80 中。
[0100] 最佳反应条件部分取决于使用的具体微生物。然而，通常优选在高于环境压力的 压力下进行发酵。在增大压力下操作可以显著提高CO从气相到液相的传递速率，在液相中 CO可作为碳源被微生物摄取用于产生碳氢合化物产物。这反过来说明，当生物反应器被保 持在增大的压力下而不是环境压力下时，可以缩短保留时间（定义为生物反应器中液体体 积除以输入气体流速）。并且，由于给定的CO到碳氢化合物的转化率部分上是底物保留时 间的函数，且达到理想的保留时间反过来觉定所需的生物反应器的体积，因此利用加压系 统可以极大地降低所需的生物反应器的体积，并因此降低发酵设备的成本。根据美国专利 号5593886给出的实例，反应器体积的减少可与反应器操作压力的增加呈线性比例，即在 10个大气压下操作的生物反应器仅需要在1个大气压下操作的反应器体积的1/10。
[0101] 其他文献也记载了在增加的压力下进行气体到碳氢化合物的发酵的益处。例如， WO 02/08438描述了在2. Iatm和5. 3atm的压力下进行的气体到乙醇的发酵，分别得到 150g/l/天和369g/l/天的乙醇产率。然而，发现在大气压力下利用类似培养基和输入气体 组成进行的示例性发酵每天每升产生1/10-1/20的乙醇。
[0102] 同样需要的是，引入所述含有CO的气态底物的速度应保证液相中的CO浓度不成 为限制。这是由于CO受限的条件的后果可能是所述碳氢化合物产物被培养物消耗。
[0103] 发酵产物
[0104] 本发明的方法可被用于生产多种碳氢化合物产物中的任意产物。这包括醇、酸和 或二醇。更具体的，本发明可应用于发酵生产乙酸盐、丁酸盐、丙酸盐、己酸盐、乙醇、丙醇、 丁醇、2, 3-二丁醇、异丙醇、丙烯、丁二烯、异丁烯和乙烯。这些及其他产物对于许多其他过 程例如塑料、药物制剂和农业化学品的生产是有价值的。在一个具体实施方案中，所述发酵 产物用于生产汽油范围内的碳氢化合物（约8碳）、柴油碳氢化合物（约12碳）或航空燃 料碳氢化合物（约12碳）。
[0105] 本发明还提供将通过所述发酵产生的至少一部分碳氢化合物产物再次用于所述 蒸汽重整过程。这是可行的，由于除CH 4W外的碳氢化合物可以在催化剂上与流反应以产生 &和0)。在具体实施方案中，将乙醇循环用作蒸汽重整过程的原料。在另一实施方案中， 所述碳氢化合物原料和/或产品被通过预重整装置，然后将其用于所述蒸汽重整过程。通 过预重整装置部分完成了所述蒸汽重整过程的蒸汽重整步骤，这可提高氢气产生的效率并 降低所需的蒸汽重整炉容量。
[0106] 本发明的方法也可应用于需氧发酵、和厌氧或需氧发酵其他产品，包括但不限于 异丙醇。
[0107] 产物回收
[0108] 所述发酵反应的产物可利用已知方法回收。示例性的方法包括WO 07/117157、W0 08/115080、US 6340581、US 6136577、US 5593886、US 5807722 和 US 5821111 中描述的方 法。然而，简言之，例如，乙醇可通过例如分级分馏或蒸发和萃取发酵的方法从发酵中回收。
[0109] 从发酵液中蒸馏乙醇得到乙醇和水的共沸混合物（即，95%乙醇和5%水）。随后 可通过本领域公知的分子筛乙醇脱水技术获得无水乙醇。
[0110] 萃取发酵方法涉及使用对发酵生物具有低毒性危险的可与水混溶的溶剂，以从稀 发酵液中回收乙醇。例如，油醇是一种可用于这类萃取方法的溶剂。油醇被持续地引入至 发酵罐中，此时该溶剂上升并在发酵罐顶部形成一层，该层被连续萃取并离心。随后水和细 胞被容易地从油醇中分离并返回至发酵罐，而含有乙醇的溶剂被进料到闪蒸装置。大部分 乙醇被蒸发并浓缩，而油醇是不易挥发的并被回收在发酵中再利用。
[0111] 乙酸盐--作为所述发酵反应的副产物产生--也可利用本领域已知方法从发 酵液中回收。
[0112] 例如，可使用包括活性炭过滤器在内的吸附系统。在这种情况下，优选先用适当的 分离装置将微生物细胞从发酵液中除去。本领域中已知多种产生用于产物回收的无细胞发 酵液的基于过滤的方法。然后，使含乙醇（和乙酸盐）的无细胞过滤液通过含有活性炭的 柱以吸附所述乙酸盐。酸形式的乙酸盐（乙酸）而不是盐形式的乙酸盐（乙酸盐）更易于 被活性炭所吸附。因此，优选在使所述发酵液通过所述活性炭柱之前将所述发酵液的PH降 低至小于约3,以使大部分乙酸盐转化为乙酸形式。
[0113] 被吸附到活性炭上的乙酸可通过使用本领域已知方法的洗脱进行回收。例如，可 使用乙醇洗脱结合的乙酸盐。在某些实施方案中，可使用由发酵过程本身产生的乙醇洗脱 乙酸盐。由于乙醇的沸点是78. 8°C，乙酸的沸点是107°C，因此使用基于挥发性的方法（例 如蒸馏）可容易地将乙醇和乙酸盐相互分离。
