(57)【要約】  一酸化炭素および二酸化炭素を生物変換する方法が提供される。より詳細には、本方法は、酢酸生成細菌により、基質を含有する一酸化炭素および二酸化炭素を発酵させるステップを含む。本方法は、高いレベルの一酸化炭素および二酸化炭素の変換、および水素の利用を実現する。
2021532806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｘが、ＣＯ2を含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌ＭｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｘが、バイオリアクターＢｘ中で発酵する間活性であるナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、
１種または複数のナトリウムイオン源によって、バイオリアクターＢｘにナトリウムイオンを供給する前記ステップ、
酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、ガス状基質Ｇｘを、酢酸生成細菌Ｍｘにより発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップであって、発酵ブロスが、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンが、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給され、発酵ブロスが、約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持される、前記ステップ、
１種または複数の有機酸の少なくとも一部を、バイオリアクターＢｉに供給するステップ、
ガス状基質ＧｉをバイオリアクターＢｉに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｉが、ＣＯを含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯを含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌Ｍｉを、バイオリアクターＢｉに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｉが、バイオリアクターＢｉ中で発酵する間活性であるプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、及び
酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロスにおいて、バイオリアクターＢｉ中のガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項２】
ガス状基質Ｇｘが、ガス流Ｇｐの少なくとも一部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１種または複数の有機酸を含む追加の流れが、バイオリアクターＢｉに供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ガス状基質ＧｘがＨ2を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ガス状基質Ｇｘおよびガス状基質Ｇｉが、工業用ガス、発酵装置のガス流およびそれらの混合物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】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、アセトゲニウム・キブイ（Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ  ｋｉｖｕｉ）、アセトアナエロビウム・ノテラエ（Ａｃｅｔｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ  ｎｏｔｅｒａｅ）、アセトバクテリウム・ウッディイ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｗｏｏｄｉｉ）、アルカリバクルム・バッキ（Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ  ｂａｃｃｈｉ）ＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、モーレラ・サーモアセチカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ）、モーレラ・サーモオートトロフィカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ）、ルミノコッカス・プロダクツス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｕｓ）、アセトゲニウム・キブイおよびそれらの組合せ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７】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム・ウッディイである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ナトリウムイオン源が、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重硫酸ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される化合物によって供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
有機酸が、１種または複数のＣ１−Ｃ１０有機酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
有機酸が酢酸である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌、クロストリジウム・アセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）、クロストリジウム・アセトブチリクムＰ２６２（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１００６１、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２３６９３、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２４１３８、ドイツ）、クロストリジウム・カルボキシジボランス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ）Ｐ７（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−７８２７）、クロストリジウム・コスカティイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｏｓｋａｔｉｉ）（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−１０５２２）、クロストリジウム・ドラケイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｄｒａｋｅｉ）、クロストリジウム・リュングダリイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）ＰＥＴＣ（ＡＴＣＣ  ４９５８７）、クロストリジウム・リュングダリイＥＲ１２（ＡＴＣＣ５５３８０）、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）、クロストリジウム・リュングダリイＯ−５２（ＡＴＣＣ５５８８９）、クロストリジウム・マグナム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｍａｇｎｕｍ）、クロストリジウム・パステウリアヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｍ）（ＤＳＭＺのＤＳＭ５２５、ドイツ）、クロストリジウム・ラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｒａｇｓｄａｌｅｉ）Ｐ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−６２２）、クロストリジウム・スカトロゲネス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ）、クロストリジウム・サーモアセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、酢酸生成細菌、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、ブラウティア・プロダクタ（Ｂｌａｕｔｉａ  ｐｒｏｄｕｃｔａ）、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ）、カルダナエロバクター・サブテラネオウス（Ｃａｌｄａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｂｔｅｒｒａｎｅｏｕｓ）、カルダナエロバクター・サブテラネオウス・パシフィカス（Ｃａｌｄａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｂｔｅｒｒａｎｅｏｕｓ  ｐａｃｉｆｉｃｕｓ）、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ  ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｆｏｒｍａｎｓ）、デスルホトマクルム・クズネトソビイ（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｋｕｚｎｅｔｓｏｖｉｉ）、ユーバクテリウム・リモスム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉ���ｍ  ｌｉｍｏｓｕｍ）、ゲオバクター・スルフレデュセンス（Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ）、メタノサルシナ・アセチボランス（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ）、メタノサルシナ・バーケリ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ｂａｒｋｅｒｉ）、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、オキソバクター・フェンニギイ（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ  ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ）、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｕｓ）、ルミノコッカス・プロダクツス、サーモアンアエロバクター・キブイ（Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｋｉｖｕｉ）、クロストリジウム・スティック−ランデイイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  Ｓｔｉｃｋ−ｌａｎｄｉｉ）およびそれらの混合物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１２】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｘが、ＣＯ2およびＨ2を含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌ＭｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｘが、バイオリアクターＢｘ中で発酵する間活性であるナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、
１種または複数のナトリウムイオン源によって、バイオリアクターＢｘにナトリウムイオンを供給するステップ、
酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、ガス状基質Ｇｘを、酢酸生成細菌Ｍｘにより発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップであって、発酵ブロスが、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンが、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給され、発酵ブロスが、約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持される、前記ステップ、
１種または複数の有機酸の少なくとも一部を、バイオリアクターＢｉに供給するステップ、
ガス状基質ＧｉをバイオリアクターＢｉに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｉが、ＣＯを含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯを含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌Ｍｉを、バイオリアクターＢｉに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｉが、バイオリアクターＢｉ中で発酵する間活性であるプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、及び
酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロスにおいて、バイオリアクターＢｉ中のガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項１４】
ガス状基質Ｇｘが、ガス流Ｇｐの少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
１種または複数の有機酸を含む追加の流れが、バイオリアクターＢｉに供給される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ガス状基質Ｇｘおよびガス状基質Ｇｉが、工業用ガス、発酵装置のガス流およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、ルミノコッカス・プロダクツス、アセトゲニウム・キブイおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム・ウッディイである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ナトリウムイオン源が、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重硫酸ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される化合物によって供給される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
有機酸が、１種または複数のＣ１−Ｃ１０有機酸である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
有機酸が酢酸である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム属細菌、クロストリジウム・アセチカム、クロストリジウム・アセトブチリクム、クロストリジウム・アセトブチリクムＰ２６２（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１００６１、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２３６９３、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２４１３８、ドイツ）、クロストリジウム・カルボキシジボランスＰ７（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−７８２７）、クロストリジウム・コスカティイ（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−１０５２２）、クロストリジウム・ドラケイ、クロストリジウム・リュングダリイＰＥＴＣ（ＡＴＣＣ  ４９５８７）、クロストリジウム・リュングダリイＥＲ１２（ＡＴＣＣ５５３８０）、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）、クロストリジウム・リュングダリイＯ−５２（ＡＴＣＣ５５８８９）、クロストリジウム・マグナム、クロストリジウム・パステウリアヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ５２５、ドイツ）、クロストリジウム・ラグスダリ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｒａｇｓｄａｌｉ）Ｐ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−６２２）、クロストリジウム・スカトロゲネス、クロストリジウム・サーモアセチカム、クロストリジウム・ウルツネンセ、酢酸生成細菌、アセトバクテリウム属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、ブラウティア・プロダクタ、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム、カルダナエロバクター・サブテラネオウス、カルダナエロバクター・サブテラネオウス・パシフィカス、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス、デスルホトマクルム・クズネトソビイ、ユーバクテリウム・リモスム、ゲオバクター・スルフレデュセンス、メタノサルシナ・アセチボランス、メタノサルシナ・バーケリ、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、オキソバクター・フェンニギイ、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス、ルミノコッカス・プロダクツス、サーモアンアエロバクター・キブイおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｘが、ＣＯ2を含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌ＭｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｘが、バイオリアクターＢｘ中で発酵する間活性であるナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、
１種または複数のナトリウムイオン源によって、バイオリアクターＢｘにナトリウムイオンを供給するステップ、
酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、ガス状基質Ｇｘを、酢酸生成細菌Ｍｘにより発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップであって、発酵ブロスが、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンが、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給され、発酵ブロスが、約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持される、前記ステップ、
１種または複数の有機酸の少なくとも一部を、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給するステップ、
ガス状基質ＧｉをバイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給するステップであって、ガス状基質Ｇｉが、ＣＯを含み、かつ約５〜約９０モル%のＣＯを含有する、前記ステップ、
酢酸生成細菌Ｍｉを、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給するステップであって、酢酸生成細菌Ｍｉが、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中で発酵する間活性であるプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む、前記ステップ、及び
酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロス中、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中のガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項２５】
バイオリアクターシステムＢｉ−ｓが、２つ以上のバイオリアクターＢｉ−ｎを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ガス状基質Ｇｉが、２つ以上のバイオリアクターＢｉ−ｎに供給されて、時間あたりの発泡体に対して約１０％以下となる培養物量を生成するのに有効なガス空塔速度を実現する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
ガス状基質Ｇｘが、ガス流Ｇｐの少なくとも一部を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ガス状基質ＧｘがＨ2を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
ガス状基質Ｇｘおよびガス状基質Ｇｉが、工業用ガス、発酵装置のガス流およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、ルミノコッカス・プロダクツス、アセトゲニウム・キブイおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
酢酸生成細菌Ｍｘが、アセトバクテリウム・ウッディイである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ナトリウムイオン源が、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重硫酸ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される化合物によって供給される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
有機酸が、１種または複数のＣ１−Ｃ１０有機酸である、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
有機酸が酢酸である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム属細菌、クロストリジウム・アセチカム、クロストリジウム・アセトブチリクム、クロストリジウム・アセトブチリクムＰ２６２（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１００６１、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２３６９３、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２４１３８、ドイツ）、クロストリジウム・カルボキシジボランスＰ７（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−７８２７）、クロストリジウム・コスカティイ（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−１０５２２）、クロストリジウム・ドラケイ、クロストリジウム・リュングダリイＰＥＴＣ（ＡＴＣＣ  ４９５８７）、クロストリジウム・リュングダリイＥＲ１２（ＡＴＣＣ５５３８０）、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）、クロストリジウム・リュングダリイＯ−５２（ＡＴＣＣ５５８８９）、クロストリジウム・マグナム、クロストリジウム・パステウリアヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ５２５、ドイツ）、クロストリジウム・ラグスダリＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−６２２）、クロストリジウム・スカトロゲネス、クロストリジウム・サーモアセチカム、クロストリジウム・ウルツネンセ、酢酸生成細菌、アセトバクテリウム属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、ブラウティア・プロダクタ、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム、カルダナエロバクター・サブテラネオウス、カルダナエロバクター・サブテラネオウス・パシフィカス、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス、デスルホトマクルム・クズネトソビイ、ユーバクテリウム・リモスム、ゲオバクター・スルフレデュセンス、メタノサルシナ・アセチボランス、メタノサルシナ・バーケリ、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、オキソバクター・フェンニギイ、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス、ルミノコッカス・プロダクツス、サーモアンアエロバクター・キブイおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
酢酸生成細菌Ｍｉが、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）である、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、それらのすべての全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１８年８月８日出願の米国仮特許出願第６２／７１６，０８３号、２０１８年８月８日出願の同第６２／７１６，０７１号、２０１８年８月８日出願の同第６２／７１６，０５３号、２０１８年１０月５日出願の同第６２／７４１，８７１号、および２０１８年１０月５日出願の同第６２／７４１，７９７号の利益を主張する。
一酸化炭素および二酸化炭素を生物変換する方法を提供する。より詳細には、本方法は、一酸化炭素および二酸化炭素を含有するガス流を酢酸生成細菌（ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ  ｂａｃｔｅｒｉａ）に供給するステップを含む。本方法は、高いレベルの一酸化炭素および二酸化炭素の変換、ならびに水素の利用を実現する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素および一酸化炭素の生成は、自然プロセス、ならびに石炭、石油および天然ガスなどの化石燃料の燃焼を含む工業的プロセスから起こる。一部には工業的プロセスにより、大気の二酸化炭素および一酸化炭素の濃度が、向上し続けている。二酸化炭素および一酸化炭素の濃度のこのような向上は、気候変化および地球規模の温暖化をもたらす、大気の変化の一因になり得る。二酸化炭素は、その高い酸化状態のために、生物的プロセスに利用することは困難である。
