来源于在提取发酵中用于醇移除的油的提取溶剂的制作方法

专利名称：来源于在提取发酵中用于醇移除的油的提取溶剂的制作方法
来源于在提取发酵中用于醇移除的油的提取溶剂
本申请要求提交于2010年6月18日的美国临时申请61/356，290 ;提交于2010 年7月28日的美国临时申请61/368，451;提交于2010年7月28日的美国临时申请 61/368,436 ;提交于2010年7月28日的美国临时申请61/368，444 ;提交于2010年7月28 日的美国临时申请61/368，429 ;提交于2010年9月2日的美国临时申请61/379，546 ;和提交于2011年2月7日的美国临时申请61/440，034 ;提交于2011年6月15日的美国临时申请13/160，766的权益；其全部内容以引用方式并入本文。
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本发明涉及发酵醇如丁醇的生产，具体地涉及用于提取发酵的提取溶剂，以及将来源于生物质的油转化成提取溶剂的方法。_4]发明背景
丁醇是一种重要的工业化学品，具有多种应用，例如用作燃料添加剂，在塑料工业中用作化学原料，以及在食品和香料工业中用作食品级的提取剂。因此，高度需要丁醇以及高效和环境友好的生产方法 。
利用微生物发酵来生产丁醇是一种环境友好的生产方法。一些丁醇产量高的微生物也具有低的丁醇毒性阈值，使得在生产丁醇过程中需要从发酵容器中移除丁醇。原位产物移除(ISPR)(也被称为提取发酵)从其被生产的发酵容器中移除丁醇，从而使微生物以高产量生产丁醇。本领域已描述的一种用于原位产物移除的方法是液-液提取(美国专利公开申请2009/0305370)。为了在技术上和经济上可行的，理想的是，液-液提取需要提取剂和发酵液体培养基之间的良好接触以便将产物醇有效地传质传送到提取剂中；提取剂与发酵液体培养基(在发酵期间和发酵之后)的良好的相分离；提取剂的有效回收和再利用； 提取剂提取产物醇(通过例如防止降低对于产物醇进入提取剂的分配系数)的能力的最小劣化和提取剂的污染，所述污染是由长期操作过程中会降低分配系数的脂质造成的。
具体地，随着时间推移和每次再利用，提取剂可被油污染，例如通过生物质中存在的油的积聚，生物质是作为可水解的淀粉原料输送进发酵容器中。例如，在通过同时糖化和发酵(SSF)(在通过添加葡糖淀粉酶以产生葡萄糖的发酵过程中伴随着液化浆的糖化)将葡萄糖转化成丁醇的过程中，加载到发酵容器中的含30重量％干玉米固体的液化的玉米浆能产生含有约1. 2重量％玉米油的发酵液体培养基。在原位产物移除过程中作为提取剂溶解在油醇(OA)中的玉米油质可导致随着每次油醇再利用脂质浓度的积聚；随着油醇的每次再利用时油醇中的脂质浓度增加，产物醇在油醇中的分配系数降低。
此外，在提取发酵期间不溶解固体的存在可对醇生产的效率产生负面影响。例如， 不溶解固体的存在可降低发酵容器中的传质系数，阻止发酵容器中的相分离，随着时间的推移导致提取剂中来自不溶解固体的玉米油的积聚从而导致提取效率降低和溶剂损失增加，因为其被截留在作为干酒糟可溶物(DDGS)而被最终移除的固体中，减缓提取剂液滴与发酵液体培养基的解脱过程、和/或导致发酵容器体积效率降低。
若干个用于降低提取发酵中使用的提取剂分配系数的劣化的方法包括湿磨法、分馏和固体移除。湿磨法是一种昂贵的多步方法，其为了单独捕集来自每种副产品的价值而将生物质(例如玉米)分离成其所有重要组分(胚芽、果皮纤维、淀粉、和谷蛋白)。该方法提供了纯化的淀粉流；然而，它非常昂贵并且包括将生物质分离成其非淀粉组分，这对于发酵醇生产是不需要的。分馏移除了纤维和胚芽，所述纤维和胚芽包含存在于研碎全玉米中的大部分油，导致玉米具有更高的淀粉(胚乳)含量。干分馏不分离胚芽和纤维，因此它比湿磨法更便宜。然而，分馏不移除全部的纤维或胚芽，并且不会导致固体的全部消除。此外，在分馏中会损失一些淀粉。玉米的湿磨法比干分馏更昂贵，但干分馏比干磨未分馏玉米更昂贵。如例如于2010年6月18日提交的共同未决的、普通拥有的美国临时专利申请 61/356，290中所述，从用于发酵前的液化浆中移除固体，包括包含脂质的胚芽，可基本上移除不溶解固体。然而，即使不分馏或移除不溶解固体，如果能降低提取剂的分配系数的劣化，也将是有利的。因此，持续需要开发更有效的方法和系统来通过提取发酵产生产物醇如丁醇，在提取发酵中降低了提取剂的分配系数的劣化。
此外，通常提取剂(例如，油醇)是加入到工艺中的，而不是在工艺的一个步骤中产生的。因此，提取剂是原材料支出。由于提取剂可由于吸附在非发酵性固体上而损失并被引入到这个工艺中的脂质所稀释，因此提取剂的回收和再利用的效率可影响醇生产方法的经济性。因此，持续需要用于原位产物移除的替代性提取剂，提取剂通过降低资本和/或运营成本可导致一个更经济的方法。
发明概述
本发明通过提供产生产物醇如丁醇的方法满足了以上需求，其中生物质中的脂质被转化成可用于原位产物移除的提取剂，并且其中降低了与原料和/或在提取剂再利用时输送进发酵容器的脂质的量。本发明还提供了相关的优点，这些优点通过下列的实施方案的描述 将变得更显而易见。
将来源于生物质的脂质化学地转化成提取剂可降低存在于原位产物移除提取剂中的脂质的量，所述提取剂包括脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯、以及它们的混合物(本文中统称为“脂肪酸提取剂”)。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。脂肪酸提取剂预期不会和脂质一样程度地降低产物醇如异丁醇在提取剂相中的分配系数。此外，脂肪酸提取剂可用作原位产物移除提取剂。脂肪酸提取剂可来源于供应输送进发酵容器的可发酵碳的生物质。因此，脂肪酸提取剂可在醇生产工艺的步骤中产生，并用于替代、或添加到供应的不在所述工艺中产生的外源原位产物移除提取剂(如外部提供的油醇)中，从而降低或甚至省去用于原位产物移除提取剂的原材料支出。
此外，提取剂也可通过在高温和/或高压条件下，由将来源于生物质或原料的油转化成脂肪酸而产生。此外，来源于生物质或原料的油可用一种或多种脂肪酶处理以产生脂肪酸或进行氢化反应以产生脂肪醇。
本发明涉及组合物，所述组合物包含能够由原料产生醇的重组微生物；醇；和至少一种提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物；其中所述提取剂由所述原料产生。在一个实施方案中，所述提取剂是脂肪酰胺的混合物，并且在另一个实施方案中，所述脂肪酰胺的混合物包含亚油酰胺、油酰胺、棕榈酸酰胺或硬脂酰胺。在另一个实施方案中，所述提取剂是脂肪酰胺和脂肪酸的混合物，并且在另一个实施方案中，所述脂肪酰胺和脂肪酸的混合物包含亚油酰胺、亚油酸、油酰胺、油酸、棕榈酸酰胺、 棕榈酸、硬脂酰胺或硬脂酸。在一个实施方案中，所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羟基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在一个实施方案中，甘油三酯可为甲氧基化的或乙氧基化的。在另一个实施方案中，所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、 饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、以及它们的混合物。在一个实施方案中，所述提取剂可以是液体或固体。在另一个实施方案中，所述提取剂可以是珠粒的形式。在一个实施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一个实施方案中，所述原料包括黑麦、小麦、玉米、甘蔗、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物。
在一个实施方案中，所述提取剂包括式R(C = 0)N(R’) (R”)的一种或多种脂肪酰胺，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’和R”独立地选自氢和任选地包含一个或多个羟基基团的C1-C6烷基基团。
在另一个实施方案中，所述提取剂包括式R-(C = O)-OCHRJ CHR" -OH的一种或多种脂肪酯，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’和R”独立地选自氢和C1-C4烷基基团。
在一个实施方案中，所述提取剂包括式R-(C = O)-0R’的一种或多种脂肪酯，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’是8个碳或更少的烷基基团。
本发明涉及产生提取剂的方法，所述方法包括提供包含油的生物质；使所述油与一种或多种能够将所述油化学地转化成提取剂的物质接触，从而将所述油的至少一部分转化成所述提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。在一个实施方案中，甘油三酯可为羟基化的或烷氧基化的(例如，甲氧基化、乙氧基化)。在一个实施方案中，所述提取剂可以是液体或固体。在另一个实施方案中，所述提取剂可以是珠粒的形式。在一个实施方案中，所述方法还包括在使所述油与一种或多种物质接触之前，从所述生物质中分离所述油。在一个实施方案中，所述一种或多种物质选自含水氢氧化铵、无水氨、醋酸铵、氨水、过氧化氢、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和阳离子交换树脂。在另一个实施方案中，所述提取剂对于产物醇的分配系数大于在所述油被转化成提取剂之前所述油对于产物醇的分配系数。在一个实施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一个实施方案中，所述生物质包括玉米粒、玉米棒、作物残余物如玉米壳、玉米秸杆、草、小麦、黑麦、 小麦秸杆、大麦、大麦秸杆、干草、稻杆、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、从谷物的研磨中获得的组分、纤维素材料、木质纤维素材料、树、枝、根、叶、木片、木屑、灌木和灌丛、蔬菜、水果、花、动物粪肥、或它们的混合物。
