TWI835832B - 一氧化碳及二氧化碳之生物轉換方法 - Google Patents

一氧化碳及二氧化碳之生物轉換方法 Download PDF

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內斯托爾 Ａ 卡馬爾戈
萊恩 Ｍ 雷西
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布蘭登 Ｌ 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

本揭示提供一種用於一氧化碳與二氧化碳的生物轉換之方法。較具體地，該方法包括以產乙酸菌來發酵含有一氧化碳與二氧化碳的基質。該方法提供高位準的一氧化碳與二氧化碳轉換以及氫氣利用。

Description

一氧化碳及二氧化碳之生物轉換方法
發明領域
此申請案主張美國臨時申請案第62/716,083號(2018年8月8號提申)、第62/716,071號(2018年8月8號提申)、第62/716,053號(2018年8月8號提申)、第62/741,871號(2018年10月5號提申)以及第62/741,797號(2018年10月5號提申)的優先權，所有案件以其整體併入本文中以作為參考資料。
本揭示提供一種用於一氧化碳與二氧化碳的生物轉換之方法。較具體地，該方法包括提供含有一氧化碳與二氧化碳的氣流給產乙酸菌。該方法提供高位準之一氧化碳與二氧化碳的轉換以及氫氣的利用。
發明背景
二氧化碳與一氧化碳的產生發生自自然過程以及工業程序，其包括燃燒燃料(諸如煤、石油與天然氣)。部分因工業程序之故，大氣的二氧化碳與一氧化碳的濃度持續增加。這些二氧化碳與一氧化碳的濃度增加可能會導致大氣變化，而造成氣候變遷與全球暖化。二氧化碳由於其高度氧化態而難以在生物方法中使用。
除了二氧化碳與一氧化碳，許多工業程序亦會導致氫氣產生。氫氣具有高度還原電位。然而，氫氣由於其非常易燃的性質而難以儲存與使用。
鑒於所產生的大量二氧化碳與一氧化碳，需要一種能夠有效利用一氧化碳與二氧化碳這兩者的細菌發酵系統。
發明概要
一種方法包括提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2 並且含有大約5至大約90莫耳%的CO2 。提供產乙酸菌Mx至該生物反應器Bx中。該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的。該方法包括透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中，以及在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸。該發酵培養液包含少於大約每公升0.01公克的酵母萃取物，以及少於大約每公升0.01公克的醣類，其中鈉離子是以大約290至大約8750µg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供。該方法包括將該發酵培養液維持在大約4至大約6.9的範圍內的pH。該一或多種有機酸的至少一部分被提供至一生物反應器Bi中。該方法進一步包括提供氣態基質Gi至該生物反應器Bi中，該氣態基質Gi包含CO並且含有大約5至大約90莫耳%的CO。產乙酸菌Mi被提供至該生物反應器Bi中。該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器Bi的發酵期間是活化的。該方法進一步包括在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器Bi中的氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2 的氣流Gp。
一種方法包括提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2 與H2 並且含有大約5至大約90莫耳%的CO2 。產乙酸菌Mx被提供至該生物反應器Bx中。該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的。該方法包括透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中，以及在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸。該發酵培養液包含少於大約每公升0.01公克的酵母萃取物，以及少於大約每公升0.01公克的醣類，其中鈉離子是以大約290至大約8750µg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供。該方法包括將該發酵培養液維持在大約4至大約6.9的範圍內的pH。該一或多種有機酸的至少一部分被提供至一生物反應器Bi中。該方法進一步包括提供氣態基質Gi至該生物反應器Bi中，該氣態基質Gi包含CO並且含有大約5至大約90莫耳%的CO。產乙酸菌Mi被提供至該生物反應器Bi中。該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器Bi的發酵期間是活化的。該方法進一步包括在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器Bi中的氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2 的氣流Gp。
一種方法包括提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2 並且含有大約5至大約90莫耳%的CO2 。產乙酸菌Mx被提供至該生物反應器Bx中，其中該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的。該方法包括透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中，以及在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸。該發酵培養液包含少於大約每公升0.01公克的酵母萃取物，以及少於大約每公升0.01公克的醣類，其中鈉離子是以大約290至大約8750µg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供。該方法包括將該發酵培養液維持在大約4至大約6.9的範圍內的pH。該一或多種有機酸的至少一部分被提供至一生物反應器系統Bi-s中。該方法進一步包括提供一氣態基質Gi至該生物反應器系統Bi-s中，該氣態基質Gi包含CO並且含有大約5至大約90莫耳%的CO。產乙酸菌Mi被提供至該生物反應器系統Bi-s中，其中該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器系統Bi-s的發酵期間是活化的。該方法進一步包括在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器系統Bi-s中的氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2 的氣流Gp。
較佳實施例之詳細說明
下列說明不是要被視為限制意義，而僅是為了說明示範性具體例的一般原理之目的而作。本揭示的範疇應參考申請專利範圍來決定。定義
除非另外定義，本揭示的通篇說明書所使用的下列術語被定義如下，並且可同時包括下面所界定之單數或複數形式的定義：
修飾以術語“大約”的任何數量意指在真實世界情況(例如，在實驗室、試驗工廠或生產設施)下所遭遇的數量變異。例如，在一混合物或分量中一成分的數量或所使用的測量值當修飾以“大約”時包括在生產工廠或實驗室的實驗條件下量測之變異與常用的謹慎程度。例如，一產物的組分之數量當修飾以“大約”時包括在工廠或實驗室的多個試驗之間的變異以及在分析方法中所固有的變異。無論是否修飾以“大約”，該等數量皆包括其等效量。本文所述且修飾以“大約”的任何數量亦可呈未修飾以“大約”的數量而用於本揭示中。
術語“發酵槽”包括一由一或多個容器和/或塔或管路設置所構成之發酵裝置/生物反應器，其包括批次反應器、半批次反應器、連續反應器、連續攪拌槽反應器(CSTR)、氣泡塔反應器、外循環環流反應器、內循環環流反應器、固定化細胞反應器(ICR)、滴流床反應器(TBR), 移動床生物膜反應器(MBBR)、氣升反應器、薄膜反應器[諸如纖維膜生物反應器(HFMBR)]、靜態混合器、氣升發酵槽，或者適用於氣液接觸的其他容器或其他裝置。
術語“發酵”、發酵方法”或“發酵反應”以及諸如此類意欲涵蓋該方法的生長期與產物生物合成期這兩者。在一個態樣中，發酵意指將CO2 轉換為乙酸。在另一個態樣中，發酵意指將CO轉換為醇類。
術語“細胞密度”意指每單位體積之發酵培養液的微生物細胞質量，例如，公克/公升。
術語“比CO2 攝取量”意指每分鐘單位時間單位質量的微生物細胞(g)所消耗之CO2 毫莫耳量，亦即毫莫耳/公克/分鐘。術語“比CO攝取量”意指每分鐘單位時間單位質量的微生物細胞(g)所消耗之CO毫莫耳量，亦即毫莫耳/公克/分鐘。
如本文所使用的，生產力是以STY來表示。在此態樣中，醇類生產力可以STY[以g乙醇/(L·天)或g乙酸/(L·天)來表示的時空產率]來表示。
如本文所使用的，“含氧碳氫化化合物(oxygenated hydrocarbonaceous compounds)”可包括含有碳、氫與氧的化合物，諸如例如乙醇與丁醇。CO/CO2 轉換系統
本揭示的具體例提供用於生產與獲得醇類產物以及在一厭氧細菌發酵方法後的微生物細胞生物質所衍生之細菌蛋白質的方法、系統以及組成物。在一個具體例中，提供一種提升碳捕獲效率、減低二氧化碳足跡並且提升醇類產物生產力的系統與方法。
如圖1所示，該系統可包括適用於使用一產乙酸菌Mi來發酵一氣態基質Gi 186的生物反應器Bi 120。該氣態基質Gi 186可包含一氧化碳(CO)與氫氣(H2 )。
