用于增值丙酮的优化IBE发酵方法技术

本发明专利技术涉及一种生产醇的方法，其包括：a.在微生物天然菌株的存在下和至少进料有C5和/或C6糖的水溶液(1)和再循环丙酮料流(3)的在至少一个生物反应器(R1)中进行的IBE型发酵步骤，以产生发酵气体和含有发酵产物的发酵液；b.回收发酵产物的步骤，以获得发酵产物料流(2)；c.处理发酵产物料流的步骤，其包括丙酮分离段，以产生至少一个丙酮流出物(3)和含水醇流出物(4)；d.将来自步骤c)的丙酮流出物(3)的至少一部分再循环至步骤a)的步骤。至少一部分再循环至步骤a)的步骤。至少一部分再循环至步骤a)的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增值丙酮的优化IBE发酵方法


[0001]本专利技术涉及一种生产醇类的方法，包括在天然微生物的存在下对包含C5和/或C6糖的水溶液进行IBE发酵，从而可以使醇，特别是异丙醇的产率最大化。
现有技术
[0002]为了满足能源转型的挑战，正在进行大量研究以开发“绿色”方法，从而以替代石油炼制和/或石油化学的方式提供获取化学中间体。
[0003]衍生自发酵的醇类(乙醇、正丁醇(在下文表示为丁醇)、异丙醇)是石油化学衍生品最有希望的替代品。ABE(丙酮
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丁醇
‑
乙醇)发酵是最早被工业化的发酵(在20世纪之初)之一，并自此得到了广泛研究(参见Moon等人“One hundred years of clostridial butanol fermentation.”FEMS Microbiol Lett. 2016年2月, 363, 3)。还有IBE(异丙醇
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丁醇
‑
乙醇)发酵，其产生异丙醇、丁醇和乙醇的混合物(参见Dos Santos Vieira等人
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Acetone
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free biobutanol production: Past and recent advances in the Isopropanol
‑
Butanol
‑
Ethanol (IBE) fermentation.
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Bioresour Technol. 2019年9月, 287:121425)。这两种类型的发酵通过通常为梭菌属的发酵微生物在严格厌氧条件下进行。
[0004]这些用于生物技术的“产溶剂型”非致病性梭菌菌株天然具有转化多种糖的能力，以产生感兴趣的化学物类，且更具体地是在ABE发酵期间产生丙酮、丁醇和乙醇的混合物(Jones等人
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Acetone
‑
butanol fermentation revisited.
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Microbiol Rev 1986, 50: 484
‑
524)。有些自身能够在IBE发酵期间产生异丙醇、丁醇和乙醇的混合物(Chen等人,
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Acetone
‑
butanol
‑
isopropanol production by Clostridium beijerinckii (synonym, Clostridium butylicum).
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Biotechnol Lett 1986, 8: 371
–
376; George等人“Acetone, Isopropanol and Butanol Production by Clostridium beijerinckii (syn. Clostridium butylicum) and Clostridium aurantibutyricum.