本发明也涉及产生产物醇的方法，所述方法包括(a)提供包含低聚糖和油的生物质；(b)使所述生物质与能够将低聚糖转化成单糖的糖化酶接触；(C)从(a)或(b)的生物质中分离所述油；(d)使所述分离的油与一种或多种反应剂或溶剂接触以形成提取剂；(e)使所述生物质与包含能够将所述单糖转化成产物醇的重组微生物的发酵液体培养基接触，从而产生产物醇；以及(f)使所述产物醇与所述提取剂接触，其中所述提取剂对于产物醇的分配系数大于所述生物质的油对于产物醇的分配系数。在一个实施方案中，一种或多种反应剂或溶剂选自含水氢氧化铵、无水氨、醋酸铵、氨水、过氧化氢、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和阳离子交换树脂。在一个实施方案中，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。在一个实施方案中，所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯(例如，甲氧基化、乙氧基化)、羟基化脂肪酸、烷基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在另一个实施方案中，所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、 饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、 以及它们的混合物。在一个实施方案中，所述提取剂可以是液体或固体。在另一个实施方案中，所述提取剂可以是珠粒的形式。在一个实施方案中，醇是C1-C8烷基醇。在另一个实施方案中，所述油包括选自下列的一种或多种油牛脂油、玉米油、卡诺拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛蹄油、奥蒂油、棕榈油、 花生油、油菜籽油、稻米油、红花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻风树油、小麦油、黑麦油、大麦油和植物油共混物。
在一个实施方案中，所述提取剂包括式R(C = 0)N(R’) (R”)的一种或多种脂肪酰胺，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’和R”独立地选自氢和任选地包含一个或多个羟基基团的C1-C6烷基基团。
在另一个实施方案中，所述提取剂包括式R-(C = O)-OCHRJ CHR" -OH的一种或多种脂肪酯，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’和R”独立地选自氢和C1-C4烷基基团。
在一个实施方案中，所述提取剂包括式R-(C = O)-0R’的一种或多种脂肪酯，其中
R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且
R’是8个碳或更少的烷基基团。
本发明涉及产生产物醇的方法，所述方法包括(a)提供包含能够在发酵容器中产生产物醇的重组微生物的发酵液体培养基，从而产生产物醇；(b)使所述发酵液体培养基与提取剂接触以形成包含水相和有机相的两相混合物，其中所述产物醇和所述油分配到所述有机相中，使得所述有机相包含所述产物醇和所述油；(C)将所述有机相与所述水相分离；(d)从所述有机相中分离所述产物醇；并且任选地步骤(b)和(C)同时进行。在一个实施方案中，所述方法还包括产生原料浆液；分离所述原料浆液以产生(i)水层，(ii)油层，和(iii)固体层；以及将所述水层输送进所述发酵容器。在另一个实施方案中，所述方法还包括使所述油层的油与一种或多种能够将所述油化学地转化成提取剂的物质接触， 从而将所述 油的至少一部分转化成所述提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
在一个实施方案中，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。在另一个实施方案中，所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯(例如，甲氧基化、乙氧基化)、羟基化脂肪酸、烷基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在一个实施方案中，所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、以及它们的混合物。在一个实施方案中，所述提取剂可以是液体或固体。在另一个实施方案中，所述提取剂可以是珠粒的形式。在一个实施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一个实施方案中，所述提取剂对于产物醇的分配系数大于所述油层的油对于产物醇的分配系数。在一个实施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一个实施方案中，所述油包括选自下列的一种或多种油牛脂油、玉米油、卡诺拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛蹄油、奥蒂油、棕榈油、花生油、油菜籽油、稻米油、红花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻风树油、小麦油、黑麦油、大麦油和植物油共混物。
在一些实施方案中，从发酵工艺中移除来源于生物质的油的方法包括使包括一定量油的生物质原料流与一种或多种能够将油化学地转化成提取剂的物质接触，从而将所述油的至少一部分转化成提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、 脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(例如， 甲氧基化、乙氧基化)。所述提取剂对于发酵醇的分配系数大于所述油对于发酵醇的分配系数。在一些实施方案中，生物质原料流为研磨的玉米，并且所述油为玉米油。在一些实施方案中，所述方法也包括使具有提取剂的生物质原料流与发酵液体培养基接触，所述发酵液体培养基包括发酵醇，其中所述发酵醇分配到提取剂中。
本发明涉及产生提取剂的方法，所述方法包括提供包含油的生物质；以及将所述油的至少一部分转化成提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。在一个实施方案中，将所述油转化成提取剂包括下列步骤中的一个或多个在四氢呋喃和氢化铝锂存在的情况下孵育所述油；将所述油与氢氧化钠孵育；将所述油与硫酸和甲醇孵育；在醋酸铵存在的情况下， 将所述油与无水氨孵育；将所述油与氨水孵育；使所述油与甲苯、阳离子交换树脂、冰醋酸、脂肪酶和过氧化氢接触；在高温条件下孵育所述油，或在高压条件下孵育所述油。
在一些实施方案中，用于产物醇原位移除的提取剂的原位生产方法包括(a)提供包含可发酵糖和油的生物质，所述油包括甘油三酯；(b)从(a)的生物质中分离所述油； 以及(C)使所述分离的油与一种或多种反应剂或溶剂接触，所述反应剂或溶剂可与甘油三酯化学地反应以获得反应产物，其选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物，从而所述油中的甘油三酯被转化成反应产物。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。反应产物形成发酵产物提取剂，所述提取剂对于产物醇的分配系数大于所述生物质的油对于产物醇的分配系数。
在一些实施方案中，产生丁醇的方法包括(a)提供包含低聚糖和油的生物质，所述油包括甘油酯；(b)使所述生物质与能够将低聚糖转化成单糖的糖化酶接触；(C)从(a) 或(b)的生物质中分离所述油；(d)使所述分离的油与包含一种或多种反应剂或溶剂的组合物接触，从而油中的甘油酯形成提取剂；(e)使生物质与能够将单糖转化成丁醇的重组微生物接触，从而生产出包含丁醇的发酵产物；以及(f)使发酵产物与(d)的提取剂接触， 从而从发酵产物中分离丁醇。所述提取剂对于丁醇的分配系数大于所述生物质的油对于丁醇的分配系数。在一些实施方案中，步骤(d)的提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些实施方案中，一种方法包括在从原料产生产物醇过程的步骤中,将植物来源的油的至少一部分转化成提取剂，所述提取剂对于产物醇的分配系数大于植物来源的油对于产物醇的分配系数。在一些实施方案中,植物来源的油来源于原料。
在一些实施方案中，所述产物醇是异丁醇，提取剂分配系数为至少约O. 28。在一些实施方案中，提取剂对于异丁醇的分配系数为至少约I。在一些实施方案中，提取剂对于异丁醇的分配系数为至少约2。
