发酵和模拟移动床过程制造技术

本发明专利技术提供了用于从发酵液中产生、分离和回收一种或多种发酵产物的改良方法。此外，本发明专利技术提供了用于增加发酵反应效率的方法。具体地，本发明专利技术涉及整合有用于从发酵液中分离发酵产物的模拟移动床的发酵系统和相应方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及通过微生物发酵用于生产产物特别是醇类的系统和方法。具体 地，本专利技术涉及整合有用于从发酵液中分离发酵产物的模拟移动床的发酵系统和相应方 法。
技术介绍
运输用生物燃料是具有吸引力的汽油替代物，并且作为低浓度掺和物快速渗入燃 料市场。来源于天然来源的生物燃料比来源于化石资源的燃料（例如汽油）更具环境可 持续性，对生物燃料的使用能够降低由于燃料燃烧而释放到大气中的所谓的化石二氧化碳 (co 2)气体的水平。此外，生物燃料可在许多地理区域的当地产生，并且可用于减少对进口 化石能源的依赖。 乙醇正迅速成为全世界主要的富氢液体运输燃料。乙醇的全球消耗预期到2012 年达到272亿加仑，并且燃料乙醇工业的全球市场也已预测在未来急剧增长。该增长主要 是由于欧洲、日本、美国和几个发展中国家对乙醇的兴趣增加。 例如，在美国，乙醇用于产生E10,汽油中10%乙醇的混合物。在E10掺和物中，乙 醇组分充当补氧剂（oxygenating agent)，改善燃烧效率并减少空气污染物的产生。在巴 西，乙醇作为掺合在汽油中的补氧剂以及自身作为纯燃料，满足了约30%的运输燃料需求。 此外，在欧洲，围绕温室气体（GHG)排放后果的环境问题已成为欧盟（EU)为成员国设置消 费可持续运输燃料（例如生物质衍生的乙醇）的强制目标的动力。 丁二醇包括1，2- 丁二醇、1，3- 丁二醇、1，4- 丁二醇和2, 3- 丁二醇可用作汽车燃 料添加剂。它们还可相对容易地转化成许多其他具有潜在更高价值和/或更高能量的产 物。例如，2, 3- 丁二醇可在两步过程中容易地转变成可用作航空燃料的八碳二聚体。 2, 3-丁二醇由其双官能主链获得其多变性，即2个羟基位于邻位C原子处，允许该 分子非常容易地转化成诸如丁二烯、丁二酮、乙偶姻、甲基乙基酮等物质。这些化学化合物 用作制造广泛范围的工业生产的化学品的基础分子。 此外，2, 3-丁二醇可用作内燃机中的燃料。它在几个方面更类似于汽油而不是乙 醇。随着对环境可持续性燃料的生产和应用的兴趣加强，对产生2, 3-丁二醇（通常被称为 生物丁醇）的生物方法的关注有所增加。 绝大多数燃料乙醇经由常规基于酵母的发酵方法产生，所述发酵方法使用源自作 物的碳水化合物（例如从甘蔗中提取的蔗糖或从谷类作物中提取的淀粉）作为主要碳源。 2, 3-丁二醇还可通过含碳水化合物的原料的微生物发酵而产生（Syu MJ，Appl Microbiol Biotechnol 55:10-18(2001)，Qin 等人，Chinese J Chem Eng 14(1): 132-136(2006))。然 而，这些碳水化合物原料的成本受其作为人类食物或动物饲料的价值的影响，同时用于乙 醇生产的产淀粉或蔗糖作物的栽培并非在所有地理环境中都是经济可持续的。因此，需要 开发将更低成本的和/或更丰富的碳源转化为生物燃料产品的技术。 一氧化碳（C0)是有机材料例如煤或油和油衍生产品不完全燃烧的主要的游离的 富含能量的副产物。例如，据报道澳大利亚的钢铁工业每年产生超过500, 000吨CO并将其 释放到大气中。 长久以来已认识到催化方法可用于将主要由C0和/或C0和氢气（H2)组成的气体 转化为多种燃料和化学品。然而，微生物也可用于将这些气体转化成燃料和化学品。这些生 物学方法尽管通常比化学反应慢，但具有相对于催化方法的多种优势，包括更高的特异性、 更高的产率、更低的能量消耗和更强的抗中毒性。 微生物依靠C0作为其唯一碳源生长的能力在1903年首次发现。这以后被确定为 使用自养生长的乙酰辅酶A (乙酰CoA)生物化学途径（也称为Woods-Ljungdahl途径）的 生物的特性。已经发现，大量厌氧生物包括一氧化碳营养生物、光合生物、产甲烷生物和产 乙酸生物能将C0代谢为多种终产物，例如C0 2、H2、甲烷、正丁醇、乙酸和乙醇。 厌氧菌（例如来自梭菌属（Clostridium)的那些厌氧菌）已证实经由乙酰 CoA生物化学途径从0)、0) 2和112产生乙醇。