发酵生产烃的利记博彩app
【专利说明】发酵生产烃
[0001] 本发明涉及使用在发酵罐中培养的微生物发酵生产烃（诸如异丁烯）的方法。
[0002] 发酵生产方法在多种烃的供应中起重要作用并且通常构成化学方法的重要备选 方法。因为发酵方法的运行成本可以是巨大的，对提供更加有成本效益的方法有不断的需 求。降低运行成本的尝试包括，例如，开发使用显示降低的能量消耗的代谢途径用于生产 想要的化合物的重组微生物，开发具有较高活性的酶，增加底物转化效率，使用较便宜的 底物等。在过去十年中，在发酵方法的帮助下生产具有工业兴趣（例如作为生物燃料或 作为聚合物的组分）的烃类化合物的尝试已经增加并且同时已经描述了用于在微生物中 生产此类化合物的多种酶促反应。相应的发酵方法的开发涉及其本身的问题因为其通常 使用涉及不寻常酶促转化的完全新的代谢途径。某些烃类的发酵生产描述于，例如，van LeeuwenBN等人，ApplMicrobiolBiotechnol, 2012, 93 (4): 1377-1387和TO2012/052427 中。压力对细菌的影响和相应的生物技术应用在FollonierS等人，ApplMicrobiol Biotechnol, 2012, 93 (5) : 1805-1815 中进一步描述。
[0003] 本发明解决了提供改善的发酵生产烃的方法的需求。特别地，本发明的方法是有 利的，在于其允许消除或降低发酵废气燃烧的风险，所述发酵废气含有想要的气态烃与氧 气的组合并且因此是可能易燃的。本发明的方法还允许想要的烃的提高的生产效率改善的 产率（关于补料入发酵罐中的氧气的量），以及易化随后从发酵废气分离烃。
[0004] 因此，本发明提供了发酵生产烃的方法，其中在发酵罐中的液体发酵培养基中培 养生产烃的微生物，其中将包含氧气的入口气体补料入发酵罐中并且入口气体在引入发酵 罐中之前的总压力为约1. 5巴至约15巴（约150kPa至约1500kPa)，其中在发酵废气的气 态中获得烃，并且其中将氧气在发酵废气中的浓度控制到低于约10v〇l-%
[0005] 在本文提供的方法中，发酵在高压进行。特别地，入口气体在引入发酵罐中之前的 总压力为约1. 5巴至约15巴（约150kPa至约1500kPa)。优选地，其为约1. 5巴至约10巴 (约150kPa至约1000kPa)。其也可以是，例如，约2巴至约10巴（约200kPa至约1000kPa)。 更优选地，入口气体在引入发酵罐中之前的总压力为约1.5巴至约8巴（约150kPa至约 800kPa)，甚至更优选地其为约1. 5巴至约6巴（约150kPa至约600kPa)，甚至更优选地其 为约2巴至约6巴（约200kPa至约600kPa)，甚至更优选地其为约3巴至约6巴（约300kPa 至约600kPa)，并且还甚至更优选地其为约3. 5巴至约6巴（约350kPa至约600kPa)。
[0006] 通常将入口气体直接补料到液体发酵培养基中，优选地通过发酵罐底部的补料 孔，并经过液体培养基进入发酵罐的顶部空间（即，发酵罐内液体发酵培养基上方的气 相），从这里回收发酵废气。尽管发酵罐中顶部空间气体的压力将与入口气体引入前的压力 大致相同，液体发酵培养基（以及液体发酵培养基中分散的气相）的压力将进一步取决于 液体的深度（即，发酵罐中液体培养基的高度）和液体培养基的密度。液体发酵培养基和 液体发酵培养基中分散的气相将因此具有压力梯度，朝向发酵罐底部显示较高压力。
[0007] 如果，例如，使用具有20m的液体发酵培养基高度的发酵罐，发酵罐的底部的总压 力将为约2巴（约200kPa)加上液体发酵培养基上方的顶部空间气体的压力。在这种情 况下，如果在发酵罐的底部将在引入发酵罐中之前具有约4巴（约400kPa)的压力的入口 气体补料到液体发酵培养基中，在20m的液体深度处入口气体流的压力将为约6巴（约 600kPa)而在10m的液体深度处其将为约5巴（约500kPa)并且在发酵罐的顶部空间中为 约 4 巴（约 400kPa)。
