도록 설계할 수 있다. 일부 실시형태에서, 부피가 50,000 리터 이상인 강철 또는 기타 금속 합금으로 구성된 발효기가 사용된다. 일부 실시형태에서, 주변 압력보다 높은 양의 헤드스페이스 압력을 함유할 수 있는 생물반응기가 사용된다. 일부 실시형태에서, 계란형 또는 원통형 소화조 또는 부피가 3,000,000 리터 이상인 수직 샤프트 생물반응기가 사용된다. 일부 실시형태에서, 미생물을 포함하는 생물반응기는 광이 그의 함유된 액체 부피의 일부 또는 대부분 또는 전부를 투과하는 것을 허용하지 않는다. 특정 비제한적인 실시형태에서, CO₂-고정 단계에 사용된 미생물은 광합성영양이 아니다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 생물반응기 설계는 배양물을 얇은 층으로 제한하지 않거나 광합성에 일반적으로 필요한 모든 부분에 이용 가능한 빛을 갖도록 투명한 벽을 갖는다. 일부 실시형태에서, 미생물은 빛에 대한 상당한 노출 또는 임의의 노출 없이 배양된다. 이러한 특정 실시형태에서, 화학독립영양 대사 및 조건으로 인해 빛의 부재 하에 순 CO₂ 소비가 여전히 발생한다. 특정 실시형태에서, 전기를 인공 조명으로 변환하는 것은 CO₂ 포집 및 변환을 위한 생물학적 시스템에서 요구되지 않는다.

특정 실시형태에서, 광 의존성의 결여는 어떠한 인공 조명의 필요 없이 모든 기상 조건에서 연중 내내 주야로 연속적인 CO₂ 포집 작업을 용이하게 한다.

일부 실시형태에서, 미생물은 광의 부재 하에 비제한적으로 합성가스, 발생로 가스, 또는 H₂ 및 CO₂ 가스 혼합물과 같은 기체 탄소원을 함유하는 배지에서 성장 및 유지되며; 이러한 성장을 화학독립영양 성장이라고 한다.

일부 실시형태에서, 예를 들어, 유기 물질의 가스화로부터 생성된 합성가스는 화학독립영양 성장을 위한 미생물에 의해 이용된다. 유기 물질은 예를 들어, 농업 공급원(예를 들어, 콘 스토버, 버개스(bagasse))으로부터 유래될 수 있다.

일부 실시형태에서, 직접 공기 포집 유닛을 통과하는 식품 등급 CO₂ 및/또는 공기는 화학독립영양 성장을 위한 미생물에 의해 이용된다. 직접 공기 포집의 비제한적인 예는 미국 공개 번호 2017/0106330 및 Keith, D., et al.(2018) Joule 2(8):1573-1594에서 찾아볼 수 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 일부 실시형태에서, CO₂는 산업적 공급원으로부터 제공되고, 선택적으로 기체 분리 절차를 통해 농축될 수 있으며, 이에 의해 고농도 식품 등급 CO₂를 생성할 수 있다.

특정 실시형태에서, 시스템 용량의 증가는 수평으로만 스케일링하는 것이 아니라 수직 스케일링에 의해 충족된다. 이는 CO₂ 포집을 위해 조류, 남조류 또는 고등 식물을 사용하는 광영양 접근법과 대조적이다. 광합성 시스템에 대해 다양한 수직 농업 계획이 제안되었지만, 실용적이고 경제적으로 말해서 광영양 시스템은 예를 들어 얕은 연못이나 조류의 경우 광생물 반응기에서 수평으로 확장되어야 한다. 이는 지리적 발자국이 크고 환경에 많은 부정적인 영향을 미친다.

인공 조명으로 재배되는 조류 또는 고등 식물 시스템은 빛 에너지의 비효율적인 활용과 전기 에너지를 빛 에너지로 비효율적으로 변환하는 문제에 직면해 있다. 특정 실시형태에서, 인공 조명 하에 성장한 필적할 만한 조류 또는 고도 식물 배양은 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산의 관점에서 본원에 기재된 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산 시스템보다 더 많은 전력을 필요로 할 것이다. 특정 실시형태에서, 인공 조명 하에서 재배된 필적할 만한 조류 또는 고등 식물 배양은 단위 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산 당 전력의 관점에서, 본원에 기재된 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산 시스템보다 적어도 10배 더 많은 전력을 필요로 할 것이다. 인공 조명에서 성장하는 조류 또는 고등 식물의 경우, 열 차단 요건은 전기 입력에 거의 정비례한다. 본원에 기재된 방법의 특정 실시형태에서, 인공 조명에서 재배할 때 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산의 관점에서, 열 차단 요건은 필적할 만한 조류 또는 고등 식물 시스템에 대한 것보다 낮다. 특정 실시형태에서, 열 차단 요건은 인공 조명에서 재배할 때 CO₂ 포집 및/또는 바이오매스 생산의 관점에서, 필적할 만한 조류 또는 고등 식물 시스템에 대한 것보다 적어도 10배 더 낮다.

예시적이지만 비제한적인 실시형태에서, 영양 배지를 함유하는 생물반응기는 생산 세포로 접종된다. 일반적으로, 세포가 배가 되기 시작하기 전에 지연 단계가 따른다. 지연 단계 이후, 세포 배가 시간이 감소하고 배양은 대수 단계로 들어간다. 대수 단계는 결국 이론에 의해 제한되지는 않지만 물질 전달 제한, 질소 또는 미네랄 공급원을 포함한 영양소의 고갈 또는 억제 화학 물질 농도 증가, 또는 미생물에 의한 정족수 감지로 이어진다. 성장은 느려지고 배양이 정지기에 들어갈 때 멈춘다. 특정 실시형태에서, 정상 단계에 선행하는 산술적 성장 단계가 있다. 세포 덩어리를 수확하기 위해, 특정 실시형태에서의 배양물은 대수기 및/또는 산술기 및/또는 정지기에서 수확된다.

생물반응기 또는 발효기는 생리학적 주기의 다양한 단계를 통해 세포를 배양하는 데 사용된다. 생물반응기는 성장 곡선의 특정 단계에서 유지될 수 있는 세포 배양에 사용된다. 생물반응기의 사용은 화학독립영양 성장을 배양하는 데 여러 면에서 유리하다. 특정 실시형태의 경우, 단백질 또는 단백질 가수분해물을 생성하는데 사용되는 단백질-풍부 세포 덩어리는 액체 현탁액에서 고밀도로 성장된다. 일반적으로 용존 이산화탄소, 산소 및 수소와 같은 기타 가스와 기타 용존 영양소, 미량 원소, 온도 및 pH의 제어를 포함한 성장 조건의 제어는 생물 반응기에서 용이하다. 특정 실시형태의 경우, 아미노산, 펩타이드, 단백질, 가수분해물, 추출물 또는 전체 세포 생성물을 생산하는 데 사용되는 단백질-풍부 세포 덩어리는 생물반응기 내의 액체 현탁액에서 고밀도로 성장하고/하거나 높은 생산성으로 성장한다.

영양 배지 및 가스는, 배치 첨가로서, 주기적으로, 또는 검출된 고갈 또는 프로그래밍된 설정점에 응답하여, 또는 배양물이 성장하고/하거나 유지되는 기간에 걸쳐 연속적으로 생물반응기에 첨가될 수 있다. 특정 실시형태의 경우, 접종 시 생물반응기는 성장 초기에 영양 배지 및/또는 하나 이상의 가스의 시작 배치로 채워지고, 접종 후에는 추가의 영양 배지 및/또는 하나 이상의 가스가 첨가되지 않는다. 특정 실시형태의 경우, 영양 배지 및/또는 하나 이상의 가스는 접종 후 주기적으로 첨가된다. 특정 실시형태의 경우, 영양 배지 및/또는 하나 이상의 가스는 검출된 영양소 및/또는 가스의 고갈에 대한 반응으로 접종후 첨가된다. 특정 실시형태의 경우, 영양 배지 및/또는 하나 이상의 가스는 접종 후에 연속적으로 첨가된다.

특정 실시형태의 경우, 첨가된 영양 배지는 임의의 유기 화합물을 함유하지 않는다.

특정 실시형태에서, 소량의 미생물 세포(즉, 접종원)이 설정된 부피의 배양 배지에 첨가되고; 그런 다음 배양물이 인큐베이션되고; 세포 덩어리는 성장의 지연, 지수, 감속 및 정지 단계를 거친다.

