含有一氧化碳和氫氣的氣態(tài)底物的發(fā)酵操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括：將包含一氧化碳（CO）和氫氣（H2）的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌包括大于或等于目標(biāo)攪拌速率。
【專利說明】含有一氧化碳和氫氣的氣態(tài)底物的發(fā)酵操作方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總的來說涉及包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物的發(fā)酵方法。具體來說，本發(fā)明涉及發(fā)酵包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物以生產(chǎn)一種或多種醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用某些細(xì)菌例如來自于梭狀芽胞桿菌屬(Clostridium)的細(xì)菌，在含有適合的營養(yǎng)物和微量礦物質(zhì)的培養(yǎng)基中，從包含一氧化碳和氫氣的氣態(tài)底物的微生物發(fā)酵生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)例如有機(jī)酸如乙酸和醇如乙醇的方法，已得到證實(shí)。例如，Gaddy等的美國專利號
5,173, 429 公開了楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii ) ATCC N0.49587, 一種從合成氣體生產(chǎn)乙醇和乙酸鹽的厭氧微生物。Gaddy等的美國專利號5，807，722公開了使用厭氧細(xì)菌例如楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) ATCC N0.55380將廢氣轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)物例如有機(jī)酸和醇的方法和裝置。 Gaddy等的美國專利號6，136，577公開了使用厭氧細(xì)菌例如楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) ATCC N0.55988和55989將廢氣轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)物例如有機(jī)酸和醇(特別是乙醇)的方法和裝置。
[0003]美國專利申請?zhí)?0070275447公開了一種梭狀芽胞桿菌屬菌種(食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans), ATCC BAA-624, “P7”)，其能夠從廢氣合成可用作生物燃料的產(chǎn)物。美國專利號7，704，723公開了一種梭狀芽胞桿菌屬菌種(拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)，ATCC BAA-622，“P11”)，其能夠從廢氣合成可用作生物燃料的產(chǎn)物。
[0004]W02007/117157 公開了產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(登記號DSM10061，DSMZ，德國)在通過含一氧化碳的底物的厭氧發(fā)酵來生產(chǎn)乙醇中的應(yīng)用。W02009/064200公開了通過含一氧化碳的底物的厭氧發(fā)酵來生產(chǎn)乙醇的另一種細(xì)菌(產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum),登記號 DSM19630, DSMZ,德國)。
[0005]正如在本【技術(shù)領(lǐng)域】中所描述的，化學(xué)物質(zhì)例如醇的生產(chǎn)速率取決于發(fā)酵培養(yǎng)基中微生物細(xì)胞的密度(“細(xì)胞密度”)。為了獲得并維持化學(xué)物質(zhì)的高生產(chǎn)速率，需要在生物反應(yīng)器中具有足夠高的細(xì)胞密度。
[0006]Gaddy的美國專利號6，136,577公開了一種在發(fā)酵過程中生產(chǎn)乙醇的方法，其中使用細(xì)胞再循環(huán)來提高細(xì)胞密度。
[0007]Gaddy等的美國專利號7，285，402公開了一種用于生產(chǎn)醇的厭氧微生物發(fā)酵方法，其中提出了在啟動期間使用儲用培養(yǎng)物來提高細(xì)胞密度的方法，其中存在過量的H2。
[0008]使用來自于儲用培養(yǎng)物的分批接種物進(jìn)行啟動確保了不含污染物的健康的接種物，但是作為接種程序不總是成功的，這是因?yàn)槭褂玫募?xì)胞密度相當(dāng)?shù)停貏e是如果在接種后就立即將方法參數(shù)例如氣體速率和攪拌速率快速提高的話。
[0009]目前，在本【技術(shù)領(lǐng)域】中，對在氣態(tài)底物的微生物發(fā)酵中提高細(xì)胞密度的改進(jìn)方法存在著需求。本公開提供了以更快的速率為氣態(tài)底物的微生物發(fā)酵方法提高細(xì)胞密度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了一種從氣態(tài)底物生產(chǎn)一種或多種醇的方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物在生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中發(fā)酵；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌包括大于或等于目標(biāo)攪拌速率；其中所述目標(biāo)攪拌速率包括IOrpm至IOOOrpm的攪拌器速度；其中包括增加氣態(tài)底物的流量，其中所述CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率；其中包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率；其中所述生物反應(yīng)器包含一個或多個反應(yīng)器；其中所述生物反應(yīng)器包含細(xì)胞再循環(huán)；其中將營養(yǎng)培養(yǎng)基流添加到生物反應(yīng)器中。
[0011]在一種實(shí)施方式中，所述水性培養(yǎng)基包含下列一種或多種:生物純的厭氧產(chǎn)乙酸微生物，天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸微生物，非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸微生物，通過遺傳修飾產(chǎn)生的非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸微生物，天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸微生物的突變體，非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸微生物的突變體。