在一些实施方案中，由原料产生产物醇的方法包括(a)产生原料浆液；(b)分离(a)的原料浆液以产生产物，包括⑴水层，(ii)油层，和(iii)固体层；以及(C)将(b)的水层输送进所述发酵容器。在一些实施方案中，分离原料浆液的步骤通过离心进行。在一些实施方案中，所述油层为植物来源的油层。在一些实施方案中，所述方法还包括从植物来源的油层获得植物来源的油层的至少一部分。
在一些实施方案中，所述方法还包括将提取剂添加到发酵容器中，以形成包含水相和含产物醇的有机相的两相混合物，从而产物醇分配到含产物醇的有机相中。
在一些实施方案中，所述方法还包括发酵所述水相的糖以产生产物醇，从而产物醇分配到含产物醇的有机相中。
在一些实施方案中，移除来自发酵过程的来源于生物质的油的方法包括(a)提供包含产物醇和来源于生物质的油的发酵液体培养基，所述油包括甘油酯；(b)使发酵液体培养基与提取剂接触以形成包含水相和有机相的两相混合物，所述产物醇和所述油分配到所述有机相中，使得所述有机相包含所述产物醇和所述油；(C)将所述有机相与水相分离； (d)从所述有机相中分离所述产物醇；以及(e)使有机相与组合物 接触，所述组合物包含一种或多种反应剂或溶剂，从而油中的甘油酯形成附加的提取剂；和(f)通过将发酵液体培养基与步骤(e)的附加的提取剂接触，重复步骤(b)。
在一些实施方案中，附加的提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些实施方案中，所述产物醇是丁醇。
在一些实施方案中，原位发酵提取剂形成的组合物包含(a)来源于生物质的油；(b)一种或多种能够将油化学地转化成一种或多种产物的物质，其选自脂肪酸、脂肪酰胺、 脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯；和(C) 一种或多种产物，其中所述一种或多种产物的量是所述组合物量的约50重量％至约99重量％。甘油三酯可被羟基化或烷氧基化 (例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些实施方案中，组合物包含可产生丁醇的重组微生物、丁醇和至少一种溶剂， 所述溶剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。甘油三酯可羟基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些实施方案中，组合物包含可产生丁醇的重组微生物、丁醇和脂肪醇。
在一些实施方案中，组合物包含可产生丁醇的重组微生物、丁醇和脂肪酰胺混合物，其中所述脂肪酰胺混合物包含亚油酰胺、油酰胺、棕榈酸酰胺和硬脂酰胺。
在一些实施方案中，组合物包含的成分包含可产生丁醇的重组微生物，丁醇和玉米油,其中玉米油为约28%至约67%羟基化的。
附图简沭
并入本文并成为说明书的一部分的附图示出了本发明，并且与说明书一起进一步用来解释本发明的原理并使得本领域的技术人员能够利用本发明。


图1示意性地示出了本发明的示例性方法和系统，其中在发酵前从液化生物质中移除了脂质，并且其中将所述移除的脂质转化成提取剂并且供给发酵容器。
图2示意性地示出了本发明的示例性方法和系统，其中在发酵前从液化和糖化生物质中移除了脂质，并且其中将所述移除的脂质转化成提取剂并且供给发酵容器。
图3示意性地示出了本发明的示例性方法和系统，其中脂质从生物质中移除并且转化成供给发酵容器的提取剂。
图4示意性地示出了本发明的示例性方法和系统，其中将生物质原料流中的脂质转化成提取剂并且供给发酵容器。
图5示意性地示出了本发明的示例性方法和系统，其中将在排出发酵容器的第一种提取剂中存在的脂质与所述第一种提取剂进行分离并且转化成供给发酵容器的第二种提取剂。
发明详沭
除非另行定义，否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。如发生矛盾，以本专利申请(包括其定义)为准。此外，除非上下文另有所需，单数术语将包括复数并且复数术语将包括单数。为所有目的，所有的出版物、 专利以及本文提及的其它参考资料均全文以引用方式并入本文。
为了进一步限定本发明，本文提供了以下术语和定义。
如本文所用，术语“包含”、“包含的”、“包括”、“包括的”、“具有”、“具有的”、“含有”或“含有的”、或它们的任意其它变体，应理解为包含意指所申明的整量或整量的群体的，但是并不排除任意其它整量或整量的群体。例如，包含一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些元素，而可以包括其它未明确列出的元素，或此类组合物、 混合物、工艺、方法、制品或设备固有的元素。此外，除非另外特别说明，否则“或”是指包含性的或，而不是指排它性的或。例如，以下任何一个均表示满足条件A或B :A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)、以及A和B都是真的(或存在的)。
同样，涉及元素或组分实例(即次数)的数目在本发明元素或组分前的不定冠词 “一个”或“一种”旨在是非限制性的。因此，“一个”或“一种”应解读为包括一个或至少一个，并且所述元素或组分的单数形式还包括复数，除非该数字明显地是指单数。
如本文所用，术语“发明”或“本发明”为非限制性术语，并且不旨在意指本发明的任何单独实施方案，而是涵盖如申请所述的所有可能的实施方案。
如本文所用，修饰本发明的成分或反应剂的量使用的术语“约”是指可以通过例如以下方式而发生的用数字表示的量的变化在真实世界中用于产生浓缩物或溶液的一般测量和液体处理操作；通过这些操作中非故意的误差；用于制备组合物或执行方法的成分的制造、来源或纯度中的差异 ’等。术语“约”还包括由于产生自特定起始混合物的组合物的不同平衡条件而不同的量。无论是否被所述术语“约”的修饰，本权利要求包括所述量的等价物。在一个实施方案中，术语“约”指在报告数值的10%范围内，或者在报告数值的5% 范围内。
如本文所用，“生物质”指的是包含可水解多糖的天然产物，其提供了可发酵糖，包括来自天然来源的任意糖和淀粉如玉米、甘蔗、小麦、纤维素或木质纤维素材料以及包含纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、低聚糖、双糖和/或单糖的材料、以及它们的混合物。生物质还可包含另外的组分，诸如蛋白质和/或脂质。生物质可来自于单一来源，或者生物质可包含来自超过一种来源的混合物。例如，生物质可包括玉米棒和玉米秸杆的混合物，或草和叶的混合物。生物质包括但不限于生物能作物、农业残余物、市政固体垃圾、工业固体垃圾、来自造纸业的淤渣、庭院垃圾、木材和林业垃圾。生物质的实例包括但不限于玉米粒、玉米棒、作物残余物如玉米壳、玉米秸杆、草、小麦、黑麦、小麦秸杆、大麦、大麦秸杆、干草、稻杆、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、从谷物研磨中获得的组分、树、枝、根、叶、木片、 木屑、灌木和灌丛、蔬菜、水果、花、动物粪肥、以及它们的混合物。例如，可通过本领域已知的出于发酵目的而加工所述生物质的任意加工过程(诸如通过研磨、处理和/或液化)由生物质形成浆料、汁液、糖浆或水解产物，并且其包含可发酵糖，并可包含水。例如，可通过本领域技术人员已知的任何方法来加工纤维素和/或木质纤维素生物质以获得包含可发酵糖的水解产物。美国专利申请公开2007/0031918A1中公开了低氨预处理，其以引用的方式并入本文。纤维素和/或木质纤维素生物质的酶促糖化通常利用酶聚生体来分解纤维素和半纤维素以产生包含糖的水解产物，所述糖包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。(Lynd等 (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66 :506-577,2002)中综述了适用于纤维素和/或木质纤维素生物质的糖化酶)。
根据本文所述，浆料、汁液、糖浆或水解产物可包括原料12和原料浆液16。水性原料流可通过本 领域已知的出于发酵目的而加工所述生物质的任意加工过程(诸如通过研磨、处理和/或液化)来自或形成自生物质，并且其包含可发酵的碳底物(如糖)并可包含水。根据本文所述，水性原料流可包括原料12和原料浆液16。
如本文所用，“原料”是指在发酵过程中的进料，所述进料包含具有或不具有不溶解固体的可发酵碳源，并且在适用的情况下，在所述可发酵碳源从淀粉中释放或通过进一步的加工过程(诸如通过液化、糖化或其它加工过程)由分解复合糖而获得之前或之后，所述进料包含该可发酵碳源。原料包括或来源于生物质。适当的原料包括但不限于黑麦、小麦、玉米、甘蔗、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物。在引述“玉米油”的情况下，应了解该术语包括了在本发明的其它实施方案中由给定的原料所生产的油。
如本文所用，“发酵液体培养基”是指水、糖、溶解固体的混合物，任选地有产生醇的微生物、产物醇以及所述发酵容器内所容纳物质的全部其它组成，所述发酵容器中通过以所存在的微生物进行的由糖形成醇、水和二氧化碳(CO2)的反应而制备了产物醇。具体地，如本文所用，术语“发酵培养基”和“发酵混合物”可与“发酵液体培养基”相同含义地使用。
如本文所用，“可发酵碳源”或“可发酵碳底物”是指能够由本文公开的微生物代谢以产生发酵醇的碳源。适当的可发酵碳源包括但不限于单糖(诸如葡萄糖或果糖)；双糖 (诸如乳糖或蔗糖)；低聚糖；多糖(诸如淀粉或纤维素)；一碳底物；以及它们的混合物。
