[发明专利]醇的制备方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及通过微生物发酵生产产物（特别是醇）的方法。具体而言，本发明涉及用于改进在一氧化碳营养发酵中的碳捕获效率的方法。

背景技术

乙醇迅速在世界范围内成为一种主要的富含氢的液体运输燃料。2005年全世界的乙醇消费估计为122亿加仑。燃料乙醇工业的全球市场也已被预测在未来持续快速增长，这是由于欧洲、日本、美国和数个发展中国家对乙醇的兴趣增加。

例如，在美国，乙醇用于生产E10，10%乙醇在汽油中的混合物。在E10掺混物中，乙醇组分作为氧化剂起作用，改进燃烧效率并降低空气污染物的产生。在巴西，乙醇满足约30%的运输燃料需求，既作为掺混在汽油中的氧化剂，又本身作为纯净燃料。同样，在欧洲，围绕温室气体（GHG）排放后果的环境问题已促使欧盟（EU）规定其成员国对可持续运输燃料（例如，由生物质获得的乙醇）的消费有强制性目标。

极大多数燃料乙醇是经过传统酵母基发酵方法生产的，该方法使用来自于作物的碳水化合物，如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉，作为主要碳源。但是，这些碳水化合物原料的成本受到它们有作为人的食物或动物饲料的价值的影响，并且用于乙醇生产的产生淀粉或蔗糖的作物的种植不是在所有地理条件下都是在经济上可持续的。因此，人们对开发将更低成本和/或更丰富的碳源转化为燃料乙醇的技术有兴趣。

CO是有机材料（如煤、石油或石油衍生产物）燃烧不完全的主要的、无成本、富含能量的副产物。例如，据报道，澳大利亚的钢铁工业每年产生并释放入大气超过500,000吨的CO。

催化方法可用于将主要由CO和/或CO和氢气（H₂）组成的气体转化为多种燃料和化学制品。微生物还可用于将这些气体转化为燃料和化学制品。这些生物学方法虽然通常比化学反应慢，但与催化方法相比具有数个优点，包括更高的特异性、更高的收率、更低的能量成本和更大的中毒抗性。

微生物依靠以CO作为唯一碳源生长的能力首先发现于1903年。这随后被确定是使用自养生长的乙酰辅酶A（乙酰CoA）生物化学途径（也称为Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶（CODH/ACS）途径）的生物的性质。大量厌氧生物（包括一氧化碳营养生物、光合成生物、产甲烷生物和产丙酮生物）已显示出可将CO代谢为多种终产物，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，所有所述生物均产生至少两种的这些终产物。

厌氧菌，如来自梭菌属的厌氧菌，已被证实可从CO、CO₂和H₂经乙酰基CoA生物化学途径产生乙醇。例如，可从气体产生乙醇的杨氏梭菌（Clostridium ljungdahlii）的多个菌株描述于WO 00/68407、EP117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO 98/00558和WO02/08438。还已知产醇梭菌属（Clostridium autoethanogenum sp.）细菌可从气体产生乙醇（Abrini et al.,Archives of Microbiology 161,pp 345-351(1994)）。

但是，由微生物通过发酵气体的乙醇生产经常与共产生乙酸盐和/或乙酸有关。由于一些可用的碳被转化为乙酸盐/乙酸而非乙醇，使用所述发酵方法生产乙醇的效率可低于理想的。同样，除非乙酸盐/乙酸副产物可用于一些其他目的，否则会造成废物处理问题。乙酸盐/乙酸通过微生物转化为甲烷，因此具有有利于GHG排放的潜力。

现已知，与微生物使用一氧化碳作为其唯一碳源和能量来源的能力有关的数种已知酶的活性需要金属辅因子。其活性需要结合金属辅因子的关键酶的实例包括一氧化碳脱氢酶（CODH）和乙酰基-CoA合酶（ACS）。