[发明专利]利用萃取发酵生产丁醇的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求均于2009年4月13日提交的美国临时申请61/168640、61/168642、和61/168645和均于2009年8月6日提交的美国临时申请61/231,697、61/231698、和61/231699的优先权。以上引用的每一申请全文以引用方式并入本文。

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萃取剂组合物而被除去，其中所述萃取组合物包含第一溶剂和第二溶剂。

发明背景

丁醇是一种重要的工业化学品，其具有多种用途，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，通过石油化工手段生产100至120亿磅的丁醇，并且对该日用化学品的需求可能还会增加。

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(例如参见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。使用这些重组的宿主时，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。美国专利公布20090305370公开了从至少一种可发酵的碳源生产丁醇的方法，通过利用一种重组的微生物宿主进行发酵，其中在发酵过程中丁醇被萃取至特定的有机萃取剂中，所述方法克服了毒性问题，导致丁醇生产的有效滴度、有效速率和有效产量的提升。

用于从发酵培养基生产和回收丁醇的改进的方法在不断地被寻求。同样期望找到低成本的方法和对工艺可操作性的改进。不断地需要鉴定用于发酵培养基的改良的萃取剂，例如表现出更高的分配系数、更低的粘度、更低的密度、商业上有用的沸点、和充分的微生物生物相容性的萃取剂。

发明概述

本文提供的是从发酵培养基中回收丁醇的方法，所述方法包括：

a)提供发酵培养基，所述发酵培养基包含丁醇、水、至少一种可发酵的碳源、和从包含至少一种可发酵的碳源的发酵培养基生产丁醇的经基因修饰的微生物；

b)使所述发酵培养基与包含第一溶剂和第二溶剂的不能与水混溶的萃取剂组合物接触，其中所述第一溶剂选自C₁₂-C₂₂脂肪醇、C₁₂至C₂₂脂肪酸、C₁₂-C₂₂脂肪酸的酯、C₁₂-C₂₂脂肪醛、C₁₂-C₂₂脂肪酰胺以及它们的混合物，所述第二溶剂选自C₇-C₁₁醇、C₇-C₁₁羧酸、C₇-C₁₁羧酸的酯、C₇-C₁₁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与所述水相分离；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。

还提供了用于生产丁醇的方法，所述方法包括：

a)提供从包含至少一种可发酵的碳源的发酵培养基生产丁醇的经基因修饰的微生物；