[发明专利]用于增加来自细菌细胞的蛋白质产物产率的系统和方法

说明书

源自厌氧细菌过程的富含蛋白质的营养补充物和动物饲料补充物通过多个细胞破裂和蛋白质分级/纯化过程而产生。提供了使用含一氧化碳的气态底物从发酵过程获得一个或多个含蛋白质部分的细菌发酵系统和方法，其增加了从细菌细胞的蛋白质产物产率。本发明进一步提供了富含蛋白质的营养补充物的组合物，其对于各种不同的动物和人类的摄入具有有用的应用。

相关申请的交叉引用

本申请主张2018年5月21日提交的美国临时专利申请序列号62/674,604和2019年5月17日提交的美国非临时专利申请序列号16/416,127的权益，上述引用的所有申请在此通过引用并入。

发明背景

微生物发酵当向微生物提供碳底物时发生，微生物可以利用和处理碳底物以生成各种可被回收、分离和纯化的产物。所选择的碳底物取决于所使用的微生物的类型和它们的代谢途径，并且所使用的微生物的类型基于具有产生所需产物类型的能力的微生物菌株的识别和选择。碳底物可以包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、甲醇、甲基、乙醇、正烷烃、葡萄糖、纤维素、甘蔗渣、糖蜜和亚硫酸盐废料。由细菌发酵产生的有用的产物和物质包括乙醇、乳酸、乙酸盐及其它可用作能量来源和各种附加应用的生物燃料和化学品。

作为实例，厌氧微生物包括产乙酸微生物的细菌发酵可通过对气态底物诸如一氧化碳(CO)、氢气(H₂)和/或二氧化碳(CO₂)的发酵产生发酵产物(例如，乙醇、丁醇、乙酸盐、丁酸盐、丁酸、2,3-丁二醇和其它相关产物）。乙醇和丁醇通常用作与运输有关的液体燃料，而乙酸盐和2,3-丁二醇用于化学工业。用于微生物发酵的生产生物乙醇的产乙酸细菌的实例包括梭菌属和醋酸杆菌属的那些。例如，美国专利第5173429号描述了从合成气产生乙醇和乙酸盐的厌氧微生物俊达氏梭菌(Clostridium ljungdahlii) ATCC编号49587。美国专利第5807722号描述了使用俊达氏梭菌ATCC编号55380将废气转化为有机酸和醇的方法和装置。美国专利第6136577号描述了使用俊达氏梭菌ATCC编号55988和55989将废气转化为乙醇的方法和装置。

除了发酵产物之外，大规模的微生物发酵还产生大量的微生物发酵培养肉汤并且可能需要排出大部分的死的或无活性的细胞。将过量的细菌细胞从过量的或排出的培养肉汤中回收到微生物生物质中可导致产生单细胞蛋白（SCP）和其他组分，重复用作蛋白质、氨基酸和碳水化合物来源，所述蛋白质、氨基酸和碳水化合物用作动物饲料的原料和/或动物饲料的营养物或补充物。所有动物都需要氨基酸，氨基酸是最佳生长、繁殖、哺育以及维持所需的蛋白质的构建块。牛的小肠中吸收的氨基酸来自瘤胃中消化的蛋白质，一般情况下，其消化系统必须提供10种不可由牛自身产生的必需氨基酸，包括精氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。理想情况下，吸收的每一种必需氨基酸的相对比例将完全匹配牛所需的氨基酸的供应，因为任一种的短缺可能会限制其它氨基酸的利用。

然而，目前针对单细胞蛋白的方法常常是直接将微生物细胞作为完全细胞生物质加入来用于动物饲料或水产养殖。在微生物发酵过程中，发酵肉汤包括细菌细胞以及细胞碎片。这些方法并不区分两者，并且通常包含可能对动物或水产养殖（例如鱼或虾等）有害的生物质含量。例如，微生物完全细胞生物质可能含有不适合于摄入的高核酸含量或不能适当消化的其他含量。大多数这些现有方法在将完全细胞生物质加入动物饲料前并不通过额外的细胞破裂或细胞破碎技术对完全细胞生物质进行处理。此外，目前从细菌发酵中回收细菌蛋白的方法不能产出适合营养相关目的的足够高的蛋白质含量。存在对于获得来自细菌发酵过程的富含蛋白质的补充物以及任何这种营养补充物的组合物和动物饲料的方法和系统的需求。

发明概述

本发明的实施方案提供使用多种细胞破裂和蛋白质分级和纯化技术用于生产和获得富含蛋白质的营养补充物和/或动物饲料的方法、系统和组合物，所述营养补充物和/或动物饲料源自厌氧细菌发酵过程后的微生物细胞生物质。富含蛋白质的营养补充物可以直接用作原料，或与其他营养物一起用作人类或动物的补充物。