RU2620982C2 - Биотехнологический способ получения бутанола и масляной кислоты - Google Patents

Биотехнологический способ получения бутанола и масляной кислоты Download PDF

Info

Publication number
RU2620982C2
RU2620982C2 RU2014137950A RU2014137950A RU2620982C2 RU 2620982 C2 RU2620982 C2 RU 2620982C2 RU 2014137950 A RU2014137950 A RU 2014137950A RU 2014137950 A RU2014137950 A RU 2014137950A RU 2620982 C2 RU2620982 C2 RU 2620982C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ethanol
acetate
present
synthesis gas
bacterial cell
Prior art date
Application number
RU2014137950A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014137950A (ru
Inventor
Ивоннэ ШИМАНН
Лив РАЙНЕККЕ
Томас ХААС
Дирк ВОЙСТЕР-БОТЦ
Харальд КРИСПИН
Original Assignee
Эвоник Дегусса Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эвоник Дегусса Гмбх filed Critical Эвоник Дегусса Гмбх
Publication of RU2014137950A publication Critical patent/RU2014137950A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2620982C2 publication Critical patent/RU2620982C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16—Butanols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/52—Propionic acid; Butyric acids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены способ получения С4-веществ, в частности, масляной кислоты, бутанола и их производных и применение этанола и/или ацетата в предложенном способе. Способ предусматривает стадию контакта водной среды, содержащей ацетогенную бактериальную клетку из группы, в частности, включающей Clostridium, Moorella и Carboxythermus, с синтез-газом при анаэробных условиях и температуре от 30 до 40°C. Применение этанола и/или ацетата приводит к увеличению выхода целевого продукта. Изобретения обеспечивают получение целевого продукта из синтез-газа в отсутствие углеводов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения С4-веществ, предпочтительно масляной кислоты и/или бутанола, содержащему стадии контакта ацетогенной бактериальной клетки в водной среде с синтетическим газом и инкубации смеси, полученной на стадии a), при температуре от 0 до 100°C в течение по меньшей мере 30 минут, где водная среда содержит, на стадии b), этанол и/или ацетат при общей объединенной концентрации по меньшей мере 0.1 г л-1.
Эра не возобновляемого ископаемого топлива подходит к концу. Тогда как до настоящего времени химики могли полагаться на фактически неограниченную подачу угля, нефтяного и природного газа, доступность таких ресурсов, образованных бактериями, планктоном, растительного и животного материала, хранящегося в океанских отложениях более чем миллионы лет, должна ограничиться в самом ближайшем будущем. Более того, горение ископаемого топлива было связано с увеличением в атмосфере концентраций CO2 и связанных с климатических изменений, наиболее заметным из которых является глобальное потепление. Поэтому следующие процессы образования для получения химических веществ массового производства, таких как бутанол, масляная кислота и их производные, обычно получаемых из ископаемых источников, должны будут основываться на возобновляемых ресурсах, т.е. веществах, которые легко и, с точки зрения геологических временных масштабов, быстро возобновляются.
Промышленная биотехнология, т.е. применение биокатализаторов, таких как ферменты или каталитически активные организмы в качестве промышленных катализаторов, обеспечивает альтернативы многим обычным процессам с применением ископаемых источников в качестве сырья. Биокатализаторы способны не только превращать соединения из возобновляемых материалов, но также часто сельскохозяйственные или промышленные отходы, от которых необходимо было бы избавляться другим образом, но которые не требуют применение токсичных соединений, и, наконец, но не в меньшей степени, уменьшать выбросы парниковых газов по сравнению с обычными подходами.
Множество способов получения бутанола (CH3-CH2-CH2-CH2-OH) и масляной кислоты (CH3-CH2-CH2-COOH, часто упоминаемых как бутират) и его С4 производные, были описаны в уровне техники, но большинство из них основывается на крекинге ископаемого топлива и окислении полученных коротких углеводородов. Напротив, было описано несколько процессов, которые начинаются с углерода в форме монооксида углерода или диоксида углерода, соединений, доступных из отходящих газов и, например, синтез-газа.
Синтез-газ, термин, относящийся к различным смесям, содержащим по меньшей мере одно из воды и водорода, и по меньшей мере одно из монооксида углерода и диоксида углерода, представляет собой возобновляемый источник углерода и является легко доступным во всем мире, так как процессы его получения с применением различных исходных веществ известны, включая паровой реформинг природного газа или жидких углеводородов и газификацию угля или биомассы.
Применение синтез-газа для получения соединений, содержащих углеводородные цепи, было описано в уровне техники. Однако ранее описанные способы зависели от добавления дополнительных субстратов, в частности гидратов углерода, таких как глюкоза. Способы на основе микробиологического потребления синтез-газа в качестве источника углерода к скорее неудовлетворительным выходам желательных соединений.
Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения С4- веществ, предпочтительно бутанола и/или масляной кислоты, исходя из монооксида углерода или диоксида углерода, предпочтительно в форме синтез-газа.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения С4-веществ, предпочтительно бутанола и/или масляной кислоты, исходя из монооксида углерода или диоксида углерода, который является улучшенным по сравнению со способами, известными из уровня техники, с точки зрения выхода и/или чистоты образованных бутанола и/или изомасляной кислоты, или доли С4-веществ, предпочтительно бутанола и/или изомасляной кислоты, образованных из атомов углерода, полученных из синтез-газа, скорее, чем из других источников углерода, в частности углеводов, таких как глюкоза.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения С4-веществ, исходя из синтез-газа, в котором выход С4 продуктов относительно углерод-содержащих реагентов, отличных от монооксида углерода и диоксида углерода, улучшается, т.е. количество соединений углерода, отличных от монооксида углерода и диоксида углерода, необходимых для синтеза, уменьшается.
Согласно одному объекту настоящего изобретения задача настоящего изобретения решается посредством способа получения С4-веществ, предпочтительно масляной кислоты и/или бутанола, содержащего стадии:
а) контакта ацетогенной бактериальной клетки в водной среде с синтез-газом при анаэробных условиях,
b) инкубации смеси, полученной на стадии а), при температуре от 0 до 100°C в течение по меньшей мере 30 минут,
где водная среда содержит, на стадии b), этанол и/или ацетат при общей объединенной концентрации, превышающей 0.1 г л-1.
В первом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где этанолом и/или ацетатом является экзогенно полученный этанол и/или ацетат.
Во втором варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого варианта выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где общая объединенная концентрация этанола и/или ацетата составляет от 0.5 г л-1 до 20 г л-1.
В третьем варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого и второго вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где синтез-газ содержит от 40 до 100, предпочтительно от 40 до 95% CO.
В четвертом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-третьего вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где синтез-газ содержит менее 10% CO2.
В пятом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-четвертого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где синтез-газ содержит менее 10% CO.
В шестом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-пятого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где способ содержит стадию
с) отделения и при необходимости рециклизации этанола и/или ацетата из смеси после стадии b).
В седьмом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-шестого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где ацетогенная бактериальная клетка выбирается из группы, содержащей Clostridium, Moorella и Carboxythermus и предпочтительно представляет собой Clostridium carboxidivorans.
В восьмом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-седьмого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где pH на стадиях а) и b) поддерживается между 3 и 7, предпочтительно 4-6, более предпочтительно 5-5.5.
В девятом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-восьмого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где стадия b) осуществляется при температуре от 15°C до 45°C, предпочтительно от 30°C до 40°C.
В десятом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-девятого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, где синтез-газ обеспечивает более 80, предпочтительно более 90% углерода, изначально присутствующего на стадии а).
В одиннадцатом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-девятого вариантов выполнения настоящего изобретения, задача решается посредством способа, который осуществляется непрерывным образом.
В двенадцатом варианте выполнения первого объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого-одиннадцатого вариантов выполнения настоящего изобретения, стадия b) осуществляется в отсутствии углеводов.
В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения задача настоящего изобретения решается посредством применения этанола и/или ацетата для увеличения доли синтез-газа, превращаемого ацетогенной бактериальной клеткой в С4-вещества, предпочтительно масляную кислоту и/или бутанол.
