專利名稱：來源于在提取發(fā)酵中用于醇移除的油的提取溶劑的制作方法
來源于在提取發(fā)酵中用于醇移除的油的提取溶劑
本申請要求提交于2010年6月18日的美國臨時申請61/356，290 ;提交于2010 年7月28日的美國臨時申請61/368，451;提交于2010年7月28日的美國臨時申請 61/368,436 ;提交于2010年7月28日的美國臨時申請61/368，444 ;提交于2010年7月28 日的美國臨時申請61/368，429 ;提交于2010年9月2日的美國臨時申請61/379，546 ;和提交于2011年2月7日的美國臨時申請61/440，034 ;提交于2011年6月15日的美國臨時申請13/160，766的權(quán)益；其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
與本申請相關(guān)的序列表經(jīng)由網(wǎng)上電子專利申請系統(tǒng)以電子表格形式提交，其全文以引用方式并入說明書。發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及發(fā)酵醇如丁醇的生產(chǎn)，具體地涉及用于提取發(fā)酵的提取溶劑，以及將來源于生物質(zhì)的油轉(zhuǎn)化成提取溶劑的方法。_4]發(fā)明背景
丁醇是一種重要的工業(yè)化學(xué)品，具有多種應(yīng)用，例如用作燃料添加劑，在塑料工業(yè)中用作化學(xué)原料，以及在食品和香料工業(yè)中用作食品級的提取劑。因此，高度需要丁醇以及高效和環(huán)境友好的生產(chǎn)方法 。
利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)丁醇是一種環(huán)境友好的生產(chǎn)方法。一些丁醇產(chǎn)量高的微生物也具有低的丁醇毒性閾值，使得在生產(chǎn)丁醇過程中需要從發(fā)酵容器中移除丁醇。原位產(chǎn)物移除(ISPR)(也被稱為提取發(fā)酵)從其被生產(chǎn)的發(fā)酵容器中移除丁醇，從而使微生物以高產(chǎn)量生產(chǎn)丁醇。本領(lǐng)域已描述的一種用于原位產(chǎn)物移除的方法是液-液提取(美國專利公開申請2009/0305370)。為了在技術(shù)上和經(jīng)濟上可行的，理想的是，液-液提取需要提取劑和發(fā)酵液體培養(yǎng)基之間的良好接觸以便將產(chǎn)物醇有效地傳質(zhì)傳送到提取劑中；提取劑與發(fā)酵液體培養(yǎng)基(在發(fā)酵期間和發(fā)酵之后)的良好的相分離；提取劑的有效回收和再利用； 提取劑提取產(chǎn)物醇(通過例如防止降低對于產(chǎn)物醇進入提取劑的分配系數(shù))的能力的最小劣化和提取劑的污染，所述污染是由長期操作過程中會降低分配系數(shù)的脂質(zhì)造成的。
具體地，隨著時間推移和每次再利用，提取劑可被油污染，例如通過生物質(zhì)中存在的油的積聚，生物質(zhì)是作為可水解的淀粉原料輸送進發(fā)酵容器中。例如，在通過同時糖化和發(fā)酵(SSF)(在通過添加葡糖淀粉酶以產(chǎn)生葡萄糖的發(fā)酵過程中伴隨著液化漿的糖化)將葡萄糖轉(zhuǎn)化成丁醇的過程中，加載到發(fā)酵容器中的含30重量％干玉米固體的液化的玉米漿能產(chǎn)生含有約1. 2重量％玉米油的發(fā)酵液體培養(yǎng)基。在原位產(chǎn)物移除過程中作為提取劑溶解在油醇(OA)中的玉米油質(zhì)可導(dǎo)致隨著每次油醇再利用脂質(zhì)濃度的積聚；隨著油醇的每次再利用時油醇中的脂質(zhì)濃度增加，產(chǎn)物醇在油醇中的分配系數(shù)降低。
此外，在提取發(fā)酵期間不溶解固體的存在可對醇生產(chǎn)的效率產(chǎn)生負面影響。例如， 不溶解固體的存在可降低發(fā)酵容器中的傳質(zhì)系數(shù)，阻止發(fā)酵容器中的相分離，隨著時間的推移導(dǎo)致提取劑中來自不溶解固體的玉米油的積聚從而導(dǎo)致提取效率降低和溶劑損失增加，因為其被截留在作為干酒糟可溶物(DDGS)而被最終移除的固體中，減緩提取劑液滴與發(fā)酵液體培養(yǎng)基的解脫過程、和/或?qū)е掳l(fā)酵容器體積效率降低。
若干個用于降低提取發(fā)酵中使用的提取劑分配系數(shù)的劣化的方法包括濕磨法、分餾和固體移除。濕磨法是一種昂貴的多步方法，其為了單獨捕集來自每種副產(chǎn)品的價值而將生物質(zhì)(例如玉米)分離成其所有重要組分(胚芽、果皮纖維、淀粉、和谷蛋白)。該方法提供了純化的淀粉流；然而，它非常昂貴并且包括將生物質(zhì)分離成其非淀粉組分，這對于發(fā)酵醇生產(chǎn)是不需要的。分餾移除了纖維和胚芽，所述纖維和胚芽包含存在于研碎全玉米中的大部分油，導(dǎo)致玉米具有更高的淀粉(胚乳)含量。干分餾不分離胚芽和纖維，因此它比濕磨法更便宜。然而，分餾不移除全部的纖維或胚芽，并且不會導(dǎo)致固體的全部消除。此外，在分餾中會損失一些淀粉。玉米的濕磨法比干分餾更昂貴，但干分餾比干磨未分餾玉米更昂貴。如例如于2010年6月18日提交的共同未決的、普通擁有的美國臨時專利申請 61/356，290中所述，從用于發(fā)酵前的液化漿中移除固體，包括包含脂質(zhì)的胚芽，可基本上移除不溶解固體。然而，即使不分餾或移除不溶解固體，如果能降低提取劑的分配系數(shù)的劣化，也將是有利的。因此，持續(xù)需要開發(fā)更有效的方法和系統(tǒng)來通過提取發(fā)酵產(chǎn)生產(chǎn)物醇如丁醇，在提取發(fā)酵中降低了提取劑的分配系數(shù)的劣化。
此外，通常提取劑(例如，油醇)是加入到工藝中的，而不是在工藝的一個步驟中產(chǎn)生的。因此，提取劑是原材料支出。由于提取劑可由于吸附在非發(fā)酵性固體上而損失并被引入到這個工藝中的脂質(zhì)所稀釋，因此提取劑的回收和再利用的效率可影響醇生產(chǎn)方法的經(jīng)濟性。因此，持續(xù)需要用于原位產(chǎn)物移除的替代性提取劑，提取劑通過降低資本和/或運營成本可導(dǎo)致一個更經(jīng)濟的方法。
發(fā)明概述
本發(fā)明通過提供產(chǎn)生產(chǎn)物醇如丁醇的方法滿足了以上需求，其中生物質(zhì)中的脂質(zhì)被轉(zhuǎn)化成可用于原位產(chǎn)物移除的提取劑，并且其中降低了與原料和/或在提取劑再利用時輸送進發(fā)酵容器的脂質(zhì)的量。本發(fā)明還提供了相關(guān)的優(yōu)點，這些優(yōu)點通過下列的實施方案的描述 將變得更顯而易見。
將來源于生物質(zhì)的脂質(zhì)化學(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑可降低存在于原位產(chǎn)物移除提取劑中的脂質(zhì)的量，所述提取劑包括脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯、以及它們的混合物(本文中統(tǒng)稱為“脂肪酸提取劑”)。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。脂肪酸提取劑預(yù)期不會和脂質(zhì)一樣程度地降低產(chǎn)物醇如異丁醇在提取劑相中的分配系數(shù)。此外，脂肪酸提取劑可用作原位產(chǎn)物移除提取劑。脂肪酸提取劑可來源于供應(yīng)輸送進發(fā)酵容器的可發(fā)酵碳的生物質(zhì)。因此，脂肪酸提取劑可在醇生產(chǎn)工藝的步驟中產(chǎn)生，并用于替代、或添加到供應(yīng)的不在所述工藝中產(chǎn)生的外源原位產(chǎn)物移除提取劑(如外部提供的油醇)中，從而降低或甚至省去用于原位產(chǎn)物移除提取劑的原材料支出。
此外，提取劑也可通過在高溫和/或高壓條件下，由將來源于生物質(zhì)或原料的油轉(zhuǎn)化成脂肪酸而產(chǎn)生。此外，來源于生物質(zhì)或原料的油可用一種或多種脂肪酶處理以產(chǎn)生脂肪酸或進行氫化反應(yīng)以產(chǎn)生脂肪醇。
本發(fā)明涉及組合物，所述組合物包含能夠由原料產(chǎn)生醇的重組微生物；醇；和至少一種提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物；其中所述提取劑由所述原料產(chǎn)生。在一個實施方案中，所述提取劑是脂肪酰胺的混合物，并且在另一個實施方案中，所述脂肪酰胺的混合物包含亞油酰胺、油酰胺、棕櫚酸酰胺或硬脂酰胺。在另一個實施方案中，所述提取劑是脂肪酰胺和脂肪酸的混合物，并且在另一個實施方案中，所述脂肪酰胺和脂肪酸的混合物包含亞油酰胺、亞油酸、油酰胺、油酸、棕櫚酸酰胺、 棕櫚酸、硬脂酰胺或硬脂酸。在一個實施方案中，所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羥基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在一個實施方案中，甘油三酯可為甲氧基化的或乙氧基化的。在另一個實施方案中，所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、 飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、以及它們的混合物。在一個實施方案中，所述提取劑可以是液體或固體。在另一個實施方案中，所述提取劑可以是珠粒的形式。在一個實施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一個實施方案中，所述原料包括黑麥、小麥、玉米、甘蔗、大麥、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、或它們的混合物。
在一個實施方案中，所述提取劑包括式R(C = 0)N(R’) (R”)的一種或多種脂肪酰胺，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’和R”獨立地選自氫和任選地包含一個或多個羥基基團的C1-C6烷基基團。
在另一個實施方案中，所述提取劑包括式R-(C = O)-OCHRJ CHR" -OH的一種或多種脂肪酯，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’和R”獨立地選自氫和C1-C4烷基基團。
在一個實施方案中，所述提取劑包括式R-(C = O)-0R’的一種或多種脂肪酯，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’是8個碳或更少的烷基基團。
本發(fā)明涉及產(chǎn)生提取劑的方法，所述方法包括提供包含油的生物質(zhì)；使所述油與一種或多種能夠?qū)⑺鲇突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑的物質(zhì)接觸，從而將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。在一個實施方案中，甘油三酯可為羥基化的或烷氧基化的(例如，甲氧基化、乙氧基化)。在一個實施方案中，所述提取劑可以是液體或固體。在另一個實施方案中，所述提取劑可以是珠粒的形式。在一個實施方案中，所述方法還包括在使所述油與一種或多種物質(zhì)接觸之前，從所述生物質(zhì)中分離所述油。在一個實施方案中，所述一種或多種物質(zhì)選自含水氫氧化銨、無水氨、醋酸銨、氨水、過氧化氫、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和陽離子交換樹脂。在另一個實施方案中，所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于在所述油被轉(zhuǎn)化成提取劑之前所述油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。在一個實施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一個實施方案中，所述生物質(zhì)包括玉米粒、玉米棒、作物殘余物如玉米殼、玉米秸桿、草、小麥、黑麥、 小麥秸桿、大麥、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、從谷物的研磨中獲得的組分、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、樹、枝、根、葉、木片、木屑、灌木和灌叢、蔬菜、水果、花、動物糞肥、或它們的混合物。