[0114] 其他用于从发酵液中回收乙酸盐的方法也为本领域所知，并可被使用。例如，美国 专利号6, 368, 819和6, 753, 170描述了可用于从发酵液中萃取乙酸的溶剂和共溶剂系统。 如所述用于对乙醇进行萃取发酵的基于油醇的系统的实例一样，美国专利号6, 368, 819和 6, 753, 170描述的系统记载了一种不与水混溶的溶剂/共溶剂，其可在存在或不存在所述 发酵微生物的情况下与发酵液混合，以萃取乙酸产物。随后通过蒸馏从发酵液中分离含有 乙酸产品的溶剂/共溶剂。随后可进行第二蒸馏步骤以从所述溶剂/共溶剂系统中纯化乙 酸。
[0115] 所述发酵反应的产物（例如乙醇和乙酸盐），可通过以下方法从发酵液中回收：从 发酵生物反应器中连续移除部分发酵液、（通过过滤可方便地）从发酵液中分离微生物细 胞，并同时或随后从发酵液中回收一种或多种产物。对于乙醇，其可方便地通过分馏回收， 且乙酸盐可使用以上描述的方法通过活性炭吸附回收。被分离的微生物细胞优选地被返回 至发酵生物反应器。去除了乙醇和乙酸盐之后剩下的无细胞的过滤液也优选地被返回至发 酵生物反应器。其他营养物（例如B族维生素）可加入至无细胞的过滤液中，以在其被返 回至生物反应器前补充营养培养基。并且，如果如上文所述调节发酵液的PH以提高乙酸对 活性炭的吸附，则应先将其PH重新调节至与发酵反应器中发酵液相似的pH，再返回至生物 反应器。
[0116] 可对从所述生物反应器回收的生物质进行厌氧消化以产生生物质产物，优选甲 烷。该生物质产物可被用作蒸汽重整过程的原料或用于产生补充的热量以驱动本文定义的 反应中一个或多个。
[0117] 实施例
[0118] 起始的材料和方法
[0119] 培养基：
[0120]
【主权项】
1. 一种通过微生物发酵生产一种或多种产品的方法，所述方法包括： a) 向生物反应器提供包含CO的气态底物，所述生物反应器包含在含硫源的液体营养 培养基中的一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物； b) 厌氧发酵所述底物以产生一种或多种选自醇、酸及其混合物的产物；和 c) 回收一种或多种产物。
2. 权利要求1的方法，其中所述液体营养培养基包含选自S02、H2S03、Na 2S204、S8、Na2S、 NaHS、半胱氨酸、順 4批03或（NH 4) 2S03的硫源。
3. 权利要求2的方法，其中所述硫源是亚硫酸。
4. 权利要求3的方法，其中所述液体营养培养基中亚硫酸的浓度保持在1-3. 5mmol。
5. 权利要求1的方法，其中所述硫源的一部分在所述生物反应器的顶空中被转化成 H2S0
6. 权利要求5的方法，其中所述液体营养培养基中的硫源的浓度是依据所述顶空中测 定的H2S的量进行调整。
7. 权利要求5的方法，其中所述顶空中H2S的浓度保持在lppm-100ppm。
8. 权利要求1的方法，其中所述一种或多种一氧化碳营养微生物选自自产乙醇梭 菌（Clostridium autoethanogenum)、杨氏梭菌(Clostridium I jungdahlii)、拉氏梭 菌（Clostridium ragsdalei)、Clostridium coskatii 和食一氧化碳梭菌（Clostridium carboxydivorans)〇
9. 权利要求8的方法，其中所述一氧化碳营养微生物是自产乙醇梭菌。
10. 权利要求8的方法，其中所述一氧化碳营养微生物是保藏于德国生物材料资源中 心（DSMZ)的鉴定保藏号为19630的自产乙醇梭菌菌株。
11. 权利要求8的方法，其中所述一氧化碳营养微生物是保藏于德国生物材料资源中 心（DSMZ)鉴定保藏号为23693的自产乙醇梭菌菌株。
12. 权利要求1的方法，其中所述硫源是工业过程的废弃产物。
13. 权利要求1的方法，其中所述硫源是煤炭生产过程的废弃产物。
【专利摘要】一般地，本发明涉及通过微生物发酵含一氧化碳的底物，而提高微生物生长和产品(例如醇和酸)生产的效率的方法。更具体地，本发明涉及向液体营养培养基提供替代硫源，使得硫可被一种或多发酵微生物利用。
【IPC分类】C12P7-12, C12P7-40, C12N1-20
【公开号】CN104736715
【申请号】CN201380028939
【发明人】C·米哈尔切亚, P·哈扬托
【申请人】朗泽科技新西兰有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年3月28日
【公告号】EP2831249A1, US8735115, US20130260429, WO2013147621A1