丁酸、丁醇及丁酯的制备方法技术

本公开是有关于丁酸的制备方法，其包括利用一细菌对一原料进行发酵。该原料包括乳酸，或该原料包括乳酸及至少一醣类。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请主张于2011年4月14日所申请美国临时案61/475，454的优先权，其整体内容引入本文作为参考。
此处，公开一种新颖制备丁酸(butyric acid)、丁醇(butanol)及丁酸酯(butyrate ester)的方法。该方法使用乳酸或选择性地使用乳酸及至少一醣类作为原料进行发酵以产生丁酸及丁醇，其较传统仅使用醣类作为碳源的发酵方法具有较高碳产率。
技术介绍
丙酮-丁醇-乙醇发酵(acetone-butanol-ethanol fermentation, ABEfermentation)为一种利用细菌发酵以自醣类产生丙酮、丁醇及乙醇的厌氧(anaerobic)制程。该制程亦经常利用来自梭菌纲(Clostridia Class)的菌株。丙酮-丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)是最为知名的菌株，而拜氏梭菌(Clostridiumbeijerinckii)亦经常被使用。在丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵过程中，先产生丁酸及醋酸，之后，培养基经代谢转换(metabolic shift)再产生例如丁醇、丙酮及乙醇的溶剂。该制程依3:6:1的比例(3份丙酮、6份丁醇及1份乙醇)产生上述溶剂。发酵的实际机制可能相当复杂且难以控制，导致丁醇产率低，且上述溶剂的生产进一步为严重的产物抑制(productinhibition)所限制。该方法曾广泛应用于工业发酵制程。惟自1950年以来，与上述溶剂自石油的生产相较，由于某些缺点使其获利较低，致工业丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵已逐渐为石油化学方法(petroleum chemical methods)所取代。一般来说，发酵制程受限于低产率、低生产力及低产物浓度。低产率归因于发酵过程中生成二氧化碳所造成基质与产物的低转换率(conversion rate)。发酵过程所产生的挥发性有机化合物包括乙醇或·丁醇。此外，由于产生大量(一般为40~50%) 二氧化碳，致这些溶剂被称为半燃烧燃料(half-burn fuel)。随着石油价格波动，自再生资源(renewable resources)生产生质燃料(biofuels)已日趋获重视。研究人员寻求各种改善发酵制程的方法，以提升醣类转换为丁酸或丁醇的产率。然，产率并未显著改善。例如，美国专利US 7，455，997描述一两步骤发酵制程，其使用包括两多醣类的植物性原料，第一个较易水解，第二个则较难水解。在该制程中，先后以酸及酶对该两多醣类进行水解以产生一发酵产物混合物，例如乙醇、甘油、丙酮、正丁醇、丁二醇、异丙醇、丁酸、甲烧、柠檬酸(citric acid)、反丁烯二酸(fumaric acid)、乳酸、丙酸等。美国专利US 5，132，217教示使用选自果糖、葡萄糖、甘油及蔗糖的营养物质作为主要碳源，于梭菌(Clostridium)存在下进行发酵以产生丁酸。根据此例，34%的碳产率来自葡萄糖，而33%的碳产率来自蔗糖。另一制程描述于美国专利US 2008/0248540，其提供一高达48%(g/g)的产率，为葡萄糖转换为丁酸的理论转换率。此专利亦公开将葡萄糖转换为丁醇的一两步骤制程。改善碳产率当使用传统葡萄糖发酵制程并寻求改善之道时，对于生产生质燃料可行性的因素为二氧化碳的生成。在制程中，至少三分之一的碳会因二氧化碳生成而损失。与传统醣类发酵过程相较，本公开提供具有较佳碳转换(carbon conversion)及碳产率(carbon yield)的丁酸及丁醇制备方法。
技术实现思路
本公开提出一种新颖制备丁酸(butyric acid)的方法，其利用一产丁酸菌(butyric acid-producing bacterium)对一原料进行发酵,其中该原料包括乳酸或选择性地包括乳酸及至少一醣类。本公开是有关于制备丁酸的方法，其包括以至少一产丁酸菌(butyricacid-producing bacterium)对一原料进行发酵以产生丁酸,其中该原料包括乳酸或选择性地包括乳酸及至少一醣类。例如，该至少一产丁酸菌包括至少一梭菌株(Clostridiumstrain)。在部分实施例中，该至少一梭菌株(Clostridium strain)选自酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、丁酸梭菌(C.butyricum)及拜氏梭菌(C.beijerinckii)。在另一实施例中，该至少一梭菌株(Clostridium strain)为酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)。在部分实施例中，该至少一醣类选自单醣、双醣、多醣及其混合物。