[发明专利]甘油的厌氧发酵

说明书

相关在先申请

本发明要求2006年3月31日递交的在先美国临时申请60/788,512以及2006年11月 28日递交的60/867,581的优先权，两者均通过引用被整体包括在本文中。

联邦资助研究声明

本发明可能部分受政府资金的资助，美国政府在本发明中可能具有某些权利。

缩微胶片引用

不适用。

技术领域

本发明涉及用于细菌在甘油底物上发酵(即缺少电子受体)生长的适当的培养条件的 开发。所述方法在开发能够使甘油转化成为高价值产品，例如乙醇、氢、甲酸盐、琥珀酸 盐或1，2-丙二醇的方法和菌株上具有特别的用途。

背景技术

在生物柴油的生产中产生大量作为副产物的甘油，并且据预测，甘油的产量由于全球 生物柴油产量的急剧增加将持续增加。在过去的两年中甘油的过剩已导致价格下降～10倍。

因此，粗甘油由于其低成本已成为发酵工艺的吸引人的碳源。不仅由于甘油充足，与 纤维糖(cellulosic sugar)相比，其高还原态有希望显著增加化学品的产物产率，而由糖生 产所述化学品要受到还原当量的可用性的限制。利用甘油中碳的较高还原态的优势将会需 要使用厌氧发酵(即，否则所述电子受体将“夺取”(take)所述电子而不是被“积累 (deposit)”在所述期望产物中，所述期望产物包括燃料或还原化合物)。然而，甘油在 发酵工艺中用作碳源的潜力可能被工业微生物，例如大肠杆菌(Escherichia coli，现代微生 物学的主力)不能在缺少外源电子受体时发酵甘油阻碍。发酵甘油的能力限于非常少的生 物，其绝大部分由于致病性、需要严格的厌氧条件、缺乏其生理知识和对其进行改进的基 因手段，以及高度营养需求而不适于工业应用。

甘油可以被甘油脱氢酶(GldA，由gldA编码)直接氧化，产生二羟基丙酮(DHA)。 然而，作为II型甘油脱氢酶的(glyDH-II)的GldA被认为是隐蔽的或不在野生型大肠杆 菌(E.coli)菌株中表达的。激活大肠杆菌中的GldA需要使glpK、glpR和glpD去活化继 之以产生恢复其代谢甘油能力的突变株的诱变和选择程序(Jin等，1983；Tanh等1982a， b)。然而，既使在这个突变株中，GldA并不为E.coli提供以发酵方式代谢甘油的能力。

在本领域中需要的是将全球过剩的廉价甘油生物转化为其他原料化学品的方法。如果 所述方法基于厌氧发酵以利用甘油中碳的较高还原态，该方法可以是尤其有利的。厌氧工 艺还将提供成本优势，由于其对应的需氧工艺需要更高的资本投资并显示更高的操作成 本。

发明公开

我们已经发现在某些条件下大肠杆菌事实上能够在缺少电子受体时发酵甘油。我们的 发现代表一种用于在大肠杆菌和其他肠细菌中发酵甘油的新范例，并且可以实现微生物平 台的开发以将低价值的未加工的甘油转化为高价值的化学品和燃料。

甘油发酵的方法被描述，其中pH、CO₂浓度、甘油浓度、钾浓度、磷酸盐浓度以及 羟基丙酮的浓度被控制以使甘油发酵代谢成期望的化学前体。

当pH是近中性或弱酸性时，可以获得改善的甘油发酵。在优选的实施方案中，所述 pH是5.5到7.5，更优选的是pH6.0-6.5，在最优选的实施方案中所述pH是大约6.3。

CO₂浓度不可避免地与pH相关联并且当pH增加时变小，这是由于CO₂被转化为碳 酸氢根，HCO₃^-。通过将CO₂增加到20-30％可以减少将pH增加到7.0以上的负面影响。 用pH6.3和10％CO₂、pH7.5和20％CO₂可见改善的甘油发酵。更大浓度的CO₂也是有 益的。