В первом варианте выполнения второго объекта настоящего изобретения, задача решается посредством применения, в котором этанол и/или ацетат представляют собой экзогенно полученный этанол и/или ацетат и предпочтительно добавляются в водную среду, содержащую ацетогенную бактериальную клетку до накопления обнаруживаемых количеств этанола и/или ацетата, эндогенно продуцируемых указанной клеткой.
Во втором варианте выполнения второго объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого варианта выполнения второго объекта настоящего изобретения, задача решается посредством применения, в котором ацетат и/или этанол присутствуют в водной среде, содержащей ацетогенную бактериальную клетку при общей объединенной концентрации этанола и/или ацетата, превышающей 0.5 г л-1, но не 20 г л-1.
В третьем варианте выполнения второго объекта настоящего изобретения, который также является вариантом выполнения первого и второго вариантов выполнения второго объекта настоящего изобретения, задача решается посредством применения, в котором ацетогенная бактериальная клетка выбирается из группы, включающей Clostridium, Moorella и Carboxythermus и предпочтительно представляет собой Clostridium carboxidivorans.
Без ограничения какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что присутствие этанола или ацетата индуцирует экспрессию генов, необходимых для превращения синтез-газа в С4-вещества, предпочтительно бутанол и/или масляную кислоту, таким образом, повышая способность ацетогенной бактериальной клетки метабилизировать монооксид углерода и диоксид углерода из синтез-газа.
Настоящее изобретение относится к получению С4-веществ, предпочтительно бутанола и/или масляной кислоты, с применением ацетогенной бактериальной клетки. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "ацетогенная бактериальная клетка", как применяется в настоящей заявке, относится к бактериальной или простейшей клетке, которая способна продуцировать ацетат при анаэробных условиях, предпочтительно с применением водорода в качестве донора электронов и диоксида углерода в качестве акцептора электронов или монооксида углерода вместо диоксида углерода. Из уровня техники известно множество ацетогенных бактерий, включая, но без ограничения к этому, Clostridium aceticum (Wieringa, К.Т. (1936), J. Microbiol. Serol. 3, 263-273), Acetobacterium woodi (Balch, W.E., Schobert, S., Tanner, R.S., and Wolfe, R.S. (1977), Int. J. Sys. Bacteriol. 27, 335-361), Clostridium thermaceticum (Fontaine, F.E, Peterson, W.H., McCoy, E. and Johnson, M.J. (1942), J. Bact. 43, 701-715), Clostridium lungdahlii (WO 0068407), Clostridium autoethanogenum (Aribini et al., Archives of Microbiology 161, 345-351), Moorella sp. HUC22-1 (Sakai et al., Biotechnology Letters 29, 1697-1612) и бактерии рода Carboxydothermus (Svetlichny et al. (1991), Systematic and Applied Microbiology 14, 254-260). Эти и другие ацетогенные бактериальные клетки являются коммерчески доступными для приобретения, например у the American Tissue and Culture Collection (ATTC), USA, или у the Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany. Объем настоящего изобретения также включает смешанную культуру, содержащую по меньшей мере две ацетогенные бактериальные клетки.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "С4-вещество", как применяется в настоящей заявке, относится к любому органическому соединению, содержащему в общем четыре атома углерода, в любой комбинации с функциональными группами, содержащими атомы, отличные от углерода. В более предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения термин "С4-вещество", как применяется в настоящей заявке, относится к любой производной, полученной из бутанола или бутирата. В наиболее предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения указанную производную получают дериватизацией, которая включает любую реакцию, отличную от тех, которые включают простое добавление или удаление атомов углерода в отношение бутанола или бутирата или их производных, включая, но без ограничения к этому, окисление, в частности гидроксилирование, восстановление и метильные сдвиги, где признак "чистое добавление или удаление атомов углерода" не исключает временное добавление или удаление атомов углерода, например, тетеринг С4-вещества или производной временно к ферменту или его кофактору. Примеры С4-веществ включают 1-бутанол (упоминаемый в настоящей заявке как "бутанол"), 2-бутанол, бутират, 1,4-бутандиол, 2,3-бутандиол, аминобутан, тиобутанол, изобутенол и изобутанол.
Настоящее изобретение допускает применение как ацетогенных бактериальных клеток дикого типа, так и генетически модифицированных ацетогенных бактериальных клеток. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, генетически модифицированная ацетогенная бактериальная клетка представляет собой ацетогенную бактериальную клетку, которая была модифицирована таким образом, что активность по меньшей мере одного фермента, участвующего в метаболическом пути Вуда-Льюнгдаля, т.е. пути превращения монооксида углерода, диоксида углерода и водорода в ацетат. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "фермент, участвующий в метаболическом пути Вуда-Льюнгдаля", как применяется в настоящей заявке, включает любой фермент, который связывает или предпочтительно принимает в качестве субстрата, один из субстратов указанного пути, предпочтительно монооксид углерода, диоксид углерода или водород, или любое из промежуточных соединений, образованных в этом пути, исходя из любого из этих субстратов, так как субстраты превращаются в ацетат или его производные. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "фермент, участвующий в метаболическом пути Вуда-Льюнгдаля", как применяется в настоящей заявке, относится к ферменту из группы, включающей CO дегидрогеназу и ацетил-CoA синтазу (Diekert and Wohlfahrt, (1994) Antonie van Leeuwenhoek 66 (1-3), 209-221). Методики, которые могут применяться для генетической модификации бактериальных клеток описаны в уровне техники, например в Sambrook et al. (Molecular Cloning - A Laboratory Manual (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press), как способы повышения активности фермента в бактериальной клетке, например, путем повышения экспрессии гена, кодирующего фермент, имеющий представляющую интерес активность, посредством амплификации хромосомального гена (WO 03/014330 и WO 03/040373). В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, ацетогенная бактериальная клетка выбирается из группы, включающей Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei и Clostridium ljungdahlii.
Важно, что способ осуществляется при анаэробных условиях. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "анаэробные условия", как применяется в настоящей заявке, означает, что насыщение рассматриваемого раствора кислородом, в порядке увеличения предпочтения, составляет менее 30, 20, 10, 5, 2.5 или 1 процента насыщения, где 100% насыщения означает концентрацию присутствующего кислорода, если раствор интенсивно продувается чистым газом кислородом при адекватных условиях, например, при 20°C при атмосферном давлении. В отношении газа, термин "анаэробные условия", как применяется в настоящей заявке, означает, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, что газ содержит, в порядке увеличения предпочтения и со ссылкой на общий объем, менее 30, 20, 10, 5, 2.5, 1, 0.5, 0.1, 0.01% кислорода. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "анаэробные условия", как применяется в настоящей заявке, означает, что концентрация кислорода, либо в газовой смеси, либо в растворе, является такой, что она не ингибирует рост анаэробных ацетогенных бактерий, предпочтительно Clostridium carboxidivorans. Специалист в данной области техники знаком с методиками, которые могут применяться, чтобы обрабатывать реакционные сосуды и растворы анаэробно, например, продувка непроницаемого сосуда газом и растворы с азотом, аргоном или тому подобным, или дополнение водных растворов ферментативными системами, потребляющими кислород, например 0.6% (мас./об.) β-D-глюкозы, 0.5 единиц мл-1 глюкоза-оксидазы (Sigma) и 200 единиц мл-1 каталазы (Sigma), как описано Richter, С.D. et al. (2002), J. Biol. Chem. 277 (5), 3094-3100.
Синтез-газ является основным источником углерода для получения согласно настоящему изобретению С4-веществ, предпочтительно бутанола и/или масляной кислоты. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "синтез-газ", как применяется в настоящей заявке, относится к смеси, содержащей по меньшей мере одно из воды и водорода (H2) и по меньшей мере одно из монооксида углерода (CO) и диоксида углерода (CO2), где общий объединенный объем воды, водорода, монооксида углерода и диоксида углерода составляет по меньшей мере 80, предпочтительно 90 процентов от общего объема смеси. Другие компоненты включают азот, инертные газы и тому подобное. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, синтез-газ содержит от 40 до 95% монооксида углерода. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, синтез-газ содержит от 40 до 100, предпочтительно от 40 до 95% диоксида углерода и от 0.5 до 20% H2. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, синтез-газ содержит менее 10% диоксида углерода. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, синтез-газ содержит менее 10% монооксида углерода. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения синтез-газ содержит по меньшей мере 5, предпочтительно 10% монооксида углерода. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, общий объединенный объем водорода и диоксида углерода составляет, в порядке увеличения предпочтения, более 50, 60, 70, 80, 90, 95 или 99 процентов от общего объема смеси. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "контакт" микроорганизма с "синтез-газом" любого состава, указанного в настоящей заявке, как применяется в настоящей заявке, означает, что микроорганизм присутствует в атмосфере, содержащей синтез-газ конкретного состава.