如本文所用，“可发酵糖”是指能够由本文所公开的微生物代谢以产生发酵醇的糖。
如本文所用，“发酵容器”是指在其中进行发酵反应的容器，通过所述发酵反应由糖制备了产物醇，诸如丁醇。
如本文所用，“液化容器”是指在其中进行液化的容器。液化是从原料中释放低聚糖的加工过程。在所述原料是玉米的一些实施方案中，在液化期间从该玉米淀粉中释放低聚糖。
如本文所用，“糖化容器”是指在其中进行糖化(即，低聚糖分解成为单糖)的容器。在发酵和糖化同步进行的情况下，所述糖化容器和所述发酵容器可以是相同的容器。
如本文所用，“糖”指的是低聚糖、双糖和/或单糖。
如本文所用，“糖化酶类”是指能够水解多糖和/或低聚糖(例如，糖原或淀粉的 0-1，4-糖苷键)的一种或多种酶。糖化酶类还可包括能够水解纤维素或木质纤维素材料的酶。
如本文所用，“不溶解固体”是指原料的非可发酵部分，例如胚芽、纤维和麸质。
如本文所用，“产物醇”指的是可通过微生物在发酵过程中产生的任意醇，所述发酵过程利用生物质 作为可发酵碳底物的来源。产物醇包括但不限于C1-C8烷基醇。一些实施方案中，所述产物醇是C2-C8烷基醇。在其它实施方案中，所述产物醇是C2-C5烷基醇。应当了解C1-C8烷基醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。类似地,C2-C8烷基醇包括但不限于乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。“醇”在本文也用于指产物醇。
如本文所用，“丁醇”具体地指丁醇的异构体1- 丁醇(1-BuOH)、2_ 丁醇(2_Bu0H) 和/或异丁醇(iBuOH或1-BU0H，亦称为2-甲基_1_丙醇)，其单独存在或以其混合物存在。
如本文所用，“丙醇”指的是丙醇异构体异丙醇或1-丙醇。
如本文所用，“戊醇”指的是戊醇异构体1-戊醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、2，2- 二甲基-1-丙醇、3-戊醇、2-戊醇、3-甲基-2- 丁醇或2-甲基-2- 丁醇。
如本文所用，术语“醇当量”指的是通过对一定量醇酯的完美水解和回收而获得的醇的重量。
如本文所用，术语“水相滴度”指的是特定醇(如，丁醇)在发酵液体培养基中的浓度。
如本文所用，术语“有效滴度”指的是每升发酵培养基中通过发酵而产生的特定醇 (如，丁醇)的总量或通过醇酯化而产生的醇酯的醇当量。例如，单位体积发酵物中的丁醇有效滴度包括(i)发酵培养基中的丁醇量；( )由有机提取剂回收的丁醇量；(iii)在使用了汽提的情况下从气相中回收的丁醇量，以及(iv)在有机相或水相中的丁醇酯的醇当量。
如本文所用，“原位产物移除(ISPR) ”是指特定发酵产物从生物过程(诸如发酵) 中的选择性移除，从而在生产所述产物时控制了所述生物过程中的产物浓度。
如本文所用，“提取剂”或“ ISPR提取剂”是指用于提取任何产物醇(诸如丁醇异构体)的有机溶剂。所述提取剂在发酵温度下可以是固体或液体。具体地，如本文所用，术语“溶剂”可与“提取剂”相同含义地使用。
如本文所用，“脂肪酸提取剂”是指产生自天然油的提取剂，其通过将所述天然油中的甘油酯与一种或多种溶剂或反应剂进行化学反应以获得一种或多种反应产物而产生， 所述反应剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。所述甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。
如本文所用，“天然油”指的是获自植物(如，生物质)或动物的脂质。如本文所用，“来自植物的油”特别指的是获自植物的脂质。具体地，“脂质”可与“油”和“甘油三酯” 相同含义地使用。天然油包括但不限于牛脂油、玉米油、卡诺拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛蹄油、奥蒂油、棕榈油、花生油、油菜籽油、稻米油、红花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻风树油和植物油共混物。
如本文所用，术语“脂肪酸”指的是具有C4-C28碳原子(最常见的是C12-C24碳原子) 的饱和或不饱和羧酸(如，脂肪族单羧酸)。脂肪酸还可以是有支链的或无支链的。脂肪酸可来自或以酯化形式包含于动物或植物脂肪、油或蜡中。脂肪酸可以以甘油三酯的形式天然存在于脂肪或脂肪油中，或者可通过脂肪水解或合成而获得。所述术语脂肪酸可描述单一化学种类或脂肪酸的混合物。此外，所述术语脂肪酸还包括游离脂肪酸。
如本文所用，术语“脂肪醇”是指具有C4-C22碳原子的长脂族链的醇，所述脂族链为饱和的或不饱和的。
如本文所用，术语“脂肪醛”是指具有C4-C22碳原子的长脂族链的醛，所述脂族链为饱和的或不饱和的。
如本文所用，术语“脂肪酰胺”是指具有C4-C22碳原子的长脂族链的酰胺，所述脂族链为饱和的或不饱和的。
如本文所用，术语“脂肪酯”是指具有C4-C22碳原子的长脂族链的酯，所述脂族链为饱和的或不饱和的。
术语“与水不相混的”是指诸如提取剂或溶剂这样的化 学组分，其与水溶液(诸如发酵液体培养基)不能通过形成单一液相的方式相混合。
如本文所用，术语“水相”指的是两相混合物的水相，其通过将发酵液体培养基和与水不相混的有机提取剂进行接触而获得。在本文描述的包括发酵提取的加工过程的一个实施方案中，则术语“发酵液体培养基”特指两相发酵提取物中的水相。
如本文所用，术语“有机相”指的是两相混合物的非水相，其通过将发酵液体培养基和与水不相混的有机提取剂进行接触而获得。
如本文所用，术语“分离”与“回收”同义，并且是指从初始混合物中移除化合物以获得纯度或浓度比初始混合物中的化合物纯度或浓度更高的化合物。
如本文所用，“重组微生物”指的是诸如细菌或酵母这样的微生物，其通过使用重组DNA技术进行了修饰，例如，通过对宿主细胞进行工程改造以包含生物合成途径，诸如产生醇(诸如丁醇)的生物合成途径。
本发明提供了提取剂以及制备所述提取剂的方法，所述提取剂通过对产生自生物质的油进行化学地转化而获得。特别地，可将所述油中的甘油酯化学地转化成一种或多种产物，其包括脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯、以及它们的混合物，其在本文中总体上指的是脂肪酸提取剂。所述甘油三酯可被羟基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。脂肪酸提取剂可作为用于从发酵液体培养基中对产物醇(诸如丁醇)进行原位移除的提取剂。因此，本发明还提供了通过使用提取剂进行的提取发酵而制备产物醇(诸如丁醇)的方法，所述提取剂从生物质油中产生。本发明还提供了通过分离产生自原料的油而从醇发酵过程中移除油的方法。可液化所述原料以在油移除前产生浆液。因此，所述浆液包括可发酵碳源、油和不溶解固体。可在将所述浆液引入所述发酵容器之前从该浆液中移除所述油以及在一些实施方案中的不溶解固体。对所述油以及在一些实施方案中的不溶解固体的移除可减少损失、降低所述提取剂分配系数随时间的退化，其由该油(以及在一些实施方案中的不溶解固体)在该发酵容器中的存在而引起。此外，可将所述分离的油化学地转化成脂肪酸提取剂，其可引入所述发酵容器。所述脂肪酸提取剂对于发酵醇的分配系数大于所述油对于发酵醇的分配系数。此外，所述脂肪酸提取剂可代替商业外源提取剂(诸如油醇)或在其基础上进行使用，所述商业外源提取剂并非根据本发明的方法通过所述原料化学地转化而成。因此，通过在发酵过程的步骤中由产生自原料的油进行化学地转化而制备提取剂，本发明的方法可降低与所述外源提取剂相关的原材料费用。
本发明将参照附图进行描述。图1示出了根据本发明的实施方案进行发酵醇生产的示例性加工流程图。根据示出，可将原料12引入液化容器10的入口并且经液化以产生原料浆液16。原料12包含提供可发酵碳源的可水解淀粉(如可发酵糖，诸如葡萄糖)， 并且可以是生物质，诸如但不限于黑麦、小麦、玉米、甘蔗、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物，或者也可以产生自生物质。在一些实施方案中，原料12可以是分级生物质的一种或多种组分，并且在其它的实施方案中，原料12可以是经研磨的未分级生物质。在一些实施方案中，原料12可以是玉米，诸如干研磨的未分级玉米粒，并且所述不溶解颗粒可包括胚芽、纤维和麸质。所述不溶解固体是原料12的非可发酵部分。出于本文参照附图所示的实施方案进行讨论的目的，通常描述原料12为包含经研磨的未分级玉米，其中所述不溶解固体并未从中分离。然而应当了解，正如本领域的技术人员所明了，可针对不同的原料(无论其经过分级与否)改进本文所述的示例性方法和系统。在一些实施方案中，原料12可以是高油酸玉米，从而使由其产生的玉米油是具有至少约 55重量％油酸的油酸含量的高油酸玉米油。在一些实施方案中，与约为24重量％的普通玉米油的油酸含量相比， 高油酸玉米油的油酸含量可最高达约65重量％。高油酸油可提供一些益处以用于本发明的方法，这是因为所述油的水解可提供具有高油酸含量的脂肪酸提取剂以用于接触发酵液体培养基。在一些实施方案中，所述脂肪酸或其混合物包含不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的存在降低了融点，这提供了操作上的益处。在不饱和脂肪酸中，具有单一碳碳双键的单不饱和脂肪酸可提供融点方面的益处而不牺牲出于加工考虑的适当热力学稳定性和氧化稳定性。
