TWI713463B - 用於控制含一氧化碳（ｃｏ）基質發酵之方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於穩定的發酵含CO之基質及改良乙醇生產力的方法，包括依微生物需要的量來提供培養基組分給發酵作用。該方法包括決定該發酵培養基內的鉀濃度，以及提供第一培養基及第二培養基至該發酵作用，以有效維持該發酵培養基內的鉀於大約20至大約200mg/L之速率提供該第一培養基，直到達到目標細胞密度。

Description

用於控制含一氧化碳(CO)基質發酵之方法
本申請案主張申請日為2014年8月12日之美國臨時專利申請案第62/036,239號的權益，其之整體併入本文以作為參考資料。
提供一種用於發酵含CO之基質的方法。更明確言之，該方法包括決定發酵培養基中的營養素濃度，以及維持該等濃度在濃度範圍之內。該方法進一步包括維持某些營養素濃度為有效提供大約10克總醇/(升˙日)或更大的STY。
發明背景
發酵係在經界定的液體培養基內進行。此等培養基典型地包括用於改良發酵效能上要緊的各種大量及微量營養素來源。用以連結較不常見基質，諸如氣態基質的培養基要求經明確界定的培養基以最佳化效能。厭氧發酵也要求經明確界定的培養基。
厭氧微生物可經由氣態基質的發酵而從一氧化碳(CO)生產乙醇。使用得自梭菌屬(Clostridium)的厭氧微生物發酵可生產乙醇以及其它有用的產品。舉例言之，美國 專利案第5,173,429號描述一種從合成氣生產乙醇及乙酸鹽的厭氧微生物俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC編號49587。美國專利案第5,807,722號描述一種使用俊達氏梭菌ATCC編號55380將廢氣轉化成有機酸類及醇類之方法及裝置。美國專利案第6,136,577號描述一種使用俊達氏梭菌ATCC編號55988及55989，將廢氣轉化成乙醇之方法以及裝置。
美國專利案第7,285,402號描述已知用在氣態基質的厭氧發酵而生產乙醇的培養基。培養基內的各個組分及組分濃度係可有效用以提供高水平乙醇生產力。在發酵期間之不同時間視微生物需要來提供某些培養基組分，可以改良乙醇生產力(ethanol productivity)，以及使發酵方法更穩定。
發明概要
一種用於穩定的發酵含CO之基質及改良乙醇生產力的方法，包括依微生物需要的量來提供培養基組分給發酵作用。更明確言之，一種用於發酵含CO之基質的方法包括提供該含CO之基質至一發酵作用，且使該含CO之基質發酵。該方法進一步包括監控發酵培養基中的營養素濃度，其係使用選自於下列所組成之群組中之技術：離子層析法、感應耦合電漿光譜法(inductively coupled plasma spectrometry)、離子選擇性電極、火焰光度測定法、火焰游離原子吸收以及其等之組合。
於另一個態樣中，一種用於發酵含CO之基質的方法包括提供該含CO之基質至一發酵作用，且使該含CO之基質發酵；決定該發酵培養基內的鉀濃度；以及提供第一培養基及第二培養基至該發酵作用，以有效維持該發酵培養基內的鉀於大約20至大約200mg/L之速率提供該第一培養基，直到達到目標細胞密度。
較佳實施例之詳細說明
下列說明並非解譯為限制性意義，而是僅僅為了描述例示性具體例之一般性原理的目的。本發明之範圍須參考申請專利範圍決定。
定義
除非另行定義，否則於本案全文說明書中使用於本文揭示之下列術語定義如後及包括如下定義之單數型或複數型：
修飾任何數量之術語「大約」係指於實際狀況下，例如，於實驗室中、於試驗工廠中、或生產設施中所遭遇的數量變異。舉例而言，於混合物中採用之成分或測量值的數量或數量由「大約」來修飾時，包括於製造廠或實驗室中之實驗條件測量方面所典型採用的變異程度及審慎程度。舉例而言，當用「大約」修飾產品組分的量時，包括於工廠或實驗室之多個實驗中各批次之間的變異以及分析 方法所特有的變異。無論是否用「大約」來修飾，該數量包括該等量之相當量。此處所述用「大約」修飾之任何數量也可以如同未用「大約」修飾一樣地使用於本揭示之內。
當使用於本文中，「含碳材料」係指富含碳的材料，如煤炭與石化材料。然而，在本說明書中，含碳材料包括任何碳材料，不論為固體、液體、氣體或漿體狀態。在數種可考慮作為含碳材料之項目中，本發明揭示包含：含碳材料、含碳液體產物、含碳工業液體再循環物、含碳都市固體廢物(MSW或msw)、含碳城市廢液、含碳農業材料、含碳森林材料、含碳廢棄木材、含碳建築材料、含碳蔬菜材料、含碳工業廢料、含碳發酵廢料、含碳石化副產物、酒精製造過程之含碳副產物、含碳煤、輪胎、塑膠、廢棄塑膠、焦爐焦油、纖維柔軟物(fibersoft)、木質素、黑液、聚合物、廢聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、污水污泥、動物糞便、作物殘餘物、能源作物、森林加工殘餘物、木材加工殘餘物、禽畜糞便、家禽廢物、食品加工殘餘物、發酵過程中的廢物、乙醇副產物、糟粕、失效微生物(spent microorganisms)，或是其等之組合。
