[发明专利]利用吸附剂对通过微生物发酵制得的产物分离和精制的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对通过微生物发酵培养生产的产物进行连续分离和精制的装置及方法。

背景技术

丁醇可在化妆品、香水、荷尔蒙、卫生消毒剂、工业用涂覆剂、涂料添加剂、纤维、塑料单体、医疗用品、维生素、抗生素及农药等中用作化学中间物（文献[Durre（杜勒），Biotechnol J（生物技术杂志），2:1525-1534，2007]）。

作为现有的丁醇的制备方法，使用梭菌（Clostridium）菌株发酵糖来生产丁醇、丙酮及乙醇的方法（文献[美国公开专利第1315585号]）一直用到80年代，但之后，一直广为使用的是从获得自石油的丙烯来合成丁醇的羰基合成法（oxo process）。但是，基于石油的丁醇制备方法由于使用高温高压而复杂化且排出大量的有害废弃物和二氧化碳（文献[Tsuchida（土田）等，Ind.Eng.Chem.Res.（工业与工程化学研究），45:8634，2006]），近来，利用可持续性资源通过微生物的发酵以环保方式生产丁醇的要求已经再次增加。

但是，如上所述，当前大部分情况下通过化学合成法生产丁醇。由于油价上升、环境问题等原因，世界范围内对生物丁醇研究的兴趣急剧增加，但到尚不能有效地生产生物丁醇。

到目前为止，对于丁醇而言，通过发酵生产丁醇的大部分实例中使用了梭菌菌株。有这样的实例，其中通过在载体中插入三种基因即精氨酸脱羧酶（adc）、CoA转移酶A（ctfA）及CoA转移酶B（ctfB）三种基因，并使用adc的启动子以由此构建人工操纵子并且之后将这一质粒pFNK6导入到梭菌丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）ATCC824菌株中而将丙酮、丁醇及乙醇的生产率相较于野生型分别增加了95％、37％及90％（文献[Mermelstein（默梅尔斯坦）等，Biotechnol.Bioeng.（细胞技术和细胞工程），42:1053，1993]）。此外，还有克隆并表达乙醇/醛脱氢酶（aad）的重组菌种与野生型进行比较时产生比丙酮更高量的丁醇及乙醇的实例（文献[Nair（奈尔）等，J.Bacteriol.（细菌学杂志），176:871，1994]）。除此之外，作为将基因功能失活的方法，还有将丁酸磷酸酶（buk）和磷酸化醋酸转移酶（pta）失活的实例。据报道当将buk基因失活的菌株PJC4BK发酵至pH5.0以上时，丁醇的生成量显著增加至16.7g/L（文献[Harris等，Biotechnol.Bioeng.，67:1，2000]）。但是，据报道在将pta基因失活的菌种的实例与野生型菌种实例相比时，在溶剂生产方面没有显著的差异（文献Harris等,Biotechnol.Bioeng.,67:1,2000）。并且，据报道利用由随机突变诱导的突变株贝氏梭状芽胞杆菌（Clostridium beijerinckii）BA101菌株并将麦芽糊精（maltodextrin）作为碳源进行发酵时，生成了18.6g/L的丁醇（文献[Ezeji等，Appl.Microbiol.Biotechnol.，63:653，2004]）。但是，即使利用这些重组菌株的实例中，使培养基内的丁醇的生产量因作为最终产物的丁醇的毒性而非常低（20g/L或更少），以致不可能工业利用这些重组菌株。因此，研发了用于以原位提取培养过程中生成的丁醇的多种方法以将培养基内的丁醇浓度维持在不会引起细胞毒性的水平。例如，据报道通过利用活性炭来吸附连续培养的期间生产的丁醇可提高生产率（文献[美国登录专利第4520104号]）。