[发明专利]正丁醇的生产方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年10月26日提交的美国临时专利申请NO.61/000,458的优先权，通过将其完全引用合并到本公开内容中。

发明领域

本发明涉及通过用于纤维素材料向期望的终产物转化的合并的生物处理方法来生产四碳醇类，特别是正丁醇的方法。

发明背景

生物燃料通过提供替代燃料对确保美国和全世界的能量基础架构安全是重要的，这不仅限制了对化石燃料的依赖性，还将降低所产生的和释放到大气中的有害的碳排放物。针对生物燃料的实现的当前的工作以乙醇生产和它的使用为中心。

除了乙醇之外，许多厌氧微生物产生其他高能化合物，包括丁醇、长链醇类和酮，它们可以用作燃料或作为燃料的制造的底物。丁醇特别地提供了作为运输燃料的许多优点。丁醇是四碳醇类，一种与大多数溶剂(醇、醚、醛、酮和烃类)可混溶的透明中性液体，并且微溶于水(与完全可混溶的乙醇相比，水溶解度6.3％)。它具有可与汽油相比的辛烷值，使得它成为用于任何为燃烧汽油制造的内燃机的有价值的燃料。燃料试验还证明了，丁醇在存在水的情况下不是相分离的，对于弹性体膨胀没有负面影响。因为它是较少吸湿性的，丁醇可以通过现有的常见的运载管线运送，并保存在湿润的条件下，不同于乙醇。与乙醇相比，丁醇不仅具有更接近汽油的更高能量含量，从而它在燃料经济性上有更少的折中，而且它还由于它的低蒸汽压可以容易地添加到常规的汽油中。

丁醇生物合成可以通过丙酮、丁醇和乙醇发酵途径(“ABE途径”)来实现。利用细菌的溶剂生产性物种丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)的这种丁醇发酵生产途径的产物是六份丁醇、三份丙酮和一份乙醇。令人遗憾地，丁醇的生产是自我限制性的，因为这种发酵的产物在约13g丁醇/L的浓度下对细胞是有毒的，其抑制细胞的生长导致发酵过程的终止。

与生产生物燃料的当前方法相关的另一个难题是粮食作物例如玉米和糖类作为起始材料的运用。例如，利用谷粒例如玉米用于乙醇的生产直接地与食品供应竞争，因而具有抬高原材料的成本的非期望的结果。

对使用粮食作物的替代是生物质，特别是木质纤维的生物质。木质纤维的生物质是更为丰富的，与食料相比是便宜得多的。令人遗憾地，由于木质纤维素的复杂分子结构，使用当前技术从纤维素和木质纤维素生产生物燃料是非常难的。当前的方法需要利用酸处理并中和、随后用外源产生的酶处理来将纤维素水解为糖类的多个步骤。