TWI577798B - 一種微生物 - Google Patents

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Description

一種微生物 發明領域
本發明是有關於一種能夠轉化二氧化碳成為甲酸(formic acid)[接著被轉化成為具有較長鏈長的脂族羧酸(aliphatic carboxylic acids)]的微生物。在該微生物中特別的酵素系統負責這些反應。本發明的進一步方面是有關於生產甲酸和該等脂族羧酸的方法以及該等脂族羧酸本身。
發明背景
近年來，已增加關心在消耗化石燃料(fossil fuels)和生產溫室氣體(greenhouse gases)上。一種降低全球在化石燃料上的依賴的方式已從可再生來源發展生物燃料(biofuels)。生物燃料[諸如生物柴油(biodiesel)和生物乙醇(bioethanol)]被認為是比化石燃料更乾淨並且更友善環境的選擇。
雖然生物燃料可幫助降低溫室排放，它們不是沒有問題。一爭論方面是“用於燃料的食物”問題，關於能量作物的需求已被察覺推升穀物商品的價格。另一個嚴重的缺點是導致生態敏感的生態系統[諸如雨林，其中種植能量作物(諸如大豆和棕櫚)已引起大規模的破壞]的傷害。
生物燃料工業轉向第二和第三代生物燃料(second and third generation biofuels)以減輕這個爭議。藉由微生物(1)和使用廢棄基質(2)生產燃料是研究的重要區域。
轉化二氧化碳成為燃料分子被知曉。二氧化碳可被化學地(3)、電化學地(4)以及直接地(5)或間接地(6)藉由微生物而被轉化。產物[諸如甲酸、甲酸鹽(formate)、甲醇、甲醛(formaldehyde)、乙烯、甲烷、草酸(oxalic acid)]已被注意。然而，這些微生物不能經由甲酸轉化二氧化碳成為一更長鏈的能量來源(諸如脂族羧酸)。
在US 2012003705中，轉化二氧化碳成為生物質(biomass)被描述(7)並且接著進一步加工該生物質至一範圍的商業上有用的分子。然而，這個不是經由固定二氧化碳至甲酸以及接著轉化該甲酸成為脂族羧酸的步驟而被做出。
在使用二氧化碳作為一碳基質以生產燃料分子的先前企圖已被限制。二氧化碳和它的水性離子[碳酸氫根(bicarbonate)和碳酸根]是固有地安定的，並且形成的吉布斯自由能(Gibbs free energy)是該等碳分子的最大負電性。轉化二氧化碳成為燃料分子需要能量(熱)的一大的輸入、極端條件(壓力)以及高反應化學品(催化劑)。產量通常是貧乏的並且反應速率緩慢。直接使用二氧化碳的化學途徑一般而言不被認為是經濟上可實行的。同樣地，由於生長和下游加工的成本限制，藉由化學無機營養菌(chemolithotrophic bacteria)初始生產生物質而沒有被廣泛地實施。
電催化(electro-catalysis)亦已具有有限的成功。結果已藉由二氧化碳在水中的貧乏溶解度(0.033M)以及一具有一 強的負電位(E0=-0.61V)的反應的能量需求而被限制。電催化亦是一需要高品質金屬用於電極表面的昂貴技術。較長鏈產物的生產已被描述鑒於費-託類型反應(Fischer Tropsch type reactions)(8)，但是再次鏈在長度被限制。在被放射的半導體表面上的光還原(photoreduction)產生一氧化碳、甲酸鹽、甲醇、甲烷、甲醛、草酸和乙二醛(glyoxal)。再次，這個是一具有低產量的昂貴技術。
雖然酵素[諸如細菌甲酸去氫酶(formate dehydrogenase)]被知曉還原二氧化碳成為甲酸鹽(9)，正向反應(氧化甲酸鹽成為二氧化碳)一般而言被偏好因為NADPH被需要以驅動反應並且NADP的還原電位要比二氧化碳所具者更正的。此一反應亦需要電子供體和受體分子(electron donor and acceptor molecules)。來自Syntrophotobacterium fumioxidans的含有鎢的酵素(10)能夠進行這個反應，但是需要吸附在一用於電催化系統的電極表面上以有效地作用。進一步，較長的燃料分子不被生產。
本發明相較於先前技藝是一改善在於：二氧化碳可被轉化成為一初始平台分子(甲酸)並且接著可在一不需要發酵或者產生和加工生物質量的一快速格式中被組合成一長鏈。這個在已知的方法(諸如需要生產生物質和再循環電子供體和受體的US2012/0003705(11)，以及全部需要發酵過程的US 2010/03170741A1(12)、US 2012/0003706A1(13)、US2012/003707A(14)和US2012/0034664A1(15)]上改善。
發明概要
一種新的微生物已由這個申請案的發明人所分離，該微生物能夠固定二氧化碳並且轉化它成為一脂族羧酸能量來源。因此，一般而言，本發明是關於此一種包含有一可轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統的微生物。該微生物亦包含有一可轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統。這個意指該等可被生產的羧酸具有總計5或更多碳原子在該化合物中。因此，該第二酵素系統亦可生產具有一為2、3和4個碳原子的脂族羧酸。這些較短鏈的羧酸被轉化成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸。
由本發明人所分離的微生物羅旺醋酸桿菌(Acetobacter lovaniensis)適合於在一商業基礎生產油。這個微生物使用二氧化碳作為它的唯一碳源並且生產各種不同長度的羧酸。微生物使用二氧化碳作為它的唯一碳源的事實意指油生產要比其他必須被補充以一烴基質(hydrocarbon substrate)以執行相同工作的微生物(16,17,18)更負擔得起。此一微生物轉化二氧化碳成為一可然燃料的使用是具有商業價值。進一步，由於該微生物不需要一烴基質，生產能量作物的需要被移除。
本發明改善現今方法在於：二氧化碳被轉化成一液體燃料產物而不需要發酵或者生產和加工生物質。此外，轉化二氧化碳成為燃料分子是一非常有吸引力的選擇在於：可再生的碳的一自由來源以及它的接收這兩者具有對環境 的正效用。
與該經分離的微生物有關的進一步優點是：1)它是一非病原生物並且被認定第1級；2)它不需要如藻類所需要的特別生長條件或大的生長體積；3)它具有一健全的氫化酶酵素系統；4)油在細胞外被合成並且因此更容易收穫和適合於一商業製程；5)所生產的油主要由長鏈羧酸構成。這個油可藉由燃燒被直接地使用作為一能量的來源或者在許多工業(諸如在生產生物柴油、清潔劑和各種不同的油化學品)被使用作為一進料；6)該酵素系統將作用在被描述有如一新穎的製造程序(在於在該乳劑中的油作為一用於鏈建立的引子並且增加二氧化碳在反應介質的溶解度)的油-水乳劑(oil-water emulsions)中；以及7)該酵素系統操作不需要生產和加工生物質。