在部分实施例中，该至少一醣类选自单 醣及双醣，例如，该单醣为葡萄糖(glucose)、木糖(xylose)、半乳糖(galactose)或其混合物，例如，该双醣为乳糖(lactose)、鹿糖(sucrose)、纤维二糖(cellobiose)或其混合物。在部分实施例中，该多醣选自淀粉(starch)、肝糖(glycogen)、纤维素(cellulose)及其混合物。在部分实施例中，该至少一醣类包括至少一可溶性醣类，以一酶糖化制程(enzymatic saccharification process)处理生质物(biomass)而获得。当该原料包括乳酸(lactic acid)及至少一醣类(carbohydrate)时,在本公开方法的部分实施例中，于该原料中，乳酸与该至少一醣类的重量比介于0.1~10，介于0.3~3，或介于0.5~1.5。在部分实施例中，该至少一梭菌株(Clostridium strain)为酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum),而该原料包括乳酸及葡萄糖。在本公开的部分实施例中，该发酵方法所达到的丁酸碳产率(butyric carbonyield)，高于传统使用醣类作为单一基质的发酵过程的丁酸碳产率，例如，该方法提供一丁酸碳产率(butyric carbon yield),约高于66%,例如，高于69%的丁酸碳产率。与传统使用醣类作为单一基质的发酵过程相较，本公开方法产生较少二氧化碳。在部分实施例中，原料中的乳酸转换为丁酸，并不产生二氧化碳。例如，于丁酸的转换中，未产生可侦测量的二氧化碳。如本公开部分实施例所提供，该发酵步骤持续进行与否取决于当大部分原料已被消耗时，或当观察到丁酸已无显著增加时。例如，该发酵步骤持续进行约10~80小时，例如持续进行约30~75小时。于该发酵步骤(fermenting step)开始之前或之后，可将乳酸或选择性地将乳酸及至少一醣类以任意顺序分次地加至该原料中。该发酵方法更包括以化学或生化制程对丁酸进行氢化以产生丁醇。例如，该氢化步骤可以化学氢化进行，例如催化氢化(catalytic hydrogenation)或转移氢化(transfer hydrogenation)。在部分实施例中，该氢化步骤利用至少一产丁醇微生物(butanol-producing microorganism)。例如，该至少一产丁醇微生物的微生物为一梭菌株的溶剂生产相(solventogenesis phase),所述梭菌株例如，丙酮-丁醇梭菌(C.acetobutylicum)、拜氏梭菌(C.beijerincki本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丁酸的制备方法，包括：以至少一梭菌株(Clostridium?strain)对一原料进行发酵以产生丁酸，其中所述原料包括乳酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.14 US 61/475,454;2012.04.09 US 13/442,3451.一种丁酸的制备方法，包括: 以至少一梭菌株(Clostridium strain)对一原料进行发酵以产生丁酸， 其中所述原料包括乳酸。2.如权利要求1所述的丁酸的制备方法，其中所述原料更包括至少一醣类。3.如权利要求1所述的丁酸的制备方法，其中所述至少一梭菌株(Clostridiumstrain)选自酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、丁酸梭菌(C.butyricum)及拜氏梭菌(C.beijerinckii)。4.如权利要求1所述的丁酸的制备方法，其中所述至少一梭菌株(Clostridiumstrain)为酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)。5.如权利要求2所述的丁酸的制备方法，其中所述至少一醣类选自单醣、双醣、多醣及其混合物。6.如权利要求5所述的丁酸的制备方法，其中所述单醣选自葡萄糖、木糖、半乳糖及其混合物。7.如权利要求5所述的丁酸的制备方法，其中所述双醣选自乳糖、蔗糖、纤维二糖及其混合物。8.如权利要求5所述的丁酸的制备方法，其中所述多醣选自淀粉、肝糖、纤维素及其混合物。9.如权利要求2所述的丁酸的制备方法，其中所述至少一醣类包括至少一可溶性醣类，以一酶糖化制程处理生质物而获得。10.如权利要求2所述的丁酸的制备方法，其中于所述原料中，乳酸与至少一醣类的重量比介于0.1~10。11.如权利要求2所述的丁酸的制备方法，其中于所述原料中，乳酸与至少一醣类的重量比介于0.3~3。12.如权利要求2所述的丁酸的制备方法，其中所述至少一梭菌株(Clostridiumstrain)为酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum),而所述至少一醣类为葡萄糖。13.如权利要求1所述的丁酸的制备方法，其中所述制备方法提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：林昀辉，李宏台，鄞秀颖，黄思莼，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：
国别省市：