배치(batch) 배양 시스템에서, 미생물이 배양되는 조건(예를 들어, 영양소 농도, pH 등)은 일반적으로 성장 기간 동안 지속적으로 변한다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 배치 배양에 고유한 변동 조건을 피하고, 배양 시스템의 전체 생산성을 개선하기 위해, 단백질 및/또는 비타민 및/또는 기타 영양소의 생산에 사용되는 미생물은 케모스탯(chemostat)이라고 하는 연속 배양 시스템에서 성장된다. 이러한 시스템에서, 배양물은 일정한 비율[F]로 신선한 배지를 공급하는 동시에 배양물의 부피[V]를 일정하게 유지함으로써 지속적인 지수적 성장 단계로 유지될 수 있다. 특정 실시형태에서, 연속 배양 시스템은 세포가 대략 일정하게 유지되는 환경 조건 하에 배양되는 것을 보장한다. 특정 실시형태에서, 세포는 케모스탯 시스템의 사용을 통해 영구적 지수기로 유지된다. 이러한 경우, 배양물의 희석률(D)은 미생물의 성장률과 같으며, D = F/V로 표시된다. 연속 배양에서 미생물의 성장률은 희석 비율을 변경하여 변화될 수 있다. 특정 실시형태에서, 미생물의 성장률은 희석률을 변경함으로써 변화된다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 세포는 약 0.2 h^-1의 희석률로 케모스탯에서 성장된다.

특정 실시형태에서, 생물반응기 내로의 배양물의 접종은 다른 생물반응기에 서식하는 기존 배양물로부터의 배양물의 전달, 또는 인큐베이터에서 키운 종자 스톡으로부터의 인큐베이션을 포함하지만 이에 제한되지 않는 방법에 의해 수행된다. 특정 실시형태에서, 균주의 종자 스톡은 분말, 액체, 동결 또는 동결-건조된 형태 뿐만 아니라 당업자에 의해 용이하게 인식될 수 있는 임의의 다른 적합한 형태를 포함하지만 이에 제한되지 않는 형태로 수송 및 저장될 수 있다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 예비 박테리아 배양물은 재시작이 필요할 때까지 대사적으로 불활성인 동결건조 상태로 유지된다. 특정 실시형태에서, 초대형 반응기에서 배양물을 확립할 때, 배양물은 풀-스케일 용기의 접종 전에 점진적으로 더 큰 중간 규모 용기에서 성장되고 확립된다.

특정 실시형태의 경우, 생물반응기는 나선식 교반 막대, 블레이드, 임펠러 또는 터빈; 용기를 돌리거나, 흔들거나 회전시키는 것; 가스 리프트, 살포; 재순환 도관을 통해 용기 바닥에서 상단으로 브로쓰를 재순환시켜, 브로쓰를 루프 및/또는 정적 혼합기를 통해 흐르게 하는 것 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 영양 배지의 혼합을 가능하게 하는 메커니즘을 갖는다. 배양 배지는 연속적으로 또는 간헐적으로 혼합될 수 있다.

특정 실시형태에서, 미생물-함유 영양 배지는 생물반응기로부터 부분적으로 또는 완전히, 주기적으로 또는 연속적으로 제거될 수 있고, 특정 실시형태에서 세포 배양을 지수 성장기에서 유지하기 위해, 및/또는 성장 배지에서 고갈된 영양소를 보충하고/하거나 억제성 폐기물을 제거하기 위해 새로운 무세포 배지로 교체된다.

생물반응기에서 표준인 포트는 기체, 액체, 고체 및/또는 슬러리를 미생물을 둘러싸는 생물반응기 용기 내로 및/또는 생물반응기 용기로부터 전달 또는 회수하는데 이용될 수 있다. 많은 생물반응기는 다양한 목적(예를 들어, 배지 첨가, 가스 첨가용 포트, pH 및 DO(용존 산소)용 프로브, 샘플링용 포트)을 위한 다중 포트를 가지며, 주어진 포트는 발효 실행 과정에서 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 포트는 한 시점에서 생물 반응기에 영양 배지를 첨가하는 데 사용될 수 있고, 다른 시점에서는 샘플링에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 샘플링 포트의 다중 사용은 성장 환경에 오염 또는 침입 종을 도입하지 않으면서 수행될 수 있다. 샘플 흐름 또는 연속 샘플링을 제어할 수 있는 밸브 또는 기타 액추에이터가 샘플링 포트에 제공될 수 있다. 특정 실시형태의 경우, 생물반응기는 배지 또는 가스의 첨가를 포함하는 다른 용도를 추가로 제공할 수 있는 배양 접종에 적합한 적어도 하나의 포트를 장착하고 있다. 생물반응기 포트를 통해 배양 환경으로의 가스 조성 및 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 포트는 가스가 펌핑되는 생물 반응기로의 가스 유입구로 사용될 수 있다.

일부 실시형태의 경우, 생물반응기로 펌핑될 수 있는 가스는 합성가스, 발생로 가스, 수소 가스, CO, CO₂, O₂, 공기, 공기/CO₂ 혼합물, 천연 가스, 메탄, 암모니아, 질소, 희가스, 예컨대 아르곤, 뿐만 아니라 기타 가스 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 시스템으로 펌핑된 CO₂는 유기물의 가스화로부터의 CO₂; 생석회 CaO를 생산하기 위한, 석회석, CaCO₃의 소성으로부터의 CO₂; 암모니아, 메탄올 또는 수소 생산으로부터의 CO₂ 부산물과 같은 메탄 증기 개질로부터의 CO₂; 연소, 소각, 또는 연소(flaring)로부터의 CO₂; 당의 혐기성 또는 호기성 발효의 CO₂ 부산물; 메탄영양 생물공정의 CO₂ 부산물; 지질학적으로 또는 지열적으로 생성되거나 배출되는 CO₂; 산성 가스 또는 천연 가스에서 제거된 CO₂를 포함하지만 이에 제한되지 않는 공급원으로부터 올 수 있다. 특정 비제한적인 실시형태에서, CO₂는 산업적 연도 가스로부터 제거되거나, 그렇지 않으면 대기 중으로 자연적으로 방출될 지질학적 공급원으로부터 차단된다. 특정 실시형태에서, 탄소원은 해수 또는 다른 지표수 또는 지하수에 용해된 CO₂ 및/또는 중탄산염 및/또는 탄산염이다. 이러한 특정 실시형태에서, 무기 탄소는 액체 물에 용해된 생물반응기에 및/또는 고체로서 도입될 수 있다. 특정 실시형태에서, 탄소원은 대기로부터 포집된 CO₂이다. 특정 비제한적인 실시형태에서, CO₂는 예를 들어, 국제우주정거장(ISS)에서 사용되는, 비제한적으로 CO₂ 제거 어셈블리(CDRA)와 같은 장비를 사용하여 폐쇄-루프 생명 유지 시스템의 일부로서 폐쇄 캐빈에서 포집되었다.

특정 비제한적인 실시형태에서, 비제한적으로, 고농도의 에너지(예를 들어 H₂, H₂S, CO 가스) 및/또는 탄소원(예를 들어 CO₂, HCO₃ ^-, CO₃ ^2-) 및/또는 기타 용해된 미네랄을 방출하는 지열 및/또는 열수 통풍구와 같은 지질학적 특징이 본원에서 미생물의 영양 공급원으로 사용될 수 있다.

특정 실시형태에서, 이산화탄소 이외에 또는 대안적 탄소원으로서 이산화탄소 대신에 하나 이상의 기체가용액에 용해되어 배양 브로쓰에 공급되고/되거나 배양 브로쓰에 직접 용해되고, 가스 전자 공여체 및/또는 탄소원(예를 들어, 수소 및/또는 CO 및/또는 메탄 가스)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, 입력 가스는 다른 전자 공여체 및/또는 전자 수용체 및/또는 탄소원 및/또는 미네랄 영양소 예컨대, 비제한적으로 다른 가스 성분 및 합성가스(예를 들어, 탄화수소)의 불순물; 암모니아; 황화수소; 및/또는 기타 사워 가스; 및/또는 O₂; 및/또는 미립자 및 재를 함유하는 미네랄을 포함할 수 있다.