[0012]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值；其中包括增加氣態(tài)底物的流量，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率；其中包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0013]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2) 的氣態(tài)底物添加到包含攪拌的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以預(yù)先選定的速度步階提高攪拌；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值；其中包括提高攪拌，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率；其中包括提高攪拌，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0014]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中所述攪拌器的速度包括大于或等于在IOrpm至IOOOrpm范圍內(nèi)的目標(biāo)速度。
[0015]本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌包括大于或等于目標(biāo)攪拌速率；其中所述目標(biāo)攪拌速率包括IOrpm至IOOOrpm的攪拌器速度。
[0016]本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中所述攪拌器的速度包括大于或等于在IOrpm至IOOOrpm范圍內(nèi)的目標(biāo)速度。
[0017]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中所述CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
[0018]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0019]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
[0020]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
[0021]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
[0022]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0023]此外，本公開提供 了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以預(yù)先選定的速度步階提高攪拌；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值；包括提高攪拌，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率；包括提高攪拌，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0024]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以在Orpm至200rpm范圍內(nèi)的預(yù)先選定的速度步階提高所述攪拌器的速度；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
[0025]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括提高所述攪拌器的速度，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率。
[0026]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括提高所述攪拌器的速度，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0027]作為一種實(shí)施方式，本公開的所述微生物包含一種或多種微生物，所述微生物包括:生物純微生物，天然存在的微生物，非天然存在的微生物，通過遺傳修飾產(chǎn)生的非天然存在的微生物，天然存在的微生物的突變體，非天然存在的微生物的突變體，重組微生物，工程改造的微生物，人工合成的微生物；其中所述微生物包含選自下列的微生物:凱伍產(chǎn)乙酸菌(Acetogenium kivui)，伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii)，潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)，食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum),Caldanaerobacter subterraneous， Caldanaerobacter subterraneous pacificus， 生氫一氧化碳嗜熱菌(Carboxydothermus Hydrogenoformans),醋酸梭菌(Clostridiumaceticum)，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum) (DSM23693),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ的 DSM19630)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ 的 DSM10061)，熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)，粘液真桿菌(Eubacterium Iimosum),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) PETC (ATCC49587)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2 (ATCC55380)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) C-Ol (ATCC55988)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) 0-52 (ATCC55889), Clostridium ultunense，拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPll (ATCCBAA-1772), Clostridium coskatii，食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7 (ATCC PTA-7827)，硫還原泥土 桿菌(Geobacter sulfurreducens), Morrellathermacetica，產(chǎn)生消化鏈球菌(Peptostreptococcus