液化原料12的加工过程涉及原料12中的淀粉水解形成糖并且其为传统的加工过程，所述糖包括，例如，糊精和低聚糖。可以使用业界常用的任意已知的液化过程以及对应的液化容器，其包括但不限于酸加工、酸-酶加工或酶加工。这些加工过程可单独使用或组合使用。在一些实施方案中，可使用所述酶加工并且将适当的酶14(例如α-淀粉酶)引入液化容器10的入口。还可将水引入液化容器10。
由液化原料12而产生的原料浆液16包括由该原料产生的糖、油以及不溶解固体。 可从液化容器10的出口排出原料浆液16。在一些实施方案中，原料12是玉米或玉米粒，并且因此原料浆液16是玉米浆料液。
将原料浆液16引入分离器20的入口，所述分离器20经配置以移除所述原料浆液 16中存在的一些油或优选地实质上全部的油。所述被移除的油作为物流26提供给反应容器40，并且将包括糖和水的剩余原料作为水性物流22排出给发酵容器30。水性物流22可包括所述浆16的不溶解固体，但是由于通过分离器20移除了所述油26，发酵容器30中的发酵液体培养基仍然具有降低量的油。从分离器20中排出的所述油物流26具有一定量的甘油酯，尤其是甘油三酯，其在反应容器40中与一种或多种物质42接触。物质42是能够将油26中的甘油酯的至少一部分化学地转化成脂肪酸提取剂28的反应剂或溶剂。在一些实施方案中，来自经物质42进行的对所述甘油酯的化学地转化的脂肪酸提取剂28在所述油中的量可以是至少约17重量％、至少约20重量％、至少约30重量％、至少约40重量％、至少约50重量％、至少约60重量％、至少约65重量％、至少约70重量％、至少约75重量％、 至少约80重量％、至少约85重量％、至少约90重量％、至少约95重量％或者至少约99重量％。
分离器20可以是本领域中已知的用于从水性原料流中移除油的任意适当的分离器，其包括但不限于虹吸管、吸式倾析、离心、使用重力沉降容器、膜辅助的相分离等等。在一些实施方案中，分离器20还可移除原料浆液16中的不溶解固体并且将所述不溶解固体作为固相或湿饼24进行排出。例如，在一些实施方案中，分离器20可包括压滤机、真空滤器或离心机以用于从原料浆液16中分离所述不溶解固体。例如，在一些实施方案中，分离器 20包括三相离心机20，其搅动或旋转原料浆液16以产生包含含有糖和水的水层(即，物流 22)、含有不溶解固体的固体层(即，湿饼24)以及油层(即，油物流26)的离心产物。当浆 16为玉米浆料液时，油26是游离玉米油。如本文所用，术语游离玉米油是指从玉米胚芽中释放的玉米油。对于作为原料浆液16的玉米浆料液，湿饼24包括了所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约50%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约55%、 所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约60%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约65%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约70%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约75%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约 80%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约85 %、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约90%、所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的至少约95%或所述原料浆液中存在的不溶解颗粒重量的约99%。
当通过离心机20移除湿饼24时，在一些实施方案中，来自原料12的油(诸如当所述原料是玉米时的玉米油)的一部分存留于湿饼24中。在这种情况下，湿饼24包括占湿饼24干固体含量的重量低于约20%的量的玉米油。湿饼24可被排出位于离心机20底部附近的出口。湿饼24还可包括所述可发酵碳和水的一部分。一旦水溶液22已从所述离心机20中排出，可以使用另外的水在所述离心机中洗涤湿饼24。对湿饼24的洗涤应回收所述湿饼中存在的糖(如低聚糖)并且所述被回收的糖和水可重循环进入液化容器10。在洗涤后，可通过任意适当的已知加工过程干燥湿饼24以形成干酒糟可溶物(DDGS)。由在离心机20中形成的湿饼24形成所述DDGS具有多种益处。由于所述不溶解固体并不进入所述发酵容器，该DDGS并不具有持留的提取剂和/或产物醇(诸如丁醇)，其并不经受所述发酵容器的条件，并且其不接触所述发酵容器中存在的微生物。这些益处使得加工和销售DDGS (例如作为动物饲料)更为容易。用于通过离心从原料16中移除不溶解固体的方法和系统详细地描述于2010年6月18日提交的共同待决的共同拥有的美国临时专利申请 61/356，290中，其全文以引用的方式并入本文。
在一些实施方案中，油26并非与湿饼24分别地排出，而是油26包括于作为湿饼 24的一部分并且最终存在于所述DDGS中。在这种情况下，所述油可从所述DDGS中分离并且转化成脂肪酸提取剂以随后用于相同或不同的醇发酵加工。在任何情况下，对所述原料的油组分的移除有利于醇生产(诸如丁醇生产)，这是因为所述发酵容器中存在的油可稀释ISPR提取剂并且可降低所述发酵醇进入有机相的分配系数。此外，所述油可分解成为脂肪酸和甘油，其可在所述水中积累并且降低可用于在全系统中循环的水量。因此，对所述原料的油组分的移除还可通过提高可在全系统中循环的水量而提高所述产物醇生产的效率。
向发酵容器30中引入水性物流22和微生物32以将其包含入发酵容器30中容纳的发酵液体培养基中。发酵容器30经设置以对水性物流22进行发酵从而产生产物醇，诸如丁醇。特别地，微生物32代谢了浆液16中的可发酵糖并且分泌产物醇。微生物32选自细菌、蓝细菌、丝状真菌和酵母。在一些实施方案中，微生物32可以是细菌，诸如大肠杆菌 (E.col1.)。在一些 实施方案中，微生物32可以是发酵型重组微生物。水溶液22可包括糖(例如以低聚糖的形式)和水，并且可包含低于约20g/L的单体葡萄糖，更优选地低于约 10g/L或低于5g/L的单体葡萄糖。测定单体葡萄糖的量的适当方法在本领域中是众所周知的。本领域中已知的这些适当方法包括HPLC。
在一些实施方案中，水性物流22被糖化加工以将物流22中的复合糖(如低聚糖) 分解成为微生物32易于代谢的单糖。可以使用业界常用的任意已知的糖化过程，其包括但不限于酸加工、酸-酶加工或酶加工。在一些实施方案中，可在发酵容器30中进行同步糖化和发酵(SSF)。在一些实施方案中，可将酶38 (诸如葡糖淀粉酶)引入发酵容器30的入口以将淀粉分解成为微生物32可代谢的葡萄糖。
在微生物32产生产物醇时，可使用原位产物移除(ISPR)以从发酵容器30中移除所述产物醇。对于提取发酵，这一 ISPR包括液-液提取。可根据描述于美国专利申请公开2009/0305370中的加工过程实施液-液提取，其公开内容全文特此以引用的方式并入。 美国专利申请公开2009/030537描述了用于以提取发酵生产和从发酵液体培养基中回收丁醇的方法，所述方法包括使所述发酵液体培养基和与水不相混的提取剂接触的步骤。所述提取剂一般可以是用于形成包含水相和有机相的两相混合物的有机提取剂，其选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酯、脂肪醛、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它们的混合物。对于图1的实施方案，发酵容器30具有一个或多个入口用于接收一种或多种与水不相混的ISPR提取剂，其包括来自容器40的脂肪酸提取剂 28。脂肪酸提取剂28接触了发酵液体培养基并且形成包含水相和有机相的两相混合物。所述发酵液体培养基中存在的产物醇分配到所述有机相。所述两相混合物可作为物流39从发酵容器30中移除并引入容器35，所述容器中进行了对水相和有机相的分离以制备包含醇的有机相36和水相34。使用本领域已知的方法将所述包含醇的有机相36与所述两相混合物39中的水相分离，所述方法包括但不限于虹吸管、倾析、离心、使用重力沉降容器、 膜辅助的相分离等等。所述水相34的全部或部分可作为发酵培养基重新循环进入发酵容器30 (如所示)，或者废弃并且代之以新鲜培养基，或经处理以移除任何存留的产物醇并随后重新循环至发酵容器30。所述包含醇的有机相36经处理以回收所述产物醇，并且所产生的低醇提取剂可随后通常与新鲜的补料提取剂28相结合重新循环回到(未示出)发酵容器30，以用于所述产物醇的进一步提取。或者，可将新鲜的提取剂28连续地加入所述发酵容器以取代在双相混合物物流39中移除的提取剂。
在一些实施方案中，可将一种或多种另外的ISPR提取剂(诸如图3-5中示出的提取剂29)引入发酵容器30以形成包含水相和有机相的两相混合物，所述产物醇分配到该有机相。该一种或多种另外的提取剂29可以是另一种脂肪酸提取剂和/或外源有机提取剂， 诸如油醇、山嵛醇、鲸蜡醇、月桂醇、肉豆寇醇、硬脂醇、1-1^一醇、油酸、月桂酸、肉豆蘧酸、 硬脂酸、肉豆蘧酸甲酯、油酸甲酯、十一醛、月桂醛、20-甲基十一醛、以及它们的混合物。在一些实施方案中，ISPR提取剂29可以是羧酸，并且在一些实施方案中，ISPR提取剂29可以是游离的脂肪酸。在一个实施方案中，所述羧酸或游离脂肪酸可具有4个至28个碳的链， 在另一些实施方案为4至22碳的链，在另一些实施方案为8个至22个碳的链，在另一些实施方案为10个至28个碳的链，在另一些实施方案为7个至22个碳的链，在另一些实施方案为12个至22个碳的链，在另一些实施方案为4个至18个碳的链，在另一些实施方案为 12个至22个碳的链，并且在又一些实施方案为12个至18个碳的链。