특정 실시형태에서, 하나 이상의 가스는 수소, 일산화탄소, 메탄, 황화수소 또는 기타 사워 가스 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기체 전자 공여체; CO₂, CO, CH₄ 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기체 탄소원; 및 공기(예를 들어, 20.9% 산소)내에 또는 순수한 O₂로서 또는 O₂-풍부 가스로서 산소를 포함하지만 이에 제한되지 않는 전자 수용체를 포함하는 배양 브로쓰에 용해된다. 일부 실시형태에서, 이들 및 기타 가스를 용액으로 용해시키는 것은 발효 공학 분야의 숙련자에게 공지된 압축기, 유량계 및 유량 밸브의 시스템을 사용하여 달성되며, 이는 살포 장비; 돔, 관형, 디스크 또는 도넛 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 디퓨저; 거칠거나 미세한 기포 에어레이터; 벤츄리 장비의, 가스를 용액으로 분산시키기 위해 널리 사용되는 시스템 중 하나 이상으로 공급된다. 특정 실시형태에서, 표면 에어레이션(aeration) 및/또는 기체 물질 전달은 또한 패등 에어레이터 등을 사용하여 수행될 수 있다. 특정 실시형태에서, 기체 용해는 임펠러 또는 터빈, 뿐만 아니라 기포 크기를 감소시키기 위한 유압 전단 장치와의 기계적 혼합에 의해 향상된다. 기체를 흡수하는 미생물을 보유하는 반응기 시스템을 통과한 후, 특정 실시형태에서 잔류 기체는 생물반응기로 다시 재순환되거나, 공정 열을 위해 연소되거나, 연소되거나, 지하에 주입되거나, 대기로 방출될 수 있다. 전자 공여체로서 H₂를 사용하는 본원의 특정 실시형태에서, H₂는 배양 배지를 통해 버블링함으로써 또는 액체 배양 배지와 접하는 당업계에 공지된 수소 투과성-수 불투과성 막을 통해 확산시킴으로써 배양 용기에 공급될 수 있다.

특정 실시형태에서, 미생물은 미세호기성 조건에서 H₂ 및 CO₂ 및 기타 용해된 영양소에서 성장하고 증식한다. 특정 실시형태에서, 일산화탄소, 메탄, 메탄올, 포르메이트 또는 포름산과 같은 C1 화학물질, 및/또는 다양한 기화, 열분해 또는 증기-개질된 고정 탄소 공급원료로부터 생성된 다양한 합성가스 조성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 C1 화학물질을 함유하는 혼합물은 호기성, 미세호기성, 무산소성, 혐기성, 및/또는 조건적 조건 중 하나 이상 하에서 장쇄 유기 화학물질(즉, C2 이상 및 일부 실시형태에서는 C5 이상의 탄소 사슬 분자)로 생화학적으로 전환된다.

제어된 양의 산소가 또한 일부 실시형태의 배양 브로쓰에서 유지될 수 있고, 특정 실시형태에서, 산소는 배양 브로쓰에 공급되는 용액에 능동적으로 용해되고/되거나 배양 브로쓰에 직접 용해될 것이다. 표적 DO 수준을 유지하기 위해 배양 브로쓰 내로 공기 또는 산소의 펌핑을 필요로 하는 특정 호기성 또는 미세호기성 실시형태에서, 산소 기포는 혼합 및 산소 전달을 위한 최적 직경으로 브로쓰에 주입될 수 있다.

일부 실시형태에서, 배양물은 높은 FHb 발현의 촉진을 위해 낮은 O₂ 분압 하에 유지된다. 일부 실시형태에서, 미세호기성 배양 조건이 전개된다. 예를 들어, 용존 산소는 공기 또는 공기 포화 용액에서 발견되는 것보다 낮은 수준으로, 예컨대 표준 용존 산소 프로브의 검출 한계 미만, 예를 들어 1 ppm 미만으로 존재할 수 있다.

일부 실시형태에서, 미생물은 합성가스, 발생로 가스, CO, CO₂, H₂, 천연 가스, 메탄 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 연료 가스를 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 연료 가스의 열 함량은 표준 입방 피트(scf) 당 적어도 100 BTU이다. 일부 실시형태에서, 미생물을 함유하고 성장시키는 데 사용되는 생물반응기는 기체 전달을 위한 미세 기포 확산기 및/또는 고전단 임펠러가 장착되어 있다.

기체 유속을 생물반응기로 도입 및/또는 상승시키는 것은 기체 기포 또는 기체를 통해 살포되도록 액체 매질의 표면 아래에 기체 유입구가 위치하는 경우 배양물의 혼합을 향상시키고 난류를 생성할 수 있다. 특정 실시형태에서, 혼합은 기체 기포 및/또는 살포 및/또는 액체 매질을 통한 기체 플러깅에 의해 제공되는 난류를 통해 향상된다. 일부 실시형태에서, 생물반응기는 기체 배출 및 압력 방출을 위한 기체 출구 포트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 가스 유입구 및 유출구에는 가스 역류를 방지하기 위해 체크 밸브가 장착되는 것이 바람직하다.

화학합성 반응이 생물반응기 내에서 일어나는 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유형의 전자 공여체 및 하나 이상의 유형의 전자 수용체가 펌핑되거나 그렇지 않으면 볼루스 첨가로서, 또는 주기적으로 또는 연속적으로, 반응 용기의 화학독립영양 유기체를 함유하는 영양 배지에 첨가된다. 세포 호흡에서 전자 공여체로부터 전자 수용체로의 전자의 이동에 의해 유도되는 화학합성 반응은, 무기 이산화탄소 및/또는 기타 용해된 탄산염 및/또는 기타 탄소 산화물을 유기 화합물 및 바이오매스로 고정한다.

특정 실시형태에서, 적합한 미네랄, 염, 비타민, 보조인자, 완충제, 및 당업자에게 공지된 미생물 성장에 필요한 기타 성분을 함유하는 수용액을 포함하는, 배양 성장 및 생산을 위한 영양 배지가 사용된다[Bailey and Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, 2^nd ed; pp 383-384 and 620-622; McGraw-Hill: New York(1986)].

특정 실시형태에서, 당업계에 공지된 미생물 배양물의 유지 및 성장에 사용되는 화학물질은 영양 배지에 포함된다. 특정 실시형태에서, 이러한 화학물질은 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다: 질소 공급원, 예컨대 암모니아, 암모늄(예를 들어, 염화암모늄(NH₄Cl), 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)), 질산염(예를 들어, 질산칼륨(KNO₃)), 요소 또는 유기 질소원; 인산염(예를 들어, 인산이나트륨(Na₂HPO₄), 인산칼륨(KH₂PO₄), 인산(H₃PO₄), 이티오인산칼륨(K₃PS₂O₂), 오르토인산칼륨(K₃PO₄), 인산이칼륨(K₂HPO₄)); 황산염; 효모 추출물; 킬레이트 철; 칼륨(예를 들어, 인산칼륨(KH₂PO₄), 질산칼륨(KNO₃), 요오드화칼륨(KI), 브롬화칼륨(KBr)); 기타 무기염, 미네랄, 및 미량 영양소(예를 들어, 염화나트륨(NaCl), 황산마그네슘(MgSO₄ 7H₂O) 또는 염화마그네슘(MgCl₂), 염화칼슘(CaCl₂) 또는 탄산칼슘(CaCO₃), 황산망간(MnSO₄ 7H₂O) 또는 염화망간(MnCl₂), 염화제2철(FeCl₃), 황산제1철(FeSO₄ 7H₂O) 또는 염화제1철(FeCl.sub.2 4H.sub.2O), 중탄산나트륨(NaHCO₃) 또는 탄산나트륨(Na₂CO₃), 황산아연(ZnSO₄) 또는 염화아연(ZnCl₂), 몰리브덴산암모늄(NH₄MoO₄) 또는 몰리브덴산나트륨(Na₂MoO₄ 2H₂O), 황산제1구리(CuSO₄) 또는 염화구리(CuCl₂ 2H₂O), 염화코발트(CoCl₂ 6H₂O), 염화알루미늄(AlCl₃.6H₂O), 염화리튬(LiCl), 붕산(H₃BO₃), 염화니켈 NiCl₂ 6H₂O), 염화주석(SnCl₂ H₂O), 염화바륨(BaCl₂ 2H₂O), 셀렌산구리(CuSeO₄ 5H₂O) 또는 아셀렌산나트륨(Na₂SeO₃), 메타바나듐산나트륨(NaVO₃), 크롬 염). 특정 실시형태에서, Schlegel 등에 의해 제형화된 미네랄 염 배지(MSM)가 사용될 수 있다["Thermophilic bacteria", Jakob Kristjansson, Chapter 5, Section III, CRC Press,(1992)].

