(57)【要約】【課題】本発明は、発酵ブロスなどの低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法を指向する。  【解決手段】このような方法は、発酵の体積生産性を改良し、アルコールを回収できるようにする。このような方法によって、製造のエネルギー使用量を低減することができ、発酵プロセス及び回収プロセスを同時に実行することによってアルコール生成物の有効濃度が上がるので、使用済み発酵ブロスを乾燥させることができ、これは乾燥される発酵ブロスの量当たりに製造及び回収されるアルコールの量を増加させる。したがって、本発明により資本費を下げ、運転費を削減してＣ３−Ｃ６アルコールを製造し、回収することができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスからＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記発酵ブロスの一部分においてＣ３−Ｃ６アルコールの活性を少なくとも前記部分における前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程と、
ｂ．前記発酵ブロスの前記部分からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程と、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を前記水が豊富な相から分離する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約９／９１（ｗ／ｗ）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約６／９４（ｗ／ｗ）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約３／９７（ｗ／ｗ）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記活性を増大させる前記工程が、
ａ．親水性溶液の添加、
ｂ．水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相の蒸留、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがプロパノールであり、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約０．２（ｗ／ｗ）より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがブタノールであり、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約１（ｗ／ｗ）より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがペンタノールであり、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約４（ｗ／ｗ）より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、及びヘキサノールからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロパノールが、１−プロパノール及び２−プロパノールからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブタノールが、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及びイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ペンタノールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記ペンタノールが、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、及び２，２−ジメチル−１−プロパノールからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ヘキサノールである、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記ヘキサノールが、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、及び２エチル−１−ブタノールからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触、及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の相が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の相が、少なくとも約９５重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の相が、少なくとも約９９重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記回収工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含み、前記第１の相がＣ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相を含み、前記第２の相がＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの前記活性を増大させる前記工程の前に、前記発酵ブロスを、工程（ｃ）の前記水が豊富な相又は請求項２４の高沸点生成物と混合する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記活性を増大させる前記工程の後に、前記低濃度水溶液の残りの部分を発酵容器内に案内する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記残りの部分が不純物を含み、前記方法が、前記案内工程の前に、前記残りの部分の少なくとも一部から前記不純物の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記発酵ブロスが不純物を含み、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相中の前記不純物の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が、前記水が豊富な相中の前記比率より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、前記蒸留工程の前、又はそれと同時に、
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程によって、前記発酵ブロスの前記一部分を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、前記蒸留工程の前、又はそれと同時に、
ａ．親水性溶質の添加、
ｂ．炭素源の添加、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される工程によって、前記発酵ブロスの前記一部分を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程によって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、
ａ．親水性溶質の添加、
ｂ．炭素源の添加、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記ブタノールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記ブタノールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される工程によって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より少なくとも約５倍大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記蒸留工程が、大気圧未満で、及び約２０℃と約９５℃の間の温度で実行される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記蒸留工程が、蒸留容器内で実行される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記発酵ブロスの前記一部分が、前記蒸留容器内に導入する前に約２０℃と約９５℃の間の温度である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記発酵ブロスの前記一部分が、前記蒸留容器内で大気圧未満にされる、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記蒸留工程の後に、前記発酵ブロスの前記残りの部分を前記蒸留容器から発酵容器へと案内する工程をさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記発酵容器が、大気圧である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記発酵容器が、大気圧未満である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記発酵容器が、大気圧より高い、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記蒸留工程が、約０．０２５バールから約１０バールの圧力下で実行される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記蒸留工程が、発酵容器内で実行される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノール類、ブタノール類、ペンタノール類、及びヘキサノール類からなる群から選択される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノールである、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記プロパノールが、１−プロパノール及び２−プロパノールからなる群から選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールである、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記ブタノールが、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及びイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）からなる群から選択される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ペンタノールである、請求項４５に記載の方法。
【請求項５２】
前記ペンタノールが、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、及び２，２−ジメチル−１−プロパノールからなる群から選択される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ヘキサノールである、請求項４５に記載の方法。
【請求項５４】
前記ヘキサノールが、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、及び２エチル−１−ブタノールからなる群から選択される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する前記比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項５６】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項３４に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２の相が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の相が、少なくとも約９５重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記第２の相が、少なくとも約９９重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
前記回収工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含み、前記第１の相がＣ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相を含み、前記第２の相がＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記蒸気相が、水及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項６２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する前記比率が、前記共沸混合物中の前記比率より大きい、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６４】
前記処理工程が、
ａ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させる工程、
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールをオレフィンに変換する工程、及び
ｅ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合する工程、
からなる群から選択される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記処理工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を、水に混合しない炭化水素液と混合する工程を含み、前記混合により１つの均一な相を形成する、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記処理工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を、水に混合しない炭化水素液と混合する工程を含み、前記混合により軽い相及び重い相を形成し、前記軽い相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が前記重い相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より大きい、請求項６３に記載の方法。
【請求項６７】
微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスから前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記発酵ブロスの一部分で水の活性を少なくとも前記一部分の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで低下させる工程、
ｂ．前記発酵ブロスの前記一部分から水が豊富な液体相及びＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を形成する工程、及び
ｃ．前記水が豊富な相と前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程、
を含む方法。
【請求項６８】
ａ．Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地内で微生物を培養する工程、
ｂ．前記発酵培地の一部分で前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも前記発酵培地中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程、
ｃ．前記発酵培地の前記一部分からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程、
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を前記水が豊富な相から分離する工程、及び
ｅ．前記水が豊富な相を工程ａの前記発酵培地へと案内する工程、
を含むＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法。
【請求項６９】
前記培養工程が、
ａ．バッチ発酵と、
ｂ．流加発酵と、
ｃ．連続的発酵と、
ｄ．細胞リサイクル発酵と、
ｅ．酵素反応プロセスと、
からなる群から選択されるプロセスである、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記微生物が、クロストリジウム−ブチリカム、クロストリジウム−アセトブチリカム、クロストリジウム−サッカロパーブチルアセトニカム、及びクロストリジウム−ベイジェリンキからなる群から選択される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記微生物が、耐熱性微生物である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記微生物が、約２０℃から約９５℃の温度で生存可能である、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記微生物が、少なくとも毎時約０．５ｇ／Ｌの生産性を有する、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造する方法であって、
ａ．発酵性加水分解生成物を製造するために多糖類及び少なくとも１つの他の化合物を含む供給原料を加水分解する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中の前記発酵性加水分解生成物の少なくとも一部を発酵させる工程であって、前記発酵培地が少なくとも１つの非発酵化合物をさらに含む工程、
ｃ．前記発酵培地の一部からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも前記発酵培地中における前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程、
ｄ．前記発酵培地の前記一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程、
ｅ．前記水が豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程、及び
ｆ．前記発酵培地、前記水が豊富な相又はその両方から前記少なくとも１つの非発酵化合物を分離する工程、
を含む方法。
【請求項７５】
前記加水分解工程が、糖化を含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記加水分解工程、発酵工程及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの前記活性を増大させる工程のうち少なくとも２つが、少なくとも一部の時間で同時に実行される、請求項尾７４に記載の方法。
【請求項７７】
前記発酵工程が、前記供給原料を加水分解することができる微生物により実行される、請求項７４に記載の方法。
【請求項７８】
微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールから生成物を製造する方法であって、
ａ．前記発酵ブロスから水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、
ｂ．前記生成物を形成するために前記蒸気相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを反応させる工程と、
を含む方法。
【請求項７９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがプロパノールであり、前記蒸気相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約０．２（ｗ／ｗ）より大きい、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがブタノールであり、前記蒸気相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約１（ｗ／ｗ）より大きい、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがペンタノールであり、前記蒸気相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約４（ｗ／ｗ）より大きい、請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
前記反応工程が、触媒の存在する状況で行われる、請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
前記触媒が、不均一触媒である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
ａ．Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地内で微生物を培養する工程、
ｂ．前記発酵培地の一部分で前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程、
ｃ．水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相及び液体相を製造するために、前記発酵培地の前記一部分を蒸留する工程、及び
ｄ．前記液体相を前記発酵培地へと案内する工程、
を含むＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法。
【請求項８５】
工程ｂにおける前記発酵培地の前記一部分中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約７．５／９２．５（ｗ／ｗ）未満である、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
工程ｂにおける前記発酵培地の前記一部分中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約５．０／９５（ｗ／ｗ）未満である、請求項８４に記載の方法。
【請求項８７】
工程ｂにおける前記発酵培地の前記一部分中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約２．５／９７．５（ｗ／ｗ）未満である、請求項８４に記載の方法。
【請求項８８】
前記活性を増大させる前記工程が、
ａ．親水性溶質の添加、
ｂ．水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相の蒸留、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される、請求項８４に記載の方法。
【請求項８９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、及びヘキサノールからなる群から選択される、請求項８４に記載の方法。
【請求項９０】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノールである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記プロパノールが、１−プロパノール及び２−プロパノールからなる群から選択される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記ブタノールが、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、及びイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）からなる群から選択される、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ペンタノールである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
前記ペンタノールが、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、及び２，２−ジメチル−１−プロパノールからなる群から選択される、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ヘキサノールである、請求項８９に記載の方法。
【請求項９８】
前記ヘキサノールが、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、及び２エチル−１−ブタノールからなる群から選択される、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記液体相が不純物を含み、前記方法が、前記案内工程の前に、前記液体相の少なくとも一部から前記不純物の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項１００】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの前記活性を増大させる前記工程が、
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程を含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項１０１】
前記活性を増大させる前記工程が、
ａ．親水性溶質の添加、
ｂ．炭素源の添加、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析と
ｅ．選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、及び
ｆ．選択的吸着剤上への水の吸着、
からなる群から選択される、請求項８４に記載の方法。
【請求項１０２】
Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成するために、前記蒸気相を凝縮する工程と、前記水が豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程とをさらに含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項１０３】
水を除去するために、
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程によって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
水を除去するために、
ａ．親水性溶質の添加、
ｂ．炭素源の添加、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される工程によって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、前記発酵培地中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より少なくとも約５倍大きい、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０６】
前記蒸留工程が、大気圧未満で、及び約２０℃と約９５℃の間の温度で実行される、請求項８４に記載の方法。
【請求項１０７】
前記発酵培地の前記一部分が微生物を含み、前記蒸留工程が蒸留容器内で実行される、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記発酵培地の前記一部分が、前記蒸留容器内に導入する前に、約２０℃と約９５℃の間の温度である、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記発酵培地の前記一部分が、前記蒸留容器内で大気圧未満にされる、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１１０】
前記発酵が、大気圧で行われる、請求項８４に記載の方法。
【請求項１１１】
前記発酵が、大気圧未満で行われる、請求項８４に記載の方法。
【請求項１１２】
前記発酵が、大気圧より上で行われる、請求項８４に記載の方法。
【請求項１１３】
前記蒸留工程が、約０．０２５バールから約１０バールの圧力下で実行される、請求項８４に記載の方法。
【請求項１１４】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの前記比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１１５】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触、及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１１６】
前記回収されたＣ３−Ｃ６アルコールが、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１７】
前記回収されたＣ３−Ｃ６アルコールが、少なくとも約９５重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１８】
前記回収されたＣ３−Ｃ６アルコールが、少なくとも約９９重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１９】
前記回収工程が、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相、及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を製造するために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含む、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１２０】
前記高沸点生成物が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記高沸点生成物が、少なくとも約９５重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２２】
前記高沸点生成物が、少なくとも約９９重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２３】
前記蒸気相が、水及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項１２４】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１２５】
前記処理工程が、
ａ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させる工程、及び
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合する工程、
からなる群から選択される、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