在一個態樣中，在生物反應器Bi 120中氣態基質Gi 186的發酵導致一氣流Gp 184。氣流Gp 184包含二氧化碳(CO2 )並且可包括一或多種選自於下列所構成之群組中的氣體：一氧化碳(CO)、氫氣(H2 )、甲烷(CH4 )、氮氣(N2 )，以及它們的組合。在此態樣中，該來自生物反應器Bi 120的氣流Gp可包含大約0.5莫耳%至大約50莫耳% CO，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約40莫耳%，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約30莫耳%，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約20莫耳%，以及在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約10莫耳%CO。再者，在另一個態樣中，該來自生物反應器Bi 120的氣流Gp可包含大約5莫耳%至100莫耳%CO2 ，在又另一個態樣中，大約5莫耳%至90莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至80莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至70莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至60莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至50莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至40莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至30莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至20莫耳%CO2 ，以及在另一個態樣中，5莫耳%至10莫耳%CO2 。
如圖1所示，該系統可包括一適用於使用一產乙酸菌Mx來發酵一氣態基質的生物反應器Bx 110。氣態基質Gx以氣體管線187被提供至生物反應器Bx 110中。在此態樣中，來自生物反應器Bi 120的氣流Gp 184可直接提供至生物反應器Bx 110中。在另一個態樣中，該系統可包括氣體補充管線112來提供額外的氣態基質，其與氣流Gp 184混合來提供氣流Gx 187，而輸送至生物反應器Bx 110中。來自生物反應器Bx 110的排氣可透過排放管線207來排放。兩個生物反應器皆被供給以來自營養物供給槽196的營養物。營養物供給槽196可包括多個次單元來將相同或不同的營養物供給至各個生物反應器中。
此外，該系統亦可包括一將生物反應器Bx 110連接至生物反應器Bi 120的流體管線182，以將來自生物反應器Bx 110的一或多種酸化合物輸送至生物反應器Bi 120中。由生物反應器Bx 110所產生的一或多種酸化合物包括C1至C10有機酸。C1至C10有機酸的實例包括乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、戊酸(纈草酸)、己酸、庚酸、癸酸，以及它們的組合。在一個態樣中，來自生物反應器Bx 110且輸送至生物反應器Bi 120的酸化合物能有效提升在生物反應器Bi 120中的醇類生成。在該有機酸是乙酸的態樣中，氣態基質Gi 186被提供至生物反應器Bi 120中以將生物反應器Bi 120中的乙酸濃度維持在大約5g/L以下。當氣態基質Gi被提供來降低乙酸濃度，丁酸濃度亦會被降低。因此，乙酸被用來作為一個指標以將生物反應器Bi中的有機酸維持在適量。在另一個態樣中，有機酸進料速度用來將生物反應器Bi 120中的乙酸濃度保持在大約5g/L以下。
如圖1進一步所示，細胞滲透物管線192設置來將滲透物輸送至一用來從滲透物中分離出產物190的蒸餾塔188。產物可包括一含有醇類的產物，其包含乙醇、丁醇，以及它們的組合。水(塔底餾出物)可透過回水管線202回到生物反應器Bx 110中和/或透過回水管線203回到生物反應器Bi 120中。
圖2顯示一水回收系統的一較詳細的態樣。在此態樣中，生物反應器Bx 110中所產生的有機酸被輸送通過微過濾314來並且進一步透過流體管線182被提供至生物反應器Bi 120中。至少一部分的細胞可藉由細胞回收管線318從微過濾314回到生物反應器Bx 110中。來自生物反應器Bi 120的培養液透過管線194輸送至微過濾301中。至少一部分的細胞可藉由細胞回收管線317從微過濾301回到生物反應器Bi 120中。在一些選擇性的態樣中，來自管線194的液體可前往超過濾307，而至少一部分的細胞可從超過濾307回到生物反應器Bi 120中。來自超過濾307的液體被輸送至蒸餾進料槽311中，接著至蒸餾塔188中。水(塔底餾出物)可透過回水管線202回到生物反應器Bx 110中和/或透過回水管線203回到生物反應器Bi 120中。
在另一個態樣中，如圖3所示，一方法可包括適用於使用一產乙酸菌Mx來發酵一氣態基質Gx 187的生物反應器Bx 110。除了CO2 之外，該氣態基質Gx 187可包括一氧化碳(CO)與氫氣(H2 )。如圖3所示，氣態基質Gx可從包括二或多個生物反應器Bi-n的生物反應器系統Bi-s供給至生物反應器Bx中。如圖3所示，Bi-n包括兩個生物反應器Bi 120。
氣態基質Gx 187以一或多個氣體管線被提供至生物反應器Bx 110中。在此態樣中，來自生物反應器系統Bi-s的二或多個生物反應器Bi 120之氣流Gp 184可直接提供至生物反應器Bx 110中。在另一個態樣中，該系統可包括氣體補充管線112來提供額外的氣態基質，其與氣流Gp 184混合來提供氣流Gx 187，而輸送至生物反應器Bx 110中。來自生物反應器Bx 110的排氣可透過排放管線207來排放。各個生物反應器可被供給以來自一或多個營養物供給槽196的營養物。營養物供給槽196可包括多個次單元來將相同或不同的營養物供給至各個生物反應器中。
該生物反應器系統Bi-s可包括二或多個適用於使用一產乙酸菌Mi來發酵一氣態基質Gi 186的生物反應器Bi 120。該氣態基質Gi 186可包含一氧化碳(CO)與氫氣(H2 )。在生物反應器系統Bi-s的生物反應器Bi 120中氣態基質Gi 186的發酵導致一或多個氣流Gp 184。氣流Gp 184包含二氧化碳(CO2 )並且可包括一或多種選自於下列所構成之群組中的氣體：一氧化碳(CO)、氫氣(H2 )、甲烷(CH4 )、氮氣(N2 )，以及它們的組合。在此態樣中，該來自生物反應器Bi 120的氣流Gp可包含大約0.5莫耳%至大約50莫耳% CO，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約40莫耳%，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約30莫耳%，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約20莫耳%，以及在另一個態樣中，大約0.5莫耳%至大約10莫耳%CO。再者，在另一個態樣中，該來自生物反應器Bi 120的氣流Gp可包含大約5莫耳%至100莫耳%CO2 ，在又另一個態樣中，大約5莫耳%至90莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至80莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至70莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至60莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至50莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至40莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至30莫耳%CO2 ，在另一個態樣中，5莫耳%至20莫耳%CO2 ，以及在另一個態樣中，5莫耳%至10莫耳%CO2 。在一個態樣中，該氣態基質Gi 186被提供至二或多個生物反應器Bi 120 (統稱作為Bi-n)中以達至一有效產生每小時大約10%以下的培養物體積之表觀氣體速度來發泡。
此外，該系統亦可包括二或多個將生物反應器Bx 110連接至生物反應器系統Bi-s的流體管線182，以將來自生物反應器Bx 110的一或多種酸化合物輸送至生物反應器系統Bi-s中。在此態樣中，生物反應器系統Bi-s可包括二或多個生物反應器Bi 120 (兩個生物反應器Bi 120被顯示出)。由生物反應器Bx 110所產生的一或多種酸化合物包括C1至C10有機酸。C1至C10有機酸的實例包括乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、戊酸(纈草酸)、己酸、庚酸、癸酸，以及它們的組合。在一個態樣中，來自生物反應器Bx 110且輸送至生物反應器系統Bi-s的酸化合物能有效提升在生物反應器系統Bi-s中的醇類生成。
如圖3進一步所示，細胞滲透物管線192設置來將滲透物輸送至一用來分離出產物190的蒸餾塔188。產物可包括一含有醇類的產物，其包含乙醇、丁醇，以及它們的組合。水(塔底餾出物)可透過回水管線202回到生物反應器Bx 110中和/或透過回水管線203回到生物反應器Bi 120中。用於CO 轉換的生物反應器Bi
含有CO的基質：一含有CO的基質(描述為氣態基質Gi 186)可包括任何包含CO的氣體。在此態樣中，一含有CO的氣體可包括合成氣、工業氣體，以及它們的混合物。在一個相關的態樣中，一提供至生物反應器Bi 120中的氣態基質除了CO之外可包括氮氣(N2 )、二氧化碳(CO2 )、甲烷氣(CH4 )、合成氣，以及它們的組合。