productus)，Clostridiumdrakei，重組微生物(DSM24138)及其混合物；其中所述微生物包含一種或多種楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，或一種或多種拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株，或一種或多種食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株，或一種或多種產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株；其中所述微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個所選基因插入到選自任何楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株或任何拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株的宿主生物體中而產(chǎn)生；其中所述微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個來自于任何楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株或任何`拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)菌株的基因插入到任何宿主生物體中而產(chǎn)生。
[0028]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了包含一個或多個反應(yīng)器的所述生物反應(yīng)器；其中所述生物反應(yīng)器包含細(xì)胞再循環(huán)；其中將營養(yǎng)培養(yǎng)基流添加到生物反應(yīng)器中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是示意圖，其示出了氣態(tài)底物的微生物發(fā)酵方法的實(shí)施方式。
[0030]定義
[0031]除非另有定義，否則在本公開的整個說明書中使用的下列術(shù)語如下所定義，并且可以包括下面所確定的定義的單數(shù)或復(fù)數(shù)形式:
[0032]修飾任何量的術(shù)語“約”是指在維持微生物培養(yǎng)的真實(shí)世界條件中例如在實(shí)驗(yàn)室、中試廠或生產(chǎn)設(shè)施中所遇到的所述量的變差。例如，當(dāng)被“約”修飾時，混合物或參量中釆用的成分或測量結(jié)果的量包括在生產(chǎn)廠或?qū)嶒?yàn)室中的實(shí)驗(yàn)條件下測量時的變差和通常所采用的關(guān)注程度。例如，當(dāng)被“約”修飾時，產(chǎn)物組分的量包括在工廠或?qū)嶒?yàn)室的多次實(shí)驗(yàn)中不同批次之間的變差以及分析方法所固有的變差。不論是否被“約”修飾，量包括所述量的等效值。本文中所陳述的并被“約”修飾的任何數(shù)量也可以作為未被“約”修飾的量用于本公開中。
[0033]術(shù)語“產(chǎn)乙酸菌”或“產(chǎn)乙酸”是指產(chǎn)生乙酸鹽作為厭氧呼吸產(chǎn)物的細(xì)菌。這一過程與乙酸鹽發(fā)酵不同，盡管兩者都在不存在氧氣的條件下發(fā)生并且都產(chǎn)生乙酸鹽。這些生物也被稱為產(chǎn)乙酸細(xì)菌，因?yàn)樗幸阎漠a(chǎn)乙酸菌都是細(xì)菌。產(chǎn)乙酸菌存在于多種生境中，一般為厭氧(缺乏氧氣)的生境。產(chǎn)乙酸菌能夠利用多種化合物作為能源和碳源；研究最透徹的產(chǎn)乙酸代謝包括使用二氧化碳作為碳源并使用氫氣作為能源。
[0034]術(shù)語“生物反應(yīng)器”、“反應(yīng)器”或“發(fā)酵生物反應(yīng)器”包括由一個或多個容器和/或塔或管線排列構(gòu)成的發(fā)酵裝置，其包括連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)、鼓泡塔、氣升式發(fā)酵罐、靜態(tài)混合器或適合于氣-液接觸的其他裝置。對于本公開的方法來說，發(fā)酵生物反應(yīng)器可以包括生長反應(yīng)器，生長反應(yīng)器將發(fā)酵液進(jìn)料到第二發(fā)酵生物反應(yīng)器，在第二發(fā)酵生物反應(yīng)器中產(chǎn)生大部分的產(chǎn)物乙醇。
[0035]術(shù)語“轉(zhuǎn)化率”是指被轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的輸入量的分?jǐn)?shù)；這用下述方程表示:(輸入
量-輸出量)/ (輸入量)。
[0036]術(shù)語“發(fā)酵”是指CO發(fā)酵成醇和乙酸鹽。已知許多細(xì)菌能夠?qū)崿F(xiàn)將CO發(fā)酵成包括丁醇和乙醇的醇以及乙酸，并且適合于在本公開的方法中使用。適合在本公開中使用的這樣的細(xì)菌的實(shí)例包括梭狀芽孢桿菌屬的細(xì)菌，例如楊氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)菌株，包括在 W02000/68407、EP117309、美國專利號 5，173, 429,5, 593,886和 6，368，819.W01998/00558 和 W02002/08438 中所描述的菌株；產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)菌株(德國 DSMZ 的 DSM10061 和 DSM19630)，包括在 W02007/117157和W02009/151342中所描述的菌株；以及拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei) (P11,ATCC BAA-622 )，包括分別 在美國專利號7，704, 723和“來自于生物質(zhì)產(chǎn)生的合成氣體的生物燃料和生物產(chǎn)物”(Biofuels and Bioproducts from Biomass-GeneratedSynthesis Gas, Hasan Atiyeh,在 Oklahoma EPSCoR Annual State Conference 上的報告，2010年4月29日)中所描述的；以及在美國專利申請?zhí)?0070275447中所描述的食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans) (ATCC BAA-624)0 其他適合的細(xì)菌包括穆爾氏菌屬(Moorella)的細(xì)菌，包括Moorella sp HUC22-1 ;以及一氧化碳嗜熱菌屬(Carboxydothermus)的細(xì)菌。這些出版物中每一個的公開內(nèi)容在此全部引為參考。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇其他細(xì)菌用于本公開的方法中。還應(yīng)該認(rèn)識到，在本公開的方法中可以使用兩種或更多種細(xì)菌的混合培養(yǎng)物。適合用于本公開的一種微生物是產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)。發(fā)酵可以在任何適合的生物反應(yīng)器中進(jìn)行,例如連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CTSR)、鼓泡塔反應(yīng)器(BCR)或滴流床反應(yīng)器(TBR)。此外，在本公開的某些優(yōu)選實(shí)施方式中，生物反應(yīng)器可以包含培養(yǎng)微生物的第一生長反應(yīng)器，以及來自于生長反應(yīng)器的發(fā)酵液被進(jìn)料到其中并在其中產(chǎn)生大部分的發(fā)酵產(chǎn)物(乙醇和乙酸鹽)的第二發(fā)酵反應(yīng)器。