本發明的其他方面是有關於生產甲酸和該脂族羧酸能量來源的方法；以及該能量來源本身。
本發明的這些和進一步方面將被更詳細的描述在下面。
較佳實施例之詳細說明
在本發明的一個方面，提供一種包含有一能夠轉化二 氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的微生物。
該微生物可以是任何適合的微生物，只要它能夠轉化二氧化碳成為甲酸並且接著轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸。較佳地，該微生物是一原核生物(prokaryote)。更特別地，該微生物是一細菌。在一具體例中，該微生物是無機營養性(lithotrophic)。一無機營養生物(lithotroph)是一經由有氧或一有氧呼吸使用一無機基質(通常具有礦物起源)以獲得還原等效物供使用在生物合成(例如，二氧化碳固定)或能量保存的生物。該微生物可以是無機自養性(lithoautotrophic)。一無機自營生物(lithoautotroph)能夠使用來自空氣的二氧化碳作為一碳來源。該微生物可使用二氧化碳作為唯一的碳源。該微生物可以是化學無機營養性(chemolithotrophic)。化學無機營養生物(chemolithotroph)使用無機化合物用於有氧或無氧呼吸。藉由氧化這些化合物所產生的能量是足夠用於ATP生產。一些衍生自無機供體的電子亦需要被傳送至生物合成內。在一具體例中，該微生物是化學無機自營性(chemolithoautotrophic)。
上面所使用的術語“無機營養性(lithotrophic)”、“無機自營性(lithoautotrophic)”、“化學無機營養性(chemolithotrophic)”以及“化學無機自營性(chemolithoautotrophic)”是那些熟習此技藝者所知曉的並 且具有一被廣泛地承認的精確意義。所以，一熟習此技藝者將容易地能夠決定一特別的微生物(諸如一細菌)是否落在這些術語的一或多者的定義內。進一步，一熟習此技藝者亦可測試任何感興趣的微生物以決定它們是否被分類在這些種類的一或多者中。一熟習此技藝者亦可測試一微生物以查看它是否可生產一具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的油。用於處理此等測試的適合方法是那些熟習此技藝者所熟知的。
在一具體例中，該微生物是一有氧微生物。再次，它充分地在一熟習此技藝者的能力內以決定一特別的微生物是否是一有氧微生物。在本發明的上下文中，該微生物以及更特別地該微生物的酵素系統在有氧條件下生產脂族羧酸，亦即氧的存在被容許在生產該等脂族羧酸的反應中。
當該微生物是一細菌，該微生物可以是包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的任何適合的細菌。較佳地，該細菌是一醋酸菌屬物種(Acetobacter species)。在一特別的具體例中，該微生物是羅旺醋酸桿菌。該微生物可相似於具有登錄編號NCIMB 41808[根據布達佩斯條約的規定在2011年一月12日被寄存在NCIMB Ltd.(Ferguson Building,Craibstone Estate,Bucksburn,Aberdeen,AB21 9YA)；在下面被意指為菌株FJ1]的醋酸菌屬菌株。術語“相似於”意指一功能地等效於FJ1的微生物。該微生物應該具有一能夠轉化二氧化碳成 為甲酸的氫化酶酵素系統並且應該能夠在如FJ1的相同條件下生長。進一步，該微生物應該包含有相同或相似的酵素途徑用於生產具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸。該微生物可具有與FJ1至少大約60%序列相同性(sequence identity)。在一些具體例中，該微生物可具有與FJ1至少大約65%、至少大約70%、至少大約75%或至少大約80%序列相同性。較佳地，該微生物應該具有與FJ1至少大約85%、至少大約90%、至少大約93%、至少大約95%、至少大約97%、至少大約98%或至少大約99%序列相同性。用於測定在不同微生物之間的序列相同性的方法是那些熟習此技藝者所熟知。例如，16S rDNA分析可被使用。關於培養FJ1的詳細資訊被提供如下。因此，它充分地在一熟習此技藝者的能力內以決定一微生物是否相似於FJ1。在一具體例中，該微生物是FJ1。
在一特別的具體例中，該微生物可以是一重組微生物，亦即，一基因改造微生物。該微生物可包含有一來自另一物種的微生物的核苷酸序列(nucleotide sequence)(例如DNA)。特別地，該微生物可包含有一異源基因(heterologous gene)或編碼該氫化酶酵素系統的基因。該異源基因或基因們(genes)可被可操作地連結至一異源啟動子或該微生物的一啟動子。該異源基因或基因們可以是一質體的部分(22)。該異源基因或基因們將被表現在該微生物中以產生一容許該微生物轉化二氧化碳成為甲酸的功能性氫化酶酵素系統。用於導入感興趣的核苷酸序列(例如DNA) 至微生物宿主細胞內的適合方法是那些熟習此技藝者所熟知的(例如，參見Sambrook,J.and Russell,D.Molecular Cloning：A Laboratory Manual.Cold Spring Harbor Laboratory Press,U.S)。
另擇地，該微生物可以是一天然發生的微生物。這個是一沒有已被基因改變或修飾的微生物。
在一具體例中，該微生物可被衍生自FJ1。術語“衍生自”意指FJ1可被修飾或突變以產生依據本發明的進一步微生物。例如，基因可從FJ1被插入或移除。衍生自FJ1的微生物應該功能地相等於FJ1並且應該具有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統。進一步，該衍生的微生物應該能夠在如FJ1的相同條件下生長。再者，該衍生的微生物應該包含有相同或相似的酵素途徑用於生產具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸。該衍生的微生物可以如FJ1相同的方式生產脂族羧酸。在一些具體例中，微生物可藉由重複培養和在一人工篩選方法中篩選微生物而被衍生。
該氫化酶酵素系統可以是能夠轉化二氧化碳成為甲酸的任何適合的酵素系統。該氫化酶酵素系統催化轉化二氧化碳成為甲酸。該氫化酶酵素系統氧化氫以產生電子還原二氧化碳成為甲酸，例如，使用下列反應：CO2+H2 → HCOOH
