[发明专利]醇的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高通过微生物发酵气态底物的微生物生长效率以及产物 产量的方法。更特别地，本发明涉及通过微生物发酵包含一氧化碳的气体 生产醇尤其是乙醇的方法。在具体实施方式中，本发明涉及确定在微生物 发酵中CO至产物的总净转化的方法。

背景技术

乙醇正迅速成为全球主要的富氢液体运输燃料。2005年，全球乙醇消 费量约为122亿加仑。因为欧洲、日本、美国和多个发展中国家对乙醇的 需求增长，预计乙醇燃料工业的全球市场在未来会继续急剧增长。

例如，在美国，乙醇被用于生产E10，其是含有10％乙醇的汽油混合 物。在E10混合物中，乙醇成分作为补氧剂，以提高燃烧效率并降低空气 污染物的产生。在巴西，乙醇作为汽油中混合的补氧剂以及单独作为纯燃 料满足了约30％的运输燃料需求。此外，在欧洲，对温室气体(GHG)排放 后果的环境方面的关注已促使欧盟(EU)对其成员国制订了消费可持续运输 燃料例如生物乙醇的强制性目标。

绝大多数燃料乙醇通过传统的基于酵母的发酵工艺生产，所述工艺使 用农作物来源的碳水化合物(例如甘蔗中提取的蔗糖或谷物中提取的淀粉) 作为主要碳源。然而，这些碳水化合物原料的成本受其作为人类粮食或动 物饲料的价格影响，并且种植产淀粉或产蔗糖的作物用于生产乙醇并非在 所有地域都是经济上可持续的。因此，需要开发将低成本和/或更充足碳源 转化成燃料乙醇的技术。

CO是有机材料例如煤炭或石油和石油衍生产品不完全燃烧时产生的 主要的、免费的、富含能量的副产品。例如，据报道澳大利亚钢铁工业每 年产生并向空气中释放超过500,000吨CO。

催化工艺可用于将主要由CO和/或CO和氢气(H₂)组成的气体转化为 多种燃料和化学品。也可以用微生物将这些气体转化为燃料和化学品。这 些生物工艺虽然通常比化学反应慢，但与催化工艺相比具有多种优势，包 括更高的特异性、更高的产量、更低的能量消耗和更大的耐毒性。

微生物以CO作为唯一碳源生长的能力于1903年首次发现。这后来被 确定为利用自养生长的乙酰辅酶A(乙酰CoA)生化路径(也称为Woods- Ljungdahl路径和一氧化碳脱氢酶/乙酰辅酶A合成酶(CODH/ACS)路径)的 生物的一种特性。已经表明，很多厌氧生物，包括一氧化碳营养生物、光 合作用生物、产甲烷生物和产乙酸生物，均将CO代谢成多种最终产物， 即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸盐和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时 ，所有此类生物产生至少两种此类最终产物。

已证实厌氧细菌，例如梭菌属的细菌，通过乙酰CoA生化路径从CO 、CO₂、和H₂生成乙醇。例如，从气体生成乙醇的达梭状杆菌 (Clostridium ljungdahlii)的多个菌株在WO 00/68407、EP 117309、美国专利 5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO 98/00558和WO 02/08438中有描 述。也已知细菌菌种Clostridium autoethanogenum sp从气体生成乙醇 (Abrini等，Archives of Microbiology 161，第345-351页(1994))。

但是，通过气体的微生物发酵制备乙醇的方法通常与乙酸盐和/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不令人满意。除非乙酸盐/乙酸副产品可 以被用于其他用途，否则这可能造成废物处理的问题。乙酸盐/乙酸通过微 生物被转化成甲烷，可能形成温室气体(GHG)排放。

已知一些酶与微生物使用一氧化碳作为它们的唯一碳源和能量的能力 有关，这些酶的活性需要金属辅助因子。活性需要金属辅助因子的重要的 酶的例子包括一氧化碳脱氢酶(CODH)、以及乙酰-CoA合成酶(ACS)。