[发明专利]从乙醇和丙酸生产戊酸和庚酸的方法

说明书

发明领域

本发明涉及合成脂肪酸的生物技术方法.特别地，该方法涉及生产至少缬草酸、庚酸、它们的酯和/或盐的生物技术方法。

背景技术

缬草酸或戊酸，是具有化学式C₅H₁₀O₂的直链烷基羧酸.其天然存在于多年生开花植物缬草(Valeriana officinalis)中，就此获得其命名。其主要用途是合成其酯。挥发性的戊酸酯倾向于具有令人愉快的气味并且被用于香料和化妆品中。戊酸乙酯和戊酸戊酯因为它们的水果香味(例如戊酸甲酯-花香，戊酸乙酯-果香，特别是苹果，异戊酸乙酯-苹果，戊酸戊酯-苹果和菠萝)而被用作食品添加剂。其也可以被用于在一些应用中.特别地，戊酸、异戊酸和它们的酯是各种工业目标化合物的有用原料，包括增塑剂、润滑剂、可生物降解的溶剂、润滑剂、工程塑料、环氧固化剂、粘合剂和粉末涂料、腐蚀抑制剂、电解质、乙烯基稳定剂，以及作为农业化学中间体.戊酸及其酯也可以被用于药物.

戊酸在结构上显示与γ-羟基丁酸(GHB)，也被称为4-羟基丁酸，和神经递质γ-氨基丁酸/GABA)类似的结构，因为它是短链羧酸，尽管它缺乏分别对GHB和GABA的生物活性具有贡献的醇和胺基官能团.它仅仅通过缺乏3-碳侧链与丙戊酸不同.

庚酸也称为庚酸(enanthic acid)，是由以羧酸为末端的七碳链组成的有机化合物.它是一种仅微溶于水，但是极易溶于乙醇和乙醚的油状液体.由于其良好的腐蚀性能和在高温和低温下独特的性能水平，庚酸是通常被生产主要以酯的形式用作工业润滑剂(制冷润滑剂、航空、汽车等).它也可以以酯的形式用于香精和香料工业中以及在化妆品中.以盐的形式(庚酸钠)，它被用作腐蚀抑制。庚酸也可以被用于在药物制备中酯化类固醇，所述药物如睾酮庚酸酯、群勃龙庚酸酯、屈他雄酮庚酸酯和美替诺龙庚酸酯(Primobolan).它也是香烟中的许多添加剂之一.

因此，戊酸、庚酸、它们的盐和酯在我们的日常世界中是非常有用的.目前，生产这些羧酸的方法是剧烈的和低效的.例如，从蓖麻油中获得的蓖麻油酸甲酯是庚酸的主要商业前体.它被水解成十一碳烯酸和庚醛的甲酯，其然后被空气氧化成羧酸.这个方法是低效率的和低产率的.

一些方法使用石油基中间体，其中通常进行裂化汽油或石油.这对环境是有害的。此外，由于这些酸的成本将与石油的价格相关，随着未来石油价格的预期增加，这些酸的价格也将与石油价格的增加相关地增加.

还有一种在Kenealy，W.R.，1985中公开的方法，其中在存在或不存在乙醇的情况下戊酸是由丙醇形成的.然而，在该方法中形成大量的副产物如乙酸、丁酸等。在该方法中形成的戊酸酯和/或庚酸酯的产率也是非常低的，使之对于大规模生产的效率低并且可能是不可靠的。

据此，希望发现由更加可持续的原料而不是纯的石油基原料包括也对环境造成较少损害的合成气生产戊酸、庚酸、盐和酯的其它方法.

发明概述

本发明提供了由可再生燃料生产羧酸、其酯和/或盐的生物技术方法.特别地，本发明的方法可以包括使用至少一种微生物转化合成气成至少一种羧酸、其酯和/或盐的至少一个步骤，其中所述羧酸可以是戊酸和/或庚酸.

根据本发明的一个方面，提供了使用微生物从碳源生产至少一种羧酸、其酯和/或盐的方法，其中所述羧酸是戊酸和/或庚酸。

所述碳源可以是其最简单的形式如二氧化碳或一氧化碳.特别地，碳源可以是其中具有碳的任何复杂分子.更特别地，碳源可以选自下组：醇、醛、葡萄糖、蔗糖、果糖、右旋糖、乳糖、木糖、戊糖、多元醇、己糖、乙醇和合成气。甚至更特别地，碳源可以是乙醇和/或至少一种丙酸盐的组合。与本领域已知的方法相比，根据本发明任何方面的方法可以能够使用更廉价的碳源，如丙酸盐和乙醇，以生成明显更高产率的戊酸、庚酸、它们的盐和/或酯。特别地，碳源可以包含或是丙酸和乙醇和/或它们的酯.

特别地，根据本发明任何方面，提供了由碳源生产戊酸、庚酸、它们的酯和/或盐的方法，该方法包括使至少一种微生物与碳源在水性培养基中接触的步骤，其中该碳源是乙醇和丙酸并且丙酸的浓度是≤10g/L.在碳源中乙醇可以是≤10g/L的浓度。

特别地，水性培养基可以具有pH≥6.

实施本发明方法的这些特定条件使得发酵时间短.在一个实施例中，使用这些条件实现了68h的发酵时间替代了现有技术中18天(450h)的发酵时间.