一般而言，催化二氧化碳成為甲酸的轉化發生在溶液中，因為二氧化碳是可溶的。在溶液中，二氧化碳被可逆 地轉化成為碳酸(H2CO3)。視溶液的pH值而定，碳酸將正常地有如碳酸氫根(bicarbonate)(HCO3 -)或碳酸根(carbonate)(CO3 2-)存在。因此，藉由本發明的氫化酶酵素系統轉化二氧化碳成為甲酸亦包含轉化碳酸氫根和/或碳酸根成為甲酸。換句話說，碳酸根和碳酸氫根在本發明被認為是二氧化碳的型式。碳酸氫鹽和/或碳酸鹽(諸如碳酸氫鈉或碳酸鈉)可被添加至溶液內以增加這些鹽類的位準。然而，這個不是較佳的因為當該等脂族羧酸被產生時，該等鹽離子(例如鈉離子)可形成肥皂。
如上面所指示的，二氧化碳較佳地是唯一的碳源。較佳地，該二氧化碳被直接地從二氧化碳轉化成為甲酸而沒有形成任何安定的中間物。換句話說，該反應發生在一單一步驟。碳酸根和碳酸氫根被認為有如在溶液中並且不是中間物的二氧化碳的型式。因此，溶解二氧化碳成為碳酸根和碳酸氫根離子在溶液中並且接著成為甲酸被認為是直接轉化。另一方面，轉化二氧化碳(或碳酸根和/或碳酸氫根離子)成為甲醇並且接著成為甲酸不被認為是直接轉化因為甲醇中間物被產生。
在一些具體例中，用於生產甲酸的起始反應是水和二氧化碳。在較佳的具體例中，除了二氧化碳和水，沒有其他反應物是必要的以產生甲酸。然而，這個不排除其他組份將存在初始反應混合物中。例如，一氧化劑可存在以加速反應的起始。此等其他組份在生產甲酸中不是反應物。
為了產生甲酸，該氫化酶酵素系統不需要電子受體和 供體分子。例如，分子(諸如NADP和NADPH)不需要用於反應以進行。事實上，所有產生具有一為5或更多的鏈長的脂族羧酸的反應不需要電子受體或供體分子。
該氫化酶酵素系統沒有使用發酵以生產甲酸。進一步，該第二酵素系統也沒有發酵以生產該等脂族羧酸。發酵是經由涉及電子受體和/或供體的生物化學方法轉化有機化合物(諸如碳水化合物)成為其他化合物。
該氫化酶酵素系統不需要生物質以生產甲酸。因此，為了脂族羧酸要被生產，沒有生物質需要被提供至該微生物。生物質是可被轉化成為一能量來源的來自植物或動物的生物有機材料。
在本發明中，一電化學方法(諸如電催化)不需要被使用以轉化二氧化碳成為甲酸並且接著成為脂族羧酸。一電化學方法是一種在一液體中在一電子導體(一金屬或一半導體)和一離子導體(電解質)的界面下發生，並且涉及在電極與在溶液中的電解質或種類之間的電子轉移的化學反應。
該氫化酶酵素系統較佳地是氧耐受的。這個意指該氫化酶酵素系統可耐受相對高位準的氧而沒有傷害該酵素系統或影響該酵素系統的活性。較佳地，該氫化酶酵素系統可在一大於大約10%的氧位準下，更特別地在一大於大約15%的氧位準下，以及甚至更特別地在一在大約20%與大約21%之間的氧位準下[例如，在大氣所發現的氧的位準(大約20.95%)下]作用。許多氫化酶酵素對氧的存在敏感的，並且當氧存在時有效地停止工作。較佳地，該氫化酶酵素系 統是細胞外的，亦即在該微生物的細胞外。換句話說，該氫化酶酵素系統是位在細胞膜的外面。它被細胞外地定向。較佳地，該氫化酶酵素系統完全地細胞外的，藉此它沒有以任何方式附著至該微生物(例如藉由被附著至該微生物的細胞膜)。這個有利地容許甲酸形成發生在該微生物的細胞外。該氫化酶酵素系統較佳地在pH 3.0和8.5之間以及更特別地在pH 3.5與4.5之間作用。進一步，該氫化酶酵素系統較佳地在5℃與60℃之間以及更特別地在15℃與20℃之間作用。
除了該氫化酶酵素，該氫化酶酵素系統可包含有一或更多酵素以幫助轉化二氧化碳成為甲酸。
在一具體例中，該氫化酶酵素系統是FJ1所具者。在本發明的另一個方面，提供FJ1的氫化酶酵素系統。
該微生物亦包含有一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統。該第二酵素系統可以是能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的任何適合的酵素系統。該第二酵素系統催化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的轉化。該等脂族羧酸可被使用(例如燃燒)以產生能量。
較佳地，該第二酵素系統是細胞外的，亦即在該微生物的細胞外。換句話說，該第二酵素系統是位在細胞膜的外面。該第二酵素系統被細胞外地定向。這個意指轉化甲酸成為脂族羧酸細胞外地發生。這個有利地容許該等脂族羧酸要被容易地萃取一旦由該微生物所生產。較佳地，該 第二酵素系統完全地細胞外的，藉此它沒有以任何方式附著至該微生物(例如，藉由被附著至該微生物的細胞膜)。
在一具體例中，該第二酵素系統是FJ1所具者。在本發明的另一個方面，提供FJ1的第二酵素系統。
如上面所指示的，該微生物可以是一重組微生物。因此，該微生物可包含有一異源基因或編碼該第二酵素系統的基因。該異源基因或基因們可以被可操作地連結至一異源啟動子或該微生物的一啟動子。該異源基因或基因們可以是一質體的部分。該異源基因或基因們將被表現在該微生物中以產生一容許該微生物轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的功能性第二酵素系統。
該等由該微生物所生產的脂族羧酸的精確性質將部分地視酵素反應的時間長度而定。
該等由該微生物所生產的脂族羧酸可具有一為5或更多碳原子的鏈長。具有一為2、3和4個碳原子的脂族羧酸亦由該微生物所生產。該等所生產的脂族羧酸可以是脂肪酸。該等脂族羧酸可以是短鏈、中鏈或長鏈脂族羧酸，或者它們的一組合。
術語‘脂族’在脂族羧酸的上下文中意指附著至該羧酸的-COOH基團的基團，其包含有一連結在一起以形成該基團的骨架的碳原子鏈。這個碳骨架可以是分支的或不分支的。較佳地，該碳骨架是不分支的。該碳骨架可以是飽和的、單-不飽和的(亦即，一碳-碳雙鍵)或多-不飽和的(poly-unsaturated)(亦即，超過一個碳-碳雙鍵)。在一具體例 中，該碳骨架是單-不飽和的。該碳骨架一般而言結合至氫原子(除了該-COOH基團)。然而，代替一或更多的氫原子，該碳骨架可被取代以其它基團(諸如OH基團)。較佳地，該碳骨架是未被取代的，亦即除了-COOH基團，僅氫原子被結合至該碳骨架。
該從甲酸生產脂族羧酸的微生物的該第二酵素系統以一逐步的方式而被做出。一碳原子在一時間被添加一個至該脂族羧酸的碳骨架。這個產生一範圍的具有一C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10等等的碳骨架的羧酸。例如，以甲酸(C1)起始，該第二酵素系統可添加一碳原子至甲酸的碳骨架以生產醋酸(C2)。接著，該第二酵素系統可添加一碳原子至醋酸的碳骨架以生產丙酸(C3)。這個方法可繼續藉此相繼地丁酸(C4)、戊酸(C5)、己酸(hexanoic acid)(C6)、庚酸(heptanoic acid)(C7)、辛酸(octanoic acid)(C8)、壬酸(nonanoic acid)(C9)、癸酸(decanoic acid)(C10)等等可被生產。因此，該第二酵素系統能夠轉化甲酸成為一具有一為2或更多碳原子、3或更多碳原子、4或更多碳原子、5或更多碳原子、6或更多碳原子、7或更多碳原子、8或更多碳原子、9或更多碳原子、10或更多碳原子等等的鏈長的脂族羧酸。該第二酵素系統可催化一碳原子(例如一CH2單元)至脂族羧酸的碳鏈的添加。
