[发明专利]通过发酵产生产物的方法和系统

说明书

本发明涉及用于通过发酵，有利地通过多级发酵产生产物，有利地产生溶剂的方法。采用作为原位产物回收技术的渗透蒸发与渗透物的多级冷凝组合完成发酵。将冷凝物单独引入下游加工中以回收产生的产物，有利地回收溶剂。与现有技术中描述的方法相比，用于通过发酵产生产物，有利地产生溶剂的方法得以简化并且具有总体上改进的能量效率。还提供了相关的系统及其用途。

技术领域

本发明涉在微生物存在下通过发酵产生产物的方法，相关的系统及其用途。更具体地，本发明涉及在微生物存在下通过发酵产生溶剂的方法，相关的系统及其用途。

背景技术

早在20世纪已发现微生物丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)将含有碳水化合物的原料转化成丙酮、乙醇和正丁醇，如美国专利号1,315,585和2,386,374中所描述。该方法此后被称为丙酮-正丁醇-乙醇(ABE)发酵过程。

众所周知地并且例如在WO2013/086458和WO2015/002913中所描述，正丁醇是重要的工业化学品，其例如可用作溶剂、用作塑料工业中的原料化学品、用作燃料添加剂、用作经配制的产品如化妆品中的成分和用作食品和香精业中的食品级提取剂。此外，作为燃料，正丁醇具有优于乙醇的若干有利之处。例如，虽然可以由与乙醇相同的原料制得正丁醇，但是它不像乙醇那样，而是以更高的比例与汽油和柴油相容。此外，还可以将正丁醇单独用作现有汽车中的纯燃料而不改性，已提出将其作为制造喷气燃料的构成要件等。

然而，正丁醇的主要缺点在于其对ABE发酵过程中的生产培养的毒性，导致细胞抑制。这里如在WO2013/086458和EP2283141中进行讨论。因为这样的终产物毒性，所以溶剂生产率收到限制并且基于体积的产物的最终浓度也低。因此使用能量密集的蒸馏操作，负面地影响回收不同产物的经济性。高的纯化成本是ABE发酵在二十世纪五十年代和二十世纪六十年代在很大程度上被放弃并且被生产正丁醇和丙酮的石油基化工厂替代的主要原因之一。因此，每年通过石化手段生产100至120亿磅正丁醇。然而，今天化石燃料库存的消耗，化石燃料价格方面的波动以及能源安全是生物正丁醇生产当前复苏背后的驱动力。因此，高度要求对用于生产正丁醇的有效且可持续的方法。

开发将可再生资源用于燃料生产的技术如今是令人感兴趣的，ABE发酵重新令人感兴趣。然而，必须找到解决方案以避免或降低正丁醇导致细胞抑制的毒性和相关的低生产率和高纯化成本。

在本领域已经提出通过用原位产物回收(ISPR)技术，如吸附、渗透蒸发、气提或液/液提取补充发酵过程来减轻产物抑制。以该方式，在产生正丁醇时将其从发酵罐中除去，从而使微生物以更高的生产率产生正丁醇。

WO2011/160030例如在用于有效产生发酵产物醇，如正丁醇的方法和系统中利用液-液萃取作为ISPR。

Van Hecke,W.等人在J.Ind.Microbiol.Biotechnol.43(2016)25-36中，整合亲有机性渗透蒸发作为ISPR与来自C5/C6碳水化合物发酵的正丁醇生产，证明了工艺流的减少并且为产品的回收提供了较少能量密集的下游处理。

然而，观察到通过迄今为止在本领域中描述的用ISPR补充ABE发酵过程，能量消耗和加工成本仍然保持相对高(Van Hecke,W.等人，Biotechnol.Adv.32(7)(2014)1245-1255)。

Marin,M.等人在J.Food.Eng.28(1996)225-238中描述了通过渗透蒸发从含水混合物中分离挥发性有机化合物。通过将渗透蒸发模块与两级冷凝结合，改进了渗透蒸发本身的性能。由此将第一冷凝器的温度描述为总是高于第二冷凝器的温度。第一冷凝器的温度在0℃至-20℃的范围内；第二冷凝器的温度在-20℃至-80℃范围内。将真空泵布置在第二冷凝器之后。

发明内容