본원에 기재된 미생물은 발효 배지 및 임의의 조성물을 포함하는 임의의 유형(풍부하거나 최소)의 배지에서 일부 실시형태에서 배양될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 일상적인 최적화는 다양한 유형의 배지의 사용을 허용할 것이다. 선택한 배지는 다양한 추가 성분으로 보충될 수 있다. 보충 성분의 일부 비제한적인 예는 글루코스, 항생제, 유전자 유도를 위한 이소프로필-β-d-1-티오갈락토피라노사이드(IPTG), 및 American Type Culture Collection(ATCC) 미량 미네랄 보충을 포함한다. 유사하게, 본원에 기재된 미생물의 배지 및 성장 조건의 다른 양태는 일상적인 실험을 통해 최적화될 수 있다. 예를 들어, pH 및 온도는 최적화될 수 있는 요소의 비제한적인 예이다. 일부 실시형태에서, 배지, 배지 보충물 및 온도의 선택과 같은 요소는 원하는 분자의 생산 수준에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시형태에서, 보충 성분의 농도 및 양이 최적화될 수 있다. 일부 실시형태에서, 배지에 하나 이상의 보충 성분이 보충되는 빈도 및 원하는 분자를 수확하기 전에 배지를 배양하는 시간이 최적화된다.

특정 실시형태에서, 영양 화학물질(예를 들어, 전자 공여체, 전자 수용체, 탄소원, 및/또는 다양한 미네랄 영양소)의 농도는 최적 탄소 흡수 및 /또는 바이오매스 및/또는 유기 화합물의 고정 및/또는 전환 및/또는 생산에 대한 각각의 최적 수준에 가깝게 또는 그 수준에서 생물 반응기 내에서 유지되며, 이는 사용되는 미생물에 따라 다르지만 미생물 배양 분야의 당업자에 의해 일상적으로 결정 및/또는 최적화될 수 있다.

특정 실시형태에서, 하기 파라미터 중 하나 이상이 생물반응기에서 모니터링 및/또는 제어된다: 폐기물 수준; pH; 온도; 염도; 용존산소; 용해된 이산화탄소 가스; 액체 유량; 교반 속도; 가스 압력. 특정 실시형태에서, 화학독립영양 성장에 영향을 미치는 작동 매개변수는 센서(예를 들어, 전자 공여체/수용체 농도를 측정하기 위한 용존 산소 프로브 또는 산화 환원 프로브)로 모니터링되고/되거나 작동 밸브, 펌프 및 교반기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 장비의 사용을 통해 센서로부터의 피드백에 기초하여 수동 또는 자동으로 제어된다. 특정 실시형태에서, 유입되는 브로쓰 및 유입되는 기체의 온도는 비제한적으로 냉각기, 히터 및/또는 열 교환기와 같은 시스템에 의해 조절된다.

특정 실시형태에서, 미생물 배양 및 생물반응은 세포 집단 및 환경 매개변수(예를 들어, 세포 밀도, pH, DO, 화학적 농도)가 일정 수준에서 목표로 하는 정상 상태에서 영양 배지 및/또는 바이오매스의 연속적인 유입 및 제거를 사용하여 유지된다. 특정 실시형태에서, 일정 수준은 공급원료 전환 및/또는 표적화된 유기 화합물의 생산을 위한 최적 수준이다. 특정 실시형태에서, 세포 밀도는 직접 샘플링, 광학 밀도 대 세포 밀도의 상관관계, 및/또는 입자 크기 분석기에 의해 모니터링될 수 있다. 특정 실시형태에서, 수력학적 및 바이오매스 체류 시간은 브로쓰 화학 및 세포 밀도 둘 모두의 독립적인 제어를 허용하도록 분리될 수 있다. 특정 실시형태에서, 희석율은 수경학적 체류 시간이 바이오매스 체류 시간에 비해 상대적으로 낮도록 충분히 높게 유지되어, 세포 성장 및/또는 공급원료 전환 및/또는 유기 화합물의 생산을 위해 매우 보충된 브로쓰를 생성할 수 있다. 특정 실시형태에서, 희석율은 배양 브로쓰와 영양소 보충 및/또는 폐기물 제거, 및 펌핑으로 인한 공정 비용 증가, 투입량 증가, 및 희석률에 따라 증가하는 기타 요구 사이의 최적의 기술경제적 트레이드오프로 설정된다.

특정 실시형태에서, 미생물 배양물의 pH가 조절된다. 특정 실시형태에서, pH는 미생물 유지 및/또는 성장 및/또는 공급원료의 전환 및/또는 유기 화합물의 생성 및/또는 생존을 위한 최적 범위 내에서 제어된다. pH의 감소를 다루기 위해, 특정 실시형태에서 중화 단계는 생물반응기 환경에서 직접 수행되거나 재순환 루프를 통해 배지를 배양 용기로 다시 재순환시키기 전에 수행될 수 있다. 특정 실시형태의 브로쓰에서 산의 중화는 하기 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 염기의 첨가에 의해 달성될 수 있다: 석회석, 석회, 수산화나트륨, 암모니아, 수산화암모늄, 가성 칼륨, 산화마그네슘, 산화철, 알칼리성 재.

특정 실시형태에서, 화학독립영양 미생물의 수성 현탁액은 하나 이상의 전자 공여체 및 CO₂를 원형질로 전환시킨다. 특정 실시형태에서, 수소-산화 미생물의 수성 현탁액을 사용하여 수소 및 이산화탄소를 미생물 원형질로 전환시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 일산화탄소-산화 미생물의 수성 현탁액을 사용하여 일산화탄소 및 수소 및/또는 물을 원형질로 전환시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 메탄-산화 미생물의 수성 현탁액을 사용하여 메탄을 원형질로 전환시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 현탁액 중의 미생물은 박테리아 또는 고세균이다. 특정 비제한적인 실시형태에서, H₂-산화 화학독립영양 미생물의 수성 현탁액 또는 생물막은 일부 다른 용해된 무기 영양소와 함께 H₂ 및 CO₂를 생화학물질 및 원형질로 전환시킨다. 특정 실시형태에서, 다른 용해된 미네랄 영양소는 질소 공급원, 인 공급원 및 칼륨 공급원을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시형태에서, 생성된 원형질은 인간 및/또는 다른 동물 및/또는 다른 종속영양체에게 식품 가치가 있다. 특정 실시형태에서, 특정 생화학물질은 영양 가치 및/또는 다양한 유기 화학 또는 연료 용도에서의 가치를 갖는 원형질 및/또는 세포외 브로쓰로부터 추출될 수 있다. 특정 실시형태에서, 이러한 원형질 생성을 유도하기 위한 세포내 에너지는 전자 수용체에 의한 전자 공여체의 산화로부터 유래된다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 전자 공여체는 H₂; CO; CH₄ 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 전자 수용체는 O₂ 및/또는 CO₂를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 에너지 생성 반응 또는 호흡의 생성물은 물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시형태에서, CO₂로부터의 이러한 생화학물질 및 원형질의 합성을 유도하기 위해 사용되는 호흡으로부터 유래된 세포내 에너지는 ATP를 포함하지만 이에 제한되지 않는 생화학 분자에 저장 및 운반된다. 본원의 특정 실시형태에서 사용되는 크날가스 미생물의 경우, 전자 수용체는 O₂이고, 호흡 생성물은 물이다.

일부 실시형태에서, 단백질 생산 및/또는 생산된 아미노산 분자의 분포는 생물반응기 조건의 제어, 영양소 수준의 제어, 및/또는 세포의 유전적 변형 중 하나 이상을 통해 최적화된다. 특정 실시형태에서, 아미노산, 또는 단백질, 또는 다른 영양소, 또는 전체 세포 생성물에 대한 경로는 특정 성장 조건(예를 들어, 질소, 산소, 인, 황, 미량의 미량영양소 예컨대 무기 이온, 존재하는 경우 일반적으로 영양소 또는 에너지원으로 간주되지 않을 수 있는 임의의 조절 분자의 수준)을 유지함으로써 화학 생성물의 생산을 위해 제어되고 최적화된다. 특정 실시형태에서, 용존 산소(DO)는 미생물의 요건에 따라 브로쓰를 호기성, 미세호기성, 무산소, 혐기성 또는 통성 조건에서 유지함으로써 최적화될 수 있다. 통성 환경은 수주의 성층화에 의해 호기성 상층과 혐기성 하층이 있는 환경으로 간주된다. 본원에 개시된 미생물에 의한 아미노산, 또는 단백질, 또는 다른 영양소, 또는 전체 세포 생성물의 생합성은 탄소와 에너지 및 기타 영양 공급원의 충분한 공급이 있다면, 대수기 동안 또는 세포 배가 멈춘 정지기 이후에 일어날 수 있다.

