(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成物アルコールを生成する微生物を含む発酵ブロスを提供する工程と；
前記発酵ブロスを、抽出剤相を形成する少なくとも１つの抽出剤と接触させる工程であって、ここで前記抽出剤相は生成物アルコールを含む、前記工程と；
前記抽出剤相を、水相を形成する水流と接触させる工程であって、ここで前記生成物アルコールは、前記抽出剤相から前記水相に移される、前記工程と；
前記生成物アルコールを回収する工程と
を含み、
前記生成物アルコールの抽出が、相分離の速度および／または抽出剤の液滴径を測定することによる相分離のリアルタイム測定によって監視され、ここで前記リアルタイム測定が、伝導度測定、誘電率測定、粘弾性測定、または超音波測定であることを特徴とする、発酵ブロスから生成物アルコールを回収するための方法。
【請求項２】
前記発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる前記工程が、前記発酵装置、外部ユニット、またはその両方で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外部ユニットが抽出器である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記抽出器が、サイフォン、デカンター、遠心分離機、重力沈降器、相分離器、ミキサーセトラー、カラム抽出器、遠心抽出器、撹拌抽出器、ハイドロサイクロン、スプレー塔、またはそれらの組合せから選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの抽出剤が、Ｃ7〜Ｃ22の脂肪アルコール、Ｃ7〜Ｃ22の脂肪酸、Ｃ7〜Ｃ22の脂肪酸のエステル、Ｃ7〜Ｃ22の脂肪アルデヒド、Ｃ7〜Ｃ22の脂肪アミド、お
よびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの抽出剤が、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイ
ン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、１−ノナノール、１−デカノール、２−ウンデカノール、１−ノナナール、１−ウンデカノール、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、２−メチルウンデカナール、オレアミド、リノレアミド、パルミトアミド、ステアリルアミド、２−エチル−１−ヘキサノール、２−ヘキシル−１−デカノール、２−オクチル−１−ドデカノール、およびそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
親水性溶質が、前記発酵ブロスに加えられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記親水性溶質が、ポリヒドロキシル化化合物、ポリカルボン酸、ポリオール化合物、イオン性塩、またはそれらの混合物からなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる前記工程が、２つ以上の外部ユニットで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる前記工程が、２つ以上の発酵装置で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記発酵装置が、相分離を向上させるための内部またはデバイスを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記内部またはデバイスが、コアレッサ、バッフル、有孔プレート、ウェル、ラメラセパレータ、円錐、またはそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
微生物を含む発酵ブロスを提供する工程が、２つ以上の発酵装置で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記生成物アルコールが、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびフーゼルアルコールから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記微生物が、ブタノール生合成経路を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ブタノール生合成経路が、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、またはイソブタノール生合成経路である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記微生物が組み換え微生物である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
発酵性炭素源、非溶解固体、油、および水を含む原料スラリーを提供する工程と；
前記原料スラリーを分離し、それによって、（ｉ）発酵性炭素源を含む水溶液、（ｉｉ）固体を含むウェットケーキ、および（ｉｉｉ）油が形成される工程と；
前記水溶液を前記発酵ブロスに加える工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記油が加水分解されて、脂肪酸が形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記発酵ブロスが、前記脂肪酸と接触される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記油が、酵素によって加水分解される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記酵素が、１つ以上のリパーゼまたはホスホリパーゼである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記原料スラリーが、原料の加水分解によって生成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
原料が、ライ麦、小麦、トウモロコシ、サトウキビ、大麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料、またはそれらの組合せから選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記原料スラリーが、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せによって分離される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記原料を分離する工程が、単一工程プロセスである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記ウェットケーキが、前記水溶液と組み合わされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
前記水溶液を触媒と接触させて、前記水溶液中の油を脂肪酸に転化する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記水溶液および脂肪酸が、前記発酵ブロスに加えられる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記触媒が失活される、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／６９９，９７６号明細書；２０１２年１０月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７１２，３８５号明細書；２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２８，３５３号明細書；および２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８３６，１１５号明細書の利益を主張するものであり；それぞれの内容全体が、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本出願に関連する配列表は、ＥＦＳ−Ｗｅｂを介して電子書式で提出され、全体が参照により本明細書に援用される。
【０００３】
本発明は、エタノールおよびブタノールを含むアルコールなどの発酵産物の生成、および原位置生成物除去方法を用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
多くの化学薬品および消費者製品が、製造プロセスとして発酵を用いて生成され得る。例えば、エタノールおよびブタノールなどのアルコールには、燃料、試薬、および溶媒などの様々な産業的および科学的な用途がある。ブタノールは、燃料添加剤として、プラスチック産業における原料化学物質として、ならびに食品および香料産業における食品グレードの抽出剤としての使用を含む様々な用途を有する重要な産業用化学物質である。植物由来の材料などの材料からのブタノールまたはブタノール異性体の生成は、石油化学製品の使用を最小限に抑えることができ、当該技術分野において進展をもたらすであろう。さらに、植物由来の材料または他のバイオマス源を用いた化学薬品および燃料の生成は、石油化学プロセスに対する、環境に優しくかつ持続可能な代替手段を提供するであろう。
【０００５】
遺伝子組み換えおよび代謝工学などの技術を用いて、植物由来の材料または他のバイオマス源から特定の生成物を生成するために微生物を改変することができる。しかしながら、例えば、ブタノールの生成の際、高収率でブタノールを生成するいくつかの微生物は、低いブタノール毒性閾値も有する。ブタノールが生成されるにつれて発酵からブタノールを除去することは、こうした低いブタノール毒性閾値に対処する手段である。したがって、ブタノール生成微生物の低いブタノール毒性閾値にもかかわらず、高収率でブタノールを生成するための効率的な方法およびシステムを開発することが引き続き必要とされている。
【０００６】
原位置生成物除去（ＩＳＰＲ）（抽出発酵とも呼ばれる）が、ブタノールまたは他の発酵産物が生成されるにつれて発酵からブタノールまたは他の発酵産物を除去するのに使用可能であり、それによって、微生物が高収率でブタノールを生成することが可能になる。当該技術分野において記載されている発酵アルコールを除去するための１つのＩＳＰＲ方法は、液液抽出（例えば、特許文献１を参照）である。一般に、ブタノール発酵に関して、微生物を含む発酵ブロスが、ブタノール濃度が例えば毒性レベルに達する前の時点で抽出剤と接触される。ブタノールが、抽出剤中に分配されて、微生物を含有する発酵ブロス中のブタノールの濃度が低下され、それによって、阻害性ブタノールへの微生物の曝露が抑えられる。
【０００７】
技術的および経済的に実行可能であるために、液液抽出は、抽出剤中へのアルコールの効率的な物質移動のための抽出剤と発酵ブロスとの接触；発酵ブロスからの抽出剤の相分離（発酵中および／または発酵後）；抽出剤の効率的な回収および再利用；および長期間の運転にわたる抽出剤の分配係数の減少が最小限であることを必要とする。抽出剤は、例えば、発酵の原料として使用されるバイオマス中に存在する脂質の蓄積によって、再利用されるたびに時間とともに汚染され得、この汚染には、抽出剤の分配係数の減少が伴い得る。
【０００８】
さらに、抽出発酵中の非溶解固体の存在は、アルコール生成の効率に悪影響を与え得る。例えば、非溶解固体の存在は、物質移動係数を低下させ、相分離を妨げ、抽出剤中の非溶解固体からの油の蓄積を生じ、時間の経過とともに抽出効率の低下を招くことがあり、発酵ブロスからの抽出剤液滴の離脱を遅くすることがあり、発酵槽体積効率を低下させることがあり、抽出剤が、固体に捕捉され、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕（ＤＤＧＳ）として最終的に除去されるため、抽出剤の損失を増加させることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、微生物に対するブタノールなどの発酵アルコールの毒性作用を軽減し、抽出剤の分配係数の低下も抑えることができる代替的な抽出発酵プロセスが引き続き必要とされている。本発明は、本明細書に記載される必要性を満たし、エタノールおよびブタノールなどのアルコールの発酵生成のための方法、プロセス、およびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、発酵装置中で発酵産物を生成する微生物を含む発酵ブロスを提供する工程と；発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる工程と；発酵産物を回収する工程とを含む、発酵ブロスから発酵産物を回収するための方法に関する。ある実施形態において、発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる工程は、発酵装置、外部ユニット、またはその両方で行われる。ある実施形態において、外部ユニットは抽出器である。ある実施形態において、抽出器は、サイフォン、デカンター、遠心分離機、重力沈降器、相分離器（ｐｈａｓｅ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、ミキサーセトラー、カラム抽出器、遠心抽出器、撹拌抽出器、ハイドロサイクロン、スプレー塔、およびそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ７〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ７〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ７〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、Ｃ７〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ７〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物から選択される。ある実施形態において、抽出剤は、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、１−ノナノール、１−デカノール、２−ウンデカノール、１−ノナナール、１−ウンデカノール、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、２−メチルウンデカナール、オレアミド、リノレアミド、パルミトアミド、ステアリルアミド、２−エチル−１−ヘキサノール、２−ヘキシル−１−デカノール、２−オクチル−１−ドデカノール、およびそれらの混合物から選択される。ある実施形態において、親水性溶質が、発酵ブロスに加えられる。ある実施形態において、親水性溶質は、ポリヒドロキシル化化合物、ポリカルボン酸、ポリオール化合物、イオン性塩、およびそれらの混合物から選択される。ある実施形態において、発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる工程は、２つ以上の外部ユニットで行われる。ある実施形態において、発酵ブロスを少なくとも１つの抽出剤と接触させる工程は、２つ以上の発酵装置で行われる。ある実施形態において、発酵装置は、相分離を向上させるための内部またはデバイスを含む。ある実施形態において、内部またはデバイスは、コアレッサ、バッフル、有孔プレート、ウェル、ラメラセパレータ、円錐（ｃｏｎｅ）、およびそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、リアルタイム測定が、発酵産物の抽出を監視するのに使用される。ある実施形態において、発酵産物の抽出が、相分離のリアルタイム測定によって監視される。ある実施形態において、相分離が、相分離の速度、抽出剤の液滴径、および／または発酵ブロスの組成を測定することによって監視される。ある実施形態において、相分離が、伝導度測定、誘電率測定、粘弾性測定、および／または超音波測定によって監視される。ある実施形態において、微生物を含む発酵ブロスを提供する工程は、２つ以上の発酵装置で行われる。ある実施形態において、発酵産物は、生成物アルコールであり得る。ある実施形態におい���、生成物アルコールは、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、およびフーゼルアルコールから選択される。ある実施形態において、微生物は、ブタノール生合成経路を含む。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、イソブタノール生合成経路、または２−ブタノン経路である。ある実施形態において、微生物は組み換え微生物である。ある実施形態において、本方法は、発酵性炭素源、非溶解固体、油、および水を含む原料スラリーを提供する工程と；原料スラリーを分離して、以下の３つの流れ：（ｉ）発酵性炭素源を含む水溶液、（ｉｉ）固体を含むウェットケーキ、および（ｉｉｉ）油を形成する工程と；水溶液を発酵ブロスに加える工程とをさらに含む。ある実施形態において、油は加水分解されて、脂肪酸が形成される。ある実施形態において、発酵ブロスは、脂肪酸と接触される。ある実施形態において、油は、酵素によって加水分解される。ある実施形態において、酵素は、１つ以上のリパーゼまたはホスホリパーゼである。ある実施形態において、原料スラリーは、原料の加水分解によって生成される。ある実施形態において、原料は、ライ麦、小麦、トウモロコシ、サトウキビ、大麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料、およびそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、原料スラリーは、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、膜ろ過、精密ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子（ｇｒａｔｉｎｇ）、多孔質格子、浮遊法（ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器（ｖｏｒｔｅｘ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、またはそれらの組合せによって分離される。ある実施形態において、原料を分離する工程は、単一工程プロセスである。ある実施形態において、ウェットケーキは、水溶液と組み合わされる。ある実施形態において、本方法は、水溶液を触媒と接触させて、水溶液中の油を脂肪酸に転化する工程をさらに含む。ある実施形態において、水溶液および脂肪酸は、発酵ブロスに加えられる。ある実施形態において、触媒は失活される。
【００１２】