В соответствии со способом согласно настоящему изобретению ацетогенная бактериальная клетка вступает в контакт с синтез-газом в отсутствии кислорода в водной среде. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "водная среда" охватывает любой водный раствор, который содержит количество солей и буферов, необходимое для роста или поддержания ацетогенной бактериальной клетки и для поддержания ацетогенеза. Например, водная среда согласно Hurst, К.М., and Lewis, R. (2010), Biochemical Engineering Journal 2010, 48, 159-165 может применяться для осуществления методик согласно настоящему изобретению. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, водная среда содержит дрожжевой экстракт.
Важным аспектом настоящего изобретения является, что этанол (CH3-CH2-OH) и/или ацетат (CH3-COO-) присутствуют в водной среде в результате начала реакции при общей объединенной концентрации, т.е. сумме концентрации катиона ацетата и концентрации этанола, равной по меньшей мере 0.1 г л-1. В других предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения концентрация этанола и/или ацетона составляет 0.1 - 50, 0.2 - 40, 0.25 - 20 или 0.5 - 20 г л-1.
Скорее, чем ожидать эндогенный ацетат, продуцируемый клеткой, экзогенно полученный ацетат и/или этанол первоначально применяется на стадии а) в водной среде. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "экзогенно полученный" ацетат и/или этанол, как применяется в настоящей заявке, относится к ацетату и этанолу, полученным или очищенным в отдельном реакционном сосуде до контакта ацетогенной бактериальной клетки, в отличие от ацетата и/или этанола, полученного на стадии b), т.е. после стадии а). В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "экзогенно полученный" ацетат и/или этанол содержит ацетат и/или этанол, продуцированный ацетогенной бактериальной клеткой или, в действительности, той же ацетогенной бактериальной клеткой, как применяется на стадии а), но удаляется из реакционного сосуда, отделяется от какого-либо С4-вещества, полученного и рециклизованного. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, концентрация экзогенно полученного ацетата и/или этанола поддерживается в водной среде в объеме или диапазоне объемов, присутствующих с самого начала и пока реакция, катализируемая ацетогенной бактериальной клеткой на стадии b), продолжается. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, ацетат и/или этанол в водной среде в целом упоминается как экзогенный до тех пор, пока более 80, предпочтительно более 90% общего ацетата и/или этанола, присутствующего в водной среде, составляют экзогенно полученный ацетат и/или этанол.
Смесь, полученная на стадии а), может инкубироваться в течение по меньшей мере 0.5, 1, 2, 3, 5, 10, 12, 16, 24, 36, 48, 120 или 160 часов. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, восстанавливающий агент присутствует на стадии b). Специалистам в данной области техники известны восстанавливающие агенты, например, тиол-содержащие агенты, такие как цистеин или дитионит. Начальная концентрация может составлять по меньшей мере 0.1, 0.5, 1, 2, 5 или 10 мМ.
Предпочтительно способ содержит рециклизуемый этанол и/или ацетат из смеси после стадии b). В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, Это означает, что некоторая часть реакционной смеси со стадии b) удаляется, и ацетат и/или этанол отделяется от любого образованного С4-вещества, с последующим переносом полученного ацетата и/или этанола, таким образом, назад в реакционную смесь. Некоторая часть реакционной смеси может удаляться со стадии b) по партиям или, предпочтительно, непрерывным образом. В последнем случае, реакционная смесь, удаляемая непрерывно, может быть собрана до стадии отделения.
Специалисту в данной области техники известны способы, которые могут применяться для отделения ацетата и/или этанола от любого бутанола и/или масляной кислоты, присутствующих в водном растворе, например, экстракция с применением гидрофобного органического растворителя, дистилляция или тому подобное.
Любое органическое соединение, упоминаемое в настоящей заявке, например, С4-вещества, ацетат, этанол, бутират и бутанол, содержат как протежированные формы рассматриваемого соединения, а также различные соли соединения. Например, ацетат может содержать как уксусную кислоту (CH3-COOH), но также различные соли уксусной кислоты, например, ацетат натрия (CH3-COO-Na+), ацетат калия (CH3-COO-K+), ацетат аммония
Figure 00000001
 или тому подобное.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения изобретение осуществляется непрерывным образом, где водные растворы из сосуда, применяемого для осуществления стадий а) и b), непрерывно удаляются, отделяются во фракцию, обогащенную С4-веществами, предпочтительно бутанолом и/или масляной кислотой, и другую фракцию, обогащенную ацетатом и/или этанолом, и последняя фракция добавляется в сосуд, применяемый для осуществления стадий а) и b).
Температура на стадиях а) и b) должна выбираться учитывая с одной стороны потребности ацетогенной бактериальной клетки и термодинамические параметры с другой стороны. Из уровня техники известны диапазоны температур, а также оптимальные температуры для огромного круга ацетогенных бактерий. Например, Clostridium thermoaceticum может инкубироваться при температурах до 60°C (Fontaine et al., 1942). Смотрите также стандартную литературу по микробиологии в отношении температур, которые могут применяться для роста ацетогенных бактериальных и низших клеток, например, Dworkin et al. (2006) The Prokaryotes - A Handbook on the Biology of Bacteria, Volume 2. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, температура, применяемая на стадии b) составляет от 0 до 100°C, от 10 до 80°C, от 20 до 60°C и от 30 до 45°C. Давление применяемого синтез-газа составляет, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, от 0.5 до 10 бар, более предпочтительно от 0.8 до 8, даже более предпочтительно от 1.5 до 6 бар. В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, давление составляет более 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 бар. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, применяемое давление превышает атмосферное давление. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, единица "относительное давление", как упоминается в настоящей заявке, относится к давлению относительно локального атмосферного или окружающего давления. Например, если локальное атмосферное давление составляет 1 бар, и давление внутри сосуда составляет 1.8 бар, тогда относительное давление составляет 0.8 бар (относительное давление).
Особенным преимуществом настоящего изобретения является то, что образование С4-веществ, предпочтительно бутанола и/или масляной кислоты, не зависит от присутствия значительных количеств органических соединений, содержащих углеродные цепи из более двух атомов углерода. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, стадии а) и b) могут, но не обязательно, осуществляться в отсутствии углеводов. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "в отсутствии углеводов" означает что концентрация углеводов составляет, в порядке увеличения предпочтения, менее 5, 1, 0.5, 0.1 или 0.05% (масса на объем). В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "углеводы" означает любое органическое соединение, имеющее по меньшей мере две функциональные группы, выбранные из группы, содержащей гидроксильную, альдегидную или кето группы, и содержит прямую углеродную цепь из пяти или более атомов углерода. Примерные углеводы содержат гексозы, такие как глюкоза или фруктоза, пентозы, такие как рибулоза, и сложные сахара, содержащие два или более углеводных мономеров, например, сахарозу.
Подобным образом, предпочтительно, что синтез-газ, в порядке увеличения предпочтения, обеспечивает более 70, 75, 80, 85, 90 или 95% углерода, изначально присутствующего на стадии а). В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "синтез-газ обеспечивает более чем X % углерода, изначально присутствующего на стадии а)", как применяется в настоящей заявке, означает, что более чем X % атомов углерода, присутствующих в реакционном сосуде, представляют собой атомы углерода в молекулах монооксида углерода или диоксида углерода. Например, синтез-газ обеспечивает более 90% присутствующего углерода, если присутствует 9 молей диоксида углерода, менее 1 моля метана и некоторое количество водорода, но никаких других соединений, содержащих по меньшей мере один атом углерода.
