TW202417635A - 使用酵素分解細胞團來提取營養補充劑產物 - Google Patents

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萊恩 Ｈ 希納瑞
布蘭登 比爾德
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香港商巨鵬生物（香港）有限公司
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Abstract

提供用於生產及獲得營養補充劑產物之系統及方法，該等營養補充劑產物係使用多種酵素分解及純化技術從自厭氧細菌醱酵方法之微生物生物質所得。更特定言之，本揭露內容提供以高比生產率同時生產含氧烴化合物，同時有效地自微生物生物質提取營養補充劑產物之方法及系統。

Description

使用酵素分解細胞團來提取營養補充劑產物
發明領域
提供一種自細菌醱酵方法產生產物、材料、中間物及其類似物，諸如有機酸、單細胞蛋白質、醇及有機酸鹽之方法。更特定言之，該方法包括自工業醱酵方法中回收微生物細胞，且藉由使用酵素分解將細胞團提取成單細胞蛋白質以用作營養補充劑。
發明背景
來自工業製程之一氧化碳及二氧化碳排放係氣候變化及全球暖化的二個主要驅動因素。微生物醱酵可藉由利用微生物經由其代謝途徑將含C1氣態受質轉化為有用的含氧烴化合物，例如諸如乙醇、丁醇、乙酸鹽、丁酸鹽、2,3-丁二醇及其他所需產物來減少此類碳排放。
大規模微生物醱酵亦產生大量微生物生物質。傳統上，微生物生物質之處理需要昂貴的廢物處理系統、儲存場所及填埋場。先前的發現表明，微生物生物質可作為單細胞蛋白質(SCP)及其他組分回收，以重新用作蛋白質、胺基酸及碳水化合物之來源，該等蛋白質、胺基酸及碳水化合物可用作動物、植物或人類之營養補充劑。例如，美國專利第10,856,560號描述一種藉由培養產乙酸菌以產生微生物生物質來生產全細胞動物飼料之方法。
然而，當前回收微生物生物質之方法通常直接使用微生物細胞作為全細胞生物質營養補充劑，且此類全細胞可能含有不適合分解之高核酸含量。因此，仍需要一種用於將微生物生物質有效轉化為可分解營養補充劑以及任何此類營養補充劑之組成物的方法及系統。
發明概要
根據本揭露內容，提供用於有效產生及獲得營養補充劑產品的系統、方法及組成物，該等營養補充劑產物係使用多種酵素分解及純化技術從自厭氧細菌醱酵方法之微生物生物質所得。營養補充劑產品可直接使用或與其他營養素一起作為人類、動物、微生物或植物之補充劑。
提供一種在厭氧醱酵方法中自產乙酸細菌產生營養補充劑之方法。該方法包括在醱酵容器中用產乙酸菌醱酵氣態受質。獲得含有產乙酸細菌細胞之液體醱酵液且分離成無細胞滲透物及含細胞懸浮液。自無細胞滲透物回收含氧烴化合物。一旦獲得含細胞懸浮液，該方法進一步包括增加含細胞懸浮液之pH，使具有增加pH之含細胞懸浮液與水解酵素接觸，以及在約50至約70℃之溫度下培育含細胞懸浮液及水解酵素達約3至72小時以形成水解溶解物(hydrolyzed lysate)。該方法進一步包括將該水解溶解物分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。
提供一種自使用產乙酸細菌之細菌醱酵方法產生營養補充劑及含氧烴化合物之系統。該系統包括含有培養基及產乙酸菌之醱酵容器，該醱酵容器連接至氣體入口管線，用於使氣態受質流入醱酵容器中，以用產乙酸細菌醱酵氣態受質及培養基以產生醱酵液體培養液。該系統包括一或多個細胞分離器，其連接至醱酵容器之一或多個出口以接收液體醱酵培養液且將液體醱酵液分離成無細胞滲透物及含細胞懸浮液。一旦產生無細胞滲透物及含細胞懸浮液，該系統進一步包括接收無細胞滲透物且產生含氧烴化合物之蒸餾室，以及分解槽，該分解槽連接至一或多個細胞分離器之一或多個出口管線以接收含細胞懸浮液，且將含細胞懸浮液與水解酵素在約50至70℃之培育溫度下一起培育以產生水解溶解物。該系統進一步包括一或多個分級器，該一或多個分級器連接至分解槽之一或多個出口管線，以接收水解溶解物且產生含蛋白質上清液及細胞碎片部分。
提供一種自厭氧醱酵方法產生營養補充劑之方法。該方法包括在第一醱酵容器中用第一產乙酸細菌醱酵氣態受質以產生第一排出氣體及含有第一產乙酸細菌細胞之第一醱酵液體培養液。第一醱酵液體培養液分離成第一無細胞滲透液及第一含細胞懸浮液。自第一無細胞滲透物回收含氧烴化合物。該方法包括在第二醱酵容器中用第二產乙酸細菌醱酵至少一部分第一排出氣體以產生含有第二產乙酸細菌細胞之第二醱酵液體培養液。第二醱酵液體培養液分離成第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。至少一部分第二無細胞滲透物再循環至第一醱酵容器。一旦產生第一含細胞懸浮液及第二含細胞懸浮液，該方法進一步包括將至少一部分第一含細胞懸浮液與至少一部分第二含細胞懸浮液摻合以形成混合含細胞懸浮液，增加混合含細胞懸浮液之pH，使pH增加之混合含細胞懸浮液與水解酵素接觸，且在約50至約70℃之溫度下培育混合含細胞懸浮液及水解酵素達約3至72小時以形成水解溶解物。該方法進一步包括將該水解溶解物分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。
提供一種自厭氧醱酵方法產生營養補充劑之方法。該方法包括在第一醱酵容器中用第一產乙酸細菌醱酵氣態受質以產生第一排出氣體及含有第一產乙酸細菌細胞之第一醱酵液體培養液。另外，在第二醱酵容器中用第二產乙酸細菌醱酵至少一部分第一排出氣體以產生含有第二產乙酸細菌細胞之第二醱酵液體培養液。將至少一部分含有第一產乙酸細菌細胞之第一醱酵液體培養液及至少一部分含有第二產乙酸細菌細胞之第二醱酵液體培養液摻合以形成混合醱酵液體培養液。該方法進一步包括分離該混合醱酵液體培養液以產生無細胞滲透物及含細胞懸浮液。自無細胞滲透物回收含氧烴化合物。一旦產生含細胞懸浮液，該方法進一步包括增加含細胞懸浮液之pH，使pH增加之含細胞懸浮液與水解酵素接觸，在約50至約70℃之溫度下培育含細胞懸浮液及水解酵素達約3至72小時以形成水解溶解物，且將含細胞懸浮液分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。
提供一種自厭氧醱酵方法產生營養補充劑之方法。該方法包括在第一醱酵容器中用第一產乙酸細菌醱酵氣態受質以產生第一排出氣體及含有第一產乙酸細菌細胞之第一醱酵液體培養液。第一醱酵液體培養液分離成第一無細胞滲透液及第一含細胞懸浮液。自第一無細胞滲透物回收含氧烴化合物。該方法包括在第二醱酵容器中用第二產乙酸細菌醱酵至少一部分第一排出氣體以產生含有第二產乙酸細菌細胞之第二醱酵液體培養液。第二醱酵液體培養液分離成第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。至少一部分第二無細胞滲透物再循環至第一醱酵容器。一旦產生第一含細胞懸浮液，該方法進一步包括增加第一含細胞懸浮液之pH，使pH增加之第一含細胞懸浮液與水解酵素接觸，在約50至約70℃之溫度下培育第一含細胞懸浮液及水解酵素達約3至72小時以形成水解溶解物，且將第一含細胞懸浮液分級分離成第一含蛋白質上清液及第一固體細胞碎片部分。一旦產生第二含細胞懸浮液，該方法進一步包括增加第二含細胞懸浮液之pH，使pH增加之第二含細胞懸浮液與水解酵素接觸，在約50至約70℃之溫度下培育第二含細胞懸浮液及水解酵素達約3至72小時以形成水解溶解物，且將第二含細胞懸浮液分級分離成第二含蛋白質上清液及第二固體細胞碎片部分。
提供一種在厭氧醱酵方法中自產乙酸細菌產生營養補充劑之方法。該方法包括在醱酵容器中用產乙酸菌醱酵氣態受質。獲得含有產乙酸細菌細胞之液體醱酵液且分離成無細胞滲透物及含細胞懸浮液。自無細胞滲透物回收含氧烴化合物。一旦獲得含細胞懸浮液，該方法進一步包括增加含細胞懸浮液之pH，使pH增加之含細胞懸浮液與水解酵素接觸，以及在約50至約70℃之溫度下培育含細胞懸浮液及水解酵素達約2至36小時以形成部分水解溶解物。接著將部分水解溶解物機械破裂成水解溶解物。該方法進一步包括將該水解溶解物分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。
較佳實施例之詳細說明
以下描述不被理解為限制性意義，而僅用於描述例示性實施例之一般原理之目的。本揭露內容之範圍應參考申請專利範圍確定。
修飾任何量之術語「約」係指在現實世界條件下，例如在實驗室、中試工廠或生產設施中遇到的量的變化。例如，當用「約」修飾時，混合物中採用之成分的量或量測值或數量包括在生產工廠或實驗室之實驗條件下量測時通常採用的變化及關注程度。例如，用「約」修飾之產物組分的量包括工廠或實驗室多次實驗中批次之間的變化以及分析方法固有的變化。無論是否用「約」修飾，該等量均包括與彼等量之等效物。在本文中陳述且經「約」修飾之任何量亦可在本揭露內容中用作未經「約」修飾之量。
在本揭露內容之情況下，除非另外指明或與上下文明顯相矛盾，否則使用術語「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」及類似指示物應理解為涵蓋單數及複數。
除非另外規定，否則術語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或「特徵在於」係包容性的且不排除任何附加的、未列舉的要素或方法步驟(亦即，意謂「包括但不限於」)。除非另有主張，否則本文提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」、「例如」、「舉例而言」)的使用僅旨在說明本揭露內容且不對本揭露內容之範圍強加限制。
醱酵係細菌用來產生細胞生長能量之代謝方法。某些厭氧細菌能夠醱酵含C1氣態受質，諸如含CO氣態受質及含CO2氣態受質，以維持其生長且產生含氧烴化合物。此等厭氧細菌可使用來自含C1氣態受質之碳作為其在醱酵方法中生長之唯一碳源。術語「醱酵」、「醱酵方法」、「微生物醱酵方法」及其類似術語旨在涵蓋該方法之生長期及產物生物合成期。在厭氧細菌醱酵方法中，獲得大量微生物生物質，其可被清除且加工成有用的產物，諸如營養補充劑。特定言之，本揭露內容包括自厭氧醱酵方法之微生物生物質中提取營養補充劑的方法。