[0008] 在发酵过程中，液体发酵培养基中的压力可能由于微生物的生长、其消耗养分及 其排泄代谢产物而稍微改变。入口气体将流过液体发酵培养基进入发酵罐的顶部空间，从 这里将获得发酵废气。顶部空间气体的压力和，因此，发酵废气的压力将基本上对应于引入 发酵罐中之前入口气体的压力但可能与之稍有不同，例如，由于微生物消耗包含在入口气 体中的氧气以及微生物的气态代谢产物释放，所述代谢产物包括想要的烃和可能由微生物 生产的其他气态物质（诸如二氧化碳）。
[0009] 引入发酵罐中之前约1. 5巴至约15巴（约150kPa至约1500kPa)的入口气体的 增加的压力是有利的因为其导致包含在入口气体中的氧气转移到液体发酵培养基中增加， 这转而允许微生物的提高的氧气利用。提高的氧气利用显著地降低了发酵废气中的氧气浓 度并从而协助控制发酵废气中的氧气浓度低于约lOvol-%。这是有利的因为其消除或大大 降低了发酵废气燃烧的风险，如以下更详细地解释。入口气体的增加的压力因此对本发明 的方法所实现的关于易燃性的安全性提高有贡献。
[0010] 由于入口气体的增加的压力所导致的微生物的提高的氧气利用，还能够实现想要 的经的提尚的生广效率和提尚的广率（相对于补料入发酵罐中的氧气的量），特别地因为 在发酵生产过程中氧气供应通常是限制性因素。此外，补料到发酵罐中的氧气的增加的利 用也降低了所需要的携带氧气的入口气体的总体积并将导致较小体积的待处理的气体并 导致烃在发酵废气中更高的浓度，这帮助烃回收。此外，通过在高压运行，尽管在发酵废 气中氧气浓度将低于10v〇l-%，氧气的分压将很可能超过大气条件时空气中氧气的分压 (210mbar)〇
[0011] 在本发明的方法中使用在引入发酵罐中之前具有约1.5巴至约15巴（约150kPa 至约1500kPa)的增加的压力的入口气体还是有利的因为其协助回收或分离在发酵废气中 获得的烃的随后步骤，所述步骤通常在升高的（高于大气）压力下进行。可以使用本领域 已知的技术，诸如，例如，具有或不具有蒸馏的物理吸收、具有或不具有蒸馏的反应性吸收、 吸附、凝聚、冷冻技术，和/或基于膜的分离从发酵废气中回收或分离烃。优选地，使用具有 蒸馏的物理吸收从发酵废气中回收或分离烃。如果，例如，在本发明的方法中待生产的烃是 异丁烯，优选地在约4巴或更高（约400kPa或更高）的压力下进行随后的从发酵废气中回 收/分离异丁烯。因此，如果在本发明的方法中入口气体在引入发酵罐中之前的总压力是 约4巴（约400kPa)并且待生产的烃是异丁烯，可以进一步处理获得的发酵废气以分离想 要的异丁烯而不用压缩发酵废气。这是特别有优势的因为含有想要的烃与氧气的组合的发 酵废气可能是易燃的并且因此理想地应当不需要进一步压缩用于随后分离。因此，使用引 入发酵罐中之前压力为约1. 5巴至约15巴（约150kPa至约1500kPa)的入口气体的本发明 的方法是有利的在于进一步的、可能是危险的发酵废气的压缩不是必要的或仅较低程度地 要求以从发酵废气分离或纯化想要的烃。此外，将入口气体压缩至约1. 5巴至约15巴（约 150kPa至约1500kPa)的总压力在成本效益方面也是有利的，因为其避免了对压缩可能较 大体积的发酵废气的需求。
[0012] 引入发酵罐中之前约1. 5巴至约15巴（约150kPa至约1500kPa)的入口气体的 升高的压力的额外的优势在于使得可能在导致想要的烃的代谢途径中形成的气态中间物 的蒸发最小化。因此，可以防止或减少此类气态中间物由于蒸发进入发酵废气的损失，并 且可以促进随后从发酵废气回收或分离想要的烃，因为在发酵废气中没有或有较少的气 态中间物。相应的示例性气态中间物是丙酮，其在导致异丁烯的代谢途径中形成，也如， 例如vanLeeuwenBN等人，ApplMicrobiolBiotechnol, 2012, 93 (4): 1377-1387 和W0 2011/032934中所述。后一参考文献，WO2011/032934,描述了从丙酮和提供活化的乙酰基 团的化合物生产3-羟基-3-甲基丁酸（也称为0 -羟基异戊酸或HIV)的酶促方法；如此 生产的3-羟基-3-甲基丁酸可以通过酶促催化的脱羧反应进一步转化为异丁烯，如例如， TO2010/001078 或TO2012/052427 中所述。