本発明は、１つ以上の発酵装置であって：原料スラリーを受け入れるための入口；および発酵産物を含む発酵ブロスを排出するための出口を含む１つ以上の発酵装置と；１つ以上の抽出器であって：発酵ブロスを受け入れるための第１の入口；抽出剤を受け入れるための第２の入口；希薄な発酵ブロスを排出するための第１の出口；および濃厚な抽出剤を排出するための第２の出口を含む１つ以上の抽出器とを含むシステムにも関する。ある実施形態において、システムは、１つ以上の液化ユニットと；１つ以上の分離手段と；任意に、１つ以上の洗浄システムとをさらに含む。ある実施形態において、分離手段は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、精密ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、およびそれらの組合せから選択される。ある実施形態において、システムは、オンライン測定デバイスも含む。ある実施形態において、オンライン測定デバイスは、粒度分析器、フーリエ変換赤外線分光器、近赤外線分光器、ラマン分光器、高圧液体クロマトグラフィー、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、ｐＨ計、溶解された酸素プローブ、およびそれらの組合せから選択される。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明を例示し、さらに、本明細書とともに、本発明の原理を説明し、関連技術分野の当業者が本発明を行い、使用できるようにする働きを果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】液化の後かつ発酵の前に、非溶解固体が分離によって除去される、本発明の例示的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図２】ＩＳＰＲが、発酵の下流で行われる、本発明の例示的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図３】油流が排出される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図４】ウェットケーキが洗浄サイクルに供される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図５】油流が排出され、ウェットケーキが洗浄サイクルに供される、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図６Ａ】水溶液およびウェットケーキが組み合わされ、発酵に送られ（図６Ａ）、水溶液、油、およびウェットケーキが組み合わされ、発酵に送られる（図６Ｂ）、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図６Ｂ】水溶液およびウェットケーキが組み合わされ、発酵に送られ（図６Ａ）、水溶液、油、およびウェットケーキが組み合わされ、発酵に送られる（図６Ｂ）、本発明の別の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図７Ａ】水溶液が転化（例えば、加水分解、エステル交換）および／または非活性化に供される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図７Ｂ】水溶液が転化（例えば、加水分解、エステル交換）および／または非活性化に供される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図７Ｃ】水溶液が転化（例えば、加水分解、エステル交換）および／または非活性化に供される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図７Ｄ】水溶液が転化（例えば、加水分解、エステル交換）および／または非活性化に供される、本発明の例示的な代替的な方法およびシステムを概略的に示す。
【図８】下流の処理を含む本発明の例示的な発酵プロセスを概略的に示す。
【図９】下流の処理を含む本発明の例示的な発酵プロセスを概略的に示す。
【図１０−１】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−２】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−３】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−４】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−５】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−６】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−７】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−８】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１０−９】本明細書に記載されるプロセスに使用され得る様々なシステムを示した。
【図１１Ａ】複数回抽出剤流系を概略的に示す。
【図１１Ｂ】複数回抽出剤流系を概略的に示す。
【図１２】発酵プロセスを監視するためにオンライン、インライン、アットライン、および／またはリアルタイム測定を用いる本発明の例示的な発酵プロセスを概略的に示す。
【図１３】Ａ、Ｂは、ラグ（ｒａｇ）層の形成を軽減するための本発明の例示的な方法を概略的に示す。
【図１４】発酵、抽出、および蒸留プロセスを含む本発明の例示的な方法を概略的に示す。
【図１５】抽出塔効率に対する発酵ブロス対抽出剤の比率（水相／有機相（ａｑ／ｏｒｇ））の影響を示す。
【図１６】Ａ、Ｂは、イソブタノール濃度およびグルコースプロファイルに対する、外部の抽出塔を用いたＩＳＰＲの影響を示す。
【図１７】イソブタノール除去率に対する、ミキサーセトラーを用いたＩＳＰＲの影響を示す。
【図１８】インライン測定を用いたでんぷん濃度の範囲のＦＴＩＲスペクトルを示す。
【図１９】トウモロコシマッシュの処理の際のウェットケーキのでんぷん濃度のＦＴＩＲスペクトルを示す。
【図２０】トウモロコシマッシュの処理の際のトウモロコシ油のＦＴＩＲスペクトルを示す。
【図２１】ＣＯＦＡ中のイソブタノールのリアルタイム測定を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
特に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾が生じた場合、定義を含めて本出願が優先するものとする。また、文脈上異なる解釈を要する場合を除き、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むものとする。本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および他の参照文献は、あらゆる目的のために、全体が参照により本明細書に援用される。
【００１６】
本発明をさらに定義するために、以下の用語および定義が、本明細書において提供される。
【００１７】
本明細書において使用される際の「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、または「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語、またはそれらの任意の他の活用形は、記載される整数または整数の群を包含するが、任意の他の整数または整数の群を除外しないことを意味することが理解されよう。例えば、要素の列挙を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかあるいはこのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含み得る。さらに、相反する明示的な記載がない限り、「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を指す。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のうちの１つによって満たされる：Ａが真であり（または存在する）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在しない）かつＢが真である（または存在する）、ＡおよびＢの両方とも真である（または存在する）。
【００１８】
また、本発明の要素または構成要素の前にある不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、事例の数、すなわち、要素または構成要素の出現の数に関して限定されないことが意図される。したがって、「ａ」または「ａｎ」は、１つまたは少なくとも１つを含むものと読まれるべきであり、要素または構成要素の単数語形は、数値が単数であることを明白に意味しない限り、複数も含む。
【００１９】
本明細書において使用される際の「発明」または「本発明」の用語は、非限定的な用語であり、発明の任意の１つの実施形態を指すことは意図されず、本出願に記載される考えられる全ての実施形態を包含する。
【００２０】
本明細書において使用される際の、用いられる本発明の成分または反応剤の量を修飾する「約」という用語は、例えば、現実の世界で濃縮物または溶液を作製するのに使用される典型的な測定および液体処理手順によって；これらの手順における不注意による誤りによって；組成物を作製するかまたは方法を行うのに用いられる成分の製造、供給源、または純度の差などによって起こり得る数量の変動を指す。「約」という用語は、特定の初期混合物から得られる組成物のための平衡条件が異なるために異なる量も包含する。「約」という用語によって修飾されているか否かにかかわらず、特許請求の範囲は、量に対する均等物を含む。一実施形態において、「約」という用語は、報告される数値の１０％以内、あるいは報告される数値の５％以内を意味する。
【００２１】
本明細書において使用される際の「バイオマス」は、トウモロコシ、サトウキビ、小麦、セルロース系またはリグノセルロース系材料、およびセルロース、ヘミセルロース、リグニン、でんぷん、オリゴ糖、二糖類、および／または単糖類、およびそれらの混合物を含む材料などの天然資源に由来する任意の糖およびでんぷんを含む発酵性糖および／またはでんぷんを提供する加水分解性多糖類を含有する天然産物を指す。バイオマスは、タンパク質および／または脂質などのさらなる成分も含み得る。バイオマスは、１つの供給源に由来してもよく、またはバイオマスは、２つ以上の供給源に由来する混合物を含み得る。例えば、バイオマスは、トウモロコシの穂軸とトウモロコシの茎葉との混合物、または草と葉との混合物を含み得る。バイオマスとしては、以下に限定はされないが、バイオエネルギー作物、農業残渣、都市固形廃棄物、産業固形廃棄物、製紙からの汚泥、庭ごみ、木くずおよび林業廃棄物（例えば、森林間伐材）が挙げられる。バイオマスの例としては、以下に限定はされないが、トウモロコシ、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの皮、トウモロコシの茎葉などの作物残渣、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、スペルト小麦、ライ小麦、大麦、大麦のわら、オート麦、牧草、稲、稲わら、スイッチグラス、ジャガイモ、サツマイモ、キャッサバ、キクイモ、サトウキビの絞りかす、ソルガム、サトウキビ、テンサイ、飼料用ビート、大豆、ヤシ、ココナツ、ナタネ、ベニバナ、ヒマワリ、アワ、ユーカリ、茅、穀類の粉砕から得られる成分、樹木（例えば、枝、根、葉）、木質チップ、おがくず、潅木および低木、野菜、果物、花、動物の糞尿、およびそれらの混合物が挙げられる。例えば、マッシュ、絞り汁、糖蜜、または加水分解物が、粉砕および液化などの発酵のためにバイオマスを処理するための当該技術分野において公知の任意の処理によって、バイオマスから形成され得る。例えば、セルロース系および／またはリグノセルロース系バイオマスは、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００７／００３１９１８号明細書に開示されている低アンモニア前処理などの、当業者に公知の任意の方法によって発酵性糖を含有する加水分解物を得るように処理され得る。セルロース系および／またはリグノセルロース系バイオマスの酵素的糖化は、通常、セルロースおよびヘミセルロースを分解して、グルコース、キシロース、およびアラビノースを含む糖類を含有する加水分解物を生成するために酵素混合物（例えば、セルラーゼ、キシラナーゼ、グルコシダーゼ、グルカナーゼ、リアーゼ）を利用する。セルロース系および／またはリグノセルロース系バイオマスに適した糖化酵素は、Ｌｙｎｄ，ｅｔ  ａｌ．（Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｒｅｖ．６６：５０６−５７７，２００２）に概説されている。
【００２２】
本明細書において使用される際の「発酵性炭素源」または「発酵性炭素基質」は、微生物によって代謝されることが可能な炭素源を指す。好適な発酵性炭素源としては、以下に限定はされないが、グルコースまたはフルクトースなどの単糖類；ラクトースまたはスクロースなどの二糖類；オリゴ糖；でんぷんまたはセルロースなどの多糖類；１つの炭素基質；およびそれらの混合物が挙げられる。
【００２３】
本明細書において使用される際の「発酵性糖」は、発酵産物の生成のために、本明細書に開示されている微生物によって代謝されることが可能な１種以上の糖類を指す。
【００２４】
本明細書において使用される際の「原料」は、発酵プロセスにおける原料を指し、原料は、非溶解固体および油を含むかまたは含まない発酵性炭素源を含有し、該当する場合、原料は、発酵性炭素源がでんぷんから除去されたかまたは液化、糖化、または他のプロセスなどによるさらなる処理による複合糖類の分解から得られる前または後に発酵性炭素源を含有する。原料は、バイオマスを含むかまたはバイオマスに由来し得る。好適な原料としては、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、トウモロコシマッシュ、サトウキビ、サトウキビマッシュ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物が挙げられる。「原料油」に言及される場合、この用語が、所与の原料から生成される油を包含することが理解されよう。
【００２５】
本明細書において使用される際の「発酵ブロス」は、水と、発酵性炭素源（例えば、糖類）と、溶解固体と、任意に発酵産物（例えば、生成物アルコール）を生成する微生物と、任意に発酵産物（例えば、生成物アルコール）と、他の成分との混合物を指す。ある実施形態において、発酵ブロスは、発酵産物（例えば、生成物アルコール）が微生物による発酵性炭素源の代謝によって作製される発酵装置中に保持される材料を指す。場合により、本明細書において使用される際の「発酵ブロス」という用語は、「発酵培地」または「発酵された混合物」と同義に使用され得る。ある実施形態において、生成物アルコールを含む発酵ブロスは、発酵ビールまたはビールと呼ばれ得る。
【００２６】
本明細書において使用される際の「発酵装置」または「発酵槽」は、発酵反応が行われ、それによって、発酵産物（例えば、エタノールまたはブタノールなどの生成物アルコール）が発酵性炭素源から生成されるユニットを指す。「発酵装置」という用語は、本明細書において「発酵槽」と同義に使用され得る。
【００２７】
本明細書において使用される際の「液化ユニット」は、液化が行われるユニットを指す。液化は、オリゴ糖が原料から放出されるプロセスである。原料がトウモロコシである、ある実施形態において、オリゴ糖は、液化中にトウモロコシでんぷん含有物から放出される。
【００２８】
本明細書において使用される際の「糖化ユニット」は、糖化（すなわち、オリゴ糖の単糖類への分解）行われるユニットを指す。発酵および糖化が同時に行われる場合、糖化ユニットおよび発酵装置は、同じユニットであってもよい。
【００２９】
本明細書において使用される際の「糖」は、オリゴ糖、二糖類、単糖類、および／またはそれらの混合物を指す。「糖」という用語は、でんぷん、デキストラン、グリコーゲン、セルロース、ペントサン、ならびに糖類を含む炭水化物も含む。
【００３０】
本明細書において使用される際、「糖化酵素」は、多糖類および／またはオリゴ糖、例えば、グリコーゲンまたはでんぷんのα−１，４−グルコシド結合を加水分解することが可能な１種以上の酵素を指す。糖化酵素は、セルロース系またはリグノセルロース系材料を加水分解することが可能な酵素も含み得る。
【００３１】
本明細書において使用される際の「非溶解固体」は、水性媒体に溶解しない原料の非発酵性部分、例えば、胚芽、繊維、グルテン、および任意のさらなる成分を指す。例えば、原料の非発酵性部分は、原料の固体として残る部分を含み、発酵ブロスから液体を吸収し得る。
【００３２】
本明細書において使用される際の「油」は、植物（例えば、バイオマス）または動物から得られる脂質を指す。油の例としては、以下に限定はされないが、牛脂、トウモロコシ油、キャノーラ油、カプリン酸／カプリル酸トリグリセリド、ヒマシ油、ココナツ油、綿実油、魚油、ホホバ油、ラード、亜麻仁油、牛脚油、オイチシカ油、ヤシ油、ピーナッツ油、菜種油、米油、ベニバナ油、大豆油、ヒマワリ油、キリ油、ジャトロファ油、および植物油ブレンドが挙げられる。
【００３３】
本明細書において使用される際の「生成物アルコール」は、発酵性炭素基質源としてバイオマスを用いる発酵プロセスにおいて微生物によって生成され得る任意のアルコールを指す。生成物アルコールとしては、以下に限定はされないが、Ｃ１〜Ｃ８のアルキルアルコールが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールはＣ２〜Ｃ８のアルキルアルコールである。他の実施形態において、生成物アルコールはＣ２〜Ｃ５のアルキルアルコールである。Ｃ１〜Ｃ８のアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびヘキサノールが挙げられることが理解されよう。同様に、Ｃ２〜Ｃ８のアルキルアルコールとしては、以下に限定はされないが、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびヘキサノールが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールは、フーゼルアルコール（またはフーゼル油）およびグリセロールも含み得る。「アルコール」はまた、生成物アルコールに関連して本明細書において使用され得る。
【００３４】
本明細書において使用される際の「ブタノール」は、ブタノール異性体１−ブタノール（１−ＢｕＯＨ）、２−ブタノール（２−ＢｕＯＨ）、ｔｅｒｔ−ブタノール（ｔ−ＢｕＯＨ）、および／またはイソブタノール（ｉＢｕＯＨ、ｉ−ＢｕＯＨ、Ｉ−ＢＵＯＨ、２−メチル−１−プロパノールとしても知られているｉＢ）を、個々にまたはそれらの混合物として指す。場合により、ブタノールのエステルに言及する場合、「ブチルエステル」および「ブタノールエステル」という用語は、同義に使用され得る。
【００３５】
本明細書において使用される際の「プロパノール」は、プロパノール異性体イソプロパノールまたは１−プロパノールを指す。
【００３６】
本明細書において使用される際の「ペンタノール」は、ペンタノール異性体１−ペンタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−１−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール、３−ペンタノール、２−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、または２−メチル−２−ブタノールを指す。
【００３７】
本明細書において使用される際の「原位置生成物除去（ＩＳＰＲ）」は、生成物が生成される際に、生物学的プロセスにおける生成物濃度を制御するための、発酵などの生物学的プロセスからの特定の生成物の選択的な除去を指す。
【００３８】
本明細書において使用される際の「抽出剤」は、発酵産物（例えば、生成物アルコール）を抽出するのに使用される溶媒を指す。場合により、本明細書において使用される際の「抽出剤」という用語は、「溶媒」と同義に使用され得る。
【００３９】
本明細書において使用される際の「水不混和性」は、１つの液相を形成するように、発酵ブロスなどの水溶液と混合することができない抽出剤または溶媒などの化学成分を指す。
【００４０】