二酸化炭素および一酸化炭素に加えて、多くの工業的プロセスが、水素の生成をやはりもたらす。水素は、高いレベルの還元電位を有する。しかし、水素は、その高い可燃性の性質のため、貯蔵および利用が困難である。
多量の二酸化炭素および一酸化炭素が生成されていることを鑑みて、一酸化炭素と二酸化炭素の両方を利用することができる、細菌発酵システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
方法は、ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップを含み、ガス状基質Ｇｘは、ＣＯ2を含み、約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する。酢酸生成細菌菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘに供給される。酢酸生成細菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘ中での発酵の間、活性なナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、ナトリウムイオンを１種または複数のナトリウムイオン源により、バイオリアクターＢｘに供給するステップ、ならびに酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、酢酸生成細菌Ｍｘによりガス状基質Ｇｘを発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップを含む。発酵ブロスは、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンは、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給される。本方法は、発酵ブロスを約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持するステップを含む。１種または複数の有機酸の少なくとも一部は、バイオリアクターＢｉに供給される。本方法は、ガス状基質ＧｉをバイオリアクターＢｉに供給するステップをさらに含み、ガス状基質Ｇｉは、ＣＯを含み、約５〜約９０モル%のＣＯを含有する。酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターＢｉに供給される。酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターＢｉ中での発酵の間、活性なプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロス中、バイオリアクターＢｉ中で、ガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップをさらに含む。
方法は、ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップを含み、ガス状基質Ｇｘは、ＣＯ2およびＨ2を含み、約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する。酢酸生成細菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘに供給される。酢酸生成細菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘ中での発酵の間、活性なナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、ナトリウムイオンを１種または複数のナトリウムイオン源により、バイオリアクターＢｘに供給するステップ、ならびに酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、酢酸生成細菌Ｍｘによりガス状基質Ｇｘを発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップを含む。発酵ブロスは、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンは、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給される。本方法は、発酵ブロスを約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持するステップを含む。１種または複数の有機酸の少なくとも一部は、バイオリアクターＢｉに供給される。本方法は、ガス状基質ＧｉをバイオリアクターＢｉに供給するステップをさらに含み、ガス状基質Ｇｉは、ＣＯを含み、約５〜約９０モル%のＣＯを含有する。酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターＢｉに供給される。酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターＢｉ中での発酵の間、活性なプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロス中、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中で、ガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップをさらに含む。
方法は、ガス状基質ＧｘをバイオリアクターＢｘに供給するステップを含み、ガス状基質Ｇｘは、ＣＯ2を含み、約５〜約９０モル%のＣＯ2を含有する。酢酸生成細菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘに供給され、酢酸生成細菌Ｍｘは、バイオリアクターＢｘ中での発酵の間、活性なナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、ナトリウムイオンを１種または複数のナトリウムイオン源により、バイオリアクターＢｘに供給するステップ、ならびに酢酸生成細菌Ｍｘおよび１種または複数のナトリウムイオン源を含む発酵ブロス中で、酢酸生成細菌Ｍｘによりガス状基質Ｇｘを発酵させて、１種または複数の有機酸を生成するステップを含む。発酵ブロスは、１リットルあたり約０．０１グラム未満の酵母エキス、１リットルあたり約０．０１グラム未満の炭水化物を含み、ナトリウムイオンは、約２９０〜約８７５０μｇ／細胞グラム／分となるナトリウム供給速度で供給される。本方法は、発酵ブロスを約４〜約６．９の範囲のｐＨに維持するステップを含む。１種または複数の有機酸の少なくとも一部は、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給される。本方法は、ガス状基質ＧｉをバイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給するステップをさらに含み、ガス状基質Ｇｉは、ＣＯを含み、約５〜約９０モル%のＣＯを含有する。酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓに供給され、酢酸生成細菌Ｍｉは、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中での発酵の間、活性なプロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む。本方法は、酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵ブロス中、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中で、ガス状基質Ｇｉを酢酸生成細菌Ｍｉにより発酵させて、１種または複数のアルコールを含む液流およびＣＯ2を含むガス流Ｇｐを生成するステップをさらに含む。
【０００４】
本開示の上で列挙された特徴が、詳細に理解され得るよう、実施形態への参照は、上で簡単に要約した本開示の一層具体的な記載を有することができ、これらの一部は、添付の図面に例示されている。しかし、添付の図面は、この開示の典型的な実施形態を例示しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではなく、本開示の場合、他の等しく有効な実施形態を認めることができることに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】２つのバイオリアクターを使用する発酵プロセスから、１種または複数の酸化炭化水素系化合物を生成するためのシステムの概略図である。
【図２】水リサイクルシステムの概略図である。
【図３】複数のバイオリアクターを使用する発酵プロセスから、１種または複数の酸化炭化水素系化合物を生成するためのシステムの概略図である。
【図４】バイオリアクター中で、アセトバクテリウム・ウッディイ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｗｏｏｄｉｉ）による、ＣＯ2の変換率およびＨ2の変換率のグラフである。
【図５】アセトバクテリウム・ウッディイによる、酢酸生成を例示するグラフである。
【図６】酢酸比生産性を示すグラフである。
【図７】アセトバクテリウム・ウッディイによる、ＣＯ、ＣＯ2およびＨ2の利用を示すグラフである。
【図８】成長培地中、キレート剤を使用しない、ｐＨ５．２における、ＣＯ2変換率、Ｈ2変換率、およびアセトバクテリウム・ウッディイの細胞密度を例示するグラフである。
【図９】成長培地中、キレート（錯化）剤として、エチレンジアミン二酢酸（ＥＤＤＡ）を使用する、アセトバクテリウム・ウッディイの成長を説明するグラフである。
【図１０】アセトバクテリウム・ウッディイによる、酢酸生成に及ぼすモリブデンの影響を例示するグラフである。
【図１１】必要なガス流速およびアセトバクテリウム・ウッディイの細胞密度に及ぼすモリブデンの影響を例示するグラフである。
【図１２】様々な濃度の酢酸による、クロストリジウム・リュングダリイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）によるガス比取込みを例示するグラフである。
【図１３】クロストリジウム・リュングダリイおよびアセトバクテリウム・ウッディイによる、２段階バイオリアクターシステムにおけるＣＯおよびＣＯ2の利用量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の記載は、限定的な意味でとらえられるべきではなく、単に、例示的な実施形態の一般原理を記載する目的でなされているに過ぎない。本開示の範囲は、特許請求の範囲を参照して、決定されるべきである。
【０００７】
定義
特に定義されていない限り、本開示に関して、本明細書全体を通して使用されている以下の用語は、以下の通り定義されており、以下に定義されている定義の単数形または複数形のどちらかを含むことができる。
任意の量を修飾する用語「約」は、実際の条件、例えば、実験室、パイロットプラントまたは生産設備において遭遇する量の変動を指す。例えば、混合物もしくは量に使用される成分または測定値の量は、「約」によって修飾される場合、製造プラントまたは実験室における実験条件において測定される際に通常、払われる注意の変動および程度を含む。例えば、生成物の構成成分の量は、「約」によって修飾されている場合、プラントまたは実験室における複数の実験における回分間の変動、および分析法に特有の変動を含む。「約」によって修飾されるか否かに関わらず、上記の量は、そのような量に等価であることを含む。本明細書において明記されており、かつ「約」によって修飾されている量はいずれも、「約」によって修飾されていない量として、本開示にやはり使用され得る。
用語「発酵装置」は、１つもしくは複数の容器および／または塔、あるいは配管からなる発酵装置／バイオリアクターを含み、これは、回分反応器、半回分反応器、連続反応器、連続撹拌槽式反応器（ＣＳＴＲ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｓｔｉｒｒｅｄ  ｔａｎｋ  ｒｅａｃｔｏｒ）、気泡塔反応器、外部循環ループ式反応器、内部循環ループ式反応器、固定化細胞反応器（ＩＣＲ：ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  ｃｅｌｌ  ｒｅａｃｔｏｒ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ：ｔｒｉｃｋｌｅ  ｂｅｄ  ｒｅａｃｔｏｒ）、流動床式バイオフィルム反応器（ＭＢＢＲ：ｍｏｖｉｎｇ  ｂｅｄ  ｂｉｏｆｉｌｍ  ｒｅａｃｔｏｒ）、ガスリフト式反応器、中空繊維膜バイオリアクター（ＨＦＭＢＲ：ｈｏｌｌｏｗ  ｆｉｂｒｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）などの膜反応器、静的ミキサー、ガスリフト式発酵装置、または気−液接触に好適な他の容器もしくは他の装置を含む。
用語「発酵」、「発酵プロセス」または「発酵反応」などは、方法の成長期および生成物の生合成期の両方を包含することが意図されている。一態様では、発酵は、ＣＯ2の酢酸への変換を指す。別の態様では、発酵は、ＣＯのアルコールへの変換を指す。
用語「細胞密度」は、発酵ブロスの単位体積あたりの微生物細胞の質量、例えば、グラム／リットルを意味する。
用語「ＣＯ2比取込み」は、１分間に単位時間あたりの微生物細胞の単位質量（ｇ）によって消費された、ＣＯ2のミリモル数での量、すなわち、ミリモル／グラム／分を意味する。用語「ＣＯ比取込み」は、１分間に単位時間あたりの微生物細胞の単位質量（ｇ）によって消費された、ＣＯのミリモル数での量、すなわち、ミリモル／グラム／分を意味する。
本明細書で使用する場合、生産性は、ＳＴＹとして表される。この態様では、アルコールの生産性は、ｇエタノール／（Ｌ日間）またはｇ酢酸／（Ｌ日間）として表される、ＳＴＹ（空間時間収率）として表されてもよい。
本明細書で使用する場合、「酸化炭化水素系化合物」とは、例えば、エタノールおよびブタノールなどの、炭素、水素および酸素含有化合物を含んでもよい。
【０００８】
ＣＯ／ＣＯ２変換システム
