RU2807367C2 - Экстракция алифатических спиртов - Google Patents
Экстракция алифатических спиртов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807367C2 RU2807367C2 RU2022105317A RU2022105317A RU2807367C2 RU 2807367 C2 RU2807367 C2 RU 2807367C2 RU 2022105317 A RU2022105317 A RU 2022105317A RU 2022105317 A RU2022105317 A RU 2022105317A RU 2807367 C2 RU2807367 C2 RU 2807367C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aliphatic alcohol
- extractant
- aqueous medium
- alkane
- carbon source
- Prior art date
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title abstract description 36
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 title abstract description 28
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 claims abstract description 98
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 57
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims abstract description 45
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 104
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 28
- ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphine oxide Chemical group CCCCCCCCP(=O)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 claims description 21
- 241001611022 Clostridium carboxidivorans Species 0.000 claims description 16
- 241000186570 Clostridium kluyveri Species 0.000 claims description 11
- DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N alpha-n-hexadecene Natural products CCCCCCCCCCCCCCCC DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- DCAYPVUWAIABOU-NJFSPNSNSA-N hexadecane Chemical group CCCCCCCCCCCCCCC[14CH3] DCAYPVUWAIABOU-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 1
- 238000010352 biotechnological method Methods 0.000 abstract description 5
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 47
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 39
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 36
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 241000186566 Clostridium ljungdahlii Species 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 10
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 241000894007 species Species 0.000 description 7
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- NDJKXXJCMXVBJW-UHFFFAOYSA-N heptadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC NDJKXXJCMXVBJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N n-hexanoic acid Natural products CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N octadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 4
- YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N pentadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N tetradecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- YYGNTYWPHWGJRM-UHFFFAOYSA-N (6E,10E,14E,18E)-2,6,10,15,19,23-hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaene Chemical compound CC(C)=CCCC(C)=CCCC(C)=CCCC=C(C)CCC=C(C)CCC=C(C)C YYGNTYWPHWGJRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001464894 Blautia producta Species 0.000 description 3
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001112696 Clostridia Species 0.000 description 3
- 241001528480 Cupriavidus Species 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 3
- BHEOSNUKNHRBNM-UHFFFAOYSA-N Tetramethylsqualene Natural products CC(=C)C(C)CCC(=C)C(C)CCC(C)=CCCC=C(C)CCC(C)C(=C)CCC(C)C(C)=C BHEOSNUKNHRBNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 3
- PRAKJMSDJKAYCZ-UHFFFAOYSA-N dodecahydrosqualene Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C PRAKJMSDJKAYCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 3
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 3
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 3
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940031439 squalene Drugs 0.000 description 3
- TUHBEKDERLKLEC-UHFFFAOYSA-N squalene Natural products CC(=CCCC(=CCCC(=CCCC=C(/C)CCC=C(/C)CC=C(C)C)C)C)C TUHBEKDERLKLEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 3
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 1-heptanol Chemical compound CCCCCCCO BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 2
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 2
- 241001523626 Arxula Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 2
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N Caprylic acid Natural products CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001656809 Clostridium autoethanogenum Species 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 2
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 2
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 2
- 241000193459 Moorella thermoacetica Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 2
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 2
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 2
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- 241000204649 Thermoanaerobacter kivui Species 0.000 description 2
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 2
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 2
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 description 2
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 239000003849 aromatic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N benzyl(trichloro)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CC1=CC=CC=C1 GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 229940038384 octadecane Drugs 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N tridecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCC IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALSTYHKOOCGGFT-KTKRTIGZSA-N (9Z)-octadecen-1-ol Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCO ALSTYHKOOCGGFT-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- IAUKWGFWINVWKS-UHFFFAOYSA-N 1,2-di(propan-2-yl)naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=C(C(C)C)C(C(C)C)=CC=C21 IAUKWGFWINVWKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PKQYSCBUFZOAPE-UHFFFAOYSA-N 1,2-dibenzyl-3-methylbenzene Chemical compound C=1C=CC=CC=1CC=1C(C)=CC=CC=1CC1=CC=CC=C1 PKQYSCBUFZOAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 1,3-Diphenylbenzene Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1 YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 1-dibutylphosphorylbutane Chemical compound CCCCP(=O)(CCCC)CCCC MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PPDZLUVUQQGIOJ-UHFFFAOYSA-N 1-dihexylphosphorylhexane Chemical compound CCCCCCP(=O)(CCCCCC)CCCCCC PPDZLUVUQQGIOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMBHHSBRXZAGDZ-UHFFFAOYSA-N 1-phenyl-2,3-di(propan-2-yl)benzene Chemical group CC(C)C1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1C(C)C AMBHHSBRXZAGDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- XULHFMYCBKQGEE-UHFFFAOYSA-N 2-hexyl-1-Decanol Chemical compound CCCCCCCCC(CO)CCCCCC XULHFMYCBKQGEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEACJMVNYZDSKR-UHFFFAOYSA-N 2-octyldodecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCC(CO)CCCCCCCC LEACJMVNYZDSKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001112780 Acetoanaerobium Species 0.000 description 1
- 241001468161 Acetobacterium Species 0.000 description 1
- 241000511218 Acetobacterium carbinolicum Species 0.000 description 1
- 241000511216 Acetobacterium malicum Species 0.000 description 1
- 241000511222 Acetobacterium wieringae Species 0.000 description 1
- 241001468163 Acetobacterium woodii Species 0.000 description 1
- 241000204392 Acetonema longum Species 0.000 description 1
- 241000590020 Achromobacter Species 0.000 description 1
- 241000266272 Acidithiobacillus Species 0.000 description 1
- 241000726119 Acidovorax Species 0.000 description 1
- 241000588986 Alcaligenes Species 0.000 description 1
- 241001534860 Alkalibaculum bacchi Species 0.000 description 1
- 241000207208 Aquifex Species 0.000 description 1
- 241000205042 Archaeoglobus fulgidus Species 0.000 description 1
- 241000186063 Arthrobacter Species 0.000 description 1
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 241000589941 Azospirillum Species 0.000 description 1
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000589173 Bradyrhizobium Species 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- 241001656810 Clostridium aceticum Species 0.000 description 1
- 241001171821 Clostridium coskatii Species 0.000 description 1
- 241000328950 Clostridium drakei Species 0.000 description 1
- 241000193161 Clostridium formicaceticum Species 0.000 description 1
- 241001256038 Clostridium ljungdahlii DSM 13528 Species 0.000 description 1
- 241001611023 Clostridium ragsdalei Species 0.000 description 1
- 241000186587 Clostridium scatologenes Species 0.000 description 1
- 241000186226 Corynebacterium glutamicum Species 0.000 description 1
- 241000252867 Cupriavidus metallidurans Species 0.000 description 1
- 241001528539 Cupriavidus necator Species 0.000 description 1
- ZAQJHHRNXZUBTE-WUJLRWPWSA-N D-xylulose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H](O)C(=O)CO ZAQJHHRNXZUBTE-WUJLRWPWSA-N 0.000 description 1
- 241000235035 Debaryomyces Species 0.000 description 1
- 241000235036 Debaryomyces hansenii Species 0.000 description 1