本明細書において使用される際の「カルボン酸」は、炭素原子が、カルボニル基（−Ｃ＝Ｏ）を作製するように二重結合によって酸素原子に結合され、単結合によってヒドロキシル基（−ＯＨ）に結合される一般化学式−ＣＯＯＨで表される任意の有機化合物を指す。カルボン酸は、プロトン化カルボン酸の形態、カルボン酸の塩の形態（例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、またはカリウム塩）、またはプロトン化カルボン酸とカルボン酸の塩との混合物として存在してもよい。カルボン酸という用語は、例えば、バイオマスに由来する脂肪酸エステルまたはトリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質の加水分解によって生成され得る、単一の化学種（例えば、オレイン酸）またはカルボン酸の混合物を表し得る。
【００４１】
本明細書において使用される際の「脂肪酸」は、飽和または不飽和のいずれかである、Ｃ４〜Ｃ２８の炭素原子（最も一般的に、Ｃ１２〜Ｃ２４の炭素原子）を有するカルボン酸（例えば、脂肪族モノカルボン酸）を指す。脂肪酸はまた、分枝鎖状または非分枝鎖状であり得る。脂肪酸は、エステル化形態、動物性または植物性脂肪、油、またはろうに由来するか、またはそれらに含まれ得る。脂肪酸は、脂肪および脂肪油中のグリセリドの形態で天然に存在するものであってもよく、または脂肪の加水分解によってまたは合成によって得られる。脂肪酸という用語は、単一の化学種または脂肪酸の混合物を表し得る。さらに、脂肪酸という用語は、遊離脂肪酸も包含する。
【００４２】
本明細書において使用される際の「脂肪アルコール」は、飽和または不飽和のいずれかである、Ｃ４〜Ｃ２２の炭素原子の脂肪族鎖を有するアルコールを指す。
【００４３】
本明細書において使用される際の「脂肪アルデヒド」は、飽和または不飽和のいずれかである、Ｃ４〜Ｃ２２の炭素原子の脂肪族鎖を有するアルデヒドを指す。
【００４４】
本明細書において使用される際の「脂肪アミド」は、飽和または不飽和のいずれかである、Ｃ４〜Ｃ２２の炭素原子の脂肪族鎖を有するアミドを指す。
【００４５】
本明細書において使用される際の「脂肪エステル」は、飽和または不飽和のいずれかである、Ｃ４〜Ｃ２２の炭素原子の脂肪族鎖を有するエステルを指す。
【００４６】
本明細書において使用される際の「水相」は、例えば液相および気相を含む例えば二相混合物の水相、２つの液相（例えば、有機相および水相）および気相を含有する三相混合物の水相、水相がある程度の量の懸濁固体を含有する二相もしくは三相混合物のいずれかの水相、または気相、有機相、水相および固相を含む四相混合物を指す。ある実施形態において、三相混合物は、気相、液相、および固相を含み得る。ある実施形態において、水相は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる。発酵抽出を含む本明細書に記載されるプロセスの一実施形態において、「発酵ブロス」という用語は、この場合、二相発酵抽出における水相を指し得る。
【００４７】
本明細書において使用される際の「有機相」は、発酵ブロスを水不混和性有機抽出剤と接触させることによって得られる混合物（例えば、二相混合物、三相混合物、四相混合物）の非水相を指す。場合により、本明細書において使用される際の「有機相」という用語は、「抽出剤相」と同義に使用され得る。
【００４８】
本明細書において使用される際の「有効力価」は、発酵ブロスのリットル当たりの、発酵によって生成される特定の発酵産物（例えば、生成物アルコール）の総量を指す。
【００４９】
プロセス流に関連して本明細書において使用される際の「部分」は、流れ全体、ならびに流れの全ての成分を含む、流れの任意の１つまたは複数の成分を含む、流れの組成物を保持する流れの任意の分画部分を指す。
【００５０】
本発明は、発酵を用いて生成物アルコールなどの発酵産物を生成するためのプロセスおよび方法を提供する。本明細書に記載されるプロセスおよび方法を用いて生成され得る他の発酵産物としては、プロパンジオール、ブタンジオール、アセトン、乳酸、酢酸、酪酸、およびプロピオン酸などの酸；水素、メタン、および二酸化炭素などのガス；アミノ酸；ビオチン、ビタミンＢ２（リボフラビン）、ビタミンＢ１２（例えば、コバラミン）、アスコルビン酸（例えば、ビタミンＣ）、ビタミンＥ（例えば、ａ−トコフェロール）、およびビタミンＫ（例えば、メナキノン）などのビタミン；エリスロマイシン、ペニシリン、ストレプトマイシン、およびテトラサイクリンなどの抗生物質；ならびにクエン酸、インベルターゼ、ソルビトール、ペクチナーゼ、およびキシリトールなどの他の生成物が挙げられる。
【００５１】
本発明は、発酵プロセスによって生成物アルコールを生成し、発酵プロセスによって生成される生成物アルコールを回収するための方法およびシステムを提供する。本明細書に記載される方法の一実施形態の例として、発酵は、原料を発酵装置中に直接導入することによって開始され得る。ある実施形態において、１つ以上の発酵装置が、本明細書に記載される方法に使用され得る。好適な原料としては、以下に限定はされないが、ライ麦、小麦、トウモロコシ、トウモロコシマッシュ、サトウキビ、サトウキビマッシュ、大麦、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、またはそれらの混合物が挙げられる。これらの原料は、乾式粉砕または湿式粉砕などの方法を用いて処理され得る。ある実施形態において、発酵装置への導入の前に、原料は、液化されて、非溶解固体、発酵性炭素源（例えば、糖）、および油を含み得る原料スラリーが生成され得る。原料の液化は、酸プロセス、酵素プロセス（例えば、α−アミラーゼ）、酸−酵素プロセス、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されない任意の公知の液化プロセスによって行われ得る。ある実施形態において、液化は、１つ以上の液化ユニットで行われ得る。
【００５２】
原料スラリーが、発酵装置に直接供給される場合、非溶解固体および／または油は、生成物アルコールの効率的な除去および回収を妨げ得る。特に、液液抽出が、発酵ブロスから生成物アルコールを抽出するのに用いられる場合、非溶解固体（例えば、微粒子）の存在は、抽出剤と発酵ブロスとの接触を妨げることによって、抽出剤への生成物アルコールの物質移動速度を低下させること；発酵装置中でエマルジョンを生成または促進し、それによって、抽出剤および発酵ブロスの相分離を妨げること；抽出剤および生成物アルコールの少なくとも一部が、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕（ＤＤＧＳ）として除去され得る固体に「捕捉される」ため、抽出剤を回収し、再利用する効率を低下させること；発酵装置中の体積を占める固体があるためおよび発酵ブロスからの抽出剤のより遅い離脱があるため、発酵装置体積効率を低下させること；および油による汚染によって、抽出剤の寿命が短縮されることを含むがこれらに限定されない、システムの非効率を招き得る。これらの影響は、資本コストおよび運転コストを増加させ得る。さらに、ＤＤＧＳに「捕捉される」抽出剤は、ＤＤＧＳ値および動物飼料として販売するための必要条件から外れ得る。したがって、これらの問題を回避し、および／または最小限に抑えるために、非溶解固体の少なくとも一部が、原料スラリーを発酵装置に加える前に、原料スラリーから除去され得る。生成物アルコール生成の抽出活性および効率が、非溶解固体が除去された発酵ブロスにおいて抽出が行われる場合に高められ得る。
【００５３】
原料を処理して、原料スラリーを生成し、原料スラリーを分離して、発酵性炭素源を含む水相と、固相（例えば、ウェットケーキ）とを生成するための方法およびシステムが、図を参照して本明細書に記載される。図１に示されるように、ある実施形態において、システムは、原料を液化して、原料スラリーを生成するように構成される液化１０を含む。例えば、原料１２は、（例えば、液化ユニットの入口を介して）液化１０に導入され得る。原料１２は、大麦、オート麦、ライ麦、ソルガム、小麦、ライ小麦、スペルト小麦、アワ、サトウキビ、トウモロコシ、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されない、糖および／またはでんぷんなどの発酵性炭素源を含有する、当業界で公知の任意の好適なバイオマス材料であり得る。水も液化１０に導入され得る。
【００５４】
原料１２を液化するプロセスは、原料１２中のでんぷんを水溶性糖に加水分解することを含む。酸プロセス、酵素プロセス、または酸−酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で用いられる任意の公知の液化プロセス、同様に液化ユニットが使用され得る。このようなプロセスは、単独でまたは組み合わせて使用され得る。ある実施形態において、酵素プロセスを用いることができ、適切な酵素１４、例えば、α−アミラーゼが、液化１０に導入される。本発明のシステムおよび方法に使用され得るα−アミラーゼの例が、米国特許第７，５４１，０２６号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２０９０２６号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２３８９２３号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２５２８２８号明細書；米国特許出願公開第２００９／０３１４２８６号明細書；米国特許出願公開第２０１０／０２２７８９７０号明細書；米国特許出願公開第２０１０／００４８４４６号明細書；米国特許出願公開第２０１０／００２１５８７号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。
【００５５】
ある実施形態において、液化および／または糖化のための酵素が、微生物によって生成され得る。このような酵素を生成する微生物の例が、米国特許第７，４９８，１５９号明細書；米国特許出願公開第２０１２／０００３７０１号明細書；米国特許出願公開第２０１２／０１２９２２９号明細書；ＰＣＴ国際公報の国際公開第２０１０／０９６５６２号パンフレット；およびＰＣＴ国際公報の国際公開第２０１１／１５３５１６号パンフレットに記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、液化および／または糖化のための酵素が、生成物アルコールも生成する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、液化および／または糖化のための酵素が、ブタノール生合成経路も発現する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、イソブタノール生合成経路、または２−ブタノン生合成経路であり得る。
【００５６】
原料１２を液化するプロセスは、発酵性炭素源（例えば、糖）および非溶解固体を含む原料スラリー１６（マッシュまたは高粘度のマッシュとも呼ばれる）を生成する。ある実施形態において、原料スラリー１６は、発酵性炭素源（例えば、糖）、油、および非溶解固体を含み得る。非溶解固体は、原料１２の非発酵性部分であり得る。ある実施形態において、原料１２は、乾式粉砕された、分画されていないトウモロコシの実などのトウモロコシであってもよく、原料スラリー１６は、トウモロコシマッシュスラリーである。原料スラリー１６は、液化１０の出口から排出されてもよく、分離２０に送られ得る。
【００５７】
分離２０は、原料スラリー１６を受け入れるための入口を有し、原料スラリー１６から非溶解固体を除去するように構成され得る。分離２０はまた、油、および／または油および非溶解固体を除去するように構成され得る。分離２０は、原料スラリー１６を撹拌するかまたは回転させて、液相または水溶液２２および固相またはウェットケーキ２４を生成し得る。
【００５８】
水溶液２２は、例えば、オリゴ糖の形態の糖、および水を含み得る。水溶液２２は、少なくとも約１０重量％のオリゴ糖、少なくとも約２０重量％のオリゴ糖、または少なくとも約３０重量％のオリゴ糖を含み得る。水溶液２２は、出口を介して分離２０から排出され得る。ある実施形態において、出口は、分離２０の上部の近くに位置し得る。
【００５９】
ウェットケーキ２４は、非溶解固体を含み得る。ウェットケーキ２４は、出口を介して分離２０から排出され得る。ある実施形態において、出口は、分離２０の底部の近くに位置し得る。ウェットケーキ２４は、糖および水の一部も含み得る。ウェットケーキ２４は、水溶液２２が分離２０から排出された後、分離２０においてさらなる水で洗浄され得る。あるいは、ウェットケーキ２４は、さらなる分離デバイスによってさらなる水で洗浄され得る。ウェットケーキ２４の洗浄により、ウェットケーキ中に存在する糖（例えば、オリゴ糖）が回収され、回収された糖および水は、液化１０に再利用され得る。洗浄後、ウェットケーキ２４は、任意の好適な公知の方法によって、可溶物含有乾燥穀類蒸留粕（ＤＤＧＳ）を形成するようにさらに処理され得る。分離２０において形成されるウェットケーキ２４からのＤＤＧＳに形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵装置に送られないため、ＤＤＧＳは、発酵装置の条件に供されない。例えば、ＤＤＧＳは、発酵装置中に存在する微生物または発酵装置中に存在し得る任意の他の物質（例えば、抽出剤および／または生成物アルコール）と接触しないため、微生物および／または他の物質が、ＤＤＧＳに捕捉されない。これらの影響が、例えば、動物飼料としてのＤＤＧＳの後の処理および販売に利点を与える。
【００６０】
分離２０は、例えば、デカンターボウル遠心分離機、三相遠心分離機、ディスクスタック遠心分離機、ろ過遠心分離機、またはデカンター遠心分離機などの遠心分離機を含む、当業界で用いられる任意の従来の分離デバイスであり得る。ある実施形態において、原料スラリー１６からの非溶解固体の除去は、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、精密ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、火格子（ｇｒａｔｅ）または格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、または液体から固体を分離するのに使用され得る任意の方法もしくはデバイスによって行われ得る。ある実施形態において、分離２０は、単一工程プロセスである。一実施形態において、非溶解固体は、原料スラリー１６から除去されて、２つの生成物流、例えば、原料スラリー１６と比較してより低い濃度の固体を含有するオリゴ糖の水溶液および原料スラリー１６と比較してより高い濃度の固体を含有するウェットケーキが形成され得る。さらに、例えば、三相遠心分離が、原料スラリー１６からの固体の除去に用いられる場合、油を含有する第３の流れが生成され得る。したがって、いくつかの生成物流が、異なる分離技術またはそれらの組合せを用いて生成され得る。
【００６１】
三相遠心分離機は、２つの液相（例えば、水流および油流）および固相（例えば、固体またはウェットケーキ）を生成するために、原料スラリーの分離などの原料スラリーの三相分離に使用され得る（例えば、Ｆｌｏｔｔｗｅｇ  Ｔｒｉｃａｎｔｅｒ（登録商標），Ｆｌｏｔｔｗｅｇ  ＡＧ，Ｖｉｌｓｉｂｉｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙを参照）。２つの液相は、例えば、二次汚染を防止するために２つの排出システムを介して遠心分離機のボウルから分離またはデカントされてもよく、固相は、別個の排出システムを介して除去され得る。
【００６２】
原料としてトウモロコシを用いるある実施形態において、三相遠心分離機が、液化されたトウモロコシマッシュから固体およびトウモロコシ油を同時に除去するのに使用され得る。固体は、でんぷんが、液化中に可溶性オリゴ糖へと加水分解された後に残る非溶解固体であり得る。トウモロコシ油は、磨砕および／または液化中にトウモロコシの実の胚芽から取り出され得る。ある実施形態において、三相遠心分離機は、１つの原料流および３つの出口流を有し得る。原料流は、液化中に生成される液化されたトウモロコシマッシュからなり得る。マッシュは、オリゴ糖（例えば、液化でんぷん）の水溶液；トウモロコシに由来する不溶性の非でんぷん成分からなる非溶解固体；およびグリセリドおよび遊離脂肪酸からなるトウモロコシ油からなり得る。三相遠心分離機からの３つの出口流は、マッシュからの非溶解固体の大部分を含有するウェットケーキ；マッシュからの液化でんぷんの大部分を含有する重質遠心分離液（ｈｅａｖｙ  ｃｅｎｔｒａｔｅ）流；およびマッシュからのトウモロコシ油の大部分を含有する軽質遠心分離液（ｌｉｇｈｔ  ｃｅｎｔｒａｔｅ）流であり得る。重質遠心分離液流は、発酵に供給され得る。ウェットケーキは、ウェットケーキから可溶性でんぷんを回収するために、本明細書に記載される蒸発器凝縮物および／または逆流（ｂａｃｋｓｅｔ）などのプロセス再利用水で洗浄され得る。軽質遠心分離液流は、副産物として販売され、別の副産物に転化され、またはトウモロコシ油をトウモロコシ油脂肪酸（ＣＯＦＡ）に転化することなどの処理に使用され得る。ある実施形態において、ＣＯＦＡは、抽出剤として使用され得る。
【００６３】
図１を参照すると、水溶液２２を発酵させて、生成物アルコールを生成するように構成される発酵３０（または発酵装置３０）が、水溶液２２を受け入れるための入口を有する。発酵３０は、当該技術分野において公知の任意の好適な発酵装置であり得る。発酵３０は、発酵ブロスを含み得る。ある実施形態において、同時糖化発酵（ＳＳＦ）は、発酵３０の内部で行われ得る。酸プロセス、酵素プロセス、または酸−酵素プロセスを含むがこれらに限定されない、当業界で用いられる任意の公知の糖化プロセスが使用され得る。ある実施形態において、酵素３８（例えば、グルコアミラーゼなど）は、水溶液２２中のオリゴ糖を加水分解して単糖類を形成するために、発酵３０の入口に導入され得る。本発明のシステムおよび方法に使用され得るグルコアミラーゼの例が、米国特許第７，４１３，８８７号明細書；米国特許第７，７２３，０７９号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２７５０８０号明細書；米国特許出願公開第２０１０／０２６７１１４号明細書；米国特許出願公開第２０１１／００１４６８１号明細書；および米国特許出願公開第２０１１／００２０８９９号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、グルコアミラーゼは、微生物によって発現され得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼは、生成物アルコールも生成する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、グルコアミラーゼは、ブタノール生合成経路も発現する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、イソブタノール生合成経路、または２−ブタノン生合成経路であり得る。
【００６４】
ある実施形態において、グルコアミラーゼなどの酵素が、液化に加えられ得る。液化へのグルコアミラーゼなどの酵素の添加により、原料スラリーまたは液化されたマッシュの粘度が低下され得、分離効率が向上され得る。ある実施形態において、原料スラリーの粘度を低下させることが可能な任意の酵素が使用され得る（例えば、Ｖｉｓｃｏｚｙｍｅ（登録商標），Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）。原料の粘度は、当該技術分野において公知の任意の方法（例えば、粘度計、レオメータ）によって測定され得る。
【００６５】
微生物３２が、発酵３０に導入され得る。ある実施形態において、微生物３２が、発酵ブロスに含まれ得る。ある実施形態において、微生物３２が、別個の槽またはタンク（例えば、繁殖タンク）中で繁殖され得る。ある実施形態において、繁殖タンクからの微生物は、１つ以上の発酵装置に接種するのに使用され得る。ある実施形態において、１つ以上の繁殖タンクが、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。ある実施形態において、繁殖タンクは、発酵装置の約２％〜約５％のサイズであり得る。ある実施形態において、繁殖タンクは、以下のマッシュ、水、酵素、栄養、抽出剤、および微生物のうちの１つ以上を含み得る。ある実施形態において、生成物アルコールが、繁殖タンク中で生成され得る。