本開示の実施形態は、嫌気性細菌の発酵プロセス後の微生物細胞バイオマスに由来する、アルコール生成物および細菌タンパク質を生成ならびに取得するための方法、システムおよび組成物を提供する。一実施形態では、炭素捕捉効率の向上、二酸化炭素のフットプリントの低減、およびアルコール生成の生産性の向上のシステムおよび方法が提供される。
図１に示される通り、本システムは、バイオリアクターＢｉ  １２０が、酢酸生成細菌Ｍｉによりガス状基質Ｇｉ  １８６を発酵させるようになされていることを含んでもよい。ガス状基質Ｇｉ  １８６は、一酸化炭素（ＣＯ）および水素ガス（Ｈ2）を含んでもよい。
一態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０中のガス状基質Ｇｉ  １８６の発酵により、ガス流Ｇｐ  １８４がもたらされる。ガス流Ｇｐ  １８４は、二酸化炭素（ＣＯ2）を含み、一酸化炭素（ＣＯ）、水素ガス（Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、窒素（Ｎ2）およびそれらの組合せからなる群から選択される、１種または複数のガスを含んでもよい。この態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０からのガス流Ｇｐは、約０．５モル%〜約５０モル%のＣＯ、別の態様では、約０．５モル%〜約４０モル%、別の態様では、約０．５モル%〜約３０モル%、別の態様では、約０．５モル%〜約２０モル%、および別の態様では、約０．５モル%〜約１０モル%のＣＯを含んでもよい。さらに、別の態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０に由来するガス流Ｇｐは、約５モル%〜１００モル%のＣＯ２、さらに別の態様では、約５モル%〜９０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜８０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜７０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜６０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜５０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜４０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜３０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜２０モル%のＣＯ2、および別の態様では、５モル%〜１０モル%のＣＯ2を含んでもよい。
図１に示される通り、本システムは、酢酸生成細菌Ｍｘによりガス状基質を発酵させるようになされているバイオリアクターＢｘ  １１０を含んでもよい。ガス状基質Ｇｘは、ガスライン１８７において、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給される。この態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０からのガス流Ｇｐ  １８４は、バイオリアクターＢｘ  １１０に直接、供給され得る。別の態様では、本システムは、ガス流Ｇｐ  １８４とブレンドされて、バイオリアクターＢｘ  １１０に運搬されるガス流Ｇｘ  １８７を供給する、追加のガス状基質を供給するためのガス補給用ライン１１２を含んでもよい。バイオリアクターＢｘ  １１０からの排ガスは、ベントライン２０７から放出され得る。どちらのバイオリアクターも、栄養素の供給槽１９６から栄養素が供給される。栄養素の供給槽１９６は、各バイオリアクターに同一または異なる栄養素を供給するための複数のサブユニットを含んでもよい。
さらに、本システムはまた、バイオリアクターＢｘ  １１０をバイオリアクターＢｉ  １２０に接続して、バイオリアクター１１０  ＢｘからバイオリアクターＢｉ  １２０に、１種または複数の酸化合物を送り込む流体ライン１８２を含んでもよい。バイオリアクターＢｘ  １１０から生成された１種または複数の酸化合物は、Ｃ１−Ｃ１０有機酸を含む。Ｃ１−Ｃ１０有機酸の例には、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸（吉草酸）ヘキサン酸、ヘプタン酸、デカン酸およびそれらの組合せが含まれる。一態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０に送り込まれるバイオリアクターＢｘ  １１０からの酸化合物は、バイオリアクターＢｉ  １２０中のアルコール生成を増加させるのに有効である。有機酸が酢酸である態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０において、約５ｇ／Ｌ以下の酢酸濃度を維持するために、ガス状基質Ｇｉ  １８６がバイオリアクターＢｉ  １２０に供給される。ガス状基質Ｇｉが、酢酸の濃度を低下させるために供給される場合、酪酸の濃度も低下する。したがって、バイオリアクターＢｉにおいて、酢酸は、適量の有機酸を維持するための指標として使用される。別の態様では、有機酸の供給速度が、バイオリアクターＢｉ  １２０において、約５ｇ／Ｌ以下の酢酸濃度を維持するために使用される。
図１にさらに例示されている通り、細胞透過物ライン１９２は、透過物から生成物１９０を分離するための蒸留塔１８８に透過物を送り込むよう構成されている。生成物は、エタノール、ブタノールおよびそれらの組合せを含む、アルコール含有生成物を含んでもよい。水（蒸留底部）は、水戻りライン２０２からバイオリアクターＢＸ  １１０に、および／または水戻りライン２０３からバイオリアクターＢｉ  １２０に戻されてもよい。
【０００９】
図２は、水のリサイクルシステムの一層詳細な態様を例示している。この態様では、バイオリアクターＢｘ  １１０において生成された有機酸は、マイクロろ過３１４を介して運ばれ、流体ライン１８２からバイオリアクターＢｉ  １２０にさらに供給される。細胞の少なくとも一部は、細胞リサイクルライン３１８によって、マイクロろ過３１４からバイオリアクターＢｘ  １１０に戻されてもよい。バイオリアクターＢｉ  １２０からのブロスは、ライン１９４を介して、マイクロろ過３０１に運ばれる。細胞の少なくとも一部は、細胞リサイクルライン３１７によって、マイクロろ過３０１からバイオリアクターＢｉ  １２０に戻されてもよい。一部の任意選択の態様では、ライン１９４からの液体は、限外ろ過３０７に向かうことができ、細胞の少なくとも一部は、限外ろ過３０７からバイオリアクターＢｉ  １２０に戻されてもよい。限外ろ過３０７からの液体は、蒸留供給槽３１１に送られ、次に、蒸留塔１８８に送られる。水（蒸留底部）は、水戻りライン２０２からバイオリアクターＢＸ  １１０に、および／または水戻りライン２０３からバイオリアクターＢｉ  １２０に戻されてもよい。
【００１０】
別の態様では、図３に示される通り、方法は、バイオリアクターＢｘ  １１０が、酢酸生成細菌Ｍｘによりガス状基質Ｇｘ  １８７を発酵させるようになされていることを含んでもよい。ガス状基質Ｇｘ  １８７は、ＣＯ2に加えて、一酸化炭素（ＣＯ）および水素ガス（Ｈ2）を含んでもよい。図３に示されている通り、ガス状基質Ｇｘは、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓからバイオリアクターＢｘに供給され得、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓは、２つ以上のバイオリアクターＢｉ−ｎを含む。図３に示される通り、Ｂｉ−ｎは、２つのバイオリアクターＢｉ  １２０を含む。
【００１１】
ガス状基質Ｇｘ  １８７は、１つまたは複数のガスラインにおいて、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給される。この態様では、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓの２つ以上のバイオリアクターＢｉ  １２０からのガス流Ｇｐ  １８４は、バイオリアクターＢｘ  １１０に直接、供給され得る。別の態様では、本システムは、ガス流Ｇｐ  １８４とブレンドされて、バイオリアクターＢｘ  １１０に運搬されるガス流Ｇｘ  １８７を供給する、追加のガス状基質を供給するためのガス補給用ライン１１２を含んでもよい。バイオリアクターＢｘ  １１０からの排ガスは、ベントライン２０７から放出され得る。バイオリアクターにはそれぞれ、１つまたは複数の供給槽１９６からの栄養素に由来する栄養素が供給されてもよい。栄養素の供給槽１９６は、各バイオリアクターに同一または異なる栄養素を供給するための複数のサブユニットを含んでもよい。
【００１２】
バイオリアクターシステムＢｉ−ｓは、２つ以上のバイオリアクターＢｉ  １２０が、酢酸生成細菌Ｍｉによりガス状基質Ｇｉ  １８６を発酵させるようになされていることを含んでもよい。ガス状基質Ｇｉ  １８６は、一酸化炭素（ＣＯ）および水素ガス（Ｈ2）を含んでもよい。バイオリアクターシステムＢｉ−ｓのバイオリアクターＢｉ  １２０中のガス状基質Ｇｉ  １８６の発酵により、１種または複数のガス流Ｇｐ  １８４がもたらされる。ガス流Ｇｐ  １８４は、二酸化炭素（ＣＯ2）を含み、一酸化炭素（ＣＯ）、水素ガス（Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、窒素（Ｎ2）およびそのそれらの組合せからなる群から選択される、１種または複数のガスを含んでもよい。この態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０からのガス流Ｇｐは、約０．５モル%〜約５０モル%のＣＯ、別の態様では、約０．５モル%〜約４０モル%、別の態様では、約０．５モル%〜約３０モル%、別の態様では、約０．５モル%〜約２０モル%、および別の態様では、約０．５モル%〜約１０モル%のＣＯを含んでもよい。さらに、別の態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０からのガス流Ｇｐは、約５モル%〜１００モル%のＣＯ2、さらに別の態様では、約５モル%〜９０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜８０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜７０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜６０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜５０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜４０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜３０モル%のＣＯ2、別の態様では、５モル%〜２０モル%のＣＯ2、および別の態様では、５モル%〜１０モル%のＣＯ2を含んでもよい。一態様では、ガス状基質Ｇｉ  １８６は２つ以上のバイオリアクターＢｉ  １２０（まとめて、Ｂｉ−ｎと称される）に供給されて、時間あたりの発泡体に対して約１０％以下となる培養物量を生成するのに有効なガス空塔速度を実現する。
【００１３】
さらに、本システムはまた、バイオリアクターＢｘ  １１０をバイオリアクターシステムＢｉ−ｓに接続して、バイオリアクターＢｘ  １１０からバイオリアクターシステムＢｉ−ｓに、１種または複数の酸化合物を送り込む、２つ以上の流体ライン１８２を含んでもよい。この態様では、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓは、２つ以上のバイオリアクターＢｉ  １２０（２つのバイオリアクターＢｉ  １２０が示されている）を含んでもよい。バイオリアクターＢｘ  １１０から生成された１種または複数の酸化合物は、Ｃ１−Ｃ１０有機酸を含む。Ｃ１−Ｃ１０有機酸の例には、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸（吉草酸）ヘキサン酸、ヘプタン酸、デカン酸およびそれらの組合せが含まれる。一態様では、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓに送り込まれるバイオリアクターＢｘ  １１０からの酸化合物は、バイオリアクターシステムＢｉ−ｓ中のアルコール生成を増加させるのに有効である。
【００１４】
図３にさらに例示されている通り、細胞透過物ライン１９２は、生成物１９０を分離するための蒸留塔１８８に透過物を送り込むよう構成されている。生成物は、エタノール、ブタノールおよびそれらの組合せを含む、アルコール含有生成物を含み得る。水（蒸留底部）は、水戻りライン２０２からバイオリアクターＢｘ  １１０に、および／または水戻りライン２０３からバイオリアクターＢｉ  １２０に戻されてもよい。
【００１５】
ＣＯを変換するためのバイオリアクターＢｉ
ＣＯ含有基質：ＣＯ含有基質（ガス状基質Ｇｉ  １８６と記載される）は、ＣＯを含むあらゆるガスを含んでもよい。この態様では、ＣＯ含有ガスは、合成ガス、工業用ガスおよびそれらの混合物を含んでもよい。関連態様では、バイオリアクターＢｉ  １２０に供給されるガス状基質は、ＣＯに加えて、窒素ガス（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、メタンガス（ＣＨ4）、合成ガスおよびそれらの組合せを含んでもよい。
合成ガスは、任意の公知の供給源から供給されてもよい。一態様では、合成ガスは、炭素系物質のガス化を供給源とすることができる。ガス化は、酸素の供給が制限されたバイオマスの部分燃焼を含む。得られたガスは、ＣＯおよびＨ2を含むことがある。この態様では、合成ガスは、少なくとも約１０モル%のＣＯ、一態様では、少なくとも約２０モル%、一態様では、約１０〜約１００モル%、別の態様では、約２０〜約１００モル%のＣＯ、別の態様では、約３０〜約９０モル%のＣＯ、別の態様では、約４０〜約８０モル%のＣＯ、および別の態様では、約５０〜約７０モル%のＣＯを含有するであろう。好適なガス化法および装置のいくつかの例は、そのすべてが２０１１年４月６日に出願された米国整理番号第６１／５１６，６６７号、同第６１／５１６，７０４号および同第６１／５１６，６４６号、ならびにそれらのすべてが２０１２年３月２２日に出願され、それらのすべてが、参照により本明細書に組み込まれている、米国整理番号１３／４２７，１４４号、同第１３／４２７，１９３号および同第１３／４２７，２４７号に提示されている。
