[发明专利]生物丁醇和相关产物的生成

说明书

相关申请的交叉引用

本国际专利申请要求2011年8月22日提交的美国临时专利申请No.61/526,127的优先权，其公开内容整体并入本文。

发明领域

本发明涉及二酸转化成醇。更具体地说，本发明涉及琥珀酸转化成正丁醇。

发明背景

正丁醇和ABE发酵

可再生正丁醇是一种非常期望的产物。它可被用作基于化石燃料的汽油的简易替代品。正丁醇也可用作各种特种化学品如丙烯酸丁酯、乙酸丁酯、丁基胺和丁烯的起始原料-用于制造塑料、橡胶、纤维、聚合物和其他碳氢化合物(如，尤其，喷气燃料，生物柴油或汽油添加剂)的原料。

关于由丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵过程生成可再生正丁醇已进行了大量研究。自1919年以来ABE发酵过程已被用于工业过程。在这个过程中，源自各种生物质来源的糖在梭菌属(Clostridia)的细菌菌种的存在下发酵。最终，丙酮、丁醇和乙醇以3份丙酮、6份丁醇和1份乙醇的比例生成。

尽管它的常规实践，但是ABE发酵过程呈现显著的缺点。特别是，由于产物抑制不能扩大发酵过程的规模。发酵过程中和发酵过程期间丁醇的存在抑制细菌生成额外数量的丁醇。此产物抑制导致较低的丁醇产量，并且发酵液中的终浓度约为2%，使得该过程成本密集。

为了克服这个问题，已研发出若干方法。其中包括两阶段发酵过程的研发和遗传修饰的生物体的研发，所述遗传修饰的生物体更耐受发酵产物的存在和/或能够减少发酵副产物的生成。丁醇生成的替代方法还包括丁醇异构体如2-丁醇的发酵和/或化学修饰。

琥珀酸

也可由发酵过程生成的与丁醇类似的C4分子是琥珀酸。琥珀酸发酵具有优于丁醇发酵的几个优点。微生物如产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)不仅代谢C6糖，而且代谢由可再生木质纤维素原料的纤维素和半纤维素成分生成的C5糖。文献报道在产物抑制开始之前可实现发酵液中14.5%琥珀酸的最高滴度值，Okinawa等人(2008)Applied Microbiol.Biotechnology81(3):459-464。此滴度值与燃料行业目前实现的发酵液中乙醇的滴度值相当。

琥珀酸的发酵过程也能生成更高产量的发酵产物每摩尔糖消耗。琥珀酸发酵不仅使用来自糖的碳源，而且能同化二氧化碳。事实上，由美国能源部(U.S.Department of Energy)递交的报告已经确定琥珀酸(一种C4二酸分子)是高附加值化学品之一，因为它可由生物质发酵大量生成。Top Value Added Chemicals from Biomass,第1卷:Results of Screening of Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas,2004年8月,Office of Biomass Program。

琥珀酸也可用于通过熟知的氢化或还原反应以产生化合物的丁二醇、四氢呋喃(THF)和γ-丁内酯(GMB)家族来生成有商业价值的化学品。GMB，例如，可进一步与胺反应以生成吡咯烷酮。

虽然已知由各种方法生成丁醇，但仍需要改善当前可用生成方法中的局限性。本发明提供生成丁醇的方法，该方法避免了发酵抑制剂的问题，同时提高了给定糖源的产量50%至100%。这种方法显著提高了可再生燃料的产量以及它们的可行性。

发明简述

本发明提供由生物质生成的1-烷醇的生成方法。

在一个实施方案中，生成1-烷醇的方法可包括：(a)发酵碳水化合物以生成二酸；和(b)将所述二酸转化成1-烷醇，任选地为正丁醇。在另一实施方案中，该方法进一步包括在发酵后纯化二酸。在另一实施方案中，该方法可包括通过溶液化学或固相化学转化二酸。

在一个实施方案中，所述碳水化合物可来源于或提取自木质纤维素、藻类、谷物或含淀粉的根。在另一实施方案中，所述碳水化合物可以是糖。在另一实施方案中，所述糖可以是单糖或二糖。在另一实施方案中，所述糖可以是葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、阿拉伯糖，或来源于木质纤维素、藻类、谷物或含淀粉的根的任何其他糖。