【００６６】
ある実施形態において、微生物３２は、細菌、シアノバクテリア、糸状菌、または酵母であり得る。ある実施形態において、微生物３２は、水溶液２２中の糖を代謝し、生成物アルコールを生成する。ある実施形態において、微生物３２は、組み換え微生物であり得る。ある実施形態において、微生物３２は、吸着、共有結合、架橋、閉じ込め、および封入などによって固定化され得る。細胞を閉じ込めるための方法が、例えば、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１１／０３０６１１６号明細書に記載されるように、当該技術分野において公知である。
【００６７】
ある実施形態において、原位置生成物除去（ＩＳＰＲ）が、生成物アルコールが微生物３２によって生成されるにつれて発酵３０から生成物アルコールを除去するのに用いられ得る。ある実施形態において、液液抽出が、ＩＳＰＲに用いられ得る。ある実施形態において、発酵３０は、抽出剤３４を受け入れるための入口を有し得る。ある実施形態において、抽出剤３４は、発酵３０の下流で発酵ブロスに加えられ得る。発酵３０または発酵３０の下流での抽出剤３４の添加の代替的な手段は、点線によって表される。ある実施形態において、ＩＳＰＲは、繁殖タンク中で行われ得る。ある実施形態において、ＩＳＰＲは、発酵装置および繁殖タンク中で行われ得る。ある実施形態において、ＩＳＰＲは、発酵および／または繁殖の開始の時点（例えば、時間０）で行われ得る。発酵および／または繁殖の開始時にＩＳＰＲを開始することによって、発酵装置および繁殖タンク中の生成物アルコールの濃度が、低いレベルに維持され、それによって、微生物に対する生成物アルコールの影響を最小限に抑え、微生物が、増加した細胞塊を得ることが可能になり得る。ある実施形態において、抽出剤は、繁殖タンクに加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、繁殖タンクの接種の前に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、繁殖タンクの接種の後に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、繁殖タンクの接種後の様々な時点で加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵装置に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵装置の接種の前に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵装置の接種の後に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵装置の接種後の様々な時点で加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵装置および繁殖タンクに加えられ得る。液液抽出の例が本明細書に記載されている。抽出発酵を用いて発酵ブロスからアルコールを生成し、回収するための方法が、米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書；米国特許出願公開第２０１０／０２２１８０２号明細書；米国特許出願公開第２０１１／００９７７７３号明細書；米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４４号明細書；米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４３号明細書；およびＰＣＴ国際公報の国際公開第２０１１／１５９９９８号パンフレットに記載されており；それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。
【００６８】
抽出剤３４は、発酵ブロスと接触して、例えば、二相混合物（例えば、生成物アルコールを含む抽出剤富化相および生成物アルコールが希薄な水相）を含む流れ３６を形成する。ある実施形態において、流れ３６は、例えば、気相、有機相、水相、および固相を含む四相混合物であり得る。発酵ブロス中の生成物アルコール、またはその一部が、抽出剤３４に移される。ある実施形態において、流れ３６は、発酵３０の出口を介して排出され得る。生成物アルコールは、従来の技術を用いて、流れ３６中の抽出剤から分離され得る。
【００６９】
ある実施形態において、発酵装置の内部またはデバイスが、発酵ブロスと抽出剤との相分離を向上させるのに使用され得る。例えば、内部またはデバイスは、発酵ブロスと抽出剤との相分離を促進するためのコアレッサとして働き、および／または相分離を向上させるための物理的障壁として働き得る。これらの発酵装置の内部またはデバイスはまた、固体が抽出剤相（または層）中で沈降するのを防ぎ、抽出剤層中に混入され得る水滴の凝集を促進し、オフガス（例えば、ＣＯ２、空気）の除去を促進し、それによって、抽出剤相および／または液液界面の外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）を最小限に抑え得る。本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る内部またはデバイスの例としては、以下に限定はされないが、バッフル、有孔プレート、ディープウェル、ラメラセパレータ、円錐などが挙げられる。ある実施形態において、有孔プレートは、平坦な水平有孔プレートであり得る。ある実施形態において、円錐は、倒立円錐または同心円錐であり得る。ある実施形態において、内部は、回転してもよい。ある実施形態において、内部またはデバイスは、発酵ブロスおよび抽出剤の液液界面の水位またはおよその水位に位置し得る。ある実施形態において、水相の凝集および回収を向上させるために、凝集パッド（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ  ｐａｄ）が追加されてもよく、および／または出口ポートが再配置されてもよい。
【００７０】
ある実施形態において、ＩＳＰＲおよび／または発酵の完了の前に、流れ３５が、発酵３０の出口から排出され得る。排出された流れ３５は、微生物３２を含み得る。微生物３２は、例えば、遠心分離または膜ろ過によって、流れ３５から分離され得る。ある実施形態において、発酵ブロスへの抽出剤の添加の前に微生物を除去することによって、微生物は、抽出剤に曝されないため、抽出剤が微生物に与え得るいかなる悪影響も受けない。さらに、抽出プロセスの上流で微生物を除去することによって、より積極的な抽出プロセス（例えば、分離を促進するための混合物の加熱または冷却、より高いＫＤおよび／またはより高い選択性の抽出剤、またはより低い生体適合性を有するものの向上した特性を有する抽出剤の使用）が、生成物アルコールを回収するのに用いられ得る。ある実施形態において、微生物３２は、生成物アルコールの生成速度を上昇させ得る発酵３０に再利用されてもよく、それによって、生成物アルコール生成の効率が向上される。
【００７１】
図２を参照すると、ある実施形態において、ＩＳＰＲは、発酵３０の下流で行われ得る。ある実施形態において、生成物アルコールおよび微生物３２を含む流れ３３は、発酵３０の出口から排出され、下流で、例えば、生成物アルコールの回収のために抽出塔に送られ得る。ある実施形態において、流れ３３は、ＩＳＰＲの前に微生物３２を分離することによって処理され得る。例えば、流れ３３からの微生物３２の除去は、遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、精密ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、火格子または格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、または液体から固体（例えば、微生物）を分離するのに使用され得る任意の方法もしくは分離デバイスによって行われ得る。微生物３２の除去の後、流れ３３は、生成物アルコールの回収のために抽出塔に送られ得る。
【００７２】
本明細書に記載される方法およびシステムのさらなる実施形態が、図３〜６に示される。発酵装置への抽出剤の添加（例えば、流れ３６を生成する）または発酵装置の下流で行われる抽出（例えば、流れ３３を生成する）の選択肢を含む図３〜６は、それぞれ図１および２と同様であるため、再度詳細に説明しない。
【００７３】
図３を参照すると、本発明のシステムおよび方法は、分離２０の出口からの油２６の排出を含み得る。原料スラリー１６は、発酵性糖を含む第１の液相または水溶液２２、非溶解固体を含む固相またはウェットケーキ２４、および分離２０を出ることができる油２６を含む第２の液相へと分離され得る。ある実施形態において、第１の液相、第２の液相、および固相への原料スラリー１６の分離は、単一工程で行われ得る。ある実施形態において、原料１２は、トウモロコシであり、油２６は、トウモロコシ油である。ある実施形態において、油２６は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意のユニットに送られ得る。任意の好適な分離デバイス、例えば、三相遠心分離機が、水溶液２２、ウェットケーキ２４、および油２６を排出するのに使用され得る。ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料１２からの油の一部が、ウェットケーキ２４中に残る。ある実施形態において、油２６が、原料１２（例えば、トウモロコシ）から分離２０を介して除去されるとき、発酵３０中の発酵ブロスは、減少された量のトウモロコシ油を含む。
【００７４】
本明細書に記載されるように、ある実施形態において、油は、原料または原料スラリーから分離されてもよく、油貯蔵ユニットに貯蔵され得る。例えば、油は、三相遠心分離機または機械的抽出を含む分離のための任意の好適な手段を用いて、原料または原料スラリーから分離され得る。原料または原料スラリーからの油の除去を向上させるために、界面活性剤、抗乳化剤、または凝集剤ならびに酵素などの油抽出助剤が用いられ得る。油抽出助剤の例としては、以下に限定はされないが、非高分子液体界面活性剤；タルカムパウダー；微細タルカムパウダー；塩（ＮａＯＨ）；炭酸カルシウム；ならびにＰｅｃｔｉｎｅｘ（登録商標）Ｕｌｔｒａ  ＳＰ−Ｌ、Ｃｅｌｌｕｃｌａｓｔ（登録商標）、およびＶｉｓｃｏｚｙｍｅ（登録商標）Ｌ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）、およびＮＺ  ３３０９５（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ，Ｆｒａｎｋｌｉｎｔｏｎ，ＮＣ）などの酵素が挙げられる。
【００７５】
図４に示されるように、油が別々に排出されない場合、油はウェットケーキ２４とともに除去され得る。ウェットケーキ２４が、分離２０を介して除去されるとき、ある実施形態において、原料がトウモロコシである場合、トウモロコシ油などの原料１２からの油の一部が、ウェットケーキ２４中に残る。ウェットケーキ２４は、混合６０に送られ、水または他の溶媒と組み合わされて、ウェットケーキ混合物６５が形成され得る。ある実施形態において、水は、新鮮な水（ｆｒｅｓｈ  ｗａｔｅｒ）、逆流、調理水（ｃｏｏｋ  ｗａｔｅｒ）、プロセス水、蒸留残留水（ｌｕｔｔｅｒ  ｗａｔｅｒ）、蒸発水、または発酵処理施設において入手可能な任意の水源、またはそれらの任意の組合せであり得る。ウェットケーキ混合物６５は、分離７０に送られ、ウェットケーキ２４から回収される発酵性糖、およびウェットケーキ７４を含む洗浄遠心分離液７５が生成され得る。洗浄遠心分離液７５は、液化１０に再利用され得る。
【００７６】
ある実施形態において、分離７０は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。
【００７７】
ある実施形態において、ウェットケーキは、１回以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。例えば、ウェットケーキ７４は、ウェットケーキ７４を第２の洗浄システムに送ることによって、さらに処理され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ７４は、第２の混合６０’に送られ、ウェットケーキ混合物６５’が形成され得る。ウェットケーキ混合物６５’は、第２の分離７０’に送られ、洗浄遠心分離液７５’およびウェットケーキ７４’が生成され得る。洗浄遠心分離液７５’は、液化１０に再利用され得る。ある実施形態において、洗浄遠心分離液７５’は、洗浄遠心分離液７５と組み合わされ、液化１０に再利用され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ７４’は、本明細書に記載されるさらなる処理のためにウェットケーキ７４と組み合わされ得る。ある実施形態において、分離７０’は、例えば、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、精密ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含む、固体および液体を分離することが可能な任意の分離デバイスであり得る。ある実施形態において、ウェットケーキは、１回、２回、３回、４回、５回、またはそれ以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。
【００７８】
ウェットケーキ７４は、シロップと組み合わされ、次に、乾燥されて、任意の好適な公知のプロセスを通してＤＤＧＳが形成され得る。ウェットケーキ７４からのＤＤＧＳの形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵装置に加えられないため、ＤＤＧＳは、捕捉された抽出剤および／または生成物アルコールを有さず、発酵装置の条件に供されず、発酵装置中に存在する微生物と接触しない。これらの利点により、例えば、動物飼料としてのＤＤＧＳを処理するのがより容易になる。
【００７９】
ある実施形態において、非溶解固体の一部が、発酵３０に送られ得る。ある実施形態において、非溶解固体のこの部分は、より小さい粒度を有し得る（例えば、微粉）。ある実施形態において、非溶解固体のこの部分は、全蒸留廃液（ｗｈｏｌｅ  ｓｔｉｌｌａｇｅ）を形成し得る。ある実施形態において、この全蒸留廃液は、希薄な蒸留廃液（ｔｈｉｎ  ｓｔｉｌｌａｇｅ）およびウェットケーキを形成するように処理され得る。ある実施形態において、全蒸留廃液から形成されるウェットケーキおよびウェットケーキ７４および／または７４’は、組み合わされ、ＤＤＧＳを生成するようにさらに処理され得る。
【００８０】
図４に示されるように、油は、ウェットケーキから別々に排出されず、油は、ウェットケーキの一部として含まれ、最終的にＤＤＧＳ中に存在する。トウモロコシが、原料として用いられる場合、トウモロコシ油は、トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、脂肪酸、およびリン脂質を含有し、これらは、動物の代謝エネルギー源を提供する。ウェットケーキ中および最終的にＤＤＧＳ中の油（例えば、トウモロコシ油）の存在により、望ましい動物飼料、例えば、高脂肪含量の動物飼料が得られる。
【００８１】
ある実施形態において、油が、ウェットケーキおよびＤＤＧＳから分離され、同じかまたは異なるアルコール発酵プロセスにおけるその後の使用のためにＩＳＰＲ抽出剤に転化され得る。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４４号明細書；米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４３号明細書；および米国特許出願公開第２０１２／０１５６７３８号明細書に記載されており；それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。油が、例えば、溶媒抽出プロセスを含む任意の好適な公知のプロセスを用いてウェットケーキおよびＤＤＧＳから分離され得る。本発明の一実施形態において、ウェットケーキまたはＤＤＧＳは、抽出ユニットに加えられ、ヘキサンなどの溶媒で洗浄されて、油が除去され得る。用いられ得る他の溶媒としては、例えば、ブタノール、イソヘキサン、エタノール、石油エーテルなどの石油蒸留物、またはそれらの混合物が挙げられる。油の抽出の後、ウェットケーキまたはＤＤＧＳは、一切の残留溶媒を除去するように処理され得る。例えば、ウェットケーキまたはＤＤＧＳは、当該技術分野において公知の任意の方法を用いて、一切の残留溶媒を蒸発させるように加熱され得る。溶媒を除去した後、ウェットケーキまたはＤＤＧＳは、一切の残留水を除去するように乾燥プロセスに供され得る。処理されたウェットケーキは、ＤＤＧＳを生成するのに使用され得る。処理されたＤＤＧＳは、乳牛および肉牛、家禽、ブタ、家畜、ウマ、水産養殖、およびペットなどの動物用の補足飼料として使用され得る。
【００８２】
ある実施形態において、抽出剤は、ウェットケーキの色を調節するための手段として使用され得る。例えば、トウモロコシなどの原料は、動物飼料（例えば、家禽飼料）を含む食品中の着色剤として使用され得る顔料（例えば、キサントフィル）を含有する。抽出剤への曝露により、これらの顔料を調節することができ、例えば、より明るい色のウェットケーキが得られる。より明るい色のウェットケーキにより、より明るい色のＤＤＧＳが生成され得、これは、ある動物飼料に望ましい品質であり得る。
【００８３】
ある実施形態において、トウモロコシが原料として使用される場合、キサントフィルが、トウモロコシおよび／または非溶解固体から単離され、ＤＤＧＳまたは動物飼料中の顔料成分として、または医薬品および栄養補助食品用途のためのサプリメントとして使用され得る。キサントフィルを単離するための方法としては、以下に限定はされないが、サイズ排除クロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー、エタノール抽出などの溶媒抽出、およびアルカラーゼ（ａｌｃａｌａｓｅ）加水分解などの酵素処理が挙げられる（例えば、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される、Ｔｓｕｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｆｏｏｄ  Ｅｎｇ．８３：５９０−５９５，２００７；Ｌｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ｆｏｏｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１：７２−７７，２０１０：米国特許第５，６４８，５６４号明細書；米国特許第６，１６９，２１７号明細書；米国特許第６，３２９，５５７号明細書；米国特許第８，２３６，９２９号明細書を参照）。ある実施形態において、キサントフィルが、トウモロコシおよび／または非溶解固体から単離され、ＣＯＦＡに加えられ得る。ある実施形態において、ＣＯＦＡおよび／またはキサントフィルは、食品、医薬品、および栄養補助食品用途に使用され得る。
【００８４】
ウェットケーキまたはＤＤＧＳからの抽出の後、得られる油および溶媒混合物は、油および溶媒の分離のために収集され得る。一実施形態において、油／溶媒混合物は、蒸発によって処理されてもよく、それによって、溶媒は蒸発され、収集され、再利用され得る。回収された油は、同じかまたは異なるアルコール発酵プロセスにおけるその後の使用のためにＩＳＰＲ抽出剤に転化され得る。
【００８５】
発酵装置中に存在する油が脂肪酸およびグリセリンに分解され得るため、原料の油成分の除去は生成物アルコール生成にとって有利である。グリセリンは、水中に蓄積し、システム全体にわたって再利用のために利用可能な水の量を減少させ得る。したがって、原料の油成分の除去は、システムを通して再利用され得る水の量を増加させることによって、生成物アルコール生成の効率を高めることができる。