別の態様では、本方法は、ＣＯを高い体積で含有する工業用ガスなどの、ガス状基質からのアルコールの生成を補助する適用性を有する。一部の態様では、ＣＯを含むガスは、炭素含有廃棄物、例えば、産業廃棄ガスから、または他の廃棄物のガス化に由来する。したがって、本方法は、そうでなければ、環境に排出されると思われる炭素を捕捉するための効果的な方法となる。工業用ガスの例には、鉄鋼製品の製造、非鉄製品の製造、石油精製プロセス、石炭のガス化、バイオマスのガス化、発電、カーボンブラック生産、アンモニア生産、メタノール生産、コークス製造およびガスの改質の間に生成するガスを含む。
別の態様では、Ｈ2は、産業廃棄ガスから、または他の廃棄物のガス化から供給されてもよい。したがって、本方法は、そうでなければ、環境に排出されると思われる水素を捕捉するための効果的な方法となる。工業用ガスの例には、鉄鋼製品の製造、非鉄製品の製造、石油精製プロセス、石炭のガス化、バイオマスのガス化、発電、カーボンブラック生産、アンモニア生産、メタノール生産、およびコークス製造の間に生成するガスを含む。水素の他の供給源は、例えば、Ｈ2Ｏの電気分解および生物生成Ｈ2を含んでもよい。
ＣＯ含有基質は、ＣＯ含有基質の組成に応じて、発酵プロセスに直接、供給されてもよく、または適切なＨ2対ＣＯモル比を含むようさらに改変されてもよい。一態様では、発酵装置に供給されるＣＯ含有基質は、約０．２以上、別の態様では、約０．２５以上、別の態様では、約０．５以上のモル比のＣＯに対するＨ2を有する。別の態様では、発酵装置に供給されるＣＯ含有基質は、約４０モルパーセント以上のＣＯとＨ2、および約３０モルパーセント以下のＣＯ、別の態様では、約５０モルパーセント以上のＣＯとＨ2、および約３５モルパーセント以下のＣＯ、ならびに別の態様では、約８０モルパーセント以上のＣＯとＨ2、および約２０モルパーセント以下のＣＯを含んでもよい。
一態様では、ＣＯ含有基質は、ＣＯおよびＨ2を含む。この態様では、ＣＯ含有基質は、少なくとも約１０モル%のＣＯ、一態様では、少なくとも約２０モル%、一態様では、約１０〜約１００モル%、別の態様では、約２０〜約１００モル%のＣＯ、別の態様では、約３０〜約９０モル%のＣＯ、別の態様では、約４０〜約８０モル%のＣＯ、および別の態様では、約５０〜約７０モル%のＣＯを含有するであろう。
一態様では、ガス分離器は、ガス流の少なくとも１つの一部を実質的に分離するよう構成されており、該一部は、１種または複数の構成成分を含む。例えば、ガス分離器は、以下の構成成分：ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2を含むガス流からＣＯ2を分離することができ、ＣＯ2は、ＣＯ2貯蔵部に通されてもよく、ガス流（ＣＯおよびＨ2を含む）の残りは、バイオリアクターに通されてもよい。当分野で公知のいかなるガス分離器も利用されてもよい。この態様では、発酵装置に供給される合成ガスは、約１０モル%以下のＣＯ2、別の態様では、約１モル%以下のＣＯ2、別の態様では、約０．１モル%以下のＣＯ2を有するであろう。
ある特定のガス流は、高濃度のＣＯおよび低濃度のＨ2を含むことがある。一態様では、一層効率の高いアルコール生成、および／または全炭素捕捉率を実現するため、基質流の組成を最適化することが望ましいことがある。別の態様では、基質流中のＨ2の濃度を向上させた後に、この基質流がバイオリアクターに通される。
本開示の特定の態様によれば、２種以上の供給源に由来する流れが一緒にされて、かつ／またはブレンドされて、所望のかつ／または最適化された基質流を生成することができる。例えば、鉄鋼所のコンバータからの排気ガスなどの高濃度のＣＯを含む流れが、鉄鋼所のコークス炉からの排ガスなどの高濃度のＨ2を含む流れと一緒にされ得る。
ガス状ＣＯ含有基質は、その組成に応じて、発酵に導入する前に、ダスト粒子などのいかなる望ましくない不純物も除去するために、これを処理することがやはり望ましいことがある。例えば、ガス状基質は、公知の方法を使用してろ過されてもよく、またはスクラブ処理されてもよい。
【００１６】
バイオリアクターの設計および操作：発酵装置設計の説明は、それらのすべてが参照により本明細書に組み込まれている、どちらも２０１２年５月１５日に出願された、米国整理番号第１３／４７１，８２７号および同第１３／４７１，８５８号、および２０１２年５月１６日に出願された、米国整理番号第１３／４７３，１６７号に記載されている。
一態様によれば、発酵プロセスは、反応容器への培地の添加によって開始される。培地の組成の一部の例は、それらのすべてが参照により本明細書に組み込まれている、２０１２年５月２２日に出願された、米国整理番号第６１／６５０，０９８号および同第６１／６５０，０９３号、ならびに２００１年７月２３日に出願された米国特許第７，２８５，４０２号に記載されている。培地は、望ましくない微生物を除去するために殺菌されてもよく、反応器には、所望の微生物を接種させる。殺菌は、必ずしも必要ではないことがある。
【００１７】
酢酸生成細菌Ｍｉによる、バイオリアクターＢｉ  １２０で使用するための様々な培地の構成成分の濃度は、以下の通りである：
【表１】
2021532806.tif 000003
【００１８】
ある特定のアセトゲンがＣＯを利用する能力は一部、プロトン輸送性ＡＴＰアーゼとも称される、プロトンポンプまたは水素ポンプの存在による。プロトン輸送性ＡＴＰアーゼとナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼの両方が、参照により本明細書に組み込まれている、Muller, “Energy Conservation in Acetogenic Bacteria,” Appl. Environ. Microbiol. November 2003, vol. 69, no. 11, pp. 6345-6353に記載されている。プロトン輸送性ＡＴＰアーゼという用語は、プロトン依存性ＡＴＰアーゼという用語と互換的に使用されてもよく、ナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼという用語は、ナトリウム依存性ＡＴＰアーゼという用語と互換的に使用されてもよい。したがって、一態様では、本方法は、プロトン輸送性ＡＴＰアーゼを含む酢酸生成細菌Ｍｉを含む発酵バイオリアクター中で、発酵を行うステップを含む。有用な酢酸生成細菌Ｍｉの例には、ＷＯ２０００／６８４０７、ＥＰ１１７３０９、米国特許第５，１７３，４２９号、同第５，５９３，８８６号および同第６，３６８，８１９号、ＷＯ１９９８／００５５８およびＷＯ２００２／０８４３８に記載されているものを含めたクロストリジウム・リュングダリイの株、ＷＯ２００７／１１７１５７およびＷＯ２００９／１５１３４２に記載されているものを含めたクロストリジウム・アウトエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）（ＤＳＭＺのＤＳＭ１００６１およびＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、ならびにそれぞれ、米国特許第７，７０４，７２３号およびOklahoma EPSCoR Annual State Conferenceで２０１０年４月２９日に発表されたHasan Atiyeh, "Biofuels and bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas”に記載されているものを含めたクロストリジウム・ラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｒａｇｓｄａｌｅｉ）（Ｐ１１、ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−６２２）およびアルカリバクルム・バッキ（Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ  ｂａｃｃｈｉ）（ＣＰ１１、ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、ならびに米国特許出願第２００７／０２７６４４７号に記載されているクロストリジウム・カルボキシジボランス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ）（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−７８２７）の株などの、クロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）のものを含む。他の好適な微生物には、モーレラ属種（Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｓｐ．）ＨＵＣ２２−１を含めたモーレラ属（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）および一酸化炭素資化性好熱菌（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ）の属のものが含まれる。これらの参考文献はいずれも、参照により本明細書に組み込まれている。２種以上の微生物の混合培養物が使用されてもよい。
【００１９】
有用な酢酸生成細菌Ｍｉの追加例としては、アセトゲニウム・キブイ（Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ  ｋｉｖｕｉ）、アセトアナエロビウム・ノテラエ（Ａｃｅｔｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ  ｎｏｔｅｒａｅ）、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、ブラウティア・プロダクタ（Ｂｌａｕｔｉａ  ｐｒｏｄｕｃｔａ）、ブチリバクテリウム・メチロトロフィカム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ）、カルダナエロバクター・サブテラネオウス（Ｃａｌｄａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｂｔｅｒｒａｎｅｏｕｓ）、カルダナエロバクター・サブテラネオウス・パシフィカス（Ｃａｌｄａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｂｔｅｒｒａｎｅｏｕｓ  ｐａｃｉｆｉｃｕｓ）、カルボキシドテルムス・ヒドロゲノホルマンス（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ  ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｆｏｒｍａｎｓ）、クロストリジウム・アセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）、クロストリジウム・アセトブチリクム）Ｐ２６２（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１９６３０、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ１００６１、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２３６９３、ドイツ）、クロストリジウム・アウトエタノゲヌム（ＤＳＭＺのＤＳＭ２４１３８、ドイツ）、クロストリジウム・カルボキシジボランスＰ７（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−７８２７）、クロストリジウム・コスカティイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｏｓｋａｔｉｉ）（ＡＴＣＣ  ＰＴＡ−１０５２２）、クロストリジウム・ドラケイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｄｒａｋｅｉ）、クロストリジウム・リュングダリイＰＥＴＣ（ＡＴＣＣ  ４９５８７）、クロストリジウム・リュングダリイＥＲＩ２（ＡＴＣＣ５５３８０）、クロストリジウム・リュングダリイＣ−０１（ＡＴＣＣ５５９８８）、クロストリジウム・リュングダリイＯ−５２（ＡＴＣＣ５５８８９）、クロストリジウム・マグナム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｍａｇｎｕｍ）、クロストリジウム・パステウリアヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｍ）（ＤＳＭＺのＤＳＭ５２５、ドイツ）、クロストリジウム・ラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｒａｇｓｄａｌｅｉ）Ｐ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−６２２）、クロストリジウム・スカトロゲネス（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ）、クロストリジウム・サーモアセチカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ）、クロストリジウム・ウルツネンセ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｕｌｔｕｎｅｎｓｅ）、デスルホトマクルム・クズネトソビイ（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｋｕｚｎｅｔｓｏｖｉｉ）、ユーバクテリウム・リモスム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌｉｍｏｓｕｍ）、ゲオバクター・スルフレデュセンス（Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ）、メタノサルシナ・アセチボランス（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ）、メタノサルシナ・バーケリ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ｂａｒｋｅｒｉ）、モーレラ・サーモアセチカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ）、モーレラ・サーモオートトロフィカ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ）、オキソバクター・フェンニギイ（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ  ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ）、ペプトストレプトコッカス・プロダクツス（Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｕｓ）、ルミノコッカス・プロダクツス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｕｓ）、サーモアンアエロバクター・キブイ（Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｋｉｖｕｉ）、クロストリジウム・スティック−ランデイイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  Ｓｔｉｃｋ−ｌａｎｄｉｉ）およびそれらの混合物が含まれる。