術語「纖維柔軟物」或「柔軟纖維」或「纖維軟布」或「纖維性軟布」係指一種含碳材料，由多種物質軟化與濃縮而製成；例如各種經由蒸汽高溫高壓滅菌製備之含碳材料。在另一範例中，纖維柔軟物可包括都市、工業、商用與醫療廢棄物之柔軟纖維之蒸汽高溫高壓滅菌物。
術語「都市固體廢棄物」或「MSW」或是「msw」係指廢棄物，其可包括居家、商用、工業及/或殘餘廢棄物。
術語「合成氣」或是「合成氣體」係指給予含有不等量之一氧化碳及氫氣之氣體混合物的合成氣體的名稱。製造方法之實例包括天然氣或烴類之蒸汽重組以製造氫氣、煤炭的氣化以及某些類型的垃圾資源回收氣化設施。該名稱係來自於其等可用作為產生合成天然氣(SNG)的中間產物及用於製造氨或甲醇。合成氣為可燃性且常常使用作為燃料來源或是使用作為其它化學品製造上的中間產物。
「噸(Ton)」或是「噸(ton)」係指美國短噸，亦即大約907.2kg(2000lbs)。
當使用於本文中，醇生產力係表達為STY。於此態樣中，醇生產力可以表達為STY(以克乙醇/(升˙日)表示的時空產率(space time yield))。
含CO之基質
含CO之基質可包括任何含括CO的氣體。於此態樣中，含有CO的氣體可包括合成氣、工業氣體，及其等之混合物。
合成氣可以從任何已知的來源提供。於一個態樣中，合成氣可源自於含碳材料的氣化。氣化涉及於氧氣限制供應情況下的生質之部分燃燒。所得的氣體主要包括一氧化碳(CO)及氫氣(H2)。於本態樣中，合成氣會含有至少大約10莫耳% CO，於一個態樣中，至少大約20莫耳%，於一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，於另一個態樣中， 大約20至大約100莫耳% CO，於另一個態樣中，大約30至大約90莫耳% CO，於另一個態樣中，大約40至大約80莫耳% CO，以及於另一個態樣中，大約50至大約70莫耳% CO。適當的氣化方法及裝置之若干實例係提供於美國專利申請案61/516,667、61/516,704及61/516,646之內，各案皆係於2011年4月6日提出申請，以及美國專利申請案13/427,144、13/427,193及13/427,247之內，各案皆係於2012年3月22日提出申請，以及此等之全體均併入本文以作為參考。
於另一個態樣中，該方法可應用以支援從氣態基質，諸如高體積含CO工業烟道氣來製造醇類。於一些態樣中，含括CO的氣體係衍生自含碳廢物，例如工業廢氣或得自其它廢物的氣化。如此，該方法意味著有效捕集碳的方法，否則該碳將被排放入環境內。工業烟道氣之實例包括含鐵金屬產品製造、非鐵金屬產品製造、石油精煉製程、煤氣化、生質氣化、發電、炭黑製造、氨製造、甲醇製造，及焦煤製造期間，所產生的氣體。
取決於含CO之基質的組成，該含CO之基質可以直接提供給發酵方法，或是可以進一步修飾以含括適當的H2對CO莫耳比。於一個態樣中，提供給發酵器的含CO之基質具有大約0.2或更大的H2對CO莫耳比，於另一個態樣中，大約0.25或更大，以及於另一個態樣中，大約0.5或更大。於另一個態樣中，提供給發酵器的含CO之基質可以包括大約40或更大的CO加上H2莫耳百分比及大約30或更小的莫耳百分比之CO，於另一個態樣中，大約50或更大的CO加上 H2莫耳百分比及大約35或更小的莫耳百分比之CO，以及於另一個態樣中，大約80或更大的CO加上H2莫耳百分比及大約20或更小的莫耳百分比之CO。
於一個態樣中，該含CO之基質主要包括一氧化碳(CO)及氫氣(H2)。於本態樣中，該含CO之基質會含有至少大約10莫耳% CO，於一個態樣中，至少大約20莫耳%，於一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，於另一個態樣中，大約20至大約100莫耳% CO，於另一個態樣中，大約30至大約90莫耳% CO，於另一個態樣中，大約40至大約80莫耳% CO，以及於另一個態樣中，大約50至大約70莫耳% CO。該含CO之基質將具有至少大約0.75之CO/CO2比，於另一個態樣中，至少大約1.0，以及於另一個態樣中，至少大約1.5。
於一個態樣中，一種氣體分離器係裝配成實質分離至少一部分的氣流，其中該部分包括一種或更多種組分。舉例而言，該氣體分離器可由含有下列組分之氣流來分離CO2：CO、CO2、H2，其中該CO2可通過一種CO2消除器，而該氣流之剩餘物(含有CO及H2)可通過一種生物反應器。可以使用本技藝已知的各種氣體分離器。於本態樣中，提供至發酵器的合成氣將具有大約10莫耳%或更少的CO2，於另一個態樣中，大約1莫耳%或更少的CO2，以及於另一個態樣中，大約0.1莫耳%或更少的CO2。
某些氣流可包括高濃度的CO和低濃度的H2。於一個態樣中，希望可以使基質流的組成最佳化，俾以達到更高效率的醇生產及/或整體的碳捕集。舉例而言，可以在 該基質流通過生物反應器之前，增加該基質流之內H2的濃度。
依據本發明的特定態樣，可以將來自二種或更多種來源的物流組合及/或摻合，以產生所欲的及/或最佳化的基質流。舉例而言，可以將一種含有高濃度的CO之物流，例如來自轉爐煉鋼廠的排氣，與一種含有高濃度的H2之物流，例如來自煉鋼廠煉焦爐的廢氣，進行組合。