[0013] 入口气体包含氧气并且，尽管其组成不受特别地限制，其应当优选不含有任何 将破坏培养的微生物生产想要的烃的能力的组分。入口气体中氧气的浓度优选地在约 10vol-%至约40vol_%的范围内，更优选地在约15vol_%至约40vol_%的范围内，甚至更 优选地在约17vol_%至约40vol_%的范围内，甚至更优选地在约19vol_%至约35vol_% 的范围内，甚至更优选地在约21vol-%至约35vol-%的范围内，并且还甚至更优选地在 约21%vol-%至约30vol-%的范围内。入口气体中二氧化碳的浓度优选地低于或等于约 10vol-%，更优选地低于或等于约5vol-%，甚至更优选地低于或等于约600vol-ppm，甚至 更优选地低于或等于约400vol-ppm，并且还甚至更优选地低于或等于约350vol-ppm，入口 气体中二氧化碳的最低浓度为，例如，约35vol-ppm或更高。
[0014] 入口气体可以，例如，选自（i)空气，（ii)包含约78vol-%氮气和约21vol-% 氧气的气体混合物，（iii)包含氮气和约15vol_%至约40vol-%氧气的气体混合物， 其中气体混合物中氮气和氧气的浓度共同构成约95vol-%或更多，（iv)包含氮气和约 17vol-%至约40vol-%氧气的气体混合物，其中气体混合物中氮气和氧气的浓度共同构成 约95vol-%或更多，（v)包含氮气和约19vol-%至约35vol-%氧气的气体混合物，其中气 体混合物中氮气和氧气的浓度共同构成约95vol-%或更多，（vi)包含氮气和约21vol-% 至约3 5vo1 - %氧气的气体混合物，其中气体混合物中氮气和氧气的浓度共同构成约 95vol-%或更多，（vii)包含氮气和约21vol-%至约30vol-%氧气的气体混合物，其中气 体混合物中氮气和氧气的浓度共同构成约95vol-%或更多，（viii)包含氮气，约15vol-% 至约40vol-%氧气，和低于或等于约10vol-%二氧化碳的气体混合物，其中气体混合物中 氮气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多，（ix)包含氮气，约17vol-%至 约40vol-%氧气，和低于或等于约10vol-%二氧化碳的气体混合物，其中气体混合物中 氮气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多，（x)包含氮气，约19vol-%至 约35vol-%氧气，和低于或等于约5vol-%二氧化碳的气体混合物，其中气体混合物中氮 气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多，（xi)包含氮气，约21vol-%至约 35vol-%氧气，和低于或等于约5vol-%二氧化碳的气体混合物，其中气体混合物中氮气， 氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多，或（xii)包含氮气，约21vol-%至约 30vol-%氧气，和低于或等于约5vol-%二氧化碳的气体混合物，其中气体混合物中氮气， 氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多。例如，可以通过混合空气或富含氧气 的空气与从其中已经完全或部分移除待生产的烃的发酵废气获得上述气体混合物（viii) 至（xii)中的二氧化碳浓度，如以下进一步描述。