合成氣可從任何習知的來源來提供。在一個態樣中，合成氣可來自碳質材料的氣化。氣化涉及生物質在受限的供氧下的部分燃燒。所得到的氣體可包括CO與H2 。在此態樣中，合成氣會含有至少大約10莫耳%CO，在一個態樣中，至少大約20莫耳%，在一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，在另一個態樣中，大約20至大約100莫耳%CO，在另一個態樣中，大約30至大約90莫耳%CO，在另一個態樣中，大約40至大約80莫耳%CO，以及在另一個態樣中，大約50至大約70莫耳%CO。合適的氣化方法與裝置的一些實例提供於美國專利申請案第61/516,667號、第61/516,704號與第61/516,646號(所有案件皆於2011年4月6日提申)中，以及於美國專利申請案第13/427,144號、第13/427,193號與第13/427,247號(所有案件皆於2012年3月22日提申)中，所有案件皆併入本文中以作為參考資料。
在另一個態樣中，該方法適用於支持從氣態基質(諸如含有高量CO的工業氣體)生成醇類。在一些態樣中，一含有CO的氣體是衍生自含碳廢棄物(例如，工業廢氣)或衍生自其他廢棄物的氣化。據此，該方法代表有效捕獲碳的方法，否則會排放至環境中。工業氣體的實例包括在下列期間所產生的氣體：鐵金屬製品製造、非鐵製品製造、石油精煉製程、煤炭的氣化、生物質的氣化、電力生產、碳黑生產、氨生產、甲醇生產、焦炭製造，以及氣體重組。
在另一個態樣中，H2 可從工業廢氣或其他廢棄物的氣化來供給。據此，該方法代表有效捕獲氫的方法，否則會排放至環境中。工業氣體的實例包括在下列期間所產生的氣體：鐵金屬製品製造、非鐵金屬製品製造、石油精煉製程、煤炭的氣化、生物質的氣化、電力生產、碳黑生產、氨生產、甲醇生產，以及焦炭製造。其他的氫氣源可包括，例如，H2 O電解以及生物生成的H2 。
依據含有CO的基質的組成，該含有CO的基質可被直接提供至一發酵方法中，或者可進一步被調整至含有適當之H2 對CO的莫耳比。在一個態樣中，被提供至發酵槽中之含有CO的基質具有大約0.2以上之H2 對CO的莫耳比，在另一個態樣中，大約0.25以上，以及在另一個態樣中，大約0.5以上。在另一個態樣中，被提供至發酵槽中之含有CO的基質可包括大約40莫耳百分比以上的CO與H2 以及大約30莫耳百分比以下的CO，在另一個態樣中，大約50莫耳百分比以上的CO與H2 以及大約35莫耳百分比以下的CO，以及在另一個態樣中，大約80莫耳百分比以上的CO與H2 以及大約20莫耳百分比以下的CO。
在一個態樣中，該含有CO的基質包含CO與H2 。在此態樣中，該含有CO的基質會含有至少大約10莫耳%CO，在一個態樣中，至少大約20莫耳%，在一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，在另一個態樣中，大約20至大約100莫耳%CO，在另一個態樣中，大約30至大約90莫耳%CO，在另一個態樣中，大約40至大約80莫耳%CO，以及在另一個態樣中，大約50至大約70莫耳%CO。
在一個態樣中，一氣體分離器設置來將該氣流的至少一部分大體分離出，其中該部分包含一或多種組分。例如，該氣體分離器可將CO2 從一包含下列組分的氣流中分離出：CO、CO2 、H2 ，其中CO2 可輸送至CO2 儲存器中並且該氣流的剩餘部分(包含CO與H2 )可輸送至一生物反應器中。可使用本技藝中任何習知的氣體分離器。在此態樣中，被提供至該發酵槽中的合成氣會具有大約10莫耳%以下的CO2 ，在另一個態樣中，大約1莫耳%以下的CO2 ，以及在另一個態樣中，大約0.1莫耳%以下的CO2 。
某些氣流可包含高濃度的CO以及低濃度的H2 。在一個態樣中，為了達至較高效率的醇類生產和/或整體碳捕獲，最適化基質流的組成會是所欲的。在另一個態樣中，在該基質流輸送至該生物反應器之前，可提升在該基質流中的H2 濃度。
依據本揭示的具體態樣，可將來自二或多個來源的氣流進行合併和/或混合以生成一所欲的和/或最適化的基質流。例如，可將一包含高濃度CO的氣流(諸如軋鋼廠的排氣)與一包含高濃度H2 的氣流(諸如軋鋼廠煉焦爐的排氣)進行合併。
依據含有CO的氣態基質的組成，在將其導引去發酵之前，對它進行處理以移除任何非所欲的雜質(諸如粉塵粒子)亦會是所欲的。例如，可使用習知方法對該氣態基質進行過濾與淨化。
生物反應器設計與操作：發酵器設計的說明描述於美國專利申請案第13/471,827號與第13/471,858號(這二者皆於2012年5月15日提申)以及美國專利申請案第13/473,167號(2012年5月16日提申)中，所有案件皆併入本文中以作為參考資料。
依據一個態樣，該發酵方法是藉由將培養基添加至反應器容器中來啟始。培養基組成的一些實例描述於美國專利申請案第61/650,098號與第61/650,093號(2012年5月22日提申)以及美國專利案第7,285,402號(2001年7月23日提申)，所有案件皆併入本文中以作為參考資料。可將培養基進行滅菌以移除非所欲的微生物，並且將反應器接種以所欲的微生物。可能不總是需要滅菌。
供用於使用產乙酸菌Mi的生物反應器Bi 120之各種不同培養基組分的濃度如下：
一些產乙酸菌利用CO的能力部分是來自於質子泵或氫泵，亦稱為質子轉位ATP酶。質子轉位ATP酶與鈉轉位ATP酶這兩者皆描述於Muller, “Energy Conservation in Acetogenic Bacteria”, Appl. Environ. Microbiol. November 2003, vol. 69, no. 11, pp. 6345-6353中，其併入本文中以作為參考資料。術語質子轉位ATP酶與質子依賴型ATP酶可交替使用，而術語鈉轉位ATP酶與鈉依賴型ATP酶可交替使用。因此，在一個態樣中，該方法包括在一發酵生物反應器中使用一包含一質子轉位ATP酶的產乙酸菌Mi來進行發酵。可用的產乙酸菌Mi之實例包括梭菌屬(genusClostridium )中的產乙酸菌，諸如：楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii )的菌株，包括在WO 2000/68407、EP 117309、美國專利案第5,173,429號、第5,593,886號與第6,368,819號、WO 1998/00558以及WO 2002/08438中所描述者；自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum )的菌株(德國DSMZ的DSM 10061與DSM 19630)，包括在WO 2007/117157與WO 2009/151342中所揭示者；拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei )(P11, ATCC BAA-622)與巴奇嗜鹼菌(Alkalibaculum bacchi )(CP11, ATCC BAA-1772)，包括在美國專利案第7,704,723號與“Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas”, Hasan Atiyeh, presented in Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, April 29, 2010中所描述者；以及食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans )(ATCC PTA7827)，描述於在美國專利申請案第2007/0276447號中。其他合適的微生物包括穆爾氏菌屬(genusMoorella )的微生物(包括穆爾氏菌屬HUC22-1)，以及羧基嗜熱菌屬(genusCarboxydothermus )的微生物。所有這些資料皆併入本文作為參考。可使用二或多種微生物的混合培養物。
可用的產乙酸菌Mi的額外實例包括凱伍產醋菌(Acetogenium kivuii )、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae )、伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii )、巴奇嗜鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta )、食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum )、地下嗜熱厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous )、太平洋地下嗜熱厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus )、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans )、醋酸梭菌(Clostridium aceticum )、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum )、丙酮丁醇梭菌P262(Clostridium acetobutylicum P262)(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum )(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌P7(Clostridium carboxidivorans P7)(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskatii )(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei )、楊氏梭菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC)(ATCC 49587) 楊氏梭菌ERI2(ATCC 55380)、楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)、楊氏梭菌O-52(ATCC 55889)、大梭菌(Clostridium magnum )、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum )(德國DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌P11(Clostridium ragsdalei P11)(ATCC BAA622)、糞味梭菌(Clostridium scatologenes )、熱醋酸梭菌(Clostridium thermoaceticum )、烏爾蒂納梭菌(Clostridium ultunense )、庫氏脫硫腸狀菌(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 )、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoacetica )、熱自養穆爾氏菌(Moorella thermoautotrophica )、普氏產醋菌(Oxobacter pfennigii )、產生消化鏈球菌(Peptostreptococcus productus )、產生瘤胃球菌(Ruminococcus productus )、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui )、斯氏梭菌(Clostridium Stick-landii )，以及它們的混合物。
