[發明專利]發酵工藝

在審

• 申請號: 201280078111.3
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN104995306A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: F·本克維茨;C·米哈爾切亞;A·哈維爾
• 申請（專利權）人: 朗澤科技新西蘭有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12P7/40;C12M1/107
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 張廣育;姜建成

技術領域

本發明一般涉及通過微生物發酵產生產物，特別是醇的方法。具體地說，本發明涉及增加發酵效率的方法，這是通過提供處理使用過的發酵肉湯以產生經過處理的滲透液，然后使其傳送返回至生物反應器的方法來達成。

背景技術

乙醇正迅速成為世界范圍內的主要富氫液體運輸燃料。在2002年全世界的乙醇消耗據估計為108億加侖。還已經預測到燃料乙醇工業的全球市場未來將急劇增長，這歸因于在歐洲、日本、美國以及若干發展中國家對乙醇的關注增加。

舉例來說，在美國，乙醇用于生產E10，乙醇于汽油中的10％混合物。在E10摻合物中，乙醇組分充當補氧劑，從而改善燃燒效率并且減少空氣污染物的產生。在巴西，乙醇滿足約30％的運輸燃料需求，其作為摻合于汽油中的補氧劑，或本身作為純燃料。而且，在歐洲，圍繞溫室氣體(GHG)排放的結果的環境問題已經刺激歐盟(EU)向成員國設立消耗諸如源自生物質的乙醇的可持續運輸燃料的強制性目標。

絕大部分的燃料乙醇是經由傳統的基于酵母的發酵工藝而產生，這些發酵工藝使用源自作物的碳水化合物，諸如從甘蔗中提取的蔗糖或從谷類作物中提取的淀粉，作為主要碳源。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所影響，而用于產生乙醇的產淀粉或蔗糖作物的種植在所有地域中不是經濟上可持續的。因此，關注于開發用以將更低成本和/或更豐富的碳資源轉化成燃料乙醇的技術。

CO是有機材料，諸如煤或油和源自油的產品的不完全燃燒的主要富自由能副產物。舉例來說，據報道澳大利亞的鋼鐵工業每年產生并釋放超過500,000公噸的CO至大氣中。

長久以來已經認識到，催化工藝可以用于將主要由CO和/或CO與氫氣(H₂)組成的氣體轉化成多種燃料和化學品。然而，微生物也可以用于將這些氣體轉化成燃料和化學品。這些生物工藝盡管一般比化學反應慢，但具有優于催化工藝的幾個優點，包括更高特異性、更高產率、更低能量成本以及更強的抗中毒性。

微生物在CO作為其唯一碳源下生長的能力于1903年首次發現。這稍后被確定為使用自養生長的乙酰輔酶A(乙酰CoA)生物化學路徑(也被稱為伍茲-揚達爾路徑(Woods-Ljungdahl?pathway)和一氧化碳脫氫酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)路徑)的生物體的特性。許多厭氧生物體，包括一氧化碳營養型、光合、產甲烷以及產乙酸生物體，已經顯示使CO代謝成各種終產物，即，CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸鹽以及乙醇。在使用CO作為唯一碳源時，所有這樣的生物體產生這些終產物中的至少兩者。

厭氧菌，諸如來自梭菌屬(Clostridium)的那些，已經展示經由乙酰CoA生物化學路徑從CO、CO₂以及H₂產生乙醇。舉例來說，從氣體產生乙醇的揚氏梭菌(Clostridium?ljungdahlii)的各種菌株描述于WO?00/68407、EP?117309、美國專利號5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO?98/00558以及WO?02/08438中。產乙醇梭菌(Clostridium?autoethanogenum)屬細菌也已知從氣體產生乙醇(Abrini等,Archives?of?Microbiology?161,第345-351頁(1994))。

然而，通過氣體發酵由微生物產生乙醇始終與乙酸鹽和/或乙酸的共同產生相關聯。因為一些可用碳轉化成乙酸鹽/乙酸而不是乙醇，所以使用所述發酵工藝產生乙醇的效率可能小于理想的。而且，除非乙酸鹽/乙酸副產物可以用于某種其它目的，否則這可能造成廢物處置問題。乙酸鹽/乙酸由微生物轉化成甲烷并且因此具有促成溫室氣體排放的潛力。

控制用于在發酵所用的生物反應器內培養細菌或微生物的液體營養培養基的參數的重要性已經在本領域中認識到。2007年7月18日提交并且以引用的方式并入本文中的NZ?556615特別描述了操縱這樣的液體營養培養基的pH和氧化還原電勢。舉例來說，在厭氧產乙酸菌的培養物中，通過提高培養物的pH至高于約5.7，同時維持培養物的氧化還原電勢處于低水平(-400mV或以下)，細菌以比在較低pH條件下高得多的速率將作為發酵副產物產生的乙酸鹽轉化成乙醇。NZ?556615進一步認識到，不同pH水平和氧化還原電勢可以用于優化條件，這取決于細菌所執行的主要作用(即，生長，從乙酸鹽和含氣態CO底物產生乙醇，或從含氣態底物產生乙醇)。