在一些实施方案中，ISPR提取剂29是一种或多种以下脂肪酸杜鹃花酸、癸酸、辛酸、蓖麻油酸、椰子油酸(即，包括月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、辛酸、癸酸、硬脂酸、已酸、花生酸、油酸和亚油酸在内的脂肪酸天然组合物)、二聚酸、异硬脂酸、月桂酸、亚麻酸、肉豆蘧酸、油酸、棕榈油酸、棕榈酸、棕榈仁油酸、壬酸、蓖麻酸、癸二酸、豆油酸、硬脂酸、妥尔油、牛脂油以及12羟基硬脂酸。在一些实施方案中，ISPR提取剂29是一种或多种二酸，如壬二酸和癸二酸。因此，在一些实施方案中，ISPR提取剂29可以是两种或更多种不同脂肪酸的混合物。在一些实施方案中，根据(例如)2010年7月28日提交的共同待决的共同拥有的美国临时专利申请61/368，444中所述，ISPR提取剂29可以是通过对天然油(诸如生物质) 的酶水解而产生的游离脂肪酸，在这些实施方案中，用于制备提取剂29的生物质脂质可来自于与获取原料12的生物质相同的或不同的生物质来源。例如，在一些实施方案中，用于制备提取剂29的生物质脂质可来自大豆，而原料12的生物质来源是玉米。可使用提取剂 29与原料12的不同生物质来源的任何可能组合，这对于 本领域的技术人员是明了的。
在图1的实施方案中，从所述发酵液体培养基中原位提取了所述产物醇，而所述两相混合物39的分离在分离容器35中进行。原位提取发酵可以在发酵容器30中以批次模式或连续模式进行。对于原位提取发酵，有机提取剂可在形成两相发酵培养基的发酵开始时接触发酵培养基。作为另外一种选择，有机提取剂可在微生物达到期望的生长量之后与发酵培养基接触，其中所述生长量的达到可通过测定培养物的光密度确定。此外，所述有机提取剂可在所述发酵培养基中的产物醇水平达到预定水平时接触发酵培养基。例如，对于丁醇生产，所述ISPR提取剂可在所述丁醇浓度达到毒性水平之前接触发酵培养基。在将发酵培养基接触所述ISPR提取剂之后，丁醇产物分配到该提取剂，这降低了包含微生物的水相中的丁醇浓度，由此而限制了所述生产微生物对抑制性丁醇产物的暴露。
根据下文所述，所使用的ISPR提取剂的体积取决于多种因素，其包括发酵培养基体积、发酵容器大小、该提取剂对于丁醇产物的分配系数，以及所选用的发酵模式。所述提取剂的体积可以是该发酵容器工作体积的约3%至约60%。根据提取的效率，发酵培养基中的丁醇水相滴度可以是，例如，约5g/L至约85g/L、约10g/L至约40g/L、约10g/L至约20g/L、约15g/L至约50g/L或约20g/L至约60g/L。不受理论的限制,使用提取发酵方法据信可获得较高的丁醇滴度，这部分地通过从发酵培养基中移除毒性的丁醇产物，由此而将该水平保持低于对微生物具有毒性的水平。
在原位提取发酵的批次模式中，向发酵容器中加入了一定体积的有机提取剂并且在加工期间并不移除所述提取剂。该模式需要较大体积的有机提取剂以最小化发酵培养基中抑制的丁醇产物的浓度。因此，发酵培养基的体积相对更少，所生产的产物的量也比采用上述连续模式时所获得的更少。例如，在一个实施方案中所述批次模式中的提取剂的体积可以是发酵容器工作体积的约20%至约60%，并且在另一个实施方案中为约30%至约 60%。
汽提(未示出)可与所述有机提取剂同时使用以从发酵培养基中移除产物醇。
在一些实施方案中，根据下文描述的图4和图5的实施方案中所不出，所述两相混合物的分离可在发酵容器中进行。特别地，在一个实施方案中，在原位提取发酵的连续模式中，可将提取剂28引入发酵容器30以在其中获得两相混合物，而包含醇的有机相物流 36直接脱离发酵容器30中。水相物流34也可直接脱离实施例30，经处理以移除任何存留的产物醇并且进行重新循环，或废弃并且代之以新鲜发酵培养基。可在进行或不进行微生物32从所述发酵液体培养基中的移除的情况下完成以所述ISPR提取剂对所述产物醇的提取。可通过本领域中已知的任意方法从所述发酵液体培养基中移除微生物32，其包括但不限于过滤或离心。例如，水相物流34可包括微生物32，诸如酵母。可容易地从所述水相物流中分离微生物32，例如在离心机中分离(未示出)。微生物32可随后重新循环至实施例 30，其可随时间提高醇生产的生产率，由此而导致所述醇生产的效率提高。
在原位提取发酵的连续模式中，所述提取剂的体积在一个实施方案中可以是所述发酵容器工作体积的约3%至约50%，在另一个实施方案中约3%至约30%，在另一个实施方案中3%至约20%，在另一个实施方案中3%至约10%。由于所述产物从反应器中连续地移除，因此需要较小体积的提取剂，这实现了对较大体积的发酵培养基的使用。
作为原位提取发酵的另外选择，所述产物醇可从发酵容器30的下游发酵液体培养基中提取。在这一情况下 ，可从发酵容器30中移除所述发酵液体培养基并将其引入容器 35。可随后将提取剂28引入容器35并且与所述发酵液体培养基接触以在容器35中获得两相混合物39，其随后分离成为有机相36和水相34。或者，可在引入容器35之前，在另一容器中将提取剂28加至所述发酵液体培养基。
脂肪酸提取剂28对于所述产物醇的分配系数大于油26对于所述产物醇的分配系数。例如，在原料12为玉米的情况下，玉米油26 (如果存在于所述发酵液体培养基中)可具有对于所述产物醇低于约O. 28的分配系数，而产生自玉米油26的脂肪酸提取剂28可具有约O. 28或更高的分配系数。在一个实施方案中，脂肪酸提取剂28具有对于所述产物醇 (诸如丁醇)至少约I的分配系数，在另一个实施方案中至少约2，在另一个实施方案中至少约2. 5，在另一个实施方案中至少约2. 75，在另一个实施方案中至少约3。因此，通过不仅降低所述ISPR提取剂的分配系数退化的威胁而且还作为脂肪酸提取剂生产的原材料发挥作用，所述原料的油组分在提取发酵中提高了所述产物醇生产的效率，相比所述油自身该脂肪酸提取剂可将更多的产物醇从所述水相中分出。此外，来自原料12中的油26的脂肪酸提取剂28可单独使用或结合外源提取剂(如，由外部供应的油醇)使用，由此而降低或消除所述外部提取剂相关的成本。
此外，在脂肪酸提取剂28包括游离脂肪酸的情况下，发酵容器30中的微生物32 的葡萄糖消耗速度在这些游离脂肪酸存在的情况下可高于不存在这些游离脂肪酸的情况， 因此，在本发明的一些实施方案中，所述发酵液体培养基可接触具有游离脂肪酸的脂肪酸提取剂，在提取发酵中，相对于使用无游离脂肪酸的ISPR提取剂(如油醇)时的葡萄糖摄取所述游离脂肪酸以此可提高微生物32的葡萄糖摄取。例如，根据下文所述实施例2的表 I所示出，与使用油醇作为提取剂的情况相比，在提取发酵中作为脂肪酸提取剂使用的脂肪酰胺/脂肪酸混合物可提供酵母菌属丁醇菌原(Saccharomycesbutanologen)的较高葡萄糖摄取率。2010年7月28日提交的共同待决的共同拥有的美国临时专利申请61/368，451 中描述了用于通过发酵加工产生产物醇的方法，其中在所述加工的步骤中产生了游离脂肪酸并且其在发酵容器中接触微生物培养物以改善微生物生长速度和葡萄糖消耗，所述专利申请全文以引用的方式并入本文。
在一些实施方案中，可改进图1的系统和加工以使用分离器20和发酵容器30之间的独立糖化容器60代替发酵容器30中的同步糖化和发酵，其对于本领域的技术人员应是明了的。
根据示出，在另外的实施方案中，例如在图2的实施方案中，糖化可在位于分离器 20和液化容器10之间的独立糖化容器60中进行。图2实质上等同于图1，除包含入接收酶38的独立糖化容器60之外，其中油物流26与液化的糖化原料物质62相分离。原料浆液16与酶38 (诸如葡糖淀粉酶)一同引入糖化容器60，浆液16中低聚糖形式的糖以此而分解为单糖。液化的糖化原料物流62脱离糖化容器60并且引入分离器20。原料物流62 包括来自原料的单糖、油和不溶解固体。在分离器20中，原料物流62分离成为油物流26 和实质上的水性物流23，其引入了发酵容器30。在所示出的实施方案中，水性物流23包括不溶解固体。或者，根据对于图1的实施方案的描述，所述固体可在分离器20作为湿饼24 移除。从分离器20中排出的所述油物流26具有一定量的甘油酯，尤其是甘油三酯，其在反应容器40中接触以一种或多种物质42。物质42将来自油26的至少部分甘油酯类化学地转化成脂肪酸提取 剂28，其引入了发酵容器30。图2的实施方案的其它加工操作与图1相同，并且因此不再详述。
根据示出，在本发明的一些实施方案中，例如图3的实施方案中，提取发酵可使用脂肪酸提取剂28'，其产生自与原料12相同或不同的生物质，但是其并非产生自原料12中包含的已存在油。例如，当原料12是玉米时，脂肪酸提取剂28/可产生自玉米油，但是产生提取剂28'的玉米油并非根据图1的实施方案所提供的原料12中所包含并且分离至反应容器40的玉米油。作为另一实例，脂肪酸提取剂28'可产生自作为生物质来源的黄豆(或大豆)，而原料12的生物质来源是玉米。可使用提取剂28'与原料12的不同生物质来源的任何可能组合，这对于本领域的技术人员应是明了的。
在一些实施方案中，脂肪酸提取剂28'来自于任何天然油，并且因此而可以来自于生物质来源或动物来源。