在這個方式中，該微生物的酵素系統可生產一範圍的不同長度的脂族羧酸。例如，該微生物可生產一範圍的具有一在大約2與大約24個碳原子之間、在大約3與大約24個 碳原子之間、在大約4與大約24個碳原子之間或在大約5與大約24個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸。進一步，該微生物可生產一範圍的具有一在大約6與大約24個碳原子之間、在大約7與大約24個碳原子之間、在大約8與大約24個碳原子之間或在大約9與大約24個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸。此外，該微生物可生產一範圍的具有一在大約10與大約24個碳原子之間、在大約11與大約24個碳原子之間、在大約12與大約24個碳原子之間或在大約13與大約24個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸。當該微生物被培養時，烴鏈的長度可能是更長的，若該微生物被培養歷時更長，因為該等酵素系統將已是活性的歷時更長。該微生物被培養的期間決定平均鏈長。在一具體例中，被計算為C18的脂族羧酸含量是在大約70%與90%之間。更特別地，被計算為C18的脂族羧酸含量是大約80%。
較佳地，該等由該微生物所生產的脂族羧酸是可燃的。較佳地，該等由該微生物所生產的脂族羧酸是呈一油的形式。這個使分離該等脂族羧酸更容易。該油可以是一半乾燥油。一油是否是半乾燥的可從碘值(iodine value)被評估。分析的標準方法是例如EN 14111。較佳地，該油的碘值是85-95 mg I/100g。更特別地，該油的碘值是90-95 mg I/100g。該脂族羧酸可以是單-不飽和的。
本發明的一微生物所生產的脂族羧酸的一紅外線掃描可在第1圖中被看見。這個顯示一油的樣品由長鏈羧酸構成並且是一脂族羧酸。
一旦被萃取，該等脂族羧酸可具有一或更多的下列性質：
在一些具體例中，該動黏度(cSt)在40℃可以是20-25。進一步，閃點可以是超過180℃。
已被發現：該等脂族羧酸的氧化安定性相較於其他生物燃料(諸如生物柴油)是令人驚訝地高的。正常生物柴油具 有一大約30分鐘的氧化安定性(當以ASTMD2274而被測試)。該脂族羧酸具有一超過48小時的氧化安定性。
一關於在不同反應長度後所生產的油的典型組成物被顯示在下面。這些表顯示各種不同的分餾部分(fractions)的沸點。因此，當該等脂族羧酸被分餾時，分餾部分被分裂成條帶並且這些分餾部分的沸點被測量。例如，該等脂族羧酸的最初10%當被分餾出時將具有一特定沸點。其次10%(亦即，10-20%在下面被意指為有如20%)將具有另一個沸點等等。
藉由反應歷時1.5小時所生產的一重質分餾部分(heavier fraction)的典型蒸餾範圍 藉由反應歷時0.5小時所生產的一輕質分餾部分(lighter fraction)的典型蒸餾範圍
如上面所描述的，該微生物可被重組地產生。因此，在本發明的一進一步方面，提供一種產生一微生物的方法，該方法包含有插入一編碼一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統的基因或基因們至一微生物內的步驟，其中該基因或基因們藉由該微生物而被表現。
該方法進一步包含有插入一編碼一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的基因或基因們，其中該基因或基因們藉由該微生物而被表現。
亦提供一種產生一微生物的方法，該方法包含有插入一編碼一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統的基因或基因們至一微生物內的步驟，其中該微生物包含有一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統，以及其中該基因或基因們藉由該微生物而被表現。
亦提供一種生產一微生物的方法，該方法包含有插入一編碼一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的基因或基因們至一微生物內的步驟，其中該微生物包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統，以及其中該基因或基因們藉由該微生物而被表現。
與本發明的微生物以及它的較佳特徵有關的上述描述同樣地可適用於用於產生該微生物的方法。例如，與該微生物的本質相關的特別特徵亦適用於該等方法。
在另一方面，本發明提供一種生產脂族羧酸的方法，該方法包含有培養一含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的微生物。
如上面所指示的，具有一範圍的碳骨架長度的脂族羧酸可被生產。較佳地，具有一在大約5與大約24個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸被生產。更特別地，具有一在大約10與大約24個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸被生產。又更較佳地，具有一在大約16與大約20個碳原子之間的碳骨架長度的脂族羧酸被生產。在一具體例中，該等具有一超過2、3、4、5、6、7、8、9或10的碳骨架長度的脂族羧酸。進一步，該等脂族羧酸可具有一少於25的碳骨架長度。
另擇地，被計算為C18的脂族羧酸含量是在大約70%與90%之間。更特別地，被計算為C18的脂族羧酸含量是大約80%。
任何適合的條件可被使用於培養該微生物。該微生物可在一在大約3.0與大約8.5之間以及更特別地在大約3.5與大約4.5之間的pH值下被培養。進一步，該微生物可在一在大約5℃與大約60℃之間以及更特別地在大約15℃與大約20℃之間的溫度下被培養。
該培養溶液將含有二氧化碳。這個可以是已從空氣溶解的二氧化碳。較佳地，二氧化碳氣體通過該培養溶液而被冒泡以增加反應可用的二氧化碳的位準。當二氧化碳通過該培養溶液而被冒泡時，它可來自一壓縮器體鋼瓶(compressed gas cylinder)。另擇地，它可被包括在來自另一個來源的氣體中。例如，來自燃燒的廢棄氣體可通過培養基而被冒泡。
在一些具體例中，二氧化碳(例如來自燃燒的廢棄氣體)在添加該微生物之前可通過該培養溶液[它可選擇性地含有一種二氧化碳鉗合劑(sequestering agent)]而被冒泡
較佳地，該微生物以二氧化碳作為唯一的碳源而被培養。
培養該微生物發生的培養基可以是任何適合的培養基。較佳地，二氧化碳是培養基中的唯一碳源(如上面所提到的HCO3 -和CO3 2-被認為是二氧化碳的溶解形式並且由術語二氧化碳所包含。該培養基可包含有一或更多下列組份：KH2PO4；MgSO4.7H2O；CaCO3；CuSO4；FeCl3；MnCl3；MoCl3；以及ZnCl3。進一步，這些組份可以下列濃度在培養基中存在：