厭氧細菌係不需要氧氣來生長的細菌。若氧氣含量高於某一臨限值，則厭氧細菌可能會產生負面反應，或甚至死亡。產乙酸細菌係能夠在厭氧呼吸或醱酵下藉由使用Wood-Ljungdahl途徑作為其主要節能機制而產生乙酸之微生物。其他有用的含氧烴化合物，諸如甲酸、丙酸、丁酸、庚酸、癸酸、乙醇、丁醇、2-丁醇及2,3-丁二醇，亦可由產乙酸細菌產生。適合將含C1氣態受質轉化為有用的含氧烴化合物之產乙酸細菌之實例包括以下各屬之彼等：梭菌屬，諸如俊達氏梭菌( Clostridium ljungdahlii)菌株，包括WO 2000/68407、EP 117309、美國專利第5,173,429號、第5,593,886號及第6,368,819號、WO 1998/00558及WO 2002/08438中所述之彼等；自產乙醇梭菌( Clostridium autoethanogenum)菌株(DSMZ, Germany之DSM 10061及DSM 19630)，包括WO 2007/117157及WO 2009/151342中所述之彼等，及拉氏梭菌( Clostridium ragsdalei) (P11，ATCC BAA-622)及巴氏嗜鹼菌(Alkalibaculum bacchi) (CP11，ATCC BAA-1772)，包括分別描述於美國專利第7,704,723號及「Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas」, Hasan Atiyeh，2010年4月29日於Oklahoma EPSCoR Annual State Conference提出之彼等，及美國專利申請案第2007/0276447號中所述之嗜羧基梭菌( Clostridium carboxidivorans) (ATCC PTA-7827)。其他適合之微生物包括穆爾氏菌( Moorella)屬之彼等，包括穆爾氏菌屬HUC22-1，及羧基嗜熱菌( Carboxydothermus)屬之彼等。此等參考文獻中之各者以引用之方式併入本文中。亦可使用二種或更多種微生物之混合培養物。
有用的產乙酸細菌之額外實例包括凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴氏嗜鹼菌CP11 (ATCC BAA-1772)、延長布勞特氏菌、食甲基丁酸桿菌、地下嗜熱厭氧菌、太平洋地下嗜熱厭氧菌、產氫羧基嗜熱菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌P262、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 19630)、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 10061)、(DSMZ Germany之DSM 23693)、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 24138)、嗜羧基梭菌 P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(ATCC PTA-10522)、德雷克梭菌、俊達氏梭菌 PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌 ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌 C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌 O-52(ATCC 55889)、大梭菌、巴氏梭菌、(DSMZ Germany之DSM 525)、拉氏梭菌 P11(ATCC BAA-622)、糞味梭菌、熱醋酸梭菌、突那梭菌、庫氏脫硫腸狀菌、黏液真桿菌、硫還原地桿菌、噬乙酸甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、熱醋酸穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、普氏產醋桿菌、產生消化鏈球菌、產生瘤胃球菌、凱伍嗜熱厭氧菌、斯氏梭菌及其混合物。
可醱酵氣態受質係指包含CO或CO 2中之一或多者的含C1氣態受質。適合氣態受質可包括各種合成氣體(亦即合成氣)及工業廢氣。
合成氣可由任何已知來源提供。在一個範疇中，合成氣可源自含碳材料之氣化。氣化涉及生物質在有限的氧氣供應下之部分燃燒。所得氣體可包括CO、CO 2及H 2。適合之氣化方法及裝置之一些實例提供於美國序號61/516,667、61/516,704及61/516,646中，其均申請於2011年4月6日，及美國序號13/427,144、13/427,193及13/427,247中，其均申請於2012年3月22日，且該等申請案均以引用之方式併入本文中。在另一範疇中，合成氣可由水及二氧化碳之電解產生。在此範疇中，自所得氣體中移除氧氣且所得氣體可進一步與其他氣體源摻合以形成所需可醱酵氣態受質。
工業廢氣可包括來自工業方法之含C1廢氣，該廢氣否則將被排放至大氣中。工業廢氣之實例包括微生物醱酵、黑色金屬產品製造、有色金屬產品製造、石油精煉方法、煤炭氣化、電力生產、炭黑生產、氨生產、甲醇生產、焦炭製造及氣體重整過程中產生之氣體。
含C1氣態受質可包括H 2。亦可將H 2單獨補充至含C1氣態受質中以形成適合醱酵之所需氣體組成物。H 2源之實例包括黑色金屬產品製造、有色金屬產品製造、石油精煉方法、煤炭氣化、生物質氣化、電力生產、炭黑生產、氨生產、甲醇生產及焦炭製造過程中產生之氣體。其他氫源可包括例如H 2O電解及生物產生之H 2。
用產乙酸細菌醱酵可醱酵氣態受質係在醱酵容器中進行。醱酵容器包括由一或多個容器及/或塔或管道裝置組成的醱酵生物反應器，其包括間歇反應器、半間歇反應器、連續反應器、連續攪拌釜反應器(CSTR)、鼓泡塔反應器、外循環迴路反應器、內循環迴路反應器、固定細胞反應器(ICR)、滴流床反應器(TBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)、氣升反應器、諸如中空纖維膜生物反應器(HFMBR)之膜反應器、靜態混合器、氣升醱酵罐、或適合氣-液接觸之其他容器或其他裝置。
適合於厭氧細菌生長及將可醱酵氣態受質醱酵成一或多種含氧烴化合物之培養基可添加至醱酵容器中以支持產乙酸細菌對氣態受質之醱酵。培養基組成物之一些實例描述於2019年8月2日申請之美國序號16/530,502及16/530,481，以及2001年7月23日申請之美國專利第7,285,402號中，其均以引用之方式併入本文中。培養基可經滅菌以移除不合需要之微生物，且用所需微生物對醱酵容器進行接種。可能並非始終需要滅菌。
本揭露內容之醱酵方法提供一種同時產生含氧烴化合物生產之高比生產率，同時自醱酵方法中所用之細菌細胞產生營養補充劑的方法。如本文所用，比生產率表示為比STY。在此範疇中，比含氧烴化合物生產率可表示為比STY (例如，比時空產率可表示為公克醇/天/公克細胞或公克有機酸/天/公克細胞)。在一個範疇中，醱酵方法提供以下比有機酸生產率：約0.2至約100公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約0.2至約70公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約0.2至約50公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約0.2至約至20公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約10至約50公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中，約12至約30公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約2至約20公克有機酸/天/公克細胞，在另一範疇中約15至約35公克有機酸/天/公克細胞，及在另一範疇中約25至約70公克有機酸/天/公克細胞。在此範疇中，有機酸為乙酸或丁酸或二者之混合物。在另一範疇中，醱酵方法提供約10公克醇/天/公克細胞或更大的比醇生產率，在另一範疇中約12公克/天/公克細胞或更大的比醇生產率，在另一範疇中約14公克/天/公克細胞或更大的比醇生產率，在另一範疇中約10至約16公克/天/公克細胞或更大，在另一範疇中約10至約14公克/天/公克細胞或更大，在另一範疇中約10至約12公克/天/公克細胞或更大，在另一範疇中約10至約16公克/天/公克細胞或更大，在另一範疇中約10至約14公克/天/公克細胞或更大，在另一範疇中約12至約16公克/天/公克細胞或更大，及在另一範疇中約12至約14公克/天/公克細胞或更大的比醇生產率。在此範疇中，醇為乙醇或丁醇或二者之混合物。
此外，醱酵方法可在有利於產生所需產物之條件下進行操作。在一個範疇中，所需產物為一或多種含氧烴化合物。在另一範疇中，所需產物為微生物生物質自身，且該方法亦產生其他含氧烴化合物作為副產物。在整個醱酵方法中監測及控制操作參數，諸如培養基流動速率、氣態受質進料速率、水供應/再循環速率、溫度、培養基氧化還原電位、壓力、pH、攪拌速率(若使用攪拌釜反應器)及細胞濃度。
醱酵液體培養液在醱酵方法開始後在醱酵容器內產生。除培養基以外，醱酵液體培養液亦包括產乙酸細菌及一或多種含氧烴化合物。在一個範疇中，醱酵液體培養液之細胞濃度為約1至約15 g/L，在另一範疇中為2至約30 g/L，在另一範疇中為約2至約25 g/L，在另一範疇中為約2至約20 g/L，在另一範疇中為約2至約10 g/L，在另一範疇中為約2至約8 g/L，在另一範疇中為約3至約30 g/L，在另一範疇中為約3至約6 g/L，且在另一範疇中為約4至約5 g/L。
將醱酵液體培養液進一步自醱酵容器中清除，且接著藉由一或多個細胞分離器分離成無細胞滲透物及含細胞懸浮液。適合之細胞分離器包括但不限於過濾裝置、中空纖維過濾裝置、螺旋捲繞過濾裝置、超濾裝置、陶瓷過濾裝置、交叉流過濾裝置、尺寸排阻管柱過濾裝置、螺旋捲繞膜、離心裝置及其組合。
無細胞滲透物含有一或多種所需含氧烴化合物且被送至蒸餾室進行產物回收。自蒸餾室回收且收集一或多種所需產物。在一個範疇中，儲料槽置放於一或多個細胞分離器與蒸餾室之間以接收無細胞滲透物及控制無細胞滲透物向蒸餾室之流動速率。蒸餾塔底物可再循環回醱酵容器。在一個範疇中，至少一部分蒸餾塔底物被再循環回醱酵容器。在另一範疇中，將至少一部分蒸餾塔底物送至廢水處理系統進行進一步處理。在另一範疇中，將至少一部分蒸餾塔底物再循環回醱酵容器，且將至少一部分蒸餾塔底物送至廢水處理系統。
含細胞懸浮液含有產乙酸細菌細胞，其細胞濃度高於醱酵液體培養液。在一個範疇中，含細胞懸浮液之細胞濃度為約20 g/L或更高，在另一範疇中為約30 g/L或更高，在另一範疇中為約40 g/L或更高，在另一範疇中為約50 g/L或更高，在另一範疇中為約60 g/L或更高，在另一範疇中為約20至約300 g/L，在另一範疇中約30至約250 g/L，在另一範疇中約40至約200 g/L，在另一範疇中為約50至約150 g/L，在另一範疇中為約100至約150 g/L。含細胞懸浮液可再循環回醱酵容器以維持及控制醱酵方法中之細胞濃度。額外含細胞懸浮液亦可進一步加工成營養補充劑。在一個範疇中，至少一部分含細胞懸浮液被再循環回醱酵容器。在另一範疇中，將至少一部分含細胞懸浮液進一步加工成營養補充劑。在另一範疇中，將至少一部分含細胞懸浮液再循環回醱酵容器，且將至少一部分含細胞懸浮液進一步加工成營養補充劑。
多個細胞分離器可用於醱酵方法中以調節及平衡含氧烴化合物及營養補充劑的產生，使得在細菌細胞產生營養補充劑的同時維持含氧烴化合物之所需生產率。在一個範疇中，使用至少二個細胞分離器。在此範疇中，將第一醱酵液體培養液送至第一細胞分離器以產生第一無細胞滲透物及第一含細胞懸浮液。第一無細胞滲透物被進一步送至蒸餾室以產生含氧烴化合物，且第一含細胞懸浮液之至少一部分被再循環回醱酵容器以控制及維持醱酵液體培養液之細胞濃度。此外，將第二醱酵液體培養液送至第二細胞分離器以產生第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。將第二無細胞滲透物送至蒸餾室以產生含氧烴化合物，且將第二含細胞懸浮液加工成營養補充劑。在另一範疇中，在多容器醱酵方法中使用三個或更多個細胞分離器。 CO生物轉化