Способ может осуществляться порционным образом. В этом случае термин "инкубация смеси … в течение по меньшей мере X минут" означает, как применяется в настоящей заявке, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, что порция ацетогенных бактериальных клеток хранится в течение X минут в специальных условиях, например, в присутствии водной среды, в присутствии синтез-газа в контакте с ацетогенной бактериальной клеткой, установленной температуре, давлении этанола и/или ацетата и так далее. Альтернативно, способ может осуществляться непрерывным образом. В этом случае термин "инкубация смеси … в течение по меньшей мере X минут", означает, как применяется в настоящей заявке, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, что среднее время, проводимое молекулой реагента, например водорода, в сосуде или специальных условиях, составляет X минут. Например, если газонепроницаемый сосуд содержит 10 литров водорода, водород добавляется при скорости потока 1 литр в минуту, и конструкция сосуда является такой, что молекулы водорода могут покидать сосуд в порядке входа, после среднего времени пребывания, другими словами, время, которое молекулы водорода проводят в сосуде, инкубируемые при установленных условиях, составляет 10 минут.
Если предусмотрен крупномасштабный процесс, можно предпочтительно осуществлять методики согласно настоящему изобретению непрерывным образом. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "непрерывным образом", как применяется в настоящей заявке, относится к способу, который содержит непрерывную подачу субстрата в биореактор и удаление среды, содержащей продукты, из биореактора. Непрерывный способ содержит, кроме того, непрерывную подачу питательных веществ. Клетки в биореакторе могут расти, альтернативно, может быть ограничена подача питательных веществ, чтобы заставить клетки достичь стационарной фазы, т.е. рост ограничивается недостатком питательных веществ, но клетки остаются метаболически активными и продолжают продолжать субстраты, такие как синтез-газ. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, термин "стационарная фаза", как применяется в настоящей заявке, означает, что клетки, подвергшиеся такой фазе, являются метаболически активными, но не размножаются.
Настоящее изобретение может осуществляться с применением любого вида сосуда, который позволяет поддерживать анаэробные условия. В случае осуществления в небольшом масштабе, может применяться газонепроницаемая рукавица, обеспечивающая окружающую среду с низким содержанием кислорода или без кислорода. В случае большого масштаба, ферментер синтез-газ большого объема оказывается более практичным. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, реакционная смесь подвергается непрерывному перемешиванию, чтобы обеспечить, что клетки, питательные вещества, субстраты и продукты равномерно распределяются в водной среде.
Аналитические инструменты, известные из уровня техники, позволяет непрерывно контролировать множество соединений в биореакторе, например, путем регулярного отбора образцов из реакционной смеси и анализа их посредством ВЭЖХ. Ключевые параметры, такие как pH и концентрация субстратов и продуктов, могут регулироваться онлайн, если это необходимо. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения применяются концентрация по меньшей мере одного из этанола и бутанола при постоянном наблюдении и уровни, доводимые до концентраций, совместимых с ростом и каталитической активностью ацетогенной бактериальной клетки.
Настоящее изобретение далее иллюстрируется следующими чертежами и не ограничивающими примерами, которые раскрывают признаки настоящего изобретения, варианты выполнения настоящего изобретения, объекты и преимущества настоящего изобретения.
Фиг. 1 показывает разницу между концентрациями продукта в начале и конце культивации в соответствии с содержанием углерода, как получено в Примере 1. Единица "ммольС/л" относится к количеству углерода в ммоль на литр.
Фиг. 2 показывает разницу между концентрациями продукта в начале и конце культивации в соответствии с содержанием углерода, как получено в Примере 2. Единица "ммольС/л" относится к количеству углерода в ммоль на литр.
Фиг. 3 показывает количества продукта в начале и конце культивации в соответствии с содержанием углерода, как получено в Примере 3 с применением штамма Clostridium drakei.
Фиг. 4 показывает разницу между концентрациями продукта в начале и конце культивации в соответствии с содержанием углерода, как получено в Примере 3 с применением штамма Clostridium ljungdahlii.
Пример 1: Получение масляной кислоты в отсутствии или присутствии этанола
Прекультуру Clostridium carboxidivorans DSMZ 15243 выращивали в анаэробных бутылках, объемом 1 л, запаянных с применением бутил-каучуковой мембраны, содержащих 200 мл модифицированного PETC согласно Hurst, К.М., and Lewis, R. (2010), Biochemical Engineering Journal 2010, 48, 159-165, содержащей 1 г дрожжевого экстракта, 19 г MES, 30 мл раствора минеральных солей, 10 мл раствора микроэлементов и 10 мл раствора витаминов. Раствор минеральных солей содержит 80 г NaCl, 100 г хлорида аммония, 10 г хлорида калия, 10 г монофосфата калия, 20 г сульфата магния и 4 г хлорида кальция на литр. Раствор витаминов содержит 0.01 г пиридоксина, 0.005 г тиамина, 0.005 г рибофлавина, 0.005 г пентотената кальция, 0.005 г тиоктацида, 0.005 г п-аминобензойной кислоты, 0.005 г никотиновой кислоты, 0.005 витамина В12, 0.002 г фолиевой кислоты и 0.01 г MESNA на литр. Раствор микроэлементов содержит 2 г нитрилуксусной кислоты, 1 г MnSO4, 0.8 г аммония сульфата железа, 0.2 г хлорида кобальта, 0.2 г сульфата цинка, 0.02 г хлорида меди (II), 0.02 г хлорида никеля, 0.02 г молибдата натрия, 0.02 г Na2SeO4, 0.02 Na2WO4 на литр. Значение pH довели до 5.9.
Перед инокуляцией среду кипятили в течение 20 минут и затем продули чистым азотом в течение 20 минут. Затем автоклавировали при 121°C в течение 20 минут, затем охладили, затем наполнили, применяя технический газ, содержащий 50% CO, 45% Н2 и 5% CO2 при относительном давлении, равном 1 бар. Затем давление довели до относительного давления, равного 0.8 бар.
Также, перед инокуляцией, 1.5 мл раствора, содержащего 4% каждого из сульфата натрия и гидрохлорида цистеина в качестве восстанавливающего агента, добавили при стерильных анаэробных условиях.
Культуру выращивали при 37°C и 100 оборотах в минуту. Культуру переносили в свежую среду каждые 72 часа.
Для экспериментов среду предпочтительно приготовили таким же образом, применяя технический газ, содержащий 95% CO и 5% CO2. Кроме того, 0.6 г на литр этанола добавили до половины колб при стерильных анаэробных условиях.
Растворы инокулировали при стерильных анаэробных условиях, применяя 10 об. % инокулята из 48 часовой культуры. Колбы встряхивали при 37°C при 100 оборотах в минуту в течение 160 часов. Сухую биомассу и концентрацию продукта определяли в начале и конце эксперимента.
Концентрации уксусной кислоты, этанола, масляной кислоты и бутанола определяли с применением ВЭЖХ. Колонку aminex HPX-87Н применяли в качестве стационарной фазы. 5 мМ серной кислоты применяли в качестве элюента при постоянной скорости потока, равной 0.6 мл/мин. Температура колонки составляла 40°C. Этанол и бутанол определяли, применяя детектор показателя преломления. Диодно-матричный детектор применяли при длине волны 210 нм для обнаружения уксусной кислоты и масляной кислоты. Концентрации соединений вычисляли посредством интеграции пика, применяя графики калибровки соответствующего соединения при определенных концентрациях.
Фиг. 1 показывает разницу между концентрациями продукта в начале и конце культивации относительно содержания углерода.
В присутствии этанола образовалось 105 нмольС/л уксусной кислоты по сравнению с 97.17 ммольС/л, образованного в отсутствии этанола. 22.06 ммольС/л масляной кислоты образовалось в присутствии этанола по сравнению с 13.57 ммольС/л в отсутствии этанола, где применялись равные количества биомассы, более конкретно 480 мг/л.
В результате добавление этанола приводит к значительному увеличению количества образуемой масляной кислоты.
Пример 2: Получение масляной кислоты в отсутствии или присутствии ацетата
Протокол эксперимента соответствует описанному в Примере 1, за исключением того факта, что 2 г/л добавляли до половины колбы вместо 0.6 г/л этанола, и что применяемая порция синтез-газа содержала 50% монооксида углерода и 50% водорода.
