KR20230041957A - 수소 산화 박테리아를 사용하여 바이오매스를 생성하기 위한 방법 - Google Patents
수소 산화 박테리아를 사용하여 바이오매스를 생성하기 위한 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 제어되는 하나 이상의 기체 기질 및 영양 조성물을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 적어도 65%의 단백질을 포함하는 바이오매스를 생성하기 위한 방법을 제공하고, 여기서 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 속도로 생성된다. 생성되고 분리된 바이오매스는 사료로 유용하거나 하나 이상의 유기체에 영양을 제공하는 데 유용하다.
Description
발명의 분야
본 발명은 하나 이상의 기체 기질을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 적어도 65% 단백질을 포함하는 바이오매스(biomass)를 생성하기 위한 방법을 제공한다.
발명의 배경
자원 사용과 온실 가스(GHG) 배출을 줄이기 위해서는 보다 지속 가능한 방식으로 식품 공급원으로서의 단백질을 생성해야 한다. 증가하는 세계 인구는 자원과 환경의 가용성에 대해 점점 더 많은 압력을 가하고 있다. 고기, 생선, 우유 및 계란과 같은 동물성 생성물은 단백질의 중요한 식이 공급원이지만, 가축은 넓은 농경지, 에너지 및 물을 사용한다. 이것은 주로 동물 사료가 이 목적을 위해 특별히 재배된 다량의 식물로 구성되어 있다는 사실 때문이다. 동물 사료 또는 심지어 사람이 직접 소비하는 단백질 구성요소의 대체 공급원은 특정 영양 요구에 맞게 조성을 조정할 수 있는 미생물 단백질이다. 미생물 단백질은 생산 시 토지, 에너지 및 물 사용의 효율성으로 인해 고도로 지속 가능한 단백질 공급원으로 간주된다.
많은 산업 공정은 다른 가스 구성요소 중 이산화탄소를 포함하는 오프-가스 스트림을 생성한다. 예를 들면 연소, 석회, 비료 및 시멘트를 통한 에너지 생산이 있으며, 이는 대기 중 이산화탄소 및 기타 GHG의 주요 공급원이다. 산업 공급원의 탄소 산화물은 주로 화석 연료 및/또는 화학 물질의 연소에 의해 생성되며 유해한 환경 조건에 기여하기 때문에 GHG로 분류된다. 폐기물 연소를 포함하는 다른 산업 공정에는 도시 고형 폐기물, 하수 슬러지, 플라스틱, 타이어, 농업 잔류물 등은 물론 석탄 또는 가스를 사용하는 발전소가 있다.
미생물은 생존하고 성장하고 화학 생성물을 생성하기 위해 탄소원이 필요하다. 따라서, 산업 가스 유출물에서 파생된 탄소 산화물은 단백질이 풍부한 식품의 미생물 매개 생산을 위한 탄소를 얻기 위한 잠재적으로 저렴하고 지속 가능하며 확장 가능한 수단과 대기로 직접 방출되는 이산화탄소의 양을 줄이는 방법을 나타낸다.
따라서, 기체 공급원료를 고품질 바이오매스 공급원으로 전환할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 예를 들어 동물 사료 또는 인간의 직접적인 소비와 같은 유용한 바이오매스의 생물학적 생산을 위한 개선되고 단순하며 생산성이 높고 경제적인 방법이 필요하다.
이전 작업은 이산화탄소 가스를 고정 탄소로 포집하고 전환하는 화학독립영양 미생물의 특정 응용에 관한 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 접근법 중 다수는 설명된 방법의 효율성, 경제적 타당성, 실용성 및 상업적 채택을 제한하는 단점을 갖고 있다. 특히, 공정을 경제적으로 매력적이지 않게 만들지 않으면서, 지속적으로 안정적인 방식으로 높은 단백질 함량과 조합된 바람직하게는 생물반응기의 액체 상에서 미생물의 고농도를 유지함으로써 최대 생산성을 달성하는 것은 도전 과제이다.
특허 US9157058B2(WO2013090769A2)는 전자 공여체, 전자 수용체, 탄소원 또는 기타 영양분으로서 하나 이상의 기체를 사용하는 미생물 및/또는 생물공정의 성장 및 유지를 위한 장치 및 방법, 및 수소 및 이산화탄소, 또는 합성가스, 또는 생산자 가스를 지질 생성물, 바이오-기반 오일 또는 생화학적 생성물로 전환시키는 생물공정을 위한 장치 및 방법을 기술하고 있다. 그러나, 이는 미생물의 성장과 유지를 위한 최적의 조건을 공개하지 않고 있으며, 단백질 생산 능력을 최적화하는 과정도 공개하지 않는다.
특허 US9206451B2는 산업 폐기물로부터 탄소를 포획하기 위해 화학독립영양 미생물을 사용하는 시스템 및 방법을 설명하지만, 성장 및 유지를 위한 제어된 최적 공정 조건이나 바람직한 미생물을 개시하지 않으며 단백질 생산 능력을 최적화하는 공정을 개시하지도 않는다.
특허 출원 WO2018144965A1은 재생 가능한 수소 및 폐기물 이산화탄소 생산자 가스 또는 합성 가스와 같은 기체 기질을 고단백질 바이오매스로 전환시키는 미생물 및 생물공정을 설명한다. 그러나, 이는 미생물의 성장과 유지를 위한 제어된 최적의 공정 조건을 공개하지 않으며 단백질 생산 능력을 최적화하는 공정도 공개하지 않는다.
특허 출원 WO2019010116A1은 수성 배양 배지에서 이 목적을 위해 특별히 선택된 미생물 세포의 컨소시엄을 배양함으로써 이산화탄소, 수소 및 산소와 같은 단순 가스 공급원료로부터 다중 탄소 화합물을 생성하기 위한 방법을 설명한다. 그러나, 이는 미생물의 성장과 유지를 위한 제어된 최적의 공정 조건을 공개하지 않거나 단백질 생산 능력을 최적화하는 공정도 공개하지 않는다.
문헌 [T G Volova and V A Barashkov; in: "Characteristics of Proteins Synthesized by Hydrogen-Oxidizing Microorganisms"; Applied Biochemistry and Microbiology, 2010]은 수소-산화 박테리아를 배양하여 64 내지 76%의 건조 중량 단백질 함량을 가진 바이오매스를 생성하는 공정을 설명하지만, 사용된 이산화탄소, 수소 및 산소의 양은 공개되지 않았거나 생산성을 최적화하는 공정도 공개하지 않았다.
특허 출원 US2010120104A1은 절대적 및/또는 조건적 화학독립영양 미생물 및/또는 화학독립영양 미생물로부터의 효소를 함유하는 세포 추출물을 통해 탄소를 포획함으로써 바이오매스를 생성하기 위한 다단계 방법을 개시한다. 상기 방법에 사용하기 위한 다수의 상이한 전자 공여체 및 수용체 및 미생물이 개시되어 있으며, 특정 공정 매개변수는 기술되어 있지 않다.
특허 출원 WO2011139804A2는 옥시수소 미생물에 의해 하나의 탄소 원자로 탄소를 포획함으로써 바이오매스를 생산하는 방법 및 수소 및 산소 기체를 이용하는 적합한 생물반응기를 개시하고 있으며, 여기서 기체의 부피는 부피가 위치하는 컬럼의 총 부피의 적어도 약 2%를 차지한다. 단백질 생산 능력의 최적화를 위한 특정 공정 매개변수는 기술되지 않는다.
특허 출원 WO2017165244A1은 화학독립영양 미생물에 의해 단지 하나의 탄소 원자를 함유하는 무기 및/또는 유기 분자의 포획 및 전환에 의해 바이오매스를 생성하기 위한 방법을 개시한다. 쿠프리아비두스 네카토르는 6일에 걸쳐 40 g/리터 초과의 바이오매스 밀도를 건조시키기 위해 표준 기성 실험실 규모 생물반응기에서 H2 및 CO2로 성장한 것으로 밝혀졌다. 또한 유일한 탄소 및 에너지원으로서 불특정 Knallgas 혼합물을 갖는 액체 MSM 배지에서 성장한 쿠프리아비두스 네카토르 균주 DSM 531 및 DSM 541은 산술 성장 상(arithmetic growth phase) 동안 취해진 샘플에 있어서 각각 70 중량% 초과 및 80 중량% 초과의 총 단백질을 축적하는 것으로 개시되어 있다. 그러나, 쿠프리아비두스 네카토르는 높은 산업적 비율로 높은 단백질 함량을 갖는 바이오매스의 생산에 최적이지 않은 산소-제한 조건 하에 성장하는 것으로 개시된다. 게다가, 쿠프리아비두스 네카토르를 성장시키는데 사용된 개시된 시스템은 연속-공급-배치식(continuous-fed-batch) 시스템이며, 여기서 비성장속도(specific growth rate)는 개시되지 않은 기체 전달 속도의 함수이다. 따라서, WO2017165244A1은 높은 단백질 함량을 포함하는 바이오매스가 높은 속도로 생산될 수 있는 것으로 개시되지 않거나 높은 단백질 함량 및/또는 높은 바이오매스 생산 속도를 갖는 바이오매스를 수득하기 위해 사용되는 이산화탄소, 수소 및 산소의 양이 개시되어 있지 않다.
문헌 [Morinaga et al. in "Growth Characteristics and Cell Composition of Alcaligenes eutrophus in Chemostat Culture"; Agric. Biol. Chem., 1977]은 알칼리제네스 유트로푸스(Alcaligenes eutrophus)를 배양하기 위한 조건을 개시하나, 이들은 65% 초과의 단백질 함량과 함께 약 7.2 g/l/d 초과의 속도로 바이오매스의 생성을 달성하는 방법을 개시하지 않거나 고농도의 미생물을 지지할 수 있는 성장 배지를 개시하지 않는다. 따라서, 고밀도의 미생물과 높은 생산성을 조합하는 것은 도전 과제이다.
따라서, 새로운 또는 종래의 제어 가능하고 확장 가능한 함유된 반응 용기에서 성장할 수 있고 높은 속도의 생산성으로 안정하고 상업적으로 실행 가능한 방식으로 단백질 및 기타 영양적으로 유익한 생성물을 생산할 수 있는 일련의 화학독립영양 미생물을 식별할 필요성이 남아 있다. 이러한 미생물의 성장 및 유지는 바람직하게는, 생물반응기의 액체 상에서 미생물의 높은 농도를 유지함으로써 제어된 최적의 공정 조건에 의해 관리되어 미생물의 대사 및 생리학적 프로필을 미세 조정하여 궁극적으로 높은 단백질 함량을 가진 고품질 바이오매스의 높은 생산을 가져온다.
발명의 개요
본 발명은 높은 생산성으로 높은 단백질 함량을 함유하는 고품질 바이오매스를 생산하기 위한 상업적으로 실행가능한 방법을 제공한다. 이는 제어된 최적 공정 조건에 의해 관리되는 기체 탄소원 및 에너지원을 포함하는 투입 스트림, 제어된 최적 공정 조건에 의해 관리되는 영양분 공급 및 화학독립영양 수소 산화 미생물의 배양을 사용함으로써 달성된다. 이 해결책은 기질 제한을 줄이고 최적화하며, 더 높은 산소 이용을 가능하게 하며, 이에 의해 바람직하게는 잠재적으로 폭발성 가스 혼합물의 완화를 통해 달성될 수 있는 생물반응기 내에서 안전한 작동 조건을 유지하는 방식으로 생산성을 향상시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 수소 및/또는 산소 및/또는 이산화탄소를 포함하는 하나 이상의 기체 물질을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65%의 단백질을 포함하는 바이오매스를 생성하기 위한 방법으로서, 액체 상 중의 미생물을 탄소 및/또는 질소 및/또는 인 포함 화합물을 포함하는 영양 조성물 및 기체 기질을 포함하는 영양 조성물과 접촉시키는 것을 포함하며, 투입 스트림 및 영양 조성물이 제어되고, 바이오매스가 10 g/l/d 초과의 비율로 생성되는, 방법을 제공하고자 하는 것이다.
투여 스트림을 제어하는 것이 액체 상과 직접 접촉하는 기체 상으로부터 0 내지 500 mm, 바람직하게는 0 내지 100 mm 간격 내에서 액체 상에서 0 내지 12.748:0 내지 4.25:0 내지 2.0의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함하는 방법을 제공하는 것이 추가의 목적이다.
알칼리지네스 종(Alcaligines sp.) 속으로부터 선택되는 박테리아로부터 바이오매스를 생산하는 방법을 제공하는 것이 추가의 목적이다.
쿠프리아비두스 종(Cupriavidus sp.) 속으로부터 선택되는 박테리아로부터 바이오매스를 생산하는 방법을 제공하는 것이 추가의 목적이다.
추가 양태에서, 본 발명은 다운스트림 처리를 포함하여, 생성된 바이오매스를 분리하고 영양 조성물을 제거하는 방법을 제공한다.
추가의 목적은 바이오매스가 5 중량% 미만의 수분 함량을 포함하도록 바이오매스를 탈수 및/또는 건조시키는 것을 포함하는, 영양 조성물을 제거함으로써 생성된 바이오매스를 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
추가의 목적은 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.9 내지 4.8%의 히스티딘 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.0 내지 6.9%의 이소류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.8 내지 12.0%의 류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.0 내지 11.1%의 리신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.1 내지 5.4%의 메티오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 8.5%의 페닐알라닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.6 내지 6.9%의 트레오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.4 내지 3.9%의 트립토판 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 9.3%의 발린 함량을 포함하는 아미노산 함량을 포함하는 단백질을 포함하는 바이오매스를 제공하는 것이다.
추가의 양태에서, 본 발명은 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C16:0 팔미트산 함량, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 3.8 내지 22.3%의 C16:1 팔미톨레산 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C17:1 헵타데센산 함량을 포함하는 지방산 함량을 포함하는 총 바이오매스 건조 중량의 2.3 내지 18%의 액체 함량을 포함하는 바이오매스를 제공한다.
또 다른 추가의 목적은 생성된 바이오매스를 분리하는 방법에 의해 수득된 영양 조성물의 바이오매스 생산용 영양 조성물로서의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 바이오매스가 하나 이상의 유기체에 영양분을 공급하거나 제공하는 데 사용되는 바이오매스의 용도를 제공하는 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 방법을 작동하기 위한 시스템의 바람직한 구현예를 개시한다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g 당 필수 아미노산의 양의 범위의 예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 지방산 함량 중 가장 풍부한 지방산 비율의 예를 보여준다.
도 4는 동물 농업에 사용되는 전형적인 콩가루 및 어분의 것과 비교하여 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g 당 필수 아미노산의 양의 범위의 예를 보여준다.