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Appl Environ Microbiol 1983, 45: 1160
‑
1163)。
[0005]只有少数特定的产溶剂型梭菌菌株天然能够在发酵过程期间产生异丙醇，以几乎完全替代丙酮，特别是拜氏梭菌(或C. beijerinckii)的特定菌株，例如菌株DSM6423。其它菌株产生丙酮/丁醇/乙醇(A/B/E)混合物。
[0006]因此，在导致异丙醇/丁醇/乙醇(I/B/E)的醇混合物的IBE发酵期间，丙酮是异丙醇发酵生产途径的中间产物(M
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de G
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rando等人,
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Genome and transcriptome of the natural isopropanol producer Clostridium beijerinckii DSM6423
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BMC Genomics, 2018 19:242; Collas, 2012,
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Production of isopropanol, butanol and ethanol by metabolic engineered Clostridia”, Doctoral thesis in Microbiology and Molecular Biology, AgroParisTech, France)。然而，在IBE发酵，例如由DSM6423菌株进行的IBE发酵结束时，获得的发酵液系统性地包含丙酮，通常在低浓度下(通常为所产生溶剂质量的约2%)。然而，丙酮在IBE发酵过程的产物中的存在是醇产率的特征，特别是异
丙醇，这可能是不完全的。
[0007]为了使I/B/E醇的大规模发酵生产在经济上有利，那么看起来有用的是通过将联产的丙酮转化为醇，特别是异丙醇，来优化传统的IBE发酵过程，从而使得可以限制过程中这种丙酮副产品的积累。回收和转化丙酮还使得可以对其进行增值(upgrade)，且尤其是提高糖到醇的转化产率。
[0008]存在通过化学手段将丙酮转化为异丙醇的工业方法。这些是在压力下的常规催化加氢方法。例如，文献EP 0379323和US 2011/0218367中描述的方法是通过丙酮与氢气在基于加氢金属，特别是基于雷尼镍的催化剂的存在下，在20℃至200℃的温度以及1至80巴的压力下的反应来生产异丙醇的方法(参见EP 0379323)。申请US 2011/0218367详细说明了异丙醇选择性在水的存在下得到改善。专利US 6930213本身描述了一种在几个反应阶段将丙酮加氢为异丙醇的方法，从而以改进的选择性生产高纯度异丙醇。
[0009]同时，探索了转化丙酮的酶促途径。例如，文献描述了使用特定的梭菌属菌株，特别是拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)菌株，在与IBE或ABE发酵非常不同的发酵体系中，将丙酮还原为异丙醇，因为所述发酵体系由气化产生的气态底物的发酵组成，所述气态底物也被称为合成气，其包含氮气N2、氢气H2、二氧化碳CO2和一氧化碳CO的气态混合物(Ramachandriya KD等人,
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Reduction of acetone to isopropanol using producer gas fermentation microbes”, Biotechnol Bioeng., 2011 Oct, 108(10), 2330
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8)。在该方法中，丙酮以范围高达2g/l的浓度被添加到发酵培养基中，而不会影响微生物的生长。
[0010]另一项研究建议在天然梭菌属菌株NJP7的存在下优化丙酮
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异丙醇
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丁醇发酵，以提高丁醇或丁醇
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异丙醇的生产，特别是通过将外源酸(乙酸或丁酸)或特定酶的前体引入到具有葡萄糖的培养本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产醇类的方法，其包括以下步骤：a. 使用包括至少一个生物反应器的反应段的发酵步骤，其中在梭菌属菌株的存在下进行IBE型发酵，所述反应段至少进料有C5和/或C6糖的水溶液和再循环丙酮料流，以产生发酵气体和含有发酵产物的发酵液，所述发酵产物包含丁醇、乙醇、异丙醇和丙酮；b. 回收所述发酵产物的步骤，以获得发酵产物料流；c. 使用丙酮分离段处理来自步骤b)的发酵产物料流的步骤，以至少产生丙酮流出物和含水醇流出物；d. 再循环丙酮的步骤，其使用至少一个转移段以将来自步骤c)的丙酮流出物的至少一部分再循环至步骤a)，所述被转移的丙酮流出物的至少一部分构成进料到步骤a)的反应段的所述再循环丙酮料流。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)的反应段额外进料有外源丙酮料流。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤a)的反应段进料有所述再循环丙酮料流和任选的所述外源丙酮料流，其流速被调节使得丙酮在进料到步骤a)的反应段中的，由C5和/或C6糖的水溶液、再循环丙酮料流和任选的外源丙酮料流构成的所有液体料流中的浓度为小于或等于10 g/l，优选小于或等于5 g/l，优选小于或等于2 g/l。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)的反应段中进行的发酵在25℃至40℃、优选30℃至37℃、优选34℃的温度下进行。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)的反应段中进行的发酵在4至7、优选4.5至6的pH下进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤a...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：