最好應在讓所欲的發酵(例如CO-至-乙酸)進行的適當條件下來進行發酵。要考慮的反應條件包括壓力、溫度、氣體流速、液體流速、培養基pH、培養基還原電位、攪拌速率(若使用攪拌槽反應器)、接種源位準、確保液相中的CO不會成為限制之最大氣態基質濃度，以及避免產物抑制的最大產物濃度。
啟始：當接種時，建立有效供應微生物的初始族群之初始進料氣體供應速率。分析排出氣體來決定排出氣體量。氣體分析的結果用來控制進料氣體速率。在此態樣中，該方法提供大約0.2至大約0.9之CO估算量(毫莫耳)對初始細胞密度(公克/公升)的比值，在另一個態樣中，大約0.5至大約0.9，在另一個態樣中，大約0.6至大約0.8，在另一個態樣中，大約0.5至大約0.7，在另一個態樣中，大約0.2至大約0.5，以及在另一個態樣中，大約0.5至大約0.6。
在另一個態樣中，一發酵方法包括提供合成氣至一發酵培養基中，該合成氣的數量有效於提供大約0.05mM至大約0.10mM之發酵培養液中的初始CO估算濃度，在另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.50mM，在另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.35mM，在另一個態樣中，大約0.20mM至大約0.30mM，以及在另一個態樣中，大約0.23mM至大約0.27mM。溶解的CO是使用亨利定律以及反應器的kLa來估算。該方法有效地提升細胞密度(相較於初始細胞密度)。
如本文所使用的，目標細胞濃度意指大約至大約2.0公克/公升或以上的細胞密度，在另一個態樣中，大約2至大約30公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約25公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約20公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約10公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約8公克/公升，在另一個態樣中，大約3至大約30公克/公升，在另一個態樣中，大約3至大約6公克/公升，以及在另一個態樣中，大約4至大約5公克/公升。
後-啟始：當達至所欲的位準，從反應器中取出液相與細胞物質並重新添加培養基。在後-啟始中，細胞密度將維持固定位準。用於CO2 轉換的生物反應器Bx
含有CO2 的基質：在一個態樣中，該方法包括提供一含有CO2 的氣態基質(描述為氣態基質Gx 187)至一生物反應器中。一含有CO2 的基質可包括任何含有CO2 的氣體。在此態樣中，一含有CO2 的氣體可包括工業氣體、發酵槽氣流(包括，例如，發酵槽排氣)，以及它們的混合物。在一個相關的態樣中，該含有CO2 的基質可包括氫氣，或者它可與一氫氣源進行混合，以提供所欲的位準以及H2 對CO2 的比例。
工業氣體：在一個態樣中，該方法包括提供一含有CO2 的氣態基質至一生物反應器中，其中該含有CO2 的氣態基質是來自於工業氣體。工業氣體的一些實例包括軋鋼廠氣體、工業氣體以及焚化爐排氣。工業氣體的實例包括在下列期間所產生的氣體：鐵金屬製品製造、非鐵製品製造、石油精煉製程、煤炭的氣化、生物質的氣化、電力生產、碳黑生產、氨生產、甲醇生產以及焦炭製造。氫氣源可包括化石燃料、蒸氣重組、甲烷氧化、煤炭氣化，以及水電解。
依據含有CO2 的氣態基質的組成，在將其導引去發酵之前，對它進行處理以移除任何非所欲的雜質(諸如粉塵粒子)亦會是所欲的。例如，可使用習知方法對該氣態基質進行過濾與淨化。此外，依據含有CO2 的氣態基質的組成，該方法可包括將含有CO2 的基質進行調整來增加或減少CO2 和/或H2 的濃度以落入所欲的範圍內。
發酵槽氣流：在一個態樣中，該方法包括提供一含有CO2 的基質至一生物反應器中，其中該含有CO2 的氣態基質是一發酵槽氣流。發酵槽氣流的一些實例包括合成氣發酵所生成的發酵槽排氣。合成器發酵的一些實例描述於2001年7月23日所提申的美國專利第7,285,402號中，其併入本文作為參考資料。
在一個態樣中，該方法適用於支持從氣態基質(諸如含有高量CO的工業氣體)生成醇類。在一些態樣中，一含有CO的氣體是衍生自含碳廢棄物(例如，工業廢氣)或衍生自其他廢棄物的氣化。含有CO的氣體之發酵會產生CO2 於發酵槽排氣中。據此，該方法代表有效捕獲碳的方法，否則會排放至環境中。在此態樣中，來自於含有CO的氣體之發酵的排氣可包括大約0.5莫耳%至大約50莫耳%CO。
氣流的混合：依據具體的態樣中，可將二或多個來源的氣流進行合併和/或混合以生成一所欲的和/或最適化的基質流。例如，可將一含有高濃度CO2 的氣流(諸如軋鋼廠的排氣)與一含有高濃度H2 的氣流(諸如軋鋼廠煉焦爐的排氣)進行合併。
依據含有CO2 的基質的組成，含有CO2 的基質可被直接提供至一發酵方法中，或者進一步被調整至含有適當之H2 對CO2 的莫耳比。該含有CO2 的基質可包括大約5至大約90莫耳%的CO2 以及大約5至大約90莫耳%的H2 。在一個態樣中，含有CO2 的氣流包括大約5至大約66.6%的CO2 。
在另一個態樣中，該被提供至生物反應器Bx 110中之含有CO2 的基質可包括大約0莫耳%至大約50莫耳%的CO，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%的CO至大約50莫耳%的CO，在另一個態樣中，大約0.5莫耳%的CO至大約5莫耳%的CO，以及在另一個態樣中，大約2莫耳%的CO至大約5莫耳%的CO。
在一個態樣中，該產乙酸菌消耗H2 對CO2 的莫耳比為大約4：1至大約1：2的比例。因此，可使用任何含有H2 與CO2 且被提供至該生物反應器中的基質氣體。然而，最適化位準之提供至該生物反應器中的基質氣體會具有大約4：1至大約1：1之H2 對CO2 的比例，在另一個態樣中，大約2：1，以及在另一個態樣中，大約3.5：1至大約1.5：1。
生物反應器設計與操作：發酵槽設計的說明描述於美國專利申請案第13/471,827號與第13/471,858號(這二者皆於2012年5月15日提申)以及美國專利申請案第13/473,167號(2012年5月16日提申)中，所有案件皆併入本文中以作為參考資料。
最好應在讓所欲的發酵(例如CO2 -至-乙酸)進行的適當條件下來進行發酵。要考慮的反應條件包括壓力、溫度、氣體流速、液體流速、培養基pH、攪拌速率(若使用攪拌槽反應器)、接種源位準，以及避免產物抑制的最大乙酸濃度。在此態樣中，該方法包括在下列範圍中的反應條件： 壓力：大約0至大約500psi，在另一個態樣中大約0至大約200psi； 溫度：大約30℃至大約42℃； 培養基pH：大約4至大約6.9； 攪拌速率：大約100至大約2000rpm； 如本文所述來提供營養物。
產乙酸菌：在一個態樣中，所使用的微生物包括含有鈉泵的產乙酸菌，鈉泵亦可稱為鈉轉位ATP酶(用於膜生物能)。鈉轉位ATP酶描述於Muller, “Energy Conservation in Acetogenic Bacteria”, Appl. Environ. Microbiol. November 2003, vol. 69, no. 11, pp. 6345-6353中，其併入本文中以作為參考資料。包含鈉轉位ATP酶的產乙酸菌需要大約500ppm的NaCl於其生長培養基中來生長。為了測定一產乙酸菌是否包含一鈉-轉位ATP酶，將該產乙酸菌接種至含有大約30至大約50ml的生長培養基與大約0至大約2000ppm的NaCl之血清瓶中。於大約500ppm以上的NaCl濃度下生長表示該產乙酸菌包含一鈉轉位ATP酶。
在此態樣中，合適的產乙酸菌Mx包括醋酸桿菌(Acetobacterium bacteria)、凱伍產醋菌(Acetogenium kivui )、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae )、伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii )、巴奇嗜鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)(ATCC BAA-1772)、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoacetica )、熱自養穆爾氏菌(Moorella thermoautotrophica )、產生瘤胃球菌(Ruminococcus productus )、凱伍產醋菌(Acetogenium kivui )，以及它們的組合。在另一個態樣中，該微生物是伍氏醋酸桿菌。
培養基組成以及培養基進料速率的控制：依據一個態樣，該發酵方法是藉由將合適的培養基添加至反應器容器中來啟始。在反應器容器中所含有的液體可包括任何種類之合適的營養培養基或發酵培養基。該營養培養基會包含有效地使所用的微生物生長之維生素與礦物質。可能不總是需要滅菌。