도 5는 산소(도 5a) 및 수소(도 5b)의 상이한 투입 농도 백분율에서 바이오매스 생산 속도의 추정을 보여준다.
도 6은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준의 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 보여주며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중의 수소:산소 몰비를 첨가하는 것을 포함한다.
도 7은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준의 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 보여주며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 비성장속도를 제어하는 것을 포함한다.
도 8a는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생산 속도와 관련하여 바람직한 수소 전달 속도의 추정을 보여준다.
도 8b는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생산 속도와 관련하여 바람직한 산소 전달 속도의 추정을 보여준다.
다음 목록은 도면에 사용된 참조 번호의 정의를 포함한다:
1 산소/공기 투입
2 수소 투입
3 이산화탄소 투입
4 무기 질소(예를 들어, 우레아) 첨가
5 pH 완충제 첨가
6 액체 성장 배지 첨가
7 미사용 가스 재활용
8 바이오매스를 함유한 액체 제거
9 다운스트림 처리 단계
10 액체 재활용
11 선택적 다운스트림 처리 단계
도 1은 방법을 작동하기 위한 시스템의 바람직한 구현예를 개시한다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g 당 필수 아미노산의 양의 범위의 예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 지방산 함량 중 가장 풍부한 지방산 비율의 예를 보여준다.
도 4는 동물 농업에 사용되는 전형적인 콩가루 및 어분의 것과 비교하여 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g 당 필수 아미노산의 양의 범위의 예를 보여준다.
도 5는 산소(도 5a) 및 수소(도 5b)의 상이한 투입 농도 백분율에서 바이오매스 생산 속도의 추정을 보여준다.
도 6은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준의 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 보여주며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중의 수소:산소 몰비를 첨가하는 것을 포함한다.
도 7은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준의 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 보여주며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 비성장속도를 제어하는 것을 포함한다.
도 8a는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생산 속도와 관련하여 바람직한 수소 전달 속도의 추정을 보여준다.
도 8b는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생산 속도와 관련하여 바람직한 산소 전달 속도의 추정을 보여준다.
다음 목록은 도면에 사용된 참조 번호의 정의를 포함한다:
1 산소/공기 투입
2 수소 투입
3 이산화탄소 투입
4 무기 질소(예를 들어, 우레아) 첨가
5 pH 완충제 첨가
6 액체 성장 배지 첨가
7 미사용 가스 재활용
8 바이오매스를 함유한 액체 제거
9 다운스트림 처리 단계
10 액체 재활용
11 선택적 다운스트림 처리 단계
발명의 상세한 설명
정의
본원에서 바이오매스는 미생물 및 이의 자손, 생성물 및/또는 대사산물의 총 중량을 의미하는 것으로 이해된다.
본원에서 생물반응기는 일반적으로 헤드스페이스라고 하는 기체 상 및 액체 상을 포함하는 미생물을 유지 및/또는 성장시키기 위한 시스템으로 이해된다. 미생물은 액체 상에서 성장하고 유지된다.
수소-산화 미생물은 전자 공여체로서 수소를 사용할 수 있는 조건성 화학독립영양 박테리아를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Knallgas-박테리아라고도 알려진 호기성 수소-산화 박테리아 그룹은 생리학적으로 정의되며 다양한 분류 단위의 박테리아를 포함한다. 이 그룹은 산소를 전자 수용체로 사용하는 전자 공여체로서 기체 수소를 사용하고 이산화탄소를 고정하는 능력에 의해 규정된다.
투입 스트림은 본원에서 액체 상 및/또는 기체 상을 포함하는 미생물의 성장 및/또는 유지를 위한 영양분 및/또는 에너지의 공급을 의미하는 것으로 이해된다.
본원에서 액체 상은 액체 물질을 포함하는 부피를 의미하는 것으로 이해된다. 액체 상에서 미생물은 일반적으로 성장하고 유지된다. 바이오매스는 대부분 액체 상 내에 생존한다. 액체 상은 또한 미생물이 부착하기 위한 성장 및 유지 기질로서 기능하는 고체 물질을 포함할 수 있다.
액체 상은 탄소, 질소 및/또는 인-포함 화합물을 포함할 수 있으며, 여기서 탄소-포함 화합물은 포르메이트 또는 메탄올일 수 있지만, 바람직하게는 본질적으로 용해된 CO2 또는 우레아로 제한되는 것으로 이해되며, 여기서 후자는 또한 생체 이용 가능한 N2 공급원으로 간주될 수 있다. 포르메이트 또는 메탄올은 생물반응기의 액체 상에서 CO2로 전환될 수 있으며, 이는 예를 들어 미생물 내부 또는 외부에 존재하는 효소에 의해 촉매될 수 있어 기체 기질의 공급원으로 간접적으로 작용할 수 있다.
기체 상은 본원에서 기체 물질로 구성되고 액체 상과 접촉하는 부피를 의미하는 것으로 이해된다. 생물반응기의 기체 상은 일반적으로 헤드스페이스라고 하며, 일반적으로 액체 상 바로 위에 위치한다. 명확히 하기 위해, 액체 상에 살포된 기체 또는 기체 기질은 기체 상이 아니지만 액체 상을 나갈 때 기체 상의 일부가 된다.
기체 기질은 미생물의 성장 및/또는 유지를 위한 영양분 및/또는 에너지의 기체 공급을 의미하는 것으로 이해된다.
시멘트 가마는 탄산칼슘이 실리카-함유 미네랄과 반응하여 칼슘 실리케이트의 혼합물을 형성하는 포틀랜드 및 기타 유형의 수경 시멘트 제조의 파이로-처리 단계에 사용되는 공간을 의미하는 것으로 이해된다.
합성가스 또는 합성 가스는 본원에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 합성가스는 탄소 함유 연료를 기체 생성물로 가스화하여 생성된다. 합성가스의 정확한 화학적 조성은 원료와 공정에 따라 다르다. 합성가스의 용도 중 하나는 증기 또는 전기를 생산하는 연료로서의 용도이다. 또 다른 용도는 많은 석유화학 및 정제 공정을 위한 기본 화학 빌딩 블록으로서의 용도이다. 합성가스는 천연 가스, 석탄, 석유-기반 물질, 바이오매스, 폐기물로서 거부될 수 있는 기타 물질 또는 거의 모든 탄화수소 공급원료를 포함하는 다양한 공급원으로부터 생성될 수 있다.
"Knallgas"는 가연성이 높은 수소와 산소 가스의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 최대 점화 효율을 위해서는 2:1의 몰비가 충분하다.
살포는 가스가 액체를 통해 버블링되는 공정을 의미하는 것으로 이해된다.
여기서 물질의 건조 중량 또는 건조 물질은 모든 이의 구성분으로 구성되지만 본질적으로 물을 제외한 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 물질의 건조 중량 또는 건조 물질을 수득하는 예는 물질의 물 함량이 제거되도록 원심분리, 드럼 건조, 벨트 건조, 증발, 동결 건조, 가열, 분무 건조, 진공 건조 및/또는 진공 여과를 사용하는 것이다.
다운스트림 처리는 생물반응기로부터 제거된 액체 상에 적용되는 하나 이상의 처리 단계를 의미하는 것으로 이해되며, 이는 사멸 단계 공정, 탈수 공정 또는 건조 공정을 포함할 수 있다.
사멸-단계는 미생물의 생식 불활성화를 달성하는 공정을 의미하는 것으로 이해된다. 이 공정은 예를 들어, 초고압 균질기, 산, 염기, 용매 또는 열-기반 미생물 치사 방법을 사용하여 액체 상, 탈수 액체 상 또는 건조된 바이오매스 내에서 발생할 수 있다.
탈수는 본원에서 바이오매스 또는 바이오매스를 포함하는 조성물로부터 액체 및/또는 영양 조성물을 제거하는 제1 공정을 의미하는 것으로 이해된다. 탈수의 예로는 원심분리, 증발, 가열, 접선 흐름 여과 및 진공 여과가 있다. 탈수 후 추가 다운스트림 처리가 뒤따를 수 있다.
건조는 바이오매스 또는 바이오매스를 포함하는 조성물로부터 물을 제거하여 이의 모든 구성분으로 이루어지지만 본질적으로 물이 제외된 바이오매스를 생성하는 공정을 의미하는 것으로 이해된다. 건조의 예로는 드럼 건조, 벨트 건조, 동결 건조, 분무 건조 및 진공 건조가 있다.
생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래된 이산화탄소를 정제하는 것은 본질적으로 이산화탄소로만 구성된 부피를 수득하는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서 배기 가스의 다른 요소는 예를 들어, 전기 집진기 또는 백하우스를 사용하여 재 및 기타 미립자 제거하고, 탈질 장치를 사용하여 질소 산화물 제거하고, 습식 스크러버, 분무 건식 스크러버 또는 건식 흡착제 주입 시스템을 사용하여 황산화물 제거하는 것과 같은 당업계에 공지된 방법 및 장치에 의해 실질적으로 제거된다. 이산화탄소는 당업계에 공지된 분리 방법, 예를 들어 아민과 같은 용매를 사용하여 탄산염을 형성함으로써 후연소 공정에서 포획될 수 있다. 이산화탄소는 용매에 의해 흡수되고, 그 후 이는 열에 의해 방출되어 고도로 정제된 이산화탄소 스트림을 형성할 수 있다.
생체이용 가능한 질소는 예를 들어 우레아, 암모니아 및 아미노산을 포함하여 미생물에 의한 흡수에 용이하게 이용가능한 모든 질소 종을 의미하는 것으로 이해된다. 명확히 하기 위해 이질소(N2)는 제외된다.
공정 제한은 물질이 액체 상에서 0 또는 0에 가까운 것으로 측정될 수 있는 경우를 의미하는 것으로 이해된다.
케모스탯은 화학적 환경이 예를 들어, 미생물 농도, pH, (용해된) 기체 기질, 영양 조성물, 액체 상 부피 및 당업자에게 알려진 기타 매개변수와 관련하여 다소 안정된 상태로 유지되는 생물반응기를 의미하는 것으로 이해된다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 경제적으로 유리한 기질 전환 수율 및 높은 생산성, 바람직하게는 공정 내에서 높은 작동 미생물 농도를 갖는 생물반응기 내에서 성장된 수소-산화 박테리아를 사용하여 건조 중량 기준으로 적어도 65% 단백질 함량을 함유하는 바이오매스를 생성하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 수소-산화 박테리아를 통한 연속 발효를 위한 관련 배경 공정 조건 및 제어 매개변수가 설정되었다. 성장 기질(가스, 무기 질소 또는 인산염)의 가용성을 적절하게 제어하면 가스-발효 시스템의 전체 바이오매스 생산성을 향상시키는 동시에 생산된 바이오매스 내의 단백질 농도를 최적화하여 최적의 바이오매스를 생성할 수 있다.
인간과 동물의 영양 생성물 및 기타 화학물질에 사용하기 위해 화학독립영양 미생물을 성장시키는 데 사용될 수 있는 기체 탄소 및 에너지의 다양한 잠재적인 공급원이 존재한다. 공급원에는 비제한적으로, 산업용 오프-가스, 산업용 연료 가스 및 산업용 생산물-가스뿐만 아니라 직접 공기 포집 가스 및 현장 전기화학 생산 가스가 포함된다. 본원에서 화학독립영양 대사는 미생물이 예컨대, 일차 탄소원으로서 이산화탄소 또는 포르메이트 또는 메탄올을 포획함으로써 무기 탄소를 흡수하고, 예컨대, 수소를 산화시킴으로써 화학적 공급원으로부터 에너지를 수득하는 대사 방식을 나타낸다. 무기 탄소를 유기 탄소로 전환함으로써 이들 미생물은 자연 환경에서 일차 생산자 역할을 한다. 이러한 화학독립영양 미생물 중 많은 미생물은 바이오매스의 상업적 생산을 위한 생물반응기의 직접 또는 간접 가스 공급원료에서 배양될 수 있으며, 이는 동물 사료, 반려동물 사료 또는 심지어 인간을 위한 식품과 같은 영양 제품으로 처리될 수 있다.
바람직하게는, 미생물은 정제, 여과 및/또는 농축된 간접 산업 폐가스 공급원료에 의해 공급된다. 미생물 성장을 위한 바람직한 기체 기질 외에 산업 폐가스는 미생물의 성장 및/또는 생성된 바이오매스의 품질을 감소시킬 수 있는 다른 요소를 함유한다.
따라서, 본 발명의 방법은 수소 및/또는 산소 및/또는 이산화탄소를 포함하는 하나 이상의 기체 기질을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65% 단백질을 포함하는 바이오매스를 생성하기 위한 방법을으로서, 액체 상 중의 미생물을 탄소 및/또는 질소 및/또는 인-포함 화합물 및 기체 물질을 포함하는 하는 영양 조성물과 접촉시키는 것을 포함하며, 투입 스트림 및 영양 조성물은 제어되고, 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 비율로 생성되는, 방법이다.
본 발명에 따른 바이오매스는 미생물 및/또는 이의 생성물의 세포 덩어리를 포함하고, 바람직하게는 바이오매스는 미생물 및/또는 이의 생성물의 세포 덩어리이고, 더욱 바람직하게는 바이오매스는 미생물의 세포 덩어리이다.
본 발명의 방법에 따르면, 가장 바람직하게는 하나 이상의 기체 기질은 수소 및 산소 및 이산화탄소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 수소 및 산소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 수소 및 이산화탄소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 산소 및 이산화탄소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 수소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 산소를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 기체 기질은 이산화탄소를 포함한다.
본 발명의 방법에 따르면, 가장 바람직하게는 영양 조성물은 탄소-포함 화합물 및 질소-포함 화합물 및 인-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 탄소-포함 화합물 및 질소-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 탄소-포함 화합물 및 인-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 질소-포함 화합물 및 인-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 탄소-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 질소-포함 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 영양 조성물은 인-포함 화합물을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 구현예는 수소 및 산소를 포함하는 하나 이상의 기체 기질을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65%의 단백질을 포함하는 바이오매스를 생성하기 위한 방법으로서, 액체 상의 미생물을 질소 및 인-포함 화합물을 포함하는 영양 조성물 및 기체 기질과 접촉시키는 것을 포함하며, 하나 이상의 기체 기질은 이산화탄소를 포함하고/하거나 영양 조성물은 탄소-포함 화합물을 포함하고, 투입 스트림 및 영양 조성물은 제어되며, 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 속도로 생성되는, 방법이다.