[0015] 从其中已经完全或部分分离/移除想要的烃的发酵废气也可以反向循环到待引 入到发酵罐中的入口气体中。这可以是有利的，因为氧气浓度和，因此，入口气体中的氧气 分压可以因而以特别有成本效益的方式降低。在本发明的方法中，入口气体因此可以包含 从其中已经分离/移除想要的烃的循环的发酵废气。循环的发酵废气优选是这样的发酵废 气，从其中已经分离/移除了至少70vol-%，更优选至少80vol-%，甚至更优选地至少 90vol-%，并且还甚至更优选地至少95vol-%的最初在发酵废气中获得的烃。例如，上述 气体混合物（i)至（vii)中的任何可以，例如，以20:80 (体积/体积），30:70 (体积/体 积），40:60 (体积/体积），50:50 (体积/体积），60:40 (体积/体积），70:30 (体积/体 积），或80:20(体积/体积）的比例与从其中已经完全或部分分离/移除了待生产的烃的 残余发酵废气（例如，从其中已经分离/移除了至少70vol-%，优选至少80vol-%，更优 选地至少90vol-%，并且甚至更优选地至少95vol-%的最初在发酵废气中获得的烃的发 酵废气）混合，以获得待在本发明的方法中使用的入口气体。
[0016] 特别地，从其中已经完全或部分分离/移除了待生产的烃的发酵废气（如上述） 可以以这样的量与空气混合，使得获得的气体混合物（其在本发明的方法中用作入口气 体）含有约15vol_%至约20vol_%氧气，优选地约17vol_%至约20vol_%氧气。因此，在 本发明的方法中，入口气体可以是空气和从其中已经分离/移除烃的循环的发酵废气的混 合物，所述混合物包含氮气，约15vol_%至约20vol-%氧气，和低于或等于约lOvol-%二 氧化碳，其中气体混合物中氮气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多。优 选地，入口气体是空气和从其中已经分离/移除烃的循环的发酵废气的混合物，所述混合 物包含氮气，约17vol-%至约20vol-%氧气，和低于或等于约lOvol-%二氧化碳，其中 气体混合物中氮气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多。更优选地，入 口气体是空气和从其中已经分离/移除烃的循环的发酵废气的混合物，所述混合物包含氮 气，约17vol_%至约20vol_%氧气，和低于或等于约5vol_%二氧化碳，其中气体混合物 中氮气，氧气和二氧化碳的浓度共同构成约95vol-%或更多。如本段落所称的"从其中已 经分离/移除了烃的循环的发酵废气"，优选地是从其中已经分离/移除了至少70vol-%， 更优选至少80vol_%，甚至更优选地至少90vol_%，并且还甚至更优选地至少95vol_% 的最初在发酵废气中获得的烃的发酵废气。
[0017] 空气作为入口气体的用途在成本效益方面是有利的。因此，入口气体优选地包含 空气，特别是浓度等于或大于约70vol-%，更优选地浓度等于或大于约90vol-%，并且 甚至更优选地浓度等于或大于约95vol-%。还更优选地，入口气体是空气（即，由空气 组成）。取决于微生物生产想要的烃的代谢途径，使用具有增加的浓度的氧气（例如，约 21vol_%至约30vol_%氧气）的空气作为入口气体也可以是有利的。
[0018] 此处描述的入口气体优选地是整个本发明方法中补料到发酵罐中（即，进入发酵 罐的液体发酵培养基）的唯一气体。因此，在本发明的方法中，优选没有除了入口气体以外 的其他气体引入到发酵罐的液体发酵培养基中。尽管能够对发酵废气添加惰性气体（诸 如，例如，氮气），例如，通过将惰性气体直接补料到发酵罐的顶部空间中，优选没有其他气 体添加到发酵罐的顶部空间中获得的发酵废气，特别地不在想要的烃从发酵废气中分离出 之前。
[0019] 包含在引入发酵罐中之前的入口气体中的氧气的分压优选地为约315mbar至约 5. 25巴（约31. 5kPa至约525kPa)并且更优选地为约315mbar至约4. 5巴（约31. 5kPa 至约450kPa)。如果入口气体在引入发酵罐中之前的总