供用於使用產乙酸菌Mx的生物反應器Bx 110之各種不同培養基組分的濃度如下：
方法操作將pH維持在下列範圍內：大約4至大約6.9，在另一個態樣中，大約5至大約6.5，在另一個態樣中大約5.1至大約6，以及在另一個態樣中，大約5.2至大約6。培養基包含少於大約0.01g/L的酵母萃取物以及少於大約0.01g/L的醣類。
組成亦包含每公升大約40至大約500mmol的鈉離子濃度，在另一個態樣中，每公升大約40至大約250mmol，以及在另一個態樣中，每公升大約50至大約200mmol的鈉離子濃度。在一個態樣中，鈉離子濃度是大約500ppm至大約8000ppm，在另一個態樣中，大約1000ppm至大約7000ppm，在另一個態樣中，大約3000ppm至大約6000ppm，在另一個態樣中，大約2000至大約5000ppm的Na，以及在另一個態樣中，大約3000至大約4000ppm的Na。鈉離子源是由一選自於下列所構成之群組中的化合物來提供：氯化鈉、氫氧化鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸氫鈉，以及它們的混合物。
組成包含一鉬源。在此態樣中，鉬濃度是大約3.97µg/L至大約396.5µg/L，以及在另一個態樣中，大約7.93µg/L至大約198.25µg/L。鉬源包含Na2 MoO4 、CaMoO4 、FeMoO4 ，以及它們的混合物。
組成亦可包含一錯合劑。在此態樣中，當該組成的pH為大約5.2以上時，可包含一錯合劑於該組成中。該錯合劑可包含乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺二乙酸(EDDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)，以及它們的混合物。
該組成物可包含NH4 + 、P、K、Fe、Ni、Co、Se、Zn、W或Mg之源中的一或多者。這些元素的個別來源可如下所述。
NH4 + ：氮可由一選自於下列所構成之群組中的氮源來提供：氫氧化銨、氯化銨、磷酸銨、硫酸銨、硝酸銨，以及它們的混合物。
P：磷可由一選自於下列所構成之群組中的磷源來提供：磷酸、磷酸銨、磷酸鉀，以及它們的混合物。
K：鉀可由一選自於下列所構成之群組中的鉀源來提供：氯化鉀、磷酸鉀、硝酸鉀、硫酸鉀，以及它們的混合物。
Fe：鐵可由一選自於下列所構成之群組中的鐵源來提供：氯化亞鐵、硫酸亞鐵，以及它們的混合物。
Ni：鎳可由一選自於下列所構成之群組中的鎳源來提供：氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳，以及它們的混合物。
Co：鈷可由一選自於下列所構成之群組中的鈷源來提供：氯化鈷、氟化鈷、溴化鈷、碘化鈷，以及它們的混合物。
Se：硒可由一選自於下列所構成之群組中的硒源來提供：Na2 SeO3 、C3 H6 NO2 Se，以及它們的混合物。
Zn：鋅可由ZnSO4 來提供。
W：鎢可由一選自於下列所構成之群組中的鎢源來提供：鎢酸鈉、鎢酸鈣、鎢酸鉀，以及它們的混合物。
Mg：鎂可由一選自於下列所構成之群組中的鎂源來提供：氯化鎂、硫酸鎂、磷酸鎂，以及它們的混合物。
S：組成亦可包含硫。硫可由一選自於下列所構成之群組中的硫源來提供：半胱胺酸、硫化鈉、NaHS、NaH2 S，以及它們的混合物。
啟始：當接種時，建立有效供應微生物的初始族群之初始進料氣體供應速率。分析排出氣體來決定排出氣體量。氣體分析的結果用來控制進料氣體速率。在此態樣中，該方法提供大約每公升0.1公克的最小細胞密度。在另一個態樣中，該方法提供大約0.05至大約1之單位時間的CO2 估算量(mmol/min)對初始細胞密度(公克/公升)的比值，以及在另一個態樣中，大約0.01至大約4。
在一個態樣中，可將營養物添加至培養物中以提升細胞生長速率。合適的營養物可包括酵母萃取物的非-醣類分離部分。
後-啟始：當達至所欲的位準，從反應器中取出液相與細胞物質並重新添加培養基。該發酵方法有效地提升細胞密度(相較於初始細胞密度)。在此態樣中，該方法提供大約2至大約50公克/公升的平均細胞密度，在另一個態樣中，大約2至大約30公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約20公克/公升，在另一個態樣中，大約2至大約10公克/公升，在另一個態樣中，大約5至大約10公克/公升，以及在另一個態樣中，大約2至大約6公克/公升。
有機酸的生產：在另一個態樣中，該方法提供C1至C10有機酸的來源。在此態樣中，該方法可包括獲得酸產物或來自該發酵培養液的產物。在此態樣中，提供大約0.2至大約50公克的有機酸/公升/天/g細胞的比有機酸生產力，在另一個態樣中，大約0.2至大約20公克的有機酸/公升/天/g細胞，在另一個態樣中，大約10至大約50公克的有機酸/公升/天/g細胞，在另一個態樣中，大約14至大約30公克的有機酸/公升/天/g細胞，在另一個態樣中，大約2至大約20公克的有機酸/公升/天/g細胞，以及在另一個態樣中，大約15至大約25公克的有機酸/公升/天/g細胞。在一個態樣中，該有機酸是乙酸或丁酸，或者這兩者的混合物。
CO2 與H2 的轉換：該方法有效地提供大約0.05至大約1.5mmol CO2 /分鐘/公克乾燥細胞之CO2 攝取量，大約0.08至大約1.5mmol H2 /分鐘/公克乾燥細胞的H2 攝取量。該方法有效地提供大約25至大約100%的CO2 轉換，在另一個態樣中，大約50至大約100%的CO2 轉換，以及在另一個態樣中，大約75至大約100%的CO2 轉換。在另一個態樣中，該方法有效地提供大約25至大約100%的H2 轉換，在另一個態樣中，大約50至大約100%的H2 轉換，以及在另一個態樣中，大約75至大約100%的H2 轉換。
圖4顯示伍氏醋酸桿菌所進行的CO2 轉換404與H2 轉換402之圖式。相對於時間的乙酸生成504及其移動平均502以及細胞密度506之示圖顯示於圖5中。 實施例 實施例1：伍氏醋酸桿菌的製備
伍氏醋酸桿菌的初始凍乾顆粒是得自於德國培養物保藏中心DSMZ，菌株ID DSM-1030。起初使用富集培養基(果糖與酵母萃取物)而從凍乾顆粒來恢復成培養物。生長培養基中的果糖濃度75%、50%、10%逐步減低的適應方法用來從血清瓶培養基中移除果糖。生長速率與氣體用量用來作為適應的指標(大約5週)。血清瓶中的初步pH適應作用將所需的pH由7.4減低至6.0(3週)。此時，將培養物擴增並接種至一反應器中。在反應器中使培養物進一步適應為在更低的pH5.2至5.7下生長。 實施例2：針對伍氏醋酸桿菌之CSTR反應器啟始方法
將一含有CO2 與H2 的合成氣與一含有如本文所述的維生素、微量金屬、半胱胺酸(作為硫源)以及鹽類的液態培養基一起持續導入至一含有伍氏醋酸桿菌的攪拌槽生物反應器中。
一含有發酵培養基的New Brunswick Bioflow 310反應器是使用生長活躍的伍氏醋酸桿菌來啟始。將反應器的攪拌速率設定為200rpm。在整個實驗的期間將攪拌速率由200提升至600rpm。將至反應器中的進料氣流由起始49mL/min提升至137mL/min。在整個實驗的期間將生物反應器中的溫度維持在33.5℃。間隔取樣進料至生物反應器中的氣體與來自生物反應器的排氣以及生物反應器中的發酵培養液，例如，分別大約每天、兩小時一次以及四小時一次取樣進料氣體、排氣以及發酵培養液。上述樣品是針對各種不同的氣體組分的消耗或生產、培養液乙酸濃度以及培養物的光學濃度(細胞密度)來進行分析。在整個實驗期間將反應器之無反應的體積維持在1600至1750ml之間。此外，藉由使用一質流控制器來將至反應器中的氣流維持在所需的氣體流速。進料合成氣組成為70% H2 、25% CO2 以及5% N2 。當達到穩定運轉時結束實驗。
在實驗開始之前將一細胞循環系統(CRS)接附至該反應器。在實驗期間，營養物(生長培養基)至該反應器中的流速顯示於表中。在整個實驗期間維持培養基進料速率。用於pH控制的鹼(0.5M NaOH)進料速率為0.14-0.44ml/min，並且透過CRS，5.1–5.4ml/min的滲透物從該反應器中抽出。
在進料氣體中的H2 與CO2 被固定成為細胞物質與乙酸。藉由比較入口氣體組成與排出氣體組成來估算移除的H2 與CO2 。氣體組分攝取量以由細菌所轉換的氣體分子之%來表示。在此實驗中，達成下列轉換；H2 ：40%-54%，CO2 ：28%-70%。在此實驗中乙酸生產速率為5-23g/l/天。
結果彙整於下面： 實施例3：伍氏醋酸桿菌所進行之CO2 、CO與H2 的發酵
將一含有CO2 與H2 的氣體與一含有維生素、微量金屬以及鹽類的慣用液態培養基一起持續導入至一含有伍氏醋酸桿菌的攪拌槽生物反應器中。如實施例2中所述來啟始發酵，接著持續至穩定運轉。在此實施例中，進料氣體包含5莫耳%的CO。
圖6與圖7描繪伍氏醋酸桿菌在5%的CO存在下之生長。圖6顯示相對於時間之細胞密度602與比乙酸生產力604。圖7顯示H2 轉換702、CO轉換704、CO2 轉換706以及細胞密度708。 實施例4：在pH5.2下且沒有螯合劑(EDTA)的生長培養基中伍氏醋酸桿菌培養物的生長與維持
將一含有CO2 與H2 的氣流與一如本文所述的生長培養基一起持續導入至一含有伍氏醋酸桿菌的攪拌槽生物反應器中。
一含有發酵培養基的New Brunswick Bioflow 115反應器是使用生長活躍的伍氏醋酸桿菌(AW)來啟始。將反應器的攪拌速率設定為600rpm。在整個實驗的期間將攪拌速率維持不變。將至反應器中的進料氣流維持在36.6mL/min至44.4mL/min。在整個實驗的期間將生物反應器中的溫度維持在33℃。將Na+ 位準維持在3500至4000ppm。間隔取樣進料至生物反應器中的氣體與來自生物反應器的排氣以及生物反應器中的發酵培養液，例如，分別大約每天、兩小時一次以及四小時一次取樣進料氣體、排氣以及發酵培養液。上述樣品是針對各種不同的氣體組分的消耗或生產、培養液乙酸濃度以及培養物的光學濃度(細胞密度)來進行分析。在整個實驗期間將反應器之無反應的體積維持在1900至2275ml之間。此外，使用一質流控制器來將至反應器中的氣流維持在所需的氣體流速。此實驗的進料合成氣組成為70% H2 、25% CO2 以及5% N2 。