본 발명의 방법으로 생성된 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 속도로 생성된다. 바람직하게는 10.5, 11.0, 11.5, 12.0, 12.5, 13.0, 13.5, 14.0, 14.5, 15.0, 15.5, 16.0, 16.5, 17.0, 17.5, 18.0, 18.5, 19.0, 19.5 또는 20.0 g/l/d 초과이다. 바람직하게는, 바이오매스는 10.0 내지 100 g/l/d, 10.0 내지 90 g/l/d, 10.0 내지 80 g/l/d, 10.0 내지 50 g/l/d, 10.5 내지 100 g/l/d, 10.5 내지 90 g/l/d, 10.5 내지 80 g/l/d, 10.5 내지 50 g/l/d, 11.0 내지 100 g/l/d, 11.0 내지 90 g/l/d, 11.0 내지 80 g/l/d, 11.0 내지 50 g/l/d, 11.5 내지 100 g/l/d, 11.5 내지 90 g/l/d, 11.5 내지 80 g/l/d, 11.5 내지 50 g/l/d, 12.0 내지 100 g/l/d, 12.0 내지 90 g/l/d, 12.0 내지 80 g/l/d, 12.0 내지 50 g/l/d, 12.5 내지 100 g/l/d, 12.5 내지 90 g/l/d, 12.5 내지 80 g/l/d, 12.5 내지 50 g/l/d, 13.0 내지 100 g/l/d, 13.0 내지 90 g/l/d, 13.0 내지 80 g/l/d, 13.5 내지 50 g/l/d, 13.5 내지 100 g/l/d, 13.5 내지 90 g/l/d, 13.5 내지 80 g/l/d, 13.5 내지 50 g/l/d, 14.0 내지 100 g/l/d, 14.0 내지 90 g/l/d, 14.0 내지 80 g/l/d, 14.0 내지 50 g/l/d, 14.5 내지 100 g/l/d, 14.5 내지 90 g/l/d, 14.5 내지 80 g/l/d, 14.5 내지 50 g/l/d, 15.0 내지 100 g/l/d, 15.0 내지 90 g/l/d, 15.0 내지 80 g/l/d, 15.0 내지 50 g/l/d, 15.5 내지 100 g/l/d, 15.5 내지 90 g/l/d, 15.5 내지 80 g/l/d, 15.5 내지 50 g/l/d, 16.0 내지 100 g/l/d, 16.0 내지 90 g/l/d, 16.0 내지 80 g/l/d, 16.0 내지 50 g/l/d, 16.5 내지 100 g/l/d, 16.5 내지 90 g/l/d, 16.5 내지 80 g/l/d, 16.5 내지 50 g/l/d, 17.0 내지 100 g/l/d, 17.0 내지 90 g/l/d, 17.0 내지 80 g/l/d, 17.0 내지 50 g/l/d, 18.0 내지 100 g/l/d, 18.0 내지 90 g/l/d, 18.0 내지 80 g/l/d, 18.0 내지 50 g/l/d, 19.0 내지 100 g/l/d, 19.0 내지 90 g/l/d d, 19.0 내지 80 g/l/d, 19.0 내지 50 g/l/d, 20.0 내지 100 g/l/d, 20.0 내지 90 g/l/d, 20.0 내지 80 g/l/d 또는 20.0 내지 50 g/l/d의 속도로 생성된다.
또한, 고농축 기체 기질 공급원을 사용하면 미생물 환경에서 기타 비-기질 기체의 부피가 줄어들며, 이에 의해 추가된 기체 기질의 효율성이 향상되고 미생물 환경에서 기체 기질 양에 대한 개선된 제어가 가능하다. 기체 기질은 개별적으로 또는 임의의 사전 혼합된 조합으로서 액체 상에 첨가될 수 있다. 본 발명에 따르면, 기체 기질은 바람직하게는, 질소 또는 일산화탄소와 같은 비-기질 기체와 가능한 한 낮은 농도로 첨가되는 것이 바람직하다. 하나 이상의 기체 기질을 액체 상에 첨가하는 것은 기체 기질이 액체 상의 적어도 일부와 혼합되도록 기체 기질을 액체 상과 접촉시키는 것을 포함한다. 하나 이상의 기체 기질의 비율이 액체 상에 첨가되는 경우, 당업자는 하나 이상의 기체 기질이 동시에 또는 후속적으로 첨가될 수 있음을 이해한다.
바람직하게는, 농축된 기체 기질은 2 내지 100% (v/v), 5 내지 100% (v/v), 10 내지 100% (v/v), 20 내지 100% (v/v), 30 내지 100% (v/v), 40 내지 100% (v/v), 50 내지 100% (v/v), 60 내지 100% (v/v), 70 내지 100% (v/v), 80 내지 100% (v/v), 90 내지 100% (v/v), 95 내지 100% (v/v), 98 내지 100% (v/v), 99 내지 100% (v/v), 2 내지 90% (v/v), 5 내지 90% (v/v), 10 내지 90% (v/v), 20 내지 90% (v/v), 30 내지 90% (v/v), 40 내지 90% (v/v), 50 내지 90% (v/v), 60 내지 90% (v/v), 70 내지 90% (v/v), 80 내지 90% (v/v), 2 내지 80% (v/v), 5 내지 80% (v/v), 10 내지 80% (v/v), 20 내지 80% (v/v), 30 내지 80% (v/v), 40 내지 80% (v/v), 50 내지 80% (v/v) , 60 내지 80% (v/v), 70 내지 80% (v/v), 2 내지 70% (v/v), 5 내지 70% (v/v), 10 내지 70% (v/v), 20 내지 70% (v/v), 30 내지 70% (v/v), 40 내지 70% (v/v), 50 내지 70% (v/v), 60 내지 70% (v/v), 2 내지 60% (v/v), 5 내지 60% (v/v), 10 내지 60% (v/v), 20 내지 60% (v/v), 30 내지 60% (v/v), 40 내지 60% (v/v), 50 내지 60% (v/v), 2 내지 50% (v/v), 5 내지 50% (v/v), 10 내지 50% (v/v), 20 내지 50% (v/v), 30 내지 50% (v/v), 40 내지 50% (v/v), 2 내지 40% (v/v), 5 내지 40% (v/v), 10 내지 40% (v/v), 20 내지 40% (v/v), 30 내지 40%(v/v), 2 내지 30% (v/v), 5 내지 30% (v/v), 10 내지 30% (v/v), 20 내지 30% (v/v), 2 내지 20% (v/v), 5 내지 20% (v/v), 10 내지 20% (v/v), 2 내지 10% (v/v), 5 내지 10% (v/v), 또는 2 내지 5% (v/v)의 농도를 갖는다.
기체 기질의 고농축 공급원을 사용하면 미생물 환경에서 기타 비-기질 기체의 부피가 감소하며, 이에 의해 이상적으로는 수소, 산소 및 이산화탄소로만 구성된 기체 상이 발생된다. 따라서, 기체 상이 본질적으로 수소, 산소 및 이산화탄소로만 구성된 본 발명의 방법이 또한 본원에 제공된다.
바람직하게는, 투입 스트림은 10 내지 100% (v/v) 농도의 수소, 2 내지 100% (v/v) 농도의 산소 및 2 내지 100% (v/v) 농도의 이산화탄소를 액체 상에 개별적으로 또는 이들의 임의의 사전 혼합된 조합으로 첨가함으로써 제어된다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림은 80 내지 100% (v/v) 농도의 수소, 20 내지 100% (v/v) 농도의 산소 및 5 내지 100% (v/v) 농도의 이산화탄소를 개별적으로 또는 이들의 임의의 사전 혼합된 조합으로 액체 상에 첨가함으로써 제어된다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림은 20 내지 100% (v/v), 30 내지 100% (v/v), 40 내지 100% (v/v), 50 내지 100% (v/v), 60 내지 100% (v/v), 70 내지 100% (v/v), 80 내지 100% (v/v), 90 내지 100% (v/v), 95 내지 100% (v/v), 10 내지 90% (v/v), 20 내지 90% (v/v), 30 내지 90% (v/v), 40 내지 90% (v/v), 50 내지 90% (v/v), 60 내지 90% (v/v), 70 내지 90% (v/v), 80 내지 90% (v/v), 10 내지 80% (v/v), 20 내지 80% (v/v), 30 내지 80% (v/v), 40 내지 80% (v/v), 50 내지 80% (v/v), 60 내지 80% (v/v) 또는 70 내지 80% (v/v) 농도의 수소, 2 내지 100% (v/v), 5 내지 100% (v/v), 10 내지 100% (v/v), 20 내지 100%(v/v), 30 내지 100% (v/v), 40 내지 100% (v/v), 50 내지 100% (v/v), 60 내지 100% (v/v), 70 내지 100% (v/v), 80 내지 100% (v/v), 90 내지 100% (v/v), 95 내지 100% (v/v), 2 내지 90% (v/v), 5 내지 90% (v/v), 10 내지 90% (v/v), 20 내지 90% (v/v), 30 내지 90% (v/v), 40 내지 90% (v/v), 50 내지 90% (v/v), 60 내지 90% (v/v), 70 내지 90% (v/v), 80 내지 90% (v/v), 2 내지 80% (v/v), 5 내지 80% (v/v), 10 내지 80% (v/v), 20 내지 80% (v/v), 30 내지 80% (v/v), 40 내지 80% (v/v), 50 내지 80% (v/v), 60 내지 80% (v/v), 70 내지 80% (v/v), 2 내지 70% (v/v), 5 내지 70% (v/v), 10 내지 70% (v/v), 20 내지 70% (v/v), 30 내지 70% (v/v), 40 내지 70% (v/v), 50 내지 70% (v/v), 60 내지 70% (v/v), 2 내지 60% (v/v), 5 내지 60% (v/v), 10 내지 60% (v/v), 20 내지 60% (v/v), 30 내지 60% (v/v), 40 내지 60% (v/v), 50 내지 60% (v/v), 2 내지 50% (v/v), 5 내지 50% (v/v), 10 내지 50% (v/v), 20 내지 50% (v/v), 30 내지 50% (v/v), 40 내지 50% (v/v), 2 내지 40% (v/v), 5 내지 40% (v/v), 10 내지 40% (v/v), 20 내지 40% (v/v), 30 내지 40% (v/v), 2 내지 30% (v/v), 5 내지 30% (v/v), 10 내지 30% (v/v), 20 내지 30% (v/v), 2 내지 20% (v/v), 5 내지 20% (v/v), 10 내지 20% (v/v), 2 내지 10% (v/v), 5 내지 10% (v/v), 또는 2 내지 5% (v/v) 농도의 산소 및 2 내지 100% (v/v), 5 내지 100% (v/v), 10 내지 100% (v/v), 20 내지 100% (v/v), 30 내지 100% (v/v), 40 내지 100% (v/v), 50 내지 100% (v/v), 60 내지 100% (v/v), 70 내지 100% (v/v), 80 내지 100% (v/v), 90 내지 100% (v/v), 95 내지 100% (v/v), 2 내지 90% (v/v), 5 내지 90% (v/v), 10 내지 90% (v/v), 20 내지 90% (v/v), 30 내지 90% (v/v), 40 내지 90% (v/v), 50 내지 90% (v/v), 60 내지 90% (v/v), 70 내지 90% (v/v), 80 내지 90% (v/v), 2 내지 80% (v/v), 5 내지 80% (v/v), 10 내지 80% (v/v), 20 내지 80% (v/v), 30 내지 80% (v/v), 40 내지80% (v/v), 50 내지 80% (v/v), 60 내지 80% (v/v), 70 내지 80% (v/v), 2 내지 70% (v/v), 5 내지 70% (v/v), 10 내지 70% (v/v), 20 내지 70% (v/v), 30 내지 70% (v/v), 40 내지 70% (v/v), 50 내지 70% (v/v), 60 내지 70% (v/v), 2 내지 60% (v/v), 5 내지 60% (v/v), 10 내지 60% (v/v), 20 내지 60% (v/v), 30 내지 60% (v/v), 40 내지 60% (v/v), 50 내지 60% (v/v), 2 내지 50% (v/v), 5 내지 50% (v/v), 10 내지 50% (v/v), 20 내지 50% (v/v), 30 내지 50% (v/v), 40 내지 50% (v/v), 2 내지 40% (v/v), 5 내지 40% (v/v), 10 내지 40% (v/v), 20 내지 40% (v/v), 30 내지 40% (v/v), 2 내지 30% (v/v), 5 내지 30% (v/v), 10 내지 30% (v/v), 20 내지 30% (v/v), 2 내지 20% (v/v), 5 내지 20% (v/v), 10 내지 20% (v/v), 2 내지 10% (v/v), 5 내지 10% (v/v) 또는 2 내지 5% (v/v) 농도의 이산화탄소를 개별적으로 또는 이들의 임의의 사전 혼합된 조합으로서 액체 상에 투여함으로써 제어된다. 더욱 추가로 바람직하게는, 투입 스트림은 70 내지 100% (v/v) 농도의 수소, 20 내지 100% (v/v) 농도의 산소 및 5 내지 100% (v/v) 농도의 이산화탄소를 액체 상에 개별적으로 또는 이들의 임의의 사전 혼합된 조합으로 첨가함으로써 제어된다.
기질 기체는 바람직하게는 질소 또는 일산화탄소와 같은 비-기질 기체의 가능한 한 낮은 농도로 첨가된다.
유리하게는, 미생물은 정제, 여과 및/또는 농축된 간접 산업 폐가스 공급원료에 의해 공급된다. 바람직하게는, 기체 기질은 생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래된다. 더욱 바람직하게는, 수소는 생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래된다. 더욱 더 바람직하게는, 이산화탄소는 생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래된다.
바람직하게는, 생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래된 이산화탄소는 20 내지 100% (v/v)의 농도로 정제되고 농축된다. 더욱 바람직하게는, 이산화탄소는 30 내지 100% (v/v), 40 내지 100% (v/v), 50 내지 100% (v/v), 60 내지 100% (v/v), 70 내지 100% (v/v), 80 내지 100% (v/v), 90 내지 100% (v/v), 95 내지 100% (v/v), 99 내지 100% (v/v), 20 내지 90% (v/v), 30 내지 90% (v/v), 40 내지 90% (v/v), 50 내지 90% (v/v), 60 내지 90% (v/v), 70 내지 90% (v/v), 80 내지 90% (v/v), 20 내지 80% (v/v), 30 내지 80% (v/v), 40 내지 80% (v/v), 50 내지 80% (v/v), 60 내지 80% (v/v), 70 내지 80% (v/v), 20 내지 70% (v/v), 30 내지 70% (v/v), 40 내지 70% (v/v), 50 내지 70% (v/v), 60 내지 70% (v/v), 20 내지 60% (v/v), 30 내지 60% (v/v), 40 내지 60% (v/v), 50 내지 60% (v/v), 20 내지 50% (v/v), 30 내지 50% (v/v), 40 내지 50% (v/v), 20 내지 40% (v/v), 30 내지 40% (v/v) 또는 20 내지 30% (v/v)의 농도로 정제 및 농축된다.