일부 실시형태에서, 본원에 기재된 미생물을 위한 성장 배지는 또 다른 미생물로부터의 단백질 및/또는 영양소 공급원(예를 들어, 세포 용해물, 단백질 가수분해물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 아미노산, 및/또는 유기 분자 및/또는 다른 미생물로부터의 다른 영양소)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 성장 배지 내의 미생물은 GRAS 미생물이다. 한 실시형태에서, 락트산 박테리아, 예컨대, 비제한적으로, 락토코커스, 락토바실러스, 엔테로코커스, 스트렙토코커스, 또는 페디오코커스 박테리아(예를 들어, GRAS 락트산 박테리아, 예컨대 GRAS 락토코커스, 락토바실러스, 엔테로코커스, 스트렙토코커스, 또는 페디오코커스 박테리아)를 위한 성장 배지는 다른 미생물, 예컨대 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대, 비제한적으로 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 DSM 541을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 임의의 미생물로부터의 세포 용해물, 단백질 가수분해물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 아미노산, 및/또는 유기 분자 및/또는 기타 영양소를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 진균 미생물, 예컨대 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물(예를 들어, GRAS 진균 미생물, 예컨대 GRAS 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 진균 미생물), 예컨대 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 본원에 기재된 임의의 미생물을 위한 성장 배지는 다른 미생물, 예컨대, 비제한적으로, 쿠프리아비두스 미생물, 예컨대, 비제한적으로 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 예를 들어, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator) DSM 531 또는 DSM 541로부터의 세포 용해물, 단백질 가수분해물, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및/또는 아미노산, 및/또는 유기 분자 및/또는 기타 영양소를 포함한다.

일부 실시형태에서, 박테리아 세포를 용해하고/하거나 박테리아 단백질을 가수분해할 수 있는 진균 미생물은 이러한 박테리아 세포의 존재 하에 배양된다. 예를 들어, 박테리아 바이오매는 분리되고 선택적으로 탈수될 수 있고, 그 다음 박테리아 바이오매스 상에 진균 미생물이 접종될 수 있거나, 또는 진균 미생물은 박테리아 바이오매스의 존재 하에 본원에 기재된 바와 같은 성장 배지에서 배양될 수 있다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 진균 미생물은 푸사리움(Fusarium) 또는 리조푸스(Rhizopus) 미생물, 예컨대 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum), 리조푸스 올리고스포루스(Rhizopus oligosporus), 또는 리조푸스 오리자에(Rhizopus oryzae)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

생물반응기, 배양 조건, 종속영양 및 화학영양 성장, 유지, 및 아미노산, 또는 단백질, 또는 다른 영양소, 또는 본원에 기재된 전체 세포 생성물 생산 방법의 특정 예는 미생물 성장 및 아미노산, 또는 단백질, 또는 다른 영양소, 또는 전체 세포 생산의 효율을 개선하기 위해 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

전자 공여체 및 수용체

특정 비제한적인 실시형태에서, 본원에 기재된 미생물은 화학독립영양적으로 성장한다. 예를 들어, 미생물 성장은 O₂ 전자 수용체 및/또는 H₂ 전자 공여체를 이용하여 CO₂의 생합성 환원을 활용할 수 있다. 특정 실시형태에서, O₂ 및 H₂는 물의 전기분해에 의해 생성된다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 물의 전기분해에 의해 생성된 O₂의 일부 및, H₂의 전부는 본원에 기재된 바와 같은 미생물의 수성 현탁액에 공급된다. 특정 비제한적인 실시형태에서, 미생물의 수성 현탁액에 공급된 H₂ 대 O₂의 몰비는 2:1 초과이다. O₂ 전자 수용체 및 H₂ 전자 공여체가 물의 전기분해에 의해 생성되는 특정 비제한적인 실시형태에서, H₂ 및 O₂에 대한 미생물의 모든 대사 요건이 충족된 후에 잉여 O₂가 남아 있다. 이러한 특정 실시형태에서, 잉여 O₂는 인간 및/또는 기타 호기성 생물체 및/또는 뿌리 통기를 위한 수경재배 시스템에 공급될 수 있고/있거나, 가스화 또는 부분 산화 또는 연소 공정에 사용되며/하거나 화학 부산물로서 저장 및 판매된다.

전자 공여체로서 분자 수소를 이용하는 특정 실시형태에서, 재생가능 및/또는 CO₂ 무배출 에너지 입력을 사용하여 분자 수소의 생성에서 형성된 화학적 부산물이 있을 수 있다. 특정 실시형태에서, 호흡에 사용되는 산수소 반응은 산화적 인산화에 효소적으로 연결되어 있다. 특정 실시형태에서, ATP 및/또는 기타 세포내 에너지 운반체는 아미노산 및/또는 단백질의 동화 합성에 이용된다. 특정 실시형태에서, 크날가스 미생물에 의한 탄소 고정 및 유기 화합물 생성을 위한 최적의 조건을 유지하기 위해 호흡에 필요한 것 이상으로 물 분해에 의해 생성된 산소는 상업 산소 가스 생산의 당 분야 및 과학에 공지된 공정 단계들을 통해 판매에 적합한 형태로 가공될 수 있다.

특정 실시형태는 비제한적으로 O₂와 같은 ATP 생산(예를 들어, 호흡)을 위한 에너지 보존 반응에서 CO₂보다 더 많은 전기음성 전자 수용체를 사용하는 수소-산화 및/또는 CO-산화 및/또는 CH₄ 산화 미생물을 적용한다. 예를 들어, 산수소 반응인, 2 H₂ + O₂ -> 2 H₂O를, ATP 생성에 연결하는 수소영양 산수소 또는 크날가스 미생물은 호흡에서 전자 수용체로 CO₂를 사용하는 아세토겐 또는 메탄생성원보다 호흡에 소비되는 H₂ 및/또는 기타 전자 공여체 당 더 많은 ATP를 생성할 수 있다. 예를 들어, 크날가스 미생물은 호흡에서 소비되는 H₂ 당 적어도 2개의 ATP를 생성할 수 있으며[L. Bongers(1970) "Energy generation and utilization in hydrogen bacteria" Journal of bacteriology 104(1):145-151(http://jb.asm.org/content/104/1/145.abstract), 이는 본원에 참고로 포함됨], 이는 호흡에서 전자 공여체로 H₂를 사용하고 전자 수용체로 CO₂를 사용하여 메탄 생성 또는 아세토겐 생성을 겪고 있는 미생물에서 생산할 수 있는 것보다 호흡에서 소비되는 H₂ 당 생산되는 ATP의 8배이다. 이러한 이유로, 비제한적으로 합성가스 또는 H₂로부터의 아미노산 또는 단백질 또는 지방산 생합성과 같은 동화 생합성을 위한 크날가스 미생물과 같이, 호흡 및 ATP 생산에서 더 많은 전기음성 전자 수용체를 사용할 수 있는 미생물을 사용하는 것이 단쇄 산 또는 알콜(예를 들어, 아세트산 또는 에탄올)의 생산을 위한 생물학적 GTC 기술에서 현재 사용되는 것들과 같은 아세토겐 또는 메탄생성물질을 사용하는 것보다 더 효율적일 수 있다. 특정 실시형태에서, 호흡에 사용되는 산수소 반응은 산화적 인산화에 효소적으로 연결되어 있다. 특정 실시형태에서, ATP 생산을 위해 본원에 기재된 미생물 세포에 의해 호기성 호흡이 이용된다. 특정 실시형태에서, 이렇게 형성된 ATP 및/또는 기타 세포내 에너지 운반체는 아미노산 및/또는 단백질의 동화 생합성에 활용된다. 일부 실시형태에서, 크날가스 및/또는 일산화탄소영양 및/또는 메탄영양 및/또는 종속영양 미생물 또는 이들 미생물을 포함하는 조성물이 이용되며, 여기서 미생물은 재생가능한 H₂ 또는 CO 또는 메탄 함유 가스와 조합된, 합성가스 또는 발생로 가스 또는 천연 가스 또는 바이오 가스 또는 CO₂를 포함하지만 이에 제한되지 않는 탄소-함유 가스 공급원료로부터의 화학물질, 단량체, 중합체, 단백질, 다당류, 비타민, 기능식품, 항생제 또는 약제학적 조성물 또는 이의 중간체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 관심의 유용한 탄소계 생성물의 생합성을 가능하게 하는 하나 이상의 효소를 발현한다. 일부 실시형태에서, 이러한 관심 탄소계 생성물은 비제한적으로, 글루코스, 프룩토스 및 기타 당과 같은 유기 다중-탄소 공급원료로부터 종속영양적으로 생합성될 수 있다. 일부 비-제한적인 실시형태에서, 또는 미생물을 포함하는 조성물이 이용되고, 여기서 미생물은 호흡을 통해 1 ATP를 생성하기 위해 4H₂ 또는 NADH 미만을 필요로 한다. 다른 비제한적인 실시형태에서, 호흡을 통해 소비되는 H₂ 또는 NADH 당 하나 이상의 ATP를 생성하는 미생물이 이용된다. 다른 비제한적 실시형태에서, 호흡을 통해 소비되는 H₂ 또는 NADH 당 적어도 2개의 ATP, 또는 호흡을 통해 소비되는 H₂ 또는 NADH 당 적어도 2.5개의 ATP를 생성하는 미생물이 이용된다.