產乙酸細菌可將含CO氣態受質醱酵成有用的含氧烴化合物，諸如乙醇及丁醇。在此範疇中，適合之氣態受質含有至少約10莫耳% CO，在一個範疇中至少約20莫耳%，在一個範疇中至少約30莫耳%，在一個範疇中約10至約100莫耳%，在另一範疇中約20至約100莫耳%，在另一範疇中約30至約90莫耳% CO，在另一範疇中約40至約80莫耳% CO，且在另一範疇中約50至約70莫耳% CO。在此範疇中，含CO氣態受質可具有約40莫耳%或更少的CO 2，在一個範疇中，含CO氣態受質可具有約30莫耳%或更少的CO 2，在一個範疇中，含CO氣態受質可具有約20莫耳%或更少的CO 2，在另一範疇中，含CO氣態受質可具有約10莫耳%或更少的CO 2 ，在另一範疇中，含CO氣態受質可具有約1莫耳%或更少的CO 2，在另一範疇中，含CO氣態受質可不含或基本上不含CO 2。
取決於含CO氣態受質之組成，含CO氣態受質可直接提供至醱酵方法或可進一步修飾或摻合以包括適當的H 2與CO莫耳比。在一個範疇中，提供至醱酵容器之含CO氣態受質具有約0.2或更大，在另一範疇中約0.25或更大，且在另一範疇中約0.5或更大的H 2與CO莫耳比。
用於CO生物轉化醱酵方法之各種培養基組分之濃度如下：
元素 濃度 mg/L 進料速率 µg/g細胞/min
NH 4 + 164-6560 41-1640
Fe 1.7-68 0.425-17
Ni 0.07-2.81 0.017-0.702
Co 0.037-1.49 0.009-0.373
Se 0.027-1.1 0.006-0.274
Zn 0.116-4.64 0.198-5.95
W 0.8-32.1 0.26-8.03
K 39-1573 9.83-393.25
Mg 1.4-57.3 0.35-14.32
S 15-625 3.9-156.2
P 15-601 3.76-150.43
d-生物素 0.016-0.64 0.004-0.16
鹽酸硫胺素 0.04-1.6 0.01-0.4
D-泛酸鈣 0.02-0.81 0.005-0.202
適用於CO生物轉化醱酵方法之產乙酸細菌之實例包括凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴氏嗜鹼菌CP11 (ATCC BAA-1772)、延長布勞特氏菌、食甲基丁酸桿菌、地下嗜熱厭氧菌、太平洋地下嗜熱厭氧菌、產氫羧基嗜熱菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌P262、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 19630)、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 10061)、(DSMZ Germany之DSM 23693)、自產乙醇梭菌(DSMZ Germany之DSM 24138)、嗜羧基梭菌 P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(ATCC PTA-10522)、德雷克梭菌、俊達氏梭菌 PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌 ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌 C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌 O-52(ATCC 55889)、大梭菌、巴氏梭菌、(DSMZ Germany之DSM 525)、拉氏梭菌 P11(ATCC BAA-622)、糞味梭菌、熱醋酸梭菌、突那梭菌、庫氏脫硫腸狀菌、黏液真桿菌、硫還原地桿菌、噬乙酸甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、熱醋酸穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、普氏產醋桿菌、產生消化鏈球菌、產生瘤胃球菌、凱伍嗜熱厭氧菌、斯氏梭菌及其混合物。
用於CO生物轉化之醱酵培養液之pH值保持在以下範圍內：約3.5至約6.9，在一個範疇中約4至約6，在另一範疇中約4至5，在另一範疇中約4.2至4.8，在另一範疇中約4.2至4.6，且在另一範疇中約4.4至4.8。 CO2生物轉化
產乙酸細菌可將含CO 2氣態受質醱酵成有用的含氧烴化合物，諸如乙酸及丁酸。在一個範疇中，適合之含CO 2氣態受質含有至少約10莫耳% CO 2，在一個範疇中至少約20莫耳%，在一個範疇中至少約30莫耳%，在一個範疇中至少約40莫耳%，在一個範疇中約10至約70莫耳%，在另一範疇中約20至約70莫耳% CO 2，在另一範疇中約30至約70莫耳% CO 2，在另一範疇中約40至約70莫耳% CO 2，在另一範疇中約10至約50莫耳% CO 2，在另一範疇中約20至約40莫耳% CO 2，且在另一範疇中約30至50莫耳% CO 2。在此範疇中，含CO 2氣態受質含有約50莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約40莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約30莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約20莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約10莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約5莫耳%或更少的CO，在一個範疇中，含CO 2氣態受質含有約1莫耳%或更少的CO，在另一範疇中，含CO 2氣態受質不含或基本上不含CO。
取決於含CO 2氣態受質之組成，含CO 2氣態受質可直接提供至醱酵方法或可進一步修飾或摻合以包括適當的H 2與CO 2莫耳比。例如，包含高濃度CO 2之流(諸如來自工業方法之廢氣)可與包含高濃度H 2之流(諸如來自焦爐之廢氣)組合。在一個範疇中，提供至醱酵容器之氣態受質具有以下H 2與CO 2莫耳比：約4:1至約1:2，在另一範疇中約4:1至約1:1，在另一範疇中約4:1至約2:1，且在另一範疇中約3.5:1至約1.5:1。
用於CO 2生物轉化醱酵方法之各種培養基組分之濃度如下：
元素 濃度 mg/L 進料速率 µg/g細胞/min
NH 4 + 82-3280 20.5-820
Fe 0.85-34 0.28-8.5
Ni 0.07-2.81 0.023-0.702
Co 0.037-1.49 0.012-0.373
Se 0.027-1.1 0.009-0.274
Zn 0.59-23.8 0.198-5.95
Mo 0.003-0.397 0.003-0.1
螯合劑 2.5-100 0.83-25
W 0.8-32.1 0.26-8.03
K 98-3933 32.77-983.35
Mg 0.71-28.69 0.23-7.18
Na 875-35000 290-8750
S 15-625 2.08-62.5
P 20-805 6.7-201.3
d-生物素 0.016-0.64 0.005-0.16
鹽酸硫胺素 0.04-1.6 0.01-0.4
D-泛酸鈣 0.02-0.81 0.006-0.202
適用於CO 2生物轉化之產乙酸細菌可包括鈉泵，其亦可被描述為鈉轉位ATP酶(對於膜生物能量學)。鈉轉位ATP酶描述於Muller, 「Energy Conservation in Acetogenic Bacteria」, Appl. Environ. Microbiol. 2003年11月, 第69卷, 第11期, 第6345-6353頁中，其以引用之方式併入本文中。包括鈉轉位ATP酶之產乙酸細菌的生長培養基中需要約500 ppm NaCl才能生長。為確定產乙酸細菌是否包括鈉轉位ATP酶，將產乙酸菌接種至含有約30至約50 ml生長培養基(具有約0至約2000 ppm NaCl)之血清瓶中。在約500 ppm或更高的NaCl濃度下正常生長意謂產乙酸細菌包括鈉轉位ATP酶。在此範疇中，醱酵培養基之組成亦包括約40至約500 mmol/公升之鈉離子濃度，在另一範疇中約40至約250 mmol/公升，且在另一範疇中約50至約200 mmol/公升之鈉離子濃度。在一個範疇中，鈉離子濃度為約500 ppm至約8000 ppm，在另一範疇中約1000 ppm至約7000 ppm，在另一範疇中約3000 ppm至約6000 ppm，在另一範疇中約2000至約5000 ppm，且在另一範疇中約3000至約4000 ppm。
適用於CO 2生物轉化之產乙酸細菌之實例包括凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴氏嗜鹼菌CP11、熱醋酸穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、產生瘤胃球菌、凱伍產醋菌及其組合。
用於CO2生物轉化之醱酵培養液之pH值在接種開始時設定為第一pH值，且在穩態期間逐漸增加至高於第一pH值之第二pH值。在一個範疇中，第一pH值處於或低於5.5且第二pH值處於或高於6。在另一範疇中，第一pH值處於或低於5.8且第二pH值處於或高於6。在另一範疇中，第一pH值處於或低於6且第二pH值處於或高於6.2。在另一範疇中，第一pH值處於或低於6且第二pH值處於或高於6.5。 CO及CO 2生物轉化
醱酵方法可包括二個或更多個醱酵容器以進行CO生物轉化及CO 2生物轉化。例如，醱酵方法可含有一或多個具有用於CO生物轉化之第一產乙酸細菌的第一醱酵容器及一或多個具有用於CO 2生物轉化之第二產乙酸細菌的第二醱酵容器。在此範疇中，第一產乙酸細菌及第二產乙酸細菌來自不同物種。來自CO生物轉化之排出氣體含有CO 2且可在一或多個後續CO 2生物轉化醱酵容器中用作含CO 2氣態受質。將一或多種醱酵液體培養液流自二個或多個醱酵容器中清除且經由一或多個細胞分離器分離成一或多種一或多種無細胞滲透物及含細胞懸浮液。隨後可自一或多種無細胞滲透物中回收一或多種含氧烴化合物。同時，將在CO 2生物轉化方法中產生的含有含氧烴化合物之滲透物送至一或多個CO生物轉化醱酵容器，且該含氧烴化合物可醱酵成另一種含氧烴化合物。在一個範疇中，在CO 2生物轉化中產生之含氧烴化合物為乙酸。在此範疇中，將含乙酸滲透物進一步遞送至一或多個CO生物轉化醱酵容器，且乙酸隨後醱酵成乙醇。
一或多種含細胞懸浮液之至少一部分被進一步加工成營養補充劑。在一個範疇中，將一或多種含細胞懸浮液之至少一部分混合以形成混合含細胞懸浮液。混合含細胞懸浮液具有來自不同物種之產乙酸細菌細胞且進一步加工成營養補充劑。在另一範疇中，一或多種含細胞懸浮液未經混合且被單獨加工成營養補充劑。在另一範疇中，將來自二個或更多個醱酵容器之一或多種醱酵液體培養液之至少一部分送入相同的細胞分離器中。在此範疇中，具有來自不同物種之產乙酸細菌細胞的混合含細胞懸浮液自細胞分離器中遞送出來且被進一步加工成營養補充劑。 微生物生物質之營養補充劑加工