在實驗開始之前將一細胞循環系統(CRS)接附至該反應器。在實驗期間，將營養物(生長培養基)至該反應器中的流速維持在2.8ml/min。在整個實驗期間維持培養基進料速率。將pH維持在5.2所需的鹼(NaOH)的平均速率為0.075ml/min，並且透過CRS，2.9ml/min的滲透物從該反應器中抽出。
在進料氣體中的H2 與CO2 被固定成為細胞物質與乙酸。藉由比較入口氣體組成與排出氣體組成來估算移除的H2 與CO2 。氣體組分攝取量可以由細菌所轉換的氣體分子之%來表示。
下列轉換被達成： H2 ：28%至54% CO2 ：40%至59% 乙酸生產速率為0.7949(g/L/天) 培養物的平均細胞密度為1.9g/L CO2 轉換802、H2 轉換804以及細胞密度806顯示於圖8中。 實施例5：使用EDDA於生長培養基中
如實施例2中所述來啟始發酵並且包括使用乙二胺二乙酸(EDDA)作為一螯合(錯合)劑。由於在AW培養基中所使用的一些金屬之溶解度會隨著pH增加而降低，使用螯合劑來將金屬維持在溶液中。若反應器培養液的pH高於pH5.2，使用螯合劑來提供足量的營養物至AW中。圖9顯示實驗的代表性96小時之期間，其說明維持細胞密度902同時提升乙酸濃度904的能力。 實施例6：鉬的移除與重新添加對於細胞代謝的影響
如實施例2中所述來啟始發酵，接著持續至穩定運轉。將鉬從培養基中移除，接著在乙酸生產力降至其初始濃度的75%之後將鉬重新添加至生長培養基中。
圖10顯示乙酸生產力903對其培養基流速905作圖，其中紅線表示將鉬移除與重新添加至生長培養基中。隨著在大約795累積小時進行鉬移除，在大約810累積小時開始，觀察到HAc的下降趨勢。此下降趨勢減低、達到平穩，接著反轉為上升趨勢，與在大約900小時之時將鉬重新添加至培養基中對應。
圖11顯示細胞密度906與氣體流速(GFR)901對時間作圖，其中紅線表示將鉬移除與重新添加至生長培養基中。相較於在大約795累積小時進行鉬移除之前，在大約840累積小時開始，所需的GFR較低。此下降趨勢反轉為上升趨勢，與在大約900小時之時鉬回到培養基中對應。所需的氣體流速是藉由培養物的CO2 與H2 轉換來決定。 實施例7：一種用於使用楊氏梭菌來轉換CO的連續法
將含有CO和/或CO2 /H2 的合成氣或廢氣與一含有如本文所述的維生素、微量金屬以及鹽類的發酵培養基一起持續導入至一含有一楊氏梭菌菌株的攪拌槽生物反應器中。
將含有一合適培養基的New Brunswick BioFlow 310反應器接種以0.38g/l之生長活躍的楊氏梭菌。在接種前，將反應器的攪拌速率設定為800rpm，將至反應器中的氣流調整為20ml/min，並且將一細胞循環系統接附至該反應器。每1至4小時的間隔從反應器中所收取的氣體與液體樣品是針對各種不同的氣體組分的消耗或生產、培養液乙酸濃度、培養液乙醇濃度以及培養物的光學密度來進行分析。此外，每日量測進料氣體的組成並且藉由使用一質流控制器來將至反應器中的氣流維持在所需的氣體流速。當H2 轉換達至32%，至反應器的培養基流以1ml/min來啟始並且抽出0.95ml/min的滲透物。至反應器的合成氣流是基於培養物的H2 轉換來提升：當H2 轉換為32%以上，將氣流提升10%。在反應器接種後，細胞質量隨著時間增加並且在72小時內達至3g/l細胞質量。此時培養物生成超過18g/l的乙醇。使用一液體層析來量測培養液乙醇與乙酸濃度。使用一氣相層析來量測合成氣的組分。使用中和劑(諸如NH4 OH)來將培養物的pH維持在大約4.5。藉由調整滲透物抽出速率來將細胞密度維持在大約3g/L。調整反應器而使得滲透物的抽出速率反過來控制從反應器中去除細胞的速率。操作壓力為大氣壓力。
當接種後細菌發酵歷時數小時，CO2 由CO轉換而生成，而H2 隨著CO而消耗。接著將生產方法與細菌發酵槽系統維持在生成15至35g/L乙醇與0至5g/L乙酸鹽作為產物的穩定態，僅偶爾進行少量調整以將乙酸濃度維持在上述範圍並且將細胞密度維持在大約3g/L。
此持續發酵方法允許在穩定運轉條件下持續生成並維持高乙醇濃度且具有低副產物乙酸鹽濃度，以增強標的細菌在工業規模上生產乙醇的應用。 實施例8：乙酸添加對楊氏梭菌的影響
如實施例7中所述來進行使用楊氏梭菌的發酵。
各個試驗在反應器培養液中存在5g/L NaCl以及下列含量的乙酸下進行歷時72小時。 對照組–無添加 試驗1–2g/L乙酸 試驗2–4g/L乙酸 試驗3–6g/L乙酸
添加乙酸至培養基中對於比乙醇生產力有影響。當乙酸濃度提升，乙醇生成亦對應提升。無論培養基中的濃度為何，乙酸生產力皆無明顯改變。所有外源添加的酸似乎皆被培養物轉換為乙醇。當相較於對照組，外源添加酸於培養基中在比CO攝取量上有顯著的提升，最高濃度達至大約0.750mmol/min/g細胞之最高程度的攝取量。此時對照組平均有大約0.500mmol/min/g細胞。乙酸濃度亦會提升氫攝取量。在穩定態的比生產力(g/L/天/g細胞)如下。
圖12顯示在各種不同乙酸濃度下楊氏梭菌的比氣體攝取量。 實施例9：使用楊氏梭菌與伍氏醋酸桿菌的兩階段反應器
如圖1所示來配置一兩階段反應器。該兩階段反應器包括一攪拌槽生物反應器Bi 120以及攪拌槽生物反應器Bx 110。各個反應器含有液態培養基，其含有如本文所述的維生素、微量金屬、半胱胺酸(作為硫源)以及鹽類。生物反應器Bi 120是使用生長活躍的楊氏梭菌來啟始，而生物反應器Bx 110是使用生長活躍的伍氏醋酸桿菌來啟始。
在生物反應器Bx 110中，0.5M NaOH用來作為將pH維持在大約6.0的試劑。每小時每公克細胞的NaOH使用量約為0.21。
將一含有55% H2 、12% N2 、33% CO的氣態基質Gi 186導入至生物反應器Bi 120中。透過氣流連接管184將一來自生物反應器Bi 120的氣態排出流(Gp)提供至生物反應器Bx 110中。
在該系統中的水是呈“封閉的”配置並且透過滲透物/乙醇導管192從生物反應器120輸送至蒸餾塔188。水(塔底餾出物)可透過回水管線202回到生物反應器Bx 110中。來自生物反應器Bx 110的乙酸可透過滲透物乙酸管線182輸送至生物反應器Bi 120中。
從水迴路封閉開始發酵進行歷時大約120小時。該系統在前58小時的期間達到平衡並且在後62小時的期間收集數據。大約每四小時分析兩個反應器的進入氣流186(Gi)與187(Gx)以及排出氣流184(Gp)與207(生物反應器Bx 110排氣流)。分析是使用氣相層析來進行。數據是以%組成來表示。大約每四小時使用液相層析(LC)來進行乙醇、乙酸以及丁醇的產物分析。大約每4小時監控兩個反應器的細胞濃度。
平均%組成以及氣體流速如下：
使用質流控制器(MFC)來維持進入生物反應器Bi 120與Bx 110的氣態進料速度。使用滴定管來量測生物反應器Bx 110與Bi 120的排出氣體流速。使用生物反應器Bx 110的進入與排出氣流之N2 組成比例來估算至生物反應器Bx 110的氣體流速。
在此實驗中離開生物反應器Bi 120的氣體中只有一部分進料至生物反應器Bx 110中。在一個例子中，生物反應器Bi 120有51%的排出氣體進料至生物反應器Bx 110中。在另一個例子中，生物反應器Bi 120有60%的排出氣體進料至生物反應器Bx 110中。乙醇生產力如下。
兩個反應器系統的比乙醇生產力數值是使用生物反應器Bi 120的生產力來估算。在此實驗中伍氏醋酸桿菌生成零至可忽略量的乙醇。在此表中所使用的楊氏梭菌比乙醇生產力(當沒有與生物反應器110組合)是在兩個反應器連結之前進行量測。若來自生物反應器Bi 120的100%排氣供應至生物反應器Bx 110，預計的是比乙醇生產力為24.4g/L/g梭菌細胞/天。
該系統的平均碳捕獲如下。
CO2 是透過水煤氣轉化反應在生物反應器120中生成。
圖13顯示當與生物反應器120連接後生物反應器110中的CO使用量1207與CO2 使用量1206。轉換是使用排出氣體/進入氣體的莫耳%來估算。 實施例10：使用楊氏梭菌與伍氏醋酸桿菌的兩階段反應器
如圖1所示來配置一兩階段反應器。該兩階段反應器包括一攪拌槽生物反應器120 (Bi)以及攪拌槽生物反應器110 (Bx)。各個反應器含有液態培養基，其含有如本文所述的維生素、微量金屬、半胱胺酸(作為硫源)以及鹽類。生物反應器120 (Bi)是使用生長活躍的楊氏梭菌來啟始，而生物反應器110 (Bx)是使用生長活躍的伍氏醋酸桿菌來啟始。
在生物反應器Bx 110中，0.5M NaOH用來作為將pH維持在大約5.55的試劑。每小時每公克細胞的NaOH使用量約為0.13ml/min。
將一含有56% H2 、11% CH4 、33% CO的氣態基質186 (Gi)導入至生物反應器Bi 120中。透過氣流連接管184將一來自生物反應器Bi 120的氣態排出流(Gp)提供至生物反應器Bx 110中。
在該系統中的水是呈“封閉的”配置並且透過滲透物/乙醇導管192從生物反應器Bi 120輸送至蒸餾塔188。水(塔底餾出物)可透過回水管線202回到生物反應器Bx 110中。來自生物反應器Bx 110的乙酸可透過滲透物乙酸管線182輸送至生物反應器Bi 120中。
從水迴路封閉開始發酵進行歷時大約96小時。該系統在前48小時的期間達到平衡並且在後48小時的期間收集數據。大約每四小時分析兩個反應器的進入氣流186(Gi)與187(Gx)以及排出氣流184(Gp)與207(排氣流)。分析是使用氣相層析來進行。數據是以%組成來表示。大約每四小時使用GC來進行乙醇、乙酸以及丁醇的產物分析。大約每4小時監控兩個反應器的細胞濃度。
平均%組成以及氣體流速如下：
使用質流控制器(MFC)來維持進入生物反應器Bi 120與Bx 110的氣態進料速度。使用滴定管來量測生物反應器Bx 110與Bi 120的排出氣體流速。使用生物反應器Bx 110的進入與排出氣流之CH4 組成比例來估算至生物反應器Bx 110的氣體流速。
在此實驗中離開生物反應器Bi 120的氣體中只有一部分進料至生物反應器Bx 110中。進料至生物反應器Bx 110的氣體為生物反應器Bi 120的總排出氣體中的22.5%。
乙醇生產力如下。
兩個反應器系統的比乙醇生產力數值是使用生物反應器Bi 120的生產力來估算。在此實驗中伍氏醋酸桿菌生成零至可忽略量的乙醇。在此表中所示的楊氏梭菌比生產力(當沒有與生物反應器110組合)是在兩個反應器連結之前進行量測。若來自生物反應器Bi 120的100%排氣供應至生物反應器Bx 110，預計的是該系統的比乙醇生產力為36.4g/L/g梭菌細胞/天。