本發(fā)明也涉及產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括(a)提供包含低聚糖和油的生物質(zhì)；(b)使所述生物質(zhì)與能夠?qū)⒌途厶寝D(zhuǎn)化成單糖的糖化酶接觸；(C)從(a)或(b)的生物質(zhì)中分離所述油；(d)使所述分離的油與一種或多種反應(yīng)劑或溶劑接觸以形成提取劑；(e)使所述生物質(zhì)與包含能夠?qū)⑺鰡翁寝D(zhuǎn)化成產(chǎn)物醇的重組微生物的發(fā)酵液體培養(yǎng)基接觸，從而產(chǎn)生產(chǎn)物醇；以及(f)使所述產(chǎn)物醇與所述提取劑接觸，其中所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述生物質(zhì)的油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。在一個實施方案中，一種或多種反應(yīng)劑或溶劑選自含水氫氧化銨、無水氨、醋酸銨、氨水、過氧化氫、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和陽離子交換樹脂。在一個實施方案中，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。在一個實施方案中，所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯(例如，甲氧基化、乙氧基化)、羥基化脂肪酸、烷基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在另一個實施方案中，所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、 飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、 以及它們的混合物。在一個實施方案中，所述提取劑可以是液體或固體。在另一個實施方案中，所述提取劑可以是珠粒的形式。在一個實施方案中，醇是C1-C8烷基醇。在另一個實施方案中，所述油包括選自下列的一種或多種油牛脂油、玉米油、卡諾拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、魚油、霍霍巴油、豬油、亞麻籽油、牛蹄油、奧蒂油、棕櫚油、 花生油、油菜籽油、稻米油、紅花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻風(fēng)樹油、小麥油、黑麥油、大麥油和植物油共混物。
在一個實施方案中，所述提取劑包括式R(C = 0)N(R’) (R”)的一種或多種脂肪酰胺，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’和R”獨立地選自氫和任選地包含一個或多個羥基基團的C1-C6烷基基團。
在另一個實施方案中，所述提取劑包括式R-(C = O)-OCHRJ CHR" -OH的一種或多種脂肪酯，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’和R”獨立地選自氫和C1-C4烷基基團。
在一個實施方案中，所述提取劑包括式R-(C = O)-0R’的一種或多種脂肪酯，其中
R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且
R’是8個碳或更少的烷基基團。
本發(fā)明涉及產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括(a)提供包含能夠在發(fā)酵容器中產(chǎn)生產(chǎn)物醇的重組微生物的發(fā)酵液體培養(yǎng)基，從而產(chǎn)生產(chǎn)物醇；(b)使所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基與提取劑接觸以形成包含水相和有機相的兩相混合物，其中所述產(chǎn)物醇和所述油分配到所述有機相中，使得所述有機相包含所述產(chǎn)物醇和所述油；(C)將所述有機相與所述水相分離；(d)從所述有機相中分離所述產(chǎn)物醇；并且任選地步驟(b)和(C)同時進行。在一個實施方案中，所述方法還包括產(chǎn)生原料漿液；分離所述原料漿液以產(chǎn)生(i)水層，(ii)油層，和(iii)固體層；以及將所述水層輸送進所述發(fā)酵容器。在另一個實施方案中，所述方法還包括使所述油層的油與一種或多種能夠?qū)⑺鲇突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑的物質(zhì)接觸， 從而將所述 油的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
在一個實施方案中，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。在另一個實施方案中，所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯(例如，甲氧基化、乙氧基化)、羥基化脂肪酸、烷基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。在一個實施方案中，所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、以及它們的混合物。在一個實施方案中，所述提取劑可以是液體或固體。在另一個實施方案中，所述提取劑可以是珠粒的形式。在一個實施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一個實施方案中，所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述油層的油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。在一個實施方案中，所述醇是C1-C8烷基醇。在另一個實施方案中，所述油包括選自下列的一種或多種油牛脂油、玉米油、卡諾拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、魚油、霍霍巴油、豬油、亞麻籽油、牛蹄油、奧蒂油、棕櫚油、花生油、油菜籽油、稻米油、紅花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻風(fēng)樹油、小麥油、黑麥油、大麥油和植物油共混物。
在一些實施方案中，從發(fā)酵工藝中移除來源于生物質(zhì)的油的方法包括使包括一定量油的生物質(zhì)原料流與一種或多種能夠?qū)⒂突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑的物質(zhì)接觸，從而將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、 脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(例如， 甲氧基化、乙氧基化)。所述提取劑對于發(fā)酵醇的分配系數(shù)大于所述油對于發(fā)酵醇的分配系數(shù)。在一些實施方案中，生物質(zhì)原料流為研磨的玉米，并且所述油為玉米油。在一些實施方案中，所述方法也包括使具有提取劑的生物質(zhì)原料流與發(fā)酵液體培養(yǎng)基接觸，所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基包括發(fā)酵醇，其中所述發(fā)酵醇分配到提取劑中。
本發(fā)明涉及產(chǎn)生提取劑的方法，所述方法包括提供包含油的生物質(zhì)；以及將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。在一個實施方案中，將所述油轉(zhuǎn)化成提取劑包括下列步驟中的一個或多個在四氫呋喃和氫化鋁鋰存在的情況下孵育所述油；將所述油與氫氧化鈉孵育；將所述油與硫酸和甲醇孵育；在醋酸銨存在的情況下， 將所述油與無水氨孵育；將所述油與氨水孵育；使所述油與甲苯、陽離子交換樹脂、冰醋酸、脂肪酶和過氧化氫接觸；在高溫條件下孵育所述油，或在高壓條件下孵育所述油。
在一些實施方案中，用于產(chǎn)物醇原位移除的提取劑的原位生產(chǎn)方法包括(a)提供包含可發(fā)酵糖和油的生物質(zhì)，所述油包括甘油三酯；(b)從(a)的生物質(zhì)中分離所述油； 以及(C)使所述分離的油與一種或多種反應(yīng)劑或溶劑接觸，所述反應(yīng)劑或溶劑可與甘油三酯化學(xué)地反應(yīng)以獲得反應(yīng)產(chǎn)物，其選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物，從而所述油中的甘油三酯被轉(zhuǎn)化成反應(yīng)產(chǎn)物。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。反應(yīng)產(chǎn)物形成發(fā)酵產(chǎn)物提取劑，所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述生物質(zhì)的油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。
在一些實施方案中，產(chǎn)生丁醇的方法包括(a)提供包含低聚糖和油的生物質(zhì)，所述油包括甘油酯；(b)使所述生物質(zhì)與能夠?qū)⒌途厶寝D(zhuǎn)化成單糖的糖化酶接觸；(C)從(a) 或(b)的生物質(zhì)中分離所述油；(d)使所述分離的油與包含一種或多種反應(yīng)劑或溶劑的組合物接觸，從而油中的甘油酯形成提取劑；(e)使生物質(zhì)與能夠?qū)翁寝D(zhuǎn)化成丁醇的重組微生物接觸，從而生產(chǎn)出包含丁醇的發(fā)酵產(chǎn)物；以及(f)使發(fā)酵產(chǎn)物與(d)的提取劑接觸， 從而從發(fā)酵產(chǎn)物中分離丁醇。所述提取劑對于丁醇的分配系數(shù)大于所述生物質(zhì)的油對于丁醇的分配系數(shù)。在一些實施方案中，步驟(d)的提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些實施方案中，一種方法包括在從原料產(chǎn)生產(chǎn)物醇過程的步驟中,將植物來源的油的至少一部分轉(zhuǎn)化成提取劑，所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于植物來源的油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。在一些實施方案中,植物來源的油來源于原料。
在一些實施方案中，所述產(chǎn)物醇是異丁醇，提取劑分配系數(shù)為至少約O. 28。在一些實施方案中，提取劑對于異丁醇的分配系數(shù)為至少約I。在一些實施方案中，提取劑對于異丁醇的分配系數(shù)為至少約2。