前記処理工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を、水に混合しない炭化水素液と混合する工程を含み、前記混合により１つの均一な相が形成される、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２７】
前記処理工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を、水に混合しない炭化水素液と混合する工程を含み、前記混合により軽い相及び重い相が形成され、前記軽い相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する前記比率が前記重い相中より大きい、請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２８】
前記培養工程が、
ａ．バッチ発酵、
ｂ．流加発酵、
ｃ．連続的発酵、
ｄ．細胞リサイクル発酵、及び
ｅ．酵素反応プロセス、
からなる群から選択されるプロセスである、請求項８４に記載の方法。
【請求項１２９】
前記微生物が、クロストリジウム−ブチリカム、クロストリジウム−アセトブチリカム、クロストリジウム−サッカロパーブチルアセトニカム、及びクロストリジウム−ベイジェリンキからなる群から選択される、請求項８４に記載の方法。
【請求項１３０】
前記微生物が、耐熱性微生物である、請求項８４に記載の方法。
【請求項１３１】
前記微生物が、約２０℃から約９５℃の温度で生存可能である、請求項８４に記載の方法。
【請求項１３２】
前記微生物が、少なくとも毎時約０．５ｇ／Ｌの生産性を有する、請求項８４に記載の方法。
【請求項１３３】
第１の量のＣ３−Ｃ６アルコールを含む低濃度水溶液から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記低濃度水溶液の一部分を、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相に蒸留する工程であって、前記蒸気相が約１重量％と約４５重量％の間の前記低濃度水溶液の前記一部分からの前記第１の量のＣ３−Ｃ６アルコールを含む工程と、
ｂ．前記蒸気相を凝縮する工程と、
を含む方法。
【請求項１３４】
前記蒸気相が、約２重量％と約４０重量％の間の前記低濃度水溶液からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
前記蒸気相が、約３重量％と約３５重量％の間の前記低濃度水溶液からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３６】
前記蒸気相が、約４重量％と約３０重量％の間の前記低濃度水溶液からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３７】
前記蒸気相が、約５重量％と約２５重量％の間の前記低濃度水溶液からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３８】
前記凝縮蒸気相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程をさらに含む、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と前記水が豊富な相を分離する工程をさらに含む、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
前記蒸留工程が、一段階蒸留である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４１】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、プロパノールである、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールである、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４３】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ペンタノールである、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４４】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ヘキサノールである、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４５】
前記低濃度水溶液中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約９／９１（ｗ／ｗ）未満である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４６】
前記低濃度水溶液中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約６／９４（ｗ／ｗ）未満である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４７】
前記低濃度水溶液中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約３／９７（ｗ／ｗ）未満である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４８】
前記蒸留工程が断熱的である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１４９】
前記蒸留工程が等温的である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１５０】
前記低濃度水溶液から前記凝縮蒸気へのアルコールの富化が、少なくとも約５倍である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１５１】
前記低濃度水溶液から前記凝縮蒸気へのアルコールの富化が、少なくとも約１０倍である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１５２】
前記低濃度水溶液から前記凝縮蒸気へのアルコールの富化が、少なくとも約１５倍である、請求項１３３に記載の方法。
【請求項１５３】
Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために前処理ユニットと、複数の発酵ユニットと、ビール蒸留器とを備える改造エタノール製造プラントを運転する方法であって、
ａ．前記前処理ユニット内で発酵性糖類を形成するために供給原料を前処理する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために、第１の発酵ユニット内で前記発酵性糖類を含む発酵培地中の微生物を培養する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの一部分を除去するために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む前記発酵培地の一部分を処理する工程、
ｄ．前記発酵培地の前記処理部分を前記第１の発酵ユニットに戻す工程、及び
ｅ．前記発酵培地を前記第１の発酵ユニットから前記ビール蒸留器に移送する工程、
を含む方法。
【請求項１５４】
前記改造プラントの前記Ｃ３−Ｃ６アルコール出力が、改造前の前記プラントの前記エタノール最大出力の前記Ｃ３−Ｃ６アルコール当量の少なくとも約８０％である、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５５】
前記改造プラントの前記出力が、改造前の前記プラントの前記エタノール最大出力の前記Ｃ３−Ｃ６アルコール当量の少なくとも約９０％である、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５６】
前記改造プラントの前記出力が、改造前の前記プラントの前記エタノール最大出力の前記Ｃ３−Ｃ６アルコール当量の少なくとも約９５％である、請求項１５３に記載の方法。
【請求項１５７】
水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを抽出する方法であって、前記水溶液を酸性アミン系アルコール選択的抽出剤と接触させる工程を含む方法。
【請求項１５８】
前記酸性アミン系抽出剤が、有機アミン溶液を酸性化することによって形成される、請求項１５７に記載の方法。
【請求項１５９】
前記接触後に２つの相が形成される、請求項１５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、発酵ブロスなどの低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法に関する。
（関連出願への相互参照）
【０００２】
本出願は、２００７年１２月２７日出願の米国仮特許第６１／０１７，１４１号、２００８年１月１６日出願の第６１／０２１，４９５号、２００８年１月１６日出願の第６１／０２１，５５８号、及び２００８年１月１６日出願の第６１／０２１，５６７号に対する優先権を主張する。したがって、本出願は、いかなる意味でも上記出願のあらゆる対象を参照により全体を本明細書に組み込むものとする。
【背景技術】
【０００３】
生物燃料は、２０世紀初頭まで遡る長い歴史を有する。１９００年には既に、ルドルフ・ディーゼルがフランス、パリの万国博覧会にてピーナツ油で作動するエンジンを実演した。その後間もなく、ヘンリー・フォードがトウモロコシ由来のエタノールで作動するＴ型フォードを実演した。供給の増加、及びより低コストでの効率により、１９３０年代及び１９４０年代に、石油由来の燃料が生物燃料に取って代わった。
【０００４】
１９７０年代には、アラブの石油輸出禁止及びイラン革命による市場の変動が、米国の石油生産量の低下と組み合わされて、原油価格の高騰及び生物燃料への新たな関心につながった。今日、政策担当者、産業の計画立案者、意識が高い市民、及び財界を含む多くの利益団体が、石油由来の燃料をバイオマス由来の生物燃料で代用することに関心がある。生物燃料開発への主な動機は経済的なもの、すなわち「ピークオイル」、すなわち原油の消費量が供給量を上回るポイントの脅威であり、したがって燃料費の大幅な高騰につながり、その結果、代替燃料への需要が増加する。
【０００５】
生物燃料は、多くの比較的小規模の施設で地元の農業資源から生産される傾向があり、石油に伴う地政学的問題とは関係ない安定した確実な燃料供給と見なされている。それと同時に、生物燃料は国の経済の農業部門を強化する。また、化石燃料源は再生するために数億年かかり、その使用は大気中の二酸化炭素レベルを上昇させ、気候変動の懸念につながるので、持続可能性が重要な社会的及び倫理的推進力となり、自動車からの二酸化炭素排出に対する上限、二酸化炭素排出への課税、及び生物燃料使用に対する優遇税などの政府の規制及び政策をもたらし始めている。
【０００６】
生物燃料の容認は、主に石油由来の燃料と比較した場合の生物燃料の経済的競争力によって決定される。費用面で石油由来の燃料と競合できない生物燃料は、専門用途及びニッチ市場に限定される。今日、生物燃料の使用はエタノール及びバイオディーゼルに限定されている。現在、エタノールは米国のトウモロコシ、ブラジルのサトウキビ、及び世界中の他の穀物からの発酵によって作成されている。エタノールは、原油が１バレル当たり５０ドルより高く維持されれば、補助金又は免税を除いて石油由来のガソリンと競合する。バイオディーゼルは、＄６０／バレル超という原油の損益分岐価格を有し、石油系ディーゼルと競合する（Ｎｅｘａｎｔ  Ｃｈｅｍ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００６，Ｆｉｎａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ，Ｌｉｑｕｉｄ  Ｂｉｏｆｕｅｌｓ：Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｗｈｉｔｅ  Ｐｌａｉｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）。
【０００７】
幾つかの要素が、炭水化物系生物燃料源の必須運転費に影響する。炭素を含む植物が生産した原材料の費用に加えて、エタノール又はブタノールなどの他の潜在的アルコール系生物燃料の生成物の経済的費用における主要な要素は、水流からの生物燃料の回収及び精製である。水性発酵培地からアルコールを経済的に取り出すために、多くの技術的方法が開発されている。今日最も広く使用されている回収技術は、エタノールを生産する蒸留及び分子篩乾燥を使用する。例えば、クロストリジウムによるアセトン・ブタノール・エタノール発酵によるブタノール生産も、生成物を回収して精製するために蒸留に頼っている。水溶液からの蒸留はエネルギー集約的である。エタノールの場合は、エタノール／水の共沸混合物を分解する追加の処理機器が必要である。この機器、分子篩は、また、大量のエネルギーを使用する。
【０００８】
濾過、液／液抽出、膜分離（例えば接線流濾過、浸透気化法、及び膜抽出）、ガスストリッピング、及び溶液の「塩析」、吸着、及び吸収など、発酵で生産するアルコールの回収及び精製のために、多くのユニット操作が研究されている。上記方法は、それぞれ、回収される生成物の環境、及び生成物の物理的及び化学的特性、及びそれが存在する基質に応じて、利点及び欠点を有する。
【０００９】
生物燃料の生産費を制御する変数は、運転費、資本費、又はその両方に影響するものと特徴付けることができる。通常、発酵の経済的性能を制御する重要な変数は、所望の生成物への炭水化物収量、生成物濃度及び体積生産性を含む。３つの重要な変数、すなわち収量、生成物濃度、及び体積生産性は全て、資本費と運転費の両方に影響する。
【００１０】
発酵した炭水化物の生成物収量が増加するにつれ、所与の生成物ユニットの生産費が原材料費に対して直線的に減少する。炭水化物の生成物収量は、機器のサイズ、資本支出、ユーティリティの消費額、及び酵素、鉱物、栄養素（ビタミン類）及び水などの供給原料準備材料にも影響する。例えばブドウ糖からブタノールへの生成物収量が５０％から９０％に増加すると、理論的に直接運転費が４４％減少する結果となる。また、９０％という収量増加は、取り扱って処理する原材料の量を減少させる。収量の増加は、生産施設に必要な資本投資を直接減少させる。何故なら、炭水化物の調製から精製及び回収までの全機器のサイズが小さくなるからである。収量が５０％から９０％に増加すると、機器、パイプ類、及びユーティリティ要件を３２％減少させることができる。生成物収量が生産費に及ぼす直接的な影響により、これが生物燃料の費用及び市場活力への主要な影響になる。生成物収量を増加させる方法は、遺伝子工学微生物（ＧＥＭ）を含み、これは生物体の代謝経路を操作して望ましくない生成物を減少させるか又は除去し、所望の代謝物の効率を上げるか、あるいはその両方であるように構築することができる。これは、低コストの生成物及び望ましくない生成物の一方又は両方の削除を可能にし、それは望ましい生成物の生産を増加させる。
【００１１】
例えば米国特許出願公開第２００５００８９９７９号は、５．３ｇ／Ｌのアセトン、１１．８ｇ／Ｌのブタノール及び０．５ｇ／Ｌのエタノールを含む生成物の混合物を生産するクロストリジウムベイエリンキア微生物を使用する発酵プロセスを開示している。適切に変性した遺伝子工学微生物は、アセトン及びエタノールの生産を無くしながら、炭水化物からブタノールへの転換を増加させる。エタノール及びアセトンから離れてブタノールへの炭水化物供給原料の方向転換は、ブタノール生産を１１．８ｇ／Ｌから１８．９ｇ／Ｌへと増加させ、これは炭水化物消費量に対するブタノール生産の６０％増加である。エタノール及びアセトン副産物を無くすことは、資本費の削減も可能にする。何故なら、回収及び精製を完了するために必要な機器が減少するからである。
【００１２】
遺伝子工学及び古典的な株発育を含む生化学的ツールの適用は、最終生成物の濃度（ｇ／Ｌ）及び生体触媒の発酵体積生産性（ｇ／Ｌ−ｈｒ）にも影響することがある。最終生成物の濃度及び体積生産性は、機器のサイズ、原材料の使用、及びユーティリティの費用を含む生成物経済性の幾つかの側面に影響する。発酵中に許容できる生成物濃度が増加するので、水溶液の回収体積が減少し、その結果、資本費が減少し、生産施設内で処理する材料の体積が小さくなる。
【００１３】
体積生産性は、同じ生成物の生産高を達成するために必要な発酵槽容量に直接影響する。例えば、従来のクロストリジウムベイエリンキアのアセトン・ブタノール・エタノール（ＡＢＥ）発酵は、ある比率のアセトン、ブタノール及びエタノールを生産する。遺伝子工学微生物によって、ｎ−ブタノール、イソブタノール又は２−ブタノールなどの単一の生成物を設計通りに生産することができる（Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ氏ほかの米国特許出願第１１／５８６，３１５号）。ブタノール寛容性ホストは、ブタノール寛容性を識別し、強化する技術を使用して識別することができる（−Ｂｒａｍｕｃｃｉ氏ほかの米国特許出願第１１／７４３，２２０号）。次に、これら２つの技術を組み合わせて、ブタノールを商業的な相対濃度及び体積生産性で生産することができる。
【００１４】
ＧＥＭを使用して生成物の体積生産性及び濃度を上昇させると、生成物の経済性に強い影響を及ぼすことがある。例えば、２倍の体積生産性で終了したブタノール発酵は、大規模な商業的生物燃料発酵施設では発酵槽の費用をほぼ５０％低減する。発酵槽の資本費及びサイズの低減は、施設の減価償却及び運転費を減少させる。同様に、ＧＥＭの結果、ブタノール濃度が上昇しても寛容性がある生物体になった場合、所与の生産量で運転費及び資本費が減少する。例えば、野生型の株が２０ｇ／Ｌのブタノールに耐えることができ、それに対応して遺伝子的に改良又は遺伝子的に強化された微生物が４０ｇ／Ｌのブタノールに耐える場合、回収及び精製機器の下流で取り扱われる発酵槽ブロス体積中の水負荷が半分に減少する。この例では、発酵ブロス中の生成物濃度を２倍にすると、回収ユニット操作中に回収し、処理される水の量がほぼ半減する。
【００１５】
多数の些細な費用要素も、生物燃料生産の運転費及び資本費に影響する。発酵に影響することがある例示的要素は、化学的添加剤、ｐＨの制御、界面活性剤、及び汚染を含むが、これらに限定されず、これらは要素の一部であるが、多くの追加の要素が発酵生成物の費用に影響することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
１つの実施形態では、本発明は微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスからＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法を提供する。この方法は、発酵ブロスの一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくともその部分のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程を含む。あるいは、上記方法は、発酵ブロスの一部で水の活性を、少なくともその部分のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで低下させる工程を含むことができる。上記方法は、発酵ブロスの一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程も含む。上記方法は、水が豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程も含む。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
別の実施形態では、本発明はＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法を提供する。この方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために、発酵培地中で微生物を培養する工程を含む。上記方法は、発酵培地の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも発酵培地中のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程も含む。上記方法は、発酵培地の一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程も含む。上記方法は、水が豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程も含む。上記方法は、水が豊富な相を発酵培地に案内する工程も含む。
【００１８】
別の実施形態では、本発明はＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法を提供する。この方法は、発酵性加水分解生成物を製造するために多糖類及び少なくとも１つの他の化合物を含む供給原料を加水分解することを含む。上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中の発酵性加水分解生成物の少なくとも一部を発酵させることも含み、発酵培地は少なくとも１つの非発酵化合物をさらに含む。上記方法は、発酵培地の一部からＣ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも発酵培地中のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させることも含む。上記方法は、発酵培地の一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成することも含む。上記方法は、水が豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離することも含む。上記方法は、発酵培地、水が豊富な相又はその両方から少なくとも１つの非発酵化合物を分離することも含む。幾つかの実施形態では、供給原料を加水分解する工程は、糖化を含む。幾つかの実施形態では、加水分解、発酵及びＣ３−Ｃ６アルコールの活性増大の工程のうち少なくとも２つは、少なくとも時間の一部で同時に実行される。幾つかの実施形態では、発酵する工程が、供給原料を加水分解することができる微生物で実行される。
【００１９】
別の実施形態では、本発明は微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールから生成物を製造する方法を提供する。この方法は、発酵ブロスから水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程、及び生成物を形成するために蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコールを反応させる工程を含む。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはプロパノールであり、蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコールと水との比率は約０．２（ｗ／ｗ）より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはブタノールであり、蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率は約１（ｗ／ｗ）より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはペンタノールであり、蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率は約４（ｗ／ｗ）より大きい。幾つかの実施形態では、反応させる工程は、触媒が存在する状態である。幾つかの実施形態では、触媒は不均一触媒である。
【００２０】
別の実施形態では、本発明はＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法を提供する。この方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中で微生物を培養する工程を含む。上記方法は、発酵培地の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程も含む。上記方法は、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相及び液体相を製造するために発酵培地の一部を蒸留する工程、及び液体相を発酵培地に案内する工程も含む。
【００２１】
別の実施形態では、本発明は、第１の量のＣ３−Ｃ６アルコールを含む低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法を提供する。この方法は、低濃度水溶液の一部を蒸留してＣ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相にすることを含み、蒸気相は低濃度水溶液の部分からの約１重量％から約４５重量％の第１の量のＣ３−Ｃ６アルコールを含む。上記方法は、蒸気相を凝縮することをさらに含む。様々な実施形態で、蒸気相は低濃度水溶液からの約２重量％と約４０％の間、約３重量％と約３５％の間、約４重量％と約３０％の間、又は約５重量％と約２５重量％の間のＣ３−Ｃ６アルコールを含むことができる。幾つかの実施形態では、上記方法は、凝縮した蒸気相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成することを含む。幾つかの実施形態では、上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と水が豊富な相を分離することを含む。幾つかの実施形態では、蒸留する工程は１段階蒸留である。蒸留は断熱性又は等温性でよい。様々な実施形態で、低濃度水溶液から凝縮した蒸気へのアルコールの濃縮は少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、又は少なくとも約１５倍でよい。
【００２２】
別の実施形態では、本発明は改造エタノール製造プラントを運転する方法を提供する。幾つかの実施形態では、改造プラントは、前処理ユニット、複数の発酵ユニット、及びＣ３−Ｃ６アルコールを製造するビール蒸留器を含む。上記方法は、前処理ユニット内で発酵性糖を形成するために供給原料を前処理することを含む。上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために、第１の発酵ユニット内の発酵性糖を含む発酵培地中で微生物を培養することも含む。上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの一部を除去するために、Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む発酵培地の一部を処理することも含む。上記方法は、発酵培地の処理部分を第１の発酵ユニットに戻すことも含む。上記方法は、発酵培地を第１の発酵ユニットからビール蒸留器に移送することも含む。様々な実施形態で、改造プラントのＣ３−Ｃ６アルコール産出量は、改造以前のプラントのエタノール最大産出量のＣ３−Ｃ６アルコール等価物の少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、又は少なくとも約９５％である。
【００２３】
別の実施形態では、本発明は水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを抽出する方法を提供する。この方法は、水溶液を酸性アミン系アルコール選択的抽出剤と接触させることを含む。幾つかの実施形態では、接触の工程後に２つの相が形成される。幾つかの実施形態では、酸性アミン系抽出剤は、有機アミン溶液を酸性化することによって形成される。
【００２４】
様々な実施形態では、発酵ブロス又は発酵培地中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率は、約９／９１（ｗ／ｗ）未満、約６／９４（ｗ／ｗ）未満、又は約３／９７（ｗ／ｗ）未満でよい。
【００２５】
幾つかの実施形態では、活性を増大させる工程は、親水性溶質を添加することを含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留することを含むことができる。幾つかの実施形態では、工程は逆浸透を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は透析を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は、アルコール選択的吸着剤上でのＣ３−Ｃ６アルコールの吸着を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程はアルコール選択的抽出剤へのＣ３−Ｃ６アルコールの抽出を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は、水選択的吸着剤上での水の吸着を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は水選択的抽出剤への水の抽出を含むことができる。幾つかの実施形態では、この工程は水の選択的除去、水の選択的結合、又は水の選択的排除を含むことができる。
【００２６】
様々な実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはプロパノール、ブタノール、ペンタノール、又はヘキサノールである。幾つかの実施形態では、プロパノールは１−プロパノール又は２−プロパノールでよい。幾つかの実施形態では、ブタノールは１−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、又はイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）でよい。幾つかの実施形態では、ペンタノールは１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、又は２，２−ジメチル−１−プロパノールでよい。幾つかの実施形態では、ヘキサノールは１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、又は２エチル−１−ブタノールでよい。好ましい実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはイソブタノールである。
【００２７】
幾つかの実施形態では、本発明の方法は、アルコールが豊富な相中のアルコールと水の比率を上げるために、アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む。
【００２８】