- 241001600129 Delftia Species 0.000 description 1
- 241001600125 Delftia acidovorans Species 0.000 description 1
- 241001180360 Derxia Species 0.000 description 1
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 description 1
- 241000592830 Desulfotomaculum kuznetsovii Species 0.000 description 1
- 102100030787 ERI1 exoribonuclease 2 Human genes 0.000 description 1
- 241000380130 Ehrharta erecta Species 0.000 description 1
- 241001379910 Ephemera danica Species 0.000 description 1
- 241000588722 Escherichia Species 0.000 description 1
- 241000186398 Eubacterium limosum Species 0.000 description 1
- 241000589989 Helicobacter Species 0.000 description 1
- 241000605016 Herbaspirillum Species 0.000 description 1
- 101000938751 Homo sapiens ERI1 exoribonuclease 2 Proteins 0.000 description 1
- 241000605233 Hydrogenobacter Species 0.000 description 1
- 241000426592 Hydrogenobaculum Species 0.000 description 1
- 241001223144 Hydrogenophilus Species 0.000 description 1
- 241000921809 Hydrogenothermus Species 0.000 description 1
- 241001137856 Hydrogenovibrio Species 0.000 description 1
- 241001357511 Ideonella sp. Species 0.000 description 1
- 241000235644 Issatchenkia Species 0.000 description 1
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 description 1
- 241001138401 Kluyveromyces lactis Species 0.000 description 1
- 241000235058 Komagataella pastoris Species 0.000 description 1
- 241000399138 Kyrpidia Species 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 241000186673 Lactobacillus delbrueckii Species 0.000 description 1
- 241000194036 Lactococcus Species 0.000 description 1
- 241000134732 Metallosphaera Species 0.000 description 1
- 241000202987 Methanobrevibacter Species 0.000 description 1
- 241001139408 Methanosarcina acetivorans C2A Species 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 241000178985 Moorella Species 0.000 description 1
- 241000186544 Moorella thermoautotrophica Species 0.000 description 1
- 241000187654 Nocardia Species 0.000 description 1
- 241000121201 Oligotropha Species 0.000 description 1
- 241001509483 Oxobacter pfennigii Species 0.000 description 1
- 241001057811 Paracoccus <mealybug> Species 0.000 description 1
- 241000372441 Pelomonas Species 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- 241000829202 Pharus <Mollusca> Species 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 241000235648 Pichia Species 0.000 description 1
- 241000235645 Pichia kudriavzevii Species 0.000 description 1
- 241000512220 Polaromonas Species 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 1
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 description 1
- 241000187603 Pseudonocardia Species 0.000 description 1
- 241000589180 Rhizobium Species 0.000 description 1
- 241000316848 Rhodococcus <scale insect> Species 0.000 description 1
- 241000190932 Rhodopseudomonas Species 0.000 description 1
- 241000190967 Rhodospirillum Species 0.000 description 1
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 description 1
- 241001194719 Sporomusa aerivorans Species 0.000 description 1
- 241000204376 Sporomusa ovata Species 0.000 description 1
- 241000543642 Sporomusa silvacetica Species 0.000 description 1
- 241000217849 Sporomusa sphaeroides Species 0.000 description 1
- 241000204379 Sporomusa termitida Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 244000057717 Streptococcus lactis Species 0.000 description 1
- 235000014897 Streptococcus lactis Nutrition 0.000 description 1
- 241000187747 Streptomyces Species 0.000 description 1
- 241001509489 Terrisporobacter glycolicus Species 0.000 description 1
- 241000186582 Terrisporobacter mayombei Species 0.000 description 1
- 241000191001 Thiocapsa Species 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 241000589886 Treponema Species 0.000 description 1
- 241001478283 Variovorax Species 0.000 description 1
- 241000589506 Xanthobacter Species 0.000 description 1
- 241000235013 Yarrowia Species 0.000 description 1
- 241000235015 Yarrowia lipolytica Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 241001621904 [Clostridium] methoxybenzovorans Species 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000013452 biotechnological production Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 1
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229940055577 oleyl alcohol Drugs 0.000 description 1
- XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N oleyl alcohol Natural products CCCCCCC=CCCCCCCCCCCO XMLQWXUVTXCDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002903 organophosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- BASAKOUVGYHNRZ-UHFFFAOYSA-N oxido(tridecyl)phosphanium Chemical compound C(CCCCCCCCCCCC)[PH2]=O BASAKOUVGYHNRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- MDDUHVRJJAFRAU-YZNNVMRBSA-N tert-butyl-[(1r,3s,5z)-3-[tert-butyl(dimethyl)silyl]oxy-5-(2-diphenylphosphorylethylidene)-4-methylidenecyclohexyl]oxy-dimethylsilane Chemical compound C1[C@@H](O[Si](C)(C)C(C)(C)C)C[C@H](O[Si](C)(C)C(C)(C)C)C(=C)\C1=C/CP(=O)(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 MDDUHVRJJAFRAU-YZNNVMRBSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229940070710 valerate Drugs 0.000 description 1
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
Abstract
Настоящее изобретение относится к способу экстрагирования алифатического спирта, содержащего от 5 до 16 атомов углерода, из водной среды. Предлагаемый способ включает следующие стадии: (a) приведение алифатического спирта в водной среде в контакт с по меньшей мере одним экстрагентом, предусматривающим по меньшей мере один триалкилфосфиноксид и по меньшей мере один алкан, где алкан содержит от 12 до 18 атомов углерода, на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алифатического спирта из водной среды в экстрагент, (b) отделение экстрагента с экстрагированным алифатическим спиртом от водной среды. При этом водная среда представляет собой среду для ферментации, в которой алифатический спирт получен из источника углерода путем приведения источника углерода в контакт с по меньшей мере одним микроорганизмом, способным превращать источник углерода в алифатический спирт. Причем среду для ферментации рециклируют, и среда для ферментации включает воду. Технический результат – разработка эффективного способа экстракции алифатических спиртов, который можно применять совместно с биотехнологическим способом получения данных спиртов. 8 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу экстрагирования алифатического спирта из водной среды. В частности, в способе применяют по меньшей мере один триалкилфосфиноксид и необязательно по меньшей мере один алкан.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данной области техники алифатические спирты характеризуются несколькими функциями. Например, их можно применять при получении полимеров, фармацевтических веществ, растворителей и пищевых добавок.
В WO1985000805 представлен способ получения спирта, включающий экстрагирование водно-спиртового раствора с помощью системы органических растворителей, содержащей органический растворитель.
В US4714791 раскрывается способ извлечения первичных нормальных алифатических высших спиртов, который включает приведение разновидностей сахарного тростника или продуктов, полученных из разновидностей сахарного тростника, служащих в качестве сырьевого материала для экстракции, в контакт с жидкостью в субкритическом или сверхкритическом состоянии.
Соответственно, в данной области техники существует необходимость в более дешевом и более эффективном способе экстрагирования для осуществления экстракции алифатических спиртов, в частности алифатических спиртов, получаемых в промышленном масштабе. Кроме того, существует необходимость в способе экстракции алифатических спиртов, который можно применять совместно с биотехнологическим способом получения алифатических спиртов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предпринята попытка решить указанные выше проблемы путем обеспечения способов экстрагирования алифатических спиртов, которые являются более эффективными и более дешевыми, нежели современные способы, доступные из уровня техники. Настоящее изобретение также предусматривает способы экстрагирования алифатических спиртов, которые можно применять в сочетании с биотехнологическим способом получения алифатических спиртов.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ экстрагирования алифатического спирта из водной среды, при этом способ включает
(a) приведение алифатического спирта в водной среде в контакт с по меньшей мере одним экстрагентом на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алифатического спирта из водной среды в экстрагент,
(b) отделение экстрагента с экстрагированными алифатическими спиртами от водной среды,
где экстрагент предусматривает:
по меньшей мере один триалкилфосфиноксид, предпочтительно триоктилфосфиноксид (TOPO), и необязательно по меньшей мере один алкан, и при этом алифатический спирт получен из источника углерода путем приведения источника углерода в контакт с по меньшей мере одним микроорганизмом, способным превращать источник углерода в алифатический спирт.