丁醇生產力如下。
丁酸是由伍氏醋酸桿菌生成。此實驗顯示楊氏梭菌具有能力將丁酸轉換為丁醇。若來自生物反應器Bi 120的100%排氣供應至生物反應器Bx 110，預計的是比丁醇生產力為8.2g/L/g梭菌細胞/天。
該系統的平均碳捕獲如下。
CO2 是透過水煤氣轉化反應在生物反應器Bi 120中生成。
雖然本揭示已藉由特定具體例、實施例及其應用來描述，熟習此技藝者可進行許多的修飾與變化而沒有背離在申請專利範圍中所揭示的範疇。
110:生物反應器Bx 112:氣體補充管線 120:生物反應器Bi 182:流體管線/滲透物乙酸管線 184:氣流Gp/氣流連接管/排出氣流Gp 186:氣態基質Gi/進入氣流Gi 187:氣體管線/氣流Gx/氣態基質Gx/進入氣流Gx 188:蒸餾塔 190:產物 192:細胞滲透物管線/滲透物/乙醇導管 194:管線 196:營養物供給槽 202、203:回水管線 207:排放管線/排出氣流 301、314:微過濾 307:超過濾 311:蒸餾進料槽 317、318:細胞回收管線 402、702、804:H2轉換 404、706、802:CO2轉換 502:移動平均 504:乙酸生成 506、602、708、806、902、906:細胞密度 604:比乙酸生產力 704:CO轉換 901:氣體流速 903:乙酸生產力 904:乙酸濃度 905:培養基流速 1206:CO2使用量 1207:CO使用量
因此，可詳細理解本揭示的上述特徵之方式為，可藉由參考具體例(其中一些顯示於隨文檢附的圖式中)來獲知上面所概述之本揭示的更具體的說明。然而，要注意的是，由於本揭示可允許其他等效的具體例，隨文檢附的圖式僅例示說明本揭示之代表性具體例，因而不被視為對其範疇之限制。
圖1顯示一使用兩個生物反應器且用於從一發酵方法來生產一或多種含氧碳氫化化合物的系統之示意圖。
圖2顯示一水回收系統的示意圖。
圖3顯示一使用多個生物反應器且用於從一發酵方法來生產一或多種含氧碳氫化化合物的系統之示意圖。
圖4顯示在一生物反應器中的伍氏醋酸桿菌所進行的CO2 轉換與H2 轉換之圖式。
圖5顯示伍氏醋酸桿菌所進行的乙酸生成。
圖6顯示比乙酸生產力。
圖7顯示伍氏醋酸桿菌所使用的CO、CO2 以及H2 。
圖8顯示在pH5.2下且沒有螯合劑(EDTA)的生長培養基中伍氏醋酸桿菌的CO2 轉換、H2 轉換與細胞密度。
圖9描繪在生長培養基中使用乙二胺二乙酸(EDDA)作為一螯合(錯合)劑下伍氏醋酸桿菌的生長。
圖10顯示鉬對於伍氏醋酸桿菌所進行的乙酸生成之影響。
圖11顯示鉬對於伍氏醋酸桿菌的氣體流速需求與細胞密度之影響。
圖12顯示在各種不同乙酸濃度下楊氏梭菌的比氣體攝取量。
圖13顯示在一使用楊氏梭菌與伍氏醋酸桿菌的兩階段生物反應器系統中CO與CO2 使用量。
(無)

Claims (36)

  1. 一種用於一氧化碳及二氧化碳之生物轉換的方法，其包含：提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2並且含有5至90莫耳%的CO2；提供產乙酸菌Mx至該生物反應器Bx中，其中該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的；透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中；在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸，其中該發酵培養液包含少於每公升0.01公克的酵母萃取物、少於每公升0.01公克的醣類，其中該等鈉離子是以290至8750μg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供，以及其中該發酵培養液被維持在4至6.9之範圍內的pH；提供該一或多種有機酸的至少一部分至一生物反應器Bi中；提供一氣態基質Gi至該生物反應器Bi中，該氣態基質Gi包含CO並且含有5至90莫耳%的CO；提供產乙酸菌Mi至該生物反應器Bi中，其中該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器Bi的發酵期間是活化的；以及 在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器Bi中的該氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2的氣流Gp。
  2. 如請求項1的方法，其中該氣態基質Gx包含該氣流Gp的至少一部分。
  3. 如請求項1的方法，其中一包含一或多種有機酸的額外流被提供至該生物反應器Bi中。
  4. 如請求項1的方法，其中該氣態基質Gx包含H2。
  5. 如請求項1的方法，其中該氣態基質Gx與氣態基質Gi是選自於下列所構成之群組：工業氣體、發酵槽氣流，以及它們的混合物。
  6. 如請求項1的方法，其中該產乙酸菌Mx是選自於下列所構成之群組：醋酸桿菌(Acetobacterium bacteria)、凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii)、巴奇嗜鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)(ATCC BAA-1772)、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoacetica)、熱自養穆爾氏菌(Moorella thermoautotrophica)、產生瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)，以及它們的組合。
  7. 如請求項6的方法，其中該產乙酸菌Mx是伍氏醋酸桿菌。
  8. 如請求項1的方法，其中該鈉離子源是由一選自於下列所構成之群組中的化合物來提供：氯化鈉、氫氧化鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸氫鈉，以及它們的混合物。
  9. 請求項1的方法，其中該有機酸是一或多種C1至C10有機酸。
  10. 如請求項9的方法，其中該有機酸是乙酸。
  11. 如請求項1的方法，其中該產乙酸菌Mi是選自於下列所構成之群組：梭菌(Clostridium bacteria)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌P262(Clostridium acetobutylicum P262)(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ的DSM 10061)、自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ的DSM 23693)、自產乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌P7(Clostridium carboxidivorans P7)(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskatii)(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei)、楊氏梭菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC)(ATCC 49587)、楊氏梭菌ER12(Clostridium ljungdahlii ER12)(ATCC 55380)、 楊氏梭菌C-01(Clostridium ljungdahlii C-01)(ATCC 55988)、楊氏梭菌O-52(Clostridium ljungdahlii O-52)(ATCC 55889)、大梭菌(Clostridium magnum)、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌P11(Clostridium ragsdalei P11)(ATCC BAA-622)、糞味梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋酸梭菌(Clostridium thermoaceticum)、烏爾蒂納梭菌(Clostridium ultunense)、產乙酸菌(acetogenic bacteria)、醋酸桿菌(Acetobacterium bacteria)、凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii)、巴奇嗜鹼菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11)(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下嗜熱厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下嗜熱厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、庫氏脫硫腸狀菌(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)、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoacetica)、熱自養穆爾氏菌(Moorella thermoautotrophica)、普氏產醋 菌(Oxobacter pfennigii)、產生消化鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)、斯氏梭菌(Clostridium Stick-landii)，以及它們的組合。
  12. 如請求項11的方法，其中該產乙酸菌Mi是楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)。