幾つかの実施形態では、上記方法は、アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する工程を含む。様々な実施形態では、回収する工程は、溶媒の抽出、水に混合しない炭化水素液との接触、又は親水性化合物との接触によって、Ｃ３−Ｃ６アルコールの蒸留、透析、水吸着、抽出の工程を含むことができる。この工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を含む２つの相を製造することができ、第２の相中の水とＣ３−Ｃ６アルコールの比率は第１の相中より低い。様々な実施形態では、第２の相は少なくとも約９０重量％のアルコール、少なくとも約９５重量％のアルコール又は少なくとも約９９重量％のアルコールを含むことができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、回収する工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留することを含むことができる。このような実施形態では、第１の相はアルコール及び水を含む蒸気相であり、第２の相はアルコールを含む高沸点生成物である。幾つかの実施形態では、上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程の前に、発酵ブロスを高沸点生成物と組み合わせることをさらに含むことができる。幾つかの実施形態では、上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる前に、発酵ブロスを水が豊富な相と組み合わせることを含むことができる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、活性を増大させる工程の後、低濃度水溶液の残りの部分を発酵容器へと案内することができる。幾つかの実施形態では、残りの部分は不純物を含むことができ、上記方法は、溶液を発酵容器へと案内する前に、残りの部分の少なくとも一部から不純物の少なくとも一部を除去することをさらに含む。幾つかの実施形態では、発酵ブロスは不純物を含み、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相中の不純物とＣ３−Ｃ６アルコールの比率は、水が豊富な相中の比率より高い。
【００３１】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、水及びアルコールを含む蒸気相を蒸留すること、及び蒸気相を凝縮することを含むことができる。これらの実施形態の幾つかでは、発酵ブロスの一部は、蒸留する工程の前に水を除去するために処理することができる。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相は、水を除去するために処理することができる。幾つかの実施形態では、水の除去は、蒸留する工程と同時に実行することができる。水の除去は、水の選択的除去、水の選択的結合又は水の選択的排除によって行うことができる。様々な実施形態では、水の除去は、親水性溶質の添加、炭素源の添加、逆浸透、透析、アルコール選択的吸着剤上でのアルコールの吸着、アルコール選択的抽出剤へのアルコールの抽出、水選択的吸着剤上での水の吸着、又は水選択的抽出剤への水の抽出によって実行することができる。
【００３２】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率は、発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率より少なくとも約５倍大きい。
【００３３】
幾つかの実施形態では、蒸留は大気圧未満で、及び約２０℃と約９５℃の間の温度で実行される。幾つかの実施形態では、蒸留する工程は、約０．０２５バールから約１０バールの圧力で実行される。蒸留する工程は、発酵容器内又は蒸留容器内で実行することができる。幾つかの実施形態では、発酵ブロスの一部は、蒸留容器内に導入する前に約２０℃と約９５℃の間の温度である。幾つかの実施形態では、発酵ブロスの一部は、蒸留容器内で大気圧未満にされる。幾つかの実施形態では、蒸留する工程の後、発酵ブロスの残りの部分は蒸留容器から発酵容器へと案内される。様々な実施形態では、発酵容器は大気圧、大気圧未満、又は大気圧より高くてよい。
【００３４】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはプロパノールであり、アルコールが豊富な相中のアルコールと水の比率は約０．２（ｗ／ｗ）より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはブタノールであり、アルコールが豊富な相中のアルコールと水の比率は約１（ｗ／ｗ）より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはペンタノールであり、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールと水の比率は約４（ｗ／ｗ）より大きい。
【００３５】
幾つかの実施形態では、アルコールの活性を増大させる工程は、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留すること、及び蒸気相を凝縮することを含み、蒸気相は水及びアルコールの共沸混合物を含むことができる。幾つかの実施形態では、アルコールが豊富な相中のアルコールと水の比率は、共沸混合物中の比率より大きい。
【００３６】
幾つかの実施形態では、本発明の方法はＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理することをさらに含む。幾つかの実施形態では、処理する工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留することを含むことができる。幾つかの実施形態では、処理することは、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留することを含むことができる。幾つかの実施形態では、処理することは、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させることを含むことができる。幾つかの実施形態では、処理することは、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールをオレフィンに転換することを含むことができる。幾つかの実施形態では、処理することは、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と組み合わせることを含むことができる。幾つかの実施形態では、組み合わせることは１つの均一な相を形成することができる。幾つかの実施形態では、組み合わせることは、軽い相及び重い相を形成することができ、軽い相中のアルコールと水の比率は、重い相中の比率より大きくてよい。
【００３７】
幾つかの実施形態では、培養することは、バッチ発酵、流加発酵、連続的発酵、細胞リサイクル発酵、又は酵素反応プロセスのプロセスを含むことができる。幾つかの実施形態では、微生物はクロストリジウム−ブチリカム（酪酸菌）、クロストリジウム−アセトブチリカム、クロストリジウム−サッカロパーブチルアセトニカム、クロストリジウム−サッカロブチリカム、又はクロストリジウム−ベイエリンキアでよい。幾つかの実施形態では、微生物は耐熱性微生物でよい。幾つかの実施形態では、微生物は約２０℃から約９５℃の温度で生存可能でよい。幾つかの実施形態では、微生物は少なくとも毎時約０．５ｇ／Ｌの生産性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】イソブタノールを製造及び回収する本発明の実施形態を示す。
【図２】前処理したトウモロコシを同時に糖化し、発酵させるプロセスで、発酵ブロスからブタノールを製造し、回収する本発明の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、発酵ブロスなどの低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法について説明する。発酵及び回収は同時に実行することができる。発酵中に回収を組み合わせると、重要な経済的利点がある。この組合せは、発酵の体積生産性を改良し、アルコールの回収を可能にする。追加の経済的利点は、使用済み発酵ブロスの乾燥に必要なエネルギーが減少することである。この減少が生じるのは、所与の発酵で回収されるアルコール生成物のバッチ濃度が、同時の発酵及び回収プロセスによって上昇するからであり、これは乾燥される発酵ブロスの量当たりに製造及び回収されるアルコールの量を増加させる。「バッチ濃度」という用語は、発酵中にＣ３−Ｃ６アルコールの一部が除去された場合においても、バッチ発酵中に製造される全Ｃ３−Ｃ６アルコールを基準とした所与の発酵槽容積の濃度である。したがって、本発明では低い資本費及び削減した運転費でＣ３−Ｃ６アルコールを製造し、回収することができる。
【００４０】
「発酵」又は「発酵プロセス」という用語は、供給原料及び栄養素などの原料を含む培地中で生体触媒が培養されるプロセスと定義され、生体触媒は供給原料などの原料を生成物に転換する。本発明に適した生体触媒、及び関連する発酵プロセスは、２００８年１０月３１日出願の米国特許出願第１２／２６３，４３６号及び第１２／２６３，４４２号、２００８年１０月３１日出願の仮出願第６１／１１０，５４３号、及び２００８年１２月１１日出願の仮出願第６１／１２１，８３０号で詳細に説明されており、これは参照により全体を本明細書に組み込むものとする。生体触媒は、選択された供給原料を所望のＣ３−Ｃ６アルコールに転換することができる任意の微生物でよい。生体触媒のさらなる態様については、以下で説明する。発酵性炭素源を含む全ての供給原料が、本発明に適している。
【００４１】
発酵ブロスと発酵培地という用語は同義である。明示的に述べていない限り、発酵ブロスという用語は、微生物を含む発酵ブロス、さらに微生物を含まない発酵ブロスの両方を含むと解釈されたい。
【００４２】
１つの実施形態では、本発明は微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスなどのＣ３−Ｃ６アルコールの低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法を含む。この方法は、水溶液の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を少なくともその部分のＣ３−Ｃ６の飽和活性まで増大させることを含む。水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和という用語は、その水溶液の状況（例えば温度及び圧力）におけるＣ３−Ｃ６アルコールの最大濃度を指す。上記方法は、水溶液の一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成することも含み、上記方法はＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水が豊富な相から分離することを含む。
【００４３】
別の実施形態では、本発明は、微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスなどのＣ３−Ｃ６アルコールの低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法を含む。この方法は、水溶液の一部で水の活性を少なくともその部分のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで低下させることを含む。上記方法は、水溶液の一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成することも含み、上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水が豊富な相から分離することを含む。アルコールの活性を増大させる例は、蒸留、抽出及び吸着などによって別の相を形成するために、水に対してアルコールを選択的に除去する場合であり、ここで、別の相はそれぞれ気体相、溶媒相及び固体吸着剤相である。気体相が凝縮するか、溶媒から分離するか、吸着剤から分離すると、アルコールの活性が開始溶液より高い第２の液体相が形成される。水の活性を低下させる例は、選択的吸着、抽出及びさらには水の凍結など、別の相を形成するためにアルコールに対して水を選択的に除去する場合である。その結果、開始溶液の水の活性が低下する。幾つかのプロセスは、アルコールの活性の増大及び水の活性の低下を両方実行する。例えば、親水性溶質をアルコールの水溶液に添加すると、水の活性の低下及びアルコール活性の増大の両方につながる。
【００４４】
本明細書で使用するＣ３−Ｃ６アルコールという用語は、３つ、４つ、５つ又は６つの炭素原子を含むアルコールを指し、その全異性体、及び以上のいずれかの混合物を含む。したがって、Ｃ３−Ｃ６アルコールはプロパノール、ブタノール、ペンタノール及びヘキサノールから選択することができる。より具体的には、Ｃ３アルコールは１−プロパノール又は２−プロパノールでよく、Ｃ４アルコールは１−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール（２−メチル−２−プロパノール）、又はイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）でよく、Ｃ５アルコールは１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、又は２，２−ジメチル−１−プロパノールでよく、Ｃ６アルコールは１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３，３−ジメチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−１−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、又は２エチル−１−ブタノールでよい。好ましい実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはイソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である。
【００４５】
本明細書で使用する「低濃度」水溶液は、溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの溶解限度より低い濃度のＣ３−Ｃ６アルコール含有溶液を意味する。濃度は、例えば重量又は体積パーセント、モル濃度、モル濃度、又は、アルコール／水のｗ／ｗ又はｖ／ｖ比率など、様々な異なる単位で表すことができる。しかし他で特定しない限り、本明細書では濃度を重量パーセントで提示する。少なくとも１つの追加の化合物（例えば溶質、溶媒、吸着剤など）を含む流れの場合、本明細書で使用するアルコール重量濃度は、その流れ内のアルコール重量を、その流れ内のアルコールと水を組み合わせた重量で割り、それを１００倍して計算する。幾つかの実施形態では、低濃度水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率は約１０／９０（ｗ／ｗ）未満である。幾つかの好ましい実施形態では、前記比率は約９／９１（ｗ／ｗ）未満、約８／９２（ｗ／ｗ）未満、約７／９３（ｗ／ｗ）未満、６／９４（ｗ／ｗ）未満、約５／９５（ｗ／ｗ）未満、約４／９６（ｗ／ｗ）未満、約３／９４（ｗ／ｗ）未満、約２／９８（ｗ／ｗ）未満、約１／９９（ｗ／ｗ）未満、又は約０．５／９９．５（ｗ／ｗ）未満である。
【００４６】
幾つかの実施形態では、低濃度水溶液は発酵ブロスを含むことができる。他の実施形態では、これは発酵ブロスのリサイクルされた流れ及び／又はそれを処理した生成物でよく、例えばＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水が豊富な相から分離する工程からの水が豊富な相、又は以下で説明するＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物、又はこれらと発酵ブロスの組合せである。発酵ブロスは、不純物類とともにＣ３−Ｃ６アルコールを含むことができる。「不純物」又は「不純物類」という用語は、水及び精製されるアルコール以外の任意の化合物を意味する。不純物という用語は、発酵プロセスの任意の副産物又は同時生成物、すなわち、任意の量又は望ましくない量のアルコール製造に関連するアルコール以外の生成物を含む。本明細書で精製に言及する場合、それは生成物と水以外の別の化合物との比率が増加することを意味する。
【００４７】
上記方法は、水溶液の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくともその部分のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させることを含む。本明細書で発酵ブロスなどのものの「一部」に言及する場合、それはそのものの全体（例えば発酵ブロス全体）又はそのもの全体未満の全体のある部分（例えば発酵ブロスの側留）を含む。溶液又は発酵ブロスの一部は、蒸気相に転換された場合の溶液又は発酵ブロスも含む。Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性は、水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの有効濃度を指す。Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性は、温度、圧力及び組成によって決定される。種の活性を変更又は修正できるのは、発酵培地などの非理想溶液中の分子が相互作用し、異なるタイプの分子と異なる相互作用をするからである。例えば、親水性溶質がイソブタノール水溶液に導入されると、親水性溶質は溶液中のイソブタノールより水の方と高い親和性で相互作用する。それにより、溶液中のイソブタノールの活性が増大する。水溶液中のある化合物の活量係数は、その化合物が蒸気相で溶液と平衡状態にある蒸気相中濃度の指標であり、その化合物の水中の濃度の関数である。溶液中の化合物の活性は、化合物の濃度とその活量係数の積である。例えばイソブタノールと水の混合物中で、イソブタノールの活量係数は水より高い。したがって、水溶液と平衡状態にある蒸気相中のイソブタノールの濃度は、水溶液中より高くなる。
【００４８】
Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を少なくとも水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させることは、水溶液の一部を処理して、水溶液に対するＣ３−Ｃ６アルコールの有効濃度が開始部分よりも高いＣ３−Ｃ６アルコール含有組成物を形成することを指す。この工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの一部がもはや水溶液中に可溶ではない状態を促進し、これによってＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成することができる。このような処理には、親水性溶質の添加、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相の蒸留、逆浸透、透析、選択的吸着及び溶媒抽出等の様々なプロセス工程が含まれるが、これに限定されない。
【００４９】
本明細書で使用する透析という用語は、溶液から膜を通して別の区画内に水を選択的に移送することを意味する。逆浸透では、アルコール溶液に圧力を加えることによって水の移送が誘発されるが、透析では、区画内に濃縮した溶液があることによって、その区画への水の移送が誘発されるという点で、透析は逆浸透とは異なる。
【００５０】
本発明のある実施形態によれば、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程に、親水性溶質を水溶液に添加することを含むことができる。水溶液が発酵ブロスである幾つかの実施形態では、ブロス中に微生物が存在する状態で又はそれを除去した後に、親水性溶質を発酵槽内で発酵ブロス全体に又は発酵槽から取り出した一部分の流れに添加することができる。親水性溶質の添加に言及した場合、それは溶液の一部に既に存在する親水性溶質の濃度を上げるか、又は溶液中に以前はなかった親水性溶質を添加することを指すことができる。このような濃度の増加は、外部の添加によって実行することができる。あるいは又はさらに、濃度の増加は、例えばアミノ酸を溶液に添加するためにタンパク質を加水分解し、ブドウ糖を溶液に添加するためにデンプン又はセルロースを加水分解し、及び／又は五炭糖を溶液に添加するためにヘミセルロースを加水分解するなど、溶液中に既に存在する溶質の加水分解などによって、溶液の現場処理によって実行することもできる。別の好ましい実施形態によれば、親水性溶質は栄養価があり、任意選択で、最終的に蒸留器で乾燥した穀物及び可溶性物質（ＤＤＧＳ）などの発酵の同時生成物の流れに行き着くなるものであってもよい。さらに又はあるいは、親水性溶質は発酵可能であってもよく、水が豊富な液体相とともに発酵槽に移送することができる。
【００５１】
第２の液体相を形成するために、親水性溶質の添加単独により又は他のプロセス工程と組み合わせて、十分な親水性溶質が添加される。必要量は、アルコールの化学的性質によって決定され、通常はアルコールの炭素原子数が増加するにつれて減少し、第２又は第３アルコール及び分枝アルコールと比較して普通のアルコール及び直鎖アルコールの方が少ない。必要量は、発酵液中のアルコール濃度の増加に伴い、場合によっては他の溶質の濃度増加に伴いさらに減少する。各ケースで必要な量は、本発明では実験で決定することができる。、
【００５２】
好ましい親水性溶質は、水溶液の水の部分蒸気圧を低下させる強い効果を有するものである。追加される親水性溶質は塩、アミノ酸、水溶性溶媒、糖、又はこれらの組合せでよい。関連する実施形態では、親水性溶質を回収することができる。例えば、低濃度水溶液が発酵ブロスであり、発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させるために添加される親水性溶質がＣａＣｌ２である場合、ＣａＣｌ２は、アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相の生成後、主に水が豊富な液体相中に存在し、そこから回収することができる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、親水性溶質は水溶性炭素源でよい。水溶液が発酵ブロスである実施形態では、ブロス中に微生物が存在する状態で又はそれを除去した後に、水溶性炭素源を発酵槽内で発酵ブロス全体に又は発酵槽から取り出した一部分の流れに添加することができる。水溶性炭素源の添加に言及した場合、それは溶液の一部に既に存在する水溶性炭素源の濃度を上げるか、又は溶液中に以前はなかった親水性溶質を添加することを指すことができる。このような濃度の増加は、外部の添加によって実行することができる。あるいは又はさらに、濃度の増加は、例えばアミノ酸を溶液に添加するためにタンパク質を加水分解し、ブドウ糖を溶液に添加するためにデンプン又はセルロースを加水分解し、及び／又は五炭糖を溶液に添加するためにヘミセルロースを加水分解するなど、溶液中に既に存在する炭素源の加水分解などによって、溶液の現場処理によって実行することもできる。別の好ましい実施形態によれば、水溶性炭素源は栄養価があるものであり、任意選択で、最終的に蒸留器で乾燥した穀物及び可溶性物質（ＤＤＧＳ）などの発酵の同時生成物の流れの中に行き着くものであってもよい。
【００５４】
好ましい水溶性炭素源は、水溶液の水の部分蒸気圧を低下させる強い効果を有するもの及び十分に発酵したものである。添加される水溶性炭素源は単糖、二糖又はオリゴ糖及びこれらの組合せなどの炭水化物でよい。このような糖類は、六炭糖、例えばブドウ糖及び果糖及び五炭糖（例えば木糖又はアラビノース）及びこれらの組合せを含んでよい。デンプン、セルロース、ヘミセルロース及び蔗糖又はこれらの組合せなど、このような炭水化物の前駆体も適切である。関連する実施形態では、水溶性炭素源を回収又は使用することができる。例えば、低濃度水溶液が発酵ブロスの一部であり、発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させるために添加される水溶性炭素源がブドウ糖である場合、ブドウ糖は、主に水が豊富な液体相中に存在し、発酵ブロスに戻して発酵用の炭素を提供することができる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留することを含む。発酵ブロスなどの水溶液を蒸留することができ、ここでアルコール及び水が蒸発して、アルコールを除去した液体相及びアルコールを富化した蒸気相を形成する。蒸留工程は、水溶液の温度を上昇させる、水溶液にかかる大気圧を低下させる、又はその何らかの組合せによって遂行することができる。蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコール濃度は、水溶液中より高い。好ましい実施形態によると、蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコール濃度は、水溶液中の濃度の少なくとも約５倍、好ましくは約１０倍、好ましくは約１５倍、好ましくは約２０倍、好ましくは約２５倍、及び好ましくは約３０倍である。蒸気相は、不混和性のアルコールが豊富な溶液及び水が豊富な（すなわちアルコールが少ない）溶液が形成されるように選択された状態などで凝縮することができる。
【００５６】
蒸留工程は、大気圧より下で、ほぼ大気圧で、又は大気圧より上で実行することができる。本明細書で大気圧に言及した場合、それは海面における大気圧を指し、他で指定していない限り、本明細書で表す圧力は全て絶対圧力である。適切な大気圧より下の圧力は、約０．０２５バールから約１．０１バール、約０．０７５バールから約１．０１バール、及び約１５バールから約１．０１バールの圧力を含む。適切な大気圧より上の圧力は、約１．０１バールから約１０バール、約１．０１バールから約６バール、及び約１．０１バールから約３バールの圧力を含む。
【００５７】
蒸留工程が大気圧より下で実行される実施形態では、温度は約２０℃と約９５℃の間、約２５℃と約９５℃の間、約３０℃と約９５℃の間、又は約３５℃と約９５℃の間とすることができる。
【００５８】
水溶液が発酵ブロスの一部であり、微生物を含み、蒸留工程が蒸留容器内で実行されるさらなる実施形態において、発酵ブロスの一部は、蒸留容器内に導入する前に約２０℃と約９５℃の間、約２５℃と約９５℃の間、約３０℃と約９５℃の間、又は約３５℃と約９５℃の間の温度である。別の実施形態では、発酵ブロスの一部の温度は、蒸留容器内に導入した後に所望の値にされる。これらの温度で生存可能な、さらに好ましくは生存可能かつ増殖性な、微生物を使用することが好ましい。
【００５９】
任意選択で、蒸留工程の後、発酵ブロスのアルコールを除去した残りの部分を蒸留容器から発酵容器に案内することができる。任意選択で、発酵ブロスのアルコールを除去した残りの部分を、水、供給原料及び／又は場合によっては他の栄養素と混合して、さらなる発酵のための培養培地を形成することができる。
【００６０】
水溶液の一部が発酵ブロスの一部であるさらなる実施形態では、蒸留工程を発酵容器内で実行することができる。
【００６１】
Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留し、蒸気相を凝縮することを含むケースでは、上記方法は、水の活性を低下させるために低濃度水溶液の一部を処理する工程も含むことができる。様々な実施形態で、前記水の活性を低下させることは、蒸留工程の前に、又は蒸留工程と同時に水を除去することを含む。処理する工程は、水の選択的除去、水の選択的結合、又は水の選択的排除を含むことができる。様々な実施形態によると、処理する工程は、親水性溶質の添加、炭素源の添加、逆浸透、透析、選択的吸着剤上へのアルコールの吸着、選択的抽出剤へのアルコールの抽出、選択的吸着剤上への水の吸着、又は選択的抽出剤への水の抽出を含むことができる。
【００６２】
Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留し、蒸気相を凝縮することを含むさらなる実施形態では、上記方法は、水を除去するためにＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程も含むことができる。処理する工程は、水の選択的除去、水の選択的結合、又は水の選択的排除を含むことができる。あるいは、処理する工程は、親水性溶質の添加、炭素源の添加、逆浸透、透析、選択的吸着剤上でのブタノールの吸着、選択的抽出剤へのブタノールの抽出、選択的吸着剤上への水の吸着、又は選択的抽出剤への水の抽出を含むことができる。
【００６３】
好ましい実施形態では、蒸留する工程は動作可能な状態で発酵容器に接続することができるフラッシュタンク内で実行することができ、プロセスは、培養培地を発酵容器からフラッシュタンクに循環させることと、培養培地をフラッシュタンクから発酵容器に循環させることとをさらに含むことができる。フラッシュは、フラッシュシステムからの蒸気及び液体出口が相互に平衡し、各相の温度及び圧力がほぼ同一である１段階の蒸留である。他方で、蒸留は、相互に順番に結ばれた一連のフラッシュ段階を含む。蒸留中に、すなわち蒸留塔などの複数段階のフラッシュシステム内で、頂部から出る蒸気及び底部から出る液体は、フラッシュ内とは異なる温度で離れる。
【００６４】
別の実施形態によれば、プロセスは、発酵容器内と比較して蒸留容器内の圧力を低下させることを含む。このような圧力低下は、断熱蒸発と組み合わされて、蒸留容器内の発酵容器内で発生する水溶液の発酵ブロスの一部から熱を除去できるようにする。あるいは又はさらに、プロセスは、発酵容器内で蒸留容器からの水溶液にかかる圧力を増加させることを含むことができる。このような圧力増加は熱を発生し、これを使用して様々な点でシステムを予熱することができる。例えば、熱は、フラッシュタンク、ビール蒸留器及び／又は蒸留塔内の供給物を予熱するために使用することができ、薄い蒸留残渣を凝縮してシロップにするために使用される蒸発器内でも使用することができる。これらの構成要素については、以下で詳細に説明する。
【００６５】
フラッシュタンクの真空蒸発動作は、真空下での圧力低下に関する工学的関連が低い。何故なら、フラッシュタンクが、フラッシュタンクより上の液体がシステムの圧力低下に影響する段階がない分離した一段階として作用し、フラッシュタンク動作を通して圧力差を非常に小さくできるからである。フラッシュタンク内の蒸気発生の設計計算及びパイプシステムのサイズ決定は、圧力低下が小さくなるように適切に選択することができる。フラッシュタンク内のＣ３−Ｃ６アルコールの蒸留は、蒸留塔ほどの真空を必要とせず、したがってフラッシュタンクは、機器のサイズが小型化され、構造が単純化されている限り、運転費及び資本費が低下する。
【００６６】
好ましい実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留することを含む場合、混合された蒸気は共沸混合物の組成物を含む。共沸混合物は、分子の力によって２つ以上の分子種が新しい蒸気又は／液体種として挙動する場合に形成される。共沸混合物は通常、化学プロセス産業から制約と見なされる。何故なら、共沸混合物の組成物の「ピンチポイント」が、混合物を純粋な成分に蒸留することを阻止するからである。蒸留プロセスから純粋な成分を生成する代わりに、共沸混合物は蒸留塔の頂部における共沸混合物の組成物として、最低沸点の共沸混合物として、又は蒸留塔の底部から最高沸点の共沸混合物として現れる。
【００６７】
発酵生成物が水とともに最高沸点の共沸混合物を形成する場合、非共沸混合物結合水をオーバヘッドで蒸発させ、蒸留しなければならない。発酵ブロス中の生成物は通常、希薄である。その結果、最高沸点の共沸混合物が形成されると、余分な非結合水を沸騰させ除去するために必要なエネルギーの量が、大きい熱負荷になり、往々にして蒸留物の蒸発及び凝縮プロセスを不経済にする。さらに、最高沸点の共沸混合物は、純粋な種の沸点より高い温度で生じ、蒸留システム内の底部温度を上げる。その結果、底部の最高沸点中の生成物は、純粋な種より高い熱履歴を経験する。この高い温度の熱履歴は、発酵の一次生成物及び同時生成物の価値を低下させることがある。通常、供給原料の成分として使用される蒸留器の乾燥穀物及び可溶性物質（ＤＤＧＳ）は、高い熱に曝されると劣化し、栄養価を失うことがあるこのような同時生成物の一例である。
【００６８】