発酵は、所望の発酵が起こるために適切な条件下（例えば、ＣＯ対エタノール）で望ましくは行われるべきである。考慮されるべき反応条件には、圧力、温度、ガス流速、液体流速、培地のｐＨ、培地のレドックス電位、撹拌速度（撹拌槽式反応器を使用した場合）、接種物質のレベル、液相中のＣOが律速にならないことを確実にする最大ガス基質濃度、および生成物による阻害を回避するための最大生成物濃度が含まれる。
【００２０】
始動：接種に際して、微生物の初期集団を供給するのに有効な、最初の供給ガスの供給速度を確立する。流出ガスの内容物を決定するために、流出ガスが分析される。ガス分析の結果を使用して、供給ガスの速度を制御する。この態様では、本方法は、約０．２〜約０．９、別の態様では、約０．５〜約０．９、別の態様では、約０．６〜約０．８、別の態様では、約０．５〜約０．７、別の態様では、約０．２〜約０．５、および別の態様では、約０．５〜約０．６である、初期細胞密度（グラム／リットル）に対して計算されたＣＯ量（ミリモル）の比をもたらす。
別の態様では、発酵プロセスは、約０．０５ｍＭ〜約０．１０ｍＭ、別の態様では、約０．１５ｍＭ〜約０．５０ｍＭ、別の態様では、約０．１５ｍＭ〜約０．３５ｍＭ、別の態様では、約０．２０ｍＭ〜約０．３０ｍＭ、および別の態様では、約０．２３ｍＭ〜約０．２７ｍＭの発酵ブロス中に、計算されたＣＯ初期濃度を実現するのに有効な量で、発酵培地に合成ガスを供給するステップを含む。溶解したＣＯは、ヘンリーの法則および反応器のｋＬａを使用して計算した。本方法は、開始細胞密度と比較した、細胞密度の増大に有効である。
本明細書で使用する場合、目標細胞密度は、約２．０グラム／リットル以上、別の態様では、約２〜約３０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約２５グラム／リットル、別の態様では、約２〜約２０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約１０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約８グラム／リットル、別の態様では、約３〜約３０グラム／リットル、別の態様では、約３〜約６グラム／リットル、および別の態様では、約４〜約５グラム／リットルとなる細胞密度を意味する。
【００２１】
始動後：所望のレベルに到達すると、液相および細胞物質が、反応器から抜き取られ、培地が補充される。始動後に、細胞密度は、一定のレベルに維持されるであろう。
【００２２】
ＣＯ2を変換するためのバイオリアクターＢｘ
ＣＯ2含有基質：一態様では、本方法は、ＣＯ2含有ガス状基質（ガス状基質Ｇｘ  １８７と記載されている）をバイオリアクターに供給するステップを含む。ＣＯ2含有基質は、ＣＯ2を含む任意のガスを含んでもよい。この態様では、ＣＯ2含有ガスは、工業用ガス、例えば発酵装置の排ガスを含めた発酵装置のガス流、およびそれらの混合物を含んでもよい。関連態様では、ＣＯ2含有基質は、水素を含んでもよく、または水素源とブレンドされて、Ｈ2対ＣＯ2の所望のレベルおよび比をもたらしてもよい。
【００２３】
工業用ガス：一態様では、本方法は、ＣＯ2含有基質をバイオリアクターに供給するステップであって、ＣＯ2含有基質が、工業用ガスから生成するステップを含む。工業用ガスの一部の例には、製鋼所ガス、工業用ガスおよび焼却炉排ガスが含まれる。工業用ガスの例には、鉄鋼製品の製造、非鉄製品の製造、石油精製プロセス、石炭のガス化、バイオマスのガス化、発電、カーボンブラック生産、アンモニア生産、メタノール生産、およびコークス製造の間に生成するガスを含む。水素源は、化石燃料、蒸気の改質、メタンの酸化、石炭のガス化および水の電気分解物を含んでもよい。
ガス状ＣＯ2含有基質は、その組成に応じて、発酵に導入する前に、ダスト粒子などのいかなる望ましくない不純物も除去するために、これを処理することがやはり望ましいことがある。例えば、ガス状基質は、公知の方法を使用してろ過されてもよく、またはスクラブ処理されてもよい。さらに、本方法は、ＣＯ2含有基質の組成に応じて、ＣＯ2含有基質を調節して、ＣＯ2および／またはＨ2の濃度を向上または低下させて、所望の範囲内に収まるようにするステップを含んでもよい。
【００２４】
発酵装置のガス流：一態様では、本方法は、ＣＯ2含有基質をバイオリアクターに供給するステップであって、ＣＯ2含有基質が、発酵装置のガス流となる、ステップを含む。発酵装置のガス流の一部の例には、合成ガスの発酵中に生成する発酵装置の排ガスを含む。合成ガスの発酵の一部の例は、参照により本明細書に組み込まれている、２００１年７月２３日に出願の、米国特許第７，２８５，４０２号に記載されている。
一態様では、本方法は、ＣＯを高い体積で含有する工業用ガスなどの、ガス状基質からのアルコールの生成を補助する適用性を有する。一部の態様では、ＣＯを含むガスは、炭素含有廃棄物、例えば、産業廃棄ガスから、または他の廃棄物のガス化に由来する。ＣＯ含有ガスの発酵は、発酵装置の排ガス中にＣＯ2をもたらすことがある。したがって、本方法は、そうでなければ、環境に排出されると思われる炭素を捕捉するための効果的な方法となる。この態様では、ＣＯ含有ガスの発酵に由来する排ガスは、約０．５モル%〜約５０モル%のＣＯを含むことがある。
【００２５】
ガス流のブレンド：特定の態様によれば、２種以上の供給源に由来する流れは、一緒にされて、かつ／またはブレンドされて、所望のかつ／または最適化された基質流を生成することができる。例えば、鉄鋼所からの排気ガスなどの高濃度のＣＯ2を含む流れが、鉄鋼所のコークス炉からの排ガスなどの高濃度のＨ2を含む流れと一緒にされ得る。
ＣＯ2含有生基質は、ＣＯ2含有基質の組成に応じて、発酵プロセスに直接、供給されてもよく、または適切なＨ2対ＣＯ2モル比を含むようさらに改変されてもよい。ＣＯ2含有基質は、約５〜約９０モル%のＣＯ2および約５〜約９０モル%のＨ2を含むことができる。一態様では、ＣＯ2含有ガス流は、約５〜約６６．６％のＣＯ2を含む。
別の態様では、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給されるＣＯ2含有基質は、約０モル%〜約５０モル%のＣＯ、別の態様では、約０．５モル%のＣＯ〜約５０モル%のＣＯ、別の態様では、約０．５モル%のＣＯ〜約５モル%のＣＯ、および別の態様では、約２モル%のＣＯ〜約５モル%のＣＯを含んでもよい。
一態様では、酢酸生成細菌は、約４：１〜約１：２の比で、Ｈ2対ＣＯ2の消費モル比を有するであろう。したがって、バイオリアクターに供給される、Ｈ2およびＣＯ2を含む任意の基質ガスが、利用され得る。しかし、バイオリアクターに供給される基質ガスの最適レベルは、約４：１〜約１：１、別の態様では、約２：１、および別の態様では、約３．５：１〜約１．５：１となる、Ｈ2対ＣＯ2の比を有するであろう。
【００２６】
バイオリアクターの設計および操作：発酵装置の設計の説明は、それらのすべてが参照により本明細書に組み込まれている、どちらも２０１２年５月１５日に出願された、米国整理番号第１３／４７１，８２７号および同第１３／４７１，８５８号、ならびに２０１２年５月１６日に出願された、米国整理番号第１３／４７３，１６７号に記載されている。
発酵は、所望の発酵が起こるために適切な条件下（例えば、ＣＯ2対酢酸）で望ましくは行われるべきである。考慮される反応条件としては、圧力、温度、ガス流速、液体流速、培地のｐＨ、撹拌速度（撹拌槽式反応器が使用される場合）、接種材料レベル、および生成物による阻害を回避するため最大酢酸濃度が挙げられる。この態様では、本方法は、以下の範囲の反応条件を含む：
圧力：約０〜約５００ｐｓｉ、別の態様では、約０〜約２００ｐｓｉ；
温度：約３０℃〜約４２℃；
培地のｐＨ：約４〜約６．９；
撹拌速度：約１００〜約２０００ｒｐｍ；
本明細書に記載されている栄養素の供給。
【００２７】
酢酸生成細菌：一態様では、利用される微生物は、ナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼとしてやはり説明され得る（膜生体エネルギー論の場合）、ナトリウムポンプを含む、嫌気性酢酸生成細菌Ｍｘを含む。ナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼは、参照により本明細書に組み込まれている、Muller, “Energy Conservation in Acetogenic Bacteria,” Appl. Environ. Microbiol. November 2003, vol. 69, no. 11, pp. 6345-6353に記載されている。ナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含むアセトゲンは、成長のため、その成長培地に約５００ｐｐｍのＮａＣｌを必要とする。アセトゲンが、ナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含むかどうかを判定するため、アセトゲンは、約０〜約２０００ｐｐｍのＮａＣｌを含む約３０〜約５０ｍｌの成長培地を含有する血清ボトルに接種される。約５００ｐｐｍ以上のＮａＣｌ濃度における正常な成長は、アセトゲンがナトリウム輸送性ＡＴＰアーゼを含むことを意味する。
この態様では、好適な酢酸生成細菌Ｍｘには、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、アセトゲニウム・キブイ、アセトアナエロビウム・ノテラエ、アセトバクテリウム・ウッディイ、アルカリバクルム・バッキＣＰ１１（ＡＴＣＣ  ＢＡＡ−１７７２）、モーレラ・サーモアセチカ、モーレラ・サーモオートトロフィカ、ルミノコッカス・プロダクツス、アセトゲニウム・キブイおよびそれらの組合せが含まれる。別の態様では、微生物は、アセトバクテリウム・ウッディイである。
【００２８】
培地組成および培地供給速度の制御：一態様によれば、発酵プロセスは、反応容器への好適な培地の添加によって開始される。反応容器に含有される液体は、任意のタイプの好適な栄養用培地または発酵用培地を含んでよい。栄養用培地は、使用される微生物の成長を可能にするために有効なビタミンおよびミネラルを含むであろう。殺菌は、必ずしも必要ではないことがある。
【００２９】
酢酸生成細菌Ｍｘによる、バイオリアクターＢｘ  １１０で使用するための様々な培地の構成成分の濃度は、以下の通りである：
【表２】
2021532806.tif 000004
【００３０】
プロセス操作は、約４〜約６．９、別の態様では、約５〜約６．５、別の態様では、約５．１〜約６、および別の態様では、約５．２〜約６の範囲のｐＨを維持する。培地は、約０．０１ｇ／L未満の酵母エキス、および約０．０１ｇ／L未満の炭水化物を含む。
この組成物はまた、１リットルあたり約４０〜約５００ｍｍｏｌ、別の態様では、１リットルあたり約４０〜約２５０ｍｍｏｌのナトリウムイオン濃度、および別の態様では、１リットルあたり約５０〜約２００ｍｍｏｌのナトリウムイオン濃度を含む。一態様では、ナトリウムイオン濃度は、約５００ｐｐｍ〜約８０００ｐｐｍ、別の態様では、約１０００ｐｐｍ〜約７０００ｐｐｍ、別の態様では、約３０００ｐｐｍ〜約６０００ｐｐｍ、別の態様では、約２０００〜約５０００ｐｐｍのＮａ、および別の態様では、約３０００〜約４０００ｐｐｍのＮａである。ナトリウムイオン源は、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重硫酸ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される化合物によって供給される。
組成物は、モリブデン源を含む。この態様では、モリブデン濃度は、約３．９７μｇ／Ｌ〜約３９６．５μｇ／Ｌ、および別の態様では、約７．９３μｇ／Ｌ〜約１９８．２５μｇ／Ｌである。モリブデン源としては、Ｎａ2ＭｏＯ4、ＣａＭｏＯ4、ＦｅＭｏＯ4およびそれらの混合物が挙げられる。
本組成物は、錯化剤も含んでもよい。この態様では、本組成物が約５．２以上のｐＨを有する場合、錯化剤が、組成物に含まれてもよい。錯化剤としては、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、エチレンジアミン二酢酸（ＥＤＤＡ）、エチレンジアミン二コハク酸（ＥＤＤＳ）およびそれらの混合物を挙げることができる。
本組成物は、ＮＨ4+、Ｐ、Ｋ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｅ、ＺｎまたはＭｇの供給源のうちの１種または複数を含んでもよい。これらの元素の各々の供給源は、以下の通りとすることができる。
ＮＨ4+：窒素は、水酸化アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される窒素源から供給され得る。