在一些實施方案中，由原料產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法包括(a)產(chǎn)生原料漿液；(b)分離(a)的原料漿液以產(chǎn)生產(chǎn)物，包括⑴水層，(ii)油層，和(iii)固體層；以及(C)將(b)的水層輸送進所述發(fā)酵容器。在一些實施方案中，分離原料漿液的步驟通過離心進行。在一些實施方案中，所述油層為植物來源的油層。在一些實施方案中，所述方法還包括從植物來源的油層獲得植物來源的油層的至少一部分。
在一些實施方案中，所述方法還包括將提取劑添加到發(fā)酵容器中，以形成包含水相和含產(chǎn)物醇的有機相的兩相混合物，從而產(chǎn)物醇分配到含產(chǎn)物醇的有機相中。
在一些實施方案中，所述方法還包括發(fā)酵所述水相的糖以產(chǎn)生產(chǎn)物醇，從而產(chǎn)物醇分配到含產(chǎn)物醇的有機相中。
在一些實施方案中，移除來自發(fā)酵過程的來源于生物質(zhì)的油的方法包括(a)提供包含產(chǎn)物醇和來源于生物質(zhì)的油的發(fā)酵液體培養(yǎng)基，所述油包括甘油酯；(b)使發(fā)酵液體培養(yǎng)基與提取劑接觸以形成包含水相和有機相的兩相混合物，所述產(chǎn)物醇和所述油分配到所述有機相中，使得所述有機相包含所述產(chǎn)物醇和所述油；(C)將所述有機相與水相分離； (d)從所述有機相中分離所述產(chǎn)物醇；以及(e)使有機相與組合物 接觸，所述組合物包含一種或多種反應(yīng)劑或溶劑，從而油中的甘油酯形成附加的提取劑；和(f)通過將發(fā)酵液體培養(yǎng)基與步驟(e)的附加的提取劑接觸，重復(fù)步驟(b)。
在一些實施方案中，附加的提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些實施方案中，所述產(chǎn)物醇是丁醇。
在一些實施方案中，原位發(fā)酵提取劑形成的組合物包含(a)來源于生物質(zhì)的油；(b)一種或多種能夠?qū)⒂突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成一種或多種產(chǎn)物的物質(zhì)，其選自脂肪酸、脂肪酰胺、 脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯；和(C) 一種或多種產(chǎn)物，其中所述一種或多種產(chǎn)物的量是所述組合物量的約50重量％至約99重量％。甘油三酯可被羥基化或烷氧基化 (例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些實施方案中，組合物包含可產(chǎn)生丁醇的重組微生物、丁醇和至少一種溶劑， 所述溶劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。甘油三酯可羥基化或烷氧基化(例如，甲氧基化、乙氧基化)。
在一些實施方案中，組合物包含可產(chǎn)生丁醇的重組微生物、丁醇和脂肪醇。
在一些實施方案中，組合物包含可產(chǎn)生丁醇的重組微生物、丁醇和脂肪酰胺混合物，其中所述脂肪酰胺混合物包含亞油酰胺、油酰胺、棕櫚酸酰胺和硬脂酰胺。
在一些實施方案中，組合物包含的成分包含可產(chǎn)生丁醇的重組微生物，丁醇和玉米油,其中玉米油為約28%至約67%羥基化的。
附圖簡沭
并入本文并成為說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明，并且與說明書一起進一步用來解釋本發(fā)明的原理并使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。


圖1示意性地示出了本發(fā)明的示例性方法和系統(tǒng)，其中在發(fā)酵前從液化生物質(zhì)中移除了脂質(zhì)，并且其中將所述移除的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化成提取劑并且供給發(fā)酵容器。
圖2示意性地示出了本發(fā)明的示例性方法和系統(tǒng)，其中在發(fā)酵前從液化和糖化生物質(zhì)中移除了脂質(zhì)，并且其中將所述移除的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化成提取劑并且供給發(fā)酵容器。
圖3示意性地示出了本發(fā)明的示例性方法和系統(tǒng)，其中脂質(zhì)從生物質(zhì)中移除并且轉(zhuǎn)化成供給發(fā)酵容器的提取劑。
圖4示意性地示出了本發(fā)明的示例性方法和系統(tǒng)，其中將生物質(zhì)原料流中的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化成提取劑并且供給發(fā)酵容器。
圖5示意性地示出了本發(fā)明的示例性方法和系統(tǒng)，其中將在排出發(fā)酵容器的第一種提取劑中存在的脂質(zhì)與所述第一種提取劑進行分離并且轉(zhuǎn)化成供給發(fā)酵容器的第二種提取劑。
發(fā)明詳沭
除非另行定義，否則本文所用的所有科技術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的一樣。如發(fā)生矛盾，以本專利申請(包括其定義)為準(zhǔn)。此外，除非上下文另有所需，單數(shù)術(shù)語將包括復(fù)數(shù)并且復(fù)數(shù)術(shù)語將包括單數(shù)。為所有目的，所有的出版物、 專利以及本文提及的其它參考資料均全文以引用方式并入本文。
為了進一步限定本發(fā)明，本文提供了以下術(shù)語和定義。
如本文所用，術(shù)語“包含”、“包含的”、“包括”、“包括的”、“具有”、“具有的”、“含有”或“含有的”、或它們的任意其它變體，應(yīng)理解為包含意指所申明的整量或整量的群體的，但是并不排除任意其它整量或整量的群體。例如，包含一系列元素的組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備不必僅限于那些元素，而可以包括其它未明確列出的元素，或此類組合物、 混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備固有的元素。此外，除非另外特別說明，否則“或”是指包含性的或，而不是指排它性的或。例如，以下任何一個均表示滿足條件A或B :A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)、以及A和B都是真的(或存在的)。
同樣，涉及元素或組分實例(即次數(shù))的數(shù)目在本發(fā)明元素或組分前的不定冠詞 “一個”或“一種”旨在是非限制性的。因此，“一個”或“一種”應(yīng)解讀為包括一個或至少一個，并且所述元素或組分的單數(shù)形式還包括復(fù)數(shù)，除非該數(shù)字明顯地是指單數(shù)。
如本文所用，術(shù)語“發(fā)明”或“本發(fā)明”為非限制性術(shù)語，并且不旨在意指本發(fā)明的任何單獨實施方案，而是涵蓋如申請所述的所有可能的實施方案。
如本文所用，修飾本發(fā)明的成分或反應(yīng)劑的量使用的術(shù)語“約”是指可以通過例如以下方式而發(fā)生的用數(shù)字表示的量的變化在真實世界中用于產(chǎn)生濃縮物或溶液的一般測量和液體處理操作；通過這些操作中非故意的誤差；用于制備組合物或執(zhí)行方法的成分的制造、來源或純度中的差異 ’等。術(shù)語“約”還包括由于產(chǎn)生自特定起始混合物的組合物的不同平衡條件而不同的量。無論是否被所述術(shù)語“約”的修飾，本權(quán)利要求包括所述量的等價物。在一個實施方案中，術(shù)語“約”指在報告數(shù)值的10%范圍內(nèi)，或者在報告數(shù)值的5% 范圍內(nèi)。
如本文所用，“生物質(zhì)”指的是包含可水解多糖的天然產(chǎn)物，其提供了可發(fā)酵糖，包括來自天然來源的任意糖和淀粉如玉米、甘蔗、小麥、纖維素或木質(zhì)纖維素材料以及包含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、低聚糖、雙糖和/或單糖的材料、以及它們的混合物。生物質(zhì)還可包含另外的組分，諸如蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)。生物質(zhì)可來自于單一來源，或者生物質(zhì)可包含來自超過一種來源的混合物。例如，生物質(zhì)可包括玉米棒和玉米秸桿的混合物，或草和葉的混合物。生物質(zhì)包括但不限于生物能作物、農(nóng)業(yè)殘余物、市政固體垃圾、工業(yè)固體垃圾、來自造紙業(yè)的淤渣、庭院垃圾、木材和林業(yè)垃圾。生物質(zhì)的實例包括但不限于玉米粒、玉米棒、作物殘余物如玉米殼、玉米秸桿、草、小麥、黑麥、小麥秸桿、大麥、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、從谷物研磨中獲得的組分、樹、枝、根、葉、木片、 木屑、灌木和灌叢、蔬菜、水果、花、動物糞肥、以及它們的混合物。例如，可通過本領(lǐng)域已知的出于發(fā)酵目的而加工所述生物質(zhì)的任意加工過程(諸如通過研磨、處理和/或液化)由生物質(zhì)形成漿料、汁液、糖漿或水解產(chǎn)物，并且其包含可發(fā)酵糖，并可包含水。例如，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法來加工纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以獲得包含可發(fā)酵糖的水解產(chǎn)物。美國專利申請公開2007/0031918A1中公開了低氨預(yù)處理，其以引用的方式并入本文。纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶促糖化通常利用酶聚生體來分解纖維素和半纖維素以產(chǎn)生包含糖的水解產(chǎn)物，所述糖包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。(Lynd等 (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66 :506-577,2002)中綜述了適用于纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的糖化酶)。
根據(jù)本文所述，漿料、汁液、糖漿或水解產(chǎn)物可包括原料12和原料漿液16。水性原料流可通過本 領(lǐng)域已知的出于發(fā)酵目的而加工所述生物質(zhì)的任意加工過程(諸如通過研磨、處理和/或液化)來自或形成自生物質(zhì)，并且其包含可發(fā)酵的碳底物(如糖)并可包含水。根據(jù)本文所述，水性原料流可包括原料12和原料漿液16。
如本文所用，“原料”是指在發(fā)酵過程中的進料，所述進料包含具有或不具有不溶解固體的可發(fā)酵碳源，并且在適用的情況下，在所述可發(fā)酵碳源從淀粉中釋放或通過進一步的加工過程(諸如通過液化、糖化或其它加工過程)由分解復(fù)合糖而獲得之前或之后，所述進料包含該可發(fā)酵碳源。原料包括或來源于生物質(zhì)。適當(dāng)?shù)脑习ǖ幌抻诤邴?、小麥、玉米、甘蔗、大麥、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、或它們的混合物。在引述“玉米油”的情況下，應(yīng)了解該術(shù)語包括了在本發(fā)明的其它實施方案中由給定的原料所生產(chǎn)的油。