最低沸点の共沸混合物は、１より大きい活性係数を有するので、正の共沸混合物としても知られている。最高沸点の共沸混合物は、その活性係数が１より小さいので、負の共沸混合物とも呼ばれる。活性係数の大きさは、共沸混合物の非理想活性の程度を規定する。共沸混合物のこの非理想性及び分離の困難さは研究されている。活性係数は一定ではなく、水中におけるある化合物の濃度の関数である。その結果、共沸混合物の組成物の溶液沸点は、成分の濃度変化とともに変化する。その結果、蒸気相中で生じる共沸組成は、成分濃度及び運転圧力の影響を受けることがある。
【００６９】
好ましい実施形態によると、Ｃ３−Ｃ６アルコールの水溶液は最低沸点の共沸混合物を形成する。関連する好ましい実施形態によれば、混合蒸気中のＣ３−Ｃ６アルコールの濃度は、蒸留のために選択された圧力における最低沸点の共沸混合物中のアルコール濃度とほぼ等しい。幾つかの特に好ましい実施形態では、水溶液が水の部分蒸気圧に影響するアルコールに加えて他の溶質を含む幾つかのケースのように、混合蒸気中のＣ３−Ｃ６アルコールの濃度は、最低沸点の共沸混合物中のアルコール濃度より高い。
【００７０】
広範囲の運転圧力の下で安定していることが知られている共沸混合物もあるが、低圧及び高圧で「分解」し得る共沸混合物システムもある。例えば、エタノール−水の共沸混合物は７０トル未満の圧力で分解する。真空下で分解し得る共沸混合物の場合、真空蒸留塔中の圧力低下が真空源においてより深い真空を引く必要なあるほど十分大きいことが、真空蒸留塔にとって必要であることから、蒸留塔の使用が制限されることがある。例えば、真空蒸留塔の供給圧力を１５０ｍｍＨｇに維持しようとすると、真空ポンプが適切な真空レベルを維持できるように、塔内の圧力低下を非常に小さくする必要がある。複数のトレイを有する真空塔内の圧力低下を小さくするためには、蒸留トレイの液体の高さを小さくする必要がある。圧力低下を小さくし、塔内の液体高さを低くすると、通常、塔の直径が大きくなり、塔の資本費を増加させる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は透析を含む。透析は、溶質の拡散及び半透膜をはさんだ流体の限外濾過の原理に基づいて働く。水溶液から水を選択的に除去する任意の膜分離システムが、本発明のプロセスに適切である。好ましい実施形態によれば、透析は２つ以上の区画を備えたシステム内で実行される。アルコールの水溶液が一方に導入され、この溶液からの水が膜を通して他方に選択的に移動する。好ましい実施形態によれば、水の移動は浸透圧によって誘発される。水を受け入れる区画は、例えばＣａＣｌ２又は炭水化物などの親水性化合物、又はこのような化合物の凝縮溶液を含む。凝縮溶液は、水を受け入れる区画内で形成される。その溶液は、溶質又はその凝縮溶液を再生するために、又は他の用途のために様々な実施形態に従って処理される。再生は、水の蒸留などの既知の手段で実行することができる。溶質が炭水化物又は他の発酵性炭素の源である場合、該溶液を使用して発酵性物質を発酵工程に提供することができる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は逆浸透を含む。逆浸透では、水溶液が第１の区画内にて圧力下で逆浸透膜と接触して、それにより水が膜を通して選択的に第２の区画に移動し、アルコールは第１の区画内に保持される。水が第２の区画内に選択的に移動する結果、第１の区画の液体中のアルコールの濃度（及び活性）が増加し、好ましくは飽和に到達して、それによりその第１の区画に第２の相が形成される。その区画は、この実施形態によれば２つの液体相を含み、その一方はアルコールが飽和した水性相であり、他方は水が飽和したアルコール溶液である。
【００７３】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は溶媒抽出を含む。溶媒抽出では、水性溶液が別の液体相（溶媒又は抽出剤）と接触し、水及びアルコールの少なくとも一方は完全に混和性ではない。２つの相が混合され、静置される。１つの実施形態によれば、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコールをアルコール選択的抽出剤中に抽出することを含む。「アルコール選択的抽出剤」という用語は、抽出剤中のアルコール／水の比率が残りの水溶液中より高いように、抽出剤が水よりアルコールを優先することを意味する。したがって、アルコール選択的抽出剤又は溶媒は、アルコールに対して選択的（アルコールと同等又はアルコールそれより疎水性）であり、アルコールが優先的に抽出剤又は溶媒中に移動して、アルコールを含む抽出剤又は溶媒を形成し、これは抽出物とも呼ばれる。幾つかの好ましい実施形態では、アルコール選択的溶媒は酢酸ブチル、リン酸トリブチル、デカノール、２−ヘパノン又はオクタンでよい。別の実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、水を水選択的抽出剤中に抽出することを含む。「水選択的抽出剤」という用語は、抽出剤中のアルコール／水の比率が残りの水溶液中より低くなるように、抽出剤がアルコールより水を優先することを意味する。したがって、水選択的抽出剤又は溶媒は水に対して選択的（アルコールより親水性）であり、したがって水が優先的に水選択的抽出剤又は溶媒中に移動する。
【００７４】
ある好ましい実施形態では、アルコール選択的溶媒は酸性のアミン系抽出剤でよい。このような抽出剤は、アミンを希釈剤と混合し、混合物を酸と接触させることによって調製することができる。抽出剤の形成に適したアミンは、第一、第二、第三及び第四アミンを含み、第一、第二、第三アミンを含むことが好ましい。適切なアミンは、遊離形態と塩の形態（すなわち酸がそれに結合されている場合）の両方の形態で水不溶性でもある。アミン上の炭素原子の総数／合計数は、少なくとも２０である。脂肪酸アミン及び芳香族アミンの両方が適切であり、脂肪酸アミンが好ましい。希釈剤は、炭化水素又は沸点が少なくとも約６０℃、好ましくは少なくとも約８０℃の他の非反応性有機溶媒でよい。酸は、ｐＫａ（−のログ解離定数）が３以下の酸のような任意の強酸でよく、無機酸又は有機酸でよい。一例では、アミンはトリオクチルアミンであり、酸は硫酸でよく、希釈剤はデカンでよい。酸を抽出して（アミンと結合させて）、抽出剤を形成する。
【００７５】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、選択的吸着剤上にＣ３−Ｃ６アルコール又は水を吸着させることを含む。吸着では、水溶液を、アルコール又は水に対する選択性の方が大きい選択的吸着剤に接触させる。１つの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、アルコール選択的吸着剤上にＣ３−Ｃ６アルコールを吸着することを含む。「アルコール選択的吸着剤」とは、吸着剤上のアルコール／水の比率が残りの水溶液中より大きいように、吸着剤が水よりアルコールを優先することを意味する。別の実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程は、水選択的吸着剤上に水を吸着することを含む。「水選択的吸着剤」とは、吸着剤上のアルコール／水の比率が残りの水溶液中より低いように、吸着剤がアルコールより水を優先することを意味する。したがって、水性相が水選択的吸着剤と接触し、水保有吸着剤が形成され、水溶液はＣ３−Ｃ６アルコールに富むようになる。様々な実施形態によれば、水吸着剤は親水性であり、水素結合を形成することができる表面機能を有し、及び／又は水分子のサイズに適切なサイズの孔を有する。幾つかの実施形態では、吸着剤は固形でよい。ある好ましい実施形態によれば、挽いたトウモロコシなどの発酵供給原料を吸着剤とすることができる。例えば、供給原料が水溶液と接触して、そこから水を選択的に吸着することができる。幾つかの実施形態では、吸着剤は分子篩でよい。
【００７６】
上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させるように処理されている水溶液の部分から、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程をさらに含む。本明細書で使用する「アルコールが豊富な液体相」という用語は、アルコールと水の比率が水溶液の部分より高い液体相を意味する。「水が豊富な液体相」という用語は、水とアルコールの比率がアルコールが豊富な液体相の比率より高い液体相を意味する。水が豊富な相は、以下ではアルコールが薄い相とも呼ぶ。２つの相を形成する工程は能動的でよい。例えば幾つかの実施形態では、形成する工程は、凝縮後に２つの相を形成する蒸留した蒸気相を凝縮することを含むことができる。あるいは又はさらに、水溶液の処理部分を冷却又は冷ますことにより、２つの相を形成することができる。２つの相を能動的に形成する他の工程は、相の分離を促進するように整形された機器を使用することを含むことができる。相の分離は、相間の比重差を利用する液体／液体分離器及びウォーターブートを備える液体／液体分離器、遠心機内のような重力分離、又は遠心液体／液体分離器など、様々なユニットの動作で遂行することができる。溶媒抽出プロセスに使用されるミキサセトラ（ｍｉｘｅｒ−ｓｅｔｔｌｅｒ）ユニット内にあるようなセトラも適切である。幾つかの実施形態では、形成する工程は受動的であり、単にＣ３−Ｃ６アルコールの活性を少なくとも飽和活性に増大させる前の工程の結果でもよい。
【００７７】
アルコールが豊富な液体相では、水に対するＣ３−Ｃ６アルコールの濃度の比率は、開始部分より有効に高い。水が豊富な相では、水に対するＣ３−Ｃ６アルコールの濃度の比率は、アルコールが豊富な液体相より有効に低い。水が豊富な相はアルコールが少ない相とも呼ぶことができる。
【００７８】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはプロパノールであり、アルコールが豊富な相中のプロパノールの水に対する重量比は約０．２より大きい、約０．５より大きい、又は約１より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはブタノールであり、アルコールが豊富な相中のブタノールの水に対する比率は約１より大きい、約２より大きい、又は約８より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールはペンタノールであり、アルコールが豊富な相中のペンタノールの水に対する比率は約４より大きい、約６より大きい、又は約１０より大きい。
【００７９】
所与の相の濃縮係数又は富化係数は、その相中のアルコールの水に対する比率を低濃度水溶液中のアルコールの水に対する比率で割った値として表すことができる。したがって、例えばアルコールが豊富な相の濃縮係数又は富化係数は、アルコールが豊富な相中のアルコール／水の比率を低濃度水溶液中のその比率で割った値として表すことができる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率は、発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より少なくとも約５倍、少なくとも約２５倍、少なくとも約５０倍、少なくとも約１００倍、又は少なくとも約３００倍大きい。
【００８１】
プロセスは、水が豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールと水が豊富な相を分離することをさらに含む。２つの相の分離は、２つの相の物理的分離を指し、１つの相の他の相からの除去、スキミング、注ぎ出し、デカント、又は他の方法で移動することを含み、液体相を分離するために当技術分野で知られている任意の手段で遂行することができる。
【００８２】
幾つかの実施形態では、上記方法は、アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率を増加させるためにＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷ます工程をさらに含む。
【００８３】
幾つかの実施形態では、上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールをアルコールが豊富な相から回収することをさらに含む。回収とは、Ｃ３−Ｃ６アルコールをアルコールが豊富な相から単離することを指す。回収とは、アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールの濃度を富化又は増加させることも含む。様々な実施形態では、この工程は、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着（例えば分子篩の使用など）、溶媒の抽出、水混合しない炭化水素液との接触、及び親水性化合物との接触からなる群から選択されたプロセスを含むことができ、第２の相中の水のＣ３−Ｃ６アルコールに対する比率は第１の相中より低い。好ましい実施形態では、第２の相は少なくとも約８０重量％、約８５％、約９０％、約９５％又は約９９％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む。本明細書で使用する水に混合しない液体は、約１重量％未満の水中への混和性を有する。
【００８４】
蒸留及び透析の方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程に関して上述したとおりである。Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収するために同様のプロセスを使用することができる。Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収するために水の吸着を使用することに関して、アルコールが豊富な相を、アルコールが豊富な相から水を選択的に吸着する吸着剤と接触させる。水保有吸着剤が形成され、アルコールが豊富な相はさらにＣ３−Ｃ６アルコールに富むようになる。様々な実施形態によれば、水吸着剤は親水性であり、水素結合を形成することができる表面機能を有し、及び／又は水分子のサイズに適切なサイズの孔を有する。幾つかの実施形態では、吸着剤は固体でよい。ある好ましい実施形態によれば、挽いたトウモロコシなどの発酵供給原料を吸着剤とすることができる。例えば、供給原料がＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と接触して、そこから水を選択的に吸着することができる。幾つかの実施形態では、吸着剤は分子篩でよい。
【００８５】
Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収するために、溶媒抽出も使用することができる。溶媒抽出では、アルコールが豊富な相を別の液体相（溶媒）と接触させ、ここでは水及びアルコールの少なくとも一方は十分に混和性ではない。２つの相を混合し、静置する。１つの実施形態によれば、溶媒は水に対して選択的であり（アルコールより親水性であり）、水が優先的に溶媒相に移動し、他方の相中のアルコールと水の比率が増加する。別の実施形態によれば、溶媒はアルコールに対して選択的（アルコールと同等又はアルコールより疎水性）である。幾つかの好ましい実施形態では、アルコール選択的溶媒は酢酸ブチル、リン酸トリブチル、デカノール、２−ヘパノン又はオクタンでよい。アルコールが優先的に溶媒中に移動する。引き続く工程で、アルコールは、アルコールが豊富な相と比較してアルコールと水の比率が高い形態で、溶媒から分離される。
【００８６】
Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収するために、水に混合しない炭化水素液との接触も使用することができる。このような液体は疎水性溶媒であり、疎水性溶媒について上述したように作用する。すなわちアルコールが豊富な相からアルコールを抽出する。このような炭化水素液の例としては、ガソリン、原油、フィッシャ・トロプシュ材料及び生体燃料が挙げられる。
【００８７】
Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収するために、親水性化合物との接触も使用することができる。この回収方法は、アルコールの活性を増大させるために、又は水の活性を低下させるために親水性化合物を使用することに関して上述した方法と同様である。
【００８８】
Ｃ３−Ｃ６アルコールをＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から回収する蒸留の場合、第１の相は、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相を含み、第２の相はＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を含む。
【００８９】
本発明のさらなる実施形態では、プロセスは、活性を増大させる工程の後、発酵ブロスなどの低濃度水溶液の残りの部分を発酵容器に案内する（又は移送する）ことを含むことができる。この実施形態では、低濃度水溶液の残りの部分は不純物を含むことがあり、プロセスは、残りの部分を発酵容器に案内する前に、残りの部分の少なくとも一部から不純物の少なくとも一部を除去することをさらに含む。このような不純物は、例えばエタノール、アセテート、ブチルアルデヒドなどのアルデヒド、及び短鎖脂肪酸であり得る。幾つかの実施形態では、低濃度水溶液は不純物を含むことがあり、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相中の不純物のＣ３−Ｃ６アルコールに対する比率は、水が豊富な相中の比率より大きい。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６水が豊富な液体相中の不純物のＣ３−Ｃ６アルコールに対する比率は、アルコールが豊富な相中の比率より大きい。
【００９０】
本発明のさらなる実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をさらに処理して、相の価値又は有用性を高める。さらなる処理の他の実施形態は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする２００８年１２月３日出願の米国特許出願第１２／３２７，７２３号に開示されている。例えば、（ｉ）Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留する、（ｉｉ）Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留する、（ｉｉｉ）Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させる、又は（ｖ）Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合することによって、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をさらに処理することができる。Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留するケースでは、実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールは低い割合の不純物を有してよい（例えば、不純物のＣ３−Ｃ６アルコールに対する比率が低いことによって示される）。例えば、実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコール中の不純物のＣ３−Ｃ６アルコールに対する比率は約５／９５未満、約２／９８未満、又は約１／９９未満でよい。また、実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールは、約５重量％未満、約１重量％未満、又は約０．５重量％未満の含水率を有することができる。
【００９１】
Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合するケースでは、得られる混合物が１つの均一な相を形成することができる。あるいは、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合するケースでは、混合により軽い相及び重い相を形成することができ、軽い相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率は重い相中より大きい。本発明のある実施形態によれば、炭化水素液はガソリンなどの燃料である。関連する実施形態によれば、燃料をＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と混合し、さらに水を含むことによって、Ｃ３−Ｃ６アルコールが富化された燃料が形成される。混合の結果、Ｃ３−Ｃ６アルコールが選択的に燃料相中に移動して、前記富化された燃料を形成し、アルコールが豊富な相中に最初に含まれていた水の大部分は、水が豊富な重い相として分離し、燃料から分離される。
【００９２】
低濃度水溶液が発酵培地である本発明の他の実施形態では、プロセスは、発酵培地の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程、及びＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水が豊富な相から分離する工程の前に、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中で微生物を培養する工程を含むことができる。１つの好ましい実施形態では、本発明は、アルコールの活性を増大させる工程の前に、水が豊富な相を発酵培地に案内する工程をさらに含む。このような実施形態では、培養する工程は、バッチ発酵、流加発酵、連続的発酵、細胞リサイクル発酵、及び酵素反応プロセスから選択されたプロセスでよい。
【００９３】
上述したように、適切な生体触媒、及び関連する発酵プロセスは、２００８年１０月３１日出願の米国特許出願第１２／２６３，４３６号及び第１２／２６３，４４２号、２００８年１０月３１日出願の仮出願第６１／１１０，５４３号及び２００８年１２月１１日出願の第６１／１２１，８３０号で詳細に説明されている。適切な微生物は、自然に発生した微生物、遺伝子工学による微生物、及び古典的な技術により発育した微生物、又はこれらの組合せから選択することができる。このような微生物としては、細菌及び菌類（酵母を含む）が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、適切な細菌としては、クロストリジウム種の細菌のようにアルコールを生産できるものを挙げることができる。その例としては、クロストリジウム−ブチリカム（酪酸菌）、クロストリジウム−アセトブチリカム、クロストリジウム−サッカロパーブチルアセトニカム、クロストリジウム−サッカロブチリカム、及びクロストリジウム−ベイエリンキアが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９４】
適切な細菌及び菌は、炭水化物を加水分解することができ、遺伝子工学的にアルコールを生産することができるものも含む。例としては、クロストリジウム目（例えばＢｕｔｙｒｏｖｉｂｒｉｏ  ｆｉｂｒｉｓｏｌｖｅｎｓ）、Ｂａｃｉｌｌｉａｌｅｓ（例えばＢａｃｉｌｌｕｓ  ｃｉｒｃｕｌａｎｓ）、アクチノミセス目（例えばストレプトミセスｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｓ）、Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ（例えばＦｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ）、Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｄａｌｅｓ（キサントモナス属）及びシュードモナス目（例えばシュードモナス‐メンドシナ）の細菌、及びクモノスカビ目、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｏｐｓｉｓ、アスペルギルス属、Ｓｃｈｗａｎｎｉｏｍｙｃｅｓ及びＰｏｌｙｓｐｏｒｕｓなどの菌が挙げられるが、これらに限定されない。菌は、好気又は嫌気転換できるものもある。嫌気性菌の例としては、Ｐｉｒｏｍｙｃｅｓ属（例えば菌株Ｅ２）、Ｏｒｐｉｎｏｍｙｃｅｓ属（例えばＯｒｐｉｎｏｍｙｃｅｓ  ｂｏｖｉｓ）、Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｘ属（Ｎ．ｆｒｏｎｔａｌｉｓ）、Ｃａｅｃｏｍｙｃｅ属、Ａｎａｅｒｏｍｙｃｅｓ属及びＲｕｍｉｎｏｍｙｃｅｓ属が挙げられるが、これらに限定されない。上述したように、自然発生又は人造にかかわらず、アルコールを生産できる微生物はいずれも使用することができ、本発明の方法は、本明細書で列挙した例に限定されない。幾つかの実施形態では、微生物は約２０℃から約９５℃の温度で生存可能である。微生物が所与の温度又は温度範囲で生存可能であると言った場合、それは微生物がこのような温度に曝されても生き残ることができ、その後に同じ又は異なる条件で成長及び／又は代謝生成物を生産することができることを指す。他の実施形態では、微生物は耐熱性微生物である。「耐性」という用語は、発酵ブロス中の抑制物質の濃度が上昇している状態の下で低い抑制率を有する生体触媒の特性と定義される。「より耐性がある」という用語は、生体触媒が、同じ抑制物質に対する抑制率がより高い他の生体触媒に対して、抑制物質に対する抑制率が低いことを意味する。例えば、共に抑制物質の生体燃料前駆体に対する寛容性が２％で、特定生産性が１ｇ生成物／ｇＣＤＷ／時である２つの生体触媒Ａ及びＢが、３％生体燃料前駆体において、それぞれ、１ｇ生成物／ｇＣＤＷ／時、及び０．７５ｇ生成物／ｇＣＤＷ／時の特定生産性を呈する。生体触媒ＢはＡよりも耐性がある。「耐熱性」という用語は、所与の温度で抑制率がより高い別の生体触媒よりも、同じ温度で抑制率が低い生体触媒を意味する。
【００９５】
「寛容性」という用語は、生体触媒が所与の抑制物質の濃度で特定生産性を維持する能力と定義される。「寛容性がある」という用語は、所与の抑制物質濃度でその特定生産性を維持する生体触媒を説明する。例えば、２％の抑制物質が存在した状態で、生体触媒が０％から２％において有していた特定生産性を維持している場合、その触媒は２％の抑制物質に対して寛容であるか、２％の抑制物質に対する寛容性を有する。「温度寛容性」という用語は、所与の温度で特定生産性を維持する生体触媒の能力と定義される。
【００９６】
幾つかの実施形態では、微生物はバッチ発酵サイクルの寿命にわたって合計で少なくとも約０．５ｇ／Ｌ毎時のＣ３−Ｃ６アルコールの生産性を有する。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの生産性は、バッチ発酵サイクルの寿命にわたって合計で少なくとも約１ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約１．５ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約２．０ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約２．５ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約３ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約３．５ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約４．０ｇ／Ｌ毎時、少なくとも約４．５ｇ／Ｌ毎時、及び少なくとも約５．０ｇ／Ｌ毎時である。幾つかの実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの生産性は、バッチ発酵サイクルの寿命にわたって約０．５ｇ／Ｌ毎時から約５ｇ／Ｌ毎時の範囲である。
【００９７】
他の実施形態では、好ましい微生物は、同時生成物又は副産物がない又は最小限で所望のアルコールを製造するものである。単純で低コストの発酵培地を使用する微生物も好ましい。
【００９８】
発酵性炭素源を含む供給原料はいずれも、微生物の培養工程を含む本発明の実施形態に適している。例としては、デンプン、セルロース及びヘミセルロースなどの多糖類を含む供給原料、蔗糖、サトウキビの汁及び蔗糖を含む糖蜜などの二糖を含む供給原料、及びブドウ糖及び果糖などの単糖類が挙げられる。適切な供給原料としては、トウモロコシ及び小麦などのデンプン質作物、サトウキビ及び砂糖大根、糖蜜及びリグノセルロース材料等が挙げられる。適切な供給原料には藻類及び微細藻類も含まれる。所望される場合、供給原料は、微粉砕、粉砕、タンパク質などの他の成分からの炭素源の分離、結晶分解、ゲル化、液化、糖化、及び化学触媒及び／又は酵素触媒から触媒作用を受ける加水分解などの処理をすることができる。このような処理は、発酵の前、又は、例えば同時の糖化と発酵のように発酵と同時に実行することができる。
【００９９】
本発明の発酵ブロスは通常、単一の液体相を有するが、例えば懸濁形態などで発酵していない不溶性固体を含むことがあるので、必ずしも均質ではない。発酵供給原料は、制限された水溶性を有し、任意選択で制限された発酵性を有する又は非発酵性の化合物を含むことができる。例えば、本発明のある実施形態によれば、発酵供給原料は微粉砕したトウモロコシであり、炭素源はそれに含まれるデンプンである。場合によっては、デンプンはゲル化、液化及び／又は糖化されるが、デンプン質かその他（例えば発酵していないタンパク質）の不溶性成分がまだ発酵液中に存在する。別の実施形態によれば、発酵供給原料はリグノセルロース材料であり、炭素源は加水分解したセルロース及び／又はヘミセルロースである。この場合も、供給原料のいくつかの成分は制限された水溶性を有する。以上のケース及び他のケースで、発酵液体は固体が懸濁したアルコール水溶液からなることができる。さらに本発明の重要な態様によれば、これらのすべてのケースにおいて、発酵ブロス中には単一の液体相のみが存在する。
【０１００】
本発明のさらなる実施形態は、多糖類及び発酵性加水分解生成物を製造する少なくとも１つの他の化合物を含む供給原料を加水分解することを含む、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造する方法であり、この生成物の一部は発酵培地中で発酵してＣ３−Ｃ６アルコールを製造する。この実施形態では、発酵培地は少なくとも１つの非発酵化合物をさらに含む。上記方法は、前の本発明の実施形態で上述したように、発酵培地の一部からＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させることと、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成することと、Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水が豊富な相から分離することとをさらに含む。この方法は、少なくとも１つの非発酵化合物を発酵培地、水が豊富な相又はその両方から分離することをさらに含む。例えば、少なくとも１つの非発酵化合物は、ＤＤＧＳなどの材料を含むことができる。
【０１０１】
発酵を含む本発明の様々な実施形態では、発酵工程は、本明細書で開示した様々な回収方法などの他のプロセス工程と同時に実行することができ、これにはＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程、及び発酵基質を調製するために供給原料を加水分解する工程が含まれる。
【０１０２】
この方法では、加水分解工程は高分子炭水化物を発酵性生成物に分解することができる任意の方法を含むことができる。したがって、加水分解工程は化学的に又は酵素により触媒作用を及ぼされた加水分解又は自己加水分解、及び糖化でよい。この方法で、加水分解工程及び発酵工程は、上記方法の時間の少なくとも一部で同時に実行することができる、上記方法の全時間で同時に実行することができる、又は別個の時間に実行することができる。