  13. 一種用於一氧化碳及二氧化碳之生物轉換的方法，其包含：提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2與H2並且含有5至90莫耳%的CO2；提供產乙酸菌Mx至該生物反應器Bx中，其中該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的；透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中；在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸，其中該發酵培養液包含少於每公升0.01公克的酵母萃取物、少於每公升0.01公克的醣類，且其中該等鈉離子是以290至8750μg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供，以及其中該發酵培養液被維持在4至6.9之範圍內的pH；提供該一或多種有機酸的至少一部分至一生物反應 器Bi中；提供一氣態基質Gi至該生物反應器Bi中，該氣態基質Gi包含CO並且含有5至90莫耳%的CO；提供產乙酸菌Mi至該生物反應器Bi中，其中該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器Bi的發酵期間是活化的；以及在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器Bi中的該氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2的氣流Gp。
  14. 如請求項13的方法，其中該氣態基質Gx包含該氣流Gp的至少一部分。
  15. 如請求項13的方法，其中一包含一或多種有機酸的額外流被提供至該生物反應器Bi中。
  16. 如請求項13的方法，其中該氣態基質Gx與氣態基質Gi是選自於下列所構成之群組：工業氣體、發酵槽氣流，以及它們的混合物。
  17. 如請求項13的方法，其中該產乙酸菌Mx是選自於下列所構成之群組：醋酸桿菌、凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴奇嗜鹼菌CP11(ATCC BAA-1772)、熱醋穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、產生瘤胃球菌、凱伍產醋菌，以及它們的組合。
  18. 如請求項17的方法，其中該產乙酸菌Mx是伍氏醋酸桿菌。
  19. 如請求項13的方法，其中該鈉離子源是由 一選自於下列所構成之群組中的化合物來提供：氯化鈉、氫氧化鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸氫鈉，以及它們的混合物。
  20. 如請求項13的方法，其中該有機酸是一或多種C1至C10有機酸。
  21. 如請求項20的方法，其中該有機酸是乙酸。
  22. 如請求項13的方法，其中該產乙酸菌Mi是選自於下列所構成之群組：梭菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌、楊氏梭菌PETC(ATCC 49587)、楊氏梭菌ER12(ATCC 55380)、楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)、楊氏梭菌O-52(ATCC 55889)、大梭菌、巴氏梭菌(德國DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌P11(ATCC BAA-622)、糞味梭菌、熱醋酸梭菌、烏爾蒂納梭菌、產乙酸菌、醋酸桿菌、凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴奇嗜鹼菌CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌、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、庫氏脫硫腸狀菌、黏液真桿菌、硫還原地桿菌、乙酸甲烷八 疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、熱醋穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、普氏產醋菌、產生消化鏈球菌、產生瘤胃球菌、凱伍嗜熱厭氧菌，以及它們的組合。
  23. 如請求項22的方法，其中該產乙酸菌Mi是楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)。
  24. 一種用於一氧化碳及二氧化碳之生物轉換的方法，其包含：提供一氣態基質Gx至一生物反應器Bx中，該氣態基質Gx包含CO2並且含有5至90莫耳%的CO2；提供產乙酸菌Mx至該生物反應器Bx中，其中該產乙酸菌Mx包含一鈉轉位ATP酶，其在該生物反應器Bx的發酵期間是活化的；透過一或多種鈉離子源來提供鈉離子至該生物反應器Bx中；在一含有該產乙酸菌Mx與該一或多種鈉離子源的發酵培養液中以該產乙酸菌Mx來發酵該氣態基質Gx，以產生一或多種有機酸，其中該發酵培養液包含少於每公升0.01公克的酵母萃取物、少於每公升0.01公克的醣類，且其中該等鈉離子是以290至8750μg/公克細胞/分鐘的鈉進料速率來提供，以及其中該發酵培養液被維持在4至6.9之範圍內的pH；提供該一或多種有機酸的至少一部分至一生物反應器系統Bi-s中；提供一氣態基質Gi至該生物反應器系統Bi-s中，該氣 態基質Gi包含CO並且含有5至90莫耳%的CO；提供產乙酸菌Mi至該生物反應器系統Bi-s中，其中該產乙酸菌Mi包含一質子轉位ATP酶，其在該生物反應器系統Bi-s的發酵期間是活化的；以及在一含有該產乙酸菌Mi的發酵培養液中以該產乙酸菌Mi來發酵在該生物反應器系統Bi-s中的該氣態基質Gi，以產生一包含一或多種醇類的液流以及一包含CO2的氣流Gp。
  25. 如請求項24的方法，其中該生物反應器系統Bi-s包含二或多個生物反應器Bi-n。
  26. 如請求項24的方法，其中該氣態基質Gi被提供至該等二或多個生物反應器Bi-n中以達至一表觀氣體速度，該表觀氣體速度有效用於每小時產生10%或以下的培養物體積來發泡。
  27. 如請求項24的方法，其中該氣態基質Gx包含該氣流Gp的至少一部分。
  28. 如請求項24的方法，其中該氣態基質Gx包含H2。
  29. 如請求項24的方法，其中該氣態基質Gx與氣態基質Gi是選自於下列所構成之群組：工業氣體、發酵槽氣流，以及它們的混合物。
  30. 如請求項24的方法，其中該產乙酸菌Mx是選自於下列所構成之群組：醋酸桿菌、凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴奇嗜鹼菌CP11(ATCC BAA-1772)、熱醋穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、產生瘤胃球菌、凱伍產醋菌，以及它們的組合。
  31. 如請求項30的方法，其中該產乙酸菌Mx是伍氏醋酸桿菌。
  32. 如請求項24的方法，其中該鈉離子源是由一選自於下列所構成之群組中的化合物來提供：氯化鈉、氫氧化鈉、磷酸鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸氫鈉，以及它們的混合物。
  33. 如請求項24的方法，其中該有機酸是一或多種C1至C10有機酸。
  34. 如請求項33的方法，其中該有機酸是乙酸。
  35. 如請求項24的方法，其中該產乙酸菌Mi是選自於下列所構成之群組：梭菌、醋酸梭菌、丙酮丁醇梭菌、丙酮丁醇梭菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 19630)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自產乙醇梭菌(德國DSMZ的DSM 24138)、食一氧化碳梭菌P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(ATCC PTA-10522)、德雷克氏梭菌、楊氏梭菌PETC(ATCC 49587)、楊氏梭菌ER12(ATCC 55380)、楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)、楊氏梭菌O-52(ATCC 55889)、大梭菌、巴氏梭菌(德國DSMZ的DSM 525)、拉氏梭菌P11(ATCC BAA-622)、糞味梭菌、熱醋酸梭菌、 烏爾蒂納梭菌、產乙酸菌、醋酸桿菌、凱伍產醋菌、潮濕厭氧醋菌、伍氏醋酸桿菌、巴奇嗜鹼菌CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌、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、庫氏脫硫腸狀菌、黏液真桿菌、硫還原地桿菌、乙酸甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、熱醋穆爾氏菌、熱自養穆爾氏菌、普氏產醋菌、產生消化鏈球菌、產生瘤胃球菌、凱伍嗜熱厭氧菌，以及它們的組合。
  36. 如請求項35的方法，其中該產乙酸菌Mi是楊氏梭菌C-01(ATCC 55988)。
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期刊 Braun and Gottschalk, "Effect of Molecular Hydrogen and Carbon Dioxide on Chemo-Organotrophic Growth of Acetobacterium woodii and Clostridium aceticum", Arch Microbiol, 1981, 128, pp 294-298.

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