取決於含CO的氣態基質之組成，在導入發酵之前處理該基質，以去除任何非期望的雜質，諸如粉塵粒子，也可能是期望的。舉例言之，該氣態基質可使用已知的方法予以過濾或刷洗。
生物反應器設計及操作
發酵器設計之說明係描述於美國專利申請案13/471,827及13/471,858之內，二者皆係於2012年5月15日提申，以及描述於2012年5月16日提申之美國專利申請案13/473,167之內，此等之全體均併入本文以作為參考。
依據一個態樣，發酵方法始於添加培養基至反應器容器內。培養基組成之若干實例係描述於2012年5月22日提申之美國專利申請案61/650,098及61/650,093之內，以及描述於2001年7月23日提申之美國專利案7,285,402之內，此等之全體均併入本文以作為參考。培養基可以予以滅菌以去除非所欲的微生物，以及於反應器內接種所欲的微生物。並不總是需要滅菌。
於一個態樣中，使用的微生物包含乙酸生成菌。 有用的乙酸生成性細菌包含梭菌(Clostridium)屬，諸如俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，包含述於WO 2000/68407、EP 117309、美國專利案5,173,429、5,593,886及6,368,819、WO 1998/00558及WO 2002/08438者；自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國，DSMZ之DSM 10061及DSM 19630)菌株，包含WO 2007/117157及WO 2009/151342所述之該等；以及拉格拉式梭菌(Clostridium ragsdalei)(P11，ATCC BAA-622)及巴奇產鹼(Alkalibaculum bacchi)(CP11，ATCC BAA-1772)菌株，包含分別述於美國專利案第7,704,723號及「得自生質產生的合成氣體之生物燃料及生物製品(Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas)」，Hasan Atiyeh，於阿拉巴馬州EPSCoR年度州會議，2010年4月29日提出之該等；以及於美國專利申請案第2007/0276447號內所述之羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)(ATCC PTA-7827)。其它適合的微生物包含莫雷拉氏菌(Moorella)屬的該等，包括莫雷拉氏菌種HUC22-1，以及羧基嗜熱菌(Carboxydothermus)屬的該等。此等參考文獻各自係併入本文以作為參考。可以使用二種或是更多種微生物之混合培養物。
有用的細菌之若干實例包含凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌(Acetoanaerobium woodii)、巴奇產鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)(ATCC BAA-1772)、 產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌P262(Clostridium acetobutylicum P262)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 10061)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 23693)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 24138)、羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskati)(ATCC PTA-10522)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌PETC(Clostridium ljungdahlii 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)、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ之DSM 525)、拉格拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌 (Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌(Thermoanaerobacter kivui)，及其之混合物。
發酵應該希望在合適所欲的發酵發生的條件下(諸如CO-往-乙醇)進行。應該考慮的反應條件包括壓力、溫度、氣體流動速率、液體流動速率、培養基pH、培養基氧化還原電位、攪拌速率(設若使用攪拌槽反應器)、接種體位準、最大氣態基質濃度，以確保液相內的CO不受限制，以及最大產物濃度以避免產物抑制作用。