화학독립영양 대사는 비제한적으로, 로도박터 캅술라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 스패로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로드슈다모나스 팔루스트리스(Rhodpsuedamonas palustris)와 같은 보라색 비황 박테리아, 슈도모나스 카르복시도보란스(Pseudomonas carboxydovorans)와 같은 슈도모나스, 하이드로제노박터 써모필러스(Hydrogenobacter thermophilus)와 같은 아퀴피칼레스(aquiificales) 박테리아, 메타노박테리움 써모오토트로피컴(Methanobacterium thermoautotrophicum)과 같은 메탄생성 박테리아, 잔토박터 플라부스(Xanthobacter flavus)와 같은 알파프로테오박테리아, 랄스토니아 메탈리두란스(Ralstonia metallidurans)와 같은 베타프로테오박테리아, 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 하이드로제노비브리오 마리누스(Hydrogenovibrio marinus)와 같은 감마프로테오박테리아, 헬리코박터 피롤리(Helicobacter pylori)와 같은 엡실론프로테오박테리아, 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)와 같은 아세토제노우스 박테리아 또는 흡수 수소화효소 및 이산화탄소 고정 대사를 발현하는 기타 미생물(내인성이든 유전적 조작, 돌연변이, 선택 또는 유도 진화를 통해 도입되었는지 무관하게)을 포함하는 다수의 박테리아에서 주로 발견된다. 이러한 미생물의 대부분은 종속영양 대사뿐만 아니라 광영양 대사, 또는 에너지원과 탄소원 둘 모두를 사용하는 혼합 대사가 가능하다. 수소는 에너지원으로 사용되고 이산화탄소는 탄소원으로 사용된다. 일산화탄소는 또한 에너지원 및 탄소원으로 작용할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 따른 미생물은 로도슈도모나스 종(Rhodopseudomonas sp.); 로도스피릴룸 종(Rhodospirillum sp.); 로도코커스 종(Rhodococcus sp.); 로도박터 종(Rhodobacter sp.); 리조비움 종(Rhizobium sp.); 티오캅사 종(Thiocapsa sp.); 슈도모나스 종; 노카르디아 종(Nocardia sp.); 하이드로제노마스 종(Hydrogenomas sp.); 하이드로제노박터 종(Hydrogenobacter sp.); 하이드로제노비브리오 종(Hydrogenovibrio sp.); 헬리코박터 종(Helicobacter sp.); 잔토박터 종(Xanthobacter sp.); 하이드로제노파가 종(Hydrogenophaga sp.); 브라디아이조비움 종(Bradyrhizobium sp.); 랄스토니아 종(Ralstonia sp.); 고르도니아 종(Gordonia sp.); 마이코박테리아 종(Mycobacteria sp.); 알칼리제네스 종; 쿠프리아비두스 종; 바리오보락스 종(Variovorax sp.); 아시도보락스 종(Acidovorax sp.); 아나바에나 종(Anabaena sp.); 세네데스무스 종(Scenedesmus sp.); 클라미도모나스 종(Chlamydomonas sp.); 안키스트로데스무스 종(Ankistrodesmus sp.); 라피디움 종(Rhaphidium sp.) 또는 아트로박터 종(Arthrobacter sp.) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 박테리아를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 미생물은 알칼리제네스 종 또는 쿠프리아비두스 종 속으로부터 선택되는 박테리아를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 미생물은 알칼리제네스 종 속으로부터 선택되는 박테리아를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 미생물은 쿠프리아비두스 종 속으로부터 선택되는 박테리아를 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 미생물은 쿠프리아비두스 네카토르 종으로부터 선택된 박테리아를 포함한다.
화학독립영양 박테리아에 의해 생성된 바이오매스의 특성은 특정 적용에 대한 가치와 직접적인 관련이 있다. 예를 들어, 동물 사료 및 식품 적용의 경우 단백질 함량과 아미노산 조성은 영양 품질에 필수적이다.
단백질, 지질, DNA, RNA 및 세포 바이오매스의 기타 구성요소의 비율은 성장 조건, 성장 속도 및 탄소-질소 비율에 의해 조정된다. 따라서, 기질 가용성 및 일반 공정 조건의 제어는 발효 공정 중에 생산되는 바이오매스의 양과 품질에 직접적인 영향을 미친다. 최대 기본 생산성은 기질 제한을 피해야 하지만, 발효 내에서 미생물 밀도가 증가함에 따라 특히 기체 기질의 경우 기질 활용 속도가 공급을 초과한다. 이것은 생산성을 확립하고 최대화하기 위해 높은 가스 유속이 필요함을 의미한다. 그러나, 이를 달성하는 것은 수소와 산소를 함유하는 폭발성 가스 혼합물의 맥락에서 어려운 일이다. 예를 들어, 문헌 [R K Kumar; FLAMMABILITY LIMITS OF HYDROGEN-OXYGEN-DILUENT MIXTURES; Journal of Fire Sciences, 1985]에 개시된 바와 같이 수소 및 산소 함유 가스 혼합물은 5% 초과의 산소와 4% 초과의 수소 둘 모두를 함유하는 비율로 조합될 때 폭발성 혼합물을 생성한다.
본 방법에서 산소 및 수소 가스 투입은 처음에 액체 매질 상에 주입될 때 폭발 한계 초과로 시스템에 가스를 초기에 첨가할 수 있도록 피드백 루프의 일부로 제어된다. 그런 다음 피드백 제어를 통해 시스템에서 산소 및/또는 수소를 충분히 활용하여 헤드스페이스를 생성하는 가스가 표준 조건 하에 산소의 경우 5% (v/v) 및 수소의 경우 4% (v/v)의 폭발 안전 한계 미만으로 유지될 수 있도록 한다. 또한, 세 가지 모든 가스 투입은 산소 또는 수소가 시스템 내에서 제한 가스로 유지되도록 제어된다.
배경 조건, 배지 조성, 무기 질소 첨가 및 희석률에 대한 정의된 매개변수와 이들 기체 제어의 조합은 유리하게는 미생물에 부과되는 직접적인 대사 및 생리학적 제한을 통한 바이오매스 조성의 조정을 가능하게 한다. 수산화 암모늄 및/또는 기타 생체 이용가능한 질소 공급원은 직접적으로 및/또는 액체 매질 투입 스트림 및/또는 재순환된 액체 스트림으로의 혼입을 통해 공정에 공급되어 생성된 바이오매스 100 g당 최소 10 g의 원자 질소가 제공되며, 액체 상에서 세포의 밀도 및 희석 비율에 반응하여 피드백 루프의 일부로 제어된다. 기체 기질 외에도 수소-산화 박테리아는 단백질 생산을 위해 생체이용가능한 질소 공급원을 필요로 한다. 이러한 질소는 수산화암모늄(NH4OH) 또는 염화암모늄(NH3Cl)과 같은 각각의 분자 회합과는 독립적으로 단백질 함량에 기여하는 주요 요인이다. 액체 상에서 과잉의 생체이용가능한 질소가 재활용되기 때문에 예상되는 최대 임계값은 없다.
미생물이 충분한 단백질을 생산하게 하기 위해서는 아미노산의 필수 구성요소인 질소가 충분한 양으로 공급되어야 한다. 본 발명의 방법에 따르면, 영양 조성물을 제어하는 것은 생성될 바이오매스 건조 중량 100 g당 적어도 10 g의 생체이용 가능한 질소를 첨가하는 것을 포함하며 이는 액체 상에 존재한다. 바람직하게는, 영양 조성물을 제어하는 것은 생성될 바이오매스 건조 중량 100g당 생체이용가능한 질소 10.0 내지 50000 g을 첨가하는 것을 포함하며, 이는 액체 상에 존재한다. 바람직하게는, 영양 조성물을 제어하는 것은 생성될 바이오매스 건조 중량 100 g 당 10.5 내지 50000 g, 11.0 내지 50000 g, 11.5 내지 50000 g, 12.0 내지 50000 g, 12.5 내지 50000 g, 13.0 내지 50000 g, 13.5 내지 50000 g, 14.0 내지 50000 g, 14.5 내지 50000 g, 15.0 내지 50000 g, 16 내지 50000 g, 17 내지 50000 g, 18 내지 50000 g, 19 내지 50000 g, 20 내지 50000 g, 21 내지 50000 g, 22 내지 50000 g, 23 내지 50000 g, 24 내지 50000 g, 25 내지 50000 g, 26 내지 50000 g, 27 내지 50000 g, 28 내지 50000 g, 29 내지 50000 g, 30 내지 50000 g, 35 내지 50000 g, 40 내지 50000 g, 45 내지 50000 g, 50 내지 50000 g, 60 내지 50000 g, 70 내지 50000 g, 80 내지 50000 g, 90 내지 50000 g, 100 내지 50000 g, 110 내지 50000 g, 120 내지 50000 g, 130 내지 50000 g, 140 내지 50000 g, 150 내지 50000 g, 160 내지 50000 g, 170 내지 50000 g, 180 내지 50000 g, 190 내지 50000 g, 200 내지 50000 g, 250 내지 50000 g, 300 내지 50000 g, 350 내지 50000 g, 400 내지 50000 g, 450 내지 50000 g, 500 내지 50000 g, 1000 내지 50000 g, 1500 내지 50000 g, 2000 내지 50000 g, 2500 내지 50000g, 3000 내지 50000 g, 3500 내지 50000 g, 4000 내지 50000 g, 4500 내지 50000 g, 5000 내지 50000 g, 6000 내지 50000 g, 7000 내지 50000 g, 8000 내지 50000 g, 9000 내지 50000 g, 10000 내지 50000 g, 15000 내지 50000 g, 20000 내지 50000 g, 25000 내지 50000 g 또는 30000 내지 50000 g의 생체이용가능한 질소를 첨가하는 것을 포함하며, 이는 액체 상에 존재한다.
본 발명에 따르면, 영양 조성물을 제어하는 것은 생리학적으로 적합한 pH에서 액체 상의 pH를 유지하기 위해 바람직하게는 예를 들어, 수산화암모늄(NH4OH) 또는 NaOH와 같은 적합한 염기를 액체 상에 첨가하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 생리학적으로 적합한 pH는 6.0 내지 7.5 또는 8.0이고, 더욱 바람직하게는 pH는 6.5 내지 7.0이다.
본 발명에 따르면, 영양 조성물을 제어하는 것은 바람직하게는 액체 상에 첨가하기 전에 pH가 1.0 내지 3.0 또는 4.0인 성장 배지를 첨가하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 성장 배지는 2.2 내지 3.2, 또는 약 2.8의 pH를 갖는다. 낮은 pH는 제조될 때 성장 배지 구성요소의 침전을 방지한다. 성장 배지의 구성요소는 실시예 1에 개시된 바와 같은 성장 배지와 같은 구성요소 또는 이와 실질적으로 유사한 구성요소를 포함한다. 성장 배지는 실시예 1에 개시된 바와 같이 제조된다.
생물반응기 내의 액체 상은 바이오매스의 생산 속도, 단백질 함량 및 품질을 최대화하기 위해 시간당 4 내지 80% 부피 비율로 성장 배지 및/또는 기타 액체 투입 스트림으로 대체된다.
생물반응기 내 액체 상 교체의 특정 비속도는 더 높은 수준의 단백질 함량과 품질의 바이오매스로 이어진다. 바람직하게는, 미생물이 성장하고 유지되는 생물반응기의 액체 상은 시간당 4 내지 10%, 4 내지 20%, 4 내지 30%, 4 내지 40%, 4 내지 50%, 4 내지 60%, 4 내지 70%, 4 내지 80%, 10 내지 20%, 10 내지 30%, 10 내지 40%, 10 내지 50%, 10 내지 60%, 10 내지 70%, 10 내지 80%, 20 내지 30%, 20 내지 40%, 20 내지 50%, 20 내지 60%, 20 내지 70%, 20 내지 80%, 30 내지 40%, 30 내지 50%, 30 내지 60%, 30 내지 70%, 30 내지 80%, 40 내지 50%, 40 내지 60%, 40 내지 70%, 40 내지 80%, 50 내지 60%, 50 내지 70%, 50 내지 80%, 60 내지 70%, 60 내지 80%, 또는 70 내지 80%의 부피로 교체된다. 시스템에서 미생물에 의한 기체 기질의 소비는 기체가 액체 상으로 용해되는 속도와 액체 상 전체에 걸친 이의 분포에 의해 제한된다. 체적 물질-전달 계수(kLa)는 용존 기체의 농도 구배를 기체 상에서 액체 상으로 변환하는 용해 속도 또는 효율을 나타낸다. 기체 기질의 높은 이용률 및 후속의 높은 바이오매스 및 단백질 생산 속도를 얻기 위해서는 kLa를 가능한 한 높게 유지하는 것이 필요하다. 바람직하게는, 기체 기질을 가능한 한 높은 농도로 액체 상에 첨가함으로써 기체를 벌크 액체 상으로 용해 및 확산시키는 구동력을 증가시킨다. 바람직하게는, 기체 기질은 이의 포화 농도로 첨가된다.