【００８６】
図５を参照すると、油が、本明細書に記載されるプロセス中の様々な時点で除去され得る。原料スラリー１６は、例えば、三相遠心分離機を用いて、第１の液相または水溶液２２、油２６を含む第２の液相、および固相またはウェットケーキ２４へと分離され得る。ウェットケーキ２４は、発酵性糖および油を回収するようにさらに処理され得る。ウェットケーキ２４は、混合６０に送られ、水または他の溶媒と組み合わされて、ウェットケーキ混合物６５が形成され得る。ある実施形態において、水は、逆流、調理水、プロセス水、蒸留残留水、蒸発から収集される水、または発酵処理施設で入手可能な任意の水源、またはそれらの任意の組合せであり得る。ウェットケーキ混合物６５は、分離７０（例えば、三相遠心分離機）に送られ、発酵性糖、油流７６、およびウェットケーキ７４を含む洗浄遠心分離液７５が生成され得る。洗浄遠心分離液７５は、液化１０に再利用され得る。
【００８７】
本明細書に記載されるように、ウェットケーキは、１回以上の洗浄サイクルまたは洗浄システムに供され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ７４は、第２の混合６０’に送られ、ウェットケーキ混合物６５’が形成され得る。ウェットケーキ混合物６５’は、第２の分離７０’に送られ、洗浄遠心分離液７５’、油流７６’およびウェットケーキ７４’が生成され得る。洗浄遠心分離液７５’は、液化１０に再利用され得る。ある実施形態において、洗浄遠心分離液７５’は、洗浄遠心分離液７５と組み合わされ、液化１０に再利用され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ７４’は、後述されるさらなる処理のためにウェットケーキ７４と組み合わされ得る。ある実施形態において、油流７６’および油２６は、組み合わされ、発酵プロセスに使用され得る抽出剤の生成のためにさらに処理され得るか、または油流７６’および油２６は、組み合わされ、消費者製品の製造のためにさらに処理され得る。
【００８８】
ウェットケーキ７４は、シロップと組み合わされ、次に、乾燥されて、任意の好適なプロセスを用いてＤＤＧＳが形成され得る。ウェットケーキ７４からのＤＤＧＳの形成にはいくつかの利点がある。非溶解固体が発酵装置に加えられないため、ＤＤＧＳは、抽出剤および／または生成物アルコールを含有せず、発酵装置の条件に供されず、発酵装置中に存在する微生物と接触しない。これらの利点により、例えば、動物飼料としてのＤＤＧＳを処理するのがより容易になる。本明細書に記載されるように、ある実施形態において、ウェットケーキ７４、７４’、および全蒸留廃液から形成されるウェットケーキは、組み合わされ、ＤＤＧＳを生成するようにさらに処理され得る。
【００８９】
図６Ａに示されるように、水溶液２２およびウェットケーキ２４は、組み合わされ、冷却され、発酵３０に送られ得る。原料スラリー１６は、例えば、三相遠心分離機を用いて、第１の液相または水溶液２２、油２６を含む第２の液相、および固相またはウェットケーキ２４へと分離され得る。ある実施形態において、油２６は、油の貯蔵に適した貯蔵タンクまたは任意のユニットに送られ得る。水溶液２２およびウェットケーキ２４は、混合８０に送られ、再スラリー化されて、水溶液／ウェットケーキ混合物８２が形成され得る。混合物８２は、冷却器９０に送られ、冷却された混合物９２が生成されてもよく、これが、発酵３０に送られ得る。ある実施形態において、油２６が、分離２０を介して原料スラリー１６から除去される場合、混合物８２および９２は、減少された量の油を含む。
【００９０】
別の実施形態において、図６Ｂに示されるように、原料スラリー１６は、分離デバイス（例えば、三相遠心分離機）を用いて分離されて、第１の液相または水溶液２２、油２６を含む第２の液相、および固相またはウェットケーキ２４が生成され得る。水溶液２２、ウェットケーキ２４、および油２６、またはそれらの一部が、発酵３０に送られ得る。ある実施形態において、水溶液２２、ウェットケーキ２４、および油２６、またはそれらの一部が、例えば、混合によって組み合わされて、水溶液、ウェットケーキ、および油混合物が形成されてもよく、混合物は、発酵３０に送られ得る。ある実施形態において、水溶液２２およびウェットケーキ２４は、組み合わされて、水溶液およびウェットケーキ混合物が形成されてもよく、次に、油２６が、混合物に加えられて、水溶液、ウェットケーキ、および油混合物が形成されてもよく、この混合物は、発酵３０に送られ得る。ある実施形態において、水溶液２２およびウェットケーキ２４は、組み合わされて、水溶液およびウェットケーキ混合物が形成されてもよく、この混合物および油２６、またはそれらの一部が、別個の流れとして発酵３０に送られ得る。
【００９１】
本明細書に記載される方法およびシステムのさらなる実施形態において、糖化は、別個の糖化システム中で行われ得る。ある実施形態において、糖化システムが、液化１０と分離２０との間または分離２０と発酵３０との間に位置し得る。ある実施形態において、液化および／または糖化は、Ｓｔａｒｇｅｎ（商標）（Ｇｅｎｅｎｃｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ，ＣＡ）およびＢＰＸ（商標）（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ，Ｆｒａｎｋｌｉｎｔｏｎ，ＮＣ）などの生でんぷん酵素または低温加水分解酵素を用いて行われ得る。ある実施形態において、原料スラリーは、生でんぷん加水分解（低温調理または低温加水分解としても知られている）に供され得る。
【００９２】
ある実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、非溶解固体および／または油の除去のための一連の２つ以上の分離デバイス（例えば、遠心分離機）を含み得る。例えば、第１の分離ユニットから排出される水溶液は、第２の分離ユニットの入口に送られ得る。第１の分離ユニットおよび第２の分離ユニットは、同一であっても（例えば、２つの三相遠心分離機）または異なっていてもよい（例えば、三相遠心分離機およびデカンター遠心分離機）。分離は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されないいくつかの手段によって行われ得る。
【００９３】
発酵ブロス中の非溶解固体がないかまたは最小限であることには、いくつかの利点がある。例えば、下流の処理における運転ユニットの必要性がなくなり、それによって、生成物アルコール生成の効率を高めることができる。また、発酵装置を出る発酵ブロス中の非溶解固体がより少ないことの結果として、全蒸留廃液を処理するのに使用される遠心分離機の一部または全てを省略することができる。原料スラリーからの非溶解固体の除去により、バイオマスの処理生産性および費用対効果が向上され得る。向上した生産性としては、発酵前に非溶解固体を除去しない方法およびシステムと比べて、生成物アルコール生成の向上した効率および／または向上した抽出活性が挙げられる。原料スラリーから非溶解固体を分離するための方法およびシステムのさらなる説明については、例えば、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１２／０１６４３０２号明細書およびＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／５１５７１号明細書を参照されたい。
【００９４】
本明細書に記載されるように、生成物アルコールは、液液抽出を含むいくつかの方法を用いて、発酵ブロスから回収され得る。本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、抽出剤が、発酵ブロスから生成物アルコールを回収するのに使用され得る。本明細書において使用される抽出剤は、例えば、以下の特性および／または特徴：（ｉ）微生物と生体適合性であること、（ｉｉ）発酵ブロスと不混和性であること、（ｉｉｉ）生成物アルコールの抽出のための高い分配係数（Ｋｐ）、（ｉｖ）栄養および／または水の抽出のための低い分配係数、（ｖ）低い粘度（μ）、（ｖｉ）例えば水と比較して、生成物アルコールの高い選択性、（ｖｉｉ）発酵ブロスと比べて低い密度（ρ）または発酵ブロスの密度と比較して異なる密度、（ｖｉｉｉ）抽出剤および生成物アルコールの下流の処理に適した沸点、（ｉｘ）周囲温度より低い融点、（ｘ）固体への最小の吸収性、（ｘｉ）発酵ブロスとエマルジョンを形成する傾向が低いこと、（ｘｉｉ）発酵プロセス全体にわたる安定性、（ｘｉｉｉ）低コスト、および（ｘｉｖ）無害であることのうちの１つ以上を有し得る。
【００９５】
ある実施形態において、抽出剤は、本明細書に記載される特定の特性および／または特徴に基づいて選択され得る。例えば、抽出剤の粘度は、システムの物質移動特性、すなわち、生成物アルコールが水相から抽出剤相（すなわち、有機相）へと抽出され得る効率に影響を与え得る。抽出剤の密度は、相分離に影響を与え得る。ある実施形態において、選択性は、抽出剤によって取り込まれる水に対する生成物アルコールの相対量を指す。沸点は、生成物アルコール回収のコストおよび方法に影響を与え得る。例えば、ブタノールが、蒸留によって抽出剤相から回収される場合、抽出剤の沸点は、抽出剤の熱分解もしくは副反応、または蒸留プロセスにおける深い真空の必要性を最小限に抑えながら、ブタノールの分離を可能にするのに十分に低くすべきである。
【００９６】
抽出剤は、微生物と生体適合性であり得、すなわち、微生物に無害であるかまたは微生物が許容可能なレベルに害される程度に毒性であるに過ぎない。ある実施形態において、生体適合性は、微生物が抽出剤の存在下で発酵性炭素源を利用する能力の尺度を指す。抽出剤の生体適合性の程度は、例えば、抽出剤および生成物アルコールの存在下における微生物のグルコース利用率によって決定され得る。ある実施形態において、非生体適合性抽出剤は、微生物が発酵性炭素源を利用する能力を妨げる抽出剤を指す。例えば、非生体適合性抽出剤により、微生物は、抽出剤が存在しない場合の率の約２５％超、約３０％超、約３５％超、約４０％超、約４５％超、または約５０％超の率でグルコースを利用することができない。
【００９７】
当業者は、本明細書に記載される所望の特性および／または特徴を最大にし、生成物アルコールの回収を最適化するように抽出剤を選択し得る。当業者は、抽出剤の混合物を使用することが有利であり得ることも理解し得る。例えば、抽出剤混合物は、生成物アルコールの分配係数を増加させるのに使用され得る。さらに、抽出剤混合物は、密度、沸点、および粘度などの、抽出剤の物理的特性を調整し、最適化するのに使用され得る。例えば、適切な組合せが、発酵ブロスから生成物アルコールを除去するための抽出剤の経済的使用を可能にするために、生成物アルコールの十分な分配係数および十分な生体適合性を有する抽出剤を提供し得る。
【００９８】
ある実施形態において、本明細書に記載される方法およびシステムに有用な抽出剤は、有機溶媒であり得る。ある実施形態において、本明細書に記載される方法およびシステムに有用な抽出剤は、水不混和性有機溶媒であり得る。ある実施形態において、抽出剤は、飽和、単不飽和、多価不飽和Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤はまた、飽和、単不飽和、多価不飽和Ｃ４〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ４〜Ｃ２８の脂肪酸、Ｃ４〜Ｃ２８の脂肪酸のエステル、Ｃ４〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ４〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、脂肪酸は、Ｃ４〜Ｃ２４の脂肪酸であってもよく、および／またはエステルは、Ｃ４〜Ｃ２４の脂肪酸のエステルであり得る。ある実施形態において、抽出剤は、飽和、単不飽和、多価不飽和Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪アルデヒド、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤は、飽和、単不飽和、多価不飽和Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪アルデヒド、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤は、飽和、単不飽和、多価不飽和Ｃ１６〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１６〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１６〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、Ｃ１６〜Ｃ１８の脂肪アルデヒド、Ｃ１６〜Ｃ１８の脂肪アミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤は、カルボン酸を含み得る。ある実施形態において、脂肪酸のエステルは、脂肪酸とアルコールとの組合せ（例えば、脂肪エステル）であり得る。ある実施形態において、アルコールは、生成物アルコールであり得る。ある実施形態において、エステルは、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、ペンチルエステル、ヘキシルエステル、またはグリセリドであり得る。
【００９９】
ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物から選択される第１の抽出剤；およびＣ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物から選択される第２の抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第１の抽出剤；およびＣ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第２の抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第１の抽出剤；およびＣ１２〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第２の抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第１の抽出剤；およびＣ１４〜Ｃ１８の脂肪アルコール、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸、Ｃ１４〜Ｃ１８の脂肪酸のエステル、およびそれらの混合物から選択される第２の抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルコール、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪酸のエステル、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アルデヒド、Ｃ１２〜Ｃ２２の脂肪アミド、およびそれらの混合物から選択される第１の抽出剤；およびＣ７〜Ｃ１１の脂肪アルコール、Ｃ７〜Ｃ１１の脂肪酸、Ｃ７〜Ｃ１１の脂肪酸のエステル、Ｃ７〜Ｃ１１の脂肪アルデヒド、およびそれらの混合物から選択される第２の抽出剤を含み得る。
【０１００】
ある実施形態において、抽出剤は、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール（１−ドデカノールとも呼ばれる）、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ミリスチン酸メチル、オレイン酸メチル、１−ノナノール、１−デカノール、２−ウンデカノール、１−ノナナール、１−ウンデカノール、ウンデカナール、ラウリンアルデヒド、２−メチルウンデカナール、オレアミド、リノレアミド、パルミトアミド、ステアリルアミド、２−エチル−１−ヘキサノール、２−ヘキシル−１−デカノール、２−オクチル−１−ドデカノール、およびそれらの混合物などの有機抽出剤であり得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、およびウンデカン酸のうちの１つ以上を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、およびステアリン酸のうちの１つ以上を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、リノール酸、パルミチン酸、およびステアリン酸のうちの１つ以上を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、およびウンデカン酸のうちの１つ以上、ならびにオレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オクタン酸、デカン酸、およびウンデカン酸の１つ以上のエステルを含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、およびステアリン酸のうちの１つ以上、ならびにオレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、およびステアリン酸の１つ以上のエステルを含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイン酸、リノール酸、パルミチン酸、およびステアリン酸のうちの１つ以上、ならびにオレイン酸、リノール酸、パルミチン酸、およびステアリン酸の１つ以上のエステルを含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下のオレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコールのうちの１つ以上を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下の１−ノナノール、１−デカノール、２−ウンデカノール、１−ノナナール、１−ウンデカノール、ウンデカナール、２−エチル−１−ヘキサノール、２−ヘキシル−１−デカノール、２−オクチル−１−ドデカノールのうちの１つ以上を含み得る。
【０１０１】
ある実施形態において、抽出剤は、生体適合性抽出剤と非生体適合性抽出剤との混合物であり得る。生体適合性抽出剤と非生体適合性抽出剤との混合物の例としては、以下に限定はされないが、オレイルアルコールおよびノナノール、オレイルアルコールおよび１−ウンデカノール、オレイルアルコールおよび２−ウンデカノール、オレイルアルコールおよび１−ノナナール、オレイルアルコールおよびデカノール、およびオレイルアルコールおよびドデカノールが挙げられる。生体適合性および非生体適合性抽出剤のさらなる例が、米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書および米国特許出願公開第２０１１／００９７７７３号明細書に記載されており；それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、生体適合性抽出剤は、高い大気圧沸点を有し得る。例えば、生体適合性抽出剤は、水の大気圧沸点より高い大気圧沸点を有し得る。
【０１０２】