自一或多個細胞分離器收集之含細胞懸浮液的至少一部分可進一步加工成營養補充劑。將含細胞懸浮液連續或間歇地送至分解槽進行酵素水解。酵素用於水解細胞膜且釋放細胞間物質，諸如蛋白質、胺基酸、金屬(例如Ca、Cl、Co、K、Mg、Ni、P、S、Se、W、Zn、Na、Fe)、脂質、核酸及糖。適合之水解酵素包括蛋白酶、枯草桿菌酶(subtilase)、鹼性蛋白酶(alcalase)、絲胺酸蛋白酶、絲胺酸內肽酶及其組合。
調節含細胞懸浮液之pH值可促進酵素水解。用pH調節劑處理細胞可使細胞膜更易受水解酵素影響。此外，pH值亦影響酵素活性。通常，各酵素在特定pH值或pH值範圍內效果最佳。在一個範疇中，適合於酵素水解之pH值為7或更大的pH，在一個範疇中為7.5或更大的pH，在一個範疇中為8或更大的pH，在一個範疇中為7至12之pH，在一個範疇中為7至11之pH，在一個範疇中為7至10之pH，在一個範疇中為7至9之pH，在一個範疇中為8至11之pH，在一個範疇中為8至10之pH，且在一個範疇中為8至9之pH。所添加之pH調節劑可為任何酸、鹼或鹽。舉例而言，適合之pH調節劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、碳酸氫鹽、鹽酸、硝酸、氯化氫及其組合。在一個範疇中，將pH調節劑直接添加至分解槽中。在另一範疇中，在含細胞懸浮液進入分解槽之前添加pH調節劑。在一個特定範疇中，含細胞懸浮液具有酸性pH且所添加之pH調節劑係鹼。
含細胞懸浮液之溫度及處理時間亦可影響酵素水解之效率。因此，可安裝溫度控制單元以調節、控制及維持分解槽之溫度。在一個範疇中，將分解槽之溫度調節至約40℃至約80℃，在一個範疇中約45℃至約75℃，在一個範疇中約50℃至約70℃，在一個範疇中約55℃至約65℃，在一個範疇中約70℃，在一個範疇中約65℃，在一個範疇中約60℃。在一個範疇中，酵素水解之處理時間為約3至72小時，在另一範疇中約5至60小時，在另一範疇中約5至48小時，在另一範疇中約12至36小時，在另一範疇中約16至30小時，在另一範疇中約20至25小時，在另一範疇中約5小時，在另一範疇中約12小時，在另一範疇中約16小時，在另一範疇中約24小時，在另一範疇中約36小時，且在另一範疇中約48小時。
分解槽亦可包括攪拌器。在一個範疇中，攪拌器提供100 rpm或更高，在一個範疇中約150 rpm或更高，在一個範疇中約200 rpm或更高，在一個範疇中約250 rpm或更高，在一個範疇中約300 rpm或更高，在另一範疇中約150至約1000 rpm，在另一範疇中約200至約800 rpm，在另一範疇中約250至約650 rpm，且在另一範疇中約300至約450之攪拌速率。
在酵素水解之後形成水解溶解物。接著將水解溶解物遞送至一或多個分級器且分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。適用於分級水解溶解物之分級器包括但不限於離心裝置、沉降式離心機、盤疊式離心機、過濾裝置、中空纖維過濾裝置、螺旋捲繞過濾裝置、陶瓷過濾裝置、交叉流過濾裝置、尺寸排阻裝置、交換管柱、碳聚合物管柱及其組合。在一個範疇中，至少一個分級器為離心機。在另一範疇中，至少一個分級器為超濾裝置。在此範疇中，超濾裝置可為20 kDa至600 kDa超濾器，在一個範疇中為100 kDa至500 kDa超濾器，且在一個範疇中為300 kDa至500 kDa超濾器。在另一範疇中，超濾裝置可為0.05至0.4 µm超濾器，在一個範疇中為0.1至0.3 µm超濾器，且在一個範疇中為0.1至0.2 µm超濾器。
或者，在縮短的酵素水解時段後形成部分水解溶解物。在此範疇中，分解槽中酵素水解之縮短的處理時間為約2至約36小時，在一個範疇中為約3至約24小時，在一個範疇中為約3至12小時，在一個範疇中為約4至10小時，在一個範疇中為約3至7小時，在另一範疇中為約3小時，在另一範疇中為約4小時，且在另一範疇中為約5小時。接著將部分水解溶解物送至機械破裂裝置以進一步破裂成水解溶解物。適合之機械破裂裝置包括但不限於微流化床、音波處理裝置、超音波裝置及法式壓碎機。由於部分水解溶解物係由分解槽中縮短的酵素水解時段形成，因此機械破裂裝置之能量輸入明顯低於用於破裂未水解之含細胞懸浮液之細胞所使用的能量。接著經由機械破裂形成水解溶解物，且將其遞送至一或多個分級器以分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。適用於分級水解溶解物之分級器包括但不限於離心裝置、沉降式離心機、盤疊式離心機、過濾裝置、中空纖維過濾裝置、螺旋捲繞過濾裝置、陶瓷過濾裝置、交叉流過濾裝置、尺寸排阻裝置、交換管柱、碳聚合物管柱及其組合。在一個範疇中，至少一個分級器為離心機。在另一範疇中，至少一個分級器為超濾裝置。在此範疇中，超濾裝置可為20 kDa至600 kDa超濾器，在一個範疇中為100 kDa至500 kDa超濾器，且在一個範疇中為300 kDa至500 kDa超濾器。在另一範疇中，超濾裝置可為0.05至0.4 µm超濾器，在一個範疇中為0.1至0.3 µm超濾器，且在一個範疇中為0.1至0.2 µm超濾器。
固體細胞碎片部分可直接用作或進一步加工成營養補充劑。在一個範疇中，固體細胞碎片部分含有約8%至約30%蛋白質，在另一範疇中，約8%至約20%蛋白質，且在另一範疇中，約8%至約16%蛋白質。脫水單元可用於將固體細胞碎片部分乾燥成低水分含量，且乾燥的固體細胞碎片部分可與其他成分摻合以製成一或多種類型之營養補充劑。適合之脫水單元包括噴霧乾燥單元、滾筒乾燥單元、冷凍乾燥單元、凍乾單元及其組合。在一個範疇中，乾燥之固體細胞碎片部分含有至少約50%蛋白質，在一個範疇中，至少約60%蛋白質，在一個範疇中，至少約70%蛋白質，在另一範疇中，至少約80%蛋白質，在另一範疇中，約50%至約90%蛋白質，在另一範疇中，約60%至約80%蛋白質，且在另一範疇中，約70%至約85%蛋白質。
含蛋白上清液含有可溶蛋白質及胺基酸。在一個範疇中，其含有約1%至約25%蛋白質，在一個範疇中，約1%至約20%蛋白質，在一個範疇中，約1%至約15%蛋白質，且在另一範疇中，約1.5%至約15%蛋白質。此外，含蛋白質上清液可包括少於5%核酸。在一個範疇中，含蛋白質上清液包括少於4%核酸，在另一範疇中，少於約3%核酸，在另一範疇中，少於2%核酸，在另一範疇中，少於1%核酸，在另一範疇中，核酸不可偵測。一般而言，含蛋白質上清液包括十種必需胺基酸及若干其他胺基酸。
含蛋白質上清液可直接用作或進一步加工成營養補充劑。脫水單元可用於乾燥含蛋白質上清液且產生含蛋白質補充劑，諸如蛋白質粉末。適合之脫水單元包括噴霧乾燥單元、滾筒乾燥單元、冷凍乾燥單元、凍乾單元及其組合。可進一步移除其他組分，諸如水分及灰分以純化含蛋白質補充劑。含蛋白質補充劑可直接使用或與其他成分摻合製成一或多種類型之營養補充劑，諸如動物飼料、微生物營養及醫藥組成物。在一個範疇中，含蛋白質補充劑含有約60至約99重量%蛋白質，在另一範疇中，約70至約95重量%蛋白質，在另一範疇中，約75至約95重量%蛋白質，在另一範疇中，約80至95重量%蛋白質，且在另一範疇中，約85至95重量%蛋白質。含蛋白質補充劑中之游離胺基酸及其濃度的清單如下所示：
胺基酸 濃度mg/100g
天冬胺酸 230至650
蘇胺酸 50至200
絲胺酸 70至300
麩醯胺酸 10至35
麩胺酸 400至800
脯胺酸 60至250
甘胺酸 200至520
丙胺酸 230至610
半胱胺酸 2至6
纈胺酸 50至960
甲硫胺酸 80至330
異白胺酸 20至500
白胺酸 150至550
酪胺酸 70至340
苯丙胺酸 105至390
離胺酸 200至800
組胺酸 10至150
精胺酸 110至360
色胺酸 5至70
天冬醯胺 5至220
含蛋白質補充劑可用作微生物營養以支持微生物之生長。傳統上，微生物生長培養基含有酵母提取物、蛋白腖及鹽。含蛋白質補充劑可替代生長培養基中之部分或全部商業蛋白腖。在此範疇中，至少一種鹽亦可自生長培養基消除。
含蛋白質上清液可被遞送至含蛋白質上清液保存槽且進一步加工成胺基酸肥料，其可用作植物之氮、碳及有益金屬營養元素，諸如Co、Fe、Mn、Cu、Mo、Ni及Zn的來源。由於含蛋白質上清液可能缺乏植物所需之某些營養元素或某些特定營養元素之量不足，因此添加一或多種補充劑以形成胺基酸肥料。所添加之適用的補充劑包括鎂、鈣、銅、鐵、鋅、硼、鉬、碳水化合物、糖、脂肪酸、維生素及其組合。此外，含蛋白質上清液亦可經濃縮以提供較高胺基酸及營養素元素濃度。
經加工之含蛋白質上清液可直接用作液體胺基酸肥料。在此範疇中，液體胺基酸肥料具有約100 g/L或更高，在一個範疇中約150 g/L或更高，且在一個範疇中約200 g/L或更高的游離胺基酸濃度。在一個範疇中，液體胺基酸肥料為中間元素型胺基酸肥料且含有約30 g/L或更高，在一個範疇中約35 g/L或更高，且在一個範疇中約40 g/L或更高的中間元素(例如鈣及鎂)濃度。在另一範疇中，液體胺基酸肥料為微量元素型胺基酸肥料且微量元素(例如銅、鐵、錳、鋅、硼及鉬)濃度為約20 g/L或更高，在另一範疇中約25 g/L或更高，且在另一範疇中約30 g/L或更高。
經加工之含蛋白質上清液亦可進一步脫水且加工成可溶性固體胺基酸肥料。在此範疇中，脫水單元用於將經加工之含蛋白質上清液乾燥成低水溶性固體胺基酸肥料。適合之脫水單元包括噴霧乾燥單元、滾筒乾燥單元、冷凍乾燥單元、凍乾單元及其組合。可進一步移除其他組分，諸如水分及灰分以純化可溶性固體胺基酸肥料。在此範疇中，可溶性固體胺基酸肥料具有約10%或更高，在一個範疇中約15%或更高，在一個範疇中約20%或更高，且在一個範疇中約25%或更高的游離胺基酸濃度。在一個範疇中，可溶性固體胺基酸肥料為中間元素型胺基酸肥料且含有約3%或更高，在一個範疇中約5%或更高，在一範疇中約6.5%或更高，且在一個範疇中約8%或更高的中間元素(例如鈣及鎂)濃度。在另一範疇中，可溶性固體胺基酸肥料為微量元素型胺基酸肥料且微量元素(例如銅、鐵、錳、鋅、硼及鉬)濃度為約2%或更高，在另一範疇中約3%或更高，在另一範疇中約4%或更高，且在另一範疇中約5%或更高。
含蛋白質上清液可進一步分成富含某些類型之胺基酸或個別胺基酸的溶離份。基於離子電荷、疏水性、親水性或胺基酸大小之層析方法可用於此類分離。因此，藉由分離且移除元素結合胺基酸，可自含蛋白質上清液中移除某種化學元素。在一個範疇中，待移除之化學元素為硒。在此範疇中，硒與半胱胺酸及甲硫胺酸結合。在移除二個胺基酸之後產生低硒蛋白質補充劑。在一個範疇中，低硒蛋白質補充劑含有5 ppm或更少，在一個範疇中4 ppm或更少，在一個範疇中3 ppm或更少，在一個範疇中2 ppm或更少，在一個範疇中1 ppm或更少，且在一個範疇中0.5 ppm或更少的硒。移除之含硒胺基酸可進一步用作富硒飼料添加劑。富硒飼料添加劑可進一步與動物飼料摻合以供動物及寵物食用。在一個範疇中，富硒飼料添加劑含有約5%或更多的硒，在一個範疇中約10%或更多的硒，在一個範疇中約20%或更多的硒，在另一範疇中約30%或更多的硒，且在另一範疇中約40%或更多的硒。 用於加工微生物生物質以產生營養補充劑之細菌醱酵系統
