[发明专利]用于生产丁醇和丁酸的生物工艺学方法

说明书

本发明涉及一种生产C4体，优选丁酸和/或丁醇的方法，包含以下步骤：使含水培养基中的产乙酸细菌细胞(acetogenic bacterial cell)与合成气接触，将步骤a)中获得的混合物在0至100℃之间的温度下培育至少30分钟，其中在步骤b)中，含水培养基包含总组合浓度为至少0.1 g L^-1的乙醇和/或乙酸。

不可再生化石燃料的时代正在终结。虽然化学家迄今已能依赖几乎无限供给的煤炭、石油和天然气，但是由埋葬在海洋沉积物中的细菌、浮游生物、植物和动物物质经上百万年形成的这种资源的可得性在不久的将来必然将受到限制。另外，燃烧化石燃料已经与CO₂的大气浓度提高和相关的气候变化，最值得注意的是全球变暖相联系。因此，生产通常衍生自化石资源的散装化学品(bulk chemical)，例如丁醇、丁酸及其衍生物的下一代方法，将必须起始于可再生资源，即可容易地和就地质时间刻度而言快速地补充的材料。

工业生物技术，即生物催化剂，例如酶或催化有效生物体(catalyticall competent organism)作为工业催化剂的应用，为使用化石资源作为进料的许多常规方法提供备选方案。与常规方法相比，生物催化剂不仅能够转化由经常为农业或工艺废物的可再生材料制造的化合物，否则所述废物将必须被丢弃，而且该生物催化剂不需要使用有毒的化合物，和最后但并非最不重要的是减少温室气体排放。

现有技术中已经报告许多生产丁醇(CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-OH)和丁酸(butyric acid)(CH₃-CH₂-CH₂-COOH，也称为丁酸(butyrate)及其C4衍生物的方法，但是其中大部分依赖于裂解化石燃料并氧化所得短链烃。相反，几乎没有描述从一氧化碳或二氧化碳(得自废气和样品合成气的化合物)形式的碳起始的方法。

合成气，表示包含水和氢气的至少一种和一氧化碳和二氧化碳的至少一种的各种混合物的术语，是一种可再生的碳源并且可容易地从全世界获得，使用各种起始材料生产合成气的方法是已知的，包括天然气或液烃的蒸汽转化和煤炭或生物质的气化。

现有技术中已经报告合成气用于生产包含碳链的化合物的用途。但是，先前描述的方法依赖于添加额外的底物，特别是碳水化合物，例如葡萄糖。基于微生物消耗合成气作为碳源的方法导致所需化合物的产率相当不令人满意。

因此，构成本发明基础的问题是提供一种从一氧化碳或二氧化碳(优选合成气的形式)起始生产C4体，优选丁醇和/或丁酸的方法。

构成本发明基础的另一个问题是提供一种生产C4体，优选丁醇和/或丁酸的方法，该方法起始于由合成气衍生的碳原子而非存在的其它碳源，特别是碳水化合物，例如葡萄糖制造的一氧化碳或二氧化碳，就产率和/或形成的丁醇和/或丁酸的纯度或者C4体，优选丁醇和/或丁酸的比例而言，该方法相比现有技术方法得到改进。

构成本发明基础的另一个问题是提供一种从合成气起始生产C4体的方法，其中相对于一氧化碳和二氧化碳之外的含碳反应物，C4产物的产率得到改善，即合成所需的一氧化碳和二氧化碳之外的碳化合物的量得到降低。

在第一个方面，构成本发明基础的问题由一种生产C4体，优选丁酸和/或丁醇的方法解决，该方法包含以下步骤：

a)      在厌氧条件下使含水培养基中的产乙酸细菌细胞与合成气接触，

b)      将步骤a)中获得的混合物在0至100℃之间的温度下培育至少30分钟，

其中在步骤b)中，含水培养基包含总组合浓度超过0.1 g L^-1的乙醇和/或乙酸。

在本发明的第一个方面的第一个实施方案中，问题由一种方法解决，其中乙醇和/或乙酸是外源性产生的乙醇和/或乙酸。

在第一个方面的第二个实施方案中，其也是第一个方面的第一个实施方案的实施方案，问题由一种方法解决，其中乙醇和/或乙酸的总组合浓度为0.5 g L^-1至20 g L^-1。

在第一个方面的第三个实施方案中，其也是第一个方面的第一个至第二个实施方案的实施方案，问题由一种方法解决，其中合成气包含40至100，优选40至95%的CO。