【０１０３】
この方法の特定の実施形態では、発酵工程は、供給原料を加水分解できる微生物によって実行される。適切な微生物は、自然に発生した微生物、遺伝子工学による微生物、及び古典的な技術により発育した微生物、又はこれらの組合せから選択することができ、以上で詳細に説明されている。
【０１０４】
本発明の別の実施形態は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中で微生物を培養することを含むＣ３−Ｃ６アルコール製造方法である。培養工程は以上で詳細に説明されている。上記方法は、発酵培地の一部でＣ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させることと、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相及び液体相を製造するために発酵培地の一部を蒸留することとをさらに含む。活性を増大させる工程及び蒸留する工程は、本発明の他の実施形態に関して以上で説明されている。上記方法は、蒸留工程で生じた液体相（除去された液体相）を発酵培地に案内することを含む。好ましい実施形態では、Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性が増大される発酵培地の部分は、除去された液体相中に残り、微生物によってＣ３−Ｃ６アルコールをさらに製造するために発酵培地に戻される微生物を含む。幾つかの実施形態では、液体相は不純物を含み、上記方法は、液体相を発酵培地へと案内する工程の前に、不純物の少なくとも一部を液体相の少なくとも一部から除去することをさらに含む。この方法の実施形態では、発酵培地の一部におけるＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率は約１０／９０（ｗ／ｗ）未満、約７．５／９２．５（ｗ／ｗ）未満、約５．０／９５（ｗ／ｗ）未満、約２．５／９７．５（ｗ／ｗ）未満、約２／９８（ｗ／ｗ）未満、約１．５／９８．５（ｗ／ｗ）未満、約１／９９（ｗ／ｗ）未満、又は約０．５／９９．５（ｗ／ｗ）未満である。
【０１０５】
本発明のさらなる別の実施形態は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを低濃度水溶液から回収する方法であり、低濃度水溶液の一部を、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相へと蒸留する工程、及び蒸気相を凝縮する工程を含む。
【０１０６】
この実施形態では、蒸気相は、約１重量％と約４５重量％の間の低濃度水溶液の一部に存在するＣ３−Ｃ６アルコールを含む。蒸気相に蒸留される溶液中のアルコールの量を制御又は制限する（すなわち有意な量のアルコールを残す）ことによって、４５％を超えるＣ３−Ｃ６アルコールを低濃度水溶液の一部から蒸気相へと蒸留することが可能であるが、幾つかの重要な利点が得られる。蒸留される溶液中のアルコールの部分が大きくなるにつれ、アルコールの量に対する水の量が増加し、その結果、下流で取り扱う必要がある水負荷が増加し、その結果、エネルギー要件が増大することがある。さらに、例えば発酵の状況で、溶液の非蒸留部分を発酵容器に戻し、同様のプロセスで回収できる追加のアルコールを製造するために発酵培地の一部として使用することができる。したがってこのプロセスは、アルコールの水に対する相対的な量が高い範囲で蒸留する工程でアルコールを回収することができるので、非常に効率的である。様々な別の実施形態では、蒸気相は、低濃度水溶液の一部に存在する約２重量％と約４０重量％の間のＣ３−Ｃ６アルコール、約３重量％と約３５重量％の間のＣ３−Ｃ６アルコール、及び約４重量％と約３０重量％の間のＣ３−Ｃ６アルコール及び約５重量％と約２５重量％の間のＣ３−Ｃ６アルコールを含むことができる。
【０１０７】
幾つかの実施形態では、蒸留工程は１段階蒸留を含む。１段階蒸留はフラッシュタンク内で実行することができる。フラッシュタンクの設計は、以上で詳細に説明されている。
【０１０８】
幾つかの実施形態では、低濃度水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率は約１０／９０（ｗ／ｗ）未満である。幾つかの好ましい実施形態では、該比率は約７．５／９２．５（ｗ／ｗ）未満、５．０／９５（ｗ／ｗ）未満、約２．５／９７．５（ｗ／ｗ）未満、約２／９８（ｗ／ｗ）未満、約１．５／９８．５（ｗ／ｗ）未満、約１／９９（ｗ／ｗ）未満、又は約０．５／９９．５（ｗ／ｗ）未満である。
【０１０９】
蒸留工程は断熱又は等温性でよい。断熱蒸留では、蒸留システムと周囲の間に有意の熱伝達が生ぜず、システムの圧力が一定に保持される。等温蒸留では、蒸留システムと周囲の間に熱伝達ができ、システムの温度が一定に保持される。
【０１１０】
この方法の様々な実施形態では、低濃度水溶液から蒸気へのアルコールの富化は、少なくとも約５倍、約６倍、約７倍、約８倍、約９倍、約１０倍、約１１倍、約１２倍、約１３倍、約１４倍又は約１５倍である。「富化」という用語は、凝縮した蒸気中のアルコール／水の比率を、低濃度水溶液中のアルコール／水の比率で割った値を指す。
【０１１１】
幾つかの実施形態では、上記方法は、低濃度水溶液の一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程をさらに含む。幾つかの実施形態では、上記方法はＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と水が豊富な相を分離することを含む。アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程、及びその２つを分離する工程については、以上で詳細に説明されている。
【０１１２】
本発明のさらなる代替実施形態は、微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスなどの低濃度水溶液中のＣ３−Ｃ６アルコールから生成物を製造する方法である。この方法は、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を低濃度水溶液から蒸留することと、生成物を形成するために蒸気相中のＣ３−Ｃ６アルコールを反応させることとを含む。この実施形態は、本明細書で開示され、蒸気相の形成につながる他のプロセス工程をさらに含む。
【０１１３】
本発明のある実施形態が図１に図示されている。発酵は、発酵槽１０内で実行される。発酵槽１０中の発酵ブロスは、ブタノールなどのＣ３−Ｃ６アルコール生成物、及び発酵培地の他の組成物を含む。発酵の過程で、微生物を含んでもよい発酵ブロスの流れが発酵槽１０から１２を介して熱交換器２０へと案内される。熱交換器２０は、発酵ブロスの温度をその後の蒸留に適切な温度へと上昇させるために使用される。発酵ブロスの温度が適切な温度まで上昇した後、ブロスは２２を介して蒸留のためのフラッシュタンク３０へとさらに案内される。発酵熱は、フラッシュシステム内の蒸発に必要な熱の一部に供給することができる。フラッシュタンク３０は大気圧未満に維持され、したがって加熱された発酵ブロスがフラッシュタンク３０に導入されると、発酵ブロスの一部が蒸発する。蒸発した発酵ブロスの部分は、水蒸気とともに発酵ブロス中のブタノールの一部のみを含む。フラッシュタンク３０内で蒸留した後、蒸留されない発酵ブロスの残りの部分は、３４を介して発酵槽１０に戻る。発酵槽へと戻るこの発酵ブロスは、この時点でブタノールが一部除去されている。フラッシュタンク３０内で蒸発した発酵ブロスの部分は、蒸気として３２を介して蒸気凝縮器４０に案内され、これは例えば４２を介して冷却水によって冷ますことができる。混合したブタノールと水蒸気が凝縮すると、凝縮溶液が４４を介して相分離器５０に案内される。凝縮しない残りの蒸気は、次に４８を介して出口へとさらに案内される。相分離器中の凝縮した溶液は、重い液体相と軽い液体相へと分離することができる。重い液体相は、主に水で構成され、水中に溶解可能な少量のブタノールがある。軽い相は、主にブタノールで構成され、少量の可溶性の水がある。相分離器から、重い相から分離することによってブタノールを含む軽い相を回収することができ、さらなる精製のために処理することができる。主に水で構成された重い相は、システム内の他の用途又は使用法のために案内することができる。１３、３５は液体ポンプであり、４７は真空ポンプである。
【０１１４】
図２を参照すると、本発明の特定の実施形態が提示され、前処理したトウモロコシの糖化及び発酵を同時に実行し、ブタノールの側留を共沸蒸留することによってブタノールを製造することを示す。乾燥トウモロコシを粉砕して細かい粉末にする。粉砕した（挽いた）トウモロコシ１、薄い蒸留残渣３、ＣＩＰ発酵槽のクリーンアウト３１、リサイクルされた水４３、蒸気２が、コーンスターチ前処理システム３２に添加され、ここで混合物がスラリー化され、約９９℃に加熱される。（ＣＩＰ（その場洗浄）発酵槽クリーンアウトは、バッチ間に発酵槽を洗浄し、衛生化するために使用される苛性水溶液である。往々にしてＮａＯＨが使用されるが、他の強塩基及び他の衛生化化学物質も使用することができる。廃棄物のＣＩＰ溶液は、発酵槽からの（壁に張り付いている）固体、栄養素、炭水化物などを含み、これをトウモロコシ前処理の前端に再導入することができる。）アルファ−アミラーゼ５０がコーンスターチ前処理システム３２に添加され、ここで保持時間は約１時間以内とすることができる。溶液が約５０℃から約６５℃の範囲の温度に冷まされた後、グルコアミラーゼ酵素４が添加される。約５から６時間の短い糖化時間の後、スラリーが約３２℃まで冷まされる。この時点のスラリー固体濃度は、不溶性及び溶性固体を含み約３６１ｇ／ｋｇでよい。約３２時間で糖化を終了するのに十分な酵素４もトウモロコシマッシュの混合物に添加され、これが発酵槽５に移送される。発酵は、同時の糖化及び発酵（ＳＳＦ）モードにて３２℃で実行される。約４重量％のブタノールを含む側留が発酵槽５から連続的に除去され、フラッシュタンク供給原料７の温度を約３４℃に制御するためにフラッシュタンク熱交換器３３が使用される。約５０ｍｍＨｇの真空がフラッシュタンク３４に引かれ、共沸蒸気組成物１１が形成される。ブタノールと水蒸気の共沸混合物１１の組成は、約５４重量％のブタノールと約４６重量％の水とすることができる。共沸蒸気１１は真空ポンプ３５によって給送され、化成処理プロセス１３又は凝縮器１２に送り込まれる。凝縮した蒸気相３６は、液体／液体分離器３７に案内され、ここで相分離される。凝縮した蒸気相は、ブタノールが豊富な相３７ａと水が豊富な相３７ｂに分離する。ブタノールが豊富な相３７ａは、約６８０ｇ／Ｌブタノールのブタノール濃度を有する。水が豊富な相３７ｂは、約８６ｇ／Ｌのブタノール濃度を有する。上層３７ａと下層３７ｂに製造された体積の比率は３：１である。
【０１１５】
細胞、水、栄養素、炭水化物、及び約２重量％の非蒸発ブタノールを含むフラッシュタンク３４中の非蒸発組成物９は、発酵槽５に戻される。非蒸発成分９はブタノールから除去され、発酵槽５に戻ると、上述したように側留６の処理によって回収されるブタノールを製造し続ける。
【０１１６】
液体／液体分離器３７からの水が豊富な重い相３７ｂは、ビール蒸留器３８へと案内１５され、蒸留される。ビール蒸留器３８内でブタノールと水の共沸組成物１８が発生し、凝縮のために凝縮器３９に案内される。凝縮した蒸気１９は、液体／液体分離器４０に案内されて、水が豊富な重い相４０ｂとブタノールが豊富な軽い相４０ａに分離する。水が豊富な重い相４０ｂは約８６ｇ／Ｌのブタノールを含み、これはリサイクル２０されてビール蒸留器３８に戻る。ブタノールが豊富な相４０ａは約６８０ｇ／Ｌブタノールのブタノール濃度を有する。
【０１１７】
液体／液体分離器４０内のブタノールが豊富な軽い相４０ａは、蒸留システム４１に案内される。液体／液体分離器３７内のブタノールが豊富な軽い相３７ａも蒸留システム４１に案内され、ブタノールが豊富な軽い相４０ａと混合することができる。蒸留システム４１は大気圧で運転され、精製したブタノールが高沸点生成物２２として約９９重量％ブタノールの濃度で製造される。（他の実施形態では、蒸留システムを大気圧より下、大気圧、又は大気圧より上で運転することができる。）ブタノールと水の共沸蒸気２３が製造され、凝縮器４５に送られて、凝縮する。凝縮した蒸気４６は液体／液体分離器４７に案内され、水が豊富な重い相４７ｂとブタノールが豊富な軽い相４７ａに分離する。水が豊富な重い相４７ｂは、ビール蒸留器３８にリサイクル４８される。ブタノールが豊富な軽い相４７ａは蒸留システム４１に案内５１され、他の流入物１６、２１と混合することができる。
【０１１８】
発酵槽５内のＳＳＦ発酵は５２時間実行される。真空フラッシュタンク３４によって除去されない約２％のブタノールを含む発酵ブロスが、ビール蒸留器３８に案内８される。ブロス中のブタノールは、ブタノールと水の共沸混合物１８としてオーバヘッドで蒸留される。ビール蒸留器３８から、水、転換されていない炭水化物、栄養素、細胞、繊維、トウモロコシ微生物、酵素、及び他の発酵成分が底部生成物１７として取得され、約０．０５重量％のブタノールを含む。ビール蒸留器の底部流１７は、蒸留器の乾燥穀物乾燥器２７とパージ流２８に分割される。薄い蒸留残渣３が、パージ流２８によって製造される。乾燥した蒸留器穀物２９が、乾燥器２７によって製造される。乾燥器２７は水蒸気３０も産生し、これは凝縮器４２によって凝縮され、コーンスターチ前処理システム３２にリサイクル４３される。
【０１１９】
発酵槽５、凝縮器１２（フラッシュタンク３４からの流入物を有する）、凝縮器３９（ビール蒸留器３８からの流入物を有する）、及び凝縮器４５（蒸留システム４１からの流入物を有する）は、ブタノール、水、ＣＯ２、及び他の不活性ガスを含む通気流１０、２５、２４、４９を有する。これらの流れは、通気採集システム４４内で混合され、下流の機器２６で処理されて、ブタノール及びＣＯ２を回収し、精製する。
【０１２０】
本発明の以上の実施形態は、改造トウモロコシエタノール製造プラント内で実行することができ、コーンスターチ前処理システム、発酵槽、ビール蒸留器、蒸留システム、及び乾燥器等の主な動作は、以前にエタノールの製造に使用された動作である。このようなシステムは、周期的に稼動する複数の（通常は５から７の）発酵槽を有し、したがってそれぞれが約５２時間発酵を実行してから、ビール蒸留器へと空けられる。発酵槽の上流の動作（例えばコーンスターチ前処理システム）は、基本的に連続して動作し、第１の発酵槽用の供給原料を調製し、次に第２の発酵槽用の供給原料を調製し、以下同様となる。発酵槽の下流の動作（例えばビール蒸留器、蒸留システム、及び乾燥器）は、基本的に連続して動作し、各発酵槽が発酵サイクルを終了すると、そこから発酵ブロスを取り出して、エタノールを回収し、ＤＤＧＳ、パージ流及び薄い蒸留残渣を製造する。
【０１２１】
このようなエタノール製造プラントは、本明細書で説明する様々な製造及び回収プロセスを組み込むことによって、ブタノールを製造するように改造することができる。通常、エタノールを生産する微生物は、発酵ブロス中の高濃度のエタノールに対して寛容性がある。しかし、発酵ブロス中の高濃度のＣ３−Ｃ６アルコールは、微生物にとって有毒になることがある。したがって、エタノールではなくＣ３−Ｃ６アルコールを製造するためにエタノールプラントを運転するには、アルコールが製造されるのと同時にそれを除去する低コストの方法が必要である。
【０１２２】
ブタノール生産有機物が停止する前にエタノール濃度ほど高いブタノール濃度を生成することはできないので、本明細書で説明する製造及び回収プロセスは、ブタノールを効率的に製造できるようにエタノールプラントに組み込むのに有用である。微生物を含んでもよい発酵ブロスの一部を、発酵ブロスの一部からブタノールの一部を回収するフラッシュタンクなどの回収作業に運ぶブタノール回収プロセスを組み込み、ブタノールを除去した流れを発酵槽に戻すことによって、発酵の有効ブタノール濃度を有意に上げることができ、したがってブタノール製造プロセスをエタノール製造プラント内で実行することができる。
【０１２３】
プラントの改造プロセスは、上述したような側留６、フラッシュタンク供給原料７、及び非蒸発成分の流れ９を製造する機器をプラント内に導入することを含むことができる。また、分離器３７、４０などの液体／液体分離を実行する機器を導入して、効率的なブタノール回収を提供することができる。
【０１２４】
したがって１つの実施形態では、本発明は改造エタノール製造プラントを運転してＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法を含む。この実施形態では、改造エタノール製造プラントはＣ３−Ｃ６アルコールを製造する前処理ユニット、複数の発酵ユニット、及びビール蒸留器を備える。上記方法は、前処理ユニット内で発酵性糖を形成するために供給原料を前処理する工程と、第１の発酵ユニット内の発酵培地中でＣ３−Ｃ６アルコールを生産する微生物で発酵性糖を発酵させる工程と、Ｃ３−Ｃ６アルコールを取り出すために発酵培地の一部を処理する工程と、処理した部分を第１の発酵ユニットに戻す工程と、発酵培地を第１の発酵ユニットからビール蒸留器に移送する工程と、を含む。
【０１２５】
上記方法は、前処理ユニット内で発酵性糖を形成するために供給原料を前処理する工程を含む。前処理ユニットは、前処理用の供給原料を連続的に受け取る。前処理という用語は、微粉砕、粉砕、タンパク質などの他の成分からの炭素源の分離、結晶分解、ゲル化、液化、糖化、及び化学触媒及び／又は酵素触媒の触媒作用による加水分解などの処理を指す。例えば、供給原料は乾燥トウモロコシでよく、これは前処理ユニット内で挽いて水と混合し、加熱してアミラーゼと反応させ、微生物による発酵のための基質として適切な発酵性糖を含むマッシュ又はスラリーを製造することができる。
【０１２６】
上記方法は、第１の発酵ユニット内の発酵培地中でＣ３−Ｃ６アルコールを生産する微生物で発酵性糖を発酵させる工程をさらに含む。発酵ユニットは、発酵性糖をＣ３−Ｃ６アルコールに転換することができる微生物を含む発酵培地を含む。このような微生物は、以上で詳細に説明されている。改造プラントは、複数の発酵ユニットを備える。前処理ユニットからの発酵性糖を含む前処理済み供給原料の流れは、第１の発酵ユニットに導入され、ここで微生物を含む発酵培地と混合される。微生物は、存在する発酵性糖を発酵させて、Ｃ３−Ｃ６アルコールを生産する。
【０１２７】
上記方法は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを取り出すために発酵培地の一部を処理する工程をさらに含む。発酵培地はＣ３−Ｃ６アルコール、水、さらに微生物を含む。第１の発酵ユニットからの発酵培地の一部（例えば側留）を取り上げて、そこに含まれるＣ３−Ｃ６アルコールを取り出す。処理は、本明細書で説明する低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを精製して回収する方法のうち任意の１つ又は複数を含むことができ、特に、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、親水性溶質を添加する工程と、水溶性炭素源を添加する工程と、逆浸透工程と、透析工程と、その組合せを含むことができ、これらの工程は全て以上で詳細に説明されている。好ましい実施形態では、この工程は、側留を第１の発酵ユニットからフラッシュタンクに誘導することを含み、ここで蒸留工程は大気圧より下で実行される。フラッシュタンクの設計は、以上で詳細に説明されている。
【０１２８】
上記方法は、処理済み部分を第１の発酵ユニットに戻す工程をさらに含む。処理済み部分は、Ｃ３−Ｃ６アルコール中に除去され、水を含み、微生物を含むことができ、これらは両方とも発酵培地に戻される。Ｃ３−Ｃ６アルコールの一部を発酵培地から除去し、媒質を発酵槽に戻すことにより、発酵ブロス中のＣ３−Ｃ６アルコールの濃度は、Ｃ３−Ｃ６アルコールをさらに製造するために有害な濃度未満に維持される。
【０１２９】
上記方法は、発酵培地を発酵ユニットからビール蒸留器へと移送する工程をさらに含む。この工程は、発酵を終了させることが望ましい場合に実行される。発酵の終了は、全ての発酵性炭水化物が消費されるか、発酵の終了が望ましいように炭水化物転換率が低下した場合に生じる。
【０１３０】
この方法の幾つかの実施形態では、前処理速度は、エタノールを製造した場合のプラントと同じ、及び／又は従来のエタノールプラントの場合と同じである。本明細書では速度が「同じ」であると言う場合、それは速度が全く同じであることを含むが、速度の（プラス又はマイナス）約２５％以内、速度の約１５％以内、速度の約１０％以内、速度の約９％以内、速度の約８％以内、速度の約７％以内、速度の約６％以内、速度の約５％以内、速度の約４％以内、速度の約３％以内、速度の約２％以内、速度の約１％以内であることも含む。したがって、改造エタノールプラントが毎時約１１５メートルトンの前処理速度を有していた場合、その速度の約２５％以内の前処理速度は、毎時約７．５トンから毎時約１２．５トンの速度を含むことになる。前処理速度は、前処理した供給原料が発酵ユニットに案内される速度を指す。
【０１３１】
この方法の幾つかの他の実施形態では、発酵ユニットのサイクル時間は、エタノールを製造した場合のプラントと同じ、及び／又は従来のエタノールプラントの場合と同じである。サイクル時間は、接種材料を導入する時間から発酵槽をビール蒸留器へと空ける時間までを指す。例えば、発酵槽の典型的なサイクル時間は約５２時間である。
【０１３２】
１つの実施形態では、改造プラントのＣ３−Ｃ６アルコール出力は、改造前のプラントのエタノール最大出力のＣ３−Ｃ６アルコール当量の少なくとも約８０％である。他の実施形態では、改造プラントのＣ３−Ｃ６アルコール出力は、改造前のプラントのエタノール最大出力のＣ３−Ｃ６アルコール当量の少なくとも約８１％、少なくとも約８２％、少なくとも約８３％、少なくとも約８４％、少なくとも約８５％、少なくとも約８６％、少なくとも約８７％、少なくとも約８８％、少なくとも約８９％、少なくとも約９０％、少なくとも約９１％、少なくとも約９２％、少なくとも約９３％、少なくとも約９４％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％である。
【０１３３】
アルコールプラントの最大出力は、そのプラントによって製造されるアルコールの量の尺度であり、１年に製造されるアルコールのガロン数、又は期間毎に体積又は重量を測定する他の単位で表すことができる。プラントの出力は、特定のプラントのサイズ及び設計によって決定される。「改造前のプラントのエタノール最大出力」という用語は、プラントによって製造されるエタノールの最大量、又はＣ３−Ｃ６アルコールを製造するために改造される前のプラントの設計による最大量を指す。
【０１３４】
以上で理解されるように、エタノールの生産に使用される微生物は、発酵ブロス中の高濃度のエタノールに対して寛容性があるが、Ｃ３−Ｃ６アルコールの製造に使用される微生物は通常、高濃度のＣ３−Ｃ６アルコールに寛容性がない。本発明の方法を使用すると、エタノールと匹敵する出力レベルでＣ３−Ｃ６アルコールを製造し、その特定のアルコールの理論的変換効率のためだけに制限されるエタノールプラントの改造が可能であるので有利である。ブドウ糖からエタノールへの理論的変換効率は、重量ベースで５１％又は０．５１である。（しかし実際には、微生物はアルコール以外の細胞質量及び代謝生成物を生産するためにブドウ糖の一部を使用し、実際の変換効率は理論的最大値より小さい。）微生物が使用する発酵経路に応じて、ブドウ糖からプロパノールへの理論的変換効率は０．３３から０．４４の範囲とすることができ、ブタノールの場合は０．２７から０．４１の範囲、ペンタノールの場合は０．３３から０．３９の範囲、ヘキサノールの場合は０．２８から０．３８の範囲とすることができる。「Ｃ３−Ｃ６アルコール当量」という用語は、ある特定のＣ３−Ｃ６アルコールの理論的変換効率のエタノールのそれに対する比率を指し、使用される発酵経路に特有なものである。したがって、本明細書で使用する（ブドウ糖の１つの分子がイソブタノールの１つの分子、ＡＴＰの２つの分子、及びＣＯ２の２つの分子に分解される経路の）「エタノールのイソブタノール当量」は、０．４０１÷０．５１＝０．８０６である。例えば、改造前のプラントのエタノール最大出力が約１億ガロン／年のエタノールプラントを考えてみる。本発明の方法を使用すると、プラントを改造し、それを運転して、約８０６０万ガロン／年の理論的最大出力でブタノールを製造することが可能である。しかし、エタノールの密度が０．７８９４であり、イソブタノールの密度が０．８１０６であるので、イソブタノールの実際の理論的最大出力は約７８００万ガロン／年である。１年当たりの正確なガロン数は、密度情報、理論的生産高及び／又は実際に達成される実際の生産高を使用して計算することができる。
【０１３５】
様々な実施形態で、エタノールプラントを改造し、所与のＣ３−Ｃ６アルコールのいずれについても、密度差を考慮に入れて理論的最大出力の少なくとも約８０％の出力で運転することができる。他の実施形態では、改造プラントのＣ３−Ｃ６アルコール出力は、密度差を考慮に入れて理論的最大出力の少なくとも約８１％、少なくとも約８２％、少なくとも約８３％、少なくとも約８４％、少なくとも約８５％、少なくとも約８６％、少なくとも約８７％、少なくとも約８８％、少なくとも約８９％、少なくとも約９０％、少なくとも約９１％、少なくとも約９２％、少なくとも約９３％、少なくとも約９４％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％とすることができる。
【０１３６】
本発明の別の実施形態は、Ｃ３−Ｃ６アルコールを水溶液から抽出する方法であり、水溶液を酸性のアミン系抽出剤と接触させることを含む。酸性アミン系抽出剤は、上述したように有機アミン溶液を酸性化することによって形成することができる。水溶液が抽出剤と接触する際、酸性アミン系抽出剤が水溶液とが混ざることによって抽出が実行される。接触後に形成される抽出剤相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収することができる。
【０１３７】
本発明の様々な態様を、以下で提供する実施例で詳細に説明する。しかし、これらの実施例は、例示のために提供され、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書で引用した各公開特許及び参照文献は、参照により全体を本明細書に組み込むものとする。本発明の様々な実施形態が詳細に説明されているが、当業者であればこれらの実施形態の修正及び適応を思い付くことができることは明白である。しかし、このような修正及び適応は、添付の特許請求の範囲に記載するような本発明の範囲に入ることを明白に理解されたい。
【０１３８】
実施例
実施例１：溶媒を使用した水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化
この実施例は、様々な溶媒を使用した水溶液からのプロパノール（ＰｒＯＨ）、ブタノール（ＢｕＯＨ）、イソブタノール（ｉ−ＢｕＯＨ）及びペンタノール（ＰｅｎＯＨ）などのＣ３−Ｃ６アルコールの富化を示す。
【０１３９】
アルコール毎に、全部が亜飽和状態であったがアルコール濃度が異なる幾つかの水溶液を調製した。これらの水溶液をそれぞれ、酢酸ブチル、リン酸トリブチル、デカノール、２−ヘパノン又はオクタンなどの溶媒と混合した。水溶液と溶媒の相比は、ケース毎に異なっていた。平衡に到達するまで、混合を続行した。平衡状態で、上部のアルコールが豊富な相（軽い相）と下部のアルコールが薄い相（重い相）を形成する相分離を観察することができた。両方の相を、アルコール及び水の含有量について分析した。ＹＭＣ−Ｐａｃｋ  ＯＤＳ−ＡＭコラムを使用し、２５℃で高圧液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）によってアルコール濃度を分析した。溶離剤はメタノールと水の溶液で、プロパノール、ブタノール、イソブタノール及びペンタノールについてはそれぞれ、メタノール濃度が２０％、３０％、３０％及び４０％であった。有機相の含水率は、カール・フィッシャ法で確定した。これらの分析法を、他の実施例の分析にも使用した。
【０１４０】
軽い相のアルコール濃度を重い相のアルコール濃度で割ることによって、実験毎にアルコールの分配係数を計算した。同様に、軽い相の水分濃度を重い相の水分濃度で割ることによって、水の分配係数を計算した。アルコールの分配係数を水の分配係数で割ることによって、富化係数を計算した。また、軽い相についてアルコールの水に対する比率（ｗ／ｗ）を計算した。その結果を表１．１から表１．８に報告する。
【表１】
2011514140.tif 000002
【表２】
2011514140.tif 000003
【表３】
2011514140.tif 000004
【表４】
2011514140.tif 000005
【表５】
2011514140.tif 000006
【表６】
2011514140.tif 000007
【表７】
2011514140.tif 000008
【表８】
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【０１４１】
結果は、富化がアルコール及び選択された溶媒に依存することを示す。例えば、分子量が低い方のアルコールの場合、酢酸ブチル及びリン酸トリブチルなどの極性が高い方の溶媒が、オクタンなどの極性が低い方の溶媒と比較して高い分配係数を有していた。オクタンで抽出すると、分子量が高いアルコールの方がよりよく抽出された。所与のアルコールと溶媒の組合せで、分配係数及び富化係数は、平衡水性相中のアルコール濃度に依存していた。それでも試験した溶媒の全て、高い富化係数が観察された。軽い又は上の相は、全てのケースでアルコールが豊富な相であった。アルコールの水に対する比率は、軽い相では重い相より５０から６００倍高かった。
【０１４２】
実施例２：溶媒を使用した水溶液からのイソブタノールの抽出
この実施例は、様々な溶媒を使用して亜飽和水溶液からイソブタノールを富化する効率を示す。表２は、様々なイソブタノール富化実験の結果を要約している。イソブタノールを様々な開始濃度の水溶液から抽出した。幾つかの溶媒を使用して、２５℃で１段階抽出を実行した。また、溶媒相と水性相の比率を変化させた。溶媒中のイソブタノール濃度を各実験で測定し、溶媒中のアルコール量を水溶液中の初期アルコール量で割ることによって、実験毎に抽出収量を計算した。
【表９】
2011514140.tif 000010
【０１４３】
実験は、高い抽出収量値に到達できることを示した。これらの高い抽出収量値は、高いイソブタノール開始濃度又は溶媒相の水性相に対する高い比率に限定されなかった。高い抽出収量値は、低いイソブタノール開始濃度及び使用溶媒の低い割合の両方について観察することができる。
【０１４４】
さらに、実験は、飽和イソブタノール溶液で開始した場合でも、水性相中のイソブタノールの濃度を非常に低い量にまで低減できることを示した。これによって、微生物のアルコール生産性を制限せずに、水の流れを発酵の前端にリサイクルすることができる。何故なら、発酵ブロス中に高濃度のアルコールが存在すると、微生物がアルコールを生産する能力に悪影響を与えることがあるからである。
【０１４５】
実施例３：ガソリンを使用した水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化
この実施例は、ガソリンと接触することによって水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを富化することを示す。
【０１４６】