圖1繪示用於自使用一個產乙酸細菌物種之醱酵方法產生含蛋白質上清液及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。該系統包括醱酵容器110、第一細胞分離器120、第二細胞分離器130、蒸餾室150、分解槽170及分級器180。
二個或更多個入口管線，例如入口管線102及入口管線104連接至醱酵容器110。入口管線102可用於遞送醱酵培養基且入口管線104可用於遞送含C1氣態受質。來自醱酵容器110之排出氣體經由氣體出口管線114釋放。來自醱酵容器110之第一醱酵液體培養液經由出口管線112遞送至第一細胞分離器120。在第一細胞分離器120中，將第一醱酵液體培養液分離成第一無細胞滲透物及第一含細胞懸浮液。接著經由出口管線122將第一無細胞滲透物遞送至蒸餾室150以產生含氧烴化合物，且經由出口管線124將至少一部分第一含細胞懸浮液再循環回醱酵容器110以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。來自醱酵容器110之第二醱酵液體培養液經由出口管線116遞送至第二細胞分離器130。在第二細胞分離器130中，第二醱酵液體培養液分離成第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。接著經由出口管線132將第二無細胞滲透物遞送至蒸餾室150以產生含氧烴化合物，且經由出口管線136將第二含細胞懸浮液遞送至分解槽170以進行酵素水解。任擇地，至少一部分第二含細胞懸浮液經由出口管線134再循環回醱酵容器110以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。
蒸餾室150能夠接收無細胞滲透物且將其加工成一或多種高品質含氧烴化合物產物(例如，95%w/w或更高濃度及/或無水形式之乙醇、丁醇)。含氧烴化合物產物經由出口管線152自蒸餾室150送出。至少一部分蒸餾塔底物經由出口管線154再循環回醱酵容器110。
分解槽170接收至少一部分第二含細胞懸浮液且產生水解溶解物。水解酵素經由入口管線172注入分解槽170中。在一個範疇中，分解槽170具有溫度控制單元以調節、控制及維持其溫度。在另一範疇中，分解槽170具有攪拌器以攪拌所接收之含細胞懸浮液，以促進酵素水解。在另一範疇中，分解槽170具有pH探針及鹼添加泵以調節及控制pH。在另一範疇中，分解槽170具有溫度控制單元、攪拌器、pH探針及鹼添加泵。接著將水解溶解物經由出口管線176遞送至分級器180。在分級器180中，水解溶解物進一步分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。含蛋白質上清液經由出口管線182遞送出，且固體細胞碎片部分經由出口管線184遞送出。
圖2繪示用於自使用一個產乙酸細菌物種之醱酵方法產生蛋白質粉末及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。該系統包括醱酵容器210、第一細胞分離器220、第二細胞分離器230、滲透物保存槽240、蒸餾室250、含細胞懸浮液保存槽260、分解槽270、分級器280及脫水單元290。
二個或更多個入口管線，例如入口管線202及入口管線204連接至醱酵容器210。入口管線202可用於遞送醱酵培養基且入口管線204可用於遞送含C1氣態受質。來自醱酵容器210之排出氣體經由氣體出口管線214釋放。來自醱酵容器210之第一醱酵液體培養液經由出口管線212遞送至第一細胞分離器220。在第一細胞分離器220中，將第一醱酵液體培養液分離成第一無細胞滲透物及第一含細胞懸浮液。接著經由出口管線222將第一無細胞滲透物送至滲透物保存槽240，且經由出口管線224將至少一部分第一含細胞懸浮液再循環回醱酵容器210以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。來自醱酵容器210之第二醱酵液體培養液經由出口管線216遞送至第二細胞分離器230。在第二細胞分離器230中，第二醱酵液體培養液分離成第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。接著經由出口管線232將第二無細胞滲透物遞送至滲透物保存槽240，且經由出口管線236將第二含細胞懸浮液遞送至含細胞懸浮液保存槽260。任擇地，至少一部分第二含細胞懸浮液經由出口管線234再循環回醱酵容器210以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。
滲透物保存槽240接收第一無細胞滲透物及第二無細胞滲透物二者且控制滲透物向蒸餾室250之流動速率。混合無細胞滲透物接著經由出口管線242送至蒸餾室250。蒸餾室250能夠將無細胞滲透物加工成一或多種高品質含氧烴化合物產物(例如，95%w/w或更高濃度及/或無水形式之乙醇、丁醇)。含氧烴化合物產物經由出口管線252自蒸餾室250送出。至少一部分蒸餾塔底物經由出口管線254再循環回醱酵容器210。
含細胞懸浮液保存槽260接收至少一部分第二含細胞懸浮液且以所需流動速率經由出口管線262將接收之含細胞懸浮液遞送至分解槽270。分解槽270能夠將含細胞懸浮液加工成水解溶解物。水解酵素經由入口管線276注入分解槽270中。在一個範疇中，分解槽270具有溫度控制單元以調節、控制及維持其溫度。在另一範疇中，分解槽270具有攪拌器以攪拌所接收之含細胞懸浮液，以促進酵素水解。在另一範疇中，分解槽270具有pH探針及鹼添加泵以調節及控制pH。在另一範疇中，分解槽270具有溫度控制單元、攪拌器、pH探針及鹼添加泵。接著將水解溶解物經由出口管線272遞送至分級器280。在分級器280中，水解溶解物進一步分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。含蛋白質上清液經由出口管線282遞送至脫水單元290，且固體細胞碎片部分經由出口管線286遞送出。脫水單元290接著將接收之含蛋白質上清液加工成含蛋白質補充劑，諸如蛋白質粉末。含蛋白質補充劑經由出口管線292遞送出。
圖3繪示用於自使用一個產乙酸細菌物種之醱酵方法產生胺基酸肥料及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。該系統包括醱酵容器310、第一細胞分離器320、第二細胞分離器330、滲透物保存槽340、蒸餾室350、含細胞懸浮液保存槽360、分解槽370、分級器380及含蛋白質上清液保存槽390。
二個或更多個入口管線，例如入口管線302及入口管線304連接至醱酵容器310。入口管線302可用於遞送醱酵培養基且入口管線304可用於遞送含C1氣態受質。來自醱酵容器310之排出氣體經由氣體出口管線314釋放。來自醱酵容器310之第一醱酵液體培養液經由出口管線312遞送至第一細胞分離器320。在第一細胞分離器320中，將第一醱酵液體培養液分離成第一無細胞滲透物及第一含細胞懸浮液。接著經由出口管線322將第一無細胞滲透物送至滲透物保存槽340，且經由出口管線324將至少一部分第一含細胞懸浮液再循環回醱酵容器310以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。來自醱酵容器310之第二醱酵液體培養液經由出口管線316遞送至第二細胞分離器330。在第二細胞分離器330中，第二醱酵液體培養液分離成第二無細胞滲透物及第二含細胞懸浮液。接著經由出口管線332將第二無細胞滲透物遞送至滲透物保存槽340，且經由出口管線336將第二含細胞懸浮液遞送至含細胞懸浮液保存槽360。任擇地，至少一部分第二含細胞懸浮液經由出口管線334再循環回醱酵容器310以維持及控制醱酵液體培養液之細胞濃度。
滲透物保存槽340接收第一無細胞滲透物及第二無細胞滲透物二者且控制滲透物向蒸餾室350之流動速率。混合無細胞滲透物接著經由出口管線342送至蒸餾室350。蒸餾室350能夠將無細胞滲透物加工成一或多種高品質含氧烴化合物產物(例如，95%w/w或更高濃度及/或無水形式之乙醇、丁醇)。含氧烴化合物產物經由出口管線352自蒸餾室350送出。至少一部分蒸餾塔底物經由出口管線354再循環回醱酵容器310。
含細胞懸浮液保存槽360接收至少一部分第二含細胞懸浮液且以所需流動速率經由出口管線362將接收之含細胞懸浮液遞送至分解槽370。分解槽370能夠將含細胞懸浮液加工成水解溶解物。水解酵素經由入口管線376注入分解槽370中。在一個範疇中，分解槽370具有溫度控制單元以調節、控制及維持其溫度。在另一範疇中，分解槽370具有攪拌器以攪拌所接收之含細胞懸浮液，以促進酵素水解。在另一範疇中，分解槽370具有pH探針及鹼添加泵以調節及控制pH。在另一範疇中，分解槽370具有溫度控制單元、攪拌器、pH探針及鹼添加泵。接著將水解溶解物經由出口管線372遞送至分級器380。在分級器380中，水解溶解物進一步分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。含蛋白質上清液經由出口管線382遞送至含蛋白質上清液保存槽390，且固體細胞碎片部分經由出口管線386遞送出。含蛋白質上清液保存槽390自入口管線396接收一或多種補充劑且將一或多種補充劑及含蛋白質上清液加工成胺基酸肥料。在一個範疇中，胺基酸肥料經由出口管線392遞送出且直接用作液體胺基酸肥料。在另一範疇中，胺基酸肥料可遞送至脫水單元(圖中未示出)且加工成可溶固體胺基酸肥料。
圖4繪示用於自使用二個或更多個產乙酸細菌物種之多容器醱酵方法產生含蛋白質上清液及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。該系統包括第一醱酵容器410、第二醱酵容器420、第一細胞分離器430、滲透物保存槽440、蒸餾室450、第二細胞分離器460、第三細胞分離器465、含細胞懸浮液保存槽470、分解槽475及分級器480。
二個或更多個入口管線，例如入口管線402及入口管線404連接至第一醱酵容器410。入口管線402可用於遞送醱酵培養基且入口管線404可用於遞送含CO氣態受質。在此範疇中，第一醱酵容器410含有進行CO生物轉化且產生第一含氧烴化合物之第一產乙酸細菌物種。來自第一醱酵容器410之第一醱酵液體培養液經由出口管線412遞送至第一細胞分離器430。在第一細胞分離器430中，將第一醱酵液體培養液分離成含有第一含氧烴化合物之第一無細胞滲透物及具有第一產乙酸細菌物種之細胞的第一含細胞懸浮液。接著經由出口管線432將第一無細胞滲透物送至滲透物保存槽440，且經由出口管線434將至少一部分第一含細胞懸浮液再循環回第一醱酵容器410以維持及控制第一醱酵容器410中醱酵液體培養液之細胞濃度。