Фиг. 2 показывает разницу между концентрациями продукта в начале и конце культивации относительно содержания углерода. В присутствии ацетата образовалось 42,13 нмольС/л масляной кислоты по сравнению с 26,43 ммольС/л, образованными в отсутствии ацетата.
В результате, добавление ацетата также приводит к увеличению количества образованной масляной кислоты.
Пример 3: Получение масляной кислоты в присутствии уксусной кислоты или этанола с применением альтернативных штаммов и газовых смесей
Применяемые среда и растворы:
ATCC 1754 модифицированная (PETC минимальная среда)
Figure 00000002
Figure 00000003
Вещество смешали с витаминами и микроэлементами и установили значение pH и объем NaOH раствора с применением деминерализованной (VE вода). Затем значение pH довели до 6.0 с применением NaOH раствора, сред вскипятили и перенесли в стойкие к давлению стеклянные бутылки, объемом 1 л. Затем среду охладили на льду и продули N2 для удаления любого оставшегося кислорода.
Затем среду автоклавировали. Затем в среду добавили восстанавливающий агент, и объем установили с применением анаэробной VE воды. Восстанавливающий агент стерилизовали отдельно и хранили при анаэробных условиях.
ATCC 1754 модифицированная (PETC)
Figure 00000004
Figure 00000005
Вещество смешали с витаминами и микроэлементами и установили значение pH и объем NaOH раствора с применением деминерализованной (VE вода). Затем значение pH довели до 6.0 с применением NaOH раствора, сред вскипятили и перенесли в стойкие к давлению стеклянные бутылки, объемом 1 л. Затем среду охладили на льду и продули N2 для удаления любого оставшегося кислорода.
Затем среду автоклавировали. Затем в среду добавили восстанавливающий агент, и объем установили с применением анаэробной VE воды. Восстанавливающий агент стерилизовали отдельно и хранили при анаэробных условиях.
ATCC 1754 модифицированная (PETC модифицированная)
Figure 00000006
Figure 00000007
Вещество смешали с витаминами и микроэлементами и установили значение pH и объем NaOH раствора с применением деминерализованной (VE вода). Затем значение pH довели до 6.0 с применением NaOH раствора, сред вскипятили и перенесли в стойкие к давлению стеклянные бутылки, объемом 1 л. Затем среду охладили на льду и продули N2 для удаления любого оставшегося кислорода.
Затем среду автоклавировали. Затем в среду добавили восстанавливающий агент, и объем установили с применением анаэробной VE воды. Восстанавливающий агент стерилизовали отдельно и хранили при анаэробных условиях.
микроэлементы ATCC 1754
Figure 00000008
Figure 00000009
Прежде всего, нитрилуксусную кислоту растворили в 1 л деминерализованной воды (VE вода), и значение pH довели до 6.0 с применением KOH раствора. Затем добавили все другие химические вещества. Раствор микроэлементов хранили при 4°C в темноте.
Витамины 141
Figure 00000010
Вещества растворили в 1 л деминерализованной воды (VE вода) и заморозили при -20°C в стерильных пробирках falcon порциями по 10 мл до применения.
Минеральный раствор PETC мод.
Figure 00000011
Вещества растворили в 1 л деминерализованной воды (VE вода).
Минеральный раствор хранили при 4°C в темноте.
Восстанавливающий агент ATCC 1754
Figure 00000012
Прежде всего, NaOH растворили в 1 л деминерализованной воды (VE вода) и вскипятили. Затем раствор перенесли в стойкие к давлению стеклянные бутылки объемом 1 л и продули N2 при охлаждении на льду. Другие вещества добавили при охлаждении раствора. Затем автоклавировали восстанавливающий агент в течение 20 минут.
Применяемые штаммы:
COX-Cdr-001 (Clostridium drakei)
COX-Clj-001 (Clostridium ljungdahlii)
Прекультуры:
Применяемые штаммы переносились в прекультуры с применением рабочих криокультур, полученных незамедлительно (до культур с применением 4 мл культуры в экспоненциальной фазе и 1 мл 50% раствора глицерина для превращения, хранили при -80°C). Каждая прекультура состояла из 5 мл ATCC 1754 мод. (PETC)-среды и фиксированного инокулята штаммов. Идеальная плотность инокулята была определена в предварительных экспериментах для соответствующего штамма.
COX-Cdr-001: 0.1% в 5 мл среды
COX-Clj-001: 10% в 5 мл среды
Культуры:
50 мл каждой из любой применяемой среды переносили в стерильные анаэробные (без кислорода) стойкие к давлению стеклянные бутылки, объемом 250 мл, и инокулировали с применением 10% (5 мл) применяемых штаммов, взятых из свежеприготовленных трехдневных прекультур.
Колбы с культурами закрыли с применением стерильной бутилкаучуковой пробки и красной крышки (содержащей три отверстия). Полые иглы (компания Sterican, ∅ 0.90×40 мм) проткнули через все три отверстия. Манометр для контроля давления присоединили к одной из полых игл (в идеале к игле по середине). Клапаны присоединили к другим полым иглам, так чтобы добавляемый в колбу с культурой газ и удаляемый из нее газ могли контролироваться независимо друг от друга.
Каждый из штаммов культивировали дважды для получения воспроизводимых результатов.
Получение культур:
Перед началом культивации каждую из бутылок трижды продули с применением синтез-газа. Это осуществляли путем присоединения к одному из клапанов трубки для прокачки газа в бутылку и к другому клапану для выделения газа, удаляемого из под крышки согласно регуляциям.
Посредством открытия клапана с трубкой для добавления газа синтез-газ прокачивается в колбу с культурой до тех пор, пока игла на дисплее манометра не покажет значение давления 0.8 бар. Затем клапан для добавления газа закрывается, а клапан для удаления газа открывается до тех пор, пока игла на дисплее манометра не покажет значение давления 0 бар. Эту процедуру повторяют дважды для каждой колбы с культурой. Когда методика повторяется в четвертый раз давление в бутылке поддерживается, т.е. к культурам снова добавляется синтез-газ.
Образцы культур затем были готовы для культивации при 35°C и 100 оборотах в минуту на качающейся водяной бане.
Взятие образцов:
Один или два раза в день 1 мл культуры удалялся для определения оптической плотности при 600 нм (оценка роста культуры).
В начале и в конце эксперимента каждый из двух образцов по 1.5 мл переносится в пробирки Эппендорфа, объемом 2 мл, и применяются для ЯМР анализа.
Добавление газа:
Через регулярные промежутки времени (несколько раз в день) давление внутри колбы с культурой проверяется, чтобы гарантировать, что оно постоянно. На рост культур и их метаболизм затрачиваются варьирующиеся количества синтез-газа. В случае если давление падает, добавляется еще газ, как описано выше. Такая же процедура осуществляется, если газ удаляется из колбы с культурой до отбора образца.
Конец эксперимента:
Эксперимент заканчивается через приблизительно одну неделю путем непрерывной продувки азотом в течение 10 минут каждой колбы с культурой до удаления полых игл для повышения безопасности. Культуры переносили в стерильные пробирки falcon, объемом 50 мл, под стерильной крышкой, и центрифугировали в течение 30 минут при 4500 g. Работать далее при анаэробных условиях было уже не обязательно. Восстановленную клеточную массу отобрали, и супернатанты культур перенесли в стерильные шприцы, объемом 50 мл, под стерильной крышкой. Их переносили в новые стерильные пробирки falcon, объемом 50 мл, через стерильный фильтр размера 0.2 мкм, и замораживали при -20°C в качестве образцов.
Эксперимент 1: Культивирование с применением дрожжевого экстракта и 0.6 г/л этанола (BF-DM-12-COX-038)
Эксперименты осуществляли с применением модифицированной ATCC 1754 (PETC)-среды, содержащей 1 г/л дрожжевого экстракта. В дополнение применялось 0.6 г/л этанола в качестве источника углерода. Применяемая газовая смесь содержала 30% CO2 и 70% H2.