기체 기질 비율, 농도 및 미생물에 의한 소비는 액체 상으로의 충분한 기체 전달에 의해 유지될 필요가 있다. 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 1 내지 5000 h-1의 기체 전달 계수로 수소, 산소 및 이산화탄소를 유지하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 10 내지 5000 h-1, 20 내지 5000 h-1, 50 내지 5000 h-1, 100 내지 5000 h-1, 200 내지 5000 h-1, 400 내지 5000 h-1, 600 내지 5000 h-1, 800 내지 5000 h-1, 1000 내지 5000 h-1, 1500 내지 5000 h-1, 2000 내지 5000 h-1, 3000 내지 5000 h-1, 1 내지 3000 h-1, 10 내지 3000 h-1, 20 내지 3000 h-1, 50 내지 3000 h-1, 100 내지 3000 h-1, 200 내지 3000 h-1, 400 내지 3000 h-1, 600 내지 3000 h-1, 800 내지 3000 h-1, 1000 내지 3000 h-1, 1500 내지 3000 h-1, 2000 내지 3000 h-1, 1 내지 2000 h-1, 10 내지 2000 h-1, 20 내지 2000 h-1, 50 내지 2000 h-1, 100 내지 2000 h-1, 200 내지 2000 h-1, 400 내지 2000 h-1, 600 내지 2000 h-1, 800 내지 2000 h-1, 1000 내지 2000 h-1, 1500 내지 2000 h-1, 1 내지 1500 h-1, 10 내지 1500 h-1, 20 내지 1500 h-1, 50 내지 1500 h-1, 100 내지 1500 h-1, 200 내지 1500 h-1, 400 내지 1500 h-1, 600 내지 1500 h-1, 800 내지 1500 h-1, 1000 내지 1500 h-1, 1 내지 1000 h-1, 10 내지 1000 h-1, 20 내지 1000 h-1, 50 내지 1000 h-1, 100 내지 1000 h-1, 200 내지 1000 h-1, 400 내지 1000 h-1, 600 내지 1000 h-1, 800 내지 1000 h-1, 1 내지 800 h-1, 10 내지 800 h-1, 20 내지 800 h-1, 50 내지 800 h-1, 100 내지 800 h-1, 200 내지 800 h-1, 400 내지 800 h-1, 600 내지 800 h-11, 1 내지 600 h-1, 10 내지 600 h-1, 20 내지 600 h-1, 50 내지 600 h-1, 100 내지 600 h-1, 200 내지 600 h-1, 400 내지 600 h-1, 1 내지 400 h-1, 10 내지 400 h-1, 20 내지 400 h-1, 50 내지 400 h-1, 100 내지 400 h-1, 200 내지 400 h-1, 1 내지 200 h-1, 10 내지 200 h-1, 20 내지 200 h-1, 50 내지 200 h-1, 100 내지 200 h-1, 1 내지 100 h-1, 10 내지 100 h-1, 20 내지 100 h-1, 50 내지 100 h-1, 1 내지 50 h-1, 10 내지 50 h-1, 20 내지 50 h-1, 1 내지 20 h-1, 10 내지 20 h-1 또는 1 내지 10 h-1의 가스 전이 효율로 액체상의 수소, 산소 및 이산화탄소를 유지하는 것을 포함한다.
기체 기질 투입물의 특정 비몰비(specific molar ratio)는 더 높은 수준의 단백질 함량과 품질의 바이오매스로 이어진다. 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 2 내지 80:0.25 내지 20:0.25 내지 20의 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 첨가하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 60:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 80:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 40:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 30:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 10 내지 20:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 10:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 10:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 10:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 6 내지 10:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 8 내지 10:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 2 내지 6:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3 내지 6:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 5 내지 6:0.85 내지 2:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 2:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 2:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 3:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 3:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 3:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 4:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 4:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 4:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:2 내지 4:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 6:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 6:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 6:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:2 내지 6:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 8:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 8:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 8:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:2 내지 8:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:4 내지 8:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 12:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 12:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 12:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:2 내지 12:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:4 내지 12:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.25 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.5 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:2 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:4 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:10 내지 20:0.75 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 2, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 2.5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 2.5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2.5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1.5 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:2 내지 3, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1.5 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:2 내지 5, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1.5 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:2 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:4 내지 8, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1.5 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:2 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:4 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:8 내지 12, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.25 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.5 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:1.5 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:2 내지 20, 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:4 내지 20, 또는 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:8 내지 20의 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 첨가하는 것을 포함한다.
탄소, 바람직하게는 이산화탄소는 바람직하게는 대사적으로 제한하지 않으며, 이는 예를 들어 다음을 포함하는 다양한 가능한 방법을 사용하여 제어될 수 있다:
- 용해된 이산화탄소 프로브를 사용하여 용해된 이산화탄소를 모니터링하고 피드백 루프의 일부로 결과 데이터를 사용하여 투입 기체의 첨가 속도를 제어하여 약 1mmol/l 이상의 농도를 유지하거나;
- 기체 투입 지점(들)에서 수소 대 이산화탄소 비율을 6 미만으로 유지하고 산소 대 이산화탄소 비율을 1.75 미만으로 유지한다.
기체 기질의 몰비를 첨가하는 것과 관련하여, 본 발명에 따르면 투입 스트림을 제어하는 것은 바람직하게는 0.5:1 내지 12:1의 액체 상 중 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 0.5:1 내지 10:1, 0.5:1 내지 8:1, 0.5:1 내지 6:1, 0.5:1 내지 4:1, 0.5:1 내지 2:1, 1:1 내지 12:1, 1:1 내지 10:1, 1:1 내지 9:1, 1:1 내지 8:1, 1:1 내지 7:1, 1:1 내지 6:1, 1:1 내지 5:1, 1:1 내지 4:1, 1:1 내지 3:1, 1: 1 내지 2:1, 2:1 내지 12:1, 2:1 내지 10:1, 2:1 내지 8:1, 2:1 내지 6:1, 2:1 내지 4:1, 2.5:1 내지 12:1, 2.5:1 내지 10:1, 2.5:1 내지 8:1, 2.5:1 내지 6:1, 2.5:1 내지 5:1, 2.5:1 내지 4:1, 3:1 내지 12:1, 3:1 내지 10:1, 3:1 내지 8:1, 3:1 내지 6:1, 3:1 내지 4:1, 4:1 내지 12:1, 4:1 내지 10:1, 4:1 내지 8:1, 4:1 내지 6:1, 5:1 내지 12:1, 5:1 내지 10:1, 5:1 내지 8:1, 6:1 내지 12:1, 6:1 내지 10:1, 또는 6:1 내지 8:1의 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 중 1:1 내지 10:1, 1:1 내지 9:1, 1:1 내지 8:1, 1:1 내지 7:1, 1:1 내지 6:1 또는 1:1 내지 5:1의 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것을 포함한다. 가장 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 중 1.5 또는 1.7:1 내지 10:1, 1.5 또는 1.7:1 내지 9:1, 1.5 또는 1.7:1 내지 8:1, 1.5 또는 1.7:1 내지 7:1 또는 1.5 또는 1.7:1 내지 6 또는 6.6:1 또는 1.5 또는 1.7:1 내지 5:1의 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것을 포함한다.
용어 "기체 보유"는 투입 기체 및 액체 상에서 형성된 임의의 다른 기체를 포함하는 생물반응기에서 액체 상 중 기체의 부피 분율로 정의된다. 부분적으로 또는 완전히 폐쇄된 생물반응기 시스템 내에서 및 기체상 및/또는 기체-액체상 재순환을 사용하는 생물반응기 시스템에서 기체 보유 조성비는 바람직하게는 기체 투입 비율을 기체 사용 비율과 일치시킴으로써 유지된다. 개방 말단 시스템에서 의도된 기체 보유 조성은 바람직하게는 평균 투입 가스 조성으로서 이 조성 또는 이와 밀접하게 유사한 조성을 사용하여 제어된다. 따라서, 기체 기질의 몰비를 유지하는 것과 관련하여, 본 발명에 따르면 투입 스트림을 제어하는 것은 바람직하게는 액체 상 중 0.5:1 내지 7:1의 수소:산소 기체 보유의 몰비를 유지하는 것을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 0.5:1 내지 7:1, 0.5:1 내지 6:1, 0.5:1 내지 4:1, 0.5:1 내지 2:1, 1:1 내지 7:1, 1:1 내지 6:1, 1:1 내지 5:1, 1:1 내지 4:1, 1:1 내지 3:1, 1:1 내지 2:1, 2:1 내지 6:1, 2:1 내지 4:1, 2:1 내지 3 또는 3.5:1, 2.5:1 내지 6:1, 2.5:1 내지 5:1, 2.5:1 내지 4:1, 3:1 내지 6:1, 3:1 내지 4:1, 4:1 내지 7:1, 또는 4:1 내지 6:1의 수소: 산소 기체 보유의 몰비를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 1.2:1 내지 5:1, 1.2:1 내지 4.5:1, 1.2:1 내지 4:1, 1.2:1 내지 3.5:1, 1.2:1 내지 3:1 또는 1.2:1 내지 2.5:1의 수소:산소 기체 보유의 몰비를 유지하는 것을 포함한다. 가장 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 1.5:1 내지 2.5:1, 1.5:1 내지 3:1, 1 또는 1.5:1 내지 3.5 또는 4:1의 수소:산소 기체 보유의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
본 발명에 따라 단백질 함량이 높고 생산 속도가 높은 바이오매스를 수득하기 위해, 기체 기질로서의 산소가 바람직하게는, 다른 매개변수, 예컨대 수소 대 산소 비율을 고려하면서 가능한 한 높은 농도로 액체 상에 첨가되는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 액체 상 중 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것은 액체 상에 5 내지 100% (v/v)의 농도의 산소를 첨가하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따라 액체 상 중 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것은 액체 상에 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 내지 100% (v/v), 또는 5 내지 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 또는 95% (v/v)의 농도의 산소를 첨가하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명에 따라 액체 상 중 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것은 액체 상에 10 내지 100% (v/v)의 농도의 산소를 첨가하는 것을 포함한다. 심지어 더욱 더 바람직하게는, 본 발명에 따라 액체 상에 수소:산소의 몰비를 첨가하는 것은 액체 상에 20 내지 100% (v/v)의 농도의 산소를 첨가하는 것을 포함한다.
수소, 산소 및 이산화탄소는 물에 대한 용해도가 다르기 때문에 최적의 바이오매스 생산을 위해 용해된 수소, 산소 및 이산화탄소의 몰비를 유지하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 1 내지 60: 0.5 내지 20: 0.5 내지 20의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 20:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 20:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3 내지 20:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 20:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 30:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 30:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3 내지 30:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 30:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 12 내지 30:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 12 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 20 내지 40:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 12 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 20 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 30 내지 60:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 8:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 8:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 4 내지 8:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 6 내지 8:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 6:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 6:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 4 내지 6:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 1 내지 4:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 2 내지 4: 0.795 내지 4.25: 0.75 내지 2.0, 1 내지 2: 0.795 내지 4.25: 0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.5 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.5 내지 8:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 8:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 8:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 8:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:4 내지 8:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.5 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:4 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:8 내지 12:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.5 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:4 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:8 내지 20:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.25 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.25 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.25 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.25 내지 3, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:3 내지 5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:3 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:5 내지 8, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:3 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:5 내지 10, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:3 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:5 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:10 내지 15, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.5 내지 20, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 20, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:1.25 내지 20, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:2 내지 20, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:3 내지 20, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:5 내지 20, 또는 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:10 내지 20의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
따라서, 투입 스트림을 제어하는 것은 100 내지 2000 kPa의 기체 상 압력하에 28 내지 45℃의 온도에서 액체 상에서 0.5 내지 20 mg/l의 수소 농도, 0.5 내지 80 mg/l의 산소 농도 및 20 내지 2000 mg/l의 이산화탄소 농도를 유지하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 수소, 산소 및 이산화탄소의 농도를 각각 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 2 내지 20 mg/l, 0.5 mg/l 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 10 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 15 mg/l, 0.5 내지 10 mg/l 및 50 내지 250 mg/l, 0.5 내지 15 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 2 내지 15 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 5 내지 15 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 10 내지 15 mg /l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 10 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 2 내지 10 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 5 내지 10 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 5 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 1.0 내지 5 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 2.0 내지 5 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 3 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 1 내지 3 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 2 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 5 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 10 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 20 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 40 내지 80 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 50 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 2 내지 50 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 5 내지 50 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 10 내지 50 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 20 내지 50 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 2 내지 20 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 5 내지 20 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 10 내지 20 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 10 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 2 내지 10 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 5 내지 10 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 5 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 2 내지 5 mg/l 및 20 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 100 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 200 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 500 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 1000 내지 2000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 100 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 200 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 500 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 1000 내지 1500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 1000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 1000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 100 내지 1000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 200 내지 1000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 500 내지 1000 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 100 내지 500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 200 내지 500 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 250 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 250 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 100 내지 250 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 100 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 50 내지 100 mg/l, 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 20 내지 50 mg/l, 또는 0.5 내지 20 mg/l, 0.5 내지 80 mg/l 및 30 내지 50 mg/l의 수소, 산소 및 이산화탄소의 농도를 유지하는 것을 포함한다.
액체에 용해된 기체의 농도는 바람직하게는 진공 하에 액체 샘플을 취하고 이를 기체 크로마토그래피로 분석할 때까지 진공 하에 유지함으로써 측정할 수 있다. 덜 정확하고 선호되지 않는 대안적인 측정 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 광섬유 프로브, 임피던스 프로브, 열 전달 프로브 또는 초음파 프로브에 의한 인-라인 측정을 포함한다.
적어도 65%의 단백질을 포함하고 적어도 10 g/l/d의 속도로 바이오매스를 생산하기 위해 및 바람직하게는 추가로 생물반응기의 액체 상에서 적어도 10 g/l의 미생물의 농도를 유지하기 위해 액체 상에서 수소 및/또는 산소의 최소 전달 속도를 유지하는 것이 필요한 것으로 밝혀졌다. 바이오매스 생산 속도와 품질만 고려하면 이론상 최대 전달 속도는 필요하지 않지만, 상업적, 비용 및 안전 고려 사항은 최대 전달 속도를 부과한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 적어도 0.02 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/하거나 액체 상에서 적어도 0.003 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 적어도 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4 또는 0.5 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/거나 액체 상에서 적어도 0.005, 0.01, 0.015, 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 또는 0.2 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 적어도 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 또는 0.3 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/거나 액체 상에서 적어도 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 또는 0.2 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 적어도 0.02 내지 3.0 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/하거나 액체 상에서 적어도 0.01 내지 0.4 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 또는 0.3 내지 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.0 또는 2.5 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/거나 액체 상에서 0.015, 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15 또는 0.2 내지 0.25, 0.3 또는 0.35 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상에서 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 또는 0.3 내지 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6 또는 0.65 mol/l/h의 전달 속도로 수소를 유지하고/거나 액체 상에서 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07 또는 0.08 내지 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.2, 0.25 또는 0.3 mol/l/h의 전달 속도로 산소를 유지하는 것을 포함한다. 또한, 더욱 바람직하게는 산소는 액체 상에서 0.04, 0.045, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1 내지 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.18 또는 0.2 mol/l/h의 전달 속도로 유지된다.
바람직하게는, 미생물은 각각 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h의 비율로 수소, 산소 및 이산화탄소를 이용한다. 더욱 바람직하게는, 미생물은 각각 0.05 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.2 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.5 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.2 내지 0.5 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.2 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.2 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.02 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.2 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.3 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.3 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.02 내지 0.3 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.05 내지 0.3 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.1 내지 0.3 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.2 내지 0.3 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.2 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.02 내지 0.2 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.2 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.05 내지 0.2 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.1 내지 0.2 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.1 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.02 내지 0.1 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.1 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.05 내지 0.1 mol/g/h 및 0.01 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.2 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.3 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.1 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.2 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.2 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.2 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.03 내지 0.2 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.2 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.1 내지 0.2 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.1 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.1 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.03 내지 0.1 mol/g/h, 0.03 내지 1.0 mol/g/h, 또는 0.01 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.1 mol/g/h 비율의 수소, 산소 및 이산화탄소를 활용한다.