如本文所用，“發(fā)酵液體培養(yǎng)基”是指水、糖、溶解固體的混合物，任選地有產(chǎn)生醇的微生物、產(chǎn)物醇以及所述發(fā)酵容器內(nèi)所容納物質(zhì)的全部其它組成，所述發(fā)酵容器中通過以所存在的微生物進行的由糖形成醇、水和二氧化碳(CO2)的反應(yīng)而制備了產(chǎn)物醇。具體地，如本文所用，術(shù)語“發(fā)酵培養(yǎng)基”和“發(fā)酵混合物”可與“發(fā)酵液體培養(yǎng)基”相同含義地使用。
如本文所用，“可發(fā)酵碳源”或“可發(fā)酵碳底物”是指能夠由本文公開的微生物代謝以產(chǎn)生發(fā)酵醇的碳源。適當(dāng)?shù)目砂l(fā)酵碳源包括但不限于單糖(諸如葡萄糖或果糖)；雙糖 (諸如乳糖或蔗糖)；低聚糖；多糖(諸如淀粉或纖維素)；一碳底物；以及它們的混合物。
如本文所用，“可發(fā)酵糖”是指能夠由本文所公開的微生物代謝以產(chǎn)生發(fā)酵醇的糖。
如本文所用，“發(fā)酵容器”是指在其中進行發(fā)酵反應(yīng)的容器，通過所述發(fā)酵反應(yīng)由糖制備了產(chǎn)物醇，諸如丁醇。
如本文所用，“液化容器”是指在其中進行液化的容器。液化是從原料中釋放低聚糖的加工過程。在所述原料是玉米的一些實施方案中，在液化期間從該玉米淀粉中釋放低聚糖。
如本文所用，“糖化容器”是指在其中進行糖化(即，低聚糖分解成為單糖)的容器。在發(fā)酵和糖化同步進行的情況下，所述糖化容器和所述發(fā)酵容器可以是相同的容器。
如本文所用，“糖”指的是低聚糖、雙糖和/或單糖。
如本文所用，“糖化酶類”是指能夠水解多糖和/或低聚糖(例如，糖原或淀粉的 0-1，4-糖苷鍵)的一種或多種酶。糖化酶類還可包括能夠水解纖維素或木質(zhì)纖維素材料的酶。
如本文所用，“不溶解固體”是指原料的非可發(fā)酵部分，例如胚芽、纖維和麩質(zhì)。
如本文所用，“產(chǎn)物醇”指的是可通過微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的任意醇，所述發(fā)酵過程利用生物質(zhì) 作為可發(fā)酵碳底物的來源。產(chǎn)物醇包括但不限于C1-C8烷基醇。一些實施方案中，所述產(chǎn)物醇是C2-C8烷基醇。在其它實施方案中，所述產(chǎn)物醇是C2-C5烷基醇。應(yīng)當(dāng)了解C1-C8烷基醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。類似地,C2-C8烷基醇包括但不限于乙醇、丙醇、丁醇和戊醇?！按肌痹诒疚囊灿糜谥府a(chǎn)物醇。
如本文所用，“丁醇”具體地指丁醇的異構(gòu)體1- 丁醇(1-BuOH)、2_ 丁醇(2_Bu0H) 和/或異丁醇(iBuOH或1-BU0H，亦稱為2-甲基_1_丙醇)，其單獨存在或以其混合物存在。
如本文所用，“丙醇”指的是丙醇異構(gòu)體異丙醇或1-丙醇。
如本文所用，“戊醇”指的是戊醇異構(gòu)體1-戊醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、2，2- 二甲基-1-丙醇、3-戊醇、2-戊醇、3-甲基-2- 丁醇或2-甲基-2- 丁醇。
如本文所用，術(shù)語“醇當(dāng)量”指的是通過對一定量醇酯的完美水解和回收而獲得的醇的重量。
如本文所用，術(shù)語“水相滴度”指的是特定醇(如，丁醇)在發(fā)酵液體培養(yǎng)基中的濃度。
如本文所用，術(shù)語“有效滴度”指的是每升發(fā)酵培養(yǎng)基中通過發(fā)酵而產(chǎn)生的特定醇 (如，丁醇)的總量或通過醇酯化而產(chǎn)生的醇酯的醇當(dāng)量。例如，單位體積發(fā)酵物中的丁醇有效滴度包括(i)發(fā)酵培養(yǎng)基中的丁醇量；( )由有機提取劑回收的丁醇量；(iii)在使用了汽提的情況下從氣相中回收的丁醇量，以及(iv)在有機相或水相中的丁醇酯的醇當(dāng)量。
如本文所用，“原位產(chǎn)物移除(ISPR) ”是指特定發(fā)酵產(chǎn)物從生物過程(諸如發(fā)酵) 中的選擇性移除，從而在生產(chǎn)所述產(chǎn)物時控制了所述生物過程中的產(chǎn)物濃度。
如本文所用，“提取劑”或“ ISPR提取劑”是指用于提取任何產(chǎn)物醇(諸如丁醇異構(gòu)體)的有機溶劑。所述提取劑在發(fā)酵溫度下可以是固體或液體。具體地，如本文所用，術(shù)語“溶劑”可與“提取劑”相同含義地使用。
如本文所用，“脂肪酸提取劑”是指產(chǎn)生自天然油的提取劑，其通過將所述天然油中的甘油酯與一種或多種溶劑或反應(yīng)劑進行化學(xué)反應(yīng)以獲得一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物而產(chǎn)生， 所述反應(yīng)劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。所述甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。
如本文所用，“天然油”指的是獲自植物(如，生物質(zhì))或動物的脂質(zhì)。如本文所用，“來自植物的油”特別指的是獲自植物的脂質(zhì)。具體地，“脂質(zhì)”可與“油”和“甘油三酯” 相同含義地使用。天然油包括但不限于牛脂油、玉米油、卡諾拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、魚油、霍霍巴油、豬油、亞麻籽油、牛蹄油、奧蒂油、棕櫚油、花生油、油菜籽油、稻米油、紅花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻風(fēng)樹油和植物油共混物。
如本文所用，術(shù)語“脂肪酸”指的是具有C4-C28碳原子(最常見的是C12-C24碳原子) 的飽和或不飽和羧酸(如，脂肪族單羧酸)。脂肪酸還可以是有支鏈的或無支鏈的。脂肪酸可來自或以酯化形式包含于動物或植物脂肪、油或蠟中。脂肪酸可以以甘油三酯的形式天然存在于脂肪或脂肪油中，或者可通過脂肪水解或合成而獲得。所述術(shù)語脂肪酸可描述單一化學(xué)種類或脂肪酸的混合物。此外，所述術(shù)語脂肪酸還包括游離脂肪酸。
如本文所用，術(shù)語“脂肪醇”是指具有C4-C22碳原子的長脂族鏈的醇，所述脂族鏈為飽和的或不飽和的。
如本文所用，術(shù)語“脂肪醛”是指具有C4-C22碳原子的長脂族鏈的醛，所述脂族鏈為飽和的或不飽和的。
如本文所用，術(shù)語“脂肪酰胺”是指具有C4-C22碳原子的長脂族鏈的酰胺，所述脂族鏈為飽和的或不飽和的。
如本文所用，術(shù)語“脂肪酯”是指具有C4-C22碳原子的長脂族鏈的酯，所述脂族鏈為飽和的或不飽和的。
術(shù)語“與水不相混的”是指諸如提取劑或溶劑這樣的化 學(xué)組分，其與水溶液(諸如發(fā)酵液體培養(yǎng)基)不能通過形成單一液相的方式相混合。
如本文所用，術(shù)語“水相”指的是兩相混合物的水相，其通過將發(fā)酵液體培養(yǎng)基和與水不相混的有機提取劑進行接觸而獲得。在本文描述的包括發(fā)酵提取的加工過程的一個實施方案中，則術(shù)語“發(fā)酵液體培養(yǎng)基”特指兩相發(fā)酵提取物中的水相。
如本文所用，術(shù)語“有機相”指的是兩相混合物的非水相，其通過將發(fā)酵液體培養(yǎng)基和與水不相混的有機提取劑進行接觸而獲得。
如本文所用，術(shù)語“分離”與“回收”同義，并且是指從初始混合物中移除化合物以獲得純度或濃度比初始混合物中的化合物純度或濃度更高的化合物。
如本文所用，“重組微生物”指的是諸如細菌或酵母這樣的微生物，其通過使用重組DNA技術(shù)進行了修飾，例如，通過對宿主細胞進行工程改造以包含生物合成途徑，諸如產(chǎn)生醇(諸如丁醇)的生物合成途徑。
本發(fā)明提供了提取劑以及制備所述提取劑的方法，所述提取劑通過對產(chǎn)生自生物質(zhì)的油進行化學(xué)地轉(zhuǎn)化而獲得。特別地，可將所述油中的甘油酯化學(xué)地轉(zhuǎn)化成一種或多種產(chǎn)物，其包括脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和甘油三酯、以及它們的混合物，其在本文中總體上指的是脂肪酸提取劑。所述甘油三酯可被羥基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。脂肪酸提取劑可作為用于從發(fā)酵液體培養(yǎng)基中對產(chǎn)物醇(諸如丁醇)進行原位移除的提取劑。因此，本發(fā)明還提供了通過使用提取劑進行的提取發(fā)酵而制備產(chǎn)物醇(諸如丁醇)的方法，所述提取劑從生物質(zhì)油中產(chǎn)生。本發(fā)明還提供了通過分離產(chǎn)生自原料的油而從醇發(fā)酵過程中移除油的方法。可液化所述原料以在油移除前產(chǎn)生漿液。因此，所述漿液包括可發(fā)酵碳源、油和不溶解固體?？稍趯⑺鰸{液引入所述發(fā)酵容器之前從該漿液中移除所述油以及在一些實施方案中的不溶解固體。對所述油以及在一些實施方案中的不溶解固體的移除可減少損失、降低所述提取劑分配系數(shù)隨時間的退化，其由該油(以及在一些實施方案中的不溶解固體)在該發(fā)酵容器中的存在而引起。此外，可將所述分離的油化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑，其可引入所述發(fā)酵容器。所述脂肪酸提取劑對于發(fā)酵醇的分配系數(shù)大于所述油對于發(fā)酵醇的分配系數(shù)。此外，所述脂肪酸提取劑可代替商業(yè)外源提取劑(諸如油醇)或在其基礎(chǔ)上進行使用，所述商業(yè)外源提取劑并非根據(jù)本發(fā)明的方法通過所述原料化學(xué)地轉(zhuǎn)化而成。因此，通過在發(fā)酵過程的步驟中由產(chǎn)生自原料的油進行化學(xué)地轉(zhuǎn)化而制備提取劑，本發(fā)明的方法可降低與所述外源提取劑相關(guān)的原材料費用。
本發(fā)明將參照附圖進行描述。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案進行發(fā)酵醇生產(chǎn)的示例性加工流程圖。根據(jù)示出，可將原料12引入液化容器10的入口并且經(jīng)液化以產(chǎn)生原料漿液16。原料12包含提供可發(fā)酵碳源的可水解淀粉(如可發(fā)酵糖，諸如葡萄糖)， 并且可以是生物質(zhì)，諸如但不限于黑麥、小麥、玉米、甘蔗、大麥、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、或它們的混合物，或者也可以產(chǎn)生自生物質(zhì)。在一些實施方案中，原料12可以是分級生物質(zhì)的一種或多種組分，并且在其它的實施方案中，原料12可以是經(jīng)研磨的未分級生物質(zhì)。在一些實施方案中，原料12可以是玉米，諸如干研磨的未分級玉米粒，并且所述不溶解顆?？砂ㄅ哐?、纖維和麩質(zhì)。所述不溶解固體是原料12的非可發(fā)酵部分。出于本文參照附圖所示的實施方案進行討論的目的，通常描述原料12為包含經(jīng)研磨的未分級玉米，其中所述不溶解固體并未從中分離。然而應(yīng)當(dāng)了解，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所明了，可針對不同的原料(無論其經(jīng)過分級與否)改進本文所述的示例性方法和系統(tǒng)。在一些實施方案中，原料12可以是高油酸玉米，從而使由其產(chǎn)生的玉米油是具有至少約 55重量％油酸的油酸含量的高油酸玉米油。在一些實施方案中，與約為24重量％的普通玉米油的油酸含量相比， 高油酸玉米油的油酸含量可最高達約65重量％。高油酸油可提供一些益處以用于本發(fā)明的方法，這是因為所述油的水解可提供具有高油酸含量的脂肪酸提取劑以用于接觸發(fā)酵液體培養(yǎng)基。在一些實施方案中，所述脂肪酸或其混合物包含不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸的存在降低了融點，這提供了操作上的益處。在不飽和脂肪酸中，具有單一碳碳雙鍵的單不飽和脂肪酸可提供融點方面的益處而不犧牲出于加工考慮的適當(dāng)熱力學(xué)穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性。