在图3的实施方案中，将液化的水性物流22与糖化酶38和微生物32 —同引入发酵容器30，由此而通过同步糖化和发酵(SSF)产生产物醇。在一些实施方案中，糖化可在独立的容器中进行，诸如对于图2的实施方案的描述。在一些实施方案中，优选地液化水性物流22已经通过分离器20 (参见图1)移除了至少油26，并且在一些实施方案中，还在引入发酵容器30之前将不溶解固体作为湿饼24移除(参见图1)。将天然油(诸如植物来源的油)作为物流26'与物质42 —同引入反应器40以将油26'的至少一部分化学地转化成脂肪酸提取剂28'。油物流26'并非来自原料浆液16上游的油26(参见图1)。可经化学地转化成脂肪酸提取剂28'以用于ISPR的任何植物来源的油或其它天然油。随后将来自反应容器40的脂肪酸提取剂28'引入发酵容器30，由此而使所述产物醇以较高程度分配到脂肪酸提取剂28'，如果所述发酵容器中存在油26'则所述产物醇将以该程度分配到油 26'。
因此，在一些实施方案中，使用获自植物来源的油26'的脂肪酸提取剂2V提取了所述产物醇，所述油26'与最初经过原料12引入所述加工的油26并不相同。任选地，一种或多种另外的提取剂29可引入发酵容器30以用于将产物醇从水相中优先地分出。所述一种或多种另外的提取剂29可以是外源提取剂，诸如外部供应的油醇，其并未在所述加工中产生，并且/或者是另一种脂肪酸提取剂。在一些实施方案中，这些另外的脂肪酸提取剂 29可通过油产生，来自于与发酵容器原料物质22和油物流26'的生物质来源相同或不同的生物质。
除未显示水相34被引回发酵容器30之外，图3的实施方案的其它加工操作与图1 和图2相同，并且因此将不再详述。但是应当了解，在本文给出的任意实施方案中，全部或部分水相34可根据对于图1的描述进行重新循环、废弃和/或进一步处理以移除产物醇。
在本发明的一些实施方案中，来自原料12的油并非在分离器20中分离，而是原位经化学地转化成脂肪酸提取剂，例如，在液化之前或其间在原料12中进行、在浆液16中进行或在糖化物流62中进行(参见图2)。例如，在图4的实施方案中，将原料12与适当的酶14(例如，α-淀粉酶)一同引入液化容器10，从而水解所述原料12中的淀粉以产生液化原料。在原料12的液化之前、期间或之后还向液化容器10中引入了一种或多种物质42 以用于将原料12中存在的油化学地转化成脂肪酸提取剂28。可在加入酶14之前或之后将物质42引入液化容器10，并且可在原料12的液化之前、期间或之后将原料12中的油转化成提取剂28。在任何情况下，将原料12中的油转化成脂肪酸提取剂28从而使两相物流 18脱离液化容器10。两相物流18包括脂肪酸提取剂 28以及形成液化水相22的糖、水和不溶解固体。在脂肪酸提取剂包括脂肪酸的一些实施方案中，双相物流18的水相22可包括来自油中的甘油酯类向脂肪酸的转化的甘油。在一些实施方案中，可在引入发酵容器30 前从所述物流18中移除这些甘油(如果存在)。
对于图4，两相物流18(即物流22、28)在发酵容器30中接触发酵液体培养基以形成两相混合物。在发酵容器30中，通过SSF产生的产物醇分配到包括脂肪酸提取剂28的有机相。或者，在一些实施方案中，可根据与图2相关联的讨论改进所述加工以包括独立的糖化容器。所述两相混合物的分离在发酵容器30中进行，从而使包含醇的有机相物流36 和水相物流34直接从发酵容器30中脱离。或者，对所述两相混合物的分离可在图1-3的实施方案中提供的分离容器35中进行。任选地，一种或多种另外的提取剂29可引入发酵容器30以用于形成有机相，其将产物醇从水相中优先地分出。图4的实施方案的其它加工操作与前文所述的附图相同，并且因此不再详述。
在本发明的一些实施方案中，可在醇发酵之后的步骤中从所述加工物流中分离原料12中存在的生物质油。可随后将所述发酵后分离的油转化成脂肪酸提取剂，并且作为 ISPR提取剂引入该发酵容器。例如，在图5的实施方案中，将原料12液化以产生原料浆液 16,其包括来自所述原料的油26。原料楽液16还可包括来自所述原料的不溶解固体。或者，可通过分离器(诸如离心机(未示出))从浆液16中分离所述不溶解固体。将包含油 26的原料衆液16直接引入包含发酵液体培养基的发酵容器30,所述发酵液体培养基包括糖化酶38和微生物32。通过SSF在发酵容器30中产生了产物醇。或者，在一些实施方案中，可根据与图2相关联的讨论改进所述加工以包括独立的糖化容器。
将ISPR提取剂29引入发酵容器30以形成两相混合物，并且所述产物醇通过分配到所述ISPR提取剂29的有机相而移除。油26也分配到所述有机相。ISPR提取剂29可以是一种或多种脂肪酸提取剂和/或并非来自天然油的外源有机提取剂(如，油醇)。如果提取剂29是脂肪酸提取剂，所述提取剂29可以是由天然油产生的脂肪酸提取剂28'(参见图3)，诸如与最初通过原料12引入所述加工的油并不相同的植物来源的油。
所述两相混合物的分离在发酵容器30中进行，从而使包含醇的有机相物流36和水相物流34直接从发酵容器30中脱离。或者，对所述两相混合物的分离可在图1-3的实施方案中提供的分离容器35中进行。将包括油26的有机相物流36引入分离器50以从提取剂29中移除产物醇54。所产生的低醇提取剂27包括回收的提取剂29和油26。将包括油26的提取剂27引入反应容器40并且将其接触一种或多种物质42 (如，反应剂和/或溶剂)，其将油26的至少一部分化学地转化成脂肪酸提取剂28。
包含入脂肪酸提取剂28的提取剂27可随后重新循环回到发酵容器30。这一重新循环的提取剂物质27可以是独立的物流或是与新鲜的补料提取剂物流29的结合物流。除油26与所述产物醇之外，对包含醇的有机相36进行的后续收取还可随即包括脂肪酸提取剂28和ISPR提取剂29。随后可处理有机相36以回收所述产物醇，将所述油进行反应以形成脂肪酸提取剂，并且作为所产生的低醇脂肪酸提取剂28和低醇提取剂29进行重 新循环以回到发酵容器30。在一些实施方案中，在随时间运行所述发酵加工时可以取消提取剂 29的使用，这是因为所述加工自身可产生足以提取所述产物醇的脂肪酸提取剂28。因此， 所述ISPR提取剂可以是通过反应容器40重新循环的提取剂27和作为补料ISPR提取剂的脂肪酸提取剂28。
或者，在一些实施方案中，可在在分离器50中进行产物醇回收54之前将包括油26 的有机相物流36引入反应容器40。在这些实施方案中，可将有机相物流36引入反应容器 50并且接触一种或多种物质以用于产生脂肪酸提取剂28。所产生的包括脂肪酸提取剂28 的有机相物流36可随后引入分离器50以回收产物醇54，并且所产生的低醇提取剂可随后作为包含脂肪酸提取剂28的提取剂物流27重新循环进入发酵容器30。在另外的实施方案中，可在油26接触物质42之前从有机相物流36或提取剂物流27中分离油26以用于产生脂肪酸提取剂28。脂肪酸提取剂28可随后作为ISPR提取剂使用，其引入发酵容器30、 不同发酵容器(如，在醇制造设施中与发酵容器30平行或串行运行)或储存用于其后的使用。
因此，图1-5提供了方法和系统的多种非限制性实施方案，其涉及发酵加工以及通过来自生物质的油26所产生的脂肪酸提取剂28和通过天然油产生的脂肪酸提取剂 28'，诸如植物来源的油26'，所述提取剂可用于在提取发酵中移除产物醇。这些脂肪酸提取剂28和28'可选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、 以及它们的混合物。所述甘油三酯可经羟基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。甘油酯从天然油向本文所述的脂肪酸提取剂的化学地转化可使用本领域已知的任意反应体系进行。例如，对于植物来源的油(诸如玉米油)，在一些实施方案中，作为脂肪酸提取剂 28或28'的羟基化甘油三酯可通过将作为油26或26'的玉米油接触多种反应剂和溶剂 42 (细节参见下文参见实施例1)以实现方程I中示出的羟基化
权利要求
1.组合物，包含能够由原料产生醇的重组微生物；醇；和至少一种提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物；其中所述提取剂由所述原料产生。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂包括式R(C= O)N(RO (R”)的一种或多种脂肪酰胺，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’和R”独立地选自氢和任选地包含一个或多个羟基基团的C1-C6烷基基团。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂包括式R-(C= O)-OCHRJ CHR" -OH 的一种或多种脂肪酯，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’和R”独立地选自氢和C1-C4烷基基团。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂包括式R-(C= O)-0R’的一种或多种脂肪酯，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’是8个碳或更少的烷基基团。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂是脂肪酰胺的混合物，并且其中所述脂肪酰胺的混合物包含亚油酰胺、油酰胺、棕榈酰胺或硬脂酰胺。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂是脂肪酰胺和脂肪酸的混合物，并且其中所述脂肪酰胺和脂肪酸的混合物包含亚油酰胺、亚油酸、油酰胺、油酸、棕榈酰胺、棕榈酸、硬脂酰胺或硬脂酸。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羟基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、以及它们的混合物。