Ｐ：リンは、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるリン源から供給され得る。
Ｋ：カリウムは、塩化カリウム、リン酸カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるカリウム源から供給され得る。
Ｆｅ：鉄は、塩化第一鉄、硫酸第一鉄およびそれらの混合物からなる群から選択される鉄源から供給され得る。
Ｎｉ：ニッケルは、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケルおよびそれらの混合物からなる群から選択されるニッケル源から供給され得る。
Ｃｏ：コバルトは、塩化コバルト、フッ化コバルト、臭化コバルト、ヨウ化コバルトおよびそれらの混合物からなる群から選択されるコバルト源から供給され得る。
Ｓｅ：セレンは、Ｎａ2ＳｅＯ3、Ｃ3Ｈ6ＮＯ2Ｓｅおよびそれらの混合物から供給され得る。
Ｚｎ：亜鉛は、ＺｎＳＯ4から供給され得る。
Ｗ：タングステンは、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カルシウム、タングステン酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるタングステン源から供給され得る。
Ｍｇ：マグネシウムは、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、リン酸マグネシウムおよびそれらの混合物からなる群から選択されるマグネシウム源から供給され得る。
Ｓ：本組成物は、硫黄も含んでもよい。硫黄は、システイン、硫化ナトリウム、ＮａＨＳ、ＮａＨ2Ｓおよびそれらの混合物からなる群から選択される硫黄源から供給され得る。
【００３１】
始動：接種に際して、微生物の初期集団を供給するのに有効な、最初の供給ガスの供給速度が確立される。流出ガスの内容物を決定するために、流出ガスが分析される。ガス分析の結果を使用して、供給ガスの速度を制御する。この態様では、本方法は、１リットルあたり約０．１グラムの最小細胞密度をもたらす。別の態様では、本方法は、約０．０５〜約１、および別の態様では、約０．０１〜約４となる、初期細胞密度（グラム／リットル）に対する単位時間あたりの計算されるＣＯ2量（ｍｍｏｌ／分）の比をもたらす。
一態様では、栄養素が培養物に添加されて、細胞成長速度を増大させることができる。好適な栄養素は、酵母エキスの非炭水化物画分を含んでもよい。
【００３２】
始動後：所望のレベルに到達すると、液相および細胞物質が、反応器から抜き取られ、培地が補充される。発酵プロセスは、開始細胞密度と比較した、細胞密度の増大に有効である。この態様では、本方法は、約２〜約５０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約３０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約２０グラム／リットル、別の態様では、約２〜約１０グラム／リットル、別の態様では、約５〜約１０グラム／リットル、および別の態様では、約２〜約６グラム／リットルとなる平均細胞密度を実現する。
有機酸の生成：別の態様では、本方法は、Ｃ１−Ｃ１０有機酸源をもたらす。この態様では、本方法は、酸生成物、または発酵液体ブロスからの生成物を得るステップを含んでもよい。この態様では、約０．２〜約５０グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞、別の態様では、約０．２〜約２０グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞、別の態様では、約１０〜約５０グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞、別の態様では、約１４〜約３０グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞、別の態様では、約２〜約２０グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞、および別の態様では、約１５〜約２５グラムの有機酸／リットル／日／ｇ細胞の有機酸比生産性を実現する。一態様では、有機酸は、酢酸、または酪酸、または両方の混合物である。
ＣＯ2およびＨ2の変換：本方法は、約０．０５〜約１．５ｍｍｏｌのＣＯ2／分／グラム乾燥細胞のＣＯ2取込み、約０．０８〜約１．５ｍｍｏｌのＨ2／分／グラム乾燥細胞のＨ2取込みを実現するのに有効である。本方法は、約２５〜約１００％のＣＯ2の変換率、別の態様では、約５０〜約１００％のＣＯ2の変換率、別の態様では、約７５〜約１００％のＣＯ2の変換率を実現するのに有効である。別の態様では、本方法は、約２５〜約１００％のＨ2の変換率、別の態様では、約５０〜約１００％のＨ2の変換率、別の態様では、約７５〜約１００％のＨ2の変換率を実現するのに有効である。
【００３３】
図４は、アセトバクテリウム・ウッディイによる、ＣＯ2変換率４０４、およびＨ2変換率４０２のグラフを示す。時間に対する、酢酸生成５０４、およびその移動平均５０２、および細胞密度５０６のグラフによる例示が、図５に示されている。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
アセトバクテリウム・ウッディイの調製
アセトバクテリウム・ウッディイの最初の凍結乾燥ペレットをドイツ微生物株保存機関ＤＳＭＺの株ＩＤ  ＤＳＭ−１０３０から得た。培養物を、リッチ培地（フルクトースおよび酵母エキス）を使用して、凍結乾燥ペレットから最初に得た。順応法を使用して、血清ボトル培地からフルクトースを除去し、この場合、成長培地中のフルクトースの濃度を、７５％、５０％、１０％と段階的に低下させた。成長速度およびガスの利用量を、順応の指示体として使用した（約５週間）。血清ボトル中の事前ｐＨ順応作業により、必要なｐＨを７．４から６．０に低下させた（３週間）。この時点で、培養物が増幅され、反応器に接種した。反応器中で、培養物をさらに順応させて、５．２〜５．７というより低いｐＨで成長させた。
【００３５】
（実施例２）
アセトバクテリウム・ウッディイの場合のＣＳＴＲ反応器の始動方法
ＣＯ2およびＨ2を含有する合成ガスを、本明細書に記載されている、ビタミン、微量金属、システイン（硫黄源として）および塩を含有する液状培地と共にアセトバクテリウム・ウッディイを含有する撹拌槽式バイオリアクターに連続的に導入した。
活発に成長中のアセトバクテリウム・ウッディイと共に、発酵培地を含有するＮｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｂｉｏｆｌｏｗ３１０反応器を始動した。反応器の撹拌速度は、２００ｒｐｍに設定した。この撹拌速度は、実験全体を通じて、２００から６００ｒｐｍへと向上させた。反応器への供給ガス流量は、４９ｍＬ／分の初期値から１３７ｍＬ／分へと向上させた。バイオリアクター中の温度は、実験全体にわたり、３３．５℃に維持した。バイオリアクターへのガス供給材料の試料、およびバイオリアクターからの排ガス、およびバイオリアクター中の発酵ブロスを、一定間隔で採取し、例えば、供給ガス、排ガスおよび発酵ブロスを、それぞれ、ほぼ毎日、２時間で１回、および４時間で１回サンプリングした。上記の試料の様々なガス構成成分の消費量または生成量、ブロスの酢酸濃度、および培養物の光学密度（細胞密度）を分析した。反応器の未使用の容積（ｕｎａｒｏｕｓｅｄ  ｖｏｌｕｍｅ）を、実験全体を通して、１６００〜１７５０ｍｌの間に維持した。同様に、反応器へのガス流量は、マスフローコントローラーを使用することによって、必要なガス流速に維持した。供給合成ガス組成は、７０％のＨ2、２５％のＣＯ２および５％のＮ２とした。この実験を安定な操作が到達されると結論付けを行った。
細胞リサイクルシステム（ＣＲＳ）を反応器に取り付けた後に、実験を開始した。実験中に、反応器への栄養素（成長培地）の流速は、表に示されている通りとした。実験全体を通して、培地の供給速度を維持した。ｐＨ制御のための塩基（０．５Ｍ  ＮａＯＨ）の供給速度は、０．１４〜０．４４ｍｌ／分とし、ＣＲＳにより、５．１〜５．４ｍＬ／分の透過物を反応器から抜き出した。
供給ガス中のＨ2およびＣＯ2は、細胞物質および酢酸に固定した。Ｈ2およびＣＯ2の除去は、入り口のガス組成を流出ガス組成と比較することによって計算した。構成成分ガスの取込みは、細菌によって変換されたガス分子の％で表す。この実験では、以下の変換率が実現された；Ｈ2：４０％〜５４％、ＣＯ2：２８％〜７０％。この実験では、酢酸生成の速度は、５〜２３ｇ／ｌ／日であった。
【００３６】
結果を以下の通り、要約することができる：
【表３】
2021532806.tif 000005
【００３７】
（実施例３）
アセトバクテリウム・ウッディイによるＣＯ2、ＣＯおよびＨ2の発酵
ビタミン、微量金属および塩を含有する慣用的な液状培地と共に、アセトバクテリウム・ウッディイを含有する撹拌槽式バイオリアクターに、ＣＯ2およびＨ2を含有するガスを連続的に導入した。発酵は、実施例２に記載されている通りに開始し、次に、安定な操作まで継続した。この実施例では、供給ガスは、５モル%のＣＯを含んだ。
図６および図７は、５％のＣＯの存在下での、アセトバクテリウム・ウッディイの成長を説明している。図６は、時間に対する、細胞密度６０２および酢酸の比生産性６０４を例示している。図７は、Ｈ2の変換率７０２、ＣＯの変換率７０４、ＣＯ2の変換率７０６および細胞密度７０８を例示している。
【００３８】
（実施例４）
成長培地中のキレート剤（ＥＤＴＡ）を含まない、ｐＨ５．２でのアセトバクテリウム・ウッディイ培養物の成長および維持
ＣＯ2およびＨ2を含有するガス流は、本明細書に記載されている成長培地と共に、アセトバクテリウム・ウッディイを含有する撹拌槽式バイオリアクターに連続的に導入した。
活発に成長中のアセトバクテリウム・ウッディイ（ＡＷ）と共に、発酵培地を含有するＮｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｂｉｏｆｌｏｗ１１５反応器を始動した。反応器の撹拌速度は、６００ｒｐｍに設定した。この撹拌速度は、実験全体を通して、一定に維持した。反応器への供給ガス流量は、３６．６ｍＬ／分〜４４．４ｍＬ／分に維持した。バイオリアクター中の温度は、実験全体にわたり、３３℃に維持した。Ｎａ＋レベルは、３５００〜４０００ｐｐｍに維持した。バイオリアクターへのガス供給材料の試料、およびバイオリアクターからの排ガス、およびバイオリアクター中の発酵ブロスを一定間隔で採取し、例えば、供給ガス、排ガスおよび発酵ブロスを、それぞれ、ほぼ毎日、２時間で１回、および４時間で１回サンプリングした。上記の試料の様々なガス構成成分の消費量または生成量、ブロスの酢酸濃度、および培養物の光学密度（細胞密度）を分析した。反応器の未使用の容積を、実験全体を通して、１９００〜２２７５ｍｌの間に維持した。同様に、反応器へのガス流量は、マスフローコントローラーを使用して、必要なガス流速に維持した。この実験の供給合成ガス組成は、７０％のＨ2、２５％のＣＯ2および５％のＮ2とした。
細胞リサイクルシステム（ＣＲＳ）を反応器に取り付けた後に、実験を開始した。実験中に、反応器への栄養素（成長培地）の流速は、２．８ｍｌ／分に維持した。実験全体を通して、培地の供給速度を維持した。ｐＨを５．２に維持するための塩基（ＮａＯＨ）必要量の平均速度は、０．０７５ｍｌ／分であり、ＣＲＳにより、２．９ｍｌ／分の透過物を反応器から抜き取った。
供給ガス中のＨ2およびＣＯ2は、細胞物質および酢酸に固定した。Ｈ2およびＣＯ2の除去は、入り口のガス組成を流出ガス組成と比較することによって計算した。構成成分ガスの取込みは、細菌によって変換されたガス分子の％で表すことができる。
【００３９】
以下の変換率が達成された：
Ｈ2：２８％〜５４％。
ＣＯ2：４０％〜５９％。
酢酸生成の速度は、０．７９４９（ｇ／Ｌ／日）であった。
培養物の平均細胞密度は、１．９ｇ／Ｌであった。
ＣＯ2変換率８０２、Ｈ2変換率８０４および細胞密度８０６が図８に示されている。
【００４０】
（実施例５）
成長培地におけるＥＤＤＡの使用
発酵を実施例２に記載されている通りに開始し、キレート（錯化）剤として、エチレンジアミン二酢酸（ＥＤＤＡ）の使用を含んだ。ＡＷ培地に使用した金属の一部の溶解度は、ｐＨの向上と共に低下するので、キレート剤は、溶液中に金属を維持するために使用する。反応器ブロスのｐＨが、ｐＨ５．２を超えると、十分量の栄養素をＡＷに供給するために、キレート剤を使用する。図９は、代表的な９６時間の実験を示しており、この実験は、酢酸９０４の濃度の向上を生じると同時に、細胞密度９０２の維持が可能であることを例示している。
【００４１】
（実施例６）
細胞代謝に及ぼすモリブデン除去および再添加の影響
発酵は、実施例２に記載されている通りに開始し、次に、安定な操作になるまで継続した。培養培地からモリブデンを除去し、次に、酢酸の生産性が、その開始濃度の７５％まで低下した後、成長培地に再添加した。
図１０は、その培地の流速９０５に対してプロットした酢酸の生産性９０３を例示しており、赤線は、成長培地からのモリブデンの除去および成長培地へのモリブデンの再添加を示している。約８１０累積時間時に開始し、ＨＡｃの下落傾向が観察され、モリブデンの除去は、約７９５累積時間時に行った。この下落傾向は減少して、頭打ちし、次に、約９００時間時に培地にモリブデンを再添加したことに対応して、上昇傾向へと反転した。
図１１は、時間に対してプロットした細胞密度９０６およびガス流速（ＧＦＲ）９０１を例示しており、赤線は、成長培地からのモリブデンの除去および成長培地へのモリブデンの再添加を示している。約８４０累積時間において開始し、必要なＧＦＲは、約７９５累積時間時に行ったモリブデン除去の前に比べて少なかった。この下落傾向は、約９００時間時に培地にモリブデンを戻したことに対応して、上昇傾向へと反転した。必要なガス流速は、培養物のＣＯ2およびＨ2の変換率によって決定した。
【００４２】
（実施例７）
クロストリジウム・リュングダリイを用いるＣＯの変換の連続法
本明細書に記載されているビタミン、微量金属および塩を含有する発酵用培地と共に、クロストリジウム・リュングダリイの株を含有する、撹拌槽式バイオリアクターにＣＯおよび／またはＣＯ2／Ｈ2を含有する合成ガスまたは廃棄ガスを連続的に導入した。