液化原料12的加工過程涉及原料12中的淀粉水解形成糖并且其為傳統(tǒng)的加工過程，所述糖包括，例如，糊精和低聚糖?？梢允褂脴I(yè)界常用的任意已知的液化過程以及對應(yīng)的液化容器，其包括但不限于酸加工、酸-酶加工或酶加工。這些加工過程可單獨使用或組合使用。在一些實施方案中，可使用所述酶加工并且將適當(dāng)?shù)拿?4(例如α-淀粉酶)引入液化容器10的入口。還可將水引入液化容器10。
由液化原料12而產(chǎn)生的原料漿液16包括由該原料產(chǎn)生的糖、油以及不溶解固體。 可從液化容器10的出口排出原料漿液16。在一些實施方案中，原料12是玉米或玉米粒，并且因此原料漿液16是玉米漿料液。
將原料漿液16引入分離器20的入口，所述分離器20經(jīng)配置以移除所述原料漿液 16中存在的一些油或優(yōu)選地實質(zhì)上全部的油。所述被移除的油作為物流26提供給反應(yīng)容器40，并且將包括糖和水的剩余原料作為水性物流22排出給發(fā)酵容器30。水性物流22可包括所述漿16的不溶解固體，但是由于通過分離器20移除了所述油26，發(fā)酵容器30中的發(fā)酵液體培養(yǎng)基仍然具有降低量的油。從分離器20中排出的所述油物流26具有一定量的甘油酯，尤其是甘油三酯，其在反應(yīng)容器40中與一種或多種物質(zhì)42接觸。物質(zhì)42是能夠?qū)⒂?6中的甘油酯的至少一部分化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28的反應(yīng)劑或溶劑。在一些實施方案中，來自經(jīng)物質(zhì)42進行的對所述甘油酯的化學(xué)地轉(zhuǎn)化的脂肪酸提取劑28在所述油中的量可以是至少約17重量％、至少約20重量％、至少約30重量％、至少約40重量％、至少約50重量％、至少約60重量％、至少約65重量％、至少約70重量％、至少約75重量％、 至少約80重量％、至少約85重量％、至少約90重量％、至少約95重量％或者至少約99重量％。
分離器20可以是本領(lǐng)域中已知的用于從水性原料流中移除油的任意適當(dāng)?shù)姆蛛x器，其包括但不限于虹吸管、吸式傾析、離心、使用重力沉降容器、膜輔助的相分離等等。在一些實施方案中，分離器20還可移除原料漿液16中的不溶解固體并且將所述不溶解固體作為固相或濕餅24進行排出。例如，在一些實施方案中，分離器20可包括壓濾機、真空濾器或離心機以用于從原料漿液16中分離所述不溶解固體。例如，在一些實施方案中，分離器 20包括三相離心機20，其攪動或旋轉(zhuǎn)原料漿液16以產(chǎn)生包含含有糖和水的水層(即，物流 22)、含有不溶解固體的固體層(即，濕餅24)以及油層(即，油物流26)的離心產(chǎn)物。當(dāng)漿 16為玉米漿料液時，油26是游離玉米油。如本文所用，術(shù)語游離玉米油是指從玉米胚芽中釋放的玉米油。對于作為原料漿液16的玉米漿料液，濕餅24包括了所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約50%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約55%、 所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約60%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約65%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約70%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約75%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約 80%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約85 %、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約90%、所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的至少約95%或所述原料漿液中存在的不溶解顆粒重量的約99%。
當(dāng)通過離心機20移除濕餅24時，在一些實施方案中，來自原料12的油(諸如當(dāng)所述原料是玉米時的玉米油)的一部分存留于濕餅24中。在這種情況下，濕餅24包括占濕餅24干固體含量的重量低于約20%的量的玉米油。濕餅24可被排出位于離心機20底部附近的出口。濕餅24還可包括所述可發(fā)酵碳和水的一部分。一旦水溶液22已從所述離心機20中排出，可以使用另外的水在所述離心機中洗滌濕餅24。對濕餅24的洗滌應(yīng)回收所述濕餅中存在的糖(如低聚糖)并且所述被回收的糖和水可重循環(huán)進入液化容器10。在洗滌后，可通過任意適當(dāng)?shù)囊阎庸み^程干燥濕餅24以形成干酒糟可溶物(DDGS)。由在離心機20中形成的濕餅24形成所述DDGS具有多種益處。由于所述不溶解固體并不進入所述發(fā)酵容器，該DDGS并不具有持留的提取劑和/或產(chǎn)物醇(諸如丁醇)，其并不經(jīng)受所述發(fā)酵容器的條件，并且其不接觸所述發(fā)酵容器中存在的微生物。這些益處使得加工和銷售DDGS (例如作為動物飼料)更為容易。用于通過離心從原料16中移除不溶解固體的方法和系統(tǒng)詳細地描述于2010年6月18日提交的共同待決的共同擁有的美國臨時專利申請 61/356，290中，其全文以引用的方式并入本文。
在一些實施方案中，油26并非與濕餅24分別地排出，而是油26包括于作為濕餅 24的一部分并且最終存在于所述DDGS中。在這種情況下，所述油可從所述DDGS中分離并且轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑以隨后用于相同或不同的醇發(fā)酵加工。在任何情況下，對所述原料的油組分的移除有利于醇生產(chǎn)(諸如丁醇生產(chǎn))，這是因為所述發(fā)酵容器中存在的油可稀釋ISPR提取劑并且可降低所述發(fā)酵醇進入有機相的分配系數(shù)。此外，所述油可分解成為脂肪酸和甘油，其可在所述水中積累并且降低可用于在全系統(tǒng)中循環(huán)的水量。因此，對所述原料的油組分的移除還可通過提高可在全系統(tǒng)中循環(huán)的水量而提高所述產(chǎn)物醇生產(chǎn)的效率。
向發(fā)酵容器30中引入水性物流22和微生物32以將其包含入發(fā)酵容器30中容納的發(fā)酵液體培養(yǎng)基中。發(fā)酵容器30經(jīng)設(shè)置以對水性物流22進行發(fā)酵從而產(chǎn)生產(chǎn)物醇，諸如丁醇。特別地，微生物32代謝了漿液16中的可發(fā)酵糖并且分泌產(chǎn)物醇。微生物32選自細菌、藍細菌、絲狀真菌和酵母。在一些實施方案中，微生物32可以是細菌，諸如大腸桿菌 (E.col1.)。在一些 實施方案中，微生物32可以是發(fā)酵型重組微生物。水溶液22可包括糖(例如以低聚糖的形式)和水，并且可包含低于約20g/L的單體葡萄糖，更優(yōu)選地低于約 10g/L或低于5g/L的單體葡萄糖。測定單體葡萄糖的量的適當(dāng)方法在本領(lǐng)域中是眾所周知的。本領(lǐng)域中已知的這些適當(dāng)方法包括HPLC。
在一些實施方案中，水性物流22被糖化加工以將物流22中的復(fù)合糖(如低聚糖) 分解成為微生物32易于代謝的單糖?？梢允褂脴I(yè)界常用的任意已知的糖化過程，其包括但不限于酸加工、酸-酶加工或酶加工。在一些實施方案中，可在發(fā)酵容器30中進行同步糖化和發(fā)酵(SSF)。在一些實施方案中，可將酶38 (諸如葡糖淀粉酶)引入發(fā)酵容器30的入口以將淀粉分解成為微生物32可代謝的葡萄糖。
在微生物32產(chǎn)生產(chǎn)物醇時，可使用原位產(chǎn)物移除(ISPR)以從發(fā)酵容器30中移除所述產(chǎn)物醇。對于提取發(fā)酵，這一 ISPR包括液-液提取。可根據(jù)描述于美國專利申請公開2009/0305370中的加工過程實施液-液提取，其公開內(nèi)容全文特此以引用的方式并入。 美國專利申請公開2009/030537描述了用于以提取發(fā)酵生產(chǎn)和從發(fā)酵液體培養(yǎng)基中回收丁醇的方法，所述方法包括使所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基和與水不相混的提取劑接觸的步驟。所述提取劑一般可以是用于形成包含水相和有機相的兩相混合物的有機提取劑，其選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酰胺和脂肪酸的混合物、脂肪酯、脂肪醛、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、以及它們的混合物。對于圖1的實施方案，發(fā)酵容器30具有一個或多個入口用于接收一種或多種與水不相混的ISPR提取劑，其包括來自容器40的脂肪酸提取劑 28。脂肪酸提取劑28接觸了發(fā)酵液體培養(yǎng)基并且形成包含水相和有機相的兩相混合物。所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中存在的產(chǎn)物醇分配到所述有機相。所述兩相混合物可作為物流39從發(fā)酵容器30中移除并引入容器35，所述容器中進行了對水相和有機相的分離以制備包含醇的有機相36和水相34。使用本領(lǐng)域已知的方法將所述包含醇的有機相36與所述兩相混合物39中的水相分離，所述方法包括但不限于虹吸管、傾析、離心、使用重力沉降容器、 膜輔助的相分離等等。所述水相34的全部或部分可作為發(fā)酵培養(yǎng)基重新循環(huán)進入發(fā)酵容器30 (如所示)，或者廢棄并且代之以新鮮培養(yǎng)基，或經(jīng)處理以移除任何存留的產(chǎn)物醇并隨后重新循環(huán)至發(fā)酵容器30。所述包含醇的有機相36經(jīng)處理以回收所述產(chǎn)物醇，并且所產(chǎn)生的低醇提取劑可隨后通常與新鮮的補料提取劑28相結(jié)合重新循環(huán)回到(未示出)發(fā)酵容器30，以用于所述產(chǎn)物醇的進一步提取?；蛘?，可將新鮮的提取劑28連續(xù)地加入所述發(fā)酵容器以取代在雙相混合物物流39中移除的提取劑。
在一些實施方案中，可將一種或多種另外的ISPR提取劑(諸如圖3-5中示出的提取劑29)引入發(fā)酵容器30以形成包含水相和有機相的兩相混合物，所述產(chǎn)物醇分配到該有機相。該一種或多種另外的提取劑29可以是另一種脂肪酸提取劑和/或外源有機提取劑， 諸如油醇、山崳醇、鯨蠟醇、月桂醇、肉豆寇醇、硬脂醇、1-1^一醇、油酸、月桂酸、肉豆蘧酸、 硬脂酸、肉豆蘧酸甲酯、油酸甲酯、十一醛、月桂醛、20-甲基十一醛、以及它們的混合物。在一些實施方案中，ISPR提取劑29可以是羧酸，并且在一些實施方案中，ISPR提取劑29可以是游離的脂肪酸。在一個實施方案中，所述羧酸或游離脂肪酸可具有4個至28個碳的鏈， 在另一些實施方案為4至22碳的鏈，在另一些實施方案為8個至22個碳的鏈，在另一些實施方案為10個至28個碳的鏈，在另一些實施方案為7個至22個碳的鏈，在另一些實施方案為12個至22個碳的鏈，在另一些實施方案為4個至18個碳的鏈，在另一些實施方案為 12個至22個碳的鏈，并且在又一些實施方案為12個至18個碳的鏈。