來自第一醱酵容器410之排出氣體含有CO 2，且排出氣體之至少一部分作為含CO 2氣態受質經由出口管線414送至第二醱酵容器420。來自第一醱酵容器410之排出氣體可在進入第二醱酵容器420之前與其他氣流摻合以形成具有適當CO 2與H 2比率之所需含CO 2氣態受質。一或多個入口管線，例如入口管線406連接至第二醱酵容器420。入口管線406可用於遞送醱酵培養基。在此範疇中，第二醱酵容器420含有進行CO 2生物轉化且產生第二含氧烴化合物之第二產乙酸細菌物種。來自第二醱酵容器420之排出氣體經由氣體出口管線424釋放。來自第二醱酵容器420之第二醱酵液體培養液經由出口管線422遞送至第二細胞分離器460。在第二細胞分離器460中，將第二醱酵液體培養液分離成含有第二含氧烴化合物之第二無細胞滲透物及具有第二產乙酸細菌物種之細胞的第二含細胞懸浮液。含有第二含氧烴化合物之第二無細胞滲透物之至少一部分經由出口管線462送至第一醱酵容器410。在此範疇中，第一醱酵容器410中之第一產乙酸細菌物種可將第一醱酵容器410接收之第二含氧烴化合物之至少一部分轉化為第一含氧烴化合物及/或其他含氧烴化合物。此外，第二含細胞懸浮液之第一部分經由出口管線464再循環回第二醱酵容器420以維持及控制第二醱酵容器420中之醱酵液體培養液之細胞濃度。第二含細胞懸浮液之第二部分經由出口管線463送至含細胞懸浮液保存槽470。
來自第一醱酵容器410之第三醱酵液體培養液經由出口管線416吹掃至第三細胞分離器465且分離成含有第一含氧烴化合物之第三無細胞滲透物及具有第一產乙酸細菌物種之細胞的第三含細胞懸浮液。接著經由出口管線468將第三無細胞滲透物遞送至滲透物保存槽440，且經由出口管線466將第三含細胞懸浮液遞送至含細胞懸浮液保存槽470。任擇地，第三含細胞懸浮液之至少一部分經由出口管線467再循環回第一醱酵容器410以維持及控制第一醱酵容器410中之醱酵液體培養液之細胞濃度。
滲透物保存槽440接收第一無細胞滲透物及第三無細胞滲透物二者且控制滲透物向蒸餾室450之流動速率。混合無細胞滲透物接著經由出口管線442送至蒸餾室450。在一個範疇中，第一無細胞滲透物及第三無細胞滲透物均含有第一含氧烴化合物，且第一含氧烴化合物為目標含氧烴化合物產物。蒸餾室450能夠將無細胞滲透物加工成一或多種高品質含氧烴化合物產物(例如，95%w/w或更高濃度及/或無水形式之乙醇、丁醇)。含氧烴化合物產物經由出口管線452自蒸餾室450送出。蒸餾塔底物之至少一第一部分經由出口管線454再循環回第一醱酵容器410，且蒸餾塔底物之至少第二部分經由出口管線456再循環回第二醱酵容器420。
含細胞懸浮液保存槽470接收具有第二產乙酸細菌物種之細胞之第二含細胞懸浮液的至少一部分及具有第一產乙酸細菌物種之細胞之第三含細胞懸浮液的至少一部分。在一個範疇中，具有二個或更多個產乙酸細菌物種之細胞的混合含細胞懸浮液形成於含細胞懸浮液保存槽470內。在另一範疇中，具有二個或更多個產乙酸細菌物種之細胞的混合含細胞懸浮液在進入含細胞懸浮液保存槽470之前形成。混合含細胞懸浮液以所需流動速率經由出口管線472遞送至分解槽475。分解槽475接收混合含細胞懸浮液且產生水解溶解物。水解酵素經由入口管線476注入分解槽475中。在一個範疇中，分解槽475具有溫度控制單元以調節、控制及維持其溫度。在另一範疇中，分解槽475具有攪拌器以攪拌所接收之含細胞懸浮液，以促進酵素水解。在另一範疇中，分解槽475具有pH探針及鹼添加泵以調節及控制pH。在另一範疇中，分解槽475具有溫度控制單元、攪拌器、pH探針及鹼添加泵。接著將水解溶解物經由出口管線478遞送至分級器480。在分級器480中，水解溶解物進一步分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。含蛋白質上清液經由出口管線482遞送出，且固體細胞碎片部分經由出口管線484遞送出。
圖5繪示用於自使用二個或更多個產乙酸細菌物種之多容器醱酵方法產生蛋白質粉末及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。該系統包括第一醱酵容器510、第二醱酵容器520、第一細胞分離器530、第二細胞分離器535、滲透物保存槽540、蒸餾室550、第三細胞分離器560、含細胞懸浮液保存槽570、分解槽575、分級器580及脫水單元590。
二個或更多個入口管線，例如入口管線502及入口管線504連接至第一醱酵容器510。入口管線502可用於遞送醱酵培養基且入口管線504可用於遞送含CO氣態受質。在此範疇中，第一醱酵容器510含有進行CO生物轉化且產生第一含氧烴化合物之第一產乙酸細菌物種。來自第一醱酵容器510之第一醱酵液體培養液經由出口管線512遞送至第一細胞分離器530。在第一細胞分離器530中，將第一醱酵液體培養液分離成含有第一含氧烴化合物之第一無細胞滲透物及具有第一產乙酸細菌物種之細胞的第一含細胞懸浮液。接著經由出口管線532將第一無細胞滲透物送至滲透物保存槽540，且經由出口管線534將至少一部分第一含細胞懸浮液再循環回第一醱酵容器510以維持及控制第一醱酵容器510中醱酵液體培養液之細胞濃度。
來自第一醱酵容器510之排出氣體含有CO 2，且排出氣體之至少一部分作為含CO 2氣態受質經由出口管線514送至第二醱酵容器520。來自第一醱酵容器510之排出氣體可在進入第二醱酵容器520之前與其他氣流摻合以形成具有適當CO 2與H 2比率之所需含CO 2氣態受質。一或多個入口管線，例如入口管線506連接至第二醱酵容器520。入口管線506可用於遞送醱酵培養基。在此範疇中，第二醱酵容器520含有進行CO 2生物轉化且產生第二含氧烴化合物之第二產乙酸細菌物種。來自第二醱酵容器520之排出氣體經由氣體出口管線524釋放。來自第二醱酵容器520之第二醱酵液體培養液經由出口管線522遞送至第二細胞分離器535。在第二細胞分離器535中，將第二醱酵液體培養液分離成含有第二含氧烴化合物之第二無細胞滲透物及具有第二產乙酸細菌物種之細胞的第二含細胞懸浮液。含有第二含氧烴化合物之第二無細胞滲透物之至少一部分經由出口管線536送至第一醱酵容器510。在此範疇中，第一醱酵容器510中之第一產乙酸細菌物種可將第一醱酵容器510接收之第二含氧烴化合物之至少一部分轉化為第一含氧烴化合物及/或其他含氧烴化合物。此外，第二含細胞懸浮液之至少一部分經由出口管線538再循環回第二醱酵容器520以維持及控制第二醱酵容器520中之醱酵液體培養液之細胞濃度。
來自第二醱酵容器520之第三醱酵液經由出口管線526遞送至第三細胞分離器560，且來自第一醱酵容器510之第四醱酵液體培養液經由出口管線516遞送至第三細胞分離器560。將來自不同醱酵容器之醱酵液體培養液混合且分離成含有第一含氧烴化合物及第二含氧烴化合物之第三無細胞滲透物，及具有第一種產乙酸細菌之細胞及第二產乙酸細菌物種之細胞的混合第三含細胞懸浮液。接著經由出口管線562將第三無細胞滲透物遞送至滲透物保存槽540，且經由出口管線564將混合含細胞懸浮液遞送至含細胞懸浮液保存槽570。
滲透物保存槽540接收第一無細胞滲透物及第三無細胞滲透物二者且控制滲透物向蒸餾室550之流動速率。混合無細胞滲透物接著經由出口管線542送至蒸餾室550。在一個範疇中，第一無細胞滲透物及第三無細胞滲透物均含有第一含氧烴化合物及第二含氧烴化合物，且第一含氧烴化合物為目標含氧烴化合物產物。在另一範疇中，混合無細胞滲透物含有第一含氧烴化合物及第二含氧烴化合物，且二種含氧烴化合物均為目標含氧烴化合物產物。蒸餾室550能夠將無細胞滲透物加工成一或多種高品質含氧烴化合物產物(例如，95%w/w或更高濃度及/或無水形式之乙醇、丁醇)。含氧烴化合物產物經由出口管線552自蒸餾室550送出。蒸餾塔底物之至少一第一部分經由出口管線554再循環回第一醱酵容器510，且蒸餾塔底物之至少第二部分經由出口管線556再循環回第二醱酵容器520。
將混合含細胞懸浮液以所需流動速率經由出口管線572自含細胞保存槽570遞送至分解槽575。分解槽575能夠將含細胞懸浮液加工成水解溶解物。水解酵素經由入口管線576注入分解槽575中。在一個範疇中，分解槽575具有溫度控制單元以調節、控制及維持其溫度。在另一範疇中，分解槽575具有攪拌器以攪拌所接收之含細胞懸浮液，以促進酵素水解。在另一範疇中，分解槽575具有pH探針及鹼添加泵以調節及控制pH。在另一範疇中，分解槽575具有溫度控制單元、攪拌器、pH探針及鹼添加泵。接著將水解溶解物經由出口管線578遞送至分級器580。在分級器580中，水解溶解物進一步分級分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。含蛋白質上清液經由出口管線582遞送至脫水單元590，且固體細胞碎片部分經由出口管線584遞送出。脫水單元590接著將接收之含蛋白質上清液加工成含蛋白質補充劑，諸如蛋白質粉末。含蛋白質補充劑經由出口管線592遞送出。 實例
以下實例進一步說明本揭露內容且不應視為限制其範圍。 實例1：使用俊達氏梭菌之連續細菌醱酵方法
用0.5 g/L活性俊達氏梭菌接種含有適合之培養基的攪拌槽2L反應器。將含有35% CO、30% CO 2、22% H 2及13% N 2之合成氣連續引入反應器中。在接種期間，反應器之攪拌器開啟，且細胞再循環系統連接至反應器。每1至4小時自反應器中獲取氣體及液體樣品，分析各種氣體組分之消耗或產生、培養液乙酸濃度、培養液乙醇濃度及培養物之光密度。此外，每天量測進料氣體之組成，且藉由使用質量流量控制器將流向反應器之流量維持在所需的氣體流速。接種後，細胞質量隨時間增加，且經由細胞淨化達到3.73 g/L。接著將反應器維持在11至13 g/L乙醇濃度及1.2至2.8 g/L乙酸鹽之穩態，細胞滯留時間為31.7小時且液體滯留時間為25小時。鹼(NaOH)之平均速率為0.2 ml/min以將pH維持在4.5。
在穩態期間，達成以下轉化率： CO：85%至95% H 2：35%至50% 乙醇生產率：25 g乙醇/L培養物/天 比乙醇生產率：6.7 g乙醇/天/公克細胞
在醱酵方法之穩態期間獲取醱酵培養液樣品1a、1b、1c、1d及1e。 實例2a：使用伍氏醋酸桿菌之連續細菌醱酵方法
用0.5 g/L活性伍氏醋酸桿菌接種含有適合之培養基的攪拌槽2L反應器。將含有8% CO、25% CO 2、62% H 2及5% N 2之合成氣連續引入反應器中。在接種期間，反應器之攪拌速率開啟，且細胞再循環系統連接至反應器。每1至4小時自反應器中獲取氣體及液體樣品，分析各種氣體組分之消耗或產生、培養液乙酸濃度、培養液乙醇濃度及培養物之光密度。此外，每天量測進料氣體之組成，且藉由使用質量流量控制器將流向反應器之流量維持在所需的氣體流速。接種後，細胞質量隨時間增加，且經由細胞淨化維持在3 g/L。醱酵培養液之乙酸濃度在整個穩態中維持在8 g/L。鹼(NaOH)之平均速率為2.0 ml/min以將pH維持在6。
在穩態期間，達成以下轉化率： CO 2：45%至95% H 2：39%至85% 乙酸生產率：38.4 g乙酸/L培養物/天 比乙酸生產率：12.3 g乙酸/天/公克細胞
在醱酵方法之穩態期間獲取醱酵培養液樣品2a。 實例2b：使用伍氏醋酸桿菌之連續細菌醱酵方法
用0.3 g/L活性伍氏醋酸桿菌接種含有適合之培養基的攪拌槽60L反應器。將含有1.4% CO、26% CO 2、58% H 2及14.6% N 2之合成氣連續引入反應器中。在接種期間，反應器之攪拌器開啟，且細胞再循環系統連接至反應器。每1至4小時自反應器中獲取氣體及液體樣品，分析各種氣體組分之消耗或產生、培養液乙酸濃度、培養液乙醇濃度及培養物之光密度。此外，每天量測進料氣體之組成，且藉由使用質量流量控制器將流向反應器之流量維持在所需的氣體流速。接種後，細胞質量隨時間增加，且經由細胞淨化維持在6 g/L。醱酵培養液之乙酸濃度在整個穩態中維持在8 g/L。在接種期間將pH維持在6且經由添加鹼NH 4OH而在穩態後逐漸增加。
