[發(fā)明專利]一種用于控制丁二醇生產(chǎn)的發(fā)酵方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280026205.6
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103582703A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·D·辛普森;C·科利特;C·D·米哈爾西;J·J·科諾利;G·W·沃特斯
• 申請（專利權(quán)）人: 新西蘭郎澤科技公司
• 主分類號: C12P7/16
• 分類號: C12P7/16;C12P7/18
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 蔡倫;張廣育

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年3月31日提交的序號為61/470,172的美國申請的優(yōu)先權(quán)，該美國申請以引用的方式全文納入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過微生物發(fā)酵含一氧化碳或含一氧化碳和氫氣的底物生產(chǎn)2,3-丁二醇。

背景技術(shù)

用于運輸?shù)纳锶剂鲜怯形Φ钠吞娲罚⑶易鳛榈蜐舛葥胶臀镅杆龠M(jìn)入燃料市場。源自天然植物來源的生物燃料比源自化石來源的那些（例如汽油）在環(huán)境方面更加可持續(xù)，它們的使用使因燃料燃燒而釋放到大氣中的所謂化石二氧化碳（CO₂）氣體的水平下降。此外，生物燃料可在許多地理區(qū)域局部產(chǎn)生，并且可起到減少對進(jìn)口化石能源的依賴的作用。適于用作生物燃料的醇包括乙醇、丁醇和2,3-丁二醇。

乙醇正迅速地成為全球主要的富含氫的液體運輸燃料。2002年全球的乙醇消耗量估計為108億加侖。由于歐洲、日本、美國和一些發(fā)展中國家對乙醇的興趣增加，燃料乙醇工業(yè)的全球市場也預(yù)計會在未來急劇增長。

丁二醇，包括1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇和2,3-丁二醇，相對于乙醇可被認(rèn)為具有許多種優(yōu)勢。與乙醇相似，丁二醇可被直接用作汽車燃料添加物。丁二醇還可被相對容易地轉(zhuǎn)化成許多其他具有潛在更高價值和/或更高能量的產(chǎn)物。例如，2,3-丁二醇可在兩步法中被容易地轉(zhuǎn)變成可用作航空燃料的八碳二聚體。

2,3-丁二醇的多能性源于其雙官能團(tuán)骨架，即2個羥基位于鄰近的碳原子上，使該分子很容易地轉(zhuǎn)化成例如丁二烯、保泰松（butadione）、3-羥基-2-丁酮、甲基乙基甲酮等。這些化合物被用作基礎(chǔ)分子制造多種工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)制品。

此外，2,3-丁二醇可被用作內(nèi)燃機(jī)的燃料。它在若干方面更類似于汽油，而不是乙醇。隨著對生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境可持續(xù)燃料的興趣的增強(qiáng)，對生產(chǎn)2,3-丁二醇（經(jīng)常稱作生物丁醇）的生物學(xué)過程的興趣也增加了。

2,3-丁二醇可通過對含碳水化合物的原料進(jìn)行微生物發(fā)酵來生產(chǎn)（Syu?MJ,Appl?Microbiol?Biotechnol55:10-18(2001),OJn?et?al.,Chinese?J?Chem?Eng14(1):132-136(2006)）。2,3-丁二醇還可通過對來自作物（例如甜菜、玉米、小麥和甘蔗）的生物質(zhì)進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)。然而，這些碳水化合物原料的成本受其作為人類食物或動物飼料的價值的影響，并且種植產(chǎn)淀粉或蔗糖的作物用于生產(chǎn)2,3-丁二醇并非在所有地理區(qū)域都是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的。因此，有動力開發(fā)將更低成本的和/或更豐富的碳源轉(zhuǎn)化成2,3-丁二醇的技術(shù)。

一氧化碳（CO）是有機(jī)材料（例如煤或石油及石油衍生產(chǎn)品）不完全燃燒的主要副產(chǎn)品。雖然含碳前體完全燃燒產(chǎn)生僅有的終產(chǎn)物CO2和水，但是一些工業(yè)過程需要升高的溫度，相對于CO2更有利于積累一氧化碳。一個實例是需要高溫以生成所需鋼材質(zhì)量的鋼鐵工業(yè)。例如，據(jù)報道，澳大利亞的鋼鐵工業(yè)每年產(chǎn)生并釋放入大氣超500000噸的CO。

此外，CO也是合成氣的主要組分，其中各種量的CO和H2通過對含碳燃料進(jìn)行氣化而產(chǎn)生。例如，合成氣可通過分餾廢棄木頭和木材的有機(jī)生物質(zhì)來生產(chǎn)，以產(chǎn)生用于生產(chǎn)燃料和更復(fù)雜的化學(xué)制品的前體。

CO釋放入大氣可產(chǎn)生顯著的環(huán)境影響。另外，可能需要支付排放稅，這會增加工廠的成本。因為CO是富含反應(yīng)能的分子，其可被用作生產(chǎn)多種化學(xué)制品的前體化合物。然而，這種有價值的原料尚未被用于生產(chǎn)2,3-丁二醇。

本發(fā)明的目的是提供一種方法，其至少一定程度上克服了上述缺點或至少向公眾提供一種有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的第一大方面中，提供了一種增加通過微生物發(fā)酵含CO和H2的底物的丁二醇生產(chǎn)效率的方法。在具體的實施方案中，本發(fā)明提供了一種控制通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)丁二醇的方法，所述方法包括：

i)提供含CO和H2的底物；和

ii)在含一種或多種微生物的培養(yǎng)物的生物反應(yīng)器中，厭氧發(fā)酵所述底物以產(chǎn)生丁二醇；以及一種或多種副產(chǎn)物；

其中步驟(ii)中的丁醇生產(chǎn)率受步驟(i)中所述底物的組成的影響。

在一個實施方案中，所述一種或多種副產(chǎn)物是是一種或多種醇和/或一種或多種酸。

在一個實施方案中，所述一種或多種副產(chǎn)物是乙醇。

在一個實施方案中，所述一種或多種副產(chǎn)物是乙酸。

在一個實施方案中，步驟(i)的所述底物的H₂組成會影響所述丁二醇生產(chǎn)率。