[0037]術(shù)語“發(fā)酵液”是指發(fā)酵培養(yǎng)基的組合物，其包含結(jié)束時發(fā)酵液中的任何物質(zhì)，包括:原始底物，發(fā)酵產(chǎn)物，微生物和產(chǎn)生的組分，化學(xué)添加劑，營養(yǎng)物，氣體。發(fā)酵液中存在所有三種主要相:固相、液相和氣相，并且它們可能相互作用。
[0038]術(shù)語“流量系數(shù)”是指提議的氣態(tài)進(jìn)料的量除以當(dāng)前的氣態(tài)進(jìn)料的量。
[0039]術(shù)語“微生物”包括細(xì)菌、真菌、酵母、古菌和和原生生物；微生植物(被稱為綠藻)；以及動物例如浮游生物、真渦蟲和變形蟲。有些人認(rèn)為還包括病毒，但其他人認(rèn)為它們沒有生命。微生物生活在生物圈中有液體水的所有部分中，包括土壤、溫泉、海底、大氣層高處和地殼內(nèi)巖石深部。微生物對于生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)的再循環(huán)來說是關(guān)鍵的，因?yàn)樗鼈兤鸬椒纸庹叩淖饔?。微生物也被人類用于生物技術(shù)中，既被用在傳統(tǒng)食品和飲料的制備中，也被用在基于遺傳工程的現(xiàn)代技術(shù)中。設(shè)想了在本公開中使用可能含有或可能不含各種微生物菌株的混合菌株微生物。此外，據(jù)設(shè)想，定向進(jìn)化能夠選擇性篩選可以在本公開中使用的微生物。還設(shè)想了重組DNA技術(shù)能夠使用現(xiàn)有微生物的所選菌株來產(chǎn)生微生物。此外，化學(xué)誘變技術(shù)(使用各種化學(xué)物質(zhì)來突變細(xì)菌DNA)能夠使用現(xiàn)有微生物的所選菌株來產(chǎn)生微生物。還設(shè)想了在本公開中使用能夠?qū)O和水或H2和CO2轉(zhuǎn)化成乙醇和乙酸產(chǎn)物的細(xì)菌?？捎玫募?xì)菌的一些實(shí)例包括凱伍產(chǎn)乙酸菌(Acetogeniumkivui),伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii ),潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae),食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum), Caldanaerobacter subterraneous,Caldanaerobacter subterraneous pacif icus,生氫一氧化碳嗜熱菌(CarboxydothermusHydrogenoformans),醋酸梭菌(Clostridium aceticum),丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum) (DSM23693),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ 的 DSM19630),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)(德國 DSMZ 的 DSM10061),熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum),粘液真桿菌(Eubacterium Iimosum),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) PETC(ATCC49587),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) ERI2 (ATCC55380),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) C-Ol (ATCC55988),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)0-52 (ATCC55889), Clostridium ultunense,拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)Pll (ATCCBAA-622),Alkalibaculum bacchi CP1KATCCBAA-1772),Clostridium coskatii,食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827),硫還原泥土桿菌(Geobactersulfurreducens), Morrella thermacetica,產(chǎn)生消化鏈球菌(Peptostreptococcusproductus), Clostridium drakei,重組微生物(DSM24138)及其混合物。
[0040]術(shù)語“營養(yǎng)培養(yǎng)基”包含微生物生長培養(yǎng)基，其可以含有允許所選微生物生長的一種或多種維生素和礦物質(zhì)。適合于本發(fā)明使用的多種營養(yǎng)培養(yǎng)基的組分是已知的，并被報告在以前的出版物例如國際專利申請?zhí)朩02008/00558、美國專利號7，285，402、美國專利號5，807，722、美國專利號5，593，886和美國專利號5，821，111中。
[0041]術(shù)語“合成氣”或“合成氣體”是指為含有可變量的一氧化碳和氫氣的氣體混合物所命名的合成氣體。生產(chǎn)方法的實(shí)例包括用于生產(chǎn)氫氣的天然氣或烴的蒸汽重整、煤的氣化、以及在某些類型的廢物變能源的氣化設(shè)施中。該名稱來自于它們作為中間體在產(chǎn)生合成天然氣(SNG)和生產(chǎn)氨或甲醇中的用途。合成氣還在通過費(fèi)-托(Fischer-Tropsch)合成法或以前的Mobil甲醇制汽油方法來生產(chǎn)用作燃料或潤滑劑的合成石油的過程中用作中間體。合成氣主要由氫氣、一氧化碳和通常還有一些二氧化碳構(gòu)成?！揪唧w實(shí)施方式】
[0042]本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌包括大于或等于目標(biāo)攪拌速率；其中所述目標(biāo)攪拌速率包括IOrpm至IOOOrpm的攪拌器速度。
[0043]本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中所述攪拌器的速度包括大于或等于在IOrpm至IOOOrpm范圍內(nèi)的目標(biāo)速度。
[0044]作為一種實(shí)施方式，攪拌的手段或進(jìn)行攪拌的手段可以通過機(jī)械攪拌器、機(jī)械攪拌機(jī)、液體再循環(huán)、液體循環(huán)泵送、液體注入、氣體注入等來實(shí)現(xiàn)。
[0045]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中所述CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
