[发明专利]醇生产方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及用于提高微生物生长的效率和通过对底物的微生物发酵来生产产品的效率的方法。更具体地，本发明涉及用于通过微生物发酵含一氧化碳的气态底物来生产醇，特别是乙醇的方法。在具体的实施方案中，本发明涉及优化底物供给以使得微生物发酵的整体效率增加的方法。

背景技术

乙醇迅速地成为了世界上主要的富含氢的液体运输燃料。2005年全世界的乙醇消耗估计为122亿加仑。因为欧洲、日本、美国和一些发展中国家对乙醇的兴趣增加，已预计燃料乙醇工业的全球市场在未来会持续快速增长。

例如，在美国，乙醇被用于生产E10——乙醇在汽油中的10％的混合物。在E10掺合物中，乙醇组分作为氧合剂起作用，提供燃烧的效率并且降低空气污染的产生。在巴西，乙醇作为混合在汽油中的氧合剂以及自身即可作为纯燃料满足了约30％的运输燃料需求。同样，在欧洲，关于温室气体(GHG)排放后果的环境问题已经成为刺激欧盟(EU)为成员国设置消费可持续运输燃料(例如生物质衍生的乙醇)的强制目标的动力。

燃料乙醇的绝大部分是通过传统的基于酵母的发酵方法生产的，所述方法使用源自作物的碳水化合物(例如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉)作为主要的碳源。然而，这些碳水化合物原料储备的费用受到它们作为人类食物或动物食物的价值的影响，并且培养用于乙醇生产的淀粉或产蔗糖作物并不是在所有的地理区域中都是经济上可持续的。因此，需要发展将更低成本的和/或更充足的碳源转变为燃料乙醇的技术。

CO是例如煤或者油和油衍生产品的有机材料不完全燃烧的主要的、富含能量的副产物。其他工业过程也导致一氧化碳的产生。报道称澳大利亚的钢铁工业每年产生并向大气中排放超过500,000吨CO。

可使用催化方法将主要包含CO和/或CO和氢气(H2)的气体转变为多种燃料和化学制品。还可以使用微生物将这些气体转变为燃料和化学制品。这些生物学方法尽管通常比化学反应慢，但是比起催化方法来有一些优势，包括更高的特异性、更高的产率、更低的能量消耗和对中毒的更高抗性。

微生物将CO作为唯一碳源而生长的能力于1903年被首次发现。后来确定这是使用乙酰辅酶A(乙酰CoA)自养生物化学途径(也被称作Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的特性。已证明包括一氧化碳营养生物、光合生物、产甲烷生物和产乙酸生物的大量厌氧生物将CO代谢为各种终产物，即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这样的生物均产生至少两种这些终产物。

已证明厌氧细菌(例如来自梭菌属(Clostridium)的那些厌氧细菌)通过乙酰CoA生物化学途径从CO、CO₂和H₂产生乙醇。例如，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中描述了从气体产生乙醇的多种扬氏梭菌(Clostridium ljunedahlii)菌株。还已知细菌Clostridium autoethanogenum sp从气体产生乙醇(Abrini et al.，Archives of Microbiology 161，pp 345-351(1994))。

但是由微生物通过气体发酵进行的乙醇生产一般伴随着乙酸盐和/或乙酸副产物的共同产生。因为一些可用的碳被转变为乙酸盐/乙酸而不是乙醇，使用这样的发酵方法生产乙醇的效率可能低于所希望的。并且除非所述乙酸盐/乙酸副产品可被用于某些其他目的，否则还将产生废弃物处理的问题。乙酸盐/乙酸可被微生物转变为甲烷，因此可能会导致GHG排放。