本發明的方法可以用來保持微生物培養物的活力，其中該微生物培養物侷限於CO內，以便CO轉移至溶液內的速率低於培養物的攝入速率。當沒有持續提供含CO之基質至微生物培養物時，可能出現此等狀態；質量轉移率很低；或者基質流內沒有足夠的CO來保持最理想的溫度下培養物的活力。於此等具體例中，微生物培養物會快速地耗盡液體營養素培養基內溶解的CO，以及變成受限的基質，因無法足够快地進一步提供基質。
起動：當接種時，建立有效用以供應微生物的初始族群之氣體供應速率。分析流出物氣體來決定流出物氣 體之含量。氣體分析的結果用來控制進料氣體速率。於此態樣中，該方法提供大約0.5至大約0.9之計算的CO濃度對起始細胞密度比，於另一個態樣中，大約0.6至大約0.8，於另一個態樣中，大約0.5至大約0.7，以及於另一個態樣中，大約0.5至大約0.6。
於另一個態樣中，一種發酵方法包括提供係有效用以提供該發酵培養基大約0.15mM至大約0.70mM之起始計算的CO濃度的量之合成氣給發酵培養基，於另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.50mM，於另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.35mM，於另一個態樣中，大約0.20mM至大約0.30mM，以及於另一個態樣中，大約0.23mM至大約0.27mM。當與開始的細胞密度比較時，該方法係有效用以增加細胞密度。
當使用於本文中，目標細胞密度意指大約2.0克/升或更大的細胞密度，於另一個態樣中，大約2至大約30克/升，於另一個態樣中，大約2至大約25克/升，於另一個態樣中，大約2至大約20克/升，於另一個態樣中，大約2至大約10克/升，於另一個態樣中，大約2至大約8克/升，於另一個態樣中，大約3至大約30克/升，於另一個態樣中，大約3至大約6克/升，以及於另一個態樣中，大約4至大約5克/升。
起動後：當達到所欲的位準時，從反應器中撤出液相及細胞物質及補充培養基。該方法係有效用以增加細胞密度至大約2.0克/升或更大，於另一個態樣中，大約2至大約30克/升，於另一個態樣中，大約2至大約25克/升，於 另一個態樣中，大約2至大約20克/升，於另一個態樣中，大約2至大約10克/升，於另一個態樣中，大約2至大約8克/升，於另一個態樣中，大約3至大約30克/升，於另一個態樣中，大約3至大約6克/升，以及於另一個態樣中，大約4至大約5克/升。
決定營養素濃度
於一個態樣中，該方法包括決定發酵培養基中的營養素濃度。監控的營養素濃度包括K、Mg、P及其等之混合物。於此態樣中，營養素濃度，特別是鉀濃度之判定，可以使用離子層析法(IC)、感應耦合電漿光譜法(inductively coupled plasma spectrometry)(ICP)、離子選擇性電極、火焰光度測定法、火焰游離原子吸收以及其等之組合。可以使用的方法之若干實例包括：Small,Hamish(1989).Ion chromatography.New York：Plenum Press.ISBN 0-306-43290-0；Tatjana Weiss；Weiss,Joachim(2005).Handbook of Ion Chromatography.Weinheim：Wiley-VCH.ISBN 3-527-28701-9；Gjerde,Douglas T.；Fritz,James S.(2000).Ion Chromatography.Weinheim：Wiley-VCH.ISBN 3-527-29914-9；Joachim Weiss,Tatjana Weiss(Translated by)(2005).Handbook of Ion Chromatography,Third,Completely Revised and Enlarged Edition.John Wiley and Sons,Inc.931p.ISBN：3-527-28701-9；and Jackson,Peter；Haddad,Paul R.(1990).Ion chromatography：principles and applications.Amsterdam：Elsevier.ISBN 0-444-88232-4；此 等之全體均併入本文以作為參考。可以使用的設備之若干實例包括可得自於Thermo Scientific Dionex(www.thermoscientific.com/dionex)及OFITE(Houston,TX-www.ofite.com)之IC。
於另一個態樣中，該方法進一步包括決定發酵培養基中的鉀、鎂及/或PO4 -3的濃度。於此態樣中，該方法可包括監控並控制鉀、鎂及/或PO4 -3中的一者或任何組合。下列表提供使用的元素和組成物之實例。
Figure 104125808-A0202-12-0014-1
培養基組成及培養基進料速率之控制
有效的培養基組成係描述於2013年5月8日提申之美國專利申請案13/889,700之內，以及描述於2013年5月9日提申之美國專利案13/890,324及13/890,777之內，此等之全體均併入本文以作為參考。