[0046]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0047]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
`[0048]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至
2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
[0049]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
[0050]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0051]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以預(yù)先選定的速度步階提高攪拌；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值；包括提高攪拌，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率；包括提高攪拌，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0052]此外，本公開提供了一種氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以在Orpm至200rpm范圍內(nèi)的預(yù)先選定的速度步階提高所述攪拌器的速度；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
[0053]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括提高所述攪拌器的速度，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率。
[0054]作為一種實(shí)施方式，本公開的方法包括提高所述攪拌器的速度，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0055]作為一種實(shí)施方式，本公開的所述微生物包含一種或多種生物純的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；其中所述微生物包含一種或多種天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；其中所述微生物包含一種或多種非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；其中所述微生物包含一種或多種使用厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌作為宿主生物體通過遺傳修飾產(chǎn)生的非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；其中所述微生物包含一種或多種通過將厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌的基因插入到宿主生物體中產(chǎn)生的非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；其中所述微生物選自一些有用細(xì)菌的實(shí)例，包括:凱伍產(chǎn)乙酸菌(Acetogenium kivui),伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii),潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)，食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methy lotrophi cum),Caldanaerobacter subterraneous， Caldanaerobacter subterraneous pacificus， 生氫一氧化碳嗜熱菌(Carboxydothermus Hydrogenoformans),醋酸梭菌(Clostridiumaceticum)，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum) (DSM23693),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ的 DSM19630)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ 的 DSM10061)，熱醋梭菌(Clostridium thermoace ticum)，粘液真桿菌(Eubacterium Iimosum),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) PETC (ATCC49587)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2 (ATCC55380)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) C-Ol (ATCC55988)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) 0-52 (ATCC55889), Clostridium ultunense，拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPll (ATCCBAA-1772), Clostridium coskatii，食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7 (ATCC PTA-7827),硫還原泥土 桿菌(Geobacter sulfurreducens), Morrellathermacetica，產(chǎn)生消化鏈球菌(Peptostreptococcus productus), Clostridiumdrakei，重組微生物(DSM24138)及其混合物；其中所述微生物包含一種或多種楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，或一種或多種拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株，或一種或多種食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株，或一種或多種產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株；其中所述微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個所選基因插入到選自任何楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株或任何拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株的宿主生物體中而產(chǎn)生；其中所述微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個來自于任何楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株或任何拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)菌株的基因插入到任何宿主生物體中而產(chǎn)生。