較佳地，該微生物被培養在呈一油-水乳劑的溶液中。這個可藉由導入一些油至該培養基內並且攪拌該油-水混合物藉此它形成一乳劑而被達到。例如，該反應混合物的循環可被使用。思考的是：使用一油-水乳劑幫助增加二氧化碳的溶解度。亦思考的是：這個幫助維持該等脂族羧酸在溶液中，藉此它們的鏈長可持續增加。
較佳地，一種二氧化碳鉗合劑被導入至該反應混合物內。為了維持/增加反應速率，這個幫助增加二氧化碳在該反應混合物/溶液的位準。適合的二氧化碳鉗合劑是那些熟習此技藝者所熟知並且包括鹼化合物(alkalai compounds)[諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鋇(barium chloride)、三乙醇胺(triethanolamine)、二乙醇胺(diethanolamine)、單甲醇胺(monoethanolamine)、氨(ammonia)]、甲醇、環丁碸(sulfolane)、聚乙二醇醚(polyethylene glycol ethers)、聚乙二醇(polyethylene glycols)、甘油以及表面活性劑(surfactants)(諸如Triton TX系列)。一些適合的二氧化碳鉗合劑被描述在Ortrud Ashenbrenner and Peter Styring(2010)(21)。較佳地，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些具體例中，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺。在其他具體例中，該二氧化碳鉗合劑是一聚乙二醇(諸如PEG 300)。有利地，聚乙二醇不需要一化學反應以釋放二氧化碳，不含有可潛在地在燃燒上形成NOX排放(emissions)的氮，不形成肥皂，並且幫助降低灰分在最終產物中。
較佳地，一氧化劑被導入至該反應混合物中。這個幫助起始該反應方法並且加速該反應的起始。適合的氧化劑包括次氯酸鈉(sodium hypochlorite)和氫氧化鈉。該氧化劑應該是一溫和的氧化劑。在一具體例中，脫色可被使用該氧化劑。
該方法可進一步包含有分離該等脂族羧酸的步驟。
在另一個方面，本發明提供由上面所描述的方法所生產的脂族羧酸。
在又另一個方面，本發明提供從一系列的在甲酸分子之間的縮合反應所產生的脂族羧酸。
如上面所指示的，具有一範圍的碳骨架長度的脂族羧酸可被生產。較佳地，該等脂族羧酸具有一在大約5與大约24個碳原子之間的碳骨架長度。更佳地，該等脂族羧酸具有一在大約10與大约24個碳原子之間的碳骨架長度。又更佳地，該脂族羧酸具有一在大約16與大约20個碳原子之間的碳骨架長度。另擇地，被計算為C18的脂族羧酸含量是在大約70%與90%之間。更特別地，被計算為C18的脂族羧酸含量是大約80%。
較佳地，該等脂族羧酸呈一油的形式。這個使分離該等脂族羧酸更容易。該油可以是一半乾燥油。較佳地，該等脂族羧酸是單-不飽和的。
一旦被萃取，該等脂族羧酸可具有一或多個下列性質：
本發明亦提供上面所描述的微生物用於生產脂族羧酸的用途。
在一具體例中，該等負責轉化二氧化碳成為甲酸並且接著成為脂族羧酸的酵素是在該微生物的細胞外的。這些酵素作用不管該微生物的細胞是否存在。因此，在本發明的另一個方面，提供一種用於生產脂族羧酸的方法，該方法包含有使用一包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的培養基生產脂族羧酸。
該培養基可藉由培養該微生物歷時一時間的期間以容許該等酵素系統要在該培養基中被生產而被產生。若所欲 的，可能產生一含有該等酵素但不是該微生物的細胞的無細胞萃取物。這個可例如藉由在培養後，例如藉由重複的超過濾從該培養基移除該微生物的細胞而被做出。另擇地，除了從該培養基移除該微生物的細胞，該等細胞可被留在該培養基中但是代替殺死，例如，藉由導入一消毒劑(disinfectant)或抗微生物劑(antimicrobial agent)至該培養基內。另擇地，該微生物可被留在該培養基中。
該方法可進一步包含有在使用該培養基生產該等脂族羧酸之前製備該培養基。
任何適合的條件可被使用於生產該等脂族羧酸。例如，二氧化碳和水被提供。該培養基可具有一在大約3.0與大約8.5之間以及更佳地在大約6.0與大約7.0之間的pH值。進一步，該培養基可具有一在大約5℃與大約60℃之間以及更佳地在大約15℃與大約20℃之間的溫度。
如以該第一方法，二氧化碳例如藉由通過反應培養基冒泡二氧化碳氣體而較佳地被使用作為唯一的碳源。較佳地，該反應培養基是一油-水乳劑。進一步，一種二氧化碳鉗合劑較佳地被導入至該反應培養基內。
該方法可進一步包含有分離該等脂族羧酸的步驟。
在上面所描述的該等脂族羧酸生產方法的所有具體例中，一旦該等脂族羧酸已被生產，各種不同的選擇步驟可在該等脂族羧酸上被進行。例如，該等方法可選擇性地包含有一或多個下列步驟：1)分離該等脂族羧酸； 2)過濾該等脂族羧酸；3)以一不同的燃料(較佳地一油燃料)摻合該等脂族羧酸；4)化學地修飾該等羧酸，例如，成為酯、醇、酮或醛；以及5)蒸餾出該等脂族羧酸的某些分餾部分。
在另一個方面，本發明提供由上面所描述的方法所生產的脂族羧酸。
本發明的一方面亦提供一種包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的培養基。
從該包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的培養基，可能使用各種不同的技術分離該等在此所含有的酵素。例如，該等酵素可使用已知的方法[諸如凝膠排斥層析法(gel exclusion chromatography)]而被分離並且根據它們的分子大小和活性而被篩選。
本發明亦提供一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統用於生產脂族羧酸的用途。
進一步，本發明提供一種生產脂族羧酸的方法，該方法包含有轉化二氧化碳成為甲酸並且接著轉化甲酸成為具 有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸，其中該等轉化反應發生在一油-水乳劑。
上面方法的較佳特徵是與上面生產脂族羧酸的方法相同的。例如，與所生產的碳骨架長度的範圍有關的特徵、該等反應被進行的溫度和pH值、該二氧化碳來源、該二氧化碳鉗合劑、該氧化劑等等是這個方法的較佳特徵。
例如，該乳劑將含有二氧化碳。這個可以是已從空氣溶解的二氧化碳。較佳地，二氧化碳氣體氣體通過該乳劑而被冒泡以增加反應可用的二氧化碳的位準。當二氧化碳通過該乳劑而被冒泡，它可來自一壓縮氣體鋼瓶。另擇地，它可被包含在來自另一個來源的氣體中。例如，來自燃燒的廢棄氣體可通過該乳劑而被冒泡。