在穩態期間，達成以下轉化率： CO 2：55%至98% H 2：50%至90% 乙酸生產率：65.5 g乙酸/L培養物/天 比乙酸生產率：32 g乙酸/天/公克細胞
在醱酵方法之穩態期間獲取醱酵培養液樣品2b。 實例3：自微生物生物質中回收蛋白質粉末
自實例1、2a及2b中所述之有效醱酵方法獲得細胞團之七個樣品。對於各樣品，自醱酵液中分離出含細胞懸浮液，且經由在4℃之溫度下以6,000 rpm離心10分鐘濃縮至120 g/L細胞乾重。接著將含細胞懸浮液添加至混合容器中且用溫度為25℃之去離子水稀釋。添加每25 ml去離子水4g NaOH之溶液以將稀釋之含細胞懸浮液之pH調節至8.2。將鹼性蛋白酶添加至pH 8.2之含細胞懸浮液中。在水解反應期間，將容器在60℃恆溫振盪器中加熱，且以65 rpm攪拌。
樣品之水解反應持續時間在5至24小時範圍內變化。將水解溶解物進一步離心或過濾成含有所需可溶性蛋白質之含蛋白質上清液。
在4℃之溫度下以47,500 X g離心水解溶解物20分鐘。當離心完成時，將含有透明溶解物及不透明溶解物之含蛋白質上清液收集至單獨的容器中。
使用500 kDa、0.1 µm或0.2 µm過濾器過濾水解溶解物。將含蛋白質上清液(滲透物)收集至單獨的容器中。其餘的細胞碎片可進一步加工成其他產品，諸如動物飼料或蛋白腖。
接著將含蛋白質上清液噴霧乾燥。噴霧乾燥器之條件設定為175℃之溫度、50 mm體積流量的壓縮空氣載氣流、60毫巴之真空度及6至10 ml/min之液體流動速率。噴霧乾燥材料之蛋白質評估係基於凱氏反應(Kjeldahl reaction)。
各樣品之結果示於表1中。 表1
實驗編號 生物催化劑 分解反應中之酵素濃度 水解時間(h) 分離方法 每100 g細胞之蛋白質產量(g) 每100 g噴霧乾燥上清液之蛋白質產量(g) 每100 g細胞碎片之蛋白質產量(g)
1a 俊達氏梭菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 24 離心 60 79 n/a
1b 俊達氏梭菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 5 離心 49 78 n/a
1c 俊達氏梭菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 24 超濾500 kDa 15.6 75.6 75.1
1d 俊達氏梭菌 鹼性蛋白酶[1.5%] 24 超濾500 kDa 20.4 73.1 72.6
1e 俊達氏梭菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 24 超濾 0.2 µm 22.9 78.8 72.8
2a 伍氏醋酸桿菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 24 超濾 0.1 µm 12.7 64.7 60.8
2b 伍氏醋酸桿菌 鹼性蛋白酶[0.5%] 24 Ultrafilter 0.2 µm 30.6 66.7 64.3
在實驗1a及1b中，獲取含有俊達氏梭菌細胞之醱酵培養液樣品且藉由離心分離水解溶解物。二個實驗均在分解反應中使用0.5%鹼性蛋白酶濃度。實驗1a展示在24小時水解時間下之60%蛋白質產率。實驗1b展示在5小時水解時間下之49%蛋白質產率。
在實驗1c及1d中，獲取含有俊達氏梭菌細胞之醱酵培養液樣品且藉由500kDa超濾器分離水解溶解物。二個實驗均在24小時水解時間下進行。實驗1c展示0.5%鹼性蛋白酶濃度下之15.6%蛋白質產率。實驗1d展示1.5%鹼性蛋白酶濃度下之20.4%蛋白質產率。
在實驗1c及1e中，獲取含有俊達氏梭菌細胞之醱酵培養液樣品且藉由超濾分離水解溶解物。二個實驗均使用0.5%鹼性蛋白酶濃度與24小時水解時間。實驗1c用500 kDa超濾進行且展示15.6%蛋白質產率。實驗1e用0.2 µm超濾器進行且展示22.9%蛋白質產率，其比實驗1c高出約46.79%。此外，實驗1e中之噴霧乾燥上清液中的蛋白質產率亦高於實驗1c中之比率。
在實驗2a及2b中，獲取含有伍氏醋酸桿菌細胞之醱酵培養液樣品且藉由超濾分離水解溶解物。二個實驗均使用0.5%鹼性蛋白酶濃度與24小時水解時間。在實驗2a中，在獲取含細胞之醱酵液樣品之前，醱酵反應器中之pH維持在6。實驗2a中之水解溶解物進一步用0.1 µm超濾器進行分離，且展示12.7%蛋白質產率。在實驗2b中，醱酵反應器中之pH在接種過程中維持在6，且在穩態下逐漸增加。實驗2b中之水解溶解物進一步用0.2 µm超濾器進行分離且展示30.6%蛋白質產率，其比實驗2a高出約140.94%。此外，實驗2b中噴霧乾燥上清液中之蛋白質產率及細胞碎片中之蛋白質產率均高於實驗2a。儘管實驗2a及2b之醱酵培養液含有較高水平之鹽，但未觀測到對蛋白質產率之負面影響。在此範疇中，當醱酵液具有約500至約8000 ppm之鈉離子濃度時，該方法提供具有60至90乾重百分比蛋白質之含蛋白質補充劑。 實例4：自微生物生物質中回收胺基酸肥料
細胞團之樣品係自實施例1中所述之有效醱酵方法獲得。將含細胞懸浮液與醱酵液體培養液分離且濃縮至120 g/L細胞乾重。將NaOH添加至含細胞懸浮液中以將其pH調節至8.2，且接著添加0.5% v/v鹼性蛋白酶。接著在300 rpm之輕微攪拌下將含細胞懸浮液加熱至60℃後維持24小時，以形成水解溶解物。使用超濾單元將水解溶解物分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。接著將含蛋白質上清液脫水成固體可溶性胺基酸肥料，且添加補充的鈣及鎂。
藉由將一份固體肥料按體積比溶解於三份水中，將固體可溶性胺基酸肥料再水化為液體肥料。液體肥料中之游離胺基酸分析結果示於表2中。 表2
胺基酸 濃度g/L
天冬胺酸 20.4
蘇胺酸 4.8
絲胺酸 0.5
麩醯胺酸 1
麩胺酸 25.5
脯胺酸 6.2
甘胺酸 16.4
丙胺酸 19.6
半胱胺酸 0.2
纈胺酸 19.28
甲硫胺酸 8
異白胺酸 20
白胺酸 21
酪胺酸 7.2
苯丙胺酸 11.3
離胺酸 25.24
組胺酸 0.9
精胺酸 9.6
色胺酸 1.7
天冬醯胺 6.4
實例5：作為微生物營養之含蛋白質補充劑
細胞團之樣品係自實施例1中所述之有效醱酵方法獲得。將含細胞懸浮液與醱酵液體培養液分離且濃縮至120 g/L細胞乾重。將NaOH添加至含細胞懸浮液中以將其pH調節至8.2，且接著添加0.5% v/v鹼性蛋白酶。接著在300 rpm之輕微攪拌下將含細胞懸浮液加熱至60℃後維持24小時，以形成水解溶解物。使用超濾單元將水解溶解物分離成含蛋白質上清液及固體細胞碎片部分。接著將含蛋白質上清液噴霧乾燥以產生含可溶性蛋白質之補充劑。
大腸桿菌( E. coli)之充分生長需要蛋白腖。進行二個搖瓶實驗以生長大腸桿菌。在實驗1中，使用5 g/L酵母提取物、10 g/L商業蛋白腖及5 g/L NaCl。在實驗2中，使用5 g/L酵母提取物及10 g/L含可溶性蛋白質之補充劑。圖6繪示二個實驗中大腸桿菌之生長。含蛋白質補充劑可替換商業蛋白腖以支持大腸桿菌生長。同時，在使用含蛋白質補充劑時無需補充額外的鹽(NaCl)，從而消除培養基組分。
雖然已藉助於特定實施例、實例及其應用描述本文中所揭露之本揭露內容，但可在不脫離以下申請專利範圍中所闡述之本揭露內容之基本範圍的情況下設計其他及另外的變化。
102,104,172,202,204,276,302,304,376,396,402,404,406,476,502,504,506,576:入口管線 110,210,310,410,420,510,520:醱酵容器 112,114,116,122,124,132,134,136,152,154,176,182,184,212,214,216,222,224,232,234,236,242,252,254,262,272,282,292,312,314,316,322,324,332,334,336,342,352,354,362,372,382,386,392,412,414,416,422,424,432,434,442,452,454,456,462,463,464,466,467,468,472,478,482,484,512,514,516,522,524,526,532,534,536,538,542,552,554,556,562,564,572,578,582,584,592:出口管線 120,130,220,230,320,330,430,460,465,530,535,560:細胞分離器 150,250,350,450,550:蒸餾室 170,270,370,475,575:分解槽 180,280,380,480,580:分級器 240,340,440,540:滲透物保存槽 260,360,470,570:含細胞懸浮液保存槽 290,590:脫水單元 390:含蛋白質上清液保存槽
因此，可參考具體實例獲得可詳細地理解本揭露內容之上述特徵之方式、上文簡要概述之本揭露內容之更特定描述，具體實例中之一些說明於隨附圖式中。然而，應注意，隨附圖式僅說明本揭露內容之典型實施例且因此不應將其視為限制本揭露內容之範疇，因為本揭露內容可准許其他同等有效之實施例。
圖1繪示用於使用一個產乙酸細菌物種自醱酵方法產生含蛋白質上清液及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。
圖2繪示用於自使用一個產乙酸細菌物種之醱酵方法產生蛋白質粉末及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。
圖3繪示用於自使用一個產乙酸細菌物種之醱酵方法產生胺基酸肥料及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。
圖4繪示用於自使用二個或更多個產乙酸細菌物種之多容器醱酵方法產生含蛋白質上清液及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。
圖5繪示用於自使用二個或更多個產乙酸細菌物種之多容器醱酵方法產生蛋白質粉末及一或多種含氧烴化合物之系統的示意圖。
圖6繪示大腸桿菌(E.coli)在含蛋白質補充劑作為微生物營養之情況下的生長。
(無)

Claims (46)

  1. 一種自一厭氧醱酵方法產生一營養補充劑之方法，該方法包含： 在一醱酵容器中用一產乙酸細菌醱酵一氣態受質； 自該醱酵容器獲得一量的含有產乙酸細菌細胞之一醱酵液體培養液； 將該醱酵液體培養液分離成一無細胞滲透物及一含細胞懸浮液； 自該無細胞滲透物回收一含氧烴化合物； 增加該含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該含細胞懸浮液與一水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該含細胞懸浮液及該水解酵素達約3至約72小時以形成一水解溶解物(hydrolyzed lysate)；及 將該水解溶解物分級分離成一含蛋白質上清液及一固體細胞碎片部分。