Эксперимент 2: Культивирование с применением дрожжевого экстракта и 2 г/л уксусной кислоты (BF-DM-12-COX-041)
Эксперимент осуществляли, как описано в эксперименте 1, за исключением того, что вместо этанола в среду добавлялась уксусная кислота.
Эксперимент 3: Культивирование с применением дрожжевого экстракта (BF-DM-12-COX-042) (сравнительный эксперимент)
Для прямого сравнения применялась такая же среда, но без добавления этанола или уксусной кислоты.
Результаты показаны на Фиг. 3 и 4. В результате, эффект, показанный в Примере 1, может быть воспроизведен с применением альтернативной газовой смеси и других штаммов ацетогенных бактерий.

Claims (18)

1. Способ получения С4-веществ, выбранных из группы, состоящей из масляной кислоты, бутанола и их производных, содержащий стадии:
a) контактирования ацетогенной бактериальной клетки в водной среде с синтез-газом при анаэробных условиях,
b) инкубации смеси, полученной на стадии а), при температуре от 30 до 40°C в течение по меньшей мере 30 минут,
где водная среда содержит, на стадии b), этанол и/или ацетат при общей объединенной концентрации от 0,5 г до 20 г л-1, и этанол и/или ацетат представляют собой экзогенно полученные этанол и/или ацетат.
2. Способ по п. 1, где синтез-газ содержит от 40 до 100% СО.
3. Способ по п. 1, где синтез-газ содержит менее 10% CO2.
4. Способ по п. 1, где синтез-газ содержит менее 10% СО.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий стадию
c) отделения и при необходимости рециклизации этанола и/или ацетата из смеси после стадии b).
6. Способ по п. 1, где ацетогенная бактериальная клетка выбирается из группы, включающей Clostridium, Moorella и Carboxythermus, и предпочтительно представляет собой Clostridium carboxidivorans.
7. Способ по п. 1, где pH на стадиях а) и b) поддерживается от 3 до 7.
8. Способ по п. 1, где синтез-газ обеспечивает более 80% углерода, изначально присутствующего на стадии а).
9. Способ по п. 1, где способ проводится непрерывным образом.
10. Способ по любому из пп. 1-9, где стадия b) осуществляется в отсутствие углеводов.
11. Применение этанола и/или ацетата в способе получения С4-веществ, выбранных из группы, состоящей из масляной кислоты, бутанола и их производных, причем этанол и/или ацетат представляют собой экзогенно полученные этанол и/или ацетат.
12. Применение по п. 11, где этанол и/или ацетат добавляются в водную среду до накопления обнаруживаемых количеств этанола и/или ацетата, продуцируемых эндогенно ацетогенной бактериальной клеткой.
13. Применение по п. 12, где ацетат и/или этанол присутствуют в водной среде, содержащей ацетогенную бактериальную клетку, при общей объединенной концентрации от 0,5 до 5 г л-1.
14. Применение по любому из пп. 12-13, где ацетогенная бактериальная клетка выбирается из группы, включающей Clostridium, Moorella и Carboxythermus, и предпочтительно представляет собой Clostridium carboxidivorans.
RU2014137950A 2012-02-22 2013-02-22 Биотехнологический способ получения бутанола и масляной кислоты RU2620982C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12156493.4A EP2631298A1 (en) 2012-02-22 2012-02-22 Biotechnological method for producing butanol and butyric acid
EP12156493.4 2012-02-22
PCT/EP2013/053523 WO2013124401A1 (en) 2012-02-22 2013-02-22 Biotechnological method for producing butanol and butyric acid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014137950A RU2014137950A (ru) 2016-04-20
RU2620982C2 true RU2620982C2 (ru) 2017-05-30

Family

ID=47747627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014137950A RU2620982C2 (ru) 2012-02-22 2013-02-22 Биотехнологический способ получения бутанола и масляной кислоты

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9765366B2 (ru)
EP (2) EP2631298A1 (ru)
JP (1) JP2015508659A (ru)
CN (1) CN104302778A (ru)
AU (1) AU2013224116A1 (ru)
BR (1) BR112014020636A2 (ru)
CA (1) CA2864443A1 (ru)
ES (1) ES2565161T3 (ru)
MX (1) MX2014010045A (ru)
RU (1) RU2620982C2 (ru)
WO (1) WO2013124401A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2602328A1 (de) * 2011-12-05 2013-06-12 Evonik Industries AG Verfahren zur Oxidation von Alkanen unter Verwendung einer AlkB Alkan 1-Monooxygenase
EP2607479A1 (en) 2011-12-22 2013-06-26 Evonik Industries AG Biotechnological production of alcohols and derivatives thereof
EP2631298A1 (en) 2012-02-22 2013-08-28 Evonik Industries AG Biotechnological method for producing butanol and butyric acid
EP2647696A1 (de) 2012-04-02 2013-10-09 Evonik Degussa GmbH Verfahren zur aeroben Herstellung von Alanin oder einer unter Verbrauch von Alanin entstehenden Verbindung
DE102012207921A1 (de) 2012-05-11 2013-11-14 Evonik Industries Ag Mehrstufiges Syntheseverfahren mit Synthesegas
EP2700448A1 (de) 2012-08-21 2014-02-26 Evonik Industries AG Verzweigte Fettsäuren als flüssige Kationenaustauscher
US20140193871A1 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Industrial Technology Research Institute Method for enhancing carbon biofixation
EP2759598A1 (de) 2013-01-24 2014-07-30 Evonik Industries AG Verfahren zur Herstellung von alpha, omega-Alkandiol
EP2944697A1 (en) 2014-05-13 2015-11-18 Evonik Degussa GmbH Method of producing nylon
CA2937594A1 (en) 2015-02-26 2016-08-26 Evonik Degussa Gmbh Alkene production
US11174496B2 (en) 2015-12-17 2021-11-16 Evonik Operations Gmbh Genetically modified acetogenic cell
CN106118398A (zh) * 2016-06-30 2016-11-16 宁波江东索雷斯电子科技有限公司 一种可再生醇酸磁漆的制备方法
WO2018019867A1 (en) 2016-07-27 2018-02-01 Evonik Degussa Gmbh N-acetyl homoserine
ES2808800T3 (es) 2016-12-22 2021-03-01 Evonik Operations Gmbh Compuestos a base de aductos con isocianatos para composiciones de revestimiento
US11649472B2 (en) * 2017-06-30 2023-05-16 Massachusetts Institute Of Technology Controlling metabolism by substrate cofeeding

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064932A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Lanzatech New Zealand Limited Optimised fermentation media
US20100151543A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Andrew Reeves Recombinant microorganisms having modified production of alcohols and acids
RU2406763C1 (ru) * 2009-04-28 2010-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика) Способ микробиологического синтеза н-бутанола

Family Cites Families (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4560658A (en) * 1983-12-05 1985-12-24 Cpc International Inc. Production of butanol by fermentation in the presence of carbon monoxide
US5192673A (en) * 1990-04-30 1993-03-09 Michigan Biotechnology Institute Mutant strain of C. acetobutylicum and process for making butanol
MXPA01011301A (es) 1999-05-07 2003-07-14 Bioengineering Resources Inc Cepas clostridium que produce etanol a partir de gases que contienen substrato.