在一些實施方案中，ISPR提取劑29是一種或多種以下脂肪酸杜鵑花酸、癸酸、辛酸、蓖麻油酸、椰子油酸(即，包括月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、辛酸、癸酸、硬脂酸、已酸、花生酸、油酸和亞油酸在內(nèi)的脂肪酸天然組合物)、二聚酸、異硬脂酸、月桂酸、亞麻酸、肉豆蘧酸、油酸、棕櫚油酸、棕櫚酸、棕櫚仁油酸、壬酸、蓖麻酸、癸二酸、豆油酸、硬脂酸、妥爾油、牛脂油以及12羥基硬脂酸。在一些實施方案中，ISPR提取劑29是一種或多種二酸，如壬二酸和癸二酸。因此，在一些實施方案中，ISPR提取劑29可以是兩種或更多種不同脂肪酸的混合物。在一些實施方案中，根據(jù)(例如)2010年7月28日提交的共同待決的共同擁有的美國臨時專利申請61/368，444中所述，ISPR提取劑29可以是通過對天然油(諸如生物質(zhì)) 的酶水解而產(chǎn)生的游離脂肪酸，在這些實施方案中，用于制備提取劑29的生物質(zhì)脂質(zhì)可來自于與獲取原料12的生物質(zhì)相同的或不同的生物質(zhì)來源。例如，在一些實施方案中，用于制備提取劑29的生物質(zhì)脂質(zhì)可來自大豆，而原料12的生物質(zhì)來源是玉米?？墒褂锰崛?29與原料12的不同生物質(zhì)來源的任何可能組合，這對于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明了的。
在圖1的實施方案中，從所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中原位提取了所述產(chǎn)物醇，而所述兩相混合物39的分離在分離容器35中進行。原位提取發(fā)酵可以在發(fā)酵容器30中以批次模式或連續(xù)模式進行。對于原位提取發(fā)酵，有機提取劑可在形成兩相發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵開始時接觸發(fā)酵培養(yǎng)基。作為另外一種選擇，有機提取劑可在微生物達到期望的生長量之后與發(fā)酵培養(yǎng)基接觸，其中所述生長量的達到可通過測定培養(yǎng)物的光密度確定。此外，所述有機提取劑可在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的產(chǎn)物醇水平達到預(yù)定水平時接觸發(fā)酵培養(yǎng)基。例如，對于丁醇生產(chǎn)，所述ISPR提取劑可在所述丁醇濃度達到毒性水平之前接觸發(fā)酵培養(yǎng)基。在將發(fā)酵培養(yǎng)基接觸所述ISPR提取劑之后，丁醇產(chǎn)物分配到該提取劑，這降低了包含微生物的水相中的丁醇濃度，由此而限制了所述生產(chǎn)微生物對抑制性丁醇產(chǎn)物的暴露。
根據(jù)下文所述，所使用的ISPR提取劑的體積取決于多種因素，其包括發(fā)酵培養(yǎng)基體積、發(fā)酵容器大小、該提取劑對于丁醇產(chǎn)物的分配系數(shù)，以及所選用的發(fā)酵模式。所述提取劑的體積可以是該發(fā)酵容器工作體積的約3%至約60%。根據(jù)提取的效率，發(fā)酵培養(yǎng)基中的丁醇水相滴度可以是，例如，約5g/L至約85g/L、約10g/L至約40g/L、約10g/L至約20g/L、約15g/L至約50g/L或約20g/L至約60g/L。不受理論的限制,使用提取發(fā)酵方法據(jù)信可獲得較高的丁醇滴度，這部分地通過從發(fā)酵培養(yǎng)基中移除毒性的丁醇產(chǎn)物，由此而將該水平保持低于對微生物具有毒性的水平。
在原位提取發(fā)酵的批次模式中，向發(fā)酵容器中加入了一定體積的有機提取劑并且在加工期間并不移除所述提取劑。該模式需要較大體積的有機提取劑以最小化發(fā)酵培養(yǎng)基中抑制的丁醇產(chǎn)物的濃度。因此，發(fā)酵培養(yǎng)基的體積相對更少，所生產(chǎn)的產(chǎn)物的量也比采用上述連續(xù)模式時所獲得的更少。例如，在一個實施方案中所述批次模式中的提取劑的體積可以是發(fā)酵容器工作體積的約20%至約60%，并且在另一個實施方案中為約30%至約 60%。
汽提(未示出)可與所述有機提取劑同時使用以從發(fā)酵培養(yǎng)基中移除產(chǎn)物醇。
在一些實施方案中，根據(jù)下文描述的圖4和圖5的實施方案中所不出，所述兩相混合物的分離可在發(fā)酵容器中進行。特別地，在一個實施方案中，在原位提取發(fā)酵的連續(xù)模式中，可將提取劑28引入發(fā)酵容器30以在其中獲得兩相混合物，而包含醇的有機相物流 36直接脫離發(fā)酵容器30中。水相物流34也可直接脫離實施例30，經(jīng)處理以移除任何存留的產(chǎn)物醇并且進行重新循環(huán)，或廢棄并且代之以新鮮發(fā)酵培養(yǎng)基?？稍谶M行或不進行微生物32從所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中的移除的情況下完成以所述ISPR提取劑對所述產(chǎn)物醇的提取?？赏ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任意方法從所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中移除微生物32，其包括但不限于過濾或離心。例如，水相物流34可包括微生物32，諸如酵母。可容易地從所述水相物流中分離微生物32，例如在離心機中分離(未示出)。微生物32可隨后重新循環(huán)至實施例 30，其可隨時間提高醇生產(chǎn)的生產(chǎn)率，由此而導(dǎo)致所述醇生產(chǎn)的效率提高。
在原位提取發(fā)酵的連續(xù)模式中，所述提取劑的體積在一個實施方案中可以是所述發(fā)酵容器工作體積的約3%至約50%，在另一個實施方案中約3%至約30%，在另一個實施方案中3%至約20%，在另一個實施方案中3%至約10%。由于所述產(chǎn)物從反應(yīng)器中連續(xù)地移除，因此需要較小體積的提取劑，這實現(xiàn)了對較大體積的發(fā)酵培養(yǎng)基的使用。
作為原位提取發(fā)酵的另外選擇，所述產(chǎn)物醇可從發(fā)酵容器30的下游發(fā)酵液體培養(yǎng)基中提取。在這一情況下 ，可從發(fā)酵容器30中移除所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基并將其引入容器 35?？呻S后將提取劑28引入容器35并且與所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基接觸以在容器35中獲得兩相混合物39，其隨后分離成為有機相36和水相34?；蛘?，可在引入容器35之前，在另一容器中將提取劑28加至所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基。
脂肪酸提取劑28對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于油26對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。例如，在原料12為玉米的情況下，玉米油26 (如果存在于所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中)可具有對于所述產(chǎn)物醇低于約O. 28的分配系數(shù)，而產(chǎn)生自玉米油26的脂肪酸提取劑28可具有約O. 28或更高的分配系數(shù)。在一個實施方案中，脂肪酸提取劑28具有對于所述產(chǎn)物醇 (諸如丁醇)至少約I的分配系數(shù)，在另一個實施方案中至少約2，在另一個實施方案中至少約2. 5，在另一個實施方案中至少約2. 75，在另一個實施方案中至少約3。因此，通過不僅降低所述ISPR提取劑的分配系數(shù)退化的威脅而且還作為脂肪酸提取劑生產(chǎn)的原材料發(fā)揮作用，所述原料的油組分在提取發(fā)酵中提高了所述產(chǎn)物醇生產(chǎn)的效率，相比所述油自身該脂肪酸提取劑可將更多的產(chǎn)物醇從所述水相中分出。此外，來自原料12中的油26的脂肪酸提取劑28可單獨使用或結(jié)合外源提取劑(如，由外部供應(yīng)的油醇)使用，由此而降低或消除所述外部提取劑相關(guān)的成本。
此外，在脂肪酸提取劑28包括游離脂肪酸的情況下，發(fā)酵容器30中的微生物32 的葡萄糖消耗速度在這些游離脂肪酸存在的情況下可高于不存在這些游離脂肪酸的情況， 因此，在本發(fā)明的一些實施方案中，所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基可接觸具有游離脂肪酸的脂肪酸提取劑，在提取發(fā)酵中，相對于使用無游離脂肪酸的ISPR提取劑(如油醇)時的葡萄糖攝取所述游離脂肪酸以此可提高微生物32的葡萄糖攝取。例如，根據(jù)下文所述實施例2的表 I所示出，與使用油醇作為提取劑的情況相比，在提取發(fā)酵中作為脂肪酸提取劑使用的脂肪酰胺/脂肪酸混合物可提供酵母菌屬丁醇菌原(Saccharomycesbutanologen)的較高葡萄糖攝取率。2010年7月28日提交的共同待決的共同擁有的美國臨時專利申請61/368，451 中描述了用于通過發(fā)酵加工產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法，其中在所述加工的步驟中產(chǎn)生了游離脂肪酸并且其在發(fā)酵容器中接觸微生物培養(yǎng)物以改善微生物生長速度和葡萄糖消耗，所述專利申請全文以引用的方式并入本文。
在一些實施方案中，可改進圖1的系統(tǒng)和加工以使用分離器20和發(fā)酵容器30之間的獨立糖化容器60代替發(fā)酵容器30中的同步糖化和發(fā)酵，其對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)是明了的。
根據(jù)示出，在另外的實施方案中，例如在圖2的實施方案中，糖化可在位于分離器 20和液化容器10之間的獨立糖化容器60中進行。圖2實質(zhì)上等同于圖1，除包含入接收酶38的獨立糖化容器60之外，其中油物流26與液化的糖化原料物質(zhì)62相分離。原料漿液16與酶38 (諸如葡糖淀粉酶)一同引入糖化容器60，漿液16中低聚糖形式的糖以此而分解為單糖。液化的糖化原料物流62脫離糖化容器60并且引入分離器20。原料物流62 包括來自原料的單糖、油和不溶解固體。在分離器20中，原料物流62分離成為油物流26 和實質(zhì)上的水性物流23，其引入了發(fā)酵容器30。在所示出的實施方案中，水性物流23包括不溶解固體?；蛘?，根據(jù)對于圖1的實施方案的描述，所述固體可在分離器20作為濕餅24 移除。從分離器20中排出的所述油物流26具有一定量的甘油酯，尤其是甘油三酯，其在反應(yīng)容器40中接觸以一種或多種物質(zhì)42。物質(zhì)42將來自油26的至少部分甘油酯類化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取 劑28，其引入了發(fā)酵容器30。圖2的實施方案的其它加工操作與圖1相同，并且因此不再詳述。