好適な培地を含有する、Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ３１０反応器に、活発に成長中のクロストリジウム・リュングダリイを０．３８ｇ／ｌで接種した。接種前に、反応器の撹拌速度を８００ｒｐｍに設定し、反応器へのガス流量を２０ｍｌ／分に調節し、細胞リサイクルシステムを反応器に取り付けた。１〜４時間の間隔毎に、反応器から採取したガスおよび液体試料の様々なガス構成成分の消費量または生成量、ブロスの酢酸濃度、ブロスのエタノール濃度、および培養物の光学密度を分析した。同様に、供給ガスの組成を毎日、測定し、反応器への流れを、マスフローコントローラーを使用することによって、必要なガス流速に維持した。一旦、Ｈ2の変換率が３２％に到達すると、反応器への培地の流れを１ｍｌ／分で開始し、０．９５ｍｌ／分の透過物を抜き取った。反応器への合成ガス流量は、培養物のＨ2変換率に基づいて向上させた。Ｈ2変換率が３２％以上になった場合、ガス流量を１０％向上させた。細胞質量を時間と共に増加させ、反応器の接種後、７２時間以内に３ｇ／ｌの細胞質量に到達させた。この時点で、培養物は、１８ｇ／ｌ超のエタノールを生成した。液体クロマトグラフを使用して、ブロスのエタノールおよび酢酸の濃度を測定した。ガスクロマトグラフを使用して、合成ガスの構成成分を測定した。ＮＨ４ＯＨなどの中和剤を使用して、培養物のｐＨを約４．５に維持した。反応器の細胞密度は、透過物の抜き取り速度を調節することによって、約３ｇ／Ｌに維持した。透過物の抜取り速度が、反応器からの細胞のパージ速度を反比例して制御するよう、反応器を設定した。操作圧は、大気圧とした。
細菌による発酵は、接種後、数時間にわたり進行するので、ＣＯ2は、ＣＯの変換から生成し、Ｈ2は、ＣＯと共に消費される。次に、生成方法および細菌による発酵反応器システムは、上記の範囲の酢酸濃度および約３ｇ／Ｌの細胞密度を維持するために、時折、わずかな調節のみで、定常状態に維持されて、生成物として１５〜３５ｇ／Ｌのエタノールおよび０〜５ｇ／Ｌのアセテートを生成する。
この連続発酵法により、エタノール生成のための工業的規模での対象とする細菌の使用を増強するための安定な操作条件下で、副生物であるアセテートを低濃度で伴う、高濃度のエタノールの連続生成および維持が可能となる。
【００４３】
（実施例８）
クロストリジウム・リュングダリイへの酢酸添加効果
実施例７に記載されている通り、クロストリジウム・リュングダリイを使用した発酵を実施した。
各試験は、反応器のブロス中に、５ｇ／ＬのＮａＣｌおよび以下の量の酢酸の存在下で、７２時間、行った。
対照  −  添加はしない
試験１  −  ２ｇ／Ｌの酢酸
試験２  −  ４ｇ／Ｌの酢酸
試験３  −  ６ｇ／Ｌの酢酸
培地への酢酸の添加は、エタノールの比生産性に影響を及ぼした。したがって、酢酸の濃度が向上するにつれて、エタノール生成量も増加した。培地中の濃度に関わりなく、酢酸の生産性の認識可能な変化はなかった。すべての外部から添加された酸は、培養物によってエタノールに変換されたように思われた。対照と比較した場合、培地中に外から添加された酸を有する培養物中では、ＣＯの比取込みの有意な向上があり、最高の濃度は、約０．７５０ｍｍｏｌ／分／ｇ細胞において、最高の取込みレベルに到達した。対照は、この時間の間に、約０．５００ｍｍｏｌ／分／ｇ細胞の平均値となった。酢酸濃度もやはり、水素取込みを増加させた。定常状態における比生産性（ｇ／Ｌ／日／ｇ細胞）は、以下の通りであった。
【００４４】
【表４】
2021532806.tif 000006
図１２は、様々な濃度の酢酸による、クロストリジウム・リュングダリイによるガス比取込みを例示する。
【００４５】
（実施例９）
クロストリジウム・リュングダリイおよびアセトバクテリウム・ウッディイを使用する２段階反応器
２段階反応器は、図１に示されている通りに構成された。２段階反応器は、撹拌槽式バイオリアクターＢｉ  １２０および撹拌槽式バイオリアクターＢｘ  １１０を含んだ。各反応器は、本明細書に記載されているビタミン、微量金属、システイン（硫黄源として）および塩を含有する液状培地を含有した。バイオリアクターＢｉ  １２０は、活発に成長中のクロストリジウム・リュングダリイを含んで開始し、バイオリアクターＢｘ  １１０は、活発に成長中のアセトバクテリウム・ウッディイを含んで開始した。
バイオリアクターＢｘ  １１０では、ｐＨを約６．０に維持するため、０．５Ｍ  ＮａＯＨを作用剤として使用する。時間あたりの細胞１グラムあたりのＮａＯＨの使用量の概算は、０．２１である。
５５％のＨ2、１２％のＮ2、３３％のＣＯを含有するガス状基質Ｇｉ  １８６を、バイオリアクターＢｉ  １２０に導入した。バイオリアクターＢｉ  １２０からの出口ガス流（Ｇｐ）は、ガス流連結部１８４を介して、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給された。
システム中の水は、「閉鎖」構成で存在し、透過物／エタノール導管１９２を介して、バイオリアクター１２０から蒸留１８８へと通過する。水（蒸留底部）は、水リサイクルライン２０２からバイオリアクターＢｘ  １１０に戻した。バイオリアクターＢｘ  １１０からの酢酸は、透過物酢酸ライン１８２からバイオリアクターＢｉ  １２０に送り込んだ。
発酵は、水ループ閉鎖から開始して約１２０時間、行った。本システムは、最初の５８時間にわたり平衡にして、最後の６２時間にわたりデータを収集した。両反応器の流入ガス流である１８６（Ｇｉ）および１８７（Ｇｘ）、ならびに流出ガス流１８４（Ｇｐ）および２０７（バイオリアクターＢｘ  １１０の排ガス流）は、概ね４時間毎に分析した。分析は、ガスクロマトグラフィーを使用して行った。データは、％組成として表した。エタノール、酢酸およびブタノールの生成物の分析は、ほぼ４時間毎に、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）を使用して行った。両反応器の細胞濃度は、概ね４時間毎にモニタリングした。
【００４６】
平均％組成およびガス流速は、以下の通りであった：
【表５】
2021532806.tif 000007
バイオリアクターＢｉ  １２０およびＢｘ  １１０へのガス流入物の供給速度は、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）を使用して維持した。バイオリアクターＢｘ  １１０およびＢｉ  １２０の流出ガス流速は、ビュレットを使用して測定した。バイオリアクターＢｘ  １１０へのガス流速は、バイオリアクターＢｘ  １１０の流入物と排気ガス流のＮ2組成の比を使用して計算した。
この実験では、バイオリアクターＢｉ  １２０を出たガスの画分しか、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給しなかった。一例では、バイオリアクターＢｉ  １２０からの流出ガスの５１％をバイオリアクターＢｘ  １１０に供給した。別の例では、バイオリアクターＢｉ  １２０からの流出ガスの６０％をバイオリアクターＢｘ  １１０に供給した。エタノール生産性は、以下の通りであった。
【００４７】
【表６】
2021532806.tif 000008
２つの反応器システムに関するエタノールの比生産性の値は、バイオリアクターＢｉ  １２０の生産性を使用して計算した。アセトバクテリウム・ウッディイは、これらの実験において、エタノールを０から無視できる程度の量、生成した。この表に使用したクロストリジウム・リュングダリイによるエタノールの比生産性（バイオリアクター１１０の分と一緒にしなかった場合）は、２つの反応器を連結する前に測定した。バイオリアクターＢｉ  １２０からの排ガスの１００％をバイオリアクターＢｘ  １１０に供給した場合、エタノールの比生産性は、２４．４ｇ／Ｌ／ｇのクロストリジウム属細胞／日となると見積もられる。
【００４８】
このシステムの平均炭素捕捉率は、以下の通りであった。
【表７】
2021532806.tif 000009
ＣＯ2は、水性ガスシフト反応によりバイオリアクター１２０中で生成する。
図１３は、バイオリアクター１２０と連結した場合の、バイオリアクター１１０における、ＣＯ１２０７およびＣＯ2  １２０６の利用量を示している。変換率は、流出ガス／流入ガスのモル濃度％を使用して計算する。
【００４９】
（実施例１０）
クロストリジウム・リュングダリイおよびアセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）を使用する２段階反応器
２段階反応器は、図１に示されている通りに構成した。２段階反応器は、撹拌槽式バイオリアクター１２０（Ｂｉ）および撹拌槽式バイオリアクター１１０（Ｂｘ）を含んだ。各反応器は、本明細書に記載されているビタミン、微量金属、システイン（硫黄源として）および塩を含有する液状培地を含有した。バイオリアクター１２０（Ｂｉ）は、活発に成長中のクロストリジウム・リュングダリイを含んで開始し、バイオリアクター１１０（Ｂｘ）は、活発に成長中のアセトバクテリウム・ウッディイを含んで開始した。
バイオリアクターＢｘ  １１０では、ｐＨを約５．５５に維持するため、０．５Ｍ  ＮａＯＨを作用剤として使用する。時間あたりの細胞１グラムあたりのＮａＯＨの使用量の概算は、０．１３ｍｌ／分であった。
５６％のＨ2、１１％のＣＨ4、３３％のＣＯを含有するガス状基質１８６（Ｇｉ）を、バイオリアクターＢｉ  １２０に導入した。バイオリアクター１２０からの出口ガス流（Ｇｐ）は、ガス流連結部１８４を介して、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給した。
システム中の水は、「閉鎖」構成に存在し、透過物／エタノール導管１９２を介して、バイオリアクターＢｉ  １２０から蒸留１８８へと通過する。水（蒸留底部）は、水リサイクルライン２０２からバイオリアクターＢｘ  １１０に戻した。バイオリアクターＢｘ  １１０からの酢酸は、透過物酢酸ライン１８２からバイオリアクターＢｉ  １２０に送り込んだ。
発酵は、水ループ閉鎖から開始して約９６時間、行った。このシステムは、最初の４８時間にわたり平衡にして、最後の４８時間にわたりデータを収集した。両反応器の流入ガス流である１８６（Ｇｉ）および１８７（Ｇｘ）、ならびに流出ガス流１８４（Ｇｐ）および２０７（ベント流）は、概ね４時間毎に分析した。分析は、ガスクロマトグラフィーを使用して行った。データは、％組成として表した。エタノール、酢酸およびブタノールの生成物の分析は、ほぼ４時間毎に、ＧＣを使用して行った。両反応器の細胞濃度は、概ね４時間毎にモニタリングした。
【００５０】
平均％組成およびガス流速は、以下の通りであった：
【表８】
2021532806.tif 000010
バイオリアクターＢｉ  １２０およびＢｘ  １１０へのガス流入物の供給速度は、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）を使用して維持した。バイオリアクターＢｘ  １１０およびＢｉ  １２０の流出ガス流速は、ビュレットを使用して測定した。バイオリアクターＢｘ  １１０へのガス流速は、バイオリアクターＢｘ  １１０の流入ガス流および流出ガス流のＣＨ4組成比を使用して計算した。
この実験では、バイオリアクターＢｉ  １２０を出たガスの画分しか、バイオリアクターＢｘ  １１０に供給しなかった。バイオリアクターＢｘ  １１０へのガス供給材料は、バイオリアクターＢｉ  １２０からの全排ガスの２２．５％であった。
【００５１】
エタノール生産性は、以下の通りであった。
【表９】
2021532806.tif 000011
２つの反応器システムに関するエタノールの比生産性の値は、バイオリアクターＢｉ  １２０の生産性を使用して計算した。アセトバクテリウム・ウッディイは、これらの実験において、エタノールを０から無視できる程度の量、生成した。この表に示されているクロストリジウム・リュングダリイによる比生産性（バイオリアクターＢｘ  １１０の分と一緒にしなかった場合）は、２つの反応器を連結する前に測定した。バイオリアクターＢｉ  １２０からの排ガスの１００％をバイオリアクターＢｘ  １１０に供給した場合、このシステムのエタノールの比生産性は、３６．４ｇ／Ｌ／ｇクロストリジウム属細胞／日になると見積もられる。
【００５２】
ブタノール生産性は、以下の通りであった。
【表１０】
2021532806.tif 000012
酪酸は、アセトバクテリウム・ウッディイによって生成する。この実験は、クロストリジウム・リュングダリイが、酪酸をブタノールに変換する能力を有することを示すものである。バイオリアクターＢｉ  １２０からの排ガスの１００％をバイオリアクターＢｘ  １１０に供給した場合、ブタノールの比生産性は、８．２ｇ／Ｌ／ｇクロストリジウム属細胞／日になると見積もられる。
【００５３】
このシステムの平均炭素捕捉率は、以下の通りであった。
【表１１】
2021532806.tif 000013
ＣＯ2は、水性ガスシフト反応により、バイオリアクターＢｉ  １２０中で生成する。
【００５４】
本明細書に開示されている開示は、特定の実施形態、それらの実施例および用途により説明されているが、特許請求の範囲に説明されている本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって多数の修正および改変が本開示に行われ得る。
【図１】
2021532806.tif 000014
【図２】
2021532806.tif 000015
【図３】
2021532806.tif 000016
【図４】
2021532806.tif 000017
【図５】
2021532806.tif 000018
【図６】
2021532806.tif 000019
【図７】
2021532806.tif 000020
【図８】
2021532806.tif 000021
【図９】
2021532806.tif 000022
【図１０】
2021532806.tif 000023
【図１１】
2021532806.tif 000024
【図１２】
2021532806.tif 000025
【図１３】
2021532806.tif 000026
【国際調査報告】
2021532806.tif 000027
2021532806.tif 000028
2021532806.tif 000029
2021532806.tif 000030