[發明專利]一種用于控制丁二醇生產的發酵方法

有效

• 申請號: 201280026205.6
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN103582703A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）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）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: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 蔡倫;張廣育

相關申請的交叉引用

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

技術領域

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

背景技術

用于運輸的生物燃料是有吸引力的汽油替代品，并且作為低濃度摻和物迅速進入燃料市場。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）在環境方面更加可持續，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域局部產生，并且可起到減少對進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、美國和一些發展中國家對乙醇的興趣增加，燃料乙醇工業的全球市場也預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，相對于乙醇可被認為具有許多種優勢。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化成許多其他具有潛在更高價值和/或更高能量的產物。例如，2,3-丁二醇可在兩步法中被容易地轉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分子制造多種工業生產的化學制品。

此外，2,3-丁二醇可被用作內燃機的燃料。它在若干方面更類似于汽油，而不是乙醇。隨著對生產和應用環境可持續燃料的興趣的增強，對生產2,3-丁二醇（經常稱作生物丁醇）的生物學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行微生物發酵來生產（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）的生物質進行微生物發酵生產。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，并且種植產淀粉或蔗糖的作物用于生產2,3-丁二醇并非在所有地理區域都是經濟可持續的。因此，有動力開發將更低成本的和/或更豐富的碳源轉化成2,3-丁二醇的技術。

一氧化碳（CO）是有機材料（例如煤或石油及石油衍生產品）不完全燃燒的主要副產品。雖然含碳前體完全燃燒產生僅有的終產物CO2和水，但是一些工業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量的鋼鐵工業。例如，據報道，澳大利亞的鋼鐵工業每年產生并釋放入大氣超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通過對含碳燃料進行氣化而產生。例如，合成氣可通過分餾廢棄木頭和木材的有機生物質來生產，以產生用于生產燃料和更復雜的化學制品的前體。

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

本發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。

發明內容

在本發明的第一大方面中，提供了一種增加通過微生物發酵含CO和H2的底物的丁二醇生產效率的方法。在具體的實施方案中，本發明提供了一種控制通過微生物發酵生產丁二醇的方法，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物的生物反應器中，厭氧發酵所述底物以產生丁二醇；以及一種或多種副產物；

其中步驟(ii)中的丁醇生產率受步驟(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物是乙醇。

在一個實施方案中，所述一種或多種副產物是乙酸。

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率。