[发明专利]含有一氧化碳和氢气的气态底物的发酵操作方法

说明书

技术领域

本公开总的来说涉及包含一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的气态底物的发酵方法。具体来说，本发明涉及发酵包含一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的气态底物以生产一种或多种醇的方法。

背景技术

使用某些细菌例如来自于梭状芽胞杆菌属（Clostridium）的细菌，在含有适合的营养物和微量矿物质的培养基中，从包含一氧化碳和氢气的气态底物的微生物发酵生产化学物质例如有机酸如乙酸和醇如乙醇的方法，已得到证实。例如，Gaddy等的美国专利号5,173,429公开了杨氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）ATCC No.49587，一种从合成气体生产乙醇和乙酸盐的厌氧微生物。Gaddy等的美国专利号5,807,722公开了使用厌氧细菌例如杨氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）ATCC No.55380将废气转化成有用产物例如有机酸和醇的方法和装置。Gaddy等的美国专利号6,136,577公开了使用厌氧细菌例如杨氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）ATCC No.55988和55989将废气转化成有用产物例如有机酸和醇（特别是乙醇）的方法和装置。

美国专利申请号20070275447公开了一种梭状芽胞杆菌属菌种（食一氧化碳梭菌（Clostridium carboxidivorans），ATCC BAA-624，“P7”），其能够从废气合成可用作生物燃料的产物。美国专利号7,704,723公开了一种梭状芽胞杆菌属菌种（拉氏梭菌（Clostridium ragsdalei），ATCC BAA-622，“P11”），其能够从废气合成可用作生物燃料的产物。

WO2007/117157公开了产乙醇梭菌（Clostridium autoethanogenum）（登记号DSM10061，DSMZ，德国）在通过含一氧化碳的底物的厌氧发酵来生产乙醇中的应用。WO2009/064200公开了通过含一氧化碳的底物的厌氧发酵来生产乙醇的另一种细菌（产乙醇梭菌（Clostridium autoethanogenum），登记号DSM19630，DSMZ，德国）。

正如在本技术领域中所描述的，化学物质例如醇的生产速率取决于发酵培养基中微生物细胞的密度（“细胞密度”）。为了获得并维持化学物质的高生产速率，需要在生物反应器中具有足够高的细胞密度。

Gaddy的美国专利号6,136,577公开了一种在发酵过程中生产乙醇的方法，其中使用细胞再循环来提高细胞密度。

Gaddy等的美国专利号7,285,402公开了一种用于生产醇的厌氧微生物发酵方法，其中提出了在启动期间使用储用培养物来提高细胞密度的方法，其中存在过量的H₂。

使用来自于储用培养物的分批接种物进行启动确保了不含污染物的健康的接种物，但是作为接种程序不总是成功的，这是因为使用的细胞密度相当低，特别是如果在接种后就立即将方法参数例如气体速率和搅拌速率快速提高的话。

目前，在本技术领域中，对在气态底物的微生物发酵中提高细胞密度的改进方法存在着需求。本公开提供了以更快的速率为气态底物的微生物发酵方法提高细胞密度的方法。

发明内容

作为一种实施方式，本公开提供了一种从气态底物生产一种或多种醇的方法，所述方法包括：将包含一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的气态底物在生物反应器中的水性培养基中发酵；所述方法包括测量CO转化率；测量H₂转化率；以在1.0至2.0范围内的预先选定的流量系数增加气态底物的流量；其中搅拌包括大于或等于目标搅拌速率；其中所述目标搅拌速率包括10rpm至1000rpm的搅拌器速度；其中包括增加气态底物的流量，其中所述CO转化率超过在25%至95%范围内的第一CO转化率；其中包括增加气态底物的流量，其中H₂转化率超过在25%至95%范围内的第一H₂转化率；其中所述生物反应器包含一个或多个反应器；其中所述生物反应器包含细胞再循环；其中将营养培养基流添加到生物反应器中。

在一种实施方式中，所述水性培养基包含下列一种或多种：生物纯的厌氧产乙酸微生物，天然存在的厌氧产乙酸微生物，非天然存在的厌氧产乙酸微生物，通过遗传修饰产生的非天然存在的厌氧产乙酸微生物，天然存在的厌氧产乙酸微生物的突变体，非天然存在的厌氧产乙酸微生物的突变体。