根據(jù)示出，在本發(fā)明的一些實施方案中，例如圖3的實施方案中，提取發(fā)酵可使用脂肪酸提取劑28'，其產(chǎn)生自與原料12相同或不同的生物質(zhì)，但是其并非產(chǎn)生自原料12中包含的已存在油。例如，當(dāng)原料12是玉米時，脂肪酸提取劑28/可產(chǎn)生自玉米油，但是產(chǎn)生提取劑28'的玉米油并非根據(jù)圖1的實施方案所提供的原料12中所包含并且分離至反應(yīng)容器40的玉米油。作為另一實例，脂肪酸提取劑28'可產(chǎn)生自作為生物質(zhì)來源的黃豆(或大豆)，而原料12的生物質(zhì)來源是玉米?？墒褂锰崛?8'與原料12的不同生物質(zhì)來源的任何可能組合，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)是明了的。
在一些實施方案中，脂肪酸提取劑28'來自于任何天然油，并且因此而可以來自于生物質(zhì)來源或動物來源。
在圖3的實施方案中，將液化的水性物流22與糖化酶38和微生物32 —同引入發(fā)酵容器30，由此而通過同步糖化和發(fā)酵(SSF)產(chǎn)生產(chǎn)物醇。在一些實施方案中，糖化可在獨立的容器中進行，諸如對于圖2的實施方案的描述。在一些實施方案中，優(yōu)選地液化水性物流22已經(jīng)通過分離器20 (參見圖1)移除了至少油26，并且在一些實施方案中，還在引入發(fā)酵容器30之前將不溶解固體作為濕餅24移除(參見圖1)。將天然油(諸如植物來源的油)作為物流26'與物質(zhì)42 —同引入反應(yīng)器40以將油26'的至少一部分化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28'。油物流26'并非來自原料漿液16上游的油26(參見圖1)?？山?jīng)化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28'以用于ISPR的任何植物來源的油或其它天然油。隨后將來自反應(yīng)容器40的脂肪酸提取劑28'引入發(fā)酵容器30，由此而使所述產(chǎn)物醇以較高程度分配到脂肪酸提取劑28'，如果所述發(fā)酵容器中存在油26'則所述產(chǎn)物醇將以該程度分配到油 26'。
因此，在一些實施方案中，使用獲自植物來源的油26'的脂肪酸提取劑2V提取了所述產(chǎn)物醇，所述油26'與最初經(jīng)過原料12引入所述加工的油26并不相同。任選地，一種或多種另外的提取劑29可引入發(fā)酵容器30以用于將產(chǎn)物醇從水相中優(yōu)先地分出。所述一種或多種另外的提取劑29可以是外源提取劑，諸如外部供應(yīng)的油醇，其并未在所述加工中產(chǎn)生，并且/或者是另一種脂肪酸提取劑。在一些實施方案中，這些另外的脂肪酸提取劑 29可通過油產(chǎn)生，來自于與發(fā)酵容器原料物質(zhì)22和油物流26'的生物質(zhì)來源相同或不同的生物質(zhì)。
除未顯示水相34被引回發(fā)酵容器30之外，圖3的實施方案的其它加工操作與圖1 和圖2相同，并且因此將不再詳述。但是應(yīng)當(dāng)了解，在本文給出的任意實施方案中，全部或部分水相34可根據(jù)對于圖1的描述進行重新循環(huán)、廢棄和/或進一步處理以移除產(chǎn)物醇。
在本發(fā)明的一些實施方案中，來自原料12的油并非在分離器20中分離，而是原位經(jīng)化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑，例如，在液化之前或其間在原料12中進行、在漿液16中進行或在糖化物流62中進行(參見圖2)。例如，在圖4的實施方案中，將原料12與適當(dāng)?shù)拿?4(例如，α-淀粉酶)一同引入液化容器10，從而水解所述原料12中的淀粉以產(chǎn)生液化原料。在原料12的液化之前、期間或之后還向液化容器10中引入了一種或多種物質(zhì)42 以用于將原料12中存在的油化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28?？稍诩尤朊?4之前或之后將物質(zhì)42引入液化容器10，并且可在原料12的液化之前、期間或之后將原料12中的油轉(zhuǎn)化成提取劑28。在任何情況下，將原料12中的油轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28從而使兩相物流 18脫離液化容器10。兩相物流18包括脂肪酸提取劑 28以及形成液化水相22的糖、水和不溶解固體。在脂肪酸提取劑包括脂肪酸的一些實施方案中，雙相物流18的水相22可包括來自油中的甘油酯類向脂肪酸的轉(zhuǎn)化的甘油。在一些實施方案中，可在引入發(fā)酵容器30 前從所述物流18中移除這些甘油(如果存在)。
對于圖4，兩相物流18(即物流22、28)在發(fā)酵容器30中接觸發(fā)酵液體培養(yǎng)基以形成兩相混合物。在發(fā)酵容器30中，通過SSF產(chǎn)生的產(chǎn)物醇分配到包括脂肪酸提取劑28的有機相?；蛘?，在一些實施方案中，可根據(jù)與圖2相關(guān)聯(lián)的討論改進所述加工以包括獨立的糖化容器。所述兩相混合物的分離在發(fā)酵容器30中進行，從而使包含醇的有機相物流36 和水相物流34直接從發(fā)酵容器30中脫離?；蛘?，對所述兩相混合物的分離可在圖1-3的實施方案中提供的分離容器35中進行。任選地，一種或多種另外的提取劑29可引入發(fā)酵容器30以用于形成有機相，其將產(chǎn)物醇從水相中優(yōu)先地分出。圖4的實施方案的其它加工操作與前文所述的附圖相同，并且因此不再詳述。
在本發(fā)明的一些實施方案中，可在醇發(fā)酵之后的步驟中從所述加工物流中分離原料12中存在的生物質(zhì)油?？呻S后將所述發(fā)酵后分離的油轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑，并且作為 ISPR提取劑引入該發(fā)酵容器。例如，在圖5的實施方案中，將原料12液化以產(chǎn)生原料漿液 16,其包括來自所述原料的油26。原料楽液16還可包括來自所述原料的不溶解固體?；蛘撸赏ㄟ^分離器(諸如離心機(未示出))從漿液16中分離所述不溶解固體。將包含油 26的原料衆(zhòng)液16直接引入包含發(fā)酵液體培養(yǎng)基的發(fā)酵容器30,所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基包括糖化酶38和微生物32。通過SSF在發(fā)酵容器30中產(chǎn)生了產(chǎn)物醇?；蛘?，在一些實施方案中，可根據(jù)與圖2相關(guān)聯(lián)的討論改進所述加工以包括獨立的糖化容器。
將ISPR提取劑29引入發(fā)酵容器30以形成兩相混合物，并且所述產(chǎn)物醇通過分配到所述ISPR提取劑29的有機相而移除。油26也分配到所述有機相。ISPR提取劑29可以是一種或多種脂肪酸提取劑和/或并非來自天然油的外源有機提取劑(如，油醇)。如果提取劑29是脂肪酸提取劑，所述提取劑29可以是由天然油產(chǎn)生的脂肪酸提取劑28'(參見圖3)，諸如與最初通過原料12引入所述加工的油并不相同的植物來源的油。
所述兩相混合物的分離在發(fā)酵容器30中進行，從而使包含醇的有機相物流36和水相物流34直接從發(fā)酵容器30中脫離?；蛘?，對所述兩相混合物的分離可在圖1-3的實施方案中提供的分離容器35中進行。將包括油26的有機相物流36引入分離器50以從提取劑29中移除產(chǎn)物醇54。所產(chǎn)生的低醇提取劑27包括回收的提取劑29和油26。將包括油26的提取劑27引入反應(yīng)容器40并且將其接觸一種或多種物質(zhì)42 (如，反應(yīng)劑和/或溶劑)，其將油26的至少一部分化學(xué)地轉(zhuǎn)化成脂肪酸提取劑28。
包含入脂肪酸提取劑28的提取劑27可隨后重新循環(huán)回到發(fā)酵容器30。這一重新循環(huán)的提取劑物質(zhì)27可以是獨立的物流或是與新鮮的補料提取劑物流29的結(jié)合物流。除油26與所述產(chǎn)物醇之外，對包含醇的有機相36進行的后續(xù)收取還可隨即包括脂肪酸提取劑28和ISPR提取劑29。隨后可處理有機相36以回收所述產(chǎn)物醇，將所述油進行反應(yīng)以形成脂肪酸提取劑，并且作為所產(chǎn)生的低醇脂肪酸提取劑28和低醇提取劑29進行重 新循環(huán)以回到發(fā)酵容器30。在一些實施方案中，在隨時間運行所述發(fā)酵加工時可以取消提取劑 29的使用，這是因為所述加工自身可產(chǎn)生足以提取所述產(chǎn)物醇的脂肪酸提取劑28。因此， 所述ISPR提取劑可以是通過反應(yīng)容器40重新循環(huán)的提取劑27和作為補料ISPR提取劑的脂肪酸提取劑28。
或者，在一些實施方案中，可在在分離器50中進行產(chǎn)物醇回收54之前將包括油26 的有機相物流36引入反應(yīng)容器40。在這些實施方案中，可將有機相物流36引入反應(yīng)容器 50并且接觸一種或多種物質(zhì)以用于產(chǎn)生脂肪酸提取劑28。所產(chǎn)生的包括脂肪酸提取劑28 的有機相物流36可隨后引入分離器50以回收產(chǎn)物醇54，并且所產(chǎn)生的低醇提取劑可隨后作為包含脂肪酸提取劑28的提取劑物流27重新循環(huán)進入發(fā)酵容器30。在另外的實施方案中，可在油26接觸物質(zhì)42之前從有機相物流36或提取劑物流27中分離油26以用于產(chǎn)生脂肪酸提取劑28。脂肪酸提取劑28可隨后作為ISPR提取劑使用，其引入發(fā)酵容器30、 不同發(fā)酵容器(如，在醇制造設(shè)施中與發(fā)酵容器30平行或串行運行)或儲存用于其后的使用。
因此，圖1-5提供了方法和系統(tǒng)的多種非限制性實施方案，其涉及發(fā)酵加工以及通過來自生物質(zhì)的油26所產(chǎn)生的脂肪酸提取劑28和通過天然油產(chǎn)生的脂肪酸提取劑 28'，諸如植物來源的油26'，所述提取劑可用于在提取發(fā)酵中移除產(chǎn)物醇。這些脂肪酸提取劑28和28'可選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯、甘油三酯、 以及它們的混合物。所述甘油三酯可經(jīng)羥基化或烷氧基化(如甲氧基化、乙氧基化)。甘油酯從天然油向本文所述的脂肪酸提取劑的化學(xué)地轉(zhuǎn)化可使用本領(lǐng)域已知的任意反應(yīng)體系進行。例如，對于植物來源的油(諸如玉米油)，在一些實施方案中，作為脂肪酸提取劑 28或28'的羥基化甘油三酯可通過將作為油26或26'的玉米油接觸多種反應(yīng)劑和溶劑 42 (細節(jié)參見下文參見實施例1)以實現(xiàn)方程I中示出的羥基化
權(quán)利要求