더욱 바람직하게는, 0.05 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 1.0 mol/g/h, 0.2 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.2 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 1.0 mol/g/h, 0.2 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.01 내지 0.2 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.2 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.2 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.3 mol/g/h, 0.01 내지 0.1 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.1 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 0.3 mol/g/h, 0.05 내지 0.1 mol/g/h 및 0.02 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.2 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.2 내지 0.5 mol/g/h, 0.15 내지 1.0 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.2 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.2 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.03 내지 0.2 mol/g/h, 0.15 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.2 mol/g/h, 0.05 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.01 내지 0.1 mol/g/h, 0.1 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.03 내지 0.1 mol/g/h, 0.15 내지 0.3 mol/g/h, 0.03 내지 0.5 mol/g/h 및 0.02 내지 0.1 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h 및 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.1 내지 0.5 mol/g/h 및 0.1 내지 0.5 mol/g/h, 0.4 내지 1.0 mol/g/h, 0.1 내지 0.3 mol/g/h 및 0.1 내지 0.3 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.03 내지 0.15 mol/g/h, 0.02 내지 0.1 mol/g/h, 0.1 내지 1.0 mol/g/h, 0.08 내지 0.36 mol/g/h 및 0.06 내지 0.26 mol/g/h, 0.08 내지 0.75 mol/g/h, 0.06 내지 0.27 mol/g/h 및 0.05 내지 0.2 mol/g/h, 0.08 내지 0.5 mol/g/h, 0.06 내지 0.18 mol/g/h 및 0.05 내지 0.13 mol/g/h, 0.05 내지 0.75 mol/g/h, 0.04 내지 0.27 mol/g/h 및 0.03 내지 0.18 mol/g/h, 0.05 내지 0.6 mol/g/h, 0.04 내지 0.2 mol/g/h 및 0.03 내지 0.15 mol/g/h, 0.06 내지 0.6 mol/g/h, 0.05 내지 0.2 mol/g/h 및 0.04 내지 0.15 mol/g/h, 0.06 내지 0.5 mol/g/h, 0.05 내지 0.18 mol/g/h 및 0.04 내지 0.13 mol/g/h, 0.05 내지 0.5 mol/g/h, 0.04 내지 0.18 mol/g/h 및 0.03 내지 0.13 mol/g/h, 또는 0.04 내지 0.4 mol/g/h, 0.02 내지 0.1 mol/g/h 및 0.01 내지 0.1 mol/g/h이다.
기체 기질은 일반적으로 바닥으로부터 생물반응기로 살포된다. 생물반응기에 존재하는 미생물은 기체 기질을 이용하여 바이오매스를 생성한다. 본 방법에서 산소 및 수소 가스 투입은 처음에 액체 배지 상에 주입될 때 폭발 한계 초과로 시스템에 가스를 초기에 추가할 수 있도록 피드백 루프의 일부로 제어된다. 그런 다음 피드백 제어는, 시스템에서 산소 및/또는 수소를 충분히 활용하여 헤드스페이스에서 발생 가스가 표준 조건 하에 산소의 경우 5% (v/v) 및 수소의 경우 4% (v/v)의 폭발 안전 한계 미만으로 유지될 수 있도록 보장한다. 또한, 세 가지 가스 투입 모두는 산소 또는 수소가 시스템 내에서 제한 가스로 유지되도록 제어된다.
투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상과 집적적으로 접촉하는 기체상으로부터 0 내지 750 mm 간격 이내에 액체 상 중 0 내지 40:0 내지 15:0 내지 15, 0 내지 12.748:0 내지 4.25:0 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0 또는 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상과 집적적으로 접촉하는 기체상으로부터 0 내지 750 mm 간격 이내에 액체 상 중 1 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 6 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 8 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 6 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 8 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 12 내지 20:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 6 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 8 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 12 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 20 내지 30:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 6 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 8 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 12 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 20 내지 40:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 8:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 8:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 8:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 6 내지 8:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 6:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 6:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 4 내지 6:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 1 내지 4:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 2 내지 4:0 내지 1.0625:0.75 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 2.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:2 내지 2.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 3.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 3.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 3.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:2 내지 3.5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:2 내지 5, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:3.5 내지 5, 0.25 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:2 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:3.5 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:5 내지 10, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:1 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:2 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:3.5 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:5 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:10 내지 15, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.25 내지 1.0, 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.5 내지 1.0, 또는 3.183 내지 12.748:0 내지 1.0625:0.75 내지 1.0의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상과 집적적으로 접촉하는 기체상으로부터 0 내지 750 mm 간격 이내에 액체 상 중 0 내지 3.187:0.25 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:2.5 내지 4.25:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 6:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 6:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 6:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:2.5 내지 6:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 10:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 10:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 10:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:2.5 내지 10:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:5 내지 10:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:2.5 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:5 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:10 내지 15:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 3:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 3:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 3:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:2.5 내지 3:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 2:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 2:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:1.5 내지 2:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 1.5:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 1.5:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.25 내지 1:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 1:0.75 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.25 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:1 내지 2.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.25 내지 2.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 2.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:1 내지 2.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:2 내지 2.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.25 내지 3.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 3.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:1 내지 3.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:2 내지 3.5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.25 내지 5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 5, 0 내지 3.187:0 내지 1.0625:1 내지 5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:2 내지 5, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:3.5 내지 5, 0.25 내지 10, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 10, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:1 내지 10, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:2 내지 10, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:3.5 내지 10, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:5 내지 10, 0.25 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:1 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:2 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:3.5 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:5 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:10 내지 15, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.25 내지 1.0, 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.5 내지 1.0, 또는 0 내지 3.187:0.795 내지 4.25:0.75 내지 1.0의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상과 집적적으로 접촉하는 기체상으로부터 0 내지 750 mm 간격 이내에 액체 상 중 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 6 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 8 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 6 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 8 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 12 내지 20:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 6 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 8 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 12 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 20 내지 30:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 6 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 8 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 12 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 20 내지 40:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 8:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 8:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 8:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 6 내지 8:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 6:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 6:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 4 내지 6:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 1 내지 4:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 2 내지 4:0.795 내지 4.25:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 4.25:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 4.25:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 4.25:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 6:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 6:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 6:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 6:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 10:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 10:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 10:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 10:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:5 내지 10:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:5 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:10 내지 15:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 3:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 3:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 3:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:2.5 내지 3:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 2:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 2:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:1.5 내지 2:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 1.5:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.795 내지 1.5:0 내지 0.5, 3.183 내지 12.748:0.25 내지 1:0 내지 0.5, 또는 3.183 내지 12.748:0.795 내지 1:0 내지 0.5의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다.
상기 언급된 바와 같이, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상과 집적적으로 접촉하는 기체상으로부터 0 내지 750 mm 간격 이내에 액체 상 중에 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 간격은 0 내지 700 mm, 0 내지 650 mm, 0 내지 600 mm, 0 내지 550 mm, 0 내지 500 mm, 0 내지 450 mm, 0 내지 400 mm, 0 내지 350 mm, 0 내지 300 mm, 0 내지 250 mm, 0 내지 200 mm, 0 내지 150 mm, 0 내지 100 mm, 0 내지 90 mm, 0 내지 80 mm, 0 내지 70 mm, 0 내지 60 mm, 0 내지 50 mm, 0 내지 40 mm, 0 내지 30 mm, 0 내지 20 mm 또는 0 내지 10 mm을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 산업 환경에서 사용하기에 적합한 생물반응기를 사용하여 실행된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 생물반응기는 케모스탯이다.
산업 환경에서 사용하기에 적합한 생물반응기는 미생물, 바람직하게는 수소-산화 미생물의 산업적 발효 분야의 표준 요구 사항을 준수한다. 산업 환경에서 사용하기에 적합한 생물반응기는 일반적으로 파일럿 규모 생물반응기의 경우 약 0.2 내지 약 10 m3 및 공장 규모 생물반응기의 경우 약 2 내지 약 500 m3의 액체 상 부피를 갖지만 이론상 상한 부피는 없다. 미생물의 산업적 발효 분야의 표준 요구 사항은 바람직하게는 높은 열 스트레스 및/또는 높은 내부 기체 및 액체 압력을 견딜 수 있는 능력을 포함한다. 본 발명에 따른 표준 요건은 수소와 산소를 포함하는 폭발 가능성이 있는 기체 혼합물의 결과를 방지 및/또는 견디기 위한 설계 고려 사항을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 산업 환경에서 사용하기에 적합한 생물반응기는 본 발명에 따른 수소 및/또는 산소와 같은 기체 기질의 고농도 사용을 가능하게 한다.
본 발명의 맥락에서, 생물반응기 및 바람직하게는, 케모스탯은 실질적으로 정적인 미생물의 생리학적 상태 및 비성장속도를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 교반 속도, 기체 기질 전달 속도, 희석 속도(공급된 영양소의 체적 흐름을 총 부피로 나눈 값), 온도, pH, 미생물을 포함하는 배양 배지 제거 및/또는 바람직하게는 실질적으로 일정한 액체 배지 배양 부피를 유지하기 위해 배양 배지를 첨가하는 것을 제어함으로써 다양한 연속적인 (생)화학 과정을 유지함으로써 달성된다. 예를 들어, 배지가 생물반응기에 첨가되는 속도를 변경하여 미생물의 비성장속도를 제어할 수 있다. 희석률을 높이면 미생물의 성장이 증가할 것이다. 그러나, 유실을 방지하기 위해 희석률은 비성장속도에 비례하여 제어되어야 한다. 미생물의 단백질 생산율과 단백질 함량을 최대화하기 위해 희석율이 제어된다. 미생물의 비성장속도가 너무 높으면 바이오매스의 단백질 함량 및/또는 품질이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 생물반응기는 바람직하게는 기포탑, 에어 리프트, 연속 교반 탱크 및 루프형 반응기를 포함하는 군으로부터 선택된다. 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 바람직한 생물반응기는 연속 교반 탱크 반응기이다. 바람직하게는, 생물반응기는 하나 이상의 기체 및/또는 액체 재순환 시스템을 포함한다.
더 높은 수준의 단백질 함량과 품질의 바이오매스로 이어지는 생물반응기 내 액체 상 교체의 근거는 일정한 환경 조건에서 미생물을 생리학적 정상 상태로 유지하는 것이다. 이 정상 상태에서 성장은 실질적으로 일정한 비성장속도로 발생하고, pH, 영양분 농도, 기체 기질 농도, 미생물 농도와 같은 모든 배양 매개변수는 실질적으로 일정하게 유지된다. 미생물의 이러한 생리학적 정상 상태는 적어도 65%의 단백질을 포함하는 바이오매스를 10 g/l/d 초과의 속도로 생산하는 데 필요한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따르면, 투입 스트림 및 영양 조성물은 바람직하게는 미생물의 비성장속도 및/또는 정상 상태, 바람직하게는 미생물의 정상 상태, 더욱 바람직하게는 미생물의 비성장속도를 유지하도록 제어된다.
본 발명에 따르면, 투입 스트림 및 영양 조성물은 바람직하게는 생물반응기의 액체 상에서 미생물의 농도를 적어도 5 g/l, 바람직하게는 5 내지 100 g/l로 유지함으로써 미생물의 정상 상태를 달성하거나 유지하도록 제어된다. 더욱 바람직하게는, 미생물의 정상 상태는 적어도 6, 7, 8, 9, 10 to 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25 또는 30 g/l, 바람직하게는 6, 7, 8, 9, 10 내지 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25 또는 30 내지 50, 60, 70, 80, 90 또는 100 g/l의 생물반응기의 액체 상에서 미생물의 농도를 유지함으로써 달성되거나 유지될 수 있다. 더욱 더 바람직하게는, 미생물의 정상 상태는 생물반응기의 액체 상에서 적어도 8, 9, 10 내지 11, 12, 13, 14 또는 15 g/l, 바람직하게는 8, 9, 10 내지 11, 12, 13, 14 또는 15 내지 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 g/l의 미생물 농도를 유지함으로써 달성되거나 유지될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 적어도 1.0 d-1, 바람직하게는 적어도 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 또는 4.0 d-1의 미생물의 비성장 속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따라 투입 스트림 및 영양 조성을 제어하는 것은 적어도 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 2.5 d-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 적어도 0.03 h-1, 바람직하게는 적어도 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25 또는 0.3 h-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 적어도 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09 또는 0.1 h-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다.
미생물의 비성장속도가 너무 높으면 바이오매스의 단백질 함량 및/또는 품질이 감소될 수 있다. 예를 들어, 바이오매스의 핵산 함량이 너무 높아질 수 있다.
따라서, 바람직하게는, 본 발명에 따른 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 1.0 내지 8.0 d-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 또는 2.0 내지 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0 또는 7.0 d-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 내지 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 또는 3.5 d-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 0.03 내지 0.4 h-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09 또는 0.1 내지 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.25, 0.3 또는 0.35 h-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것은 0.05, 0.06, 0.07, 0.08 또는 0.09 내지 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19 또는 0.2 h-1의 미생물의 비성장속도를 유지하는 것을 포함한다.