DE10054347A1 (de) 2000-11-02 2002-05-08 Degussa Verfahren zur katalytischen Hydrierung organischer Verbindungen und Trägerkatalysatoren hierfür
AU2002355462A1 (en) 2001-08-06 2003-02-24 Degussa Ag Coryneform bacteria which produce chemical compounds ii
CA2455878A1 (en) 2001-08-06 2003-05-15 Degussa Ag Production of l-lysine by genetically modified corynebacterium glutamicum strains
DE10142621A1 (de) 2001-08-31 2003-03-20 Degussa Aufarbeitung der Ammoximationsprodukte von Ketonen durch Flüssig-Flüssig-Extraktion in einem ternären Lösemittelsystem
DE10142620A1 (de) 2001-08-31 2003-03-20 Degussa Ammoximation von Ketonen und Aufarbeitung durch Pervaporation/Dampfpermeation
EP1350788A3 (de) 2002-03-28 2003-11-12 Degussa AG Verfahren zur Herstellung von Hexamethylendiamin aus Butadien
ATE422962T1 (de) 2002-05-31 2009-03-15 Evonik Degussa Gmbh Geträgerter rutheniumkatalysator und verfahren zur hydrierung eines aromatischen amins in gegenwart dieses katalysators
DE10231119A1 (de) 2002-07-10 2004-02-05 Degussa Ag Verfahren zur Selektivitätserhöhung der Hydrierung von 4,4'-Diaminodiphenylmethan zu 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan in Gegenwart eines N-Alkyl-4,4'-Diaminodiphenylmethans
DE10247495A1 (de) 2002-10-11 2004-04-22 Degussa Ag Verfahren zur Epoxidierung cyclischer Alkene
EP1424332A1 (en) 2002-11-26 2004-06-02 Degussa AG Process for the purification of crude propene oxide
US6878836B2 (en) 2003-06-18 2005-04-12 Degussa Ag Process for the epoxidation of propene
EP1828088B1 (de) 2004-12-20 2008-02-27 Evonik Degussa GmbH Verfahren zur rückgewinnung von methanol
DE102006017760A1 (de) 2006-03-24 2007-09-27 Ufz-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle Gmbh Verfahren zur enzymatischen Herstellung von 2-Hydroxy-2-methylcarbonsäuren
EP2024501B1 (en) 2006-05-11 2016-11-16 Evonik Degussa GmbH Improved production of sphingoid bases using genetically engineered microbial strains
DE102006025821A1 (de) 2006-06-02 2007-12-06 Degussa Gmbh Ein Enzym zur Herstellung von Mehylmalonatsemialdehyd oder Malonatsemialdehyd
DE102007021199B4 (de) 2006-07-17 2016-02-11 Evonik Degussa Gmbh Zusammensetzungen aus organischem Polymer als Matrix und anorganischen Partikeln als Füllstoff, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung und damit hergestellte Formkörper
DE102007005072A1 (de) 2007-02-01 2008-08-07 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur fermentativen Herstellung von Cadaverin
NZ553984A (en) * 2007-03-19 2009-07-31 Lanzatech New Zealand Ltd Alcohol production process
DE102007015583A1 (de) 2007-03-29 2008-10-02 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Ein Enzym zur Herstellung von Methylmalonyl-Coenzym A oder Ethylmalonyl-Coenzym A sowie dessen Verwendung
US8329456B2 (en) 2008-02-22 2012-12-11 Coskata, Inc. Syngas conversion system using asymmetric membrane and anaerobic microorganism
DE102007027006A1 (de) 2007-06-08 2008-12-11 Evonik Degussa Gmbh Mikrobiologische Herstellung von Aldehyden, insbesondere von 3-Hydroxypropionaldehyd
DE102007031689A1 (de) 2007-07-06 2009-01-08 Evonik Goldschmidt Gmbh Enzympräparate
DE102007035646A1 (de) 2007-07-27 2009-01-29 Evonik Goldschmidt Gmbh Über SIC- und über Carbonsäureestergruppen verknüpfte lineare Polydimethylsiloxan-Polyoxyalkylen-Blockcopolymere, ein Verfahren zur ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DE102007052463A1 (de) 2007-11-02 2009-05-07 Evonik Degussa Gmbh Fermentative Gewinnung von Aceton aus erneuerbaren Rohstoffen mittels neuen Stoffwechselweges
DE102007060705A1 (de) 2007-12-17 2009-06-18 Evonik Degussa Gmbh ω-Aminocarbonsäuren oder ihre Lactame, herstellende, rekombinante Zellen
DE102008004726A1 (de) 2008-01-16 2009-07-23 Evonik Goldschmidt Gmbh Verfahren zur enzymatischen Herstellung von Carbonsäureestern
DE102008004725A1 (de) 2008-01-16 2009-07-23 Evonik Goldschmidt Gmbh Verfahren zur heterogenkatalysierten Herstellung von Carbonsäurederivaten
DE102008000266A1 (de) 2008-02-11 2009-08-13 Evonik Goldschmidt Gmbh Die Erfindung betrifft die Verwendung von Schaumstabilisatoren, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden, zur Herstellung von Polyurethanschäumen
US9034618B2 (en) * 2009-03-09 2015-05-19 Ineos Bio Sa Method for sustaining microorganism culture in syngas fermentation process in decreased concentration or absence of various substrates
DE102008002090A1 (de) 2008-05-30 2009-12-03 Evonik Degussa Gmbh Ungesättigte Dicarbonsäuren aus ungesättigten cyclischen Kohlenwasserstoffen und Acrylsäure mittels Metathese, deren Verwendung als Monomere für Polyamide, Polyester, Polyurethane sowie weitere Umsetzung zu DIolen und Diaminen
DE102008002715A1 (de) 2008-06-27 2009-12-31 Evonik Röhm Gmbh 2-Hydroxyisobuttersäure produzierende rekombinante Zelle
DE102008040193A1 (de) 2008-07-04 2010-01-07 Evonik Röhm Gmbh Verfahren zur Herstellung freier Carbonsäuren
DE102008040415A1 (de) 2008-07-15 2010-01-21 Evonik Röhm Gmbh Thermisches Salzspalten von Ammoniumcarboxylaten
DE102008041754A1 (de) 2008-09-02 2010-03-04 Evonik Goldschmidt Gmbh Enzympräparate
DE102009000592A1 (de) 2009-02-04 2010-08-05 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von Aminogruppen tragenden, multizyklischen Ringsystemen
DE102009000661A1 (de) 2009-02-06 2010-08-12 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von 2,6-Dioxabicyclo-(3.3.0)-octan-4,8-dion[1S,5S]
DE102009000662A1 (de) 2009-02-06 2010-08-12 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und Ketonen aus primären und sekundären Alkoholen
DE102009009580A1 (de) 2009-02-19 2010-08-26 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung freier Säuren aus ihren Salzen
DE102009015211A1 (de) 2009-03-31 2010-10-14 Evonik Goldschmidt Gmbh Selbstvernetzende Polysiloxane in Beschichtungen von Enzymimmobilisaten
DE102009002371A1 (de) 2009-04-15 2010-10-21 Evonik Goldschmidt Gmbh Verfahren zur Herstellung von geruchlosen Polyetheralkoholen mittels DMC-Katalysatoren und deren Verwendung in kosmetischen und/oder dermatologischen Zubereitungen
DE102009002811A1 (de) 2009-05-05 2010-11-11 Evonik Degussa Gmbh Enzymatisches Verfahren zur Herstellung von Aldehyden
DE102009027392A1 (de) 2009-07-01 2011-01-05 Evonik Degussa Gmbh Zusammensetzung auf der Basis von Diisocyanaten aus nachwachsenden Rohstoffen
DE102009027394A1 (de) 2009-07-01 2011-01-05 Evonik Degussa Gmbh Verwendung von Isocyanaten auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen
DE102009046623A1 (de) 2009-11-11 2011-05-12 Evonik Röhm Gmbh Verwendung eines zu einem MeaB-Protein homologen Proteins zur Erhöhung der enzymatischen Aktivität einer 3-Hydroxycarbonsäure-CoA-Mutase
DE102009046626A1 (de) 2009-11-11 2011-05-12 Evonik Degussa Gmbh Candida tropicalis Zellen und deren Verwendung
DE102010014680A1 (de) 2009-11-18 2011-08-18 Evonik Degussa GmbH, 45128 Zellen, Nukleinsäuren, Enzyme und deren Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung von Sophorolipiden
DE102009046910A1 (de) 2009-11-20 2011-05-26 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Aufarbeitung eines Laurinlactam enthaltenen Stoffstroms für die Rückgewinnung aller enthaltene Wertstoffkomponenten durch Kombination von Kristallisation mit nachgeschalteter Destillation
BR122019001300B1 (pt) 2009-12-23 2020-03-03 Evonik Degussa Gmbh Processo para produção de adoçantes