Микроорганизм может быть представлен
(i) смесью первого и второго микроорганизмов, и:
- первый микроорганизм представляет собой ацетогенный микроорганизм, способный превращать источник углерода в ацетат и/или этанол; и
- второй микроорганизм предназначен для осуществления удлинения углеродной цепи и выбран из группы, состоящей из Clostridium kluyveri и C. carboxidivorans, а также способен превращать ацетат и/или этанол с образованием кислоты; и
при этом первый микроорганизм дополнительно способен превращать кислоту в соответствующий алифатический спирт, или
(ii) C. carboxidivorans, обладающей способностью превращать источник углерода в алифатический спирт.
Предпочтительно алкан содержит по меньшей мере 12 атомов углерода.
В частности, способ экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает увеличение выхода относительно количества используемых экстрагирующих веществ. Например, менее 50% по весу экстрагента можно применять для экстрагирования того же количества алифатических спиртов, как если бы применяли только чистые алканы. Следовательно, при малом объеме экстрагента алифатические спирты можно экстрагировать с более высоким выходом. Экстрагент также не является пагубным для микроорганизмов. Соответственно, экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения может присутствовать при получении алифатического спирта биотехнологическим путем. Кроме того, алифатические спирты могут быть легко отделены от экстрагента согласно любому аспекту настоящего изобретения путем дистилляции. После отделения, например посредством дистилляции, экстрагент можно легко рециклировать.
Способ согласно любому аспекту настоящего изобретения может представлять собой способ экстрагирования по меньшей мере одного алифатического спирта из водной среды. Выделенный алифатический спирт может относиться к по меньшей мере одному алифатическому спирту, который можно отделять от среды, в которой алифатический спирт был получен. В одном примере алифатический спирт можно получать в водной среде (например, среде для ферментации, где алифатический спирт продуцируется специфическими клетками из источника углерода). Выделенный алифатический спирт может относится к соответствующему алифатическому спирту, экстрагированному из водной среды. В частности, стадия экстрагирования обеспечивает отделение избыточной воды от водной среды, что приводит, таким образом, к образованию смеси, содержащей экстрагированный алифатический спирт.
Экстрагент также можно называть «средой для экстракции». Среду для экстракции можно применять для экстрагирования/выделения алифатического спирта, полученного в соответствии с любым способом по настоящему изобретению, из водной среды, в которой алифатический спирт первоначально был получен. В конце стадии экстрагирования избыточную воду из водной среды можно удалять, с получением таким образом экстрагента, содержащего экстрагированный алифатический спирт. Экстрагент может предусматривать комбинацию соединений, которая может приводить к эффективным способам экстрагирования алифатического спирта из водной среды. В частности, экстрагент может содержать (i) по меньшей мере один алкан, содержащий по меньшей мере 12 атомов углерода, и (ii) по меньшей мере один триалкилфосфиноксид. Среда для экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения может эффективно экстрагировать алифатический спирт в экстрагент, представляющий собой алкан с триалкилфосфиноксидом. Данный экстрагент, предусматривающий смесь триалкилфосфиноксида и по меньшей мере одного алкана, может считаться подходящим для способа согласно любому аспекту настоящего изобретения, поскольку смесь эффективно работает при экстрагировании необходимого алифатического спирта в присутствии среды для ферментации. В частности, смесь триалкилфосфиноксида и по меньшей мере одного алкана может рассматриваться как действующая лучше, чем любой известный в настоящее время в уровне техники способ экстракции алифатического спирта, поскольку она не требует какого-либо специального оборудования для осуществления процесса, и с ней относительно легко обеспечить высокий выход продукта.
Алкан может содержать по меньшей мере 12 атомов углерода. В частности, алкан может содержать 12-18 атомов углерода. В одном примере алкан может быть выбран из группы, состоящей из додекана, тридекана, тетрадекана, пентадекана, гексадекана, гептадекана и октадекана. В дополнительном примере экстрагент может предусматривать смесь алканов. В другом примере алкан может представлять собой разветвленный алкан. В частности, разветвленный алкан может представлять собой сквален.
Триалкилфосфиноксиды характеризуются общей формулой OPX3, где X представляет собой алкил. Подходящие триалкилфосфиноксиды согласно любому аспекту настоящего изобретения включают алкильную группу, состоящую из линейного, разветвленного или циклического углеводорода, при этом углеводород состоит из от 1 до приблизительно 100 атомов углерода и от 1 до приблизительно 200 атомов водорода. В частности, «алкил», используемый по отношению к триалкилфосфиноксиду согласно любому аспекту настоящего изобретения, может относиться к углеводородной группе, содержащей от 1 до 20 атомов углерода, зачастую от 4 до 15 атомов углерода или от 6 до 12 атомов углерода, и которая может состоять из прямых цепей, циклических звеньев, разветвленных цепей или их смесей. X может быть представлен одинаковыми или различными алкильными радикалами в пределах одной молекулы. Если в одной молекуле триалкилфосфиноксида присутствуют различные алкильные радикалы, то алкильные радикалы предпочтительно выбраны из C8 и C10. Как правило, триалкилфосфиноксид выбран из группы, состоящей из трибутилфосфиноксида, тригексилфосфиноксида, триоктилфосфиноксида, тридецилфосфиноксида и их смесей.
Еще более конкретно, триалкилфосфиноксид может представлять собой триоктилфосфиноксид (TOPO). Триоктилфосфиноксид (TOPO) представляет собой фосфорорганическое соединение формулы OP(C8H17)3. По меньшей мере один триалкилфосфиноксид, предпочтительно триоктилфосфиноксид (TOPO), может присутствовать в среде для экстракции вместе с по меньшей мере одним алканом. В частности, смесь по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана, содержащего по меньшей мере 12 атомов углерода, может предусматривать весовое соотношение, составляющее от приблизительно 1:100 до 1:10, по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), относительно алкана. Более конкретно, весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана в среде для экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения может составлять приблизительно 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:25, 1:20, 1:15 или 1:10. Еще более конкретно, весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может быть выбрано в диапазоне от 1:90 до 1:10, от 1:80 до 1:10, от 1:70 до 1:10, от 1:60 до 1:10, от 1:50 до 1:10, от 1:40 до 1:10, от 1:30 до 1:10 или от 1:20 до 1:10. Весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может составлять от 1:40 до 1:15 или от 1:25 до 1:15. В одном примере весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может составлять приблизительно 1:15. В примере алкан может представлять собой гексадекан, и, следовательно, весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и гексадекана может составлять приблизительно 1:15.
Термин «приблизительно», используемый в данном документе, относится к изменениям в пределах 20 процентов. В частности, термин «приблизительно», используемый в данном документе, относится к +/- 20%, более конкретно +/-10%, еще более конкретно +/- 5% от данного измерения или значения.
В предпочтительном способе в соответствии с настоящим изобретением экстрагент, помимо фосфиноксида, содержит второй органический компонент. Второй органический компонент содержит по меньшей мере 12 атомов углерода. Второй органический компонент представляет собой линейный или разветвленный алкан, который может быть выбран из группы, состоящей из тетрадекана, пентадекана, гексадекана, гептадекана, октадекана и сквалена или смесей алканов, такой как белое минеральное масло (Fragoltherm-Q-32-N). Кроме того, второй органический компонент может предусматривать ароматический углеводород, который может быть выбран из группы, состоящей из диизопропилбифенила, частично гидрогенизированного терфенила, дибензилтолуола и диизопропилнафталина или смеси ароматических растворителей, такой как Solvesso 200. Другой возможностью является применение спирта, который может быть выбран из группы, состоящей из олеилового спирта, 2-октилдодеканола и 2-гексилдодеканола, в качестве второго органического компонента.
Экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения может эффективно экстрагировать алифатический спирт в экстрагент. Данный экстрагент, предусматривающий смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, содержащего по меньшей мере два различных алкильных радикала на молекулу алкилфосфиноксида, и по меньшей мере одного алкана, может считаться подходящим для способа согласно любому аспекту настоящего изобретения, поскольку смесь эффективно работает при экстрагировании необходимого алифатического спирта в присутствии водной среды для получения. Алкан может представлять собой прямой или разветвленный алкан. В одном примере алкан может представлять собой разветвленный алкан, и разветвленный алкан может представлять собой сквален.
В другом примере экстрагент, предусматривающий смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, содержащего по меньшей мере два различных алкильных радикала на молекулу алкилфосфиноксида, и по меньшей мере одного частично гидрогенизированного ароматического углеводорода, может считаться подходящим для способа согласно любому аспекту настоящего изобретения, поскольку смесь эффективно работает при экстрагировании необходимых органической кислоты и/или спирта в присутствии водной среды для получения. В частности, смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, содержащего по меньшей мере два различных алкильных радикала на молекулу алкилфосфиноксида, и по меньшей мере одного частично гидрогенизированного ароматического углеводорода, может рассматриваться как действующая лучше, чем любой известный в настоящее время в уровне техники способ экстракции алифатического спирта, поскольку она не требует какого-либо специального оборудования для осуществления процесса, и с ней относительно легко обеспечить высокий выход продукта. Кроме того, экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения в комбинации с алканом или частично гидрогенизированным ароматическим растворителем также не является токсичным для микроорганизмов.
На стадии (a) согласно любому аспекту настоящего изобретения алифатический спирт в водной среде можно приводить в контакт с экстрагентом на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алифатического спирта из водной среды в экстрагент. Специалист в данной области техники может быть способен определить количество времени, необходимого для достижения равновесия распределения, и надлежащее скопление пузырьков, которое может понадобиться для оптимизации способа экстракции. В некоторых примерах необходимое время может зависеть от количества алифатического спирта, которое можно экстрагировать. В частности, время, необходимое для экстрагирования алифатического спирта из водной среды в экстрагент, может занимать только несколько минут. В примерах, в которых экстракцию проводят по мере прохождения ферментации, время для экстракции эквивалентно времени ферментации.
Соотношение применяемого экстрагента и количества алифатического спирта, подлежащего экстрагированию, может варьироваться в зависимости от того, насколько быстро следует проводить экстракцию. В одном примере количество экстрагента равно количеству водной среды, содержащей алифатический спирт. После стадии приведения экстрагента в контакт с водной средой две фазы (водную и органическую) разделяют с применением любых средств, известных из уровня техники. В одном примере две фазы можно разделять с применением разделительной воронки. Две фазы также можно разделять с применением смесителей-отстойников, пульсационных колонок и т. п. В одном примере, в котором алифатический спирт представляет собой гексанол, отделение экстрагента от гексанола можно проводить с применением дистилляции с учетом того, что гексанол подвергается дистилляции при значительно более низкой точке кипения, нежели экстрагент. Специалист в данной области техники сможет выбрать наилучший способ отделения среды для экстракции от необходимого алифатического спирта на стадии (b) в зависимости от характеристик алифатического спирта, который необходимо экстрагировать. В частности, стадия (b) согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает извлечение алифатического спирта из стадии (a).
Стадия (b) предпочтительно оканчивается органическим абсорбентом, доступным снова для рециклизации или повторного применения, предпочтительно на стадии (0) (см. ниже).
Алифатический спирт предпочтительно выбран из группы, состоящей из алифатических спиртов, содержащих 2-16, предпочтительно 5-12 атомов углерода. Более конкретно, алифатический спирт может быть выбран из группы, состоящей из алифатических спиртов с 4-16, 4-14, 4-12, 4-10, 5-16, 5-14, 5-12, 5-10, 6-16, 6-14, 6-12 или 6-10 атомами углерода. В частности, алифатический спирт может быть выбран из группы, состоящей из пентанола, гексанола, гептанола и октанола. Еще более конкретно, алифатический спирт может быть выбран из группы, состоящей из бутанола и гексанола. В частности, алифатический спирт представляет собой гексанол.
В некоторых примерах микроорганизмы, способные продуцировать алифатический спирт, можно культивировать с любыми культуральной средой, субстратами, условиями и способами, широко известными из уровня техники для культивирования бактерий. Это обеспечивает получение алифатического спирта с применением биотехнологического способа. В зависимости от микроорганизма, который применяют для получения алифатического спирта, изменяются подходящие среда для роста, значение pH, температура, скорость перемешивания, уровень инокулята и/или аэробные, микроаэробные или анаэробные условия. Специалист в данной области техники узнает другие условия, необходимые для осуществления способа согласно любому аспекту настоящего изобретения. В частности, условия в контейнере (например, ферментере) можно изменять в зависимости от применяемых микроорганизмов. Изменение условий таким образом, чтобы они подходили для оптимального функционирования микроорганизмов, находится в пределах знаний специалиста в данной области техники.
В одном примере способ согласно любому аспекту настоящего изобретения можно осуществлять в водной среде со значением pH от 5 до 8 или от 5,5 до 7. Давление может составлять от 1 до 10 бар. Микроорганизмы можно культивировать при температуре, находящейся в диапазоне от приблизительно 20°C до приблизительно 80°C. В одном примере микроорганизм можно культивировать при 37°C.
В некоторых примерах для роста микроорганизма и для продуцирования им алифатического спирта водная среда может содержать любые питательные вещества, ингредиенты и/или добавки, подходящие для выращивания микроорганизма или для стимулирования продуцирования алифатического спирта. В частности, водная среда может содержать по меньшей мере одно из следующего: источников углерода, источников азота, таких как аммонийная соль, дрожжевой экстракт или пептон; минералов; солей; кофакторов; буферных средств; витаминов и любых других компонентов и/или экстрактов, которые могут стимулировать рост бактерий. Подлежащая применению культуральная среда должна соответствовать требованиям конкретных штаммов. Описания культуральных сред для различных микроорганизмов приведено в «Manual of Methods for General Bacteriology».
Соответственно, способ экстракции алифатического спирта согласно любому аспекту настоящего изобретения можно применять вместе с любым биотехнологическим способом получения алифатического спирта. Это особенно преимущественно, поскольку, как правило, во время процесса ферментации с получением алифатического спирта с применением биологических способов алифатический спирт будут оставлять для сбора в водной среде, и после достижения определенных значений концентрации в среде для ферментации как раз целевой продукт (алифатический спирт) может подавлять активность и продуктивность микроорганизма. Таким образом, это ограничивает общий выход процесса ферментации. При применении данного способа экстракции алифатический спирты экстрагируют по мере их продуцирования, таким образом существенно снижая ингибирование конечным продуктом.
Способ согласно любому аспекту настоящего изобретения также является более эффективным и сокращающим затраты, чем традиционные способы удаления алифатических спиртов, в частности, из способа ферментации по мере их продуцирования, поскольку не существует первичного упора на дистилляцию и/или осаждение с извлечением алифатических спиртов. Способ дистилляции или осаждения может приводить к более высоким производственным затратам, более низкому выходу и более высокой степени образования отходов производства, что, таким образом, снижает общую эффективность способа. С помощью способа согласно любому аспекту настоящего изобретения предпринимают попытки преодолеть эти недостатки.
В одном примере алифатический спирт представляет собой гексанол. В данном примере гексанол может быть получен из по меньшей мере одного источника углерода, например, синтез-газа.