在一些具體例中，二氧化碳(例如來自燃燒的廢棄氣體)可通過乳劑(它可選擇性地含有一種二氧化碳鉗合劑)而被冒泡。
較佳地，二氧化碳是唯一的碳源。
較佳地，一種二氧化碳鉗合劑被導入至該乳劑內。為了維持/增加反應的速率，這個幫助增加在該反應混合物/溶液中的二氧化碳的位準。適合的二氧化碳鉗合劑是那些熟習此技藝者所熟知的並且包括鹼化合物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鋇、三乙醇胺、二乙醇胺、單甲醇胺、氨、甲醇、環丁碸、聚乙二醇醚、聚乙二醇、甘油以及表面活性劑(諸如Triton TX系列)。一些適合的二氧化碳鉗合劑被描述在Ortrud Ashenbrenner and Peter Styring (2010)(21)。較佳地，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些具體例中，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺。在其他具體例中，該二氧化碳鉗合劑是一聚乙二醇(諸如PEG 300)。有利地，聚乙二醇不需要一化學反應以釋放二氧化碳，不含有可潛在地在燃燒上形成NOX排放的氮，不形成肥皂，並且幫助降低灰分在最終產物中。
較佳地，一氧化劑被導入至該乳劑中。這個幫助起始該反應方法並且加速該反應的起始。適合的氧化劑包括次氯酸鈉和氫氧化鈉。該氧化劑應該是一溫和的氧化劑。在一具體例中，脫色可被使用該氧化劑。
該方法可進一步包含有分離該等脂族羧酸的步驟或者任何一或多個上面所描述的加工方法。
此外，本發明提供一種具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的方法，該方法包含有轉化二氧化碳成為甲酸以及接著轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸，其中一氧化劑被使用以起始二氧化碳成為甲酸的轉化。
上面方法的較佳特徵與上面生產脂族羧酸的方法相同。例如，與所生產的碳骨架長度的範圍有關的特徵、該等反應被進行的溫度和pH值、該二氧化碳來源、該二氧化碳鉗合劑、該氧化劑等等是這個方法的較佳特徵。
例如，一般而言，甲酸和脂族羧酸將在溶液中被生產。該溶液將含有二氧化碳。這個可以是已從空氣被溶解的二氧化碳。較佳地，二氧化碳氣體通過該溶液而被冒泡以增 加反應可用的二氧化碳的位準。當二氧化碳通過該溶液而被冒泡，它可來自一壓縮氣體鋼瓶。另擇地，它可被包含在來自另一個來源的氣體中。例如，來自燃燒的廢棄氣體可通過該溶液而被冒泡。
在一些具體例中，二氧化碳(例如來自燃燒的廢棄氣體)可通過溶液(它可選擇性地含有一種二氧化碳鉗合劑)而被冒泡。
較佳地，二氧化碳是唯一的碳源。
較佳地，一種二氧化碳鉗合劑被導入至該溶液內。為了維持/增加反應的速率，這個幫助增加在該反應混合物/溶液中的二氧化碳的位準。適合的二氧化碳鉗合劑是那些熟習此技藝者所熟知的並且包括鹼化合物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鋇、三乙醇胺、二乙醇胺、單甲醇胺、氨、甲醇、環丁碸、聚乙二醇醚、聚乙二醇、甘油以及表面活性劑(諸如Triton TX系列)。一些適合的二氧化碳鉗合劑被描述在Ortrud Ashenbrenner and Peter Styring(2010)(21)。較佳地，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺或聚乙二醇。在一些具體例中，該二氧化碳鉗合劑是三乙醇胺。在其他具體例中，該二氧化碳鉗合劑是一聚乙二醇(諸如PEG 300)。有利地，聚乙二醇不需要一化學反應以釋放二氧化碳，不含有在燃燒上可潛在地形成NOX排出的氮，不形成肥皂，並且幫助降低灰分在最終產物中。
較佳地，反應發生在一油-水乳劑中。
該方法可進一步包含有分離該等脂族羧酸的步驟或一 或更多上面所描述的加工方法。
生產油的方法以一新穎方式被"驅動"。該方法的第一步驟是還原二氧化碳以生產甲酸。甲酸是一還原劑(氧化還原電位-0.25)。該反應的第一步驟固定二氧化碳並且產生足夠的還原等效物以驅動該方法的下個部分(鏈建立)。一"原位(in situ)"化學電池的使用可被使用以驅動其它氧化還原反應。甲酸(還原劑)接著還原可用的羧酸(氧化劑)，添加一碳至一生長鏈並且釋放氧有如O2。這個防止添加一還原劑以驅動該反應的需要，碳和還原等效物在最終產物中被隔離。
實施例
本發明現在將藉由僅實施例參考圖式的方式而被詳細的描述，其中：
第1圖是一由本發明的微生物所生產的能量來源的一紅外線掃描。該能量來源是一包含有脂族羧酸的油產物以及該紅外線掃描顯示典型的一脂族羧酸的化學特徵。
第2圖顯示一可依據本發明而被使用以生產油的第一槽系統。
第3圖顯示一可依據本發明而被使用以生產油的第二槽系統。
第4圖是一顯示用於使用該第二槽系統生產油的方法的流程圖。
下列描述決不限制本發明的範疇。
概要
本發明的下列方面將被討論：1)細菌培養物的性質；2)產生碳建構組元(building block)(甲酸)；3)組合建構組元成為短、中、長鏈脂族羧酸；以及4)產物。
細菌培養物
該細菌培養物較佳地具有下列性質：
‧ 它是一種生長在二氧化碳作為它的唯一碳源的化學無機營養有氧生物。
‧ 它擁有一細胞外的氧耐受性氫化酶酵素系統。這個酵素系統在pH 3.0與8.5之間以及在5℃與60℃之間應該是安定的以及活性的。
‧ 它擁有一能夠組合甲酸成為具有一羧酸官能性的短、中以及長鏈烴分子的細胞外酵素組分。
‧ 它能夠形成一具有如下列所指明的典型值的油類似產物。油應該被細胞外地合成並且從反應培養基的頂部物理地分離。
在一具體例中，該細菌是羅旺醋酸桿菌FJ1。
碳一建構組元的產生
該微生物應該使用一氫化酶酵素系統還原二氧化碳成為甲酸。氫被氧化以產生電子以還原二氧化碳成為甲酸如下：CO2+H2 → HCOOH
這個酵素系統在一暗指細胞外活性的無細胞萃取物中 作用。
組合甲酸成為短、中以及長鏈烴
該微生物應該能夠產生甲酸並且藉由逐步添加甲酸形成更多複合分子。高位準的甲酸被形成以及一最小位準的每公升250 g的甲酸等效物被維持。這個是酸度的位準被計算有如甲酸。短鏈脂族羧酸首先形成。
由於奇數和偶數鏈長存在，C2、C3、C4和C5脂族羧酸的存在暗示逐步添加甲酸。異丁酸和異戊酸是缺乏或低於偵測的位準證明：直鏈脂族羧酸被生產。任何特定脂族羧酸的數量隨著時間增加。
該系統接著在生產甲酸和形成較大分子之間被維持平衡。在平衡下，所產生的油的數量(如藉由乾重而被測量)是5-10%的如甲酸等效物一樣被測量的酸度。油接著在一連續基礎上藉由在空氣液體界面移除一油層以及添加一相等體積的新鮮培養基而被產生。上面的油層被集中並且濃縮。