[0056]作為一種實(shí)施方式，本公開提供了包含一個或多個反應(yīng)器的所述生物反應(yīng)器；其中所述生物反應(yīng)器包含細(xì)胞再循環(huán)；其中將營養(yǎng)培養(yǎng)基流添加到生物反應(yīng)器中。
[0057]圖1顯示了通過用細(xì)菌發(fā)酵從包含一氧化碳(CO)的氣態(tài)底物例如合成氣生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)例如醇產(chǎn)物混合物的方法，其中所述方法包含生物反應(yīng)器(100)，所述生物反應(yīng)器含有包含所述細(xì)菌細(xì)胞和發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵液。包含含有CO的氣態(tài)底物的氣態(tài)料流(101)可以與發(fā)酵培養(yǎng)基料流(102) —起被進(jìn)料到生物反應(yīng)器中。可以從所述生物反應(yīng)器移除包含所述細(xì)菌細(xì)胞和所述化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)物的發(fā)酵液料流(110)。包含含有氣態(tài)底物的所述氣態(tài)料流的未使用部分的發(fā)酵罐排放氣料流(120)，從生物反應(yīng)器排出。在一種實(shí)施方式中，發(fā)酵液料流(110 )流向細(xì)胞再循環(huán)裝置(200 )，在其中將細(xì)胞濃縮并返回(220 )到生物反應(yīng)器。來自于所述細(xì)胞再循環(huán)裝置的滲透液料流(210)被導(dǎo)向回收所述化學(xué)物質(zhì)的過程(在圖上未不出)。在一種實(shí)施方式中，將發(fā)酵液料流(I 10)導(dǎo)向回收所述醇產(chǎn)物混合物的過程(在圖上未示出)。
[0058]在一種實(shí)施方式中，生物反應(yīng)器(100)裝備有提供攪拌的攪拌器(105)，以便促進(jìn)包含氣態(tài)底物的氣態(tài)料流與液體發(fā)酵培養(yǎng)基的接觸并增強(qiáng)氣態(tài)底物與液體發(fā)酵培養(yǎng)基的質(zhì)量傳遞。在整個發(fā)酵過程中獲得良好的質(zhì)量傳遞速率是合乎需要的，因此，在生物反應(yīng)器中獲得足夠攪拌是合乎需要的。
[0059]存在有用于收集被導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中的包含氣態(tài)底物的氣態(tài)料流(101)和離開生物反應(yīng)器的排放氣(120)的樣品的配置(在圖1中未示出)。存在有用于收集生物反應(yīng)器的發(fā)酵液樣品的配置(在圖1中未示出)。每隔一定時間收集所述氣體和液體的樣品，并分析各種氣體組分的消耗或生產(chǎn)、各種產(chǎn)物的產(chǎn)量和發(fā)酵液的光密度。
[0060]使用下述方程，這些測量值可用于計(jì)算一氧化碳(CO)比攝入(SCT)和生物反應(yīng)器中的發(fā)酵液中的細(xì)胞密度 :
[0061]CO 攝入，mmol/min= (mmol/min CO 輸入)一(mmol/min CO 輸出)(I)
[0062]細(xì)胞密度，g/L=(光密度).(稀釋倍數(shù)).(細(xì)胞質(zhì)量常數(shù))(2)
[0063]細(xì)胞質(zhì)量，g=(細(xì)胞密度).(生物反應(yīng)器的體積)(3)
[0064]CO 比攝入，mmol/min/g= (CO 攝入)/ (細(xì)胞質(zhì)量)(4)
[0065]細(xì)胞密度是每單位體積發(fā)酵液的細(xì)胞質(zhì)量。生物反應(yīng)器的體積是當(dāng)攪拌關(guān)閉時生物反應(yīng)器中的液體體積。細(xì)胞質(zhì)量常數(shù)是光密度為I時每升發(fā)酵液的細(xì)菌干細(xì)胞的質(zhì)量(g)。方程(2)中的光密度是將發(fā)酵液用適合的溶劑例如鹽水稀釋后獲得的樣品的實(shí)測光
山/又ο
[0066]在本公開的方法中使用的微生物可以包含一種或多種生物純的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌。
[0067]在本公開的方法中使用的微生物可以包含一種或多種天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；可以包含一種或多種非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；可以包含一種或多種使用厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌作為宿主生物體通過遺傳修飾產(chǎn)生的非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌；可以包含一種或多種通過將厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌的基因插入到宿主生物體中而產(chǎn)生的非天然存在的厭氧產(chǎn)乙酸細(xì)菌。
[0068]在本公開的方法中使用的微生物可以包含一種或多種選自下列的細(xì)菌:凱伍產(chǎn)乙酸菌(Acetogenium kivui),伍氏醋酸桿菌(Acetobacterium woodii),潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)，食甲基丁酸桿菌(Butyribacterium methy lotrophi cum),Caldanaerobacter subterraneous， Caldanaerobacter subterraneous pacificus， 生氫一氧化碳嗜熱菌(Carboxydothermus Hydrogenoformans),醋酸梭菌(Clostridiumaceticum)，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum) (DSM23693),產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ的 DSM19630)，產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國 DSMZ 的 DSM10061)，熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)，粘液真桿菌(Eubacterium Iimosum),楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) PETC (ATCC49587)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2 (ATCC55380)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) C-Ol (ATCC55988)，楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) 0-52 (ATCC55889), Clostridium ultunense，拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPll (ATCCBAA-1772), Clostridium coskatii，食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7 (ATCC PTA-7827),硫還原泥土 桿菌(Geobacter sulfurreducens), Morrellathermacetica，產(chǎn)生消化鏈球菌(Peptostreptococcus productus), Clostridium drakei，重組微生物(DSM24138)及其混合物。
