[发明专利]从稀的水溶液中回收有机组分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从例如发酵肉汤的水培养基中回收有机组分的方法，所述水培养基含有产所述有机组分的微生物。该方法包括通过增加培养基中导致该有机组分盐析的至少一种亲水溶质的浓度来增强水培养基中的有机组分的活性。与未改造的相应微生物相比，该微生物被基因改造成能够耐受培养基中更高浓度的亲水溶质。

背景技术

本发明的方法使得发酵具有改进的容积效率，并且实现了对发酵产物的回收。由于同时进行的发酵和回收过程增加了发酵产物的浓度，同样量的发酵肉汤所产生和回收的发酵产物的量得到增加，本发明方法还能够降低在生产中所使用的能源。因此，本发明实现了在少量的资金和降低的生产成本下进行发酵产物的生产和回收。

控制发酵过程的经济表现的关键参数是产物浓度和容积效率。

在某些情况下，发酵肉汤中高浓度的发酵产物可能对微生物具有某些毒性作用和/或抑制进一步的发酵过程，从而导致非常稀释的产物以及低的容积效率。

低的有效产物浓度和容积效率对于产物的经济状况的多个方面具有负面影响，包括设备尺寸和效用成本。随着发酵肉汤中产物浓度的降低，水溶液的回收体积增加，从而导致更高的资金成本和在生产设备中加工更大体积的材料。

回收过程的利用使得发酵产物在生产的同时被移除，因此增加的产物容积效率和浓度可能强有力地影响产物的经济状况。例如，对于大型工业发酵设备，每完成两次发酵，其容积效率将节省几乎50%的发酵罐成本。该发酵罐的资金成本和尺寸的下降降低了设备的折旧和生产成本。

同样地，回收过程使得在该过程中形成产物富集相，水富集相被隔离以及丢弃，发酵肉汤体积中的水负载在下游回收中处理，纯化设备大大减少。例如，对于给定的产品产量，回收相中产物浓度的加倍几乎使待处理的水量减半，降低了生产和资金成本。

许多科技方法已被开发用于从水基发酵培养基中同时移除发酵产物，包括液/液萃取，薄膜分离（例如，全蒸发），吸附法以及吸收法。在如上所述的情况中，当发酵罐流中的发酵产物浓度较低时，这些方法对于操作和资金成本具有重大影响，由于较高的能量损耗以及昂贵的设备使得任何商业性生产均不能独立生存。

例如，目前，在工业水平执行的最广泛使用的原位（in sito）回收技术是液/液萃取。在该过程中，一种萃取剂被混入该发酵肉汤中。发酵产物被萃取进入该萃取剂中，并通过反萃取进入另一种萃取剂或者通过蒸馏法得到回收。除了上面所述的缺点之外，还有多种问题与液/液萃取相关联，例如对细胞的毒性，乳状液的形成，昂贵萃取剂的消耗，以及微生物细胞在萃取剂与发酵肉汤界面处的累积。

全蒸发是一种薄膜基工艺，通过使用一种可选的薄膜被用于将溶剂从发酵肉汤中移除。该液体或溶剂扩散穿过固体薄膜，而将营养物，糖，和微生物细胞留下。通常与全蒸发相关联的一个问题在于经济地提供和维持穿过薄膜的化学位梯度。那些使用真空泵或冷凝器以提供必需的化学位梯度的全蒸发工艺属于能源密集型，因此操作昂贵。随着有机化合物在原料流中的浓度降低为低水平，渗透流中可蒸发的有机化合物的分压必须被保持更低以用于渗透从而产生分离。如果真空泵被用于维持与液体原料流保持平衡的有机化合物的分压与蒸汽相渗透中可蒸发的有机化合物的分压之间的差别，该泵则必须维持非常高的真空度，从而导致高的资金和操作成本。同样地，如果使用冷凝器，必须要维持极低的温度，从而要求昂贵的以及复杂的制冷系统。

因此，对于商业性生产，需要一种低成本的方法，该方法能够使发酵产物在产生的同时被移除，以阻止有毒的发酵产物的浓度超过培养物的耐受水平，从而提高容积效率，同样需要一种回收该发酵产物的方法，该方法使用相分离以降低工艺用水体积。

现有技术US 2009/0171129 A1描述了一种从例如发酵肉汤的稀的水溶液中回收C₃-C₆醇类（下文也表示为C_3-6-醇类）的方法，包括：a.增加C_3-6-醇类在发酵肉汤的一部分中的活性至C_3-6-醇类在该部分中至少饱和；b.从该发酵肉汤的该部分中形成富含C_3-6-醇的液相和富含水的液相；以及c.将富含C_3-6-醇的相从富含水的相中分离。该C_3-6-醇的活性可通过例如盐析来增加，即，将一种亲水溶质加入该水溶液中。