특정 비제한적인 실시형태의 추가 특징은 이산화탄소 및/또는 다른 C1 공급원료를 유기 화합물로 고정하기 위해 화학독립영양 미생물에 의해 사용되는 전자 공여체의 공급원, 생산 또는 재활용에 관한 것이다. 이산화탄소 포집 및 탄소 고정에 사용되는 전자 공여체는 태양광전지, 태양열, 풍력, 수력 발전, 원자력, 지열, 강화 지열, 해양 열, 해양 파력, 조력 발전을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 재생가능 및/또는 저탄소 방출 에너지 기술로부터의 전력을 사용하여 전기화학적 또는 열화학적으로 생성되거나 재활용될 수 있다. 화학독립영양생물이 성장할 수 있는 많은 환원된 무기 화학물질(예를 들어, H₂, CO, H₂S, 철, 암모늄, Mn²⁺)은 태양광전지, 태양열, 풍력, 수력 발전, 원자력, 지열, 강화 지열, 해양 열, 해양 파력, 또는 조력 발전을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 이산화탄소 무방출 또는 저-탄소 방출 및/또는 재생가능한 전력원으로 전력을 공급받을 수 있는 화학 공학 분야 및 과학 분야에 잘 알려진 전기화학적 및/또는 열화학적 공정을 사용하여 쉽게 생성할 수 있다.

재생가능 에너지원으로부터의 수소 생산은 화석 공급원료 시스템으로부터의 생산을 점차적으로 대체하고 있으며, 에너지 부문의 기술 발전은 가까운 미래에 녹색 수소 생산의 가격을 낮출 것으로 예상된다. 예를 들어, 최대 73%의 전기 에너지 효율이 상업 및 산업 등급 전해조에 의해 이미 달성되었으며, 새로운 재료 및 전해조 구성에 대한 연구는 최대 96%의 가능한 효율을 보여주었다. 특정 실시형태는 H₂ 전자 공여체 및/또는 O₂ 전자 수용체의 생성을 위해 70% 이상의 전기 에너지 효율을 갖는 상업적으로 입수가능한 전기분해 기술을 이용한다. 특정 실시형태는 73% 이상의 에너지 효율, 및/또는 최대 96% 이상의 에너지 효율을 갖는 전기분해 기술을 사용한다.

전자 공여체로서 분자 수소를 사용하는 특정 실시형태에서, H₂는: 양성자 교환막(PEM), 액체 전해질 예컨대 KOH, 알칼리 전기분해, 고체 고분자 전해질 전기분해, 고압 전기분해, 고온 증기 전기분해(HTES)를 사용한 접근 방식에 제한되지 않는 물의 전기분해를 통해; 및/또는 산화철 순환, 산화세륨(IV) 산화세륨(III) 순환, 아연-산화아연 순환, 황-요오드 순환, 구리-염소 순환, 칼슘-브롬-철 순환, 하이브리드 황 순환을 포함하지만 이에 제한되지 않는 방법들을 통한 물의 열화학적 분할을 통해; 및/또는 황화수소의 전기분해 및/또는 황화수소의 열화학적 분할; 및/또는 탄소 포집 및 격리(CCS) 가능 메탄 개질을 포함하지만 이에 제한되지 않는 이산화탄소 배출이 적거나 없는 수소를 생산하는 것으로 알려진 기타 전기화학적 또는 열화학적 공정 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 화학 및 공정 공학의 기술 및 과학에 잘 알려진 방법에 의해 생성된다. 특정 실시형태에서, H₂를 생성하기 위한 접근법은 재생가능한 전기 에너지 및/또는 저온실 가스(GHG) 공급원으로부터의 전기에 의해 구동되는 전기분해를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, 전기분해는 태양광전지 및/또는 태양열; 풍력, 수력 발전; 원자력; 지열; 강화 지열; 해양 열; 해양 파력; 조력 발전을 포함하지만 이에 제한되지 않는 것 중 하나 이상에 의해 구동된다.

전 세계적으로 막대한 풍력 에너지 자원이 있으며, 그 중 아주 적은 비율만 사용된다. 낮은 전류 사용률은 주로 풍력 자원의 간헐적 특성에 기인하며, 시간이 지남에 따라 발전량이 다양하고 대부분의 시간 동안 에너지 수요를 충족시키기 위한 용량의 활용도가 낮다. 풍력 공급과 그리드 수요 사이의 일반적인 불일치는 공급 과잉으로 인해 터빈을 셧다운시키기 위해 풍력 발전 단지에 비용을 지불한 스코틀랜드[http://www.mnn.com/earth-matters/energy/blogs/blown-away-wind-turbines-generate-enough-energy-to-power-every-home-in], 풍력이 높은 밤에 전기가 무료로 제공되고 그리드 수요가 낮은 텍사스의 일부[http://www.nytimes.com/2015/11/09/business/energy-environment/a-texas-utility-offers-a-nighttime-special-free-electricity.html?_r=2]와 같은 전 세계의 예에서 나타난다. 이 문제는 본원의 특정 실시형태에서 공정을 위한 H₂ 공급원료를 생산하기 위해 피크 수요가 아닌 시간 동안 생산된 풍력을 활용함으로써 해결할 수 있다.

현재, 수소는 소위 "전력-에서-가스로(power-to-gas)" 접근법에서 가능한 에너지 저장 시스템으로 점점 더 간주되고 있다. 재생가능 에너지 생산(특히 태양광 및 풍력 에너지)의 고유한 불안정성과 과도한 그리드 전력(오프-피크 에너지)은 물 전기분해를 통한 수소 생산으로 완화될 수 있다. 대부분의 현재 계획에 따르면, 생산된 수소 가스는 수요가 가장 많은 기간 동안 연료 전지 및/또는 가스 터빈에 의해 다시 전기로 변환될 수 있다. 또는 대안적으로, H₂는 가스 그리드로 공급되거나 메탄화를 통해 메탄으로 전환될 수 있다. 또한, 수소는 화학, 석유화학, 야금 및 식품 산업의 원료로 사용될 수 있다. 특정 실시형태는 H₂가 생화학물질 및 특히 단백질, 아미노산, 비료 및 생자극제를 포함하는 더 넓은 범위의 제품에서 사용될 수 있도록 함으로써 전력-가스 프레임워크 내에서 새로운 옵션을 제공한다. 특정 실시형태에서, 과잉 그리드 전기 및/또는 오프-피크 에너지를 사용하여 생성된 수소는 수소-이용 미생물에서 발생하는 하나 이상의 대사 경로에 대한 전자 공여체로서 사용된다. 특정 실시형태에서, 수소-산화 박테리아 및/또는 호기성 박테리아에 의한 미생물 생합성에 필요한 수소 및/또는 산소는 재생 에너지, 및 특히 오프-피크 전기, 즉 에너지 공급이 수요를 초과할 때 사용할 수 있고 현재 상황에서는 종종 낭비되는 전력을 사용하는 물 전기분해에 의해 생성된다.