[0069]在一種實(shí)施方式中，在本公開的方法中使用的微生物包含一種或多種楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，或一種或多種拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株，或一種或多種食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株，或一種或多種產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)菌株。
[0070]在一種實(shí)施方式中，在本公開的方法中使用的微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個所選基因插入到選自任何楊氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株或任何拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)菌株的宿主生物體中而產(chǎn)生。
[0071]在一種實(shí)施方式中，在本公開的方法中使用的微生物包含一種或多種遺傳修飾的微生物，所述遺傳修飾的微生物通過將一個或多個來自于任何楊氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)菌株或任何拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株或任何食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)菌株或任何產(chǎn)乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)菌株的基因插入到任何宿主生物體中而產(chǎn)生。
[0072]本公開的方法的一種實(shí)施方式包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以在Orpm至200印111范圍內(nèi)的預(yù)先選定的速度步階提高所述攪拌器的速度；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率以及提高所述攪拌器的速度的行動可以重復(fù)。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率高于H2轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率低于H2轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，如果當(dāng)前的攪拌速度低，以較小幅度提高攪拌速度，并且如果當(dāng)前的攪拌速度高，以較大幅度提高攪拌速度。在一種實(shí)施方式中，如果當(dāng)前的CO和H2轉(zhuǎn)化率低，以較小幅度提高攪拌速度，并且如果當(dāng)前的CO和H2轉(zhuǎn)化率高，以較大幅度提高攪拌速度。例如，在一種實(shí)施方式中，在200rpm至400rpm的攪拌速度范圍內(nèi)，如果CO和H2轉(zhuǎn)化率分別在20%至30%和10%至15%范圍內(nèi)，并且在數(shù)值上彼此在15%以內(nèi)，將攪拌速度提高約50rpm。在400rpm至600rpm的攪拌速度范圍內(nèi)，如果CO和H2轉(zhuǎn)化率分別在30%至50%和15%至35%范圍內(nèi)，并且在數(shù)值上彼此在15%以內(nèi)，將攪拌速度提高lOOrpm。
[0073]本公開方法的一種實(shí)施方式包括將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以在當(dāng)前值的1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
[0074]在一種實(shí)施方式中，在攪拌器速度的兩次連續(xù)提高之間，增加氣態(tài)底物的流速。在一種實(shí)施方式中，在攪拌器速度的每兩次連續(xù)提高之間，增加氣態(tài)底物的流速。在一種實(shí)施方式中，在攪拌器速度的交替的兩次提高之間，增加氣態(tài)底物的流速。
[0075]本公開方法的一種實(shí)施方式包括將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以在當(dāng)前值的1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
[0076]本公開方法的一種實(shí)施方式包括將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2 轉(zhuǎn)化率，并且以在當(dāng)前值的1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌器速度大于或等于在IOrpm至IOOOrpm范圍內(nèi)的目標(biāo)速度。在一種實(shí)施方式中，CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第二 CO轉(zhuǎn)化率。在一種實(shí)施方式中，H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。測量CO轉(zhuǎn)化率和4轉(zhuǎn)化率以及以預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量的行動可以重復(fù)。在不同的重復(fù)中，預(yù)先選定的流量系數(shù)的值可以不同。在一種實(shí)施方式中，使用低的流量系數(shù)值，其中H2轉(zhuǎn)化率低；使用高的流量系數(shù)值，其中H2轉(zhuǎn)化率高。例如，在一種實(shí)施方式中，可以使用在1.00至1.05范圍內(nèi)的流量系數(shù)，其中H2轉(zhuǎn)化率高于45% ;可以使用在1.05至1.10范圍內(nèi)的流量系數(shù)，其中H2轉(zhuǎn)化率高于50%;可以使用在1.10至1.15范圍內(nèi)的流量系數(shù)，其中H2轉(zhuǎn)化率高于65% ;可以使用在1.15至1.20范圍內(nèi)的流量系數(shù)，其中H2轉(zhuǎn)化率高于75%。