該油產物由一具有不同鏈長的羧酸的混合物構成。鏈的長度藉由從原代培養(primary culture)移除的速率而被調 節。所產生的分子的鏈長和比率藉由調整反應條件和所使用的設備的類型而變化。可被使用的反應器的類型包括但不限於：批次(bath)、連續和半-連續。反應器類型包括但不限於槳式攪拌的(paddle stirred)、循環的(circulated)和氣舉的(gas lifted)的封閉式反應器(closed reactors)、開放式反應器(open reactors)。
油的生產可以是在一半連續的基礎上。生物使用一如在下表所詳述的最小培養基而被維持在批次培養。這個是“原種培養(stock culture)”。
培養基的pH值被調節至4.0±0.2。在該原種培養的酸度(acidity)被維持在20-25%(被計算有如甲酸)。
在一反應槽(reaction tank)使用之前，細胞培養基被稀釋1/10在水中並且被保持在一中間槽(intermediate tank)中。這個是有效的培養。
油在一反應槽(包括但不限於下面所描述的槽系統)中被生產。二氧化碳的來源包括但不限於大氣的二氧化碳、碳酸根、碳酸氫根離子、含有碳酸根或碳酸氫根離子的廢棄水、含有二氧化碳的壓縮氣體和廢氣。
槽系統1
該反應槽是從一從塑膠或塑膠塗佈的材料所建構的長窄槽(long narrow tank)(第2圖)。一適合大小的母連接頭(female connector)被設置在該槽的側邊以容許添加培養基或移除產物。典型的尺寸是5單位長加上1至5單位寬以及0.5至1.0單位深。一區間(partition)被設置在離該槽的一端1/5的槽中。這個區間是4/5th該槽的高度。具有軟管(hoses)的循環泵被附加至各個區間。一用於再循環內容物的噴灑棒(sparge bar)亦被附加至各個區間。經壓縮的二氧化碳可經由一氣體鋼瓶和氣管(gas line)被額外地添加至該反應槽。一加熱器或加熱燈可被放置在該槽的2個區段(section)的較小者中。
為了起始在該反應器中油的生產，該反應容器的較大區段被裝填以原種培養基。該培養基接著被循環直到pH值已增加至在5與7之間，以及油從上表面被分離。該泵接著被關掉。
另擇地，為了起始在該反應器中油的生產，該反應容器的較大區段被裝填以原種培養基以及一小數量的油被添加以作為一引子。該油以及原種培養藉由循環被混合直到一乳劑形成。額外的二氧化碳被泵取通過該反應混合物直到轉化乳劑成為油已發生。轉化成為油藉由在該反應混合物的水的位準的減少而被測量。
油可藉由拉一脂肪收集器或吊桿(boom)穿過該上表面而從該上表面被移除，轉移該油至該槽的2個區段的較少者內。被轉移的體積藉由一相等體積的操作培養基而被替換。
當該區間被充滿時，反應完成，該油被泵取至一豎立的沉降槽(settling tank)中並且容許靜置。一抗微生物劑被添加以及水被容許沉出。水經由低閥(lower valve)而被移除。
油可進一步藉由使用去乳化濾膜(demulsifying filter)或乾燥劑(drying agents)過濾或移除水而被進一步加工。
在一另擇的方法中，2公升的含有20%細菌的培養基在開始生產油之前與消毒劑混合以殺死細菌。這個培養基含有轉化二氧化碳成為甲酸以及接著成為脂族羧酸所需的酵素。
該含有該等酵素(並且殺死細菌)的培養基被添加至一已含有200公升的廢棄油的反應槽內。50公升的水接著各個小時被添加直到該反應槽含有大約2000公升的液體。當該反應槽含有要比水更多的油時，該等細菌酵素僅生產脂族羧酸。當該等酵素生產該等脂族羧酸(呈一油的形式)時，油的位準增加。當油被生產時，水的位準在該槽中被增加以轉移該油至一堰內。該反應槽時時被以更多水裝滿以維持油的生產。
反應槽的pH值被維持在大約6.5以及溫度在大約15-20℃。
該反應在間隔下被中斷以容許釋放溶解的氣體以及用於電子平衡該系統以再平衡。
一旦所欲長度的脂族羧酸已在該反應槽中被生產，油藉由拉一脂肪收集器或吊桿穿過該上表面而從該上表面被 移除，轉移該油至該反應槽的一較小區段。該油的黏度提供該等脂族羧酸的長度的一指示。該油泵取至一分離槽內以及任何殘餘的水移除以停止任何進一步的反應發生，藉此維持該等脂族羧酸的長度在所欲的長度。一抗微生物劑在該油被過濾之前亦被添加。
槽系統2
一第二選擇包含有一具有一圓錐底部的豎立混合槽，經由一泵再循環，一恆溫浸式加熱器(thermostated immersion heater)以及一噴灑器至該槽的該底部以導入經壓縮的二氧化碳氣體(第3圖)。原種酵素溶液、一小數量的油作為一引子以及水被添加至該槽。選擇性地，一CO2鉗合劑(諸如三乙醇胺或PEG 300)亦可被添加。進一步，一溫和的氧化劑[諸如過氯酸鈉(sodium hyperchlorite)或氫氧化鈉]可被添加以幫助起始該反應。該加熱器被設定一為35℃的溫度以及內容物藉由循環而被混合藉此形成一乳劑。二氧化碳在該槽的底部經由氣體噴灑器而被導入。轉化該油-水乳劑成為脂族羧酸油再次藉由在該槽的水的位準的降低而被遵循。
當該反應完成時，循環和氣體流被終止並且內容物容許沉降。任何自由水經由該槽的底部被排出並且該油經由20微米濾膜被泵取至一第二沉降槽。該油被容許進一步沉降以移除殘餘的水。廢棄水被再循環或可被蒸餾以移除有如一輕油的有機材料。(第3圖)。油可經由一組合的熱和動力引擎而被燃燒以產生熱和電。來自引擎的廢氣排出 (exhaust emissions)可接著經由一由任何適合的二氧化碳鉗合化學品[包括但不限於聚乙二醇300(PEG 300)]構成的洗氣器單元(scrubber unit)而被再循環。
油可進一步藉由使用去乳化濾膜或乾燥劑過濾或移除水至規格位準(specified levels)而被加工。
槽系統1和2不同在於需要形成油產物的時間。槽系統1是一低能量消耗選擇但是需要延長的反應時間，以及槽系統2是一更快速的技術但是需要一較高的能量輸入。
該油被測試規格界限(specified limits)。
該油可被進一步加工視該油所欲的應用而定。在一些例子中，例如，為了修飾其它油的性質/特徵，該油可以另一種油而被摻合。
油產物
一油產物以下列典型值而被獲得：
另擇地，一油產物可以下列典型值而被獲得：
油由脂族羧酸構成：
-紅外線指紋(infra red fingerprint)(第1圖)是典型的脂族羧酸。
-該油化學地反應有如典型的一羧酸。
-該油可被使用有如短、中或長的原料。
-該油典型地具有一大於2且小於24的鏈長。
-該油典型地是具有一為90-95 mg I/100g的碘值的單不飽和的。
-該油產物有如一短、中或長鏈原料經歷一羧酸的反應以產生其他商業上可用的產物。這些反應包括但不限於：
a.藉由使用脂酶(lipases)、酸催化劑或鹼催化劑與醇反應產生酯。
b.經由酯中間物或直接地經由施密特反應(Schmidt reaction)產生醯胺(amides)。