출원인은 놀랍게도 알칼리지네스 종 속으로부터 선택된 박테리아가 높은 생산 속도로 고품질 바이오매스를 생산할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 알칼리지네스 종 속으로부터 선택된 박테리아로부터 바이오매스를 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 출원인은 놀랍게도 쿠프리아비두스 종 속으로부터 선택되는 박테리아가 훨씬 더 높은 생산 속도로 훨씬 더 높은 품질의 바이오매스를 생성할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 쿠프리아비두스 종 속, 바람직하게는 종 쿠프리아비두스 네카토르로부터 선택되는 박테리아로부터 바이오매스를 생성하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 바이오매스는 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65% 단백질을 포함한다. 바람직하게는, 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 속도로 생성된다. 바람직하게는, 바이오매스를 생성하는 방법은 수소, 산소 및/또는 이산화탄소를 포함하는 하나 이상의 기체 기질을 포함하는 하나 이상의 입력 스트림을 사용하는 것을 포함하며, 이는 액체 상의 미생물을 기체 기질 및 탄소, 질소 및/또는 인 포함 화합물을 포함하는 영양 조성물과 접촉시키는 것을 포함하며, 여기서 투입 스트림 및 영양 조성물이 제어된다. 본 발명은 또한 다운스트림 처리를 포함하여, 알칼리지네스 종 속으로부터 선택되는 박테리아로부터 바이오매스를 생성하고, 생성된 바이오매스를 분리하고, 영양 조성물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 다운스트림 처리를 포함하여, 쿠프리아비두스 종 속, 바람직하게는 종 쿠프리아비두스 네카토르로부터 선택되는 박테리아로부터 바이오매스를 생성하고, 생성된 바이오매스를 분리하고, 영양 조성물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 다른 유기체를 위한 영양분 공급원으로서의 생성된 바이오매스의 추가 적용에 있어서, 생성된 바이오매스를 처리할 필요가 있다. 생선된 바이오매스의 영양 조성물과 물 구성요소를 제거하는 것은 농업 식품 산업에서 일반적으로 수행된다. 운반, 저장 및 병원체 또는 기타 바람직하지 않은 유기체에 의한 오염 방지의 용이성을 위해 추가 적용을 위한 생성된 바이오매스의 수분 함량은 가능한 한 낮아야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 다운스트림 처리를 포함하여, 본 발명의 방법에 따라 생성된 바이오매스를 분리하고, 영양 조성물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따라 생성된 바이오매스를 분리하고, 바이오매스가 10 중량% 미만의 수분 함량을 포함하도록 바이오매스를 탈수 및/또는 건조하는 것을 포함하여, 영양 조성물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 바이오매스는 9.0 중량%, 8.0 중량%, 7.0 중량%, 6.5 중량%, 6.0 중량%, 5.5 중량%, 5.0 중량%, 4.5 중량%, 4.0 중량%, 3.5 중량%, 3.0 중량%, 2.5 중량%, 2.0 중량%, 1.5 중량%, 1.0 중량% 또는 0.5 중량% 미만의 수분 함량을 포함한다.
다운스트림 처리를 포함하여, 본 발명의 방법에 따라 생성된 바이오매스를 분리하고 영양 조성물을 제거하거나, 본 발명에 따라 생성된 바이오매스를 분리하고 바이오매스가 10 중량%, 9.0 중량%, 8.0 중량%, 7.0 중량%, 6.5 중량%, 6.0 중량%, 5.5 중량%, 5.0 중량%, 4.5 중량%, 4.0 중량%, 3.5 중량%, 3.0 중량%, 2.5 중량%, 2.0 중량%, 1.5 중량%, 1.0 중량% 또는 0.5 중량% 미만의 수분 함량을 포함하도록 바이오매스를 탈수하고/거나 건조시키는 것을 포함하여 영양 조성물을 제거함으로써 수득된 영양 조성물은 본 발명의 방법에 따라 바이오매스를 생성하기 위한 영양 조성물로서 사용될 수 있다.
본 개시내용의 임의의 방법에 의해 생성되거나 수득된 바이오매스는 하나 이상의 유기체에 영양을 공급하거나 제공하기 위해 사용될 수 있다. 농업 산업은 전형적으로 어류, 갑각류, 연체동물, 가금류, 돼지 및 소와 같은 유기체에 유사한 사료를 사용한다. 따라서, 본 발명은 또한 예를 들어 어류, 갑각류, 연체동물, 가금류, 돼지 및 소에게 먹이를 주거나 영양분을 제공하기 위한 본 개시내용의 임의의 방법에 의해 생성되거나 수득된 바이오매스의 용도에 관한 것이다. 바람직하게는, 어류는 사이프리니대(Cyprinidae), 살몬니대(Salmonidae), 툰니니(Thunnini), 오레오크로미스(Oreochromis) 및 실루리포르메스(Siluriformes)를 포함한다. 바람직하게는, 가금류는 갈루스 갈루스 도메스티쿠스(Gallus gallus domesticus)를 포함한다.
화학독립영양 박테리아에 의해 생성된 바이오매스의 특성은 특정 용도에 대한 가치와 직접적인 관련이 있다. 예를 들어, 동물 사료 및 식품 적용의 경우 단백질 함량과 아미노산 조성은 영양 품질에 필수적이다. 본 발명의 방법은 영양분 품질이 높은 이러한 바이오매스를 생성한다. 따라서, 본 발명은 추가로 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.6 내지 6.4%의 히스티딘 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.3 내지 9.2%의 이소류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.5 내지 16.0%의 류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.0 내지 14.8%의 리신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.7 내지 7.2%의 메티오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.2 내지 11.4%인 페닐알라닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.1 내지 9.2%의 트레오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.3 내지 5.2%인 트립토판 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.1 내지 12.4%의 발린 함량을 포함하는 아미노산 함량을 포함하는 단백질을 포함하는, 본 발명의 방법에 의해 수득가능한 바이오매스에 관한 것이다. 바람직하게는, 아미노산 함량은 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.9 내지 4.8%의 히스티딘 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.0 내지 6.9%의 이소류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.8 내지 12.0%의 류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.0 내지 11.1%의 리신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.1 내지 5.4%의 메티오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 8.5%의 페닐알라닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.6 내지 6.9%의 트레오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.4 내지 3.9%인 트립토판 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 9.3%의 발린 함량을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 아미노산 함량은 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.2 내지 3.2%의 히스티딘 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.6 내지 4.6%의 이소류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 5.0 내지 8.0%의 류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 4.0 내지 7.4%의 리신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.4 내지 3.6%의 메티오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.3 내지 5.7%의 페닐알라닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.1 내지 4.6%의 트레오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.5 내지 2.6%의 트립토판 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.2 내지 6.2%의 발린 함량을 포함한다.
또한, 본 발명은 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 15 내지 80%의 C16:0 팔미트산 함량, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 2.5 내지 30%의 C16:1 팔미톨레산 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 15 내지 80%의 C17:1 헵타데센산 함량을 포함하는 지방산 함량을 포함하는 총 바이오매스 건조 중량의 1.5 내지 24%의 지질 함량을 포함하는, 본 발명의 방법에 의해 수득가능한 바이오매스에 관한 것이다. 바람직하게는, 지질 함량은 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C16:0 팔미트산 함량, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 3.8 내지 22.3%의 C16:1 팔미톨레산 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C17:1 헵타데센산 함량을 포함하는 지방산 함량을 포함하는 총 바이오매스 건조 중량의 2.3 내지 18%를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 지질 함량은 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 30 내지 40%의 C16:0 팔미트산 함량, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 5 내지 15%의 C16:1 팔미톨레산 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 30 내지 40%의 C17:1 헵타데센산 함량을 포함하는 지방산 함량을 포함하는 총 바이오매스 건조 중량의 3 내지 12%를 포함한다.
도면의 상세한 설명
본 발명은 이제 본 발명의 바람직한 예시적인 구현예를 보여주는 도면을 참조하여 논의될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예를 보여준다. 여기에서 반응기 흐름도에서 숫자는 다음 특징부를 나타낸다:
통과 기체 분석 및/또는 생물반응기의 농도 분석을 기반으로 하는 산소/공기 투입(1), 수소 투입(2) 및 이산화탄소 투입(3)의 피드백 루프 제어는 최적의 단백질 생산 대사를 위한 정의되고 조정 가능한 투입 기체 비율을 통해 제어된다. 생성된 단위 바이오매스당 무기 질소(예를 들어, 우레아) 첨가(4) 및 pH 완충제의 첨가(5)를 통한 pH 유지를 위한 pH 및 OD 기반 피드백 루프가 또한 존재한다. 액체 성장 배지(6)는 다양한 피드백 루프의 센서를 통해 측정된 미생물의 성장에 반응하여 필요에 따라 생물반응기에 첨가된다. 미사용 기체는 생물반응기로 재순환(7)될 수 있다. 추가 특징인 희석율은 반응기에서 특정 유지 시간, 미생물의 최적 성장 및 바이오매스의 최적 생산에 도달하게 한다. 희석율은 무기 질소(4), pH 완충제(5), 액체 성장 배지(6)의 투입과 바이오매스를 함유하는 제거된 액체(10)의 재순환 및 바이오매스를 함유하는 액체 제거의 배출(8)을 조절하여 결정된다. 바이오매스를 함유하는 액체(8)의 제거 이후 액체의 대부분이 바이오매스를 함유하는 액체로부터 분리되는 탈수를 수반하는 다운스트림 처리 단계를 거친다. 그 후, 액체의 대부분은 바람직하게는 생물반응기로 재순환되고(10), 나머지 액체의 적은 부분과 함께 바이오매스는 추가적인 탈수, 건조 및 미생물의 불활성화를 포함하는 추가적인 다운스트림 처리 단계(9)를 거치며, 선택적 추가 다운스트림 처리 단계(11)를 통해 궁극적으로 바람직하게는 다른 유기체에 대한 영양 공급원으로 적합한 바이오매스 생성물을 발생시킨다. 개선된 전체 시스템 생산성은 더 높은 산소 농도를 가능하게 하여 전체 시스템 내에서 산소 제한을 줄임으로써 달성될 수 있다. 반응성 산소 공급(1)은 헤드스페이스 내의 안전한 가스 혼합물 농도 내에서 유지하면서 반응기 부하를 개선하는 데 선호된다. 산소는 바람직하게는 시스템의 헤드스페이스에서 5% 미만으로 유지되지만, 미생물에 의한 기체 소비 증가에 반응하여 증가하는 부피로 첨가되어 단백질 생산과 성장 속도의 최적 균형을 달성한다. 단백질 수율을 최대화하려면 암모니아 및/또는 우레아와 같은 무기 질소 화합물을 시스템에 최적으로 사용할 수 있어야 한다. 정의된 처리 조건에 따라 암모니아(4)를 공급함으로써 최적의 성장 속도가 또한 달성될 수 있다.
모든 매개변수를 미세하게 제어하면 기질 제한을 줄이고 최적화하여 발효의 전반적인 생산성을 향상시킬 수 있다. 이러한 제한 없이 발효는 더 높은 생산성을 달성할 수 있으며, 결정적으로 제어 양태는 바이오매스의 단백질 함량 최적화에 대해 이렇게 향상된 생산성의 균형을 맞추기 위해 개발되었다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g 당 필수 아미노산의 양의 범위의 예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 지방산 함량 중 가장 풍부한 지방산 비율의 예를 보여준다. 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 지방산 함량은 다음 방법에 의해 결정된다:
샘플을 톨루엔 중 메탄올과 황산의 혼합물로 2시간 동안 환류 가열한다. 지방과 오일은 지방산 메틸 에스테르(FAMES)로 트랜스-에스테르화된다. 생성된 메틸 에스테르 혼합물을 추출하기 위해 소량의 n-헥산이 사용된다. 그런 다음 샘플을 크로마토그래피 바이알로 옮기기 전에 무수 황산나트륨을 사용하여 n-헥산 용액을 건조시킨다. FAMES 지방산 프로파일은 화염 이온화 검출기로 검출하는 FFAP 컬럼(치수 25m x 0.20mm ID)을 사용하는 가스-액체 크로마토그래피로 수득된다. 프로파일은 내부 표준(C17:0)을 갖거나 갖지 않는 것으로 보고될 수 있다.
도 4는 동물 농업에 사용되는 전형적인 콩가루 및 어분의 것과 비교하여 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 총 단백질 함량 100 g당 필수 아미노산 양의 범위의 예를 보여주며, 예를 들어, 미국 대두박 정보 전단(2020년 4월 20일 온라인 접근: https://ussec.org/wp-content/uploads/2015/10/US-Soybean-Meal-Information.pdf, 미국 대두 수출 위원회 발행)를 참조하고; 어분에 있어서는 예를 들어 문헌 [M. Das and S. K. Mandal; Oxya hyla hyla (Orthoptera: Acrididae) as an Alternative Protein Source for Japanese Quail; International Scholarly Research Notices, 2014]을 참조한다. 본 발명의 방법에 따라 생성된 분리된 바이오매스의 아미노산 함량은 다음 방법에 의해 결정된다:
샘플은 페놀, 과산화수소 및 포름산의 조합으로 산화된다. 그런 다음 산화된 샘플을 염산으로 가수분해된다. 후속하여 아미노산은 이온 교환 크로마토그래피를 사용하여 분리되고, 광도 검출을 사용하여 닌히드린과의 컬럼 후 반응에 의해 결정된다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 바이오매스가 우수한 품질을 가짐을 분명히 알 수 있다.
도 5a와 b는 산소와 수소의 다양한 투입 농도 백분율에서 바이오매스 생산 속도의 추정을 보여준다. 산소 및 수소 농축물은 액체 상에 첨가되는 것이며, 바이오매스 생성 속도는 각각 산소(도 5a) 또는 수소(도 5b)의 비농도(specific concentration) 백분율로부터 10 g/l/d 초과의 바이오매스 생성 속도를 발생시키는, 적어도 65% 단백질을 갖는 바이오매스의 생성 속도이다. 도 5a는 미생물의 생존에 충분한 최소량으로 제공되도록 산소 이외의 기질의 양과 관련하여 제한된다. 도 5b는 미생물의 생존에 충분한 최소량으로 제공되도록 수소 이외의 기질의 양과 관련하여 제한된다.
도 6은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준의 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 나타내며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 1:1 내지 10:1의 수소:산소의 몰비를 첨가하여, 10 g/l/d 초과의 바이오매스 생성 속도를 발생시키는 것을 포함한다.
도 7은 본 발명에 따라 생성된 수소-산화 미생물로부터의 건조 중량에 의한 총 바이오매스의 단백질 함량의 추정을 나타내며, 여기서 투입 스트림을 제어하는 것은 비성장속도를 제어하는 것을 포함하여, 10 g/l/d의 바이오매스 생산 속도를 발생시킨다.
도 8a는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생산 속도와 관련하여 바람직한 수소 전달 속도의 추정을 나타내며, 여기서 바이오매스는 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65% 단백질을 포함한다. 목표 생산성에 필요한 수소 전달 속도는 바이오매스에 대한 수소 수율(Y_{H2/X})과 생산성을 곱하여 계산될 수 있으며, 여기서 Y_{H2/X}는 형성된 바이오매스 그램당 사용된 수소 g이다. 도 8a는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 얻을 수 있는 수소에 대한 경제적으로 바람직한 대사 수율 범위 내에서 10 g/L/d를 초과하는 생산성을 얻기 위해 필요한 필수 물질 이동을 식별한다.