發酵培養基包括約0.01克/升以下的酵母萃取物以及約0.01克/升以下的碳水化合物。
硫係以NaHS的形式供應至發酵作用。於此態樣 中，藉由添加有效量的NaHS至發酵培養基，而於發酵廢氣中維持大約20至大約500ppm H2S。於另一個態樣中，發酵廢氣中維持大約200至大約500ppm H2S，於另一個態樣中，發酵廢氣中維持大約250至大約450ppm H2S，以及於另一個態樣中，發酵廢氣中維持大約300至大約400ppm H2S。
方法操作維持pH於大約3.5至大約5.0之範圍內，以及於另一個態樣中，大約4至大約5。氮源(N)係透過氫氧化銨來提供，氫氧化銨添加為pH控制之下分離的進料流-所以，NH4+會稍微超過幾百個ppm之範圍。
依據該方法的一個態樣，提供第一及第二培養基至發酵作用。於此態樣中，以有效維持發酵培養基內的鉀於大約20至大約200mg/L的範圍之速率提供該第一培養基，直到達到目標細胞密度。於另一個態樣中，發酵培養基內的鉀維持在大約20至大約160mg/L的範圍，於另一個態樣中，大約20至大約100mg/L，於另一個態樣中，大約110至大約190mg/L，於另一個態樣中，大約120至大約180mg/L，於另一個態樣中，大約130至大約170mg/L，以及於另一個態樣中，大約140至大約160mg/L。一旦達到目標細胞密度，該第一及第二培養基係以有效維持發酵培養基內的鉀濃度於大約20至大約160mg/L的範圍之速率來提供，於另一個態樣中，大約20至大約50mg/L，以及於另一個態樣中，大約30至大約40mg/L。
於另一個態樣中，培養基係以有效維持PO4 -3濃度於大約10至大約120mg/L的範圍之速率來提供，於另一 個態樣中，大約10至大約100mg/L，於另一個態樣中，大約10至大約80mg/L，於另一個態樣中，大約10至大約50mg/L，以及於另一個態樣中，大約10至大約25mg/L。一旦達到目標細胞密度，該第一及第二培養基係以有效維持發酵培養基內的PO4 -3濃度於大約10至大約120mg/L的範圍之速率來提供，於另一個態樣中，大約10至大約80mg/L，於另一個態樣中，大約10至大約40mg/L，以及於另一個態樣中，大約10至大約25mg/L。
於另一個態樣中，培養基係以有效維持Mg濃度於大約1至大約6mg/L的範圍之速率來提供，於另一個態樣中，大約1至大約4mg/L，以及於另一個態樣中，大約1至大約3mg/L，直到達到目標細胞密度。一旦達到目標細胞密度，該第一及第二培養基係以有效維持發酵培養基內的鎂濃度於大約1至大約6mg/L的範圍之速率來提供，於另一個態樣中，大約1至大約4mg/L，以及於另一個態樣中，大約1至大約3mg/L。
於另一個態樣中，培養基係以有效維持該第一培養基對該第二培養基之體積流量比(volumetric flow rate ratio)於大約15：1至大約2：1之速率來提供至發酵作用，於另一個態樣中，大約10：1至大約2：1，以及於另一個態樣中，大約4：1至大約2：1。
於另一個態樣中，該方法包括決定營養素進料速率之控制，以達到所欲的營養素濃度。於此態樣中，設若發現鉀的位準超過大約50mg/L，則將第一培養基的量每4 小時降低大約10%，直到達到目標鉀的位準。於另一個態樣中，設若發現磷酸鹽的位準低於大約10ppm，則將第一培養基的量每小時增加大約10%，直到達到目標磷酸鹽的位準。於另一個態樣中，設若發現鎂的位準低於大約1mg/L，則將第一培養基的量每小時增加大約10%，直到達到目標鎂的位準。
於生物反應器內使用如此處描述之培養基及乙酸生成性細菌進行的合成氣發酵，係有效用以提供合成氣中的一氧化碳轉化成醇類及其它產物。於此態樣中，於此態樣中，醇生產力可以表達為STY(以克乙醇/(升˙日)表示的時空產率(space time yield))。於此態樣中，該方法係有效用以提供至少大約10克乙醇/(升˙日)之STY(時空產率)。可能的STY值包括大約10克乙醇/(升˙日)至大約200克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升˙日)至大約160克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升˙日)至大約120克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升˙日)至大約80克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升˙日)至大約15克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約15克乙醇/(升˙日)至大約20克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約20克乙醇/(升˙日)至大約140克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約20克乙醇/(升˙日)至大約100克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約40克乙醇/(升˙日)至大約140克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約40克乙醇/(升˙日)至大約100克乙醇/(升˙日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升˙日)， 於另一個態樣中，大約15克乙醇/(升˙日)，以及於另一個態樣中，大約16克乙醇/(升˙日)。
