醇的制备方法技术

本发明专利技术涉及用于在微生物发酵包含CO和/或H2的气态底物中提高碳捕获效率的方法；所述方法包括将电位施加于整个发酵。在某些方面，本发明专利技术涉及在微生物发酵包含CO和/或H2的气态底物以生成醇和/或酸中提高碳捕获效率。具体地，本发明专利技术涉及用于在一氧化碳营养发酵中提高碳捕获效率的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及通过微生物发酵生产产物(特别是醇)的方法。具体而言，本专利技术涉及用于改进在一氧化碳营养发酵中的碳捕获效率的方法。
技术介绍
乙醇迅速在世界范围内成为一种主要的富含氢的液体运输燃料。2005年全世界的乙醇消费估计为122亿加仑。燃料乙醇工业的全球市场也已被预测在未来持续快速增长，这是由于欧洲、日本、美国和数个发展中国家对乙醇的兴趣增加。例如，在美国，乙醇用于生产E10，10%乙醇在汽油中的混合物。在ElO掺混物中，乙醇组分作为氧化剂起作用，改进燃烧效率并降低空气污染物的产生。在巴西，乙醇满足约30%的运输燃料需求，既作为掺混在汽油中的氧化剂，又本身作为纯净燃料。同样，在欧洲，围绕温室气体(GHG)排放后果的环境问题已促使欧盟(EU)规定其成员国对可持续运输燃料(例如，由生物质获得的乙醇)的消费有强制性目标。极大多数燃料乙醇是经过传统酵母基发酵方法生产的，该方法使用来自于作物的碳水化合物，如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉，作为主要碳源。但是，这些碳水化合物原料的成本受到它们有作为人的食物或动物饲料的价值的影响，并且用于乙醇生产的产生淀粉或蔗糖的作物的种植不是在所有地理条件下都是在经济上可持续的。因此，人们对开发将更低成本和/或更丰富的碳源转化为燃料乙醇的技术有兴趣。CO是有机材料(如煤、石油或石油衍生产物)燃烧不完全的主要的、无成本、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并释放入大气超过500，000吨的CO。催化方法可用于将主要由CO和/或CO和氢气(H2)组成的气体转化为多种燃料和化学制品。微生物还可用于将这些气体转化为燃料和化学制品。这些生物学方法虽然通常比化学反应慢，但与催化方法相比具有数个优点，包括更高的特异性、更高的收率、更低的能量成本和更大的中毒抗性。微生物依靠以CO作为唯一碳源生长的能力首先发现于1903年。这随后被确定是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途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(C0DH/ACS)途径)的生物的性质。大量厌氧生物(包括一氧化碳营养生物、光合成生物、产甲烷生物和产丙酮生物)已显示出可将CO代谢为多种终产物，即C02、H2、甲烷、正丁醇、乙酸盐和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有所述生物均产生至少两种的这些终产物。厌氧菌，如来自梭菌属的厌氧菌，已被证实可从CO、CO2和H2经乙酰基CoA生物化学途径产生乙醇。例如，可从气体产生乙醇的杨氏梭菌(Clostridium Ijungdahlii)的多个菌株描述于 WO 00/68407、EP117309、美国专利 5，173，429,5, 593，886 和 6，368，819、WO98/00558 和 W002/08438。还已知产醇梭菌属(Clostridium autoethanogenum sp.)细菌可从气体产生乙醇(Abrini et al·，Archives of Microbiology 161, pp 345-351(1994))。、但是，由微生物通过发酵气体的乙醇生产经常与共产生乙酸盐和/或乙酸有关。由于一些可用的碳被转化为乙酸盐/乙酸而非乙醇，使用所述发酵方法生产乙醇的效率可低于理想的。同样，除非乙酸盐/乙酸副产物可用于一些其他目的，否则会造成废物处理问题。