도 8b는 본 발명에 따라 생성된 바이오매스 생성 속도와 관련하여 바람직한 산소 전달 속도의 추정을 나타내며, 여기서 바이오매스는 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65% 단백질을 포함한다. 목표 생산성에 필요한 수소 전달 속도는 바이오매스에 대한 산소 수율(Y_{O2/X})과 생산성을 곱하여 계산될 수 있으며, 여기서 Y_{O2/X}는 형성된 바이오매스 그램당 사용된 산소 g이다. 도 8b는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 획득할 수 있는 산소에 대한 경제적으로 바람직한 대사 수율 범위 내에서 10 g/L/d를 초과하는 생산성을 수득하기 위해 필요한 필수 물질 전달을 확인시켜 준다.
하기의 비제한적 실시예는 본 발명에 따른 방법 및 물질을 예시한다.
실시예 1
DSM 428로도 알려진 쿠프리아비디스 네카토르 균주 H16(Little et al.: "Complete Genome Sequence of Cupriavidis necator H16 (DSM 428)"; Microbiol. Resour. Announc. (2019)) 또는 이전에 공지된 랄스토니아 유트로피아(Ralstonia entrophia) H16(Pohlmann et al.: “Genome sequence of the bioplastic-producing “Knallgas” bacterium Ralstonia eutrophia H16”; Nature Biotechnology (2006))은 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 케모스탯 생물반응기 시스템에서 본 발명에 따라 배양하였다.
화학무기영양 성장 81(H-3)에 대한 DSMZ 미네랄 배지를 사용하였으며, 이는 하기로 구성되고 아래와 같이 제조된다:
용액 A:
KH2PO4 2.3g, Na2HPO4 x 2 H2O 2.9g, 증류수 50 ml
용액 B:
NH4Cl 1.0 g, MgSO4 x 7 H2O 0.50 g, CaCl2 x 2 H2O 0.01 g, MnCl2 x 4 H2O 0.005 g, NaVO3 x H2O 0.005 g, 미량 원소 용액 SL-6 5 ml, 증류수 915 ml
용액 C:
페릭 암모늄 시트레이트 0.05 g, 증류수 20 ml
용액 A, B, C를 121℃에서 15분 동안 개별적으로 오토클레이브하고, 50℃로 냉각시킨 다음 5.0 ml 필터 멸균 표준 비타민 용액과 무균 혼합하였다(아래 참조). 이 배지의 pH는 1 내지 4의 pH로 조정하고, 추가 1.5 g/L 염화암모늄, 3 x 10-4 g/L NiCl2 x 6H2O 및 1.5 x 10-3 g/L ZnSO4 x 7H2O 및 1.5 x 10-4 g/L CuCl2 x 2H2O 및 0.15 g/L 페릭 암모늄 시트레이트를 보충하였다. 상기 배지 및 제조 방법을 이용하면 기체 제한 성장 조건 하에 건조 중량 기준으로 10 g/L 세포 초과에서 65% 초과의 단백질 및 10 g/L/d 초과의 생산성을 함유하는 바이오매스의 작동 농도를 지원하는 것이 가능하며, 여기서 추가로 적절한 염기, 예를 들어 0.2 M NaOH 또는 NH4OH를 사용하여 현장에서 pH 조절을 이용하였다. 더 높은 작동 세포 농도와 생산성을 지원하기 위해 배지 성분이 비례적으로 확장될 수 있다.
표준 비타민 용액:
리보플라빈 10 mg, 티아민-HCl x 2 H2O 50 mg, 니코틴산 50 mg, 피리독신-HCl 50 mg, Ca-판토테네이트 50 mg, 비오틴 0.1 mg, 엽산 0.2 mg, 비타민 B12 1.0 mg, 증류수 100 ml
미량 원소 용액 SL-6:
ZnSO4 x 7 H2O 0.10 g, MnCl2 x 4 H2O 0.03 g, H3BO3 0.30 g, CoCl2 x 6 H2O 0.20 g, CuCl2 x 2 H2O, 0.01 g, NiCl2 x 6 H2O 0.02 g, Na2MoO4 x 2 H2O 0.03 g, 증류수 1000 ml
배양액은 배양 배지를 일정하게 교반하면서 적어도 3일 동안 성장시켰다. 이산화탄소 기체는 비제한적인 농도로 액체 상에 첨가하였다. 수소와 산소 기체는 1:1 내지 10:1의 비율로 액체 상에 첨가하였다. 기체 기질은 선택적으로 재활용하였다. 액체 배양 배지는 재활용하였다. 영양 화합물과 배양 배지를 첨가하고, 배양 중에 액체 상의 일부를 시스템으로부터 제거하였다. 액체 상의 총 부피는 다소 일정하게 유지하였다. 기체 전달 속도는 도 8a 및 8b에 표시된 선호 속도에 따라 사용된다.
바이오매스는 본 발명에 따라 생성 및 분리하여 도 2의 아미노산 함량 및 도 3 및 하기 표 1의 지방산 함량을 갖는 바이오매스를 발생시켰다.
| 지방산 | % (총 지방산) |
| C08:0 카프릴산 | 0.09 |
| C12:0 라우르산 | 0.1 |
| C10:0 카프르산 | 0.11 |
| C18:2 리놀레산 | 0.14 |
| C18:1 올레산 | 0.25 |
| C14:1 미리스톨레산 | 0.26 |
| C18:0 스테아르산 | 0.41 |
| C18:3 리놀렌산 | 1.6 |
| C14:0 미리스트산 | 4.22 |
| C16:1 팔미톨레산 | 10.19 |
| C17:1 헵타데센산 | 35.41 |
| C16:0 팔미트산 | 35.96 |
실시예 2
쿠프리아비디스 네카토르 균주는 실시예 1에 기술된 바와 같은 배양 조건을 사용하여 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 생물반응기 시스템에서 배양하였다. 희석율은 도 5a에서 2 d-1이고 도 5b에서 1 d-1이다.
결과는 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 한계에서 다양한 수소/산소 투입에 따른 생산성이며, 실험 결과로부터 외삽되었다. 단백질 함량은 적어도 65%이다.
실시예 3
쿠프리아비디스 네카토르 균주는 실시예 1에 기술된 바와 같은 배양 조건을 사용하여 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 생물반응기 시스템에서 배양하였다. 희석율은 1.87 d-1이다.
결과는 도 6에 도시된 바와 같은 다양한 수소:산소 투입 비율에 따른 단백질 함량이며, 실험 결과로부터 외삽되었다. 바이오매스의 생산성의 속도는 10 g/l/d 초과이다.
실시예 4
쿠프리아비디스 네카토르 균주는 실시예 1에 기술된 바와 같은 배양 조건을 사용하여 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 생물반응기 시스템에서 배양하였다. 세 지점의 희석율은 왼쪽에서 오른쪽으로 각각 1.82, 2.70 및 3.53 d-1이다. H2:O2 비율은 2:1이다.
결과는 도 7에 도시된 바와 같은 다양한 비성장속도를 갖는 단백질 함량이며, 실험 결과로부터 외삽되었다. 바이오매스의 생산성의 속도는 10 g/l/d 초과이다.
실시예 5
쿠프리아비디스 네카토르 균주는 실시예 1에 기술된 바와 같은 배양 조건을 사용하여 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 생물반응기 시스템에서 배양하였다.
그 결과는 도 8a에 도시된 바와 같은 다양한 수소 전달 속도를 갖는 생산성이며, 하기 표의 실험 결과로부터 외삽되었다. 단백질 함량은 적어도 65%이다.
실시예 6
쿠프리아비디스 네카토르 균주는 실시예 1에 기술된 바와 같은 배양 조건을 사용하여 도 1에 기술된 바와 같은 산업용 생물반응기 시스템에서 배양하였다.
그 결과는 도 8b에 도시된 바와 같은 다양한 산소 전달 속도를 갖는 생산성이며, 실험 결과로부터 외삽되었다. 단백질 함량은 적어도 65%이다.
Claims (20)
- 수소 및 산소를 포함하는 하나 이상의 기체 기질을 포함하는 하나 이상의 투입 스트림을 사용하여 수소-산화 미생물로부터 건조 중량 기준으로 총 바이오매스의 적어도 65%의 단백질을 포함하는 바이오매스를 생성하기 위한 방법으로서, 액체 상 중의 미생물을 질소 및 인-포함 화합물을 포함하는 영양 조성물 및 기체 기질과 접촉시키는 것을 포함하며, 하나 이상의 기체 기질은 이산화탄소를 포함하거나 영양 조성물은 탄소-포함 화합물을 포함하고, 투입 스트림 및 영양 조성물이 제어되며, 바이오매스는 10 g/l/d 초과의 속도로 생성되며, 투입 스트림을 제어하는 것은 액체 상 중 1:1 내지 10:1의 수소:산소의 몰비로 첨가하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 액체 상에 70 내지 100% (v/v) 농도의 수소, 20 내지 100% (v/v) 농도의 산소 및 5 내지 100% (v/v) 농도의 이산화탄소를 개별적으로 또는 이들의 임의의 사전 혼합된 조합으로 첨가하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것이 1.0 내지 8.0 d-1 또는 0.04 내지 0.3 h-1의 미생물의 비성장속도(specific growth rate)를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림 및 영양 조성물을 제어하는 것이 생물반응기의 액체 상 중의 미생물 농도를 적어도 10 g/l, 바람직하게는 10 내지 100 g/l로 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 액체 상에 3.88 내지 51.94:0.85 내지 2:0.75 내지 2 몰비의 수소:산소:이산화탄소를 첨가하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 액체 상에서 3.183 내지 12.748:0.795 내지 4.25:0.75 내지 2.0의 용해된 수소:산소:이산화탄소의 몰비를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 100 내지 2000 kPa의 기체 상의 압력하에 28 내지 45℃의 온도에서 액체 상에서 0.5 내지 20 mg/l의 수소 농도, 0.5 내지 80 mg/l의 산소 농도 및 20 내지 2000 mg/l의 이산화탄소 농도를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 액체 상에서 0.03 내지 1.2 mol/l/h의 전달 속도의 수소 및/또는 액체 상에서 0.003 내지 0.4 mol/l/h의 전달 속도의 산소를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 투입 스트림을 제어하는 것이 바람직하게는 액체 상에서 0.5:1 내지 7:1, 바람직하게는 1:1 내지 3.5:1의 수소:산소 기체 보유 몰비를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 미생물이 0.05 내지 0.5 mol/g/h 속도의 수소, 0.04 내지 0.18 mol/g/h 속도의 산소 및 0.03 내지 0.13 mol/g/h 속도의 이산화탄소를 사용하는, 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 이산화탄소가 생산 또는 연소 공정의 배기 가스로부터 유래되고, 바람직하게는 이산화탄소가 40 내지 100% (v/v)의 농도로 정제 및 농축되는, 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 상 중의 미생물을 영양 조성물과 접촉시키는 것을 포함하는 것이 첨가 전에 pH 1 내지 4로 조정된 영양 조성물을 첨가하는 것을 포함하고, 영양 조성물은 바람직하게는 NaHCO3 부재 하의 화학무기영양 성장 81(H-3)을 위한 DSMZ 배지를 포함하고, 바람직하게는 첨가 전에 배지에 추가의 1.5 g/L 염화암모늄, 3 x 10-4 g/L NiCl2 x 6H2O 및 1.5 x 10-3 g/L ZnSO4 x 7H2O 및 1.5 x 10-4 g/L CuCl2 x 2H2O 및 0.15 g/L 페릭 암모늄 시트레이트가 보충되는, 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 미생물이 로도슈도모나스 종(Rhodopseudomonas sp.); 로도스피릴룸 종(Rhodospirillum sp.); 로도코커스 종(Rhodococcus sp.); 로도박터 종(Rhodobacter sp.); 리조비움 종(Rhizobium sp.); 티오캅사 종(Thiocapsa sp.); 슈도모나스 종; 노카르디아 종(Nocardia sp.); 하이드로제노마스 종(Hydrogenomas sp.); 하이드로제노박터 종(Hydrogenobacter sp.); 하이드로제노비브리오 종(Hydrogenovibrio sp.); 헬리코박터 종(Helicobacter sp.); 잔토박터 종(Xanthobacter sp.); 하이드로제노파가 종(Hydrogenophaga sp.); 브레디아이조비움 종(Bradyrhizobium sp.); 랄스토니아 종(Ralstonia sp.); 고르도니아 종(Gordonia sp.); 마이코박테리아 종(Mycobacteria sp.); 알칼리제네스 종(Alcaligenes sp.); 쿠프리아비두스 종(Cupriavidus sp.); 바리오보락스 종(Variovorax sp.); 아시도보락스 종(Acidovorax sp.); 아나바에나 종(Anabaena sp.); 세네데스무스 종(Scenedesmus sp.); 클라마이도모나스 종(Chlamydomonas sp.); 안키스트로데스무스 종(Ankistrodesmus sp.); 라피디움 종(Rhaphidium sp.) 또는 아트로박터 종(Arthrobacter sp.) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 박테리아를 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 미생물이 쿠프리아비두스 종 속, 바람직하게는 종 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)로부터 선택되는 박테리아를 포함하는, 방법.
- 속 쿠프리아비두스 종, 바람직하게는 종 쿠프리아비두스 네카토르로부터 선택되는 바이오매스를 생성하는 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따라 생성된 바이오매스를 분리하고 영양 조성물을 제거하는 방법으로서, 바이오매스가 5 중량% 미만의 수분 함량을 포함하도록 바이오매스를 탈수 및/또는 건조하는 것을 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득가능한 바이오매스로서, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.9 내지 4.8%의 히스티딘 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 2.0 내지 6.9%의 이소류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.8 내지 12.0%의 류신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 3.0 내지 11.1%의 리신 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.1 내지 5.4%의 메티오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 8.5%의 페닐알라닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.6 내지 6.9%의 트레오닌 함량, 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 0.4 내지 3.9%의 트립토판 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 단백질 함량의 1.7 내지 9.3%의 발린 함량을 포함하는 아미노산 함량을 포함하는 단백질을 포함하는, 바이오매스.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득가능한 바이오매스로서, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C16:0 팔미트산 함량, 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 3.8 내지 22.3%의 C16:1 팔미톨레산 함량 및 총 바이오매스 건조 중량 지방산 함량의 23 내지 60%의 C17:1 헵타데센산 함량을 포함하는 지방산 함량을 포함하는 총 바이오매스 건조 중량의 2.3 내지 18%의 지질 함량을 포함하는, 바이오매스.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 바이오매스를 생성하기 위한 영양 조성물로서의 제16항에 따른 방법에 의해 수득된 영양 조성물의 용도.
- 하나 이상의 유기체에 먹이를 주거나 영양을 제공하기 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득되는 바이오매스 또는 제17항 또는 제18항에 따른 바이오매스의 용도로서, 바람직하게는 유기체는 어류, 갑각류, 연체동물, 가금류, 돼지 및 소를 포함하는, 용도.
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