c.與鹼[包括但不只鹼金屬氫氧化物(alkalai hydroxides)、碳酸根或羥基碳酸根(hydroxyl carbonates)]產生羧酸鹽(carboxylate salts)。
d.直接地藉由使用催化劑[包括但不只NN二甲基氯乙基銨氯化物(NN dimethylchloroethylammonium chloride)和氫化鋰鋁(lithium aluminium hydride)]氫化或經由醛中間物還原醇。
e.直接地藉由氫化或經由一中間物[諸如採用羅森門還原法(Rosenmund reduction)的酸性鹵化物(acid halide)或經由福山還原(Fukuyama reduction)的硫酯(thioester)]還原醛。
f.使用試劑[包括但不只氧二氯化硫(sulphur dichloride oxide)、氯化磷(V)[phosphorous(V)chloride]以及三氯化磷(phosphorous trichloride)]產生酸性氯化物，
g.以去羧酶(decarboxylases)酵素地或以鹼石灰(soda lime)去羧(decarboxylation)該羧酸或酸性鹽以產生等效烴。
h.經由巴比威蘭德降解(Barbier Wieland degredation)降低大小。
-該油直接地並且不是藉由先前生產生物質和它的後續加工而被生產。
-該油不是藉由發酵而被生產。
生產油的方法以一新穎方式被“驅動”。該方法的第一步驟是還原二氧化碳以生產甲酸。甲酸是一還原劑(氧化還原電位-0.25)。該反應的第一步驟固定二氧化碳但亦產生足夠的還原等效物以驅動該方法的下個部分(鏈建立)。一“原位”化學電池的使用可被使用以驅動其它氧化還原反應。甲酸(還原劑)接著還原可用的羧酸(氧化劑)，添加一碳至一生長鏈並且釋放氧有如O2。這個防止添加一還原劑以驅動該反應的需要，碳和還原等效物在最終產物中被隔離。
步驟1-CO2+H2 → HCOOH
步驟2-RCOOH+HCOOH → RCH2.COOH+O2
在鏈建立的初始步驟藉由傾向甲酸(以及最短鏈羧酸)形成二聚體(dimers)在溶液中而被增強。
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第1圖是一由本發明的微生物所生產的能量來源的一紅外線掃描。該能量來源是一包含有脂族羧酸的油產物以及該紅外線掃描顯示典型的一脂族羧酸的化學特徵。
第2圖顯示一可依據本發明而被使用以生產油的第一槽系統。
第3圖顯示一可依據本發明而被使用以生產油的第二槽系統。
第4圖是一顯示用於使用該第二槽系統生產油的方法的流程圖。

Claims (18)

  1. 一種微生物，其包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統，其中該微生物係具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或由其所衍生者。
  2. 如申請專利範圍第1項的微生物，其中該微生物使用二氧化碳作為唯一的碳源。
  3. 如申請專利範圍第1項的微生物，其中該微生物是具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株。
  4. 一種如申請專利範圍第1至3項中任一項的微生物用於生產脂族羧酸的用途。
  5. 一種用於生產脂族羧酸的方法，該方法包含有使用一包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統以及一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的培養基生產脂族羧酸，其中該氫化酶酵素系統及該第二酵素系統係來自具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或一由其所衍生之微生物。
  6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該培養基包含有一如申請專利範圍第1至3項中任一項的微生物。
  7. 如申請專利範圍第5項的方法，其中生產該等脂族羧酸的反應於一在大約3.0與大約8.5之間的pH值發生。
  8. 如申請專利範圍第5項的方法，其中生產該等脂族羧酸 的反應於一在大約5℃與大約60℃之間的溫度下發生。
  9. 如申請專利範圍第5項的方法，其中二氧化碳是唯一的碳源。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其中二氧化碳通過該培養基而起泡。
  11. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該培養基是一油-水乳劑。
  12. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該培養基包含有一種二氧化碳鉗合劑。
  13. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該培養基包含有一氧化劑。
  14. 如申請專利範圍第5至13項中任一項的方法，其進一步包含有下列步驟之一或多者：1)分離該等脂族羧酸；2)過濾該等脂族羧酸；3)以一不同的燃料摻合該等脂族羧酸；4)化學地改質該等羧酸成為酯、醇、酮或醛；以及5)從該等脂族羧酸蒸餾和分離某些分餾部分。
  15. 一種培養基，其包含有一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統，其中該氫化酶酵素系統及該第二酵素系統係來自具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或一由其所衍生之微生物。
  16. 一種一能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統和一能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的第二酵素系統的用途，其係用於生產脂族羧酸，其中該氫化酶酵素系統及該第二酵素系統係來自具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或一由其所衍生之微生物。
  17. 一種能夠轉化二氧化碳成為甲酸的氫化酶酵素系統，其中該氫化酶酵素系統係來自具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或一由其所衍生之微生物。
  18. 一種能夠轉化甲酸成為具有一為5或更多碳原子的鏈長的脂族羧酸的酵素系統，其中該酵素系統係來自具有寄存編號BCRC 910565的醋酸菌屬菌株或一由其所衍生之微生物。
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