ある実施形態において、親水性溶質は、抽出剤と接触される発酵ブロスに加えられ得る。水相中の親水性溶質の存在により、相分離が向上され得、有機相に分液される生成物アルコールの割合が増加され得る。親水性溶質の例としては、以下に限定はされないが、ポリヒドロキシル化化合物、ポリカルボン酸化合物、ポリオール化合物、および解離イオン性塩が挙げられる。グルコース、フルクトース、スクロース、マルトース、およびオリゴ糖などの糖類が、親水性溶質として働き得る。他のポリヒドロキシル化化合物としては、グリセロール、エチレングリコール、プロパンジオール、ポリグリセロール、およびヒドロキシル化フラーレンが挙げられる。ポリカルボン酸化合物としては、クエン酸、酒石酸、マレイン酸、コハク酸、ポリアクリル酸、およびそれらのナトリウム塩、カリウム塩、またはアンモニウム塩が挙げられる。発酵ブロス中の親水性溶質として使用され得るイオン性塩は、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、マグネシウム、カルシウム、および亜鉛を含むカチオン；ならびにサルフェート、ホスフェート、塩化物、およびニトレートを含むアニオンを含む。発酵ブロス中の親水性溶質の量は、生成物アルコールを生成する微生物の増殖および／または生産性に悪影響を与えずに、水相（例えば、発酵ブロス）から有機相（例えば、抽出剤）への生成物アルコールの移動を最大にするように、当業者によって選択され得る。高いレベルの親水性溶質は、微生物に対する浸透ストレスおよび／または毒性を与え得る。当業者は、微生物に対する浸透ストレスおよび／または毒性の影響を最小限に抑えるための、親水性溶質の最適な量を決定するためのいくつもの公知の方法を使用し得る。
【０１０３】
生成物アルコールがブタノールである、ある実施形態において、抽出剤は、ブタノールのアルキル部分を引き付け、水への親和性をほとんどまたは全く提供しないように選択され得る。例えば水に水素結合を提供しない抽出剤が、アルコールを選択的に吸収する。ある実施形態において、抽出剤は、芳香族化合物を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、クメン、パラ−シメン（１−メチル−４−（１−メチルエチル）ベンゼンとしても知られている）、メタ−シメン（１−メチル−３−（１−メチルエチル）ベンゼンとしても知られている）、メタ−ジイソプロピルベンゼン、パラ−ジイソプロピルベンゼン、トリエチルベンゼン、エチルブチルベンゼン、およびｔｅｒｔ−ブチルスチレンを含むがこれらに限定されないアルキル置換ベンゼンを含み得る。アルキル置換ベンゼンを用いる利点は、他の炭化水素と比べて、比較的高いブタノール親和性である。さらに、イソプロピル置換またはイソブチル置換ベンゼンが、他の置換ベンゼンより、ブタノール親和性に特定の利点を提供し得る。別の利点は、相分離可能性および長期の再利用に役立つ、より低い粘度、より低い表面張力、より低い密度、より高い熱安定性、およびより高い化学安定性である。ある実施形態において、ブタノールのアルキル部分を引き付ける抽出剤は、例えば、ブタノールのヒドロキシル部分への水素結合の形態で親和性を提供する別の抽出剤と組み合わされてもよく、それによって、混合物は、水を上回る、選択性と分配（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）との最適なバランスを提供する。ある実施形態において、ブタノールを含有する抽出剤は、発酵ブロスから分離され、真空下で動作するカラム中で蒸留される相であり得る。この蒸留は、抽出剤をほとんど含有しない高純度ブタノールの留出物を維持するために、還流状態で動作し得る。塔底物は、真空下での再沸騰温度が、利用可能な蒸気から間接的に熱を供給するのに好適であるように、蒸留原料に含まれるブタノールの部分を含み得る。蒸留は、分縮器を用いて行われてもよく、ここで、還流液のみが凝縮され、実質的にブタノール組成物の蒸気留出物が、凝縮されたビール塔の塔頂蒸気からデカントされたブタノール流を同時に供給される精留塔の塔底部に直接送られ得る。このタイプの蒸留の利点は、抽出剤からブタノールを取り除くことにより生成される蒸気を取り込む熱によって、デカントされたブタノール流を精製するためのリボイラーの必要性がなくなることである。
【０１０４】
ある実施形態において、抽出剤は、原料から生成され得る。例えば、原料中に存在するトウモロコシ油などの油が、抽出発酵用の抽出剤の生成に使用され得る。油中のグリセリドは、生成物アルコールの回収のための抽出剤として使用され得る、脂肪酸および／または脂肪エステル（例えば、エチルエステル、ブチルエステル、フーゼルエステル）などの反応生成物へと化学的にまたは酵素的に転化され得る。トウモロコシ油を例として用いると、トウモロコシ油トリグリセリドは、水酸化アンモニアなどの塩基と反応されて、脂肪アミドおよびグリセロールが得られる。ある実施形態において、原料中の油が、触媒によって加水分解されて、脂肪酸が生成され得る。ある実施形態において、油中のアシルグリセリドの少なくとも一部が、油を触媒と接触させることによって、カルボン酸へと加水分解され得る。ある実施形態において、得られる酸／油組成物は、油中のアシルグリセリドの部分加水分解からのモノグリセリドおよび／またはジグリセリドを含む。ある実施形態において、得られる酸／油組成物は、グリセロール、アシルグリセリド加水分解の副生成物を含む。ある実施形態において、得られる酸／油組成物は、油中のリン脂質の部分加水分解からのリゾリン脂質を含む。バイオマスから抽出剤を得るための方法が、米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４４号明細書；米国特許出願公開第２０１１／０３１２０４３号明細書；および米国特許出願公開第２０１２／０１５６７３８号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が全て、参照により本明細書に援用される。
【０１０５】
ある実施形態において、原料または原料スラリー中の油の転化（例えば、加水分解、エステル交換）は、発酵装置への触媒の添加によって発酵装置中で行われ得る。例えば、リパーゼなどの触媒が、発酵装置に加えられて、原料または原料スラリー中に存在する油が、脂肪酸および／または脂肪エステルに転化され得る。ある実施形態において、原料または原料スラリー中の油の転化は、別個のユニット中で行われ得る。例えば、原料または原料スラリーは、ユニットに送られてもよく、リパーゼなどの触媒が、このユニットに加えられて、原料または原料スラリー中に存在する油が脂肪酸に転化され得る。別の例として、原料または原料スラリーは、ユニットに送られてもよく、リパーゼおよびアルコール（例えば、エタノール、ブタノール、フーゼルアルコール）などの触媒が、このユニットに加えられて、原料または原料スラリー中に存在する油が脂肪エステルに転化され得る。ある実施形態において、脂肪酸および／または脂肪エステルは、発酵装置に加えられてもよく、生成物アルコールの回収のために抽出剤として使用され得る。ある実施形態において、脂肪酸および／または脂肪エステルは、外部の抽出器または抽出剤塔に加えられてもよく、生成物アルコールの回収のために抽出剤として使用され得る。
【０１０６】
ある実施形態において、油が、原料スラリーから分離されてもよく、油は、ユニットに送られてもよく、リパーゼなどの触媒が、このユニットに加えられて、脂肪酸流が生成され得る。脂肪酸流は、リパーゼを失活させるように加熱されてもよく、次に、脂肪酸流は、外部の抽出器または貯蔵タンクに送られ得る。貯蔵タンクからの脂肪酸が、発酵ブロスからの生成物アルコールの抽出のために外部の抽出器に送られ得る。ある実施形態において、原料スラリーから分離される油が、貯蔵タンクに貯蔵され得る。リパーゼなどの触媒が、貯蔵タンクに加えられて、脂肪酸流が生成され得る。脂肪酸流は、リパーゼを失活させるように加熱され、冷却され、次に、発酵ブロスからの生成物アルコールの抽出のために外部の抽出器に送られ得る。ある実施形態において、原料スラリーから分離される油が、ユニットに送られてもよく、リパーゼなどの触媒が、このユニットに加えられて、脂肪酸流が生成され得る。脂肪酸流は、リパーゼを失活させるように加熱され、冷却されてもよく、次に、脂肪酸流は、発酵装置に送られ得る。
【０１０７】
ある実施形態において、１つ以上の触媒は、１つ以上の酵素、例えば、ヒドロラーゼ酵素であり得る。ある実施形態において、１つ以上の触媒は、１つ以上の酵素、例えば、リパーゼ酵素であり得る。リパーゼ酵素は、例えば、アブシディア属（Ａｂｓｉｄｉａ）、アクロモバクター属（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、アエロモナス属（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、アルテルナリア属（Ａｌｔｅｒｎａｒｉａ）、アスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、アクロモバクター属（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、アウレオバシジウム属（Ａｕｒｅｏｂａｓｉｄｉｕｍ）、バチルス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、ビューベリア属（Ｂｅａｕｖｅｒｉａ）、ブロコトリックス属（Ｂｒｏｃｈｏｔｈｒｉｘ）、カンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）、クロモバクター属（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、コプリナス属（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ）、フザリウム属（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）、ゲオトリクム属（Ｇｅｏｔｒｉｃｕｍ）、ハンゼヌラ属（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）、フミコラ属（Ｈｕｍｉｃｏｌａ）、ハイホジーマ属（Ｈｙｐｈｏｚｙｍａ）、ラクトバチルス属（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、メタリジウム属（Ｍｅｔａｒｈｉｚｉｕｍ）、ケカビ属（Ｍｕｃｏｒ）、ネクトリア属（Ｎｅｃｔｒｉａ）、アカパンカビ属（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）、ペシロマイセス属（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ）、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、リゾクトニア菌（Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ）、リゾムコール属（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ）、クモノスカビ属（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）、ロドスポリジウム属（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ）、ロドトルラ属（Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ）、サッカロマイセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、イノシシ属（Ｓｕｓ）、スポロボロマイセス属（Ｓｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓ）、サーモマイセス属（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ）、チアロスポレラ（Ｔｈｉａｒｏｓｐｏｒｅｌｌａ）、トリコデルマ属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）、バーティシリウム属（Ｖｅｒｔｉｃｉｌｌｉｕｍ）、および／またはヤロウィア属（Ｙａｒｒｏｗｉａ）を含む任意の供給源に由来し得る。ある実施形態において、リパーゼの供給源は、アブシディア・ブラケスレーナ（Ａｂｓｉｄｉａ  ｂｌａｋｅｓｌｅｅｎａ）、アブシディア・コリムビフェラ（Ａｂｓｉｄｉａ  ｃｏｒｙｍｂｉｆｅｒａ）、アクロモバクター・イオファガス（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ  ｉｏｐｈａｇｕｓ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｓｐ．）、アルタナリア・ブラシキコラ（Ａｌｔｅｒｎａｒｉａ  ｂｒａｓｓｉｃｉｏｌａ）、アスペルギルス・フラブス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｆｌａｖｕｓ）、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｎｉｇｅｒ）、アスペルギルス・ツビンゲンシス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｔｕｂｉｎｇｅｎｓｉｓ）、アウレオバシジウム・プルランス（Ａｕｒｅｏｂａｓｉｄｉｕｍ  ｐｕｌｌｕｌａｎｓ）、バチルス・コアグランス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏａｇｕｌａｎｓ）、バチルス・プミルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｕｍｉｌｕｓ）、バチルス・ステアロサーモフィルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｔｒｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、ブロコトリクス・サーモソハタ（Ｂｒｏｃｈｏｔｈｒｉｘ  ｔｈｅｒｍｏｓｏｈａｔａ）、バークホルデリア・セパシア（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ  ｃｅｐａｃｉａ）、カンジダ・キリンドラケア（Ｃａｎｄｉｄａ  ｃｙｌｉｎｄｒａｃｅａ）（カンジダ・ルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ））、カンジダ・パラリポリティカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｐａｒａｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、カンジダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）リパーゼＡ、カンジダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）リパーゼＢ、カンジダ・エルノビ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｅｒｎｏｂｉｉ）、カンジダ・デフォルマンス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｄｅｆｏｒｍａｎｓ）、カンジダ・ルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ）、カンジダ・パラプシロシス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｐａｒａｐｓｉｌｏｓｉｓ）、クロモバクター・ビスコスム（Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ  ｖｉｓｃｏｓｕｍ）、ネナガヒトヨタケ（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ  ｃｉｎｅｒｉｕｓ）、フザリウム・ヘテロスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｈｅｔｅｒｏｓｐｏｒｕｍ）、フザリウム・オキシスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）、フザリウム・ソラニ（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｓｏｌａｎｉ）、フザリウム・ソラニピシ（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｓｏｌａｎｉｐｉｓｉ）、フザリウム・ロゼウム・クルモルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｒｏｓｅｕｍ  ｃｕｌｍｏｒｕｍ）、ゲオトリクム・カンジドゥム（Ｇｅｏｔｒｉｃｈｕｍ  ｃａｎｄｉｄｕｍ）、ゲオトリクム・ペニシラツム（Ｇｅｏｔｒｉｃｕｍ  ｐｅｎｉｃｉｌｌａｔｕｍ）、ハンゼヌラ・アノマラ（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ  ａｎｏｍａｌａ）、フミコラ・ブレビスポラ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｂｒｅｖｉｓｐｏｒａ）、フミコラ・ブレビス変種サーモイデア（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｂｒｅｖｉｓ  ｖａｒ．ｔｈｅｒｍｏｉｄｅａ）、フミコラ・インソレンス（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ）、ラクトバチルス・クルヴァトゥス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｕｒｖａｔｕｓ）、リゾプス・オリゼ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｏｒｙｚａｅ）、ムコール・ジャバニクス（Ｍｕｃｏｒ  ｊａｖａｎｉｃｕｓ）、アカパンカビ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ  ｃｒａｓｓａ）、ネクトリア・ハエマトコカ（Ｎｅｃｔｒｉａ  ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃａ）、ペニシリウム・シクロピウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｃｙｃｌｏｐｉｕｍ）、ペニシリウム・クルストスム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｃｒｕｓｔｏｓｕｍ）、ペニシリウム・エクスパンスム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｅｘｐａｎｓｕｍ）、ペニシリウム・ロックフォルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｒｏｑｕｅｆｏｒｔｉ）、ペニシリウム・カメンベルティ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉｉ）、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｓｐ．）Ｉ、ペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｓｐ．）