例如，W0 00/68407, EP 117309,美国专利 号 5, 173, 429、5, 593, 886 和 6, 368, 819、W0 98/00558 和 W0 02/08438 中记载了 从气体 产生乙醇的多个杨氏梭菌（Clostridium ljungdahli)菌株。还已知细菌自产乙醇梭 菌（Clostridium autoethanogenum sp)从气体产生乙醇（Abrini 等人，Archives of Microbiology 161，第 345-351 页（1994))。 然而，由微生物通过发酵气体生成生物燃料始终伴随着同时产生作为副产物的乙 酸盐和/或乙酸。该乙酸盐/乙酸具有抑制反应的可能性，并且通常需要从发酵液中去除。 此外，除非乙酸盐/乙酸副产物可用于一些其他目的，否则它可能造成废物处理的问题。乙 酸盐/乙酸被微生物转化为甲烷，因此可能增加温室气体（GHG)的排放。 产生诸如乙醇和2, 3- 丁二醇的产物的气态底物的发酵通常在含有液体发酵液的 生物反应器中进行。该发酵液含有微生物和用于其生长的营养素。营养素（包括气态底物 本身）随时间转化为所需产物，但也产生可能对微生物具有毒性的不需要的副产物和细胞 碎片。所需产物和不需要的产物都可抑制发酵效率，特别是以高浓度存在时。 为了回收所需产物并减少由发酵反应的抑制造成的反应的低效率，在连续或分批 过程中将发酵液从生物反应器中取出并用新鲜的营养培养基替换。所需产物通常通过标准 提取法从发酵液中提取，例如分馏和提取发酵。然而，这些已知的用于从发酵溶液中提取有 机代谢产物的方法具有许多问题。 当用于弱有机发酵液时，溶剂提取系统通常显示出弱分配率，因此使得分离困难。 盐饱和可提高分配率，但由于需要将盐从废弃水溶液中去除而使提取过程复杂化，并且如 果盐不能回收重新利用就会显著增加消费成本。液压膜（例如反渗透和纳滤膜）对于短链 醇、二醇和有机酸未显示足够高的排斥。疏水膜和亲水膜均不能制造成具有足以明确分离 的紧密分子量截留值，并且两种膜类型均显示出在发酵液中形成严重微粒结垢，从而需要 严格的预过滤。 蒸馏是目前用于连续、高纯度有机回收的主要方法。然而，蒸馏局限于与具有比水 更低的沸点并且没有不利的共沸混合物的有机产品一起使用。由于2, 3- 丁二醇的高沸点 (180-184°C )和水的高亲和力，通过蒸馏从水性溶液中分离2, 3-丁二醇是昂贵和困难的。 从发酵液中蒸馏乙醇获得乙醇和水的共沸混合物（即95%乙醇和5%水），所述共沸混合物 不能通过蒸馏分开并且需要进一步的步骤和技术来有效分离。 乙酸通常通过以下方法去除：过滤发酵液以去除悬浮有机物质，随后使发酵液通 过活性炭柱以吸附乙酸盐。该过程需要在发酵液通过活性炭柱之前将发酵液的pH降低至 小于约3,以将大多数乙酸盐转换为乙酸形式。该去除方法是不受欢迎的，因为它需要进一 步的步骤和将改变pH的化学品加入发酵液中。 已知的产物回收方法通常不适合于（或在成本和/或能量消耗和/或回收产物 的比例（proprotion)方面低效）回收可通过发酵系统制造的主要种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从发酵液中分离一种或多种发酵产物的方法，所述方法包括：a)在含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器中发酵气态底物，以产生包含所述一种或多种发酵产物的发酵液；b)将所述发酵液传递至处理区，所述处理区在产生经处理的发酵液流的条件下操作，所述经处理的发酵液流基本上不含生物质；c)将所述经处理的发酵液流的至少一部分传递至包含至少一种吸附剂的模拟移动床(SMB)模块；d)将所述一种或多种发酵产物中的至少一种吸附到所述吸附剂上，并获得包含所述经处理的发酵液流的未吸附组分的萃余液；和e)使所述一种或多种产物从所述吸附剂脱附，以获得产物流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·安东尼·舒尔茨，A·哈维尔，A·奥罗斯卡，
申请(专利权)人：朗泽科技新西兰有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