[发明专利]醇的微生物制备方法有效

专利信息
申请号: 200980108672.1 申请日: 2009-02-18
公开(公告)号: CN101998997A 公开(公告)日: 2011-03-30
发明(设计)人: S·D·辛普森;C·科利特;P·L·陈;B·艾尔-辛那维;R·L·S·福斯特;M·J·罗;G·陈;K·M·马哈尔;J·M·Y·冯 申请(专利权)人: 蓝瑟科技纽西兰有限公司
主分类号: C12P7/06 分类号: C12P7/06;C12P7/02;C12N1/20;C12P7/16
代理公司: 北京市浩天知识产权代理事务所 11276 代理人: 刘云贵;雒纯丹
地址: 新西兰*** 国省代码: 新西兰;NZ
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摘要:
搜索关键词: 微生物 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及通过微生物发酵制备醇的方法,尤其涉及通过含CO的基质的微生物发酵制备醇的方法。本发明更具体涉及由其相应的酸制备醇的方法。

背景技术

醇可应用于包括香料,医药和燃料工业在内的许多工业中。例如,乙醇和丁醇迅速变成世界上的主要液体运输燃料。各种醇的制备方法均为已知。工业醇生产以衍生自石化工艺的合成为主。然而,微生物发酵还被应用于制备醇,例如生物燃料,变得越来越流行。

用于运输的生物燃料是有吸引力的汽油的替代品,其作为低浓度混合物迅速地渗透市场。衍生自自然植物资源的生物燃料,比衍生自化石资源(如石油)的生物燃料更加环境可持续发展,它们的使用使得释放到大气中的所谓的化石二氧化碳(CO2)气体由于燃料燃烧而减少。另外,生物燃料可在许多地质中就地制得,并且可用于减少对于进口石化能量资源的依赖。其中,作为生物燃料使用的醇包括乙醇,丁醇和2,3-丁二醇。

乙醇正在迅速变成世界上主要的富氢运输燃料。2005年世界上的乙醇消耗量估计达到1.22百亿加仑。由于欧洲,日本,美国和几个发展中国家对乙醇的兴趣的增长,未来燃料乙醇工业的全球市场也已经预计会继续急剧增长。

例如,在美国,乙醇被用作制备E10,汽油中的10%的乙醇混合物。在E10混合物中,乙醇组分作为氧化试剂,促进了燃烧的效率且降低了空气污染物的产生。在巴西,乙醇同时作为在汽油中混合的氧化试剂,或自身作为纯燃料,满足了大约30%的运输燃料需求。另外,在欧洲,关于温室气体(GHG)排放引起的环境问题,已经刺激欧盟在成员国中建立关于可持续性运输生物燃料燃烧的指令性目标。

丁醇还可以用作内燃机的燃料。在几个方面,相比于乙醇,它更类似于汽油。由于对环境可持续燃料的生产和应用的兴趣增长,对于生物方法制备丁醇(通常叫作生物-丁醇)的兴趣也随之提高。丁醇可以用农作物如甜菜、玉米,小麦和甘蔗等的生物质的微生物发酵制备。然而,这些碳水化合物原材料的成本受其作为人类食物或动物饲料的价值的影响,并且在整个地理学上用于丁醇制备的淀粉或产蔗糖的作物并非经济可持续的。因此,发展技术以转化低成本和/或更充足的碳资源成为燃料丁醇引起了人们的兴趣。

厌氧细菌,例如那些梭菌属厌氧细菌,被证明可通过乙酸辅酶A(acetyl CoA)生物途径由CO,CO2和H2制备乙醇。例如,由气体制备乙醇的梭状杆菌(Clostridium ljungdahlii)的各种菌株记载于国际专利WO00/68407,欧洲专利EP117309,美国专利5,173,429,5,593,886,和6,368,819,WO98/00558和WO 02/08438中。还已知产醇梭菌(Clostridium autoethanogenum sp.)细菌可由气体制备乙醇(Abrini et al,Archives of Microbiology 161,pp 345-351(1994)(阿布里尼等人,微生物学文献集,第161期,345-351页(1994)))。

然而,典型的通过气体发酵的微生物制备乙醇的方法与乙酸盐和/或乙酸的副生产有关。由于可利用的一些碳被转化为乙酸盐/乙酸而不是乙醇,利用这种发酵方法制备乙醇的效率并非让人满意。除非乙酸盐/乙酸副产品可以被用于其他用途,它将面临一个废物处理的问题。乙酸盐/乙酸通过微生物被转化成甲烷,因此具备为温室气体(GHG)排放作贡献的潜力。其他废物产品,例如丁酸/丁酸盐也可以在通常使用的发酵方法中制备。

更进一步地,典型地利用酵母或细菌的生物发酵工艺,会局限于制备一种或两种醇,其中,具体的微生物能够由生长其的基质(例如碳水化合物或包含一氧化碳的气体)制备。如果希望得到不同的醇,将需要不同微生物发起。因此,发展技术以转化低成本和/或更充足的碳资源如有机酸成为所需产品如燃料乙醇引起了人们的兴趣。

酸微生物转化成它们相应的醇的工艺已经在以前被描述过:美国专利4,851,344;White and Simon(白和西蒙),Arch Microbiol(微生物学文献集)(1992),158:81-84;Huber et al(胡伯等人),Arch Microbiol(微生物学文献集)(1995)164:110-118。然而,这些方法也有很多缺点。例如,它们需要利用化学介质,而这些介质许多是有毒和/或昂贵的。另外,这些方法利用细胞提取物,或静止的和在酸转化为醇前在缓冲液中需要旋转减速和再悬浮的隔离细胞。这些工艺步骤是劳力密集的,增加了微生物暴露在氧气中,溶解或以其他方式被破坏的风险。

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