특정 실시형태에서, H₂ 및 CO₂ 가스의 현장 저장은 재생가능 발전이 전기 수요를 초과하는 기간에만 그리드의 전력 전환을 가능하게 한다. 특정 실시형태에서, 수요가 더 높은 기간 동안 전력은 평소와 같이 그리드로 흐르도록 허용된다. 특정 실시형태에서, 프로세스는 재생가능한 전력 공급을 방해하지 않고 오히려 비제한적으로 풍력 및 태양열과 같은, 재생가능한 발전 용량의 보다 완전한 활용을 가능하게 한다. 특정 실시형태는 발전이 그리드 수요를 초과하는 기간 동안에도 계속 재생가능한 작동 및 발전을 허용한다(예를 들어, 오프-피크 풍력 또는 태양광 발전).

특정 실시형태에서, 수소 전자 공여체는 이산화탄소 방출량이 적거나 전혀 없는 상태에서 반드시 생성되는 것은 아니다. 그러나, 이러한 특정 실시형태에서, 수소는 화학 및 공정 공학 분야에 공지된 방법을 사용하여 지속 가능하거나 낮은 가치의 에너지 및/또는 탄소 공급원으로부터 생성된다. 이러한 방법은 농업 자재, 목재, 메탄 수화물, 짚, 해초 및 다시마, 및 일반적으로 낮은 가치의, 높은 리그노셀룰로오스 바이오매스 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 공급원료의 가스화, 열분해, 증기 개질 또는 자열 개질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, H₂ 및/또는 CO 및/또는 CO₂를 함유하는 합성 가스 또는 발생로 가스가 전자 공여체 및/또는 탄소원으로서 사용된다. 특정 실시형태에서, 합성가스 또는 발생로 가스에 함유된 H₂ 및/또는 CO 및/또는 CO₂는 재생가능 및/또는 저-GHG 에너지원 및 본원에 기재된 것 중 하나 이상과 같은 전환 공정을 사용하여 생성된 H₂에 의해 보충된다.

특정 비제한적인 실시형태에서, CO₂의 감소가 일어나고/나거나 식품 또는 영양 공급원으로 사용될 수 있는 세포 물질의 합성이 발생한다. 특정 실시형태에서, 합성가스 또는 발생로 가스 중 수소 대 일산화탄소의 비율은 가스가 미생물 배양으로 전달되기 전에 수성 가스 전환 반응 및/또는 탄소 포집을 통해 조정될 수 있다. 특정 실시형태에서, C1 화합물은 메탄 또는 천연 가스, 특히 좌초된 천연 가스, 그렇지 않으면 연소되거나 대기로 방출될 천연 가스, 또는 바이오가스 또는 매립 가스의 메탄 증기 개질을 통해 생성되고, 합성가스 및/또는 발생로 가스 또는 C1 화합물의 액체 스트림으로서 미생물의 배양물에 제공하고, 여기서 특정 실시형태에서 합성가스 또는 발생로 가스 중 수소 대 일산화탄소의 비율은 미생물 배양으로 가스를 전달하기 전에, 수성 가스 전환 반응 및/또는 탄소 포집을 통해 조정될 수 있다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지만, 제한하기 위한 것은 아니다.

실시예

실시예 1. 에멀젼 안정성

시간이 지남에 따라 특성의 변화에 저항하는 에멀젼의 능력을 조사하였다.

연구 샘플:

● 유장 단백질 단리물(PI)(50% 단백질)

● 당-성장된 전체 세포 바이오매스(WCB)(12.86%N; 70.9% 단백질, 5.5 존스 인자(Jones factor) 사용)

절차: 5 g 단백질 용액과 5 g 오일의 혼합물을 균질화기에서 잘 혼합하였다. 그 혼합물을 실온에서 인큐베이션하였다. 수상의 부피를 측정하였다. 퍼센트 에멀젼 안정성은 하기 식에 따라 계산되었으며:

식 중, V _B 는 유화 전 수상의 부피이고,

V _A 는 설정 시간(예를 들어, 30분) 후 수상의 부피이다.

유장 PI 및 WCB의 에멀젼 안정성

증류수에서 단백질 용액을 제조하였다: 4.58% 유장 PI, pH6.50; 4.33% WCB, pH6.26. 5 g의 단백질 용액을 5 g의 옥수수유와 혼합하고, IKA Turrax T25 디지털 균질화기에서 5분 동안 균질화하였다. 에멀젼 용액을 눈금 실린더로 옮기고, 수성층의 부피를 측정하였다. 결과는 표 1에 개시되어 있다.

표 I. % 에멀젼 안정성

실시예 2. 에멀젼 용량

오일을 유화시키는 단백질 용액의 능력을 조사하였다.

연구 샘플:

● 유장 단백질 단리물(PI)(50% 단백질)

● 당-성장된 전체 세포 바이오매스(WCB)(12.86%N; 70.9% 단백질 5.5 존스 인자(Jones factor) 사용)

절차: 고정 중량의 단백질 용액 및 상이한 중량의 오일을 사용하여 상이한 혼합물을 제조하였다. 균질화기를 사용하여 에멀젼을 형성하였다. 각 유화 샘플의 전도도를 측정하였다. 에멀젼 용량은 하기 식에 따라 오일-물(수중유적)에서 물-ㅇ오일(유중수적)으로의 반전 지점에서 계산하였다:

유장 PI의 경우, 2 g 단백질 용액(고형분 4.583%) 및 4 g 및 5 g 오일에서 반전 지점이 발생하였다. 에멀젼 용량은 98.19 g 오일/g 단백질이었다. 결과는 도 2에 개시되어 있다.

WCB의 경우, 3 g 단백질 용액(고형분 4.327%) 및 4 g 및 5 g 오일에서 반전 지점이 발생하였다. 에멀젼 용량은 46.26 g 오일/g 단백질이었다. 결과는 도 3에 개시되어 있다.

전술한 발명이 이해의 명료함을 위해 예시 및 실시예를 통해 일부 상세하게 설명되었지만, 특정 변형 및 수정이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 발명의 상세한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본원에 인용된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 마치 각각의 개별 간행물, 특허 또는 특허 출원이 참조로 포함되는 것으로, 구체적이고 개별적으로 표시된 것처럼 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 포함된다.

Claims (59)