DE102010002809A1 (de) 2010-03-12 2011-11-17 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von linearen alpha,omega-Dicarbonsäurediestern
DE102010015807A1 (de) 2010-04-20 2011-10-20 Evonik Degussa Gmbh Biokatalytisches Oxidationsverfahren mit alkL-Genprodukt
DE102010029973A1 (de) 2010-06-11 2011-12-15 Evonik Degussa Gmbh Mikrobiologische Herstellung von C4-Körpern aus Saccharose und Kohlendioxid
DE102010026196A1 (de) 2010-06-25 2011-12-29 Evonik Degussa Gmbh Synthese von omega-Aminocarbonsäuren und deren Estern aus ungesättigten Fettsäurederivaten
DE102010032484A1 (de) 2010-07-28 2012-02-02 Evonik Goldschmidt Gmbh Zellen und Verfahren zur Herstellung von Rhamnolipiden
DE102011004465A1 (de) 2010-09-10 2012-03-15 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur direkten Aminierung sekundärer Alkohole mit Ammoniak zu primären Aminen
DE102010043470A1 (de) 2010-11-05 2012-05-10 Evonik Degussa Gmbh Zusammensetzung aus Polyamiden mit niedriger Konzentration an Carbonsäureamidgruppen und elektrisch leitfähigem Kohlenstoff
DE102011075162A1 (de) 2010-12-08 2012-06-14 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur homogen-katalysierte, hochselektiven direkten Aminierung von primären Alkoholen mit Ammoniak zu primären Aminen bei hohem Volumenverhältnis von Flüssig- zu Gasphase und/oder hohen Drücken
UA112980C2 (uk) 2011-02-16 2016-11-25 Евонік Дегусса Гмбх Рідкі катіоніти
CN103370302B (zh) 2011-02-21 2015-06-17 赢创德固赛有限公司 借助Xantphos催化剂体系用氨将醇直接胺化成伯胺的方法
DE102011015150A1 (de) 2011-03-25 2012-09-27 Evonik Degussa Gmbh Syntese von alpha, omega-Dicarbonsäuren und deren Estern aus ungesättigten Fettsäurederivaten
RU2579510C2 (ru) 2011-04-12 2016-04-10 Эвоник Дегусса Гмбх Непрерывный способ получения карбонильных соединений посредством содержащего нитроксильный радикал катализатора
EP2557176A1 (en) 2011-06-15 2013-02-13 Evonik Degussa GmbH Enzymatic amination
DE102011110945A1 (de) 2011-08-15 2013-02-21 Evonik Degussa Gmbh Biotechnologisches Syntheseverfahren von organischen Verbindungen mit alkIL-Genprodukt
DE102011110946A1 (de) 2011-08-15 2016-01-21 Evonik Degussa Gmbh Biotechnologisches Syntheseverfahren von omegafunktionalisierten Carbonsäuren und Carbonsäure-Estern aus einfachen Kohlenstoffquellen
DE102011110959A1 (de) 2011-08-18 2013-02-21 Evonik Degussa Gmbh Pichia ciferrii Zellen und deren Verwendung
DE102011084518A1 (de) 2011-10-14 2013-04-18 Evonik Industries Ag Verwendung einer Mehrschichtfolie mit Polyamid- und Polyesterschichten fürdie Herstellung photovoltaischer Module
EP2602329A1 (de) 2011-12-05 2013-06-12 Evonik Degussa GmbH Biotechnologische Herstellung von 3-Hydroxyisobuttersäure
EP2602328A1 (de) 2011-12-05 2013-06-12 Evonik Industries AG Verfahren zur Oxidation von Alkanen unter Verwendung einer AlkB Alkan 1-Monooxygenase
EP2607479A1 (en) 2011-12-22 2013-06-26 Evonik Industries AG Biotechnological production of alcohols and derivatives thereof
EP2607490A1 (de) 2011-12-22 2013-06-26 Evonik Industries AG Verfahren zur verbesserten Abtrennung einer hydrophoben organischen Lösung von einem wässrigen Kulturmedium
EP2631298A1 (en) 2012-02-22 2013-08-28 Evonik Industries AG Biotechnological method for producing butanol and butyric acid
DE102012207921A1 (de) 2012-05-11 2013-11-14 Evonik Industries Ag Mehrstufiges Syntheseverfahren mit Synthesegas
EP2674489A1 (en) 2012-06-15 2013-12-18 Evonik Industries AG Biotechnological 2-hydroxyisobutyric acid production
EP2730655A1 (de) 2012-11-12 2014-05-14 Evonik Industries AG Verfahren zur Umsetzung eines Carbonsäureesters unter Verwendung BioH-defizienter Zellen
EP2746397A1 (de) 2012-12-21 2014-06-25 Evonik Industries AG Herstellung von Omega-Aminofettsäuren
DE102013203470A1 (de) 2013-03-01 2014-09-04 Evonik Industries Ag Verfahren zur Herstellung von Ketonen aus Epoxiden

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010064932A1 (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Lanzatech New Zealand Limited Optimised fermentation media
US20100151543A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Andrew Reeves Recombinant microorganisms having modified production of alcohols and acids
RU2406763C1 (ru) * 2009-04-28 2010-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика) Способ микробиологического синтеза н-бутанола

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN C.K., BLASCHEK H.P., Acetate enhances solvent production and prevents degeneration in Clostridium beijerinckii BA101.// Appl. Microbiol. Biotechnol, 1999, vol.52, р.170-173. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20150284747A1 (en) 2015-10-08
AU2013224116A1 (en) 2014-08-21
ES2565161T3 (es) 2016-03-31
MX2014010045A (es) 2014-10-13
EP2817411A1 (en) 2014-12-31
CN104302778A (zh) 2015-01-21
EP2631298A1 (en) 2013-08-28
WO2013124401A1 (en) 2013-08-29
BR112014020636A2 (pt) 2017-07-04
EP2817411B1 (en) 2016-01-06
US9765366B2 (en) 2017-09-19
CA2864443A1 (en) 2013-08-29
RU2014137950A (ru) 2016-04-20
JP2015508659A (ja) 2015-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2620982C2 (ru) Биотехнологический способ получения бутанола и масляной кислоты
KR101643429B1 (ko) 혐기성 미생물 발효에 의한 부탄디올의 생산 방법
Heiskanen et al. The effect of syngas composition on the growth and product formation of Butyribacterium methylotrophicum
KR102646082B1 (ko) 고급 알콜의 생산 방법
Sinha et al. Biohydrogen production from various feedstocks by Bacillus firmus NMBL-03
KR101417235B1 (ko) 최적화된 발효 배지
WO2009022925A1 (en) Processes of producing alcohols
EP2061872A2 (en) Isolation and characterization of novel clostridial species
KR102569875B1 (ko) 알콜의 호기성 생산 방법
KR20100119877A (ko) 단리된 알코올 디하이드로게나제 효소 및 이의 용도
Sim et al. Biocatalytic conversion of CO to acetic acid by Clostridium aceticum—Medium optimization using response surface methodology (RSM)
US20140273120A1 (en) Method for production of n-propanol and other C3-containing products from syngas by symbiotic co-cultures of anaerobic microorganisms
Vandecasteele Experimental and modelling study of pure-culture syngas fermentation for biofuels production
TWI504743B (zh) 增強生物固碳之方法
Saxena Development of an optimized and cost-effective medium for ethanol production by Clostridium strain P11
US20150218599A1 (en) Methods for production of alcohols from carboxylic acids via fermentation
Martin Comparing ethanol production of carboxydotrophic clostridium strains during syngas fermentation with a two-stage continuous culture
Terrill et al. Effect of energetic gas composition on hydrogenase activity and ethanol production in syngas fermentation by Clostridium ragsdalei
US20140273121A1 (en) Method for production of n-propanol and other C3-containing products from syngas using membrane supported bioreactor
Hoogewind Production of 2-propanol, butanol and ethanol using Clostridium beijerinckii optonii
EP0139546A2 (fr) Procédé de production d'alcools par des fermentations microbiennes thermophiles, à de hautes concentrations de solvants organiques
Kumar et al. Design of a System for Lab-scale Production of Ethanol from Artificial Syngas
AU2008321615A1 (en) Novel bacteria and methods of use thereof
NZ583586A (en) Processes of producing alcohols by microbial fermentation of carbon monoxide

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180223