プロパノール（ＰｒＯＨ）、ブタノール（ＢｕＯＨ）、イソブタノール（ｉ−ＢｕＯＨ）及びペンタノール（ＰｅｎＯＨ）を含むＣ３−Ｃ６アルコールの水溶液を調製し、平衡に到達するまでガソリンと混合した。使用したガソリンはオクタン価９５の商用銘柄であった。平衡状態で、混合物は、上部のアルコールが豊富な相（軽い相）及び下部のアルコールが薄い相（重い相）を形成した。両方の相を、アルコール及び水の含有量について分析した。軽い相中のアルコール濃度を重い相中の濃度で割ることによって、実験毎にアルコールの分配係数を計算した。同様に、軽い相中の水の濃度を重い相中の水の濃度で割ることによって、水の分配係数を計算した。アルコールの分配係数を水の分配係数で割ることによって、富化係数を計算した。全ての実験を２４℃で実行した。その結果を表３．１から表３．４に報告する。
【表１０】
2011514140.tif 000011
【表１１】
2011514140.tif 000012
【表１２】
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【表１３】
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【０１４７】
試験した全アルコールについて、ガソリンとの接触により高い富化係数が観察された。アルコールの水に対する比率は、重い相と比較して軽い相では約１００倍から＞１０００倍高い範囲であった。軽い／上の相は、全てのケースでアルコールが豊富な相であった。実験は、ガソリンを使用して高い富化係数に到達できることを示した。これらの高い富化係数は、高いアルコール開始濃度及び溶媒相の水性相に対する高い比率に限られなかった。何故なら、低いアルコール開始濃度及び少量のガソリンで、高い富化係数が獲得できたからである。
【０１４８】
さらにイソブタノールのケースでは、飽和イソブタノール溶液で開始した場合でも、水性相中のアルコール濃度を非常に低い量まで減少させることができた。これによって、微生物のアルコール生産性を制限せずに、水の流れを発酵の前端にリサイクルすることができる。何故なら、発酵ブロス中に高濃度のアルコールが存在すると、微生物がアルコールを生産する能力に悪影響を与えることがあるからである。
【０１４９】
実施例４：ガソリン及びブドウ糖添加を使用した水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化
この実施例は、ブドウ糖を添加し、その後にガソリンと接触させることによって水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを富化させることを示す。ブタノール（ＢｕＯＨ）、イソブタノール（Ｉ−ＢｕＯＨ）及びペンタノール（ＰｅｎＯＨ）を含むＣ３−Ｃ６アルコールの水溶液を調製し、ブドウ糖を２０％（ｗ／ｗ）の最終濃度まで添加した。これらの溶液を、次にガソリンと混合した。使用したガソリンは、オクタン価９５の商用銘柄であった。平衡状態で、上部のアルコールが豊富な相（軽い相）及び下部のアルコールが薄い相（重い相）を形成する相分離が観察された。両方の相を、アルコール及び水の含有量について分析した。軽い相中のアルコール濃度を重い相中の濃度で割ることによって、実験毎にアルコールの分配係数を計算した。それに応じて水の分配係数を計算した。アルコールの分配係数を水の分配係数で割ることによって、富化係数を計算した。全ての実験を２４℃で実行した。その結果を表４に報告する。
【表１４】
2011514140.tif 000015
【０１５０】
これらの結果を実施例３で説明した実験の結果と比較すると、ブドウ糖を添加したことの効果が見られる。ブドウ糖が存在した状態で、ガソリン相中のアルコール濃度は、ブタノールでは１．６倍、イソブタノールでは２倍、及びペンタノールでは１０倍を超えて増加した。富化係数がほぼ同じ率だけ増加した。
【０１５１】
実施例５：ガソリン及び塩化カルシウム添加を使用した水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化
この実施例は、塩化カルシウムを添加し、その後にガソリンと接触させることによって低濃度水溶液からＣ３−Ｃ６アルコールを富化させることを示す。ブタノール（ＢｕＯＨ）、イソブタノール（Ｉ−ＢｕＯＨ）及びペンタノール（ＰｅｎＯＨ）を含むＣ３−Ｃ６アルコールの水溶液を調製し、塩化カルシウムを１５％（ｗ／ｗ）の最終濃度まで添加した。これらの溶液を、次にガソリンと混合した。使用したガソリンは、オクタン価９５の商用銘柄であった。平衡状態で、上部のアルコールが豊富な相（軽い相）及び下部のアルコールが薄い相（重い相）を形成する相分離が観察された。両方の相を、アルコール及び水の含有量について分析した。軽い相中のアルコール濃度を重い相中の濃度で割ることによって、実験毎にアルコールの分配係数を計算した。全ての実験を２４℃で実行した。その結果を表５に報告する。
【表１５】
2011514140.tif 000016
【０１５２】
これらの結果を実施例３で説明した実験の結果と比較すると、塩化カルシウム添加の効果が見られる。塩化カルシウムが存在した状態で、ガソリン相中のアルコール濃度は、ブタノールでは３倍、イソブタノールでは４．５倍、及びペンタノールでは１０倍を超えて増加した。富化係数がほぼ同じ率だけ増加した。
【０１５３】
実施例６：ガソリン及び親水性化合物の添加を使用した飽和水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化
この実施例は、塩化カルシウム又はブドウ糖を添加し、その後にガソリンと接触させたことによる飽和水溶液からのＣ３−Ｃ６アルコールの富化を示す。
【０１５４】
相分離するまでアルコールを水に添加することによって、ブタノール（ＢｕＯＨ）、イソブタノール（ｉ−ＢｕＯＨ）及びペンタノール（ＰｅｎＯＨ）を含むＣ３−Ｃ６アルコールの飽和水溶液を調製した。重い相を単離し、塩化カルシウム又はブドウ糖をそれぞれ１５％（ｗ／ｗ）及び２０％（ｗ／ｗ）の最終濃度までそれに添加した。次にこれらの溶液をガソリンと混合した。使用したガソリンは、オクタン価９５の商用銘柄であった。平衡状態で、上部のアルコールが豊富な相（軽い相）及び下部のアルコールが薄い相（重い相）を形成する相分離が観察された。両方の相を、アルコール及び水の含有量について分析した。溶媒中のアルコール量を溶液中の初期アルコール量で割ることによって、実験毎に抽出収量を計算した。２４℃で１段階抽出を実行した。その結果を表６に報告する。
【表１６】
2011514140.tif 000017
【０１５５】
結果は、溶液中にブドウ糖又は塩化カルシウムが存在した場合は、より高い抽出収量値に到達できたことを示す。したがって、より少量のガソリンで、アルコールのより大きい画分を抽出することができる。それと同時に、残りの水溶液中でアルコールの濃度が低下した。
【０１５６】
実施例７：親水性化合物の添加による水溶液からのプロパノールの相分離
この実施例は、親水性化合物を添加することによって水溶液中でプロパノールの相分離が誘発されることを示す。プロパノールの水溶液を調製し、塩化カルシウム、蔗糖又はブドウ糖を含む親水性化合物を様々な最終濃度まで添加した。２５℃で各混合物中に存在する液体相数の数を書き留めた。結果が表７に要約されている。
【表１７】
2011514140.tif 000018
【０１５７】
プロパノールは、いかなる割合で水と混合した場合にも単一の液体相を形成するので、水と十分に混和できる。プロパノール水溶液に低濃度の親水性化合物を添加する場合も、このことが当てはまる。しかし、十分に高濃度（使用した特定の親水性化合物に依存する）で添加すると、その結果２相系が形成され、プロパノールは重い相より軽い相の方において高度に富化された。
【０１５８】
実施例８：ブドウ糖の添加による水溶液からの第三ブタノール（又はｔ−ブタノール）の相分離
この実施例は、ブドウ糖を添加することによって水溶液中でｔ−ブタノール（ｔ−ＢｕＯＨ）の相分離が誘発されることを示す。ｔ−ブタノール（５０％ｖ／ｖ）の水溶液を２５℃で調製し、ブドウ糖を２０％（ｗ／ｖ）の最終濃度まで添加した。２つの液体相が形成され、体積の４２％は重い相で、５８％は軽い相であった。両方の相をｔ−ブタノール濃度について分析した。重い相中のｔ−ＢｕＯＨ及びブドウ糖濃度は、それぞれ約１５０ｇ／Ｌ及び約４５％ｗ／ｗであった。軽い相は約５２０ｇ／Ｌのｔ−ＢｕＯＨを有していた。
【０１５９】
ｔ−ＢｕＯＨは、いかなる割合で水と混合した場合に単一相を形成するので、水と十分に混和できる。しかし、ブドウ糖を添加した結果、２つの相が形成された。ｔ−ＢｕＯＨは重い相より軽い相の方において約３．５倍富化された。
【０１６０】
実施例９：ブドウ糖の添加による亜飽和ブタノール及びイソブタノール溶液の相分離及び濃度
この実施例は、ブドウ糖を添加することによって水溶液中でブタノール又はイソブタノールの相分離が誘発されることを示す。７％ブタノール（ＢｕＯｈ）又はイソブタノール（ｉ−ＢｕＯＨ）の水溶液を調製し、ブドウ糖を２０％（ｗ／ｗ）の最終濃度まで添加した。両方のアルコールで、２つの液体相が形成された。各実験で軽い相及び重い相をアルコール含有量について分析した。その結果を表９で報告する。全ての実験は２５℃で実行した。軽い相中のブタノール濃度を重い相中のブタノール濃度で割ることにより、分配係数を計算した。
【表１８】
2011514140.tif 000019
【０１６１】
この実験の結果は、ブドウ糖をブタノール及びイソブタノールの亜飽和溶液に添加すると相が強制的に分離されることを示す。２つの液体相が形成され、軽い／上の相はアルコールが豊富で、重い／下の相はアルコールが薄い（水が豊富である）。ブタノールは、重い相と比較すると２０倍、開始溶液と比較すると約１２倍軽い相中で濃縮していた。イソブタノールは、重い相と比較すると１７倍、開始溶液と比較すると約１２倍軽い相中で濃縮していた。
【０１６２】
実施例１０：ブドウ糖の添加による亜飽和イソブタノール溶液の相分離及び濃度
この実施例は、ブドウ糖を添加することによって水溶液中でイソブタノールの相分離が誘発されることを示す。イソブタノールの亜飽和水溶液を調製し、ブドウ糖を５％から２０％（ｗ／ｗ）の最終濃度まで添加した。全ての濃度で２つの液体相が形成された。それぞれの軽い相及び重い相をイソブタノール含有量について分析した。その結果を表１０で報告する。全ての実験は２５℃で実行した。軽い相中のイソブタノール濃度を重い相中のイソブタノール濃度で割ることにより、分配係数を計算した。
【表１９】
2011514140.tif 000020
【０１６３】
この実験の結果は、ブドウ糖をイソブタノールの亜飽和水溶液に添加すると相が強制的に分離されることを示す。２液体相が形成され、軽い／上の相はアルコールが豊富で、重い／下の相はアルコールが薄い（水が豊富である）。ブドウ糖の濃度が高くなるほど分配係数が上昇した。
【０１６４】
実施例１１：塩化カルシウムの添加による亜飽和ブタノール及びイソブタノール水溶液の相分離
この実施例は、塩化カルシウムを添加することによって水溶液中でブタノール又はイソブタノールの相分離が誘発されることを示す。４％ブタノール（ＢｕＯｈ）又はイソブタノール（ｉ−ＢｕＯＨ）の水溶液を調製し、塩化カルシウムを１５％（ｗ／ｗ）の最終濃度まで添加した。両方のアルコールで、２つの液体相が形成された。各実験で軽い相及び重い相をアルコール含有量について分析した。その結果を表１１で報告する。全ての実験は２５℃で実行した。軽い相中のブタノール濃度を重い相中のブタノール濃度で割ることにより、分配係数を計算した。
【表２０】
2011514140.tif 000021
【０１６５】
この実験の結果は、塩化カルシウムをブタノール及びイソブタノールの亜飽和溶液に添加すると相が強制的に分離されることを示す。２液体相が形成され、軽い／上の相はアルコールが豊富で、重い／下の相はアルコールが薄い。ブタノールは、重い相と比較すると３９倍、開始溶液と比較すると約２３倍軽い相中で濃縮していた。イソブタノールは、重い相と比較すると３１倍、開始溶液と比較すると約２３倍軽い相中で濃縮していた。
【０１６６】
実施例１２：吸着によるブタノールの富化
この実施例は吸着によるブタノールの富化を示す。
【０１６７】
実験は、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＸＡＤ１６を使用して実行し、これは水溶液からブタノールを抽出する非イオン疎水性架橋重合体吸着剤であり。Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（登録商標）ＸＡＤ１６の吸着容量は、その高分子構造、大きい表面積、及びその表面の芳香族的性質に由来する。
【０１６８】
ブタノールの亜飽和水溶液を調製し、樹脂と接触させた。実験は２５℃で実行した。樹脂とブタノール水溶液を混合し、１．５時間振盪した。振盪後、樹脂を水溶液から分離した。分離した水溶液の組成、富化後の樹脂の組成、及び分配係数を表１２で報告する。
【表２１】
2011514140.tif 000022
【０１６９】
この実験の結果は、富化の高い効率を示す。ブタノールは、水溶液中の濃度と比較すると樹脂中の濃度の方が高く、分配係数の範囲は約１０から約３５であった。
【０１７０】
実施例１３：酸性アミン系抽出剤による水溶液からのイソブタノールの富化
この実施例は、酸性アミン系抽出剤を使用した亜飽和水溶液からのイソブタノール抽出の効率を示す。
【０１７１】
１モル／ｋｇのアミン濃度となるように、トリオクチルアミンをデカンと混合した。この有機溶液は、その後に硫酸で酸性化しなければならなかった。そうするために、アミン溶液を硫酸（３０％又は７５％の酸ｗ／ｗ）と混合し、その結果、酸の一部が有機相中に抽出された。混合物は分離された２つの相を形成し、酸性化した有機相は、水溶液からイソブタノールを抽出するために酸性抽出剤として使用された。抽出は、平衡に到達するまで２５℃で酸性抽出剤をイソブタノール水溶液と混合することによって実行した。次に、相を分離して分析した。抽出剤の相が１つしか形成されないケースがあり、２つの抽出剤相の形成を観察できるケースもあった。２つの抽出剤相が形成された場合、これらの相を混合し、共溶媒として作用するオクタノールを添加して、１つの液体相を強制的に形成した。混合した相を分析し、共溶媒による希釈に関して結果を補正した。水性相及び抽出剤相を、硫酸及びイソブタノールの濃度について分析した。結果を表１３に要約する。
【表２２】
2011514140.tif 000023
【０１７２】
結果は、酸性アミン系抽出剤への抽出の大きい分配係数を示す。分配係数は、酸性抽出剤中の硫酸濃度に依存していた。
【０１７３】
抽出剤相中の硫酸の濃度がアミンの約１当量／モルであった場合、分配係数はリン酸トリブチル及びデカノールなどの極性溶媒で測定された分配係数と比較して、同様であるか、それよりわずかに高かった（実施例１参照）。しかし、硫酸の濃度がそれより高かった場合は、非常に高い分配係数（＞１０）が観察された。
【０１７４】
実施例１４：少量の酸性アミン系抽出剤による低濃度水溶液からのイソブタノールの富化
この実施例は、少量の酸性アミン系抽出剤を使用したイソブタノール低濃度水溶液からのイソブタノール富化の効率を示す。
【０１７５】
１モル／ｋｇのアミン濃度にするために、トリオクチルアミンをデカンと混合した。この有機溶液は、その後に硫酸で酸性化しなければならなかった。そうするために、アミン溶液を硫酸（３０％又は７５％の酸ｗ／ｗ）と混合し、その結果、酸の一部が有機相中に抽出された。混合物は分離された２つの相を形成し、酸性化した有機相は、水溶液からイソブタノールを富化するために酸性抽出剤として使用された。富化は、平衡に到達するまで２５℃で酸性抽出剤をイソブタノール水溶液と混合することによって実行した。次に、相を分離して分析した。抽出剤の相が１つしか形成されないケースがあり、２つの抽出剤相の形成を観察できるケースもあった。２つの抽出剤相が形成された場合、これらの相を混合し、共溶媒として作用するオクタノールを添加して、１つの液体相を強制的に形成した。混合した相を分析し、共溶媒による希釈に関して結果を補正した。水性相及び抽出剤相を、硫酸及びイソブタノールの濃度について分析して、抽出収量を計算し、結果を表１４に要約した。
【表２３】
2011514140.tif 000024
【０１７６】
結果は、溶媒の水溶液相に対する比率が低くても、２５℃の１段階抽出で高い抽出収量値に到達できることを示す。さらに、水中のイソブタノールの開始濃度が低くても、同じ高い抽出収量値に到達することができた。また、全ての開始濃度で、水溶液相中のイソブタノールの濃度を非常に低い濃度まで低減することができた。これによって、微生物のアルコール生産性を制限せずに、水性流を発酵の前端にリサイクルすることができる。
【０１７７】
実施例１５：分子篩との接触による富化
この実施例は、水を分子篩に吸着させることによるアルコール／水溶液の富化を示す。
【０１７８】
イソプロパノール、イソブタノール及びイソペンタノールのアルコール／水供給溶液を調製した。イソプロパノールの場合、約６．５重量％の水を含む溶液を供給流として使用した。イソブタノール及びイソペンタノールの場合、ほぼ等しい量の水とアルコールを混合した。混合物は分離することが可能になり、水飽和のアルコール相（軽い相）をデカントし、供給流として使用した。炉で乾燥したセラミック基質、３Åで８×１２メッシュの分子篩で構成された塔を準備した。イソプロパノールのケースで使用した塔は、長さの直径に対する比率が２０であった。イソブタノール及びイソペンタノールのケースで使用した塔は、長さの直径に対する比率が４０であった。各供給溶液は、別個の塔を通して約１０ｍｌ／分の流量で底部から上端へと別々に給送した。アルコール流毎に塔の下流で生成物サンプルを採取し、カール・フィッシャ電量計を使用して含水率を分析した。以下のＲＯＨ／Ｈ２Ｏの列に見られるように、供給流と比較して生成物流中ではアルコールの水に対する比率（ＲＯＨ／Ｈ２Ｏ）が増加し、これは生成物流がアルコールで富化されていることを示す。ＣＰｒｏｄｕｃｔ／ＣＦｅｅｄの列に見られるように、生成物流中のアルコール濃度の供給流に対する比率（Ｃｐｒｏｄｕｃｔ／ＣＦｅｅｄ）は１より大きく、これは生成物流がアルコールで富化されたことを示す。
【表２４】
2011514140.tif 000025
【０１７９】
実施例１６：イソブタノール及び水の共沸組成物の生成による富化
この実施例は、約９９０ｍｂａｒの圧力でイソブタノールと水の共沸組成物を生成することによるイソブタノールの富化を示す。
【０１８０】
イソブタノールの４．７重量％水溶液を、短い経路の蒸留ヘッド取付具、蒸気温度読み取り、及び２５ｍｌのオーバヘッド凝縮液受け器を装備した２５０の丸底フラスコに添加した。２５０ｍｌのフラスコを電気ホットプレートで加熱した。蒸留フラスコに入れた水溶液中のイソブタノールを、蒸気が形成されてオーバヘッドフラスコ内で凝縮するまで加熱した。蒸気温度を記録し、溶液混合物のイソブタノール含有量を分析した。沸騰溶液の蒸気温度は約８９°〜９２℃であった。共沸蒸気をオーバヘッドフラスコ内に採取し、凝縮させた。オーバヘッド凝縮材料は、１０．３ｍｌの軽い相及び３．１ｍｌの重い相を形成した。軽い相の組成は６７０ｇ／Ｌのイソブタノール、重い水が豊富な相の組成は８６ｇ／Ｌのイソブタノールであった。丸底フラスコ中に残った蒸留後のサンプルは、１７ｇ／Ｌのイソブタノールを含んでいた。
【０１８１】
実施例は、最低沸点の共沸蒸気を生成し、蒸気を凝縮してイソブタノールが豊富な軽い相及び水が豊富な重い相にすることによって、４７ｇ／Ｌのイソブタノールを含む低濃度溶液から開始してイソブタノールを６７０ｇ／Ｌに効率的に濃縮することを実証している。
【０１８２】
実施例１７：１−ブタノールと水の共沸組成物の生成による富化
この実施例は、約９９０ｍｂａｒの圧力で１−ブタノールと水の共沸組成物を生成することによって１−ブタノールを富化することを示す。
【０１８３】
１−イソブタノールの４．６重量％水溶液を、短い経路の蒸留ヘッド取付具、蒸気温度読み取り、及び２５ｍｌのオーバヘッド凝縮液受け器を装備した２５０の丸底フラスコに添加した。２５０ｍｌのフラスコを電気ホットプレートで加熱した。蒸留フラスコに入れた水溶液中の溶液を、蒸気が形成されるまで加熱した。蒸気温度を記録し、オーバヘッド凝縮液及びフラスコ内の蒸留後サンプルで組成分析を実行した。凝縮する蒸気の温度は約９２°〜９３．５℃であった。共沸蒸気をオーバヘッドフラスコ内に採取し、凝縮させた。オーバヘッド凝縮材料は、８．１ｍｌの軽い相及び２．８ｍｌの重い相を形成した。軽い相の組成は６８７ｇ／Ｌの１−ブタノール、重い水が豊富な相の組成は８０ｇ／Ｌの１−ブタノールであった。蒸留後のポットサンプルは、２０ｇ／Ｌの１−ブタノールであった。
【０１８４】
実施例は、最低沸点の共沸蒸気を生成し、蒸気を凝縮してイソブタノールが豊富な軽い相及び水が豊富な重い相にすることによって、４６ｇ／Ｌの低濃度組成物から開始して１ブタノールを効率的に濃縮することを実証している。
【０１８５】
実施例１８：イソブタノールと水の共沸組成物の生成による富化
この実施例は、約９９０ｍｂａｒの圧力でイソブタノールと水の共沸組成物を生成することによって発酵ブロスからイソブタノールを富化することを示す。
【０１８６】
２ｇ／Ｌのイソブタノールを含むラボラトリのバッチ発酵による溶液を、短い経路の蒸留ヘッド取付具、蒸気温度読み取り、及び２５ｍｌのオーバヘッド凝縮液受け器を装備した２５０の丸底フラスコに添加した。２５０ｍｌのフラスコを電気ホットプレートで加熱した。蒸留フラスコに入れた溶液を、蒸気が形成されるまで加熱し、オーバヘッドフラスコ内で凝縮させた。蒸気温度を記録し、オーバヘッド凝縮液及び蒸留後のポットサンプルで組成分析を実行した。凝縮する蒸気の温度は約８９°〜９２℃の範囲であった。共沸蒸気を凝縮させ、オーバヘッドフラスコ内に採取した。オーバヘッド凝縮材料の組成は、４０ｇ／Ｌのイソブタノールであった。蒸留後のポットサンプルは、１ｇ／Ｌの１−ブタノールであった。
【０１８７】
実施例１９：イソブタノールと水の共沸組成物の生成による富化
この実施例は、約１５５ｍｂａｒの圧力でイソブタノールと水の共沸組成物を生成することによってイソブタノールを富化することを示す。
【０１８８】
６ｇ／Ｌのイソブタノールを含むラボラトリのバッチ発酵による４００ｍＬの溶液を、１０００ｍＬの回転真空蒸発装置に添加した。回転真空蒸発フラスコを湯浴で加熱した。蒸発した材料を冷却水で、真空源に接続したガラスのラボラトリ凝縮器に当てて凝縮させた。蒸気流内の蒸気熱電対が蒸気温度を記録した。凝縮した材料を１００ｍＬの真空採取フラスコ内に採取した。実験では、蒸気が形成されるまでシステムに真空を引いた。蒸気温度を記録し、オーバヘッド凝縮液及び蒸留後のポットサンプルで組成分析を実行した。
【０１８９】
凝縮蒸気の温度は、１５５ｍｂａｒ絶対圧力で２７〜３０℃の範囲であった。共沸蒸気は凝縮し、オーバヘッドフラスコ内に採取された。オーバヘッド凝縮材料は、０．２６ｍＬの軽い相及び０．２１ｍＬの重い相を形成した。軽い相の組成は６２３ｇ／Ｌのイソブタノールであり、重い水が豊富な相の組成は１１５ｇ／Ｌの１−ブタノールであった。蒸留後のポットサンプルは３ｇ／Ｌのイソブタノールであった。実施例は、低濃度開始組成物から開始し、最低沸点の共沸蒸気を生成する効率的な濃縮を実証している。サンプルの合計体積が小さいので、相分離の体積分割は測定不能であった。
【０１９０】
実施例２０から２５及び３２から３３で使用した一般的方法について、以下で説明する。
サンプルの調製：振盪フラスコ内で実行する発酵実験からの全サンプル（２ｍＬ）を、その後の基質及び生成物分析のために−２０℃で保存した。分析前にサンプルを解凍して、十分に混合し、次に１４，０００×ｇで１０分間遠心分離した。０．２μｍのフィルタで上澄みを濾過した。信頼性の高い基準（＞９９％、シグマ−オールドリッチから取得）及び５点較正曲線（ガスクロマトグラフィによる分析の内部基準として１−ペンタノールを使用）を使用して、基質及び生成物のＨＰＬＣ又はＧＣによる分析を実行した。
光学濃度及び細胞の乾燥重量の確定：ＤＵ８００分光測光計（Ｂｅｃｋｍａｎ−Ｃｏｕｌｔｅｒ、米国カリフォルニア州フラートン）を使用して、培養物の光学濃度を６００ｎｍで測定した。必要に応じてサンプルを希釈し、０．１と０．８の間の光学濃度にした。細胞の乾燥重量は、上澄みをデカントする前に５０ｍＬの培養物を遠心分離して測定した。細胞ペレットを５０ｍＬのミリＱ水で１回洗浄し、遠心分離して、ペレットを２５ｍＬのミリＱ水で再度洗浄した。次に細胞ペレットを８０℃で少なくとも７２時間乾燥した。乾燥した細胞ペレットを含む遠心分離器の管の重量から遠心分離器の管の重量を引いて、細胞の乾燥重量を計算した。大腸菌培養物の場合、０．２５というＯＤ６００から細胞の乾燥重量への変換係数を使用した。
ガスクロマトグラフィ：ＨＰ７６７３オートサンプラ、ＤＢ−ＦＦＡＰ分離管（Ｊ＆Ｗ；長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μＭ）、又は水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）に接続した同等物を取り付けたＨＰ５８９０ガスクロマトグラフで、エタノール及びイソブタノールを含む揮発性有機化合物の分析を実行した。温度プログラムは以下の通りである。すなわち、インジェクタは２００℃、検出器は３００℃、１００℃の炉を１分間、２３５℃まで７０℃／分の勾配、及び次に２．５分間保持する。分析は、信頼性の高い基準（＞９９％、シグマ−オールドリッチから取得）及び内部基準として１−ペンタノールを用いた５点較正曲線を使用して実行した。
高性能液体クロマトグラフィ：Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｈイオン排除分離管（Ｂｉｏ−Ｒａｄ、３００×７．８ｍｍ）又は同等物及びＨ＋カチオンガード分離管（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）又は同等物を装備したＨＰ−１１００高性能液体クロマトグラフィシステムで、ブドウ糖及び有機酸の分析を実行した。有機酸はＨＰ−１１００ＵＶ検出器（２１０ｎｍ、８ｎｍ、３６０ｎｍ基準）を使用して検出し、ブドウ糖はＨＰ−１１００屈折率検出器を使用して検出した。分離管の温度は６０℃であった。この方法は、移動相として水中の０．００８Ｎの硫酸を用いたアイソクラティイクである。流れは０．６ｍＬ／分に設定された。注入サイズは２０μＬであり、運転時間は３０分であった。
分子生物学及び細菌細胞の培養：他に別段の指定がない限り、全体的にクローニング及びプラスミド合成の標準的分子生物学的方法を使用した（Ｊ．Ｓａｍｂｒｏｏｋ氏、Ｄ．Ｗ．Ｒｕｓｓｅｌ氏の、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第３版、２００１、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ、ニューヨーク：Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）。実施例で使用した標準的な組み換えＤＮＡ及び分子生物学技術は、当技術分野で周知であり、Ｊ．Ｓａｍｂｒｏｏｋ氏、Ｄ．Ｗ．Ｒｕｓｓｅｌ氏の、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第３版（２００１、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ、ニューヨーク：Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）及びＴ．Ｊ．Ｓｉｌｈａｖｙ氏、Ｍ．Ｌ．Ｂｅｎｎａｎ氏、及びＬ．Ｗ．Ｅｎｑｕｉｓｔ氏の、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｇｅｎｅ  Ｆｕｓｉｏｎｓ」（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ、ニューヨーク（１９８４））及びＦ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌ氏ほかの、「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ」（Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃ．ａｎｄ  Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ出版（１９８７））に記載されている。
【０１９１】
菌培養物の通常の維持及び増殖に適切な一般的材料及び方法は、当技術分野で周知である。以下の実施例で使用するのに適切な技術は、「Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ」（Ｐｈｉｌｌｉｐｐ  Ｇｅｒｈａｒｄｔ氏、Ｒ．Ｇ．Ｅ．Ｍｕｒｒａｙ氏、Ｒａｌｐｈ  Ｎ．Ｃｏｓｔｉｌｏｗ氏、Ｅｕｇｅｎｅ  Ｗ．Ｎｅｓｔｅｒ氏、Ｗｉｌｌｉｓ  Ａ．Ｗｏｏｄ氏、Ｎｏｅｌ  Ｒ．Ｋｒｉｅｇ氏及びＧ．Ｂｒｉｇｇｓ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ氏（編集）の、「Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ」、ワシントンＤＣ（１９９４））又はＴｈｏｍａｓ  Ｄ．Ｂｒｏｃｋ氏の、「Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ａ  Ｔｅｘｔｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ」第２版（Ｓｉｎａｕｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．、マサチューセッツ州Ｓｕｎｄｅｒｌａｎｄ（１９８９））に記載されている。
電気コンピテント細胞の準備及び形質変換：ＳＯＢ媒質（Ｊ．Ｓａｍｂｒｏｏｋ氏、Ｄ．Ｗ．Ｒｕｓｓｅｌ氏の、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第３版、２００１、ニューヨーク州Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ：Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）中で受容体株培養物を約０．６から０．８のＯＤ６００まで増殖させた。培養物を１００倍濃縮し、氷冷水で１回洗浄し、氷冷１０％グリセロールで３回洗浄した。次に細胞を１５０μＬの氷冷１０％グリセロール中に再懸濁させ、５０μＬの部分に等分した。これらの分割部分を、標準的な形質変換にすぐ使用するか、−８０℃で保存した。これらの細胞を、電気穿孔法により所望のプラスミドで形質変換した。電気穿孔法の後、ＳＯＣ媒質（Ｊ．Ｓａｍｂｒｏｏｋ氏、Ｄ．Ｗ．Ｒｕｓｓｅｌ氏の、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」第３版、２００１、ニューヨーク州、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ：Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）を即座に細胞に添加した。３７℃で１時間保温した後、適切な抗生物質を含むＬＢプレート上で細胞を培養し、３７℃で一晩保温した。
【０１９２】
実施例２０：一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収
この実施例は、一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収を示す。