乙酸盐/乙酸通过微生物转化为甲烷，因此具有有利于GHG排放的潜力。现已知，与微生物使用一氧化碳作为其唯一碳源和能量来源的能力有关的数种已知酶的活性需要金属辅因子。其活性需要结合金属辅因子的关键酶的实例包括一氧化碳脱氢酶(CODH)和乙酰基-CoA合酶(ACS)。W02007/117157, W02008/11 5080 , W02009/022925、W02009/058028 ,W02009/064200, W02009/064201和W02009/113878，其公开内容通过引证的方式纳入本文，描述了通过厌氧发酵含一氧化碳的气体的厌氧发酵而生产醇(特别是乙醇)的方法。作为描述于W02007/117157中的发酵方法的副产物所产生的乙酸盐被转化为氢气和二氧化碳气体，二者之一或二者均可用于厌氧发酵方法中。W02009/022925公开了 pH和ORP在通过发 酵转化含CO的底物为产物(如酸和醇)中的作用。W02009/058028描述了使用工业废气通过发酵体通过发酵用于产生产物(例如醇)。W02009/064201公开了 CO的载体和在发酵中使用CO。W02009/113878公开了在发酵含CO的底物过程中一种或多种酸转化成一种或多种醇。发酵含CO和/或CO2的底物需要能量(通常称为“还原当量”)以使碳固定在微生物细胞团块和/或产物(如乙醇)中。用于碳在细胞团块和产物中固定所需的还原当量通常通过氧化CO和/或H2产生。在缺乏H2时，所有还原当量均来自CO氧化成C02。当氢气可利用时，至少一部分H2可用于产生还原当量，并且较少的CO需被氧化为C02。在极端的情况中，当丰富的H2可利用时，在CO和/或CO2中的所有碳均可固定在细胞团块和产物(如醇)中，并且还原当量均可来自H2。当CO2产生时，代表碳捕获无效，因为其被从发酵体系排出而非被固定。本专利技术的目的是提供一种至少部分克服以上缺点的方法，或至少向公众提供有用的选择。
技术实现思路
本专利技术的第一大方面提供了一种在经Wood-Ljungdahl途径的一氧化碳营养发酵中提高碳捕获效率的方法，所述方法包括将电位施加于整个发酵中。在具体实施方案中，经将CO和/或CO2固定在细胞团块和/或产物中而将碳捕获。在具体实施方案中，通过发酵生产的产物是酸和/或醇。本专利技术的第二大方面提供了一种在发酵含CO的底物中增加微生物的微生物生长的方法，所述方法包括将电位施加于整个发酵中。在具体实施方案中，微生物生长速率增加了至少5%。在具体实施方案中，微生物生长速率增加了至少10%。在具体实施方案中，微生物生长速率增加了至少15%。在具体实施方案中,微生物生长速率增加了至少20%。在第一和第二方面的具体实施方案中，通过电解将电位施加于整个发酵。在具体实施方案中，电解包括以两个电极间最高达20V的电压通直流电。在具体实施方案中，施加至少2V、或至少4V、或至少6V、或至少8V、或至少10V、或至少15V、或至少20V的电位。在本专利技术的具体实施方案中，可控制电位使得通过电解质的基本恒定电流维持在约1mA、或约2mA、或约3mA、或约4mA、或约5mA、或约6mA、或约7mA、或约8mA、或约9mA、或约10mA。在第一和第二方面的具体实施方案中，所述方法包括将一种或多种电子穿梭介质加入发酵液中。或者，发酵可在不存在一种或多种电子穿梭介质下进行。本专利技术的另一方面提供了一种发酵含CO和/或4的底物的方法，其中至少一部分的CO和/或H2用于生产一个或多个还原当量。本专利技术该方面的方法包括向所述发酵提供一个或多个电子使得用于生产所述一个或多个还原当量的CO和/或H2的量可以减少或降低。本专利技术的实施方案特别可应用于通过发酵含CO的气态底物生产酸和醇(特别是乙醇)中。所述底物可包含作为工业过程的副产物所获得的气体。在某些实施方案中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·D·巴克，J·C·布罗姆雷，C·D·米哈尔策，
申请(专利权)人：新西兰郎泽科技公司，
类型：发明
国别省市：