9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述醇是C1-C8烷基醇。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述原料包括黑麦、小麦、玉米、甘蔗、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物。
11.产生提取剂的方法，包括提供包含油的生物质；使所述油与一种或多种能够将所述油化学地转化成提取剂的物质接触，从而将所述油的至少一部分转化成所述提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一种或多种物质选自含水氢氧化铵、无水氨、醋酸铵、氨水、过氧化氢、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和阳离子交换树脂。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述提取剂对于产物醇的分配系数大于在所述油被转化成提取剂之前所述油对于所述产物醇的分配系数。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述产物醇是C1-C8烷基醇。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括在使所述油与所述一种或多种物质接触之前，从所述生物质中分离所述油。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述生物质包括玉米粒、玉米棒、作物残余物如玉米壳、玉米秸杆、草、小麦、黑麦、小麦秸杆、大麦、大麦秸杆、干草、稻杆、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、从谷物的研磨中获得的组分、纤维素材料、木质纤维素材料、树、枝、 根、叶、木片、木屑、灌木和灌丛、蔬菜、水果、花、动物粪肥、或它们的混合物。
17.产生产物醇的方法，包括(a)提供包含低聚糖和油的生物质；(b)使所述生物质与能够将低聚糖转化成单糖的糖化酶接触；(C)从(a)或(b)的生物质中分离所述油；(d)使所述分离的油与一种或多种反应剂或溶剂接触以形成提取剂；(e)使所述生物质与包含能够将所述单糖转化成产物醇的重组微生物的发酵液体培养基接触，从而产生产物醇；以及(f)使所述产物醇与所述提取剂接触，其中所述提取剂对于所述产物醇的分配系数大于所述生物质的油对于所述产物醇的分配系数。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述提取剂包括式R(C= O)N(RO (R”)的一种或多种脂肪酰胺，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’和R”独立地选自氢和任选地包含一个或多个羟基基团的C1-C6烷基基团。
20.根据权利要求18所述的组合物，其中所述提取剂包括式R-(C= 0)-0CHR’CHR”-0H 的一种或多种脂肪酯，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’和R”独立地选自氢和C1-C4烷基基团。
21.根据权利要求18所述的组合物，其中所述提取剂包括式R-(C= O)-0R’的一种或多种脂肪酯，其中R独立地选自任选地以一个或多个双键间隔的C3-C27烷基基团，并且R’是8个碳或更少的烷基基团。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羟基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、以及它们的混合物。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或多种反应剂或溶剂选自含水氢氧化铵、无水氨、醋酸铵、氨水、过氧化氢、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和阳离子交换树脂。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述产物醇是C1-C8烷基醇。
26.根据权利要求17所述的方法，其中所述油包括选自下列的一种或多种油牛脂油、 玉米油、卡诺拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛蹄油、奥蒂油、棕榈油、花生油、油菜籽油、稻米油、红花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻风树油、小麦油、黑麦油、大麦油和植物油共混物。
27.产生产物醇的方法，包括(a)提供包含能够在发酵容器中产生产物醇的重组微生物的发酵液体培养基，从而产生产物醇；(b)使所述发酵液体培养基与提取剂接触以形成包含水相和有机相的两相混合物，其中所述产物醇和所述油分配到所述有机相中，使得所述有机相包含所述产物醇和所述油；(c)将所述有机相与所述水相分离；(d)从所述有机相中分离所述产物醇；并且任选地步骤(b)和(C)同时进行。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述提取剂选自羟基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羟基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羟基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述提取剂选自饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、饱和脂肪醇、不饱和脂肪醇、饱和脂肪酰胺、不饱和脂肪酰胺、饱和脂肪酯、不饱和脂肪酯、以及它们的混合物。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述产物醇是C1-C8烷基醇。
32.根据权利要求27所述的方法，还包括产生原料浆液；分离所述原料浆液以产生(i)水层，(ii)油层，和(iii)固体层；以及将所述水层输送进所述发酵容器。
33.根据权利要求27所述的方法，还包括使所述油层的油与一种或多种能够将所述油化学地转化成提取剂的物质接触，从而将所述油的至少一部分转化成所述提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
34.根据权利要求27所述的方法，其中所述提取剂对于所述产物醇的分配系数大于所述油层的油对于所述产物醇的分配系数。
35.根据权利要求27所述的方法，其中所述产物醇是C1-C8烷基醇。
36.根据权利要求27所述的方法，其中所述油包括选自下列的一种或多种油牛脂油、 玉米油、卡诺拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛蹄油、奥蒂油、棕榈油、花生油、油菜籽油、稻米油、红花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻风树油、小麦油、黑麦油、大麦油和植物油共混物。
37.产生提取剂的方法，包括提供包含油的生物质；以及将所述油的至少一部分转化成提取剂，所述提取剂选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它们的混合物。
38.根据权利要求37所述的方法，其中将所述油转化成提取剂包括下列步骤中的一个或多个在四氢呋喃和氢化锂铝存在的情况下孵育所述油；将所述油与氢氧化钠孵育；将所述油与硫酸和甲醇孵育；在醋酸铵存在的情况下，将所述油与无水氨孵育；将所述油与氨水孵育；使所述油与甲苯、阳离子交换树脂、冰醋酸、脂肪酶和过氧化氢接触；在高温条件下孵育所述油，或在高压条件下孵育所述油。
全文摘要
在醇发酵方法中，将来源于生物质的油化学地转化成提取剂可用于对来自发酵液体培养基的产物醇(如丁醇)的原位移除。在所述油中的甘油酯能够被化学地转化成反应产物(如脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和羟基化甘油三酯、以及它们的混合物)，其形成了发酵产物提取剂，所述提取剂对于产物醇的分配系数大于所述生物质的油对于产物醇的分配系数。来源于醇发酵方法的原料的油能够被化学地转化成发酵产物提取剂。所述油能够在所述原料被输送进发酵容器之前从所述原料中分离，并且所述分离的油能够被化学地转化成发酵产物提取剂，其能够随后与包含产物醇的发酵产物接触，从而从所述发酵产物中分离所述产物醇。
文档编号C11C1/04GK103003436SQ201180030125
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月18日
发明者D.R.安顿, J.齐拉科维奇, B.A.迪纳, M.C.格雷迪, F.J.维尔纳 申请人:布特马斯先进生物燃料有限责任公司