Синтез-газ можно превращать в гексанол в присутствии по меньшей мере одного вида ацетогенных бактерий и/или окисляющих водород бактерий. В частности, можно применять любой способ, известный из уровня техники. Гексанол можно получать из синтез-газа с помощью по меньшей мере одного рода прокариот. В частности, род прокариот может быть выбран из группы, состоящей из рода Escherichia, такого как Escherichia coli; из рода Clostridia, такого как Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans или Clostridium kluyveri; из рода Corynebacteria, такого как Corynebacterium glutamicum; из рода Cupriavidus, такого как Cupriavidus necator или Cupriavidus metallidurans; из рода Pseudomonas, такого как Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida или Pseudomonas oleavorans; из рода Delftia, такого как Delftia acidovorans; из рода Bacillus, такого как Bacillus subtillis; из рода Lactobacillus, такого как Lactobacillus delbrueckii; или из рода Lactococcus, такого как Lactococcus lactis.
В другом примере гексанол можно получать из источника углерода, например синтез-газа, с помощью по меньшей мере одного рода эукариот. Род эукариот, применяемый в способе по настоящему изобретению, может быть выбран из рода Aspergillus, такого как Aspergillus niger; из рода Saccharomyces, такого как Saccharomyces cerevisiae; из рода Pichia, такого как Pichia pastoris; из рода Yarrowia, такого как Yarrowia lipolytica; из рода Issatchenkia, такого как Issatchenkia orientalis; из рода Debaryomyces, такого как Debaryomyces hansenii; из рода Arxula, такого как Arxula adenoinivorans; или из рода Kluyveromyces, такого как Kluyveromyces lactis.
Термин «ацетогенные бактерии», используемый в данном документе, относится к микроорганизму, который способен осуществлять путь Вуда-Льюнгдаля и, таким образом, способен превращать CO, CO2 и/или водород в ацетат. Эти микроорганизмы включают микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не осуществляют путь Вуда-Льюнгдаля, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. Такие микроорганизмы включают без ограничения клетки E. coli. Эти микроорганизмы также могут быть известны как карбоксидотрофные бактерии. В настоящее время, из уровня техники известен 21 род различных ацетогенных бактерий (Drake et al., 2006), и они также могут включать некоторые Clostridia (Drake & Kusel, 2005). Эти бактерии способны использовать диоксид углерода или монооксид углерода в качестве источника углерода с водородом в качестве источника энергии (Wood, 1991). Кроме того, спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, а также многочисленные гексозы также могут быть применены в качестве источника углерода (Drake et al., 2004). Восстановительный путь, который ведет к образованию ацетата, называется путем ацетил-CoA или Вуда-Льюнгдаля. В частности, ацетогенные бактерии могут быть выбраны из группы, состоящей из Acetoanaerobium notera (ATCC 35199), Acetonema longum (DSM 6540), Acetobacterium carbinolicum (DSM 2925), Acetobacterium malicum (DSM 4132), вида Acetobacterium № 446 (Morinaga et al., 1990, J. Biotechnol., Vol. 14, p. 187-194), Acetobacterium wieringae (DSM 1911), Acetobacterium woodii (DSM 1030), Alkalibaculum bacchi (DSM 22112), Archaeoglobus fulgidus (DSM 4304), Blautia producta (DSM 2950, ранее Ruminococcus productus, ранее Peptostreptococcus productus), Butyribacterium methylotrophicum (DSM 3468), Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 и DSM 23693), Clostridium carboxidivorans (DSM 15243), Clostridium coskatii (ATCC № PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (DSM 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757), Clostridium species ATCC 29797 (Schmidt et al., 1986, Chem. Eng. Commun., Vol. 45, p. 61-73), Desulfotomaculum kuznetsovii (DSM 6115), Desulfotomaculum thermobezoicum подвида thermosyntrophicum (DSM 14055), Eubacterium limosum (DSM 20543), Methanosarcina acetivorans C2A (DSM 2834), Moorella sp. HUC22-1 (Sakai et al., 2004, Biotechnol. Let., Vol. 29, p. 1607-1612), Moorella thermoacetica (DSM 521, ранее Clostridium thermoaceticum), Moorella thermoautotrophica (DSM 1974), Oxobacter pfennigii (DSM 322), Sporomusa aerivorans (DSM 13326), Sporomusa ovata (DSM 2662), Sporomusa silvacetica (DSM 10669), Sporomusa sphaeroides (DSM 2875), Sporomusa termitida (DSM 4440) и Thermoanaerobacter kivui (DSM 2030, ранее Acetogenium kivui).
Более конкретно, можно применять штамм ATCC BAA-624 Clostridium carboxidivorans. Еще более конкретно, можно применять бактериальный штамм Clostridium carboxidivorans, помеченный «P7» и «P11», который описан, например, в U.S. 2007/0275447 и U.S. 2008/0057554.
Продуцирование гексанола Clostridium carboxidivorans из синтез-газа, содержащего CO2, в частности, описывается в Naveira et al., Journal of Chemical Technology & Biotechnology 92(4), April 2017.
Другим особенно подходящим видом бактерий может являться Clostridium ljungdahlii. В частности, штаммы, выбранные из группы, состоящей из Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii COL и Clostridium ljungdahlii O-52, могут быть использованы при превращении синтез-газа в гексанол. Эти штаммы, например, описаны в WO 98/00558, WO 00/68407, ATCC 49587, ATCC 55988 и ATCC 55989.
Ацетогенные бактерии можно применять совместно с окисляющими водород бактериями. В одном примере для получения гексанола из источника углерода, например синтез-газа, можно применять как ацетогенные бактерии, так и окисляющие водород бактерии. В другом примере для метаболизирования синтез-газа с получением гексанола из источника углерода, например синтез-газа, можно применять только ацетогенные бактерии. В еще другом примере в данной реакции можно применять исключительно окисляющие водород бактерии.
Окисляющие водород бактерии могут быть выбраны из группы, состоящей из Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. O1, Kyrpidia, Metallosphaera, Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema,Variovorax, Xanthobacter и Wautersia.
При получении гексанола из источника углерода, например синтез-газа, можно применять комбинацию бактерий. Может присутствовать более одного вида ацетогенных бактерий в комбинации с одним или несколькими видами окисляющих водород бактерий. В другом примере может присутствовать, тем не менее, более одного типа ацетогенных бактерий. В еще одном примере может присутствовать, тем не менее, более одного вида окисляющих водород бактерий. Гексановая кислота, также известная как капроновая кислота, характеризуется общей формулой C5H11COOH.
В частности, способ получения гексановой кислоты может включать следующую стадию:
- приведение источника углерода, например синтез-газа, в контакт с по меньшей мере одним видом бактерий, способных к осуществлению пути Вуда-Льюнгдаля и удлинению цепи, с получением гексанола.
В частности, микроорганизм может быть представлен
(i) смесью первого и второго микроорганизмов, и:
- первый микроорганизм представляет собой ацетогенный микроорганизм, способный превращать источник углерода в ацетат и/или этанол; и
- второй микроорганизм предназначен для осуществления удлинения углеродной цепи и выбран из группы, состоящей из Clostridium kluyveri и C. carboxidivorans, а также способен превращать ацетат и/или этанол с образованием кислоты; и
при этом первый микроорганизм дополнительно способен превращать кислоту в соответствующий алифатический спирт, или
(ii) C. carboxidivorans, обладающей способностью превращать источник углерода в алифатический спирт.
Термин «приведение в контакт», используемый в данном документе, означает осуществление прямого контакта между алифатическим спиртом в среде со средой для экстракции на стадии (a) и/или прямого контакта между микроорганизмом и источником углерода, например синтез-газом. Например, клетка и среда, содержащая источник углерода, могут быть в различных отделениях. В частности, источник углерода может быть в газообразном состоянии и добавляться к среде, содержащей клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения.