ＩＩ、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、シュードモナス・アルカリゲネス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、シュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃｅｐａｃｉａ）（別名、バークホルデリア・セパシア（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ  ｃｅｐａｃｉａ））、蛍光菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）、シュードモナス・フラギ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｒａｇｉ）、シュードモナス・マルトフィリア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｍａｌｔｏｐｈｉｌｉａ）、シュードモナス・メンドシナ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｍｅｎｄｏｃｉｎａ）、シュードモナス・メフィティカ・リポリティカ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｍｅｐｈｉｔｉｃａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）、シュードモナス・アルカリゲネス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、シュードモナス・プランタリ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｌａｎｔａｒｉ）、シュードモナス・シュードアルカリゲネス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｓｅｕｄｏａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）、シュードモナス・スツッツェリ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｔｕｔｚｅｒｉ）、およびシュードモナス・ウィスコンシネンシス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｗｉｓｃｏｎｓｉｎｅｎｓｉｓ）、イネ紋枯病菌（Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ  ｓｏｌａｎｉ）、リゾムコール・ミエヘイ（Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ  ｍｉｅｈｅｉ）、リゾプス・アリズス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ａｒｒｈｉｚｕｓ）、リゾプス・デレマ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｄｅｌｅｍａｒ）、リゾプス・ジャポニクス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｊａｐｏｎｉｃｕｓ）、リゾプス・ミクロスポルス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｍｉｃｒｏｓｐｏｒｕｓ）、リゾプス・ノドスス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｎｏｄｏｓｕｓ）、リゾプス・オリゼ（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｏｒｙｚａｅ）、ロドスポリジウム・トルロイデス（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ  ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ）、ロドトルラ・グルチニス（Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ  ｇｌｕｔｉｎｉｓ）、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、スポロボロマイセス・シバタヌス（Ｓｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓ  ｓｈｉｂａｔａｎｕｓ）、イノシシ（Ｓｕｓ  ｓｃｒｏｆａ）、サーモマイセス・ラヌギノスス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）（旧フミコラ・ラヌギノサ（Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓｅ））、チアロスポレラ・ファセオリナ（Ｔｈｉａｒｏｓｐｏｒｅｌｌａ  ｐｈａｓｅｏｌｉｎａ）、トリコデルマ・ハルジアヌム（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｈａｒｚｉａｎｕｍ）、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｒｅｅｓｅｉ）、およびヤロウィア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）からなる群から選択され得る。
【０１０８】
ある実施形態において、ヒドロラーゼおよび／またはリパーゼは、微生物によって発現され得る。ある実施形態において、微生物は、同種または異種のヒドロラーゼおよび／またはリパーゼを発現するように操作され得る（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）。ある実施形態において、ヒドロラーゼおよび／またはリパーゼは、生成物アルコールも生成する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ヒドロラーゼおよび／またはリパーゼは、ブタノール生合成経路も発現する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、イソブタノール生合成経路、または２−ブタノン生合成経路であり得る。
【０１０９】
触媒として適した市販のリパーゼ調製物としては、以下に限定はされないが、Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ（Ｆｒａｎｋｌｉｎｔｏｎ，ＮＣ）から入手可能な、Ｌｉｐｏｌａｓｅ（登録商標）１００  Ｌ、Ｌｉｐｅｘ（登録商標）１００Ｌ、Ｌｉｐｏｃｌｅａｎ（登録商標）２０００Ｔ、Ｌｉｐｏｚｙｍｅ（登録商標）ＣＡＬＢ  Ｌ、Ｎｏｖｏｚｙｍｅ（登録商標）ＣＡＬＡ  Ｌ、およびＰａｌａｔａｓｅ  ２００００Ｌ、あるいはＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）から入手可能な、蛍光菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）、シュードモナス・セパシア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃｅｐａｃｉａ）、ムコール・ミエヘイ（Ｍｕｃｏｒ  ｍｉｅｈｅｉ）、ブタ膵臓（ｈｏｇ  ｐａｎｃｒｅａｓ）、カンジダ・キリンドラケア（Ｃａｎｄｉｄａ  ｃｙｌｉｎｄｒａｃｅａ）、カンジダ・ルゴサ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ）、リゾプス・ニベウス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｎｉｖｅｕｓ）、カンジダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａ  ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）、リゾプス・アリズス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ａｒｒｈｉｚｕｓ）またはアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に由来するリパーゼが挙げられる。ある実施形態において、リパーゼは、熱安定性および／または耐熱性、および／または溶媒耐性であり得る。
【０１１０】
ある実施形態において、１つ以上の触媒は、ホスホリパーゼであり得る。本発明に有用なホスホリパーゼは、様々な生物学的供給源、例えば、以下に限定はされないが、フザリウム・クルモルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｃｕｌｍｏｒｕｍ）、フザリウム・ヘテロスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｈｅｔｅｒｏｓｐｏｒｕｍ）、フザリウム・ソラニ（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｓｏｌａｎｉ）、もしくはフザリウム・オキシスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）の菌株などのフザリウム属（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）内の糸状菌種；またはアワモリコウジカビ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ａｗａｍｏｒｉ）、アスペルギルス・フォエティダス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｆｏｅｔｉｄｕｓ）、アスペルギルス・ジャポニクス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｊａｐｏｎｉｃｕｓ）、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｎｉｇｅｒ）もしくはニホンコウジカビ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｏｒｙｚａｅ）の菌株などのアスペルギルス属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）内の糸状菌種から得られる。Ｌｅｃｉｔａｓｅ（登録商標）Ｕｌｔｒａ（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ  Ａ’Ｓ，Ｄｅｎｍａｒｋ）という商品などのサーモマイセス・ラヌギノスス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）ホスホリパーゼ変異体も本発明に有用である。１つ以上のホスホリパーゼが、凍結乾燥粉末として適用され、固定化され、または水溶液に溶解され得る。
【０１１１】
ある実施形態において、ホスホリパーゼは、微生物によって発現され得る。ある実施形態において、微生物は、同種または異種のホスホリパーゼを発現するように操作され得る。ある実施形態において、ホスホリパーゼは、生成物アルコールも生成する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ホスホリパーゼは、ブタノール生合成経路も発現する微生物によって発現され得る。ある実施形態において、ブタノール生合成経路は、１−ブタノール生合成経路、２−ブタノール生合成経路、イソブタノール生合成経路、または２−ブタノン生合成経路であり得る。
【０１１２】
イソ酪酸、フェニルエタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−１−ブタノール、イソブチルアルデヒド、酢酸、ケトイソ吉草酸、ピルビン酸、およびジヒドロキシイソ吉草酸などの、発酵の副生成物は、微生物に対する阻害作用を有し得る。ある実施形態において、これらの副生成物は、エステル化によって変性され得る。例えば、副生成物は、カルボン酸、アルコール、脂肪酸、または他の副生成物でエステル化され得る。ある実施形態において、これらのエステル化反応は、リパーゼまたはホスホリパーゼによって触媒され得る。例として、発酵ブロス中に存在するリパーゼは、発酵中に生成される副生成物のエステル化を触媒し得る。これらの副生成物のエステル化は、微生物に対するそれらの阻害作用を最小限に抑え得る。
【０１１３】
図７Ａを参照すると、原料１２が、図１〜６に記載されるように処理され得るため、詳細に記載されない。次に、水溶液２２が、一切の残油を除去するようにさらに処理され得る。ある実施形態において、水溶液２２は、遠心分離、デカンテーション、または油除去に使用され得る任意の他の方法に供され得る。ある実施形態において、水溶液２２は、ユニット２５（または槽）に送られてもよく、触媒２３（例えば、リパーゼ）が、ユニット２５に加えられて、水溶液２２中に存在する油が脂肪酸に転化され、流れ２７が生成され得る。次に、流れ２７は、発酵３０に送られてもよく、微生物３２も、生成物アルコールの生成のために発酵３０に加えられ得る。発酵３０の後、生成物アルコールおよび脂肪酸を含む流れ３１が、生成物アルコールの回収のために、外部ユニット、例えば、外部の抽出器または外部の抽出ループに送られ得る。
【０１１４】
図７Ｂを参照すると、ある実施形態において、触媒２３が、例えば加熱によって失活され得る。ある実施形態において、触媒２３を含む流れ２７が、発酵３０への添加の前に、触媒２３を失活させるように加熱される（ｑ）。図７Ｃを参照すると、ある実施形態において、失活は、別個のユニット、例えば、失活ユニット中で行われ得る。ある実施形態において、流れ２７は、失活２８に送られ得る。失活の後、流れ２７’が、発酵３０に送られてもよく、微生物３２も、生成物アルコールの生成のために発酵３０に加えられ得る。
【０１１５】
油を脂肪酸に転化することによって水溶液２２から油を除去することにより、より効率的な発酵による生産工場のエネルギー節約、油の除去による装置のより少ない汚損、エネルギー必要量、例えば、穀類蒸留粕を乾燥させるのに必要とされるエネルギーの減少、および蒸発器または蒸発トレイン（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｔｒａｉｎ）の向上した動作が得られる。さらに、発酵装置中に存在する油が脂肪酸およびグリセリンへと分解され得るため、原料の油成分の除去は生成物アルコール生成に有利である。グリセリンは、水中に蓄積し、システム全体を通して再利用に利用可能な水の量を減少させ得る。したがって、原料の油成分の除去は、システムを通して再利用され得る水の量を増加させることによって、生成物アルコール生成の効率を高める。また、安定したエマルジョンは、油の除去によって生じる可能性が低い。本発明のある実施形態において、エマルジョンが形成される場合、エマルジョンは、機械的処理、プロトン性溶媒の添加、または他の従来の手段によって、容易に分解され得る。
【０１１６】
別の実施形態において、図７Ｄを参照すると、水溶液２２が、発酵３０に送られてもよく、触媒２３（例えば、リパーゼ）が、発酵３０に加えられて、水溶液２２中に存在する油が脂肪酸および／または脂肪エステルに転化され得る。ある実施形態において、脂肪エステルは、脂肪酸とアルコールとの組合せによって得られる。ある実施形態において、アルコールは、生成物アルコールを含む、発酵３０中の任意のアルコールであり得る。ある実施形態において、脂肪酸および／または脂肪エステルに転化される水溶液２２中の油の量は、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％であり得る。ある実施形態において、油の転化によって生成される脂肪エステルおよび脂肪酸の比率は、約７５：２５であり得る。ある実施形態において、脂肪エステルおよび脂肪酸の比率は、約８０：２０であり得る。ある実施形態において、触媒２３が、特定の油転化率を維持する量で発酵３０に加えられ得る。
【０１１７】
発酵３０の後、生成物アルコール、脂肪酸、および脂肪エステルを含む流れ３１が、生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。例えば、流れ３１は、生成物アルコールの回収のために、外部ユニット、例えば、外部の抽出器または外部の抽出ループに送られ得る。ある実施形態において、流れ３１中の脂肪酸および脂肪エステルは、抽出剤として使用され得る。ある実施形態において、外部ユニットは、抽出剤を含み得る。ある実施形態において、抽出剤は、脂肪酸および／または脂肪酸のエステルを含み得る。
【０１１８】
本発明は、発酵プロセスによって生成される生成物アルコールを回収するための方法およびシステムも提供する。生成物アルコール回収のための１つのこのようなプロセスは液液抽出である。ＩＳＰＲ技術としての液液抽出の使用は、この技術を実施するのに必要とされる設備投資の正味現在価値を最大にする液液抽出プロセスによって最も良く提供される。液液抽出プロセスの正味現在価値を最大にする態様は、発酵ブロスから抽出剤を分離するのに関連する大きい資本コストおよび運転コスト支出を回避することである。
【０１１９】
液液抽出プロセスの一実施形態において、抽出剤は、発酵装置に直接加えられてもよく、発酵ブロスおよび抽出剤は、物質移動（例えば、発酵ブロスから抽出剤への生成物アルコールの移動）をもたらすように一緒に混合され、発酵が高い有効な生成物アルコール力価を促進することが可能になり得る。このようなプロセスにおいて、混合が強くまたは激し過ぎる場合、発酵ブロスおよび抽出剤は、遠心分離機などの分離デバイスを用いて分離される必要があり得る。混合があまり激しくない場合、相分離は、抽出剤と発酵ブロスとの密度差によって引き起こされる重力沈降によって行われ得る。いずれの場合も、追加の発酵装置が、発酵装置に加えられる抽出剤によって取り込まれる発酵装置体積の減少を克服するのに必要とされ得る。発酵装置への抽出剤の直接の添加は、発酵装置内の相分離にかかわりなく、バッチ式、セミバッチ式、または連続式で行われ得る。連続式が用いられ、発酵ブロスおよび抽出剤の重力分離が可能でない場合、遠心分離機などの分離デバイスが、抽出剤からの生成物アルコールの分離に必要とされ得る。抽出剤から生成物アルコールを除去するのに用いられる分離プロセスが、発酵ブロス中に存在する微生物が、分離プロセス中に生存できるようなものである場合、生成物アルコール／抽出剤からの発酵ブロスの分離が必要ないことがある。
【０１２０】
液液抽出プロセスの別の実施形態は、外部の抽出器または抽出塔を含み得る。例えば、発酵装置からの発酵ブロスが、外部の抽出器に送られてもよく、ここで、発酵ブロスは、抽出剤と混合される。次に、発酵ブロスと抽出剤との混合物が、分離されて、生成物アルコールが希薄な発酵ブロス流および生成物アルコールが濃厚な抽出剤流が生成され得る。より希薄な発酵ブロス流は、発酵装置に戻され得る。より濃厚な抽出剤流は、生成物アルコール回収のために抽出剤から生成物アルコールの少なくとも一部を分離するようにさらに処理され得る。ある実施形態において、抽出剤流からの生成物アルコール回収率は、工場生産を維持する率に設定され得る。ある実施形態において、液液抽出プロセスは、１つ以上の外部の液液抽出器を含み得る。
【０１２１】
ある実施形態において、発酵は、発酵装置および外部の抽出器中で行われ得る。外部の抽出器中に存在する発酵ブロスのさらなる体積が、全体的な発酵装置体積を増加させる働きを果たし、ひいては生成物アルコールの全体の生産を増加させ得る。
【０１２２】
生成物アルコールの除去に関する外部の抽出器の性能は、界面接触に利用可能な表面積、発酵ブロスおよび抽出剤の物理的性質、外部の抽出器中に存在する２つの相（例えば、発酵ブロス相および抽出剤相）の相対量、および発酵ブロス相と抽出剤相との間の濃度駆動力差（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）に応じて決まる。所与の生成物アルコール濃度駆動力での外部の抽出器の効率の最大化は、外部の抽出器中に分散された相の液滴径を、例えば、ノズル設計、内部設計、および／または撹拌によって減少させることによって行われ得る。ある実施形態において、外部の抽出器の設計および動作は、生成物アルコールの生産性要件を維持するために、発酵ブロス相と抽出剤相との間の十分な生成物アルコールの移動をもたらすのに十分な混合を提供し得る。
【０１２３】
場合によっては、発酵からのＣＯ２が、外部の抽出器中で生成されて、相分離を妨げ得る液滴の形成につながり得る。例えば、発酵ブロスの液滴は、抽出剤相を通って上昇するＣＯ２に付着し得る。ある実施形態において、抽出剤相は、液滴の凝集を向上させるために、連続相として維持され得る。ある実施形態において、外部の抽出器は、内部またはＣＯ２のための出口ポートを含み得る。発酵ブロス相の凝集および回収を向上させるために、例えば、凝集パッドが、外部の抽出器に追加されてもよく、および／または出口ポートが配置されてもよい。