【０１９３】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌性生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、約０．０５の培養物ＯＤ６００にて、４０ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞で、２５０ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。スタータ培養物を、３０℃の振盪装置に入れ２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。次に、スタータ培養物の一部を、約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵容器に移送し、約０．１の初期培養物ＯＤ６００を得た。発酵容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、ＯＤ６００が約１．０になるまで２５ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。約８〜１０時間連続して増殖させた後、４００ｒｐｍの最小攪拌及び１０ｓｌ／時の空気流で溶存酸素含有量を５％に低下させた。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のＯＤ６００、ブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、実験の開始時から３回、すなわち２１時間、３８時間、及び４６．３時間で、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株及びプラスミドであった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、８５ｇ／Ｌのブドウ糖を有する変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。０．１ｍＭのＩＰＴＧを接種した後、培養物を誘発した。細胞が約４．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。発酵槽中のブドウ糖濃度を約３０ｇ／Ｌ以上に維持するために、１２時間より長い時点で実験の生産相中にＤＩ水中に５００ｇ／Ｌのブドウ糖という無菌ブドウ糖供給物を断続的に使用した。
【０１９４】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。発酵槽容器内の生体触媒細胞を、発酵槽／フラッシュタンク再循環ループと直列で配置された十字流フィルタによって、フラッシュタンクから単離した。フィルタによって、無細胞発酵ブロスのみが発酵槽容器からフラッシュタンク中に流れることができた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に４５ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約４５℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して発酵槽中で約６〜１０ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して真空は４５〜１００ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は４３℃から４５℃の範囲であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。無細胞発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０１９５】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、通常は２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルは、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、約９５時間で約６３ｇ／Ｌのバッチ濃度の最高値に到達した。イソブタノールの生産率は約０．６４ｇ／Ｌ／時で、パーセント理論収量は約８６％であった。
【０１９６】
実施例２１：一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収
この実施例は、一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収を示す。
【０１９７】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌性生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、０．０２から０．０５の培養物ＯＤ６００にて、４０ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞で、２５０ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。スタータ培養物を、３０℃の振盪装置に入れ２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。次に、スタータ培養物の一部を、約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵容器に移送し、約０．１の初期培養物ＯＤ６００を得た。容器をコンピュータ制御システムに取り付けてモニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、ＯＤ６００が約１．０になるまで２５ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。約８〜１０時間連続して増殖させた後、４００ｒｐｍの最小攪拌及び１０ｓｌ／時の空気流で溶存酸素含有量を５％に低下させた。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のＯＤ６００、ブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、実験の開始時から２回、すなわち４０時間及び７５時間で、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株及びプラスミドであった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、８５ｇ／Ｌのブドウ糖を有する変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。０．１ｍＭのＩＰＴＧを接種した後、培養物を誘発した。細胞が約４．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。発酵槽中のブドウ糖濃度を約３０ｇ／Ｌ以上に維持するために、１２時間より長い時点で、実験の製造相中に、ＤＩ水中に約５００ｇ／Ｌのブドウ糖であるブドウ糖供給物を断続的に使用した。
【０１９８】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。発酵槽容器内の生体触媒細胞を、発酵槽／フラッシュタンク再循環ループと直列で配置された十字流フィルタによって、フラッシュタンクから単離した。フィルタによって、無細胞発酵ブロスのみが発酵槽容器からフラッシュタンク中に流れることができた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に５０ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約４５℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して、発酵槽中で約６〜１３ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して、真空は４５〜１００ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は４３℃から４５℃の範囲であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。無細胞発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０１９９】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、通常は２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルは、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、約１１８時間で約８７ｇ／Ｌのバッチ濃度の最高値に到達した。イソブタノールの生産率は実験の過程全体で平均して約０．７４ｇ／Ｌ／時であった。イソブタノールパーセント理論収量は実験終了時に約９０．４％であった。
【０２００】
実施例２２：イソブタノールの一体型発酵及び回収システム
この実施例は、Ｃ３−Ｃ６アルコール用の一体型発酵及び回収システムの実施形態を示す。
【０２０１】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌性生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、約０．０５の培養物ＯＤ６００にて、４０ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞で、２５０ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。スタータ培養物を、３０℃の振盪装置に入れ２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。次に、スタータ培養物の一部を、約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵容器に移送し、約０．１の初期培養物ＯＤ６００を得た。容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、ＯＤ６００が約１．０になるまで２５ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。約８〜１０時間連続して増殖させた後、４００ｒｐｍの最小攪拌及び１０ｓｌ／時の空気流で溶存酸素含有量を５％に低下させた。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のＯＤ６００、ブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、実験の開始時後、６２．５時間、８７時間、１１３時間及び１４２時間で、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株及びプラスミドであった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。０．１ｍＭのＩＰＴＧを接種した後、培養物を誘発した。細胞が約４．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。発酵槽中のブドウ糖濃度を約３０ｇ／Ｌ以上に維持するために、１２時間より長い時点で実験の生産相中にＤＩ水中に５００ｇ／Ｌのブドウ糖というブドウ糖供給物を断続的に使用した。
【０２０２】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約５〜１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に４０ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約３６℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して発酵槽中で約５〜１０ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して真空は２０〜５０ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は約３６℃であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０２０３】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルは、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、約１６６時間で約１０６ｇ／Ｌのバッチ濃度の最高値に到達した。実験終了時にイソブタノールの生産率は約０．６４ｇ／Ｌ／時で、パーセント理論収量は約９１％であった。
【０２０４】
実施例２３：一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収
この実施例は、一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収を示す。
【０２０５】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌性生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、約０．０５の培養物ＯＤ６００にて、４つの１０００ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞で、２．８ＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。接種ポイントにて１ｍＭのＩＰＴＧで培養物を誘発し、３０℃の振盪装置内で２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。約１４時間で、フラスコの内容を５００ｍＬの目盛り付き無菌プラスチック瓶に注入し４５００ｒｐｍで２０分遠心分離した。細胞を、ブドウ糖がない合計体積約１００ｍｌの変性Ｍ９媒質中に再懸濁させ、次に約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵容器に移送し、ここでブドウ糖が清澄トウモロコシ液で置換され、約１００ｇ／Ｌの近似ブドウ糖濃度になり、約１０の初期培養物ＯＤ６００を得た。コーンスターチから遊離ブドウ糖を遊離させるのに十分な量でアルファアミラーゼ及びグルコアミラーゼが添加されている挽いたトウモロコシのスラリーを約６０℃で約２４時間保温することによって、清澄トウモロコシ液を調製した。上述したように約２４時間処理した後、遠心分離及び濾過でトウモロコシ液を清澄化し、固体の大部分を除去して、ブドウ糖が約２５０ｇ／Ｌの清澄トウモロコシ液の溶液を生成した。発酵槽容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、１０ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５％の溶存酸素含有量を維持した。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵槽容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵槽容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のＯＤ６００、ブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株及びプラスミドであった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、主要炭素源としてブドウ糖を使用し、変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。１ｍＭのＩＰＴＧを接種し���後、培養物を誘発した。細胞が約２．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。発酵槽中のブドウ糖濃度を約３０ｇ／Ｌ以上に維持するために、実験中に約２５０ｇ／Ｌのブドウ糖を含む清澄トウモロコシ液の供給物を断続的に使用した。
【０２０６】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約５〜１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に４０ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約３６℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して発酵槽中で約５〜１０ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して真空は２０〜５０ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は約３６℃であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０２０７】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルは、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、約２１７時間で約１２４ｇ／Ｌのバッチ濃度の最高値に到達した。イソブタノールの生産率は実験の過程を通して平均約０．５７ｇ／Ｌ／時であったが、実験で約１．３ｇ／Ｌ／時の最高イソブタノール生産率を達成した。パーセント理論収量は実験の終了時に約７４％であったが、実験中に理論収量の約８８％という最高理論収量を達成した。
【０２０８】
実施例２４：一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収
この実施例は、一体型発酵及び回収システムを使用したイソブタノールの製造及び回収を示す。
【０２０９】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌性生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、約０．０５の培養物ＯＤ６００にて、１０００ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞で、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｋフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。接種ポイントにて１ｍＭのＩＰＴＧで培養物を誘発し、３０℃の振盪装置内で２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。約１４時間で、次にフラスコの内容を５００ｍＬの目盛り付き無菌プラスチック瓶に注入し、４５００ｒｐｍで２０分遠心分離した。細胞を、合計体積約４０ｍｌの変性Ｍ９媒質中に再懸濁させ、次に約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵槽容器に移送した。ここでブドウ糖が約１７％の乾燥固体濃度のトウモロコシ液で置換され、約３の初期培養物ＯＤ６００を得た。乾燥固体濃度が約３５％の無菌トウモロコシ液を無菌脱イオン水で約１７％の最終乾燥固体濃度まで希釈することによって、アルファアミラーゼで処理したトウモロコシ液を調製した。次に、ブドウ糖を添加していない上述の変性Ｍ９媒質に希釈トウモロコシ液を添加し、２０００ｍＬの発酵槽容器に入れた。接種のポイントで、１回分のグルコアミラーゼを十分な量で発酵槽容器に添加し、トウモロコシ液中に存在するコーンスターチのオリゴマーを加水分解して単量体ブドウ糖にした。容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを約６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、１０ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５％の溶存酸素含有量を維持した。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵槽容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵槽容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株であった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、主要炭素源としてブドウ糖を使用し、変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。１ｍＭのＩＰＴＧを接種した後、���養物を誘発した。細胞が約２．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。１回分のグルコアミラーゼを十分な量添加することによってトウモロコシ液の供給物を調製し、トウモロコシ液中に存在するコーンスターチオリゴマーを加水分解して単量体ブドウ糖にし、使用する前に約５０℃で２４時間保温した。その結果の溶液は約１８８ｇ／Ｌのブドウ糖を含み、実験中に発酵槽中のブドウ糖濃度を約４０ｇ／Ｌ以上に維持するために断続的に使用した。
【０２１０】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約５〜１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に約４０ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約３６℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して発酵槽中で約５〜１０ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して真空は約２０〜５０ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は約３６℃であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０２１１】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルは、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、約１６６時間で約３０ｇ／Ｌのバッチ濃度の最高値に到達した。イソブタノールの生産率は実験の過程を通して平均約０．３１ｇ／Ｌ／時であった。この実験でパーセント理論収量は確定されなかった。
【０２１２】
実施例２５：イソブタノールの一体型発酵及び回収システム
この実施例は、Ｃ３−Ｃ６アルコールの一体型嫌気性バッチ発酵及び回収システムの実施形態を示し、改変微生物が理論値の約９５％より高い収量でＣ３−Ｃ６アルコールを製造することを示す。
【０２１３】
８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成され、約０．０５の培養物ＯＤ６００にて、４０ｍＬの体積の変性Ｍ９媒質を有する冷凍庫のストックからのＧＥＶＯ１８８６細胞で、２５０ｍＬのＥｒｌｅｎｍｅｙｅｒフラスコ内にてオーバーナイトスタータ培養を開始した。スタータ培養物を、３０℃の振盪装置内で２５０ｒｐｍで約１４時間増殖させた。次に約１５００ｍＬの変性Ｍ９媒質を含む２０００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵槽容器にスタータ培養物の一部を移送し、約０．１の初期培養物ＯＤ６００を得た。発酵槽容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を４００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、２５ｓＬ／時の空気散布を使用し、ＯＤ６００が約１．０になるまで約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。約３時間連続して増殖させた後、２００ｒｐｍの攪拌及び２．５ｓＬ／時の窒素（Ｎ２）ガスで溶存酸素含有量を０％に低下させた。実験を通して、イソブタノール、エタノール、及び二酸化炭素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵槽容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵槽容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ブロス中のＯＤ６００、ブドウ糖濃度及びイソブタノール濃度の測定に使用した。実験を通して、実験の開始時から数回、事前に増殖させ、事前に誘発した生体触媒細胞の補給物を濃縮物として添加した。これらの細胞は以上で示し、発酵槽内で使用した同じ株及びプラスミドであった。補給した細胞を、２．８ＬのＦｅｒｎｂａｃｈフラスコ内で１Ｌの培養物として増殖させ、８５ｇ／Ｌのブドウ糖を有する変性Ｍ９媒質中で３０℃、２５０ＲＰＭで保温した。０．１ｍＭのＩＰＴＧを接種した後、培養物を誘発した。細胞が約４．０〜５．０のＯＤ６００に到達したら、培養物を遠心分離で濃縮し、次に発酵槽に添加した。発酵槽中のブドウ糖濃度を約３０ｇ／Ｌ以上に維持するために、１２時間より長い時点で実験の生産相中にＤＩ水中に５００ｇ／Ｌのブドウ糖という無菌ブドウ糖供給物を断続的に使用した。
【０２１４】
発酵槽容器を、これより小さく、フラッシュタンクとして働き、発酵槽との再循環ループで運転される４００ｍＬの発酵槽容器に管で取り付けた。フラッシュタンクの容積は約１００ｍＬで、水圧保持時間は約１０分であった。熱及び真空をフラッシュタンクに加えた。フラッシュタンクに加えた真空レベルを、最初に約４５ｍＢａｒに設定し、フラッシュタンクを約３６℃に設定した。これらのパラメータは、実験を通して発酵槽中で約６〜１０ｇ／Ｌのイソブタノールを維持するように調節した。通常、実験を通して真空は約３０〜１００ｍＢａｒの範囲で、フラッシュタンクの温度は３４℃から３６℃の範囲であった。加熱したフラッシュタンクからの蒸気を、留出物として採取容器中に凝縮させた。発酵ブロスをフラッシュタンクから発酵容器へと連続的に戻した。
【０２１５】
実験で回収した留出物は、イソブタノールが強度に富化されていた。イソブタノールは、水とともに共沸混合物を形成し、２相留出物、すなわちイソブタノールが豊富な上相及びイソブタノールが薄い下相につながる。留出物サンプルについて、ＧＣでイソブタノール濃度を分析した。イソブタノール生成物は、５０ｇ／Ｌを超えるバッチ濃度の最高値に到達した。パーセント理論収量は約９５％であった。
【０２１６】
実施例２６：真空蒸留による富化
この実施例は、真空蒸留による不飽和イソブタノール水溶液の富化を示す。
【０２１７】
蒸留構成は３本首の反応容器、水冷凝縮器及び採取フラスコで構成された。各蒸留中に、電気加熱マントルを使用して反応容器を加熱し、再循環槽を使用して３〜５℃の水で凝縮器を冷まし、真空ポンプが約５０ｍＢａｒ（絶対圧）の真空を維持した。反応溶液及び水槽の温度を測定するために、温度計を設置した。１〜５ｍｌの対象ボリュームを採取した後、採取フラスコ及び反応容器をサンプリングした。約５、１５及び４０ｇ／Ｌのイソブタノール水溶液で蒸留を３回実行した。
【０２１８】
５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３５．２℃の液体温度で凝縮が開始した。１．７５ｍｌの単相材料を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、４．１ｇ／Ｌの開始材料を２１倍濃縮した。１５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３４．３℃の液体温度で凝縮が開始した。２ｍｌの重い相及び０．５ｍｌの軽い相を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、１２．３ｇ／Ｌの開始材料を１７倍濃縮した。４０ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３１．９℃の液体温度で凝縮が開始した。２．５ｍｌの重い相及び３．５ｍｌの軽い相を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、４３．２ｇ／Ｌの開始材料を１０倍濃縮した。３回のイソブタノール蒸留中の様々な溶液からのイソブタノール濃度（ｇ／Ｌ）が、下表に要約されている。
【表２５】
2011514140.tif 000026
開始溶液から蒸気相へのイソブタノール濃度の増加を下表に示す。
【表２６】
2011514140.tif 000027
【０２１９】
実施例２７：真空蒸留による富化
この実施例は、真空蒸留による不飽和イソペンタノール水溶液の富化を示す。
【０２２０】
蒸留構成は３本首の反応容器、水冷凝縮器及び採取フラスコで構成された。各蒸留中に、電気加熱マントルを使用して反応容器を加熱し、再循環槽を使用して３〜５℃の水で凝縮器を冷まし、真空ポンプが約５０ｍＢａｒ（絶対圧）の真空を維持した。反応溶液の温度及び水槽の温度を測定するために、温度計を設置した。少なくとも１〜５ｍｌの対象ボリュームを採取した後、採取フラスコ及び反応容器をサンプリングした。約５、１５及び４０ｇ／Ｌのイソペンタノール水溶液で蒸留を３回実行した。
【０２２１】
５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３５．２℃の液体温度で凝縮が開始した。２．５ｍｌの単相材料を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、４．２ｇ／Ｌの開始材料を７倍濃縮した。１５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３４．３℃の液体温度で凝縮が開始した。３ｍｌの重い相及び１ｍｌの軽い相を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、１２．２ｇ／Ｌの開始材料を１７倍濃縮した。４０ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３３．５℃の液体温度で凝縮が開始した。５ｍｌの重い相及び３ｍｌの軽い相を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、３１．５ｇ／Ｌの開始材料を１０倍濃縮した。３回のイソペンタノール蒸留中の様々な溶液からのイソペンタノール濃度（ｇ／Ｌ）が、下表に要約されている。
【表２７】
2011514140.tif 000028
開始溶液から蒸気相へのイソペンタノール濃度の増加を下表に示す。
【表２８】
2011514140.tif 000029
【０２２２】
実施例２８：真空蒸留による富化
この実施例は、真空蒸留によるイソペンタノール水溶液の富化を示す。
【０２２３】
蒸留構成は３本首の反応容器、水冷凝縮器及び採取フラスコで構成された。各蒸留中に、電気加熱マントルを使用して反応容器を加熱し、再循環槽を使用して３〜５℃の水で凝縮器を冷まし、真空ポンプが約５０ｍＢａｒ（絶対圧）の真空を維持した。反応溶液の温度及び水槽の温度を測定するために、温度計を設置した。少なくとも１〜５ｍｌの対象ボリュームを採取した後、採取フラスコ及び反応容器をサンプリングした。約５、１５及び４０ｇ／Ｌのイソプロパノール水溶液で蒸留を３回実行した。
【０２２４】
５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３５．０℃の液体温度で凝縮が開始した。３．３ｍｌの単相材料を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、５．０ｇ／Ｌの開始材料を２５倍濃縮した。１５ｇ／Ｌの溶液の蒸留中に、３４．７℃の液体温度で凝縮が開始した。５ｍｌの単相材料を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、１４．９ｇ／Ｌの開始材料を１２倍濃縮した。４０ｇ／Ｌの開始溶液の場合、３３．３℃の液体温度で凝縮が開始した。８．１ｍｌの単相材料を採取した。オーバヘッド凝縮蒸気相材料中で、４９．２ｇ／Ｌの開始材料を７倍濃縮した。
