[发明专利]利用双相萃取发酵生产丁醇的方法

说明书

本专利申请要求2008年6月4日提交的美国临时专利申请61/058567的优先权。

发明领域

本发明涉及生物燃料领域。更具体地讲，本发明涉及一种通过微生物发酵生产丁醇的方法，其中丁醇产品通过在发酵期间萃取至一种不能与水混溶的有机萃取剂而除去。

发明背景

丁醇是一种重要的工业化学品，具有多种用途，例如用作燃料添加剂，在塑料工业中用作化学原料，以及在食品和食用香料工业中用作食品级的萃取剂。每年通过石油化学方法生产的丁醇有100至120亿磅，并且对这种化学品的需求可能还会增长。

有若干种化学合成方法是已知的，然而这些生产丁醇的方法利用来源于石油化工产品的原料，并且普遍成本高昂和有害生态环境。若干种通过发酵生产丁醇的方法同样是已知的，例如ABE方法，这种发酵方法产生一种丙酮、1-丁醇和乙醇的混合物。通过丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)进行的丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵是已知最古老的工业发酵之一；负责产生这些溶剂的途径和基因也同样如此。通过ABE方法进行的1-丁醇生产受1-丁醇对丙酮丁醇梭菌的毒性效应限制。已有报导称，利用对细菌无毒的特定有机萃取剂的原位萃取发酵方法提高了用丙酮丁醇梭菌发酵进行的1-丁醇生产(Roffler等人，Biotechnol.Bioeng.31：135-143，1988；Roffler等人，Bioprocess Engineering 2：1-12，1987；和Evans等人，Appl.Environ.Microbiol.54：1662-1667，1988)。

与上述野生型的丙酮丁醇梭菌不同，重组的表达宿主菌还被报导表达1-丁醇、2-丁醇和异丁醇的生物合成途径。这些重组的宿主具有以比ABE方法更高的产量生产丁醇的潜能，因为它们不产生诸如丙酮和乙醇这样的副产品。然而，这些重组的宿主的问题在于，丁醇的生物生产似乎受限于丁醇对发酵中所用宿主微生物的毒性阈值。萃取发酵方法已被应用于利用重组的微生物菌株进行的丁醇生产中。

本发明满足了上述需求，并且提供了从至少一种可发酵碳源制取丁醇的方法，该方法克服了毒性的问题，从而在利用重组微生物宿主进行的发酵中带来丁醇生产的有效滴度、有效速率和有效产量的提升，其中在发酵过程中，丁醇被萃取至特定的有机萃取剂。

发明概述

本发明提供了一种从发酵培养基中回收丁醇的方法，所述方法包括：

a)提供包含丁醇、水和从至少一种可发酵的碳源生产丁醇的经基因修饰的微生物的发酵培养基；

b)使所述发酵培养基与下列接触：i)至少一种选自下列的第一不能与水混溶的有机萃取剂：C₁₂-C₂₂脂肪醇、C₁₂-C₂₂脂肪酸、C₁₂-C₂₂脂肪酸的酯、C₁₂-C₂₂脂肪醛、以及它们的混合物，以及任选地(ii)选自下列的一种第二不能与水混溶的有机萃取剂：C₁₂-C₂₂脂肪醇、C₁₂-C₂₂脂肪酸、C₁₂-C₂₂脂肪酸的酯、C₁₂-C₂₂脂肪醛、以及它们的混合物，以形成包含水相和含丁醇的有机相的双相混合物；

c)将所述含丁醇的有机相从所述水相分离；以及

d)从所述含丁醇的有机相回收丁醇以制得回收的丁醇。

本发明提供了生产丁醇的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供从至少一种可发酵的碳源生产丁醇的经基因修饰的微生物；

b)在包含水相和不能与水混溶的有机萃取剂的双相发酵培养基中使所述微生物生长足以使丁醇被萃取到所述有机萃取剂中以形成含丁醇的有机相的时间，其中所述不能与水混溶的有机萃取剂选自C₁₂-C₂₂脂肪醇、C₁₂-C₂₂脂肪酸、C₁₂-C₂₂脂肪酸的酯、C₁₂-C₂₂脂肪醛、以及它们的混合物，并且其中所述双相发酵培养基包含按体积计约3％至约60％的不能与水混溶的有机萃取剂；

c)将所述含丁醇的有机相从所述水相分离；以及