В одном примере получение гексанола из источника углерода, например синтез-газа, может предусматривать применение ацетогенных бактерий совместно с бактерией, способной к продуцированию гексанола, с применением бактерий, способных к осуществлению удлинения цепи. В одном примере для получения гексанола из источника углерода, например синтез-газа, можно применять как ацетогенные бактерии, так и бактерии, способные к осуществлению удлинения цепи. Например, Clostridium ljungdahlii можно применять одновременно с Clostridium kluyveri. В другом примере для метаболизирования источника углерода, например синтез-газа, с получением гексанола из источника углерода, например синтез-газа, можно применять только ацетогенные бактерии. В данном примере ацетогенные бактерии могут быть способны к осуществлению как удлинения цепи, так и пути Вуда-Льюнгдаля. В одном примере ацетогенные бактерии могут представлять собой C. carboxidivorans, которые могут быть способны к осуществлению как пути Вуда-Льюнгдаля, так и удлинения цепи.
Организм, который способен к осуществлению удлинения цепи, может быть выбран из группы, состоящей из Clostridium kluyveri, C. carboxidivorans и т. п. Такие микроорганизмы включают микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не обладают способностью к осуществлению удлинения цепи, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. В частности, микроорганизм может представлять собой Clostridium kluyveri.
В одном примере бактерии, применяемые согласно любому аспекту настоящего изобретения, выбраны из группы, состоящей из Clostridium kluyveri и C. carboxidivorans.
В частности, клетки приводят в контакт с источником углерода, который включает моносахариды (такие как глюкоза, галактоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза или ксилулоза), дисахариды (такие как лактоза или сахароза), олигосахариды и полисахариды (такие как крахмал или целлюлоза), субстраты с одним атомом углерода и/или их смеси. Более конкретно, клетки приводят в контакт с источником углерода, содержащим CO и/или CO2, с получением алифатического спирта.
Применительно к источнику субстратов, содержащих диоксид углерода и/или монооксид углерода, специалист в данной области техники поймет, что существует множество возможных источников для обеспечения CO и/или CO2 в качестве источника углерода. Можно увидеть, что на практике в качестве источника углерода по настоящему изобретению можно применять любой газ или любую смесь газов, которые способны предоставить микроорганизмам достаточные количества углерода, так чтобы мог быть образован ацетат и/или этанол из источника CO и/или CO2.
Как правило, для клетки по настоящему изобретению источник углерода предусматривает по меньшей мере 50% по весу, по меньшей мере 70% по весу, в частности по меньшей мере 90% по весу CO2 и/или CO, где доли в процентах по весу - % относятся ко всем источникам углерода, которые доступны для клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения. Может быть предусмотрен источник, представляющий собой углеродный материал.
Примеры источников углерода в газообразных формах включают отработанные газы, такие как синтез-газ, топочный газ и газы от переработки нефтепродуктов, полученные при дрожжевой ферментации или ферментации с помощью клостридий. Эти отработанные газы образуются при газификации содержащих целлюлозу материалов или газификации угля. В одном примере эти отработанные газы не обязательно получают в виде побочных продуктов других процессов, но могут специально получать для применения со смешанной культурой по настоящему изобретению.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения источником углерода может быть синтез-газ, в том числе для получения ацетата и/или этанола, применяемых на стадии (a) (см. ниже) согласно любому аспекту настоящего изобретения. Синтез-газ можно, например, получать в виде побочного продукта газификации угля. Соответственно, микроорганизм согласно любому аспекту настоящего изобретения может быть способен к превращению вещества, которое представляет собой отходы производства, в ценный ресурс.
В другом примере синтез-газ может быть побочным продуктом газификации широко доступных, недорогих сельскохозяйственных сырьевых материалов для применения со смешанной культурой по настоящему изобретению с получением замещенных и незамещенных органических соединений.
Существуют многочисленные примеры сырьевых материалов, которые можно превращать в синтез-газ, поскольку почти все формы растительности могут быть использованы для этой цели. В частности, сырьевые материалы выбраны из группы, состоящей из многолетних трав, таких как мискантус, остатков кукурузы, отходов переработки, таких как опилки, и т. п.
В целом, синтез-газ можно получать в устройстве для газификации сухой биомассы в основном за счет пиролиза, частичного окисления и парового риформинга, где первичными продуктами синтез-газа являются CO, H2 и CO2. Синтез-газ также может быть продуктом электролиза CO2. Специалист в данной области техники узнает подходящие условия для проведения электролиза CO2 для получения синтез-газа, содержащего СО в требуемом количестве.
Как правило, часть синтез-газа, полученного в процессе газификации, сначала обрабатывают, чтобы оптимизировать значения выхода продукта и предотвратить образование смолы. Крекинг нежелательных смолы и CO в синтез-газе можно выполнять с использованием извести и/или доломита. Эти процессы подробно описаны, например, в Reed, 1981.
Общая эффективность, производительность по алифатическому спирту и/или общий захват углерода в способе по настоящему изобретению могут зависеть от стехиометрии CO2, CO и H2 в непрерывном газовом потоке. Подводимые непрерывные газовые потоки могут состоять из CO2 и H2. В частности, в непрерывном газовом потоке диапазон концентраций CO2 может составлять приблизительно 10–50%, в частности 3% по весу, и H2 будет в пределах от 44% до 84%, в частности от 64 до 66,04%, по весу. В другом примере непрерывный газовый поток также может предусматривать инертные газы, подобные N2, вплоть до концентрации N2, составляющей 50% по весу.
Смеси источников можно использовать в качестве источника углерода.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения восстановитель, например водород, можно подавать вместе с источником углерода. В частности, этот водород можно подавать, когда подают и/или используют С и/или CO2. В одном примере газообразный водород является частью синтез-газа, присутствующего согласно любому аспекту настоящего изобретения. В другом примере, где газообразного водорода в синтез-газе недостаточно для способа по настоящему изобретению, можно подавать дополнительный газообразный водород. В одном примере водород может являться продуктом электролиза воды.
В одном примере алифатический спирт представляет собой гексанол. Более конкретно, источник углерода, содержащий CO и/или CO2, контактирует с клетками в непрерывном газовом потоке. Еще более конкретно, непрерывный газовый поток содержит синтез-газ. Эти газы можно подавать, например, с применением отдельных сопел, которые открываются в водную среду, фритт, мембран внутри трубы подачи газа в водную среду и т. п.
Специалист в данной области техники поймет, что может быть необходимо контролировать состав и скорости потока струй через определенные промежутки времени. Контроль состава потока может быть достигнут путем изменения пропорций составляющих его струй для достижения целевого или требуемого состава. Состав и скорость потока смешанного потока можно контролировать любыми средствами, известными из уровня техники. В одном примере систему адаптируют для непрерывного контроля скоростей потока и составов по меньшей мере двух струй и объединения их для получения единой смешанной струи субстрата в непрерывном газовом потоке оптимального состава и средств для прохождения оптимизированного потока субстрата в ферментер.
Термин «водный раствор» или «среда» включает любой раствор, содержащий воду, в основном воду, в качестве растворителя, который можно применять для сохранения клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения по меньшей мере временно в метаболически активном и/или жизнеспособном состоянии, и содержит, если такое необходимо, любые дополнительные субстраты. Специалисту в данной области техники известны способы получения многочисленных водных растворов, обычно называемых средами, которые можно применять для сохранения культуры и/или клеток, например LB-среда в случае E. coli, можно применять ATCC1754-среду в случае C. ljungdahlii. Преимущественным является применение в качестве водного раствора минимальной среды, т. е. среды с достаточно простым составом, которая содержит только минимальный набор солей и питательных веществ, необходимых для сохранения клетки в метаболически активном и/или жизнеспособном состоянии, в отличие от сложных сред, во избежание необязательных загрязнений продуктов нежелательными побочными продуктами. Например, в качестве минимальной среды можно применять среду M9. Клетки инкубируют с источником углерода достаточно долго для получения необходимого продукта. Например, в течение по меньшей мере 1, 2, 4, 5, 10 или 20 часов. Выбранная температура должна быть такой, чтобы клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения оставались каталитически компетентными и/или метаболически активными, например от 10 до 42°C, предпочтительно от 30 до 40°C, в частности от 32 до 38°C в случае, если клетка представляет собой клетку C. ljungdahlii. Водная среда согласно любому аспекту настоящего изобретения также предусматривает среду, в которой получают алифатический спирт. В основном это относится к среде, в которой раствор содержит в основном воду. В одном примере водная среда, в которой клетки используют для получения алифатического спирта, представляет собой именно ту среду, которая контактирует со средой для экстракции с целью экстракции алифатического спирта.
