[發(fā)明專利]使用離子載體以控制氣態(tài)底物發(fā)酵中的污染的方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780084255.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN110462050A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹妮·B·泰瑞爾
• 申請（專利權(quán)）人: 賽納塔生物有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12P7/14;C12P7/04;C12P7/16;C12P7/40;C12P7/54
• 代理公司: 11204 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王達佐;洪欣<國際申請>=PCT/US2

提供了一種厭氧發(fā)酵氣態(tài)底物以形成液體產(chǎn)物的方法，所述方法包括：(a)引入氣態(tài)底物至生物反應(yīng)器中，所述氣態(tài)底物包括以下成分中的至少一種：一氧化碳、二氧化碳和氫，(b)生物反應(yīng)器，包含發(fā)酵液于其中，所述發(fā)酵液含有至少兩種類型的微生物體，一種類型包括至少一種發(fā)酵物種，并且另一種包括至少一種競爭物種；(c)引入至少一種類型的離子載體至反應(yīng)器中，所述離子載體對于優(yōu)先抑制至少一種競爭物種生長和/或產(chǎn)生非所需的產(chǎn)物具有選擇性；和(d)通過使氣態(tài)底物暴露于至少一種發(fā)酵物種而發(fā)酵，以產(chǎn)生液體產(chǎn)物和用于制備液體產(chǎn)物的系統(tǒng)。

相關(guān)申請的交叉引用

該專利申請要求于2016年12月22日提交的題為“Methods And Systems UsingIonophores To Control Contamination In Fermentation Of Gaseous Substrates”的美國臨時專利申請No.62/438,211的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其通過引用整體并入本文。

背景技術(shù)

乙醇是世界范圍內(nèi)生物燃料的主要來源，并因此，生物乙醇生產(chǎn)的新方法備受追捧。通常，生物燃料并且更具體地說是生物乙醇，是由來源于例如玉米、小麥和甘蔗的糖的發(fā)酵產(chǎn)生的。該方法是非常符合需要的，因為生物質(zhì)的使用或轉(zhuǎn)化是可再生且潛在可持續(xù)的能源生產(chǎn)來源。然而，由于與食品生產(chǎn)、可用土地和水的使用以及其他因素的競爭，易于發(fā)酵的碳水化合物是有限的。

通過發(fā)酵碳水化合物(諸如葡萄糖和蔗糖)生產(chǎn)乙醇的高效替代方案是合成氣體(合成氣)發(fā)酵。合成氣發(fā)酵是一種微生物過程，其中主要的碳源和能源從合成氣提供。通常稱為產(chǎn)乙酸菌，這些微生物體利用存在于合成氣中的小化學(xué)結(jié)構(gòu)單元，在還原性乙酰-CoA途徑(Wood-Ljungdahl途徑)中產(chǎn)生乙醇和/或乙酸。

合成氣通常來源于碳質(zhì)材料的氣化、來自厭氧發(fā)酵罐的天然氣和/或沼氣的重整、或來自各種工業(yè)方法。氣體底物通常包括一氧化碳、氫和二氧化碳，并且通常含有其他組分，諸如水蒸汽、氮、甲烷、氨和硫化氫。合成氣的發(fā)酵主要導(dǎo)致乙醇和乙酸形成。該過程需要大量的氫和一氧化碳。一氧化碳、二氧化碳和氫轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸的配平化學(xué)方程式如下：

乙醇產(chǎn)生

6CO+3H₂O→C₂H₅OH+4CO₂

6H₂+2CO₂→C₂H₅OH+3H₂O

乙酸產(chǎn)生

4CO+2H₂O→CH₃COOH+2CO₂

4H₂+2CO₂→CH₃COOH+2H₂O

正如平衡化學(xué)方程所證明的，一氧化碳和二氧化碳兩者都可以用作主要碳源，由一氧化碳和氫產(chǎn)生的電子促進。

用于將合成氣生物轉(zhuǎn)化為乙醇和/或乙酸的連續(xù)商業(yè)設(shè)施所面臨的常見問題之一是發(fā)酵液被不希望的微生物體群體污染。這些污染的微生物體將合成氣的組分或產(chǎn)乙酸生物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物和/或副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為不希望的氧合有機化合物。污染的生物體還可以潛在地利用生長培養(yǎng)基的營養(yǎng)組分，與所需的生物體競爭。從商業(yè)規(guī)模的生物反應(yīng)器減少或去除污染的微生物體可能是具有挑戰(zhàn)的并且成本高。預(yù)防措施如蒸汽清潔，由于不完全清潔，其通常是不成功的。此外，在生物轉(zhuǎn)化過程中，可能發(fā)生引入生物反應(yīng)器中的材料導(dǎo)致的污染。此外，如果商業(yè)規(guī)模的生物反應(yīng)器被污染，則生物反應(yīng)器必須離線，其內(nèi)容物經(jīng)過適當(dāng)?shù)膹U物處理后排出，并且生物反應(yīng)器再充電。該過程成本高且效率低。

非常需要減少或去除在合成氣發(fā)酵所必需的條件下具有免疫力的或茁壯成長的競爭微生物體諸如產(chǎn)甲烷菌或產(chǎn)丁酸菌的方法。本發(fā)明涉及開發(fā)一種減輕競爭微生物體影響的新技術(shù)。