1.組合物，包含能夠由原料產(chǎn)生醇的重組微生物；醇；和至少一種提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物；其中所述提取劑由所述原料產(chǎn)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑包括式R(C= O)N(RO (R”)的一種或多種脂肪酰胺，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’和R”獨立地選自氫和任選地包含一個或多個羥基基團的C1-C6烷基基團。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑包括式R-(C= O)-OCHRJ CHR" -OH 的一種或多種脂肪酯，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’和R”獨立地選自氫和C1-C4烷基基團。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑包括式R-(C= O)-0R’的一種或多種脂肪酯，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’是8個碳或更少的烷基基團。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑是脂肪酰胺的混合物，并且其中所述脂肪酰胺的混合物包含亞油酰胺、油酰胺、棕櫚酰胺或硬脂酰胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑是脂肪酰胺和脂肪酸的混合物，并且其中所述脂肪酰胺和脂肪酸的混合物包含亞油酰胺、亞油酸、油酰胺、油酸、棕櫚酰胺、棕櫚酸、硬脂酰胺或硬脂酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羥基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、以及它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述醇是C1-C8烷基醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述原料包括黑麥、小麥、玉米、甘蔗、大麥、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、或它們的混合物。
11.產(chǎn)生提取劑的方法，包括提供包含油的生物質(zhì)；使所述油與一種或多種能夠?qū)⑺鲇突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑的物質(zhì)接觸，從而將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述一種或多種物質(zhì)選自含水氫氧化銨、無水氨、醋酸銨、氨水、過氧化氫、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和陽離子交換樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于在所述油被轉(zhuǎn)化成提取劑之前所述油對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述產(chǎn)物醇是C1-C8烷基醇。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在使所述油與所述一種或多種物質(zhì)接觸之前，從所述生物質(zhì)中分離所述油。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括玉米粒、玉米棒、作物殘余物如玉米殼、玉米秸桿、草、小麥、黑麥、小麥秸桿、大麥、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱、甘蔗、大豆、從谷物的研磨中獲得的組分、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、樹、枝、 根、葉、木片、木屑、灌木和灌叢、蔬菜、水果、花、動物糞肥、或它們的混合物。
17.產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法，包括(a)提供包含低聚糖和油的生物質(zhì)；(b)使所述生物質(zhì)與能夠?qū)⒌途厶寝D(zhuǎn)化成單糖的糖化酶接觸；(C)從(a)或(b)的生物質(zhì)中分離所述油；(d)使所述分離的油與一種或多種反應(yīng)劑或溶劑接觸以形成提取劑；(e)使所述生物質(zhì)與包含能夠?qū)⑺鰡翁寝D(zhuǎn)化成產(chǎn)物醇的重組微生物的發(fā)酵液體培養(yǎng)基接觸，從而產(chǎn)生產(chǎn)物醇；以及(f)使所述產(chǎn)物醇與所述提取劑接觸，其中所述提取劑對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述生物質(zhì)的油對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述提取劑包括式R(C= O)N(RO (R”)的一種或多種脂肪酰胺，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’和R”獨立地選自氫和任選地包含一個或多個羥基基團的C1-C6烷基基團。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其中所述提取劑包括式R-(C= 0)-0CHR’CHR”-0H 的一種或多種脂肪酯，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’和R”獨立地選自氫和C1-C4烷基基團。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其中所述提取劑包括式R-(C= O)-0R’的一種或多種脂肪酯，其中R獨立地選自任選地以一個或多個雙鍵間隔的C3-C27烷基基團，并且R’是8個碳或更少的烷基基團。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羥基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、以及它們的混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述一種或多種反應(yīng)劑或溶劑選自含水氫氧化銨、無水氨、醋酸銨、氨水、過氧化氫、甲苯、冰醋酸、脂肪酶和陽離子交換樹脂。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述產(chǎn)物醇是C1-C8烷基醇。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述油包括選自下列的一種或多種油牛脂油、 玉米油、卡諾拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、魚油、霍霍巴油、豬油、亞麻籽油、牛蹄油、奧蒂油、棕櫚油、花生油、油菜籽油、稻米油、紅花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻風(fēng)樹油、小麥油、黑麥油、大麥油和植物油共混物。
27.產(chǎn)生產(chǎn)物醇的方法，包括(a)提供包含能夠在發(fā)酵容器中產(chǎn)生產(chǎn)物醇的重組微生物的發(fā)酵液體培養(yǎng)基，從而產(chǎn)生產(chǎn)物醇；(b)使所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基與提取劑接觸以形成包含水相和有機相的兩相混合物，其中所述產(chǎn)物醇和所述油分配到所述有機相中，使得所述有機相包含所述產(chǎn)物醇和所述油；(c)將所述有機相與所述水相分離；(d)從所述有機相中分離所述產(chǎn)物醇；并且任選地步驟(b)和(C)同時進行。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述提取劑選自羥基化甘油三酯、烷氧基化甘油三酯、羥基化脂肪酸、烷氧基化脂肪酸、羥基化脂肪醇和烷氧基化脂肪醇。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述提取劑選自飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、飽和脂肪醇、不飽和脂肪醇、飽和脂肪酰胺、不飽和脂肪酰胺、飽和脂肪酯、不飽和脂肪酯、以及它們的混合物。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述產(chǎn)物醇是C1-C8烷基醇。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括產(chǎn)生原料漿液；分離所述原料漿液以產(chǎn)生(i)水層，(ii)油層，和(iii)固體層；以及將所述水層輸送進所述發(fā)酵容器。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括使所述油層的油與一種或多種能夠?qū)⑺鲇突瘜W(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑的物質(zhì)接觸，從而將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述提取劑對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述油層的油對于所述產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述產(chǎn)物醇是C1-C8烷基醇。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述油包括選自下列的一種或多種油牛脂油、 玉米油、卡諾拉油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、魚油、霍霍巴油、豬油、亞麻籽油、牛蹄油、奧蒂油、棕櫚油、花生油、油菜籽油、稻米油、紅花油、大豆油、向日葵油、桐油、麻風(fēng)樹油、小麥油、黑麥油、大麥油和植物油共混物。
37.產(chǎn)生提取劑的方法，包括提供包含油的生物質(zhì)；以及將所述油的至少一部分轉(zhuǎn)化成提取劑，所述提取劑選自脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酯、甘油三酯、以及它們的混合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中將所述油轉(zhuǎn)化成提取劑包括下列步驟中的一個或多個在四氫呋喃和氫化鋰鋁存在的情況下孵育所述油；將所述油與氫氧化鈉孵育；將所述油與硫酸和甲醇孵育；在醋酸銨存在的情況下，將所述油與無水氨孵育；將所述油與氨水孵育；使所述油與甲苯、陽離子交換樹脂、冰醋酸、脂肪酶和過氧化氫接觸；在高溫條件下孵育所述油，或在高壓條件下孵育所述油。
全文摘要
在醇發(fā)酵方法中，將來源于生物質(zhì)的油化學(xué)地轉(zhuǎn)化成提取劑可用于對來自發(fā)酵液體培養(yǎng)基的產(chǎn)物醇(如丁醇)的原位移除。在所述油中的甘油酯能夠被化學(xué)地轉(zhuǎn)化成反應(yīng)產(chǎn)物(如脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸甲酯、脂肪酸乙二醇酯和羥基化甘油三酯、以及它們的混合物)，其形成了發(fā)酵產(chǎn)物提取劑，所述提取劑對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)大于所述生物質(zhì)的油對于產(chǎn)物醇的分配系數(shù)。來源于醇發(fā)酵方法的原料的油能夠被化學(xué)地轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物提取劑。所述油能夠在所述原料被輸送進發(fā)酵容器之前從所述原料中分離，并且所述分離的油能夠被化學(xué)地轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物提取劑，其能夠隨后與包含產(chǎn)物醇的發(fā)酵產(chǎn)物接觸，從而從所述發(fā)酵產(chǎn)物中分離所述產(chǎn)物醇。
文檔編號C11C1/04GK103003436SQ201180030125
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者D.R.安頓, J.齊拉科維奇, B.A.迪納, M.C.格雷迪, F.J.維爾納 申請人:布特馬斯先進生物燃料有限責(zé)任公司