３回のイソプロパノール蒸留中の様々な溶液からのイソプロパノール濃度（ｇ／Ｌ）が、下表に要約されている。
【表２９】
2011514140.tif 000030
開始溶液から蒸気相へのイソプロパノール濃度の増加を下表に示す。
【表３０】
2011514140.tif 000031
【０２２５】
実施例２９：真空蒸留による富化
この実施例は、蒸留による不飽和イソブタノール水溶液の富化を示す。
【０２２６】
充填ビード還流塔を有するガラス製蒸留構成を使用した。蒸留は２つのパートで実行し、そのパートの間で真空を除去し、ポットを冷ました。蒸留中に、加熱マントルを使用して反応ポットを加熱し、攪拌器が反応ポットを良好な混合状態に維持し、再循環槽を使用して凝縮器を冷まし、真空ポンプがシステム内で約７５ｍＢａｒ（絶対圧）の真空を維持し、凝縮器の下流でアルコール／ドライアイストラップを使用した。反応ポットの温度、還流塔上の蒸気温度及び水槽の温度を測定するために、温度計を設置した。
【０２２７】
蒸留中に、サンプル弁によって還流塔上から採取を行うか、分割器を通して凝縮流を還流塔に方向転換することができる。良好な還流が観察され、塔全体が活動している場合に、材料を採取した。開始材料は、ＧＥＶＯ１７８０の４００Ｌスケールの発酵物からの真空蒸発によって採取した単相イソブタノール溶液であった。２２℃の蒸留ポット温度及び１６℃の蒸気温度で真空が発生するとすぐに、凝縮器の底部で凝縮が観察された。３１℃のポット温度及び２０℃の蒸気温度で良好な還流が観察されたら、留出物の採取を開始した。８４０ｍＬ採取した後、蒸留を中断し、蒸留ポットをサンプリングした。蒸留ポット中のイソブタノールは、１７ｇ／Ｌの濃度に低下しており、これは初期量の２７．９％であった。
【０２２８】
蒸留の第２パートの間、真空が発生するとすぐに凝縮も観察された。４０℃の最高反応ポット温度及び２６℃の蒸気温度に到達した。これらの状態は、反応ポットのイソブタノール濃度を１７ｇ／Ｌから１．５ｇ／Ｌへとさらに低下させた。蒸留の終了時に、最初に蒸留ポット中にあったイソブタノールの６２．２％が軽い相の留出物として、また１４．３％が重い相の留出物として採取され、１５．４％が真空アイストラップ中の軽い相として、また２．７％が真空アイストラップ中の重い相として採取され、２．２％が蒸留ポット内に残された。全体として、開始材料から蒸気相への濃度増加は５．０倍であった。
【０２２９】
実施例３０：アルコールが豊富な相からの水の除去
この実施例は、蒸留によるアルコールが豊富な相（軽い相）からの水の効果的な除去を示す。
【０２３０】
充填ビード還流塔を有するガラス製蒸留構成を使用した。蒸留は２つのパートで実行し、そのパートの間で真空を除去し、ポットを冷ました。蒸留中に、加熱マントルを使用して反応ポットを加熱し、再循環槽を使用して凝縮器及び攪拌器を冷まし、真空ポンプがシステム内で約７５ｍＢａｒ（絶対圧）の真空を維持し、凝縮器の下流でアルコール／ドライアイストラップを使用した。反応ポットの温度、還流塔上の蒸気温度及び水槽の温度を測定するために、温度計を設置した。蒸留中に、サンプル弁によって還流塔上から採取を行う、分割器を通して凝縮流を還流塔に方向転換することができる。良好な還流が観察され、塔全体が活動している場合に、材料を採取した。
【０２３１】
３つの異なるＧｅｖｏ発酵からの軽い相（アルコールが豊富な相）を混合した。２７℃の反応ポット温度及び１８．５℃の蒸気温度で良好な還流が観察され、この時点で採取を開始する。５８０ｍＬ採取した後、蒸留を中断した。この時点で蒸留ポットの液体は水１．４４重量％であった。蒸留を再開し、４８℃の最高液体温度及び３６．５℃の蒸気温度に到達した後、蒸留を終了させた。最終の反応ポット溶液を０．３６７１重量％の水分まで乾燥した。蒸留ポット中の水の重量％を４０倍減少させた。
【０２３２】
実施例３１：軽い相及び重い相の組成に及ぼす温度の影響
この実施例は、温度の関数としてイソブタノールと水の相互可溶性を示す。
【０２３３】
最初に、閉じたバイアル中で室温にて２０ｇの水を２０ｇのイソブタノールと混合した。次にバイアルを５、１０、２０、４０、６０又は８０℃で混合した。平衡が確立されるまで、混合している間はバイアルを前述の温度に保持した。次に、温度を保持しながら、サンプルを軽い相と重い相に分離した。軽い相及び重い相からのサンプルをＨＰＬＣによって、及びカール・フィッシャ滴定で分析した。結果が表３１．１に提示され、各相中のイソブタノール濃度が温度に依存することを示す。
【０２３４】
表３１．２は、様々な温度における水中の標準的なブタノール（ｎ−ブタノール）溶解度の文献データを要約している。予想されるように、イソブタノールの溶解性はｎ−ブタノールと同様であり、同様の温度依存性を示す。
【表３１】
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【表３２】
2011514140.tif 000033
【０２３５】
実施例３２：高い体積生産性のバッチ発酵
この実施例は、体積生産性が高い生体触媒を使用したバッチ発酵を示す。
【０２３６】
ＧＥＶＯ１７８０は、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミド上に遺伝子を含む変性細菌生体触媒である。生体触媒の増殖に適した媒質中にて３０℃で生体触媒ＧＥＶＯ１７８０をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。８５ｇ／Ｌのブドウ糖、２０ｇ／Ｌの酵母抽出物、２０μＭのクエン酸第二鉄、５．７２ｍｇ／ＬのＨ３ＢＯ３、３．６２ｍｇ／ＬのＭｎＣｌ２．４Ｈ２Ｏ、０．４４４ｍｇ／ＬのＺｎＳＯ４．７Ｈ２Ｏ、０．７８ｍｇ／ＬのＮａ２ＭｎＯ４．２Ｈ２Ｏ、０．１５８ｍｇ／ＬのＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ、０．０９８８ｍｇ／ＬのＣｏＣｌ２．６Ｈ２Ｏ、ＮａＨＰＯ４が６．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４が３．０ｇ／Ｌ、ＮａＣｌが０．５ｇ／Ｌ、ＮＨ４Ｃｌが２．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４が０．０４４４ｇ／Ｌ及びＣａＣｌ２が０．００４８１ｇ／Ｌで構成された変性Ｍ９媒質をそれぞれ２００ｍＬ含む２つの４００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵槽容器に、冷凍したストックからのＧＥＶＯ１７８０細胞を接種した。発酵槽容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを約６．５に制御した。容器を３００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、ＯＤ６００が約１．０になるまで、１２ｓＬ／時の空気散布を使用して約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に、容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。この状態で容器を約１２時間運転した。約１２時間で、次に発酵槽容器の内容を、５００ｍｌの目盛り付き無菌プラスチック瓶に注入し、４５００ｒｐｍで２０分遠心分離した。細胞を、合計体積５０ｍｌの変性Ｍ９媒質中に再懸濁させた。１５０ｍｌの変性Ｍ９媒質を含む４００ｍｌのＤａｓＧｉｐ容器に、細胞を含む５０ｍｌの媒質を接種し、０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。自動的に３００ｒｐｍから１２００ｒｐｍに制御された可変攪拌で、２．５ｓＬ／時の空気散布を使用し、５％の一定の溶存酸素含有量を維持した。実験を通して、酸素、イソブタノール、エタノール、二酸化炭素及び窒素についてＧＣ−ＭＳ分析により発酵槽容器オフガスの連続測定を実行した。実験を通して発酵槽容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ＨＰＬＣによるＯＤ６００、ブドウ糖濃度の測定及びＧＣによるブロス中のイソブタノール濃度の測定に使用した。イソブタノール生産は、約２２時間で最高値に到達し、バッチ濃度は約２２ｇ／Ｌ、収量は最高理論値の約８０％であった。イソブタノールが１ｇ／Ｌと１５ｇ／Ｌの間であったときに計算した発酵の体積生産性は、約２．３ｇ／Ｌ／時であった。
【０２３７】
実施例３３：高い体積生産性のバッチ発酵
この実施例は、体積生産性が高い生体触媒を使用したバッチ発酵を示す。変性生体触媒ＧＥＶＯ１７８０を、ピルビン酸塩をイソブタノールに変換する酵素の経路をコード化する２つのプラスミドｐＳＡ６９及びｐＳＡ５５で形質変換した。生体触媒の増殖に適した媒質中にて約３０℃で生体触媒Ｇｅｖｏ１５３０（ｐＳＡ６９、ｐＳＡ５５）をブドウ糖と接触させると、生体触媒がブドウ糖からイソブタノールを生産した。７２ｇ／Ｌのブドウ糖及び１０ｇ／Ｌの酵母抽出物を含むＥＺが豊富な媒質（Ｆ．Ｃ．Ｎｅｉｄｈａｒｄｔ、Ｐ．Ｌ．Ｂｌｏｃｈ及びＤ．Ｆ．Ｓｍｉｔｈ、１９７４、Ｃｕｌｔｕｒｅ  ｍｅｄｉｕｍ  ｆｏｒ  ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｉａ．Ｊ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ、１１９：７３６〜４７）をそれぞれ２００ｍＬ含む２つの４００ｍＬのＤａｓＧｉｐ発酵槽容器に、Ｇｅｖｏ１５３０（ｐＳＡ６９、ｐＳＡ５５）細胞を接種した。容器をコンピュータ制御システムに取り付けて、モニタし、塩基の添加、約３０℃の温度、溶存酸素、及び攪拌を通してｐＨを６．５に制御した。容器を３００ｒｐｍの最小攪拌で攪拌して、攪拌を変化させ、ＯＤ６００が約１．０になるまで１２ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５０％の溶存酸素含有量を維持した。次に容器を０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。これらの状態で約１１時間、容器を運転した。約１１時間で、次に発酵槽容器の内容を、５００ｍｌの目盛り付き無菌プラスチック瓶に注入し、４５００ｒｐｍで２０分遠心分離した。細胞を、合計体積５０ｍｌの変性Ｍ９媒質中に再懸濁させた。７２ｇ／Ｌのブドウ糖及び１０ｇ／Ｌの酵母抽出物を含む１５０ｍｌのＥＺが豊富な媒質を含む４００ｍｌのＤａｓＧｉｐ容器に、細胞を含む５０ｍｌの媒質を接種し、０．１ｍＭのＩＰＴＧで誘発した。細胞濃度は、約６ｇＣＤＷ／Ｌであった。自動的に３００ｒｐｍから１２００ｒｐｍに制御された可変攪拌で、２．５ｓＬ／時の空気散布を使用し、約５％の一定の溶存酸素含有量を維持した。イソブタノール及びエタノールについて、オクタノール気泡トラップ内に捕捉し、次にＧＣで測定することによって、発酵槽容器のオフガスを測定した。実験を通して、ＤａｓＧｉｐオフガス分析器によって二酸化炭素及び酸素のオフガス濃度の連続的測定も実行した。実験を通して発酵槽容器からサンプルを無菌状態で取り出し、ＨＰＬＣによるＯＤ６００、ブドウ糖濃度の測定及びＧＣによるブロス中のイソブタノール濃度の測定に使用した。イソブタノール生産は、約４時間で最高値に到達し、バッチ濃度は約１５ｇ／Ｌ、収量は最高理論値の約８６％であった。０時間の発酵開始発端から約４時間の発酵時間経過まで計算した発酵の体積生産性は、約３．５ｇ／Ｌ／時であった。
【０２３８】
実施例３４：水吸着剤との接触による富化
この実施例は、水を吸着する分子篩を使用したイソブタノール水溶液からのイソブタノール富化を示す。イソブタノールの亜飽和水溶液を調製した。２グラムのこの溶液を、バイアル中で１．５ｇの３Å分子篩粒子と完全に混合した。混合後、バイアルを放置して静置した。３つの相が観察された。すなわち、分子篩粒子を含む固体相、及び上の軽いイソブタノールが豊富な相及び下の重いイソブタノールが薄い相を含む２つの液体相であった。
【図１】
2011514140.tif 000034
【図２】
2011514140.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月21日(2010.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスからＣ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記発酵ブロスの一部分においてＣ３−Ｃ６アルコールの活性を少なくとも前記部分における前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程と、
ｂ．前記発酵ブロスの前記部分からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程と、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を前記水が豊富な相から分離する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約９／９１（ｗ／ｗ）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記活性を増大させる前記工程が、
ａ．親水性溶液の添加、
ｂ．水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相の蒸留、
ｃ．逆浸透、
ｄ．透析、
ｅ．アルコール選択的吸着剤上への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの吸着、
ｆ．アルコール選択的抽出剤への前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、
ｇ．水選択的吸着剤上への水の吸着、及び
ｈ．水選択的抽出剤への水の抽出、
からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約０．２（ｗ／ｗ）より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがブタノールであり、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が約１（ｗ／ｗ）より大きい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールがブタノールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触、及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の相が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記回収工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含み、前記第１の相がＣ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相を含み、前記第２の相がＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、
（ｉ）Ｃ３−Ｃ６アルコール含有蒸気及び水含有底部生成物を形成するために水が豊富な相を蒸留する工程と、
（ｉｉ）前記水含有底部生成物を前記発酵ブロスに戻す工程と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記活性を増大させる前記工程の後に、前記低濃度水溶液の残りの部分を発酵容器内に案内する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記残りの部分が不純物を含み、前記方法が、前記案内工程の前に、前記残りの部分の少なくとも一部から前記不純物の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記発酵ブロスが不純物を含み、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相中の前記不純物の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が、前記水が豊富な相中の前記比率より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、前記蒸留工程の前、又はそれと同時に、  
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程によって、前記発酵ブロスの前記一部分を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含み、前記方法が、水を除去するために、
ａ．水の選択的除去、
ｂ．水の選択的結合、及び
ｃ．水の選択的排除、
からなる群から選択される工程によって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、前記発酵ブロス中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より少なくとも約５倍大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記活性を増大させる前記工程が、水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相を蒸留する工程と、前記蒸気相を凝縮する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記蒸留工程が、大気圧未満で、及び約２０℃と約９５℃の間の温度で実行される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記発酵ブロスの前記一部分が、蒸留容器内に導入する前に約２０℃と約９５℃の間の温度である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記発酵ブロスの前記一部分が、前記蒸留容器内で大気圧未満にされる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記蒸留工程の後に、前記発酵ブロスの前記残りの部分を前記蒸留容器から発酵容器へと案内する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記発酵容器が、大気圧である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する前記比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相、及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の相が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記回収工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含み、前記第１の相がＣ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相を含み、前記第２の相がＣ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記蒸気相が、水及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールの水に対する前記比率が、前記共沸混合物中の前記比率より大きい、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記処理工程が、
ａ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させる工程、
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中のＣ３−Ｃ６アルコールをオレフィンに変換する工程、及び
ｅ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合する工程、
からなる群から選択される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記処理工程が、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を、水に混合しない炭化水素液と混合する工程を含み、前記混合により１つの均一な相を形成する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
微生物及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む発酵ブロスから前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記発酵ブロスの一部分で水の活性を少なくとも前記一部分の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで低下させる工程、
ｂ．前記発酵ブロスの前記一部分から水が豊富な液体相及びＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を形成する工程、及び
ｃ．前記水が豊富な相と前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程、
を含む方法。
【請求項３７】
ａ．Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地内で微生物を培養する工程、
ｂ．前記発酵培地の一部分で前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも前記発酵培地中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程、
ｃ．前記発酵培地の前記一部分からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程、
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を前記水が豊富な相から分離する工程、及び
ｅ．前記水が豊富な相を工程ａの前記発酵培地へと案内する工程、
を含むＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法。
【請求項３８】
前記微生物が、少なくとも毎時約０．５ｇ／Ｌの生産性を有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造する方法であって、
ａ．発酵性加水分解生成物を製造するために多糖類及び少なくとも１つの他の化合物を含む供給原料を加水分解する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地中の前記発酵性加水分解生成物の少なくとも一部を発酵させる工程であって、前記発酵培地が少なくとも１つの非発酵化合物をさらに含む工程、
ｃ．前記発酵培地の一部からの前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を、少なくとも前記発酵培地中における前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの飽和活性まで増大させる工程、
ｄ．前記発酵培地の前記一部からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な相を形成する工程、
ｅ．前記水が豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程、及び
ｆ．前記発酵培地、前記水が豊富な相又はその両方から前記少なくとも１つの非発酵化合物を分離する工程、
を含む方法。
【請求項４０】
ａ．Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために発酵培地内で微生物を培養する工程、
ｂ．前記発酵培地の一部分で前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの活性を増大させる工程、
ｃ．水及びＣ３−Ｃ６アルコールを含む蒸気相及び液体相を製造するために、前記発酵培地の前記一部分を蒸留する工程、及び
ｄ．前記液体相を前記発酵培地へと案内する工程、
を含むＣ３−Ｃ６アルコールを製造する方法。
【請求項４１】
工程ｂにおける前記発酵培地の前記一部分中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約７．５／９２．５（ｗ／ｗ）未満である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記ブタノールが、イソブタノール（２−メチル−１−プロパノール）である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記液体相が不純物を含み、前記方法が、前記案内工程の前に、前記液体相の少なくとも一部から前記不純物の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成するために、前記蒸気相を凝縮する工程と、前記水が豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を分離する工程とをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、前記発酵培地中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率より少なくとも約５倍大きい、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記蒸留工程が、大気圧未満で、及び約２０℃と約９５℃の間の温度で実行される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの前記比率を増加させるために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を冷却する工程をさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む第１の相及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む第２の相を製造するために、蒸留、透析、水の吸着、溶媒抽出による前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの抽出、水に混合しない炭化水素液との接触、及び親水性化合物との接触からなる群から選択されるプロセスによって、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相からＣ３−Ｃ６アルコールを回収する工程をさらに含み、前記第２の相中の水の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールに対する比率が前記第１の相中より低い、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記回収されたＣ３−Ｃ６アルコールが、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記回収工程が、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相、及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む高沸点生成物を製造するために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を蒸留する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記高沸点生成物が、少なくとも約９０重量％のＣ３−Ｃ６アルコールを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記蒸気相が、水及び前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５４】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を処理する工程を前記冷却工程の後にさらに含み
該処理工程が、
ａ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から実質的に純粋なＣ３−Ｃ６アルコールを蒸留する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの共沸混合物を蒸留する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相をＣ３−Ｃ６アルコール選択的吸着剤と接触させる工程、及び
ｄ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相を水に混合しない炭化水素液と混合する工程、
からなる群から選択される、請求項４５に記載の方法。
【請求項５５】
前記微生物が、少なくとも毎時約０．５ｇ／Ｌの生産性を有する、請求項４０に記載の方法。
【請求項５６】
第１の量のＣ３−Ｃ６アルコールを含む低濃度水溶液から前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを回収する方法であって、
ａ．前記低濃度水溶液の一部分を、Ｃ３−Ｃ６アルコール及び水を含む蒸気相に蒸留する工程であって、前記蒸気相が前記第１の量の約１重量％と約４５重量％の間の前記低濃度水溶液の前記一部分からのＣ３−Ｃ６アルコールを含む工程と、
ｂ．前記蒸気相を凝縮する工程と、
を含む方法。
【請求項５７】
前記凝縮蒸気相からＣ３−Ｃ６アルコールが豊富な液体相及び水が豊富な液体相を形成する工程をさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが豊富な相と前記水が豊富な相を分離する工程をさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記Ｃ３−Ｃ６アルコールが、ブタノールを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
前記低濃度水溶液中の前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの水に対する比率が、約９／９１（ｗ／ｗ）未満である、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
前記蒸留工程が断熱的である、請求項５６に記載の方法。
【請求項６２】
前記蒸留工程が等温的である、請求項５６に記載の方法。
【請求項６３】
前記低濃度水溶液から前記凝縮蒸気へのアルコールの富化が、少なくとも約５倍である、請求項５６に記載の方法。
【請求項６４】
Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために前処理ユニットと、複数の発酵ユニットと、ビール蒸留器とを備える改造エタノール製造プラントを運転する方法であって、
ａ．前記前処理ユニット内で発酵性糖類を形成するために供給原料を前処理する工程、
ｂ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを製造するために、第１の発酵ユニット内で前記発酵性糖類を含む発酵培地中の微生物を培養する工程、
ｃ．前記Ｃ３−Ｃ６アルコールの一部分を除去するために、前記Ｃ３−Ｃ６アルコールを含む前記発酵培地の一部分を処理する工程、
ｄ．前記発酵培地の前記処理部分を前記第１の発酵ユニットに戻す工程、及び
ｅ．前記発酵培地を前記第１の発酵ユニットから前記ビール蒸留器に移送する工程、
を含む方法。
【国際調査報告】
2011514140.tif 000036
2011514140.tif 000037
2011514140.tif 000038