  2. 如請求項1之方法，其中該氣態受質為一含CO氣體。
  3. 如請求項2之醱酵方法，其中該含CO氣態受質具有約0.2或更大之一H 2/CO莫耳比。
  4. 如請求項1之醱酵方法，其中該產乙酸細菌為選自由梭菌屬、醋酸桿菌屬及其混合物組成之群的一產乙酸細菌。
  5. 如請求項4之醱酵方法，其中該產乙酸梭菌屬細菌選自由以下組成之群：俊達氏梭菌( Clostridium ljungdhalii)、自產乙醇梭菌( Clostridium autoethanogum)、嗜羧基梭菌( Clostridium carboxidivorans)、德雷克梭菌( Clostridium drakei)、克氏梭菌( Clostridium coskatiii)、拉氏梭菌( Clostridium ragsdalei)及其混合物。
  6. 如請求項1之方法，其中該氣態受質為一含CO 2氣體。
  7. 如請求項6之醱酵方法，其中該含CO 2氣態受質具有約4:1至1:2之一H 2/CO莫耳比。
  8. 如請求項6之醱酵方法，其中該醱酵培養液在接種時具有一第一pH值且在穩態時具有一第二pH值。
  9. 如請求項8之醱酵方法，其中該第二pH值高於該第一pH值。
  10. 如請求項1之醱酵方法，其中該含細胞懸浮液具有約20 g/L至約200 g/L之一細胞乾重濃度。
  11. 如請求項1之醱酵方法，其中該水解酵素選自由以下組成之群：枯草桿菌酶(subtilase)、鹼性蛋白酶(alcalase)、絲胺酸蛋白酶、絲胺酸內肽酶及其混合物。
  12. 如請求項1之醱酵方法，其中使用離心將該水解溶解物分級分離成該含蛋白質上清液及該固體細胞碎片部分。
  13. 如請求項1之醱酵方法，其中使用超濾將該水解溶解物分級分離成該含蛋白質上清液及該固體細胞碎片部分。
  14. 如請求項1之醱酵方法，其中該含蛋白質上清液具有小於約5%之一核酸含量。
  15. 如請求項1之醱酵方法，其中將該含蛋白質上清液脫水以提供具有60至約99乾重百分比蛋白質之一含蛋白質補充劑。
  16. 如請求項15之醱酵方法，其中該含蛋白質補充劑用作一生長培養基中之一微生物營養。
  17. 如請求項1之醱酵方法，其中將至少一種補充劑添加至該含蛋白質上清液中。
  18. 如請求項16之醱酵方法，其中該補充劑包含鎂、鈣、銅、鐵、鋅、硼、鉬、碳水化合物、糖、脂肪酸、維生素及其混合物。
  19. 如請求項1之醱酵方法，其中該含蛋白質上清液經進一步加工以移除至少二種含硒胺基酸，從而提供一低硒蛋白質補充劑。
  20. 如請求項19之醱酵方法，其中該等移除之至少二種含硒胺基酸經進一步加工以提供一富硒飼料添加劑。
  21. 一種自使用產乙酸細菌之一細菌醱酵方法產生一營養補充劑及一含氧烴化合物之系統，該系統包含： 一醱酵容器，其含有培養基及產乙酸菌之，該醱酵容器連接至一氣體入口管線，用於使一氣態受質流入該醱酵容器中，以將該氣態受質及該培養基醱酵成一醱酵液體培養液； 一或多個細胞分離器，其連接至該醱酵容器之一或多個出口以接收該醱酵培養液且產生一無細胞滲透物及一含細胞懸浮液； 一蒸餾室，其經組態以接收該無細胞滲透物且回收含氧烴化合物； 一分解槽，其連接至該一或多個細胞分離器之一或多個出口管線以接收該含細胞懸浮液且產生一水解溶解物，其中該分解槽接收一或多種水解酵素且提供約50至約70℃之一培育溫度；及 一或多個分級器，其連接至該分解槽之一或多個出口管線以接收該水解溶解物，該一或多個分級器提供一含蛋白質上清液及一細胞碎片部分。
  22. 如請求項21之系統，其中該一或多個分級器選自由以下組成之群：離心、過濾、超濾及其組合。
  23. 如請求項21之系統，其進一步包含一噴霧乾燥器。
  24. 如請求項21之系統，其中使用二個或更多個細胞分離器。
  25. 一種自一厭氧醱酵方法產生一營養補充劑之方法，該方法包含： 在一第一醱酵容器中用一第一產乙酸細菌醱酵一氣態受質以產生一第一排出氣體及含有該第一產乙酸細菌細胞之一第一醱酵液體培養液； 將該第一醱酵液體培養液分離成一第一無細胞滲透物及一第一含細胞懸浮液； 自該第一無細胞滲透物回收一含氧烴化合物； 在一第二醱酵容器中用一第二產乙酸細菌醱酵該第一排出氣體的至少一部分以產生含有該第二產乙酸細菌細胞之一第二醱酵液體培養液； 將該第二醱酵液體培養液分離成一第二無細胞滲透物及一第二含細胞懸浮液； 將該第二無細胞滲透物的至少一部分再循環至該第一醱酵容器； 將該第一含細胞懸浮液的至少一部分與該第二含細胞懸浮液的至少一部分摻合以形成一混合含細胞懸浮液； 增加該混合含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該混合含細胞懸浮液與一水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該混合含細胞懸浮液及酵素達約3至約72小時以形成一水解溶解物；及 將該水解溶解物分級分離成一含蛋白質上清液及一固體細胞碎片部分。
  26. 如請求項25之方法，其中該氣態受質為一含CO氣體。
  27. 如請求項26之醱酵方法，其中該含CO氣態受質具有約0.2或更大之一H 2/CO莫耳比。
  28. 如請求項25之醱酵方法，其中該第一產乙酸細菌為一產乙酸梭菌。
  29. 如請求項28之醱酵方法，其中該產乙酸梭菌選自由以下組成之群：俊達氏梭菌、自產乙醇梭菌、嗜羧基梭菌、德雷克梭菌、克氏梭菌、拉氏梭菌及其混合物。
  30. 如請求項25之醱酵方法，其中該第二產乙酸細菌選自由以下組成之群：凱伍產醋菌( Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌( Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸桿菌( Acetobacterium woodii)、巴氏嗜鹼菌( Alkalibaculum bacchi)、拜氏醋酸桿菌( Acetobacterium bakii)及其混合物。
  31. 如請求項25之醱酵方法，其中該第二醱酵液體培養液在接種時具有一第一pH值且在穩態時具有一第二pH值。
  32. 如請求項31之醱酵方法，其中該第二pH值高於該第一pH值。
  33. 如請求項25之醱酵方法，其中該混合含細胞懸浮液具有約20 g/L至約200 g/L之一細胞乾重濃度。
  34. 如請求項25之醱酵方法，其中該水解酵素選自由以下組成之群：枯草桿菌酶、鹼性蛋白酶、絲胺酸蛋白酶、絲胺酸內肽酶及其混合物。
  35. 如請求項25之醱酵方法，其中使用離心將該水解溶解物分級分離成該含蛋白質上清液及該固體細胞碎片部分。
  36. 如請求項25之醱酵方法，其中使用超濾將該水解溶解物分級分離成該含蛋白質上清液及該固體細胞碎片部分。
  37. 如請求項25之醱酵方法，其中該含蛋白質上清液具有小於約5%之一核酸含量。
  38. 如請求項25之醱酵方法，其中將該含蛋白質上清液脫水以提供具有60至約99乾重百分比蛋白質之一含蛋白質補充劑。
  39. 如請求項25之醱酵方法，其中該含蛋白質補充劑用作一生長培養基中之一微生物營養。
  40. 如請求項25之醱酵方法，其中將至少一種補充劑添加至該含蛋白質上清液中。
  41. 如請求項25之醱酵方法，其中該補充劑包含鎂、鈣、銅、鐵、鋅、硼、鉬、碳水化合物、糖、脂肪酸、維生素及其混合物。
  42. 如請求項25之醱酵方法，其中該含蛋白質上清液經進一步加工以移除至少二種含硒胺基酸，從而提供一低硒蛋白質補充劑。
  43. 如請求項42之醱酵方法，其中該等移除之至少二種含硒胺基酸經進一步加工以提供一富硒飼料添加劑。
  44. 一種自一厭氧醱酵方法產生一營養補充劑之方法，該方法包含： 在一第一醱酵容器中用一第一產乙酸細菌醱酵一氣態受質以產生一第一排出氣體及含有該第一產乙酸細菌細胞之一第一醱酵液體培養液； 在一第二醱酵容器中用一第二產乙酸細菌醱酵該第一排出氣體的至少一部分以產生含有該第二產乙酸細菌細胞之一第二醱酵液體培養液； 將含有該第一產乙酸細菌細胞之該第一醱酵液體培養液的至少一部分與含有該第二產乙酸細菌細胞之該第二醱酵液體培養液的至少一部分摻合以形成一混合醱酵液體培養液； 分離該混合醱酵液體培養液以產生一無細胞滲透物及一含細胞懸浮液； 自該無細胞滲透物回收一含氧烴化合物； 增加該含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該含細胞懸浮液與一水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該含細胞懸浮液及酵素達約3至約72小時以形成一水解溶解物；及 將該水解溶解物分級分離成一含蛋白質上清液及一固體細胞碎片部分。
  45. 一種自一厭氧醱酵方法產生一營養補充劑之方法，該方法包含： 在一第一醱酵容器中用一第一產乙酸細菌醱酵一氣態受質以產生一第一排出氣體及含有該第一產乙酸細菌細胞之一第一醱酵液體培養液； 在一第二醱酵容器中用一第二產乙酸細菌醱酵該第一排出氣體的至少一部分以產生含有該第二產乙酸細菌細胞之一第二醱酵液體培養液； 將該第一醱酵液體培養液分離成一第一無細胞滲透物及一第一含細胞懸浮液； 自該第一無細胞滲透物回收一含氧烴化合物； 增加該第一含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該第一含細胞懸浮液與水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該第一含細胞懸浮液及酵素達約3至約72小時以形成一第一水解溶解物； 將該第一水解溶解物分級分離成一第一含蛋白質上清液及一第一固體細胞碎片部分； 將該第二醱酵液體培養液分離成一第二無細胞滲透物及一第二含細胞懸浮液； 將該第二無細胞滲透物的至少一部分再循環至該第一醱酵容器； 增加該第二含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該第二含細胞懸浮液與水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該第二含細胞懸浮液及酵素達約3至約72小時以形成一第二水解溶解物；及 將該第二水解溶解物分級分離成一第二含蛋白質上清液及一第二固體細胞碎片部分。
  46. 一種在一厭氧醱酵方法中自一產乙酸細菌產生一營養補充劑之方法，該方法包含： 在一醱酵容器中用產乙酸細菌醱酵一氣態受質； 自該醱酵容器獲得一量的含有產乙酸細菌細胞之一醱酵液體培養液； 將該醱酵液體培養液分離成一無細胞滲透物及一含細胞懸浮液； 自該無細胞滲透物回收一含氧烴化合物； 增加該含細胞懸浮液之pH； 使pH增加之該含細胞懸浮液與一水解酵素接觸； 在約50至約70℃之一溫度下培育該含細胞懸浮液及該水解酵素達約2至約36小時以形成一部分水解溶解物； 將該部分水解溶解物機械破裂以形成一水解溶解物；及 將該水解溶解物分級分離成一含蛋白質上清液及一固體細胞碎片部分。
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