В частности, смесь микроорганизма и источника углерода согласно любому аспекту настоящего изобретения можно применять в любом известном биореакторе или ферментере для осуществления любого аспекта настоящего изобретения. В одном примере представлен полный способ согласно любому аспекту настоящего изобретения, который начинается с получения алифатического спирта и заканчивается экстракцией алифатического спирта в одном контейнере. Следовательно стадия разделения, находящаяся между стадией получения алифатического спирта и стадией экстрагирования алифатического спирта, может отсутствовать. Это сохраняет время и затраты. В частности, во время процесса ферментации микроорганизм можно выращивать в водной среде и в присутствии среды для экстракции. Таким образом, способ согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает однореакторное устройство для получения алифатических спиртов. Кроме того, поскольку алифатический спирт экстрагируют по мере его продуцирования, никакого ингибирования конечным продуктом не происходит, что обеспечивает поддержание выхода алифатического спирта. Дополнительную стадию разделения можно проводить с удалением алифатического спирта. Можно применять любой способ разделения, известный из уровня техники, такой как с использованием воронки, колонки, дистилляции и т. п. Оставшиеся экстрагент и/или клетки затем можно рециклировать.
В другом примере способ экстракции может происходить в качестве отдельной стадии и/или в другом реакторе. После осуществления ферментации, при которой уже получили необходимый алифатический спирт, подлежащий экстрагированию, экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения можно добавлять к среде для ферментации или среду для ферментации можно добавлять в реактор, содержащий экстрагент. Затем можно экстрагировать необходимый алифатический спирт с помощью любого способа разделения, известного из уровня техники, такого как с использованием воронки, колонки, дистилляции и т. п. Оставшийся экстрагент затем можно рециклировать.
Другое преимущество способа заключается в том, что экстрагент можно рециклировать. Следовательно, как только алифатический спирт отделяют от среды для экстракции, среду для экстракции можно рециклировать и повторно применять, снижая количество отходов.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрено применение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и необязательно по меньшей мере одного алкана для экстрагирования алифатического спирта из водной среды, где алкан предпочтительно содержит по меньшей мере 12 атомов углерода. В частности, алкан может содержать от 12 до 18 атомов углерода. Более конкретно, алкан может представлять собой гексадекан. Еще более конкретно, алифатический спирт выбран из группы, состоящей из алифатических спиртов с 5-16 атомами углерода. В одном примере алифатический спирт может представлять собой гексанол.
В предпочтительном способе в соответствии с настоящим изобретением этанол и/или ацетат применяют в качестве исходного материала.
Данный предпочтительный способ в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивающий экстрагирование алифатического спирта, получаемого из этанола и/или ацетата, включает стадию (0) перед стадией (a):
(1) приведение этанола и/или ацетата в контакт с по меньшей мере одним видом микроорганизмов, способных к осуществлению удлинения углеродной цепи, в водной среде с получением алифатического спирта из этанола и/или ацетата.
В соответствии с предпочтительным способом в соответствии с настоящим изобретением водную среду после стадии (b) отделения алифатического спирта, можно рециклировать обратно на стадию (0). Данная стадия рециклизации предусматривает рециклизацию и повторное применение микроорганизмов, поскольку экстрагент в соответствии с настоящим изобретением является нетоксичным для микроорганизмов. Данная стадия рециклизации водной среды в способе в соответствии с настоящим изобретением обладает дополнительным преимуществом обеспечения возможности подвергать остаток алифатического спирта, который не был экстрагирован в первую очередь со стадий (a) и (b) в первом цикле, экстрагированию в течение дополнительного времени или столько раз, сколько рециклируют водную среду.
Микроорганизм на (0), способный к осуществлению удлинения углеродной цепи с получением алифатического спирта, может представлять собой любой организм, который может быть способен к осуществлению удлинения углеродной цепи (см. Jeon et al. Biotechnol Biofuels (2016) 9:129). Путь удлинения углеродной цепи также раскрыт в Seedorf, H., et al., 2008. Микроорганизмы согласно любому аспекту настоящего изобретения также могут предусматривать микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не способны к удлинению углеродной цепи, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. В частности, вид микроорганизмов на (0) может быть выбран из группы, состоящей из Clostridium carboxidivorans, Clostridium kluyveri и C. pharus. В частности, микроорганизм согласно любому аспекту настоящего изобретения может представлять собой Clostridium kluyveri.
На стадии (0) согласно любому аспекту настоящего изобретения этанол и/или ацетат приводят в контакт с по меньшей мере одним видом микроорганизмов, способных к осуществлению удлинения углеродной цепи с получением алифатического спирта из этанола и/или ацетата. В одном примере источником углерода может быть этанол в комбинации с по меньшей мере одним другим источником углерода, выбранным из группы, состоящей из ацетата, пропионата, бутирата, изобутирата, валерата и гексаноата. В частности, источником углерода может быть этанол и ацетат. В другом примере источником углерода может быть комбинация пропионовой кислоты и этанола, ацетата и этанола, изомасляной кислоты и этанола или масляной кислоты и этанола. В одном примере углеродным субстратом может быть этанол сам по себе. В другом примере углеродным субстратом может быть ацетат сам по себе.
Источник ацетата и/или этанола может изменяться в зависимости от доступности. В одном примере этанол и/или ацетат может быть продуктом ферментации синтез-газа или любого углевода, известного из уровня техники. В частности, источник углерода для получения ацетата и/или этанола может быть выбран из группы, состоящей из спиртов, альдегидов, глюкозы, сахарозы, фруктозы, декстрозы, лактозы, ксилозы, пентозы, полиола, гексозы, этанола и синтез-газа. Смеси источников можно использовать в качестве источника углерода.
Еще более конкретно, источником углерода может быть синтез-газ. Синтез-газ можно превращать в этанол и/или ацетат в присутствии по меньшей мере одного вида ацетогенных бактерий.
В одном примере получение алифатического спирта из ацетата и/или этанола, который получен из синтез-газа, может предусматривать применение ацетогенных бактерий совместно с микроорганизмом, способным к удлинению углеродной цепи. Например, Clostridium ljungdahlii можно применять одновременно с Clostridium kluyveri. В другом примере одиночная клетка ацетогенных бактерий может быть способна к активности обоих организмов. Например, ацетогенные бактерии могут представлять собой C. carboxidivorans, которые могут быть способны к осуществлению как пути Вуда-Льюнгдаля, так и пути удлинения углеродной цепи.
Этанол и/или ацетат, применяемые на стадии (а) согласно любому аспекту настоящего изобретения, могут быть продуктом ферментации источника углерода, например синтез-газа, или могут быть получены с помощью других способов. Этанол и/или ацетат затем можно приводить в контакт с микроорганизмом на стадии (а).