雖然此處揭示之本發明已經利用特定具體例、實施例及其應用作說明，但熟習此技藝者可未悖離如申請專利範圍陳述之本發明之範圍而於其中做出多項修改以及變化。

Claims (12)

  1. 一種用於控制含一氧化碳(CO)之基質的發酵作用之方法，該方法包含：提供該含CO之基質至一發酵作用，且以乙酸生成性細菌(acetogenic bacteria)發酵該含CO之基質；以及使用選自於由下列所構成的群組之一技術來監控一發酵培養基中的營養素濃度：離子層析法、感應耦合電漿光譜法(inductively coupled plasma spectrometry)、離子選擇性電極、火焰光度測定法、火焰游離原子吸收，以及其等之組合；其中該被監控的營養素為K、PO4 -3、Mg及其等之混合物；其中該發酵培養基包括含有營養素之一第一培養基及一第二培養基；且該監控步驟包含以一有效維持該發酵培養基內的鉀濃度於大約20至大約200mg/L之速率將該第一培養基提供至該發酵作用，直到達到大約2至大約30g/L的一目標細胞密度；且在達到該目標細胞密度之後，以有效維持該發酵培養基內的鉀濃度於大約20至大約160mg/L之速率將該第一培養基提供至該發酵作用。
  2. 如請求項1之方法，其中該用於監控營養素濃度的技術係離子層析法。
  3. 如請求項1之方法，其中該第二培養基係以有效維持該 第一培養基對該第二培養基之體積流量比(volumetric flow rate ratio)於大約15：1至大約2：1之速率被提供至該發酵作用。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一培養基包含選自於下列所構成的群組之元素：K、Mg、Fe、PO4 -3、Zn、Co、Ni及其等之混合物。
  5. 如請求項1之方法，其中該第二培養基包含選自於下列所構成的群組之元素；W、Se及其等之混合物。
  6. 如請求項1之方法，其中該含CO之基質具有至少大約0.75的一氧化碳/二氧化碳(CO/CO2)莫耳比。
  7. 如請求項1之方法，其中該含CO之基質具有大約20至大約100莫耳% CO。
  8. 如請求項1之方法，其中該發酵培養基之pH維持於大約3.5至大約5.0之位準。
  9. 如請求項8之方法，其中該pH係以添加氫氧化銨來維持。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包含維持發酵廢氣中的硫化氫(H2S)濃度於大約20至大約500ppm H2S的範圍。
  11. 如請求項10之方法，其中藉由添加硫氫化鈉(NaHS)至該發酵培養基，而於該發酵廢氣中維持大約20至大約500ppm的H2S濃度。
  12. 如請求項1之方法，其中該乙酸生成性細菌係選自於下列所構成的群組：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌 (Acetobacterium woodii)、巴奇產鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformants)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌P262(Clostridium acetobutylicum P262)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)、羧基梭菌P7(Clostridium carboxidivorans P7)、克氏梭菌(Clostridium coskatii)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC)、俊達氏梭菌ERI2、俊達氏梭菌C-01、俊達氏梭菌O-52、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)、拉格拉氏梭菌P11(Clostridium ragsdali P11)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自 嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌(Thermoanaerobacter kivui)，以及其等之混合物。
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