[0077]通常,在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物反應(yīng)器例如New Brunswick Bioflow I生物反應(yīng)器中，在300-900轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)范圍內(nèi)的攪拌器速度提供足以獲得所需質(zhì)量傳遞速率的攪拌。在一種實(shí)施方式中，使用在500-700rpm范圍內(nèi)的攪拌器速度。在一種實(shí)施方式中，使用在550-650rpm范圍內(nèi)的攪拌器速度。在一種實(shí)施方式中，使用約600rpm的攪拌器速度。[0078]在一種實(shí)施方式中，對于較大規(guī)模的生物反應(yīng)器例如尺寸為約100至500升的生物反應(yīng)器來說，使用在約50rpm至約500rpm范圍內(nèi)的攪拌器速度進(jìn)行攪拌。在一種實(shí)施方式中，對于尺寸為約100，000至約1000，000升的商業(yè)化規(guī)模的生物反應(yīng)器來說，使用在約Irpm至約50rpm范圍內(nèi)的攪拌器速度進(jìn)行攪拌。在各種實(shí)施方式中，較大的生物反應(yīng)器與較小的生物反應(yīng)器相比需要較低的rpm。
[0079]作為一種實(shí)施方式，本公開在生物反應(yīng)器中提供在25至50°C范圍內(nèi)的溫度控制。
[0080]在本公開方法的一種實(shí)施方式中，所述生物反應(yīng)器包含一個反應(yīng)器。在本公開方法的一種實(shí)施方式中，所述生物反應(yīng)器包含兩個或更多個反應(yīng)器。
[0081]在本公開方法的一種實(shí)施方式中，所述生物反應(yīng)器包含細(xì)胞再循環(huán)單元。
[0082]在本公開方法的一種實(shí)施方式中，包含含有CO的氣態(tài)底物的所述氣態(tài)料流還包含氫氣。在一種實(shí)施方式中，包含含有CO的氣態(tài)底物的所述氣態(tài)料流包含合成氣。在一種實(shí)施方式中，包含含 有CO的氣態(tài)底物的所述氣態(tài)料流包含鋼鐵廠排放氣。在一種實(shí)施方式中，包含含有CO的氣態(tài)底物的所述氣態(tài)料流包含通過包含生物質(zhì)的碳質(zhì)材料的氣化而獲得的合成氣。
[0083]在一種實(shí)施方式中，一個或多個生長或種子發(fā)酵罐提供了細(xì)菌細(xì)胞接種物的初始供應(yīng)。在一種實(shí)施方式中，一個或多個生長或種子發(fā)酵罐與本公開的方法相結(jié)合，向生物反應(yīng)器連續(xù)供應(yīng)細(xì)菌細(xì)胞。在本公開的一種實(shí)施方式中，該過程包括細(xì)胞再循環(huán)。
[0084]營養(yǎng)培養(yǎng)基包含微生物生長培養(yǎng)基，其可以含有允許所選微生物生長的一種或多種維生素和礦物質(zhì)。表I提供了本公開所設(shè)想的營養(yǎng)培養(yǎng)基的實(shí)施方式。適合于本公開的其他營養(yǎng)培養(yǎng)基在本【技術(shù)領(lǐng)域】中是公知的。此外，本發(fā)明可以利用本【技術(shù)領(lǐng)域】中未公開的但源自于表I中所描述的各種組分的營養(yǎng)培養(yǎng)基。本公開提供了改進(jìn)的營養(yǎng)培養(yǎng)基組合物。
[0085]表1.培養(yǎng)基組分及其濃度
[0086]
【權(quán)利要求】
1.從氣態(tài)底物生產(chǎn)一種或多種醇的方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物在生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中發(fā)酵；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中攪拌包括大于或等于目標(biāo)攪拌速率。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述目標(biāo)攪拌速率包括IOrpm至IOOOrpm的攪拌器速度。
3.權(quán)利要求1的方法，其包括增加氣態(tài)底物的流量，其中所述CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
4.權(quán)利要求1的方法，其包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
5.氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率之間的差值包括大于或等于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
6.權(quán)利要求4的方法，其包括增加氣態(tài)底物的流量，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 CO轉(zhuǎn)化率。
7.權(quán)利要求4的方法，其包括增加氣態(tài)底物的流量，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在25%至95%范圍內(nèi)的第一 H2轉(zhuǎn)化率。
8.氣態(tài)底物發(fā)酵方法，所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率和H2轉(zhuǎn)化率，并且以預(yù)先選定的速度步階提高攪拌；其中CO轉(zhuǎn)化率與H2轉(zhuǎn)化率的差值小于在0%至25%范圍內(nèi)的指定轉(zhuǎn)化率差值。
9.權(quán)利要求7的方法，其包括提高攪拌，其中CO轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二CO轉(zhuǎn)化率。
10.權(quán)利要求7的方法，其包括提高攪拌，其中H2轉(zhuǎn)化率超過在0%至25%范圍內(nèi)的第二 H2轉(zhuǎn)化率。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述水性培養(yǎng)基包含一種或多種微生物，所述微生物包括:生物純微生物，天然存在的微生物，非天然存在的微生物，通過遺傳修飾產(chǎn)生的非天然存在的微生物，天然存在的微生物的突變體，非天然存在的微生物的突變體，重組微生物，工程改造的微生物，人工合成的微生物。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述生物反應(yīng)器包含一個或多個反應(yīng)器。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述生物反應(yīng)器包含細(xì)胞再循環(huán)。
14.權(quán)利要求1的方法，其中將營養(yǎng)培養(yǎng)基流添加到生物反應(yīng)器中。
15.氣態(tài)底物發(fā)酵方法,所述方法包括:將包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣態(tài)底物添加到包含攪拌器的生物反應(yīng)器中的水性培養(yǎng)基中；所述方法包括測量CO轉(zhuǎn)化率；測量H2轉(zhuǎn)化率；以在1.0至2.0范圍內(nèi)的預(yù)先選定的流量系數(shù)增加氣態(tài)底物的流量；其中所述攪拌器的速度包括大于或等于在IOrpm至IOOOrpm范圍內(nèi)的目標(biāo)速度。
【文檔編號】C12P7/54GK103443282SQ201180058306
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月3日
【發(fā)明者】瑞安·塞納拉特納, 希羅娜·斯科特, 青-煥·辜 申請人:伊內(nèi)奧斯生物股份公司