Термин «приведение в контакт», используемый в данном документе, означает осуществление прямого контакта между микроорганизмом и этанолом и/или ацетатом. В одном примере этанол представляет собой источник углерода, и приведение в контакт на стадии (а) включает приведение этанола в контакт с микроорганизмом из стадии (а). Контакт может являться прямым контактом или непрямым, что может предусматривать отделение мембраной или т. п. клеток от этанола, или случаи, когда клетки и этанол могут содержаться в двух различных отделениях и т. д. Например, на стадии (a) алифатический спирт и экстрагент могут находиться в различных отделениях.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения, где экстракцию проводят на стадии (a) по мере прохождения ферментации на стадии (0), время экстракции может быть эквивалентным времени ферментации.
ПРИМЕРЫ
Вышеизложенное описывает предпочтительные варианты осуществления, которые, как будет понятно специалистам в данной области техники, могут подвергаться изменениям или модификациям при разработке, конструировании или эксплуатации без отклонения от объема формулы изобретения. Подразумевается, что эти изменения, например, охвачены объемом формулы изобретения.
Пример 1
Общее описание экстракции гексанола.
Получали раствор гексанола (4 г/кг) в дистиллированной воде. Ацетатно-аммонийный буфер (ацетат аммония в концентрации 0,6 г/кг, доведенный до pH 5,8 путем добавления уксусной кислоты) добавляли к раствору для поддержания pH на уровне, близком к 5,8, во время экстракции. Водный раствор помещали в разделительную воронку и энергично перемешивали с органической смесью триалкилфосфина (TAPO) в алкане или с чистым триалкилфосфином. Массовое соотношение водной фазы и органической фазы составляло 9 к 1. После интенсивного смешивания обеспечивали разделение фаз, и их анализировали по отдельности посредством HPLC или 1H-ЯМР с определением концентрации гексанола в каждой фазе. Распределение гексанола указано посредством коэффициента распределения Kd, где Kd представляет собой соотношение, выраженное как концентрация в органической фазе, деленная на концентрацию в водной фазе.
Результаты относительно экстрагирования гексанола с использованием буфера в водной фазе
* Углеродное число указывает на длину алкильной цепи. Если указаны два углеродных числа, то соответствующий триалкилфосфин демонстрирует наличие цепей обеих длин, характеризующихся статистическим распределением.
** Kd представляет собой соотношение, выраженное как концентрация в органической фазе, деленная на концентрацию в водной фазе.
Результаты относительно экстрагирования гексанола без использования буфера в водной фазе
* Углеродное число указывает на длину алкильной цепи. Если указаны два углеродных числа, то соответствующий триалкилфосфин демонстрирует наличие цепей обеих длин, характеризующихся статистическим распределением.
** Kd представляет собой соотношение, выраженное как концентрация в органической фазе, деленная на концентрацию в водной фазе.
Как видно из приведенных выше таблиц, триалкилфосфин можно применять в широком диапазоне значений pH.
Claims (19)
1. Способ экстрагирования алифатического спирта, содержащего от 5 до 16 атомов углерода, из водной среды, при этом способ включает
(a) приведение алифатического спирта в водной среде в контакт с по меньшей мере одним экстрагентом на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алифатического спирта из водной среды в экстрагент,
(b) отделение экстрагента с экстрагированным алифатическим спиртом от водной среды,
где экстрагент предусматривает:
- по меньшей мере один триалкилфосфиноксид и по меньшей мере один алкан, где алкан содержит от 12 до 18 атомов углерода, и
при этом водная среда представляет собой среду для ферментации, в которой алифатический спирт получен из источника углерода путем приведения источника углерода в контакт с по меньшей мере одним микроорганизмом, способным превращать источник углерода в алифатический спирт, и при этом среду для ферментации рециклируют, и среда для ферментации включает воду.
2. Способ по п. 1, где микроорганизм представлен
(i) смесью первого и второго микроорганизмов, и:
- первый микроорганизм представляет собой ацетогенный микроорганизм, способный превращать источник углерода в ацетат и/или этанол; и
- второй микроорганизм предназначен для осуществления удлинения углеродной цепи и выбран из группы, состоящей из Clostridium kluyveri и C. carboxidivorans, а также способен превращать ацетат и/или этанол с образованием кислоты; и
при этом первый микроорганизм дополнительно способен превращать кислоту в соответствующий алифатический спирт, или
(ii) C. carboxidivorans, обладающей способностью превращать источник углерода в алифатический спирт.
3. Способ по п. 1, где алкан представляет собой гексадекан.
4. Способ по п. 1, где алкан представляет собой разветвленный алкан.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, где алифатический спирт представляет собой гексанол.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, где весовое соотношение по меньшей мере одного триалкилфосфиноксида и алкана составляет от 1:100 до 1:10.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, где значение pH водной среды поддерживают на уровне от 5,5 до 7.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, где триалкилфосфиноксид представляет собой триоктилфосфиноксид.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, где экстрагент рециклируют.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19188881.7 | 2019-07-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022105317A RU2022105317A (ru) | 2023-08-28 |
| RU2807367C2 true RU2807367C2 (ru) | 2023-11-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU331055A1 (ru) * | А. С. Железн , К. С. Левина | Способ извлечения алифатических двухатомныхспиртов | ||
| EP0157183A2 (en) * | 1984-04-02 | 1985-10-09 | American Cyanamid Company | Extraction of alcohols with phosphine oxides |
| DE3626968A1 (de) * | 1986-08-08 | 1988-02-11 | Hoechst Ag | Kontinuierliches verfahren zur extraktion von carbonsaeuren, aldehyden, ketonen, alkoholen und phenolen aus verduennten waessrigen loesungen |
| WO2019002240A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | METHOD FOR RECOVERING ACETIC ACID FROM AN AQUEOUS FLOW COMPRISING THE SAME |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU331055A1 (ru) * | А. С. Железн , К. С. Левина | Способ извлечения алифатических двухатомныхспиртов | ||
| EP0157183A2 (en) * | 1984-04-02 | 1985-10-09 | American Cyanamid Company | Extraction of alcohols with phosphine oxides |
| DE3626968A1 (de) * | 1986-08-08 | 1988-02-11 | Hoechst Ag | Kontinuierliches verfahren zur extraktion von carbonsaeuren, aldehyden, ketonen, alkoholen und phenolen aus verduennten waessrigen loesungen |
| WO2019002240A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | METHOD FOR RECOVERING ACETIC ACID FROM AN AQUEOUS FLOW COMPRISING THE SAME |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| E.K. WATSON et al. A LIQUID PHOSPHINE OXIDE: SOLVENT EXTRACTION OF PHENOL, ACETIC ACID AND ETHANOL. SOLVENT EXTRACTION AND ION EXCHANGE, 1988, 6(2), 207-220. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6177794B2 (ja) | シンガス発酵の間のエタノール濃度の管理 | |
| KR20130084704A (ko) | 미생물 알콜 생산 방법 | |
| CA2872914A1 (en) | Multistage synthesis process with synthesis gas | |
| EP3464603B1 (en) | Biotechnological production of propanol and/or propionic acid in the presence of acetate | |
| CN107709542B (zh) | 3-羟基丁酸的生产 | |
| KR102678516B1 (ko) | 알칸산의 추출 | |
| CN112048525B (zh) | 发酵工艺 | |
| RU2807367C2 (ru) | Экстракция алифатических спиртов | |
| JP7351910B2 (ja) | 高級アルカノン、好ましくは６－ウンデカノン及びその誘導体の製造方法 | |
| JP7430244B2 (ja) | 脂肪族アルコールの抽出 | |
| RU2785987C2 (ru) | Экстракция алкановых кислот | |
| WO2020104411A1 (en) | Production and extraction of alkanoic acids | |
| RU2788086C2 (ru) | Способ получения 6-ундеканона и его производных | |
| CN117120400A (zh) | 用于生产高级直链烷烃的方法 | |
| BR102016001727B1 (pt) | Método aeróbico para produzir álcoois |