1. 미생물로부터의 헴-함유 폴리펩타이드를 포함하는 풍미 증강제.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 폴리펩타이드는 가열될 때 헴을 방출하여, 고기와 같은 풍미 및/또는 향을 부여하는, 풍미 증강제.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 헴-함유 폴리펩타이드가 미생물로부터 단일 세포 단백질, 단백질 가수분해물, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 펩타이드, 및/또는 올리고펩타이드로서 가공되고/되거나, 또는 미생물로부터 단리 또는 정제되는, 풍미 증강제.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 헴-함유 폴리펩타이드가 헴-함유 효소의 헴-함유 도메인인, 풍미 증강제.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 미생물이 크날가스(knallgas) 미생물인, 풍미 증강제.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 크날가스 미생물이 쿠프리아비두스(Cupriavidus) 미생물인, 풍미 증강제.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 쿠프리아비두스 미생물이 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)인, 풍미 증강제.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 크날가스 미생물이 미세호기성 조건하에 성장되는, 풍미 증강제.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 미생물이 헴-함유 폴리펩타이드의 과발현을 위해 조작되는, 풍미 증강제.
10. 청구항 1에 따른 풍미 증강제, 및 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 구조화된 식품으로서, 상기 풍미 증강제 및 단백질 생성물은 동일하거나 상이한 미생물로부터 유래될 수 있는, 구조화된 식품.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 풍미 증강제 및/또는 단백질 생성물이 유래된 미생물이 화학독립영양적으로 성장된 미생물을 포함하는, 구조화된 식품.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 화학독립영양적으로 성장된 미생물이 쿠프리아비두스 미생물을 포함하는, 구조화된 식품.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 풍미 증강제 및/또는 단백질 생성물이 유래된 미생물이 제2 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 영양 공급원 상에서 성장된 제1 미생물인, 구조화된 식품.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 미생물이 쿠프리아비두스 미생물을 포함하는, 구조화된 식품.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 미생물이 일반적으로 안전하다고 인정되는(GRAS) 미생물인, 구조화된 식품.
16. 청구항 10에 있어서,
    상기 풍미 증강제 및/또는 단백질 생성물이 유래된 미생물이 비-유전자변형 유기체(비-GMO)인, 구조화된 식품.
17. 청구항 10에 있어서,
    상기 식품이 동물-유래된 생체분자를 함유하지 않는, 구조화된 식품.
18. 청구항 10에 있어서,
    상기 단백질 생성물이 하나 이상의 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 이들의 조합을 포함하는, 구조화된 식품.
19. 청구항 10에 있어서,
    미생물 단백질 생성물로부터의 약 5중량% 내지 약 50중량% 단백질을 포함하는, 구조화된 식품.
20. 청구항 10에 있어서,
    상기 식품이 구조화된 육류 유사체 제품인, 구조화된 식품.
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 구조화된 육류 유사체 제품이 구조화된 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 또는 해산물 유사체 제품인, 구조화된 식품.
22. 청구항 20에 있어서,
    상기 구조화된 육류 유사체 제품이 천연 육류의 질감 및/또는 관능적 특성을 재현하는, 구조화된 식품.
23. 청구항 20에 있어서,
    상기 육류 유사체 제품이 다진 고기 또는 살코기(ground or muscle meat)의 구조를 모방하는, 구조화된 식품.
24. 청구항 10에 있어서,
    상기 구조화된 식품이 비타민 및/또는 영양소가 보충된, 구조화된 식품.
25. 청구항 24에 있어서,
    상기 보충 비타민 및/또는 영양소가 적어도 하나의 아미노산, 지질, 오일, 지방산, 비타민 B12, 비오틴, 항산화제, 미네랄, 계면활성제, 및 유화제를 포함하는, 구조화된 식품.
26. 청구항 24에 있어서,
    상기 구조화된 식품이 구조화된 육류 유사체 제품인, 구조화된 식품.
27. 청구항 1에 따른 풍미 증강제, 및 미생물로부터의 단백질 생성물을 포함하는 구조화된 식품의 생산을 위한 도우 조성물(dough composition)로서, 상기 풍미 증강제 및 단백질 생성물은 동일하거나 상이한 미생물로부터 유래될 수 있는, 도우 조성물.
28. 청구항 27에 있어서,
    상기 풍미 증강제 및/또는 단백질 생성물이 유래된 미생물이 화학독립영양적으로 성장된 미생물을 포함하는, 도우 조성물.
29. 청구항 28에 있어서,
    상기 화학독립영양적으로 성장된 미생물이 쿠프리아비두스 미생물을 포함하는, 도우 조성물.
30. 청구항 27에 있어서,
    상기 단백질 생성물이 하나 이상의 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 이들의 조합을 포함하는, 도우 조성물.
31. 청구항 30에 있어서,
    상기 단백질 생성물이 단백질 가수분해물을 포함하는, 도우 조성물.
32. 청구항 31에 있어서,
    상기 가수분해물에서 단백질의 평균 분자량이 약 5 kD 내지 약 10 kD인, 도우 조성물.
33. 청구항 31에 있어서,
    상기 단백질 가수분해물이 비변성 구상 단백질을 보유하는 조건하에 생성되는, 도우 조성물.
34. 청구항 33에 있어서,
    상기 비변성 구상 단백질을 보유하는 조건은 약한 세포 용해, 및 세포 잔해로부터 가용성 성분들의 물리적 분리를 포함하는, 도우 조성물.
35. 청구항 33에 있어서,
    상기 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 단백질 생성물이 제2 단백질 생성물에 첨가되어 구조화 및/또는 섬유 형성을 촉진하는, 도우 조성물.
36. 청구항 35에 있어서,
    상기 제2 단백질 생성물은 하나 이상의 밀 글루텐, 대두, 완두콩, 밀, 우유, 조류 및 기타 비동물성 단백질을 포함하는, 도우 조성물.
37. 청구항 27에 있어서,
    상기 도우의 수분 함량이 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w)인, 도우 조성물.
38. 청구항 27에 있어서,
    상기 도우의 전단 강도가 약 1000 psig 초과인, 도우 조성물.
39. 구조화된 식품을 생산하는 방법으로서,
    (a) 탄소원의 존재 하에 미생물을 배양하여, 단백질을 포함하는 바이오매스를 생산하는 단계로서, 상기 바이오매스가 적어도 하나의 헴-함유 폴리펩타이드를 포함하는, 단계;
    (b) 상기 바이오매스를 단백질 생성물로 전환시키는 단계; 및
    (c) 상기 단백질 생성물을 구조화된 식품 조성물로 가공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
40. 구조화된 식품을 생산하는 방법으로서,
    (a) 탄소원의 존재 하에 미생물을 배양하여, 단백질을 포함하는 바이오매스를 생산하는 단계;
    (b) 상기 바이오매스를 단백질 생성물로 전환시키는 단계; 및
    (c) 상기 단백질 생성물을 구조화된 식품 조성물로 가공하는 단계
    를 포함하며,
    여기서 단계 (b) 또는 단계 (c)는 풍미 증강제의 첨가를 포함하고, 상기 풍미 증강제는 미생물로부터의 헴-함유 폴리펩타이드를 포함하고, 상기 풍미 증강제 및 단백질 생성물은 동일하거나 상이한 미생물로부터 유래될 수 있는, 방법.
41. 청구항 39 또는 40에 있어서,
    상기 단계 (a)가 화학독립영양 배양 조건을 포함하는, 방법.
42. 청구항 41에 있어서,
    상기 화학독립영양 배양 조건이 미세호기성 배양 조건을 포함하는, 방법.
43. 청구항 39 또는 40에 있어서,
    상기 탄소원이 기체 C1 분자를 포함하는, 방법.
44. 청구항 43에 있어서,
    상기 기체 C1 분자가 이산화탄소를 포함하는, 방법.
45. 청구항 41에 있어서,
    상기 미생물이 쿠프리아비두스 미생물을 포함하는, 방법.
46. 청구항 39 또는 40에 있어서,
    상기 단백질 생성물은 하나 이상의 단일 세포 단백질, 세포 용해물, 단백질 단리물, 단백질 추출물, 단백질 가수분해물, 유리 아미노산, 펩타이드, 올리고펩타이드, 및 이들의 조합을 포함하는, 방법.
47. 청구항 46에 있어서,
    상기 단계 (c)는 단백질 생성물을 도우 조성물로 가공하는 단계를 포함하는, 방법.
48. 청구항 47에 있어서,
    도우의 열화학 공정을 추가로 포함하는, 방법.
49. 청구항 48에 있어서,
    상기 열화학 공정은 압출을 포함하는, 방법.
50. 청구항 47에 있어서,
    상기 단계 (c)가 방사 공정(spinning process)을 포함하여, 섬유를 생산하는, 방법.
51. 청구항 47에 있어서,
    상기 단계 (c)가 구조화된 하이드로콜로이드 형성을 위한 공정을 포함하는, 방법.
52. 청구항 39 또는 40에 있어서,
    상기 구조화된 식품이 구조화된 육류 유사체 제품인, 방법.
53. 청구항 52에 있어서,
    상기 구조화된 육류 유사체 제품이 구조화된 쇠고기, 가금류, 돼지고기, 생선, 또는 해산물 유사체 제품인, 방법.
54. 청구항 52에 있어서,
    상기 구조화된 육류 유사체 제품이 천연 육류의 질감 및/또는 관능적 특성을 재현하는, 방법.
55. 청구항 52에 있어서,
    상기 육류 유사체 제품이 다진 고기 또는 살코기의 구조를 모방하는, 방법.
56. 청구항 27에 따른 도우 조성물을 구조화된 육류 유사체 조성물로 가공하는 열화학 공정으로서, 도우 조성물을 압출하여, 정렬된 섬유를 생산하는 단계를 포함하는, 공정.
57. 청구항 56에 있어서,
    상기 단백질 생성물이 단백질 가수분해물을 포함하는, 열화학 공정.
58. 청구항 57에 있어서,
    상기 미생물이 화학독립영양적으로 성장된 미생물을 포함하는, 열화학 공정.
59. 청구항 58에 있어서,
    상기 화학독립영양적으로 성장된 미생물이 쿠프리아비두스 미생물을 포함하는, 열화학 공정.

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