【０１２４】
発酵ブロスから生成物アルコールを分離するための条件は、発酵ブロス中に存在する微生物に有害であり得る。ある実施形態において、微生物は、発酵ブロスを抽出剤と接触させる前に、発酵ブロスから分離され得る。ある実施形態において、微生物は、この混合物の分離（または処理）の前に、発酵ブロスと抽出剤との混合物から分離され得る。例えば遠心分離を含む、発酵ブロスまたは発酵ブロスと抽出剤との混合物から微生物を分離することが可能な任意の分離方法が使用され得る。発酵ブロスを抽出剤と接触させる前に、微生物を分離することによって、より高い温度および／または非生体適合性抽出剤などのより厳しい抽出条件を使用することが可能になり得る。微生物に有害でない分離方法が使用される場合、生成物アルコール除去の前に発酵ブロスおよび抽出剤を分離する必要がないことがある。
【０１２５】
抽出剤および発酵ブロスが分離されない場合、抽出剤は、蒸発器トレイン原料に含まれ、したがって、蒸発中に形成され、おそらく動物飼料に組み込まれるシロップの成分になり得る。ある実施形態において、抽出剤は、例えば遠心分離を含む任意の分離手段を用いて、シロップから分離され得る。（例えば、水と同等の）低沸点の生体適合性抽出剤は、抽出剤および水が生成プロセスに使用するために再利用され得るため、このような分離を必要としないことがある。
【０１２６】
典型的なトウモロコシからの生成物アルコールの生産工場において、塩およびビールの他の溶解固体を除去するために再利用水を蒸発器トレイン中で蒸留しながら、生産工場の水を再利用することによって、全生成プロセスの水のバランスが維持され得る。蒸発器トレインから得られるシロップは、非溶解固体と混合されてもよく、混合物は、乾燥され、動物飼料として販売され得る。動物飼料のための非溶解固体を処理するための方法およびシステムが、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０１６４３０２号明細書；米国特許出願公開第２０１１／０３１５５４１号明細書；米国特許出願公開第２０１３／０１６４７９５号明細書；およびＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／５１５７１号明細書に記載されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。
【０１２７】
本明細書に記載されるように、非溶解固体は、発酵への原料の添加の前に、原料（または原料スラリー）から除去され得る。非溶解固体が、発酵の上流で除去されない場合、非溶解固体を除去するためのビールの遠心分離が、蒸発器の汚損を回避するために必要となり得る。例えば、商業的な乾式摩砕されたトウモロコシからの生成物アルコールの生産工場において、蒸発器トレイン原料中の非溶解固体含有物は、全懸濁固体の約３％で動作することができ、全懸濁固体の３．５〜４％もの高さであってもよい。全懸濁固体におけるパーセンテージをこれらのパーセンテージ値以下に維持するのに十分な固体を除去する上流のプロセスにより、例えば、ビールを蒸発器（または蒸発トレイン）に送る前の、遠心分離の必要性がなくなり得る。この遠心分離をなくすことで、乾式摩砕されたトウモロコシからの生成物アルコールの生産工場を改装するのに必要とされる資本が節約されるであろう。
【０１２８】
発酵の前に原料スラリー中に存在する非溶解固体の少なくとも一部を除去することによって、外部の抽出器中の発酵ブロス相と抽出剤相との間の界面表面積が、界面における非溶解固体の量を減少させ、発酵ブロスと抽出剤との間の生成物アルコール移動を促進し、発酵ブロスと抽出剤との明瞭な相分離を提供することによって、増加され得る。また、明瞭な相分離により、追加の分離工程（例えば、遠心分離）の必要がなくなるため、資本支出の節約にもなり得る。
【０１２９】
外部の抽出器を出る発酵ブロスおよび抽出剤の分離は、固体含有物および発酵ブロス中の固体含有物の粒度分布、発酵ブロス中のガス含有量および気泡径分布、粘度、密度、および表面張力を含むがこれらに限定されない、発酵ブロスおよび抽出剤の物理的特性ならびに外部の抽出器の設計および動作および発酵装置の設計および動作によって影響され得る。これらの特性により、外部の抽出器または発酵装置を出る発酵ブロスおよび抽出剤を分離するための分離デバイス（例えば、遠心分離機）の必要性が判断され得る。分離デバイスの必要をなくす条件下での動作により、液液抽出ＩＳＰＲを実施するための資本支出が最小限に抑えられ得る。さらに、所与の組の発酵ブロスおよび抽出剤の物理的特性を有する発酵ブロス相と抽出剤相との間の界面面積を最大にすることによって抽出器のサイズを最小限に抑えることにより、発酵ブロスおよび抽出剤を安い費用で相分離する能力が維持され得る。遠心分離機などの分離デバイスの資本コストおよび運転コストをなくすことによって、液液抽出ＩＳＰＲプロセスを用いる乾式摩砕されたトウモロコシからの生成物アルコールの生産工場の正味現在価値が向上され得る。
【０１３０】
本明細書に記載される方法およびシステムの別の実施形態において、相分離能力を含む抽出器設計が、発酵ブロスおよび抽出剤の物理的特性に対応するように調整され得る。非溶解固体が原料スラリーから除去されない場合または発酵ブロス中の生成物アルコールの濃度が低過ぎる場合、相分離装置を含まない抽出器を用いる工場の生産性を維持するのに十分な生成物アルコールを除去することができないことがある。したがって、本発明は、固体除去ならびに外部の抽出器を用いる生成物アルコールの回収を含む方法およびシステムを提供し、ここで、抽出器は、最大の生成物アルコール回収のために相分離能力を向上させるように設計された。
【０１３１】
本発明の例示的なプロセスが、図８に示される。図８中のいくつかのプロセスおよび流れが、図１〜７に使用されるのと同じ名称および番号を用いて特定されており、図１〜７に記載されるのと同じかまたは同様のプロセスおよび流れを表す。
【０１３２】
図１〜７を参照して本明細書に記載されるように、原料１２が処理され、固体が分離され得る（１００）。簡潔に述べると、原料１２は、液化されて、非溶解固体、発酵性糖（または発酵性炭素源）、および原料に応じて、油を含む原料スラリーが生成され得る。次に、原料スラリーは、懸濁固体を除去するために分離方法に供されて、ウェットケーキ、溶解された発酵性糖を含む水溶液２２（または遠心分離液）、および任意に油流が生成され得る。固体分離は、デカンターボウル遠心分離、三相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、ろ過遠心分離、デカンター遠心分離、ろ過、真空ろ過、ベルトフィルター、加圧ろ過、膜ろ過、精密ろ過、ふるいを用いたろ過、ふるい分け分離、格子、多孔質格子、浮遊法、ハイドロサイクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降器、ボルテックス分離器、またはそれらの組合せを含むがこれらに限定されないいくつかの手段によって行われ得る。
【０１３３】
水溶液２２および微生物３２は、発酵３０に加えられてもよく、ここで、発酵性糖は、微生物３２によって発酵されて、生成物アルコールを含む流れ１０５が生成される。ある実施形態において、発酵中、流れ１０５の一部が、抽出器１２０（または抽出１２０）に移されてもよく、ここで、流れ１０５は、抽出剤１２４と接触される。ある実施形態において、抽出剤が、抽出剤貯蔵タンクまたはユニットに貯蔵され得る。ある実施形態において、生成物アルコールおよび／または他の代謝産物の濃度が所定の濃度に達したとき、流れ１０５は、発酵３０から除去され得る。ある実施形態において、所定の濃度は、微生物の代謝に悪影響を与える生成物アルコールおよび／または他の代謝産物の濃度であり得る。ある実施形態において、流れ１０５は、発酵が開始されたとき、発酵３０から除去され得る。ある実施形態において、流れ１０５は、微生物３２に対する生成物アルコールの影響を最小限に抑えるために、発酵３０から除去され得る。ある実施形態において、発酵３０は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、またはそれ以上の発酵装置を含み得る。
【０１３４】
ある実施形態において、抽出剤は、発酵３０に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤を含む発酵ブロスの一部が、抽出器１２０に移されてもよく、ある実施形態において、抽出剤は、抽出剤を含む発酵ブロスから除去され得る。抽出剤を発酵３０に加えることによって、ＩＳＰＲが、発酵３０で開始され得る。
【０１３５】
生成物アルコール、またはその一部が、流れ１０５から抽出剤１２４に移動し、生成物アルコールがより濃厚な抽出剤を含む流れ１２２が、分離１３０に送られ得る。生成物アルコールがより希薄な発酵ブロスを含む流れ１２７が、発酵３０に戻され得る。分離１３０は、流れ１２２から生成物アルコールの一部を除去し、より希薄な抽出剤を含む流れ１２５が、抽出器１２０に戻され得る。ある実施形態において、抽出器１２０は、発酵３０の外部にあり得る。ある実施形態において、発酵３０は、抽出器を含み得る。ある実施形態において、抽出剤、発酵ブロス、またはその両方は、少なくとも部分的に不混和性であり得る。流れ１３５は、生成物アルコールの回収を含むさらなる処理（例えば、蒸留）のために下流に送られ得る。
【０１３６】
抽出の間、抽出剤または抽出剤の一部の損失があり得る。ある実施形態において、抽出剤１２４は、抽出器１２０または抽出剤貯蔵ユニットへの抽出剤の添加によって補充され得る。ある実施形態において、例えば、抽出剤が原料または原料スラリーから得られる場合、抽出剤１２４は、原料または原料スラリー中の油を抽出剤に転化することによって補充され得る。例えば、触媒が、発酵３０に加えられて、水溶液２２中の油が脂肪酸および／または脂肪エステルに転化され得（例えば、図７Ｄを参照）、生成物アルコール、脂肪酸、および／または脂肪エステルを含む流れ１０５の一部が、抽出器１２０に移されてもよく、ここで、流れ１０５は、抽出剤１２４と接触され得る。生成物アルコール富化抽出剤、脂肪酸、および／または脂肪エステルを含む流れ１２２が、分離１３０に送られて、より希薄な抽出剤、脂肪酸、および／または脂肪エステルを含む流れ１２５が生成され得る。ある実施形態において、流れ１２５は、抽出器１２０に戻される前にさらに処理され得る。例えば、流れ１２５中に存在する脂肪エステルは、加水分解に供されて、生成物アルコールおよび脂肪酸を含む流れが生成され得る。生成物アルコールおよび脂肪酸を含むこの流れは、抽出器１２０に送られてもよく、またはこの流れは、流れ１２２と組み合わされてもよく、組み合わされた流れは、分離１３０に送られ得る。別の実施形態において、生成物アルコールおよび脂肪酸を含むこの流れは、分離１３０に送られてもよく、またはこの流れは、別の分離ユニットに送られて、生成物アルコール流および脂肪酸流が生成され得る。脂肪酸流は、抽出器１２０に送られてもよく、生成物アルコール流は、流れ１３５と組み合わされてもよく、生成物アルコール回収のためにさらに処理され得る。
【０１３７】
ある実施形態において、抽出器に通した後の発酵ブロスおよび抽出剤の相分離が不十分であり得るため、許容できないレベルの分散された抽出剤が、発酵装置に戻る発酵ブロス中に残るか、および／または許容できないレベルの発酵ブロス液滴が、蒸留に進む抽出剤中に残る。ある実施形態において、発酵ブロスおよび抽出剤の相分離は、１つ以上のハイドロサイクロンまたは同様のボルテックスデバイスを通って抽出器の上部または底部を出る不均質混合物を処理することによって促進され得る。ある実施形態において、発酵ブロスおよび抽出剤を互いに接触させるために、スタティックミキサーが、抽出器の代わりに使用されてもよく、形成される不均質混合物が、水（例えば、発酵ブロス）相および有機（例えば、抽出剤）相を分離させるために、１つ以上のハイドロサイクロンまたは同様のボルテックスデバイスを通して送り出されてもよい。ある実施形態において、１つ以上のハイドロサイクロンまたは同様のボルテックスデバイスが、ガス流から液体または液滴を除去するのに使用され得る。ある実施形態において、ガス流は、発酵装置からのものであり得る。ある実施形態において、ガス流は、脱気デバイスからのものであり得る。
【０１３８】
バッチまたはセミバッチ発酵プロセスにおいて、発酵性糖の一部が、微生物３２によって代謝されたとき、ビールを含む流れ１０３が、ビールから生成物アルコールを分離するために、下流で分離１４０に送られ得る。生成物アルコールを含む流れ１４５が、生成物アルコールの回収を含むさらなる処理（例えば、蒸留）のために下流に送られ得る。連続発酵プロセスにおいて、ビールを含む流れ１０３が、ビールから生成物アルコールを分離するために、下流で分離１４０に送られ得る。全蒸留廃液を含む流れ１４２が、固体除去および希薄な蒸留廃液の生成を含むさらなる処理のために下流に送られ得る。
【０１３９】
ある実施形態において、発酵３０が、２つ以上の発酵装置を含んでいてもよく、流れ１０５が、２つ以上の発酵装置からの組み合わされた複数の流れを含み得る。ある実施形態において、組み合わされた複数の流れは、抽出器１２０に送られ得る。ある実施形態において、流れ１２７は、分割されてもよく、流れ１２７の部分が、複数の発酵装置に戻され得る。ある実施形態において、抽出器１２０は、並列または直列に一緒に接続された一連のユニットであり得る。
【０１４０】
ある実施形態において、抽出は、所定の期間にわたって行われ得る。抽出は、例えば、発酵３０中の生成物アルコールの濃度が、分離１４０が必要ないほど十分に低くなるまで行われ得る。ある実施形態において、抽出は、長期間にわたって行われ得る。
【０１４１】
本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、デカンターが、相分離に使用され得る。ある実施形態において、デカンターは、抽出器と組み合わせて使用され得る。ある実施形態において、デカンターの表面は、相分離を向上させるために改質され得る。例えば、デカンターの表面は、親水性および／または疎水性表面の追加によって改質され得る。
【０１４２】
ある実施形態において、酸素、空気、および／または栄養が、流れ１２５および／または流れ１２７に加えられ得る。ある実施形態において、栄養は、抽出剤に可溶であり得る。ある実施形態において、酸素の濃度が、様々な流れ中で測定されてもよく、プロセス中への酸素の流れを変化させるための制御ループの一環として使用され得る。ある実施形態において、より高い有効力価を可能にするために、マッシュが、抽出器１２０に加えられ得る。ある実施形態において、分離１３０および１４０は、抽出器であり得る。ある実施形態において、これらの抽出器は、水を用いて、抽出剤から生成物アルコールを抽出することができ、その後、生成物アルコールが、水相から分離され得る。ある実施形態において、抽出剤には、発酵ブロスから生成物アルコールを抽出する能力を促進する溶質が注入され得る。ある実施形態において、サージタンクが、分離（例えば、蒸留）の前に、抽出剤中の生成物アルコールの濃度を平衡化する手段として、抽出器１２０と分離１３０との間に配置され得る。
【０１４３】
ある実施形態において、抽出器１２０は、発酵ブロスおよび抽出剤を混合するために発酵中に生成されるＣＯ２を用いるように設計され得る。ある実施形態において、抽出器１２０は、発酵ブロス中のＣＯ２の容易な離脱を可能にするように設計され得る。この設計は、抽出器１２０を通って上昇するＣＯ２気泡による混合のレベルの制御を容易にするであろう。ある実施形態において、発酵ブロスは、流れ１０５中のＣＯ２の濃度を最小限に抑えるために、発酵３０から除去され得る。ある実施形態において、抽出器離脱領域の設計は、発酵ブロスと抽出剤との間の相分離を促進するための表面を含み得る。ある実施形態において、親水性および／または疎水性表面が、相分離を向上させるために、離脱領域に取り付けられ得る。ある実施形態において、外部の抽出器は、内部またはＣＯ２のための出口ポートを含み得る。例えば、凝集パッドが、外部の抽出器に追加され得る。
【０１４４】
ＣＯ２混合を最小限に抑えるためのある実施形態において、抽出器は、抽出器の底部で直径が小さく、抽出器の上部に向かって徐々に直径が大きくなるように設計され得る（例えば、円錐形）。ある実施形態において、抽出器は、直径が段階的に増加するように設計され得る。例えば、抽出器は、一定の直径の第１の領域、続いて、直径の段階的増加を経て、一定の直径の第２の領域を含み得る。ある実施形態において、抽出器は、直径の第２の段階的増加を経て、一定の直径の第３の領域をさらに含み得る。ある実施形態において、抽出器は、直径の１つ以上の段階的増加を含み得る。ある実施形態において、抽出器は、一定の直径の１つ以上の領域を含み得る。
【０１４５】
発酵の間、発酵ブロスのガス含量（例えば、ＣＯ２）は変化し、これらのガスは、ガスストリッパーを用いることによって、発酵ブロスから除去され得る。発酵ブロスから取り除かれるガスの量は、ガスストリッパーを通る流量および／またはガスストリッパーの圧力を変化させることによって調整され得る。ある実施形態において、発酵ブロス中のＣＯ２の量は、発酵ブロスを抽出器に移す前に減少され得る。例えば、ＣＯ２は、ガスストリッパーまたは当業者に公知の任意の手段を用いて、発酵ブロスから取り除かれ得る。ある実施形態において、ＣＯ２の除去は、周囲圧力以下で行われ得る。ある実施形態において、発酵は、抽出器中で続いてもよく、ＣＯ２は、微生物によって生成され得る。抽出器中のＣＯ２混合を最小限に抑えるために、ある実施形態において、抽出器中の発酵ブロスの滞留時間が減少され得る。ある実施形態において、滞留時間は、抽出器の高さを調節することによって減少され得る。ある実施形態において、抽出器の高さは減少され得る。抽出器の高さを減少させることにより、理論的な抽出段の数が減少され得る。ある実施形態において、理論的な抽出段の数を維持するために、抽出器は、減少した高さの２つ以上の抽出器と取り替えられ得る。ある実施形態において、２つ以上の抽出器は、連続していてもよい。ある実施形態において、２つ以上の抽出器は、連結されていてもよい。ある実施形態において、２つ以上の抽出器は、向流を維持するように連結され得る。ある実施形態において、脱気段が、１つ以上の抽出段に追加され得る。
【０１４６】
図８を参照すると、ある実施形態において、抽出器１２０中の分散相液滴のサイズは、物質移動の速度を高めるために、様々な手段によって、測定され、調整され得る。例えば、液滴径は、集束ビーム反射測定法（ＦＢＲＭ（登録商標））または粒子顕微画像鏡測定法（ＰＶＭ（登録商標））技術（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ，ＬＬＣ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ  ＯＨ）などの粒度分析を用いて測定され得る。ある実施形態において、発酵ブロスは分散相であってもよく、抽出剤は連続相であってもよく、これらの条件下で、発酵ブロス中に存在する固体は、抽出剤とそれほど相互作用し得ない。ある実施形態において、分離１３０の条件は、抽出剤に対する酸化的および熱的不安定性の影響を最小限に抑えるように制御され得る。
【０１４７】
ある実施形態において、抽出剤の品質が、監視され、生成物アルコールの良好な生成のために必要な頻度で抽出剤が補充され得る。ある実施形態において、抽出剤は、全蒸留廃液固体に取り込まれ得る。全蒸留廃液は、液体（例えば、希薄な蒸留廃液）流および固体流へと分離されてもよく、固体は、抽出剤を回収するために洗浄され得る。ある実施形態において、抽出器１２０の温度は、プロセス全体の効率を向上させるように調整され得る。ある実施形態において、抽出器１２０への発酵ブロスおよび抽出剤の流れは、並流であっても、または向流であってもよい。ある実施形態において、膜が、発酵ブロスおよび抽出剤の混合を最小限に抑えるのに使用され得る。ある実施形態において、抽出剤は、生成物アルコールを吸収するポリマービーズまたは無機ビーズであり得る。ある実施形態において、ポリマービーズまたは無機ビーズは、生成物アルコールを優先的に吸収し得る。
【０１４８】
ある実施形態において、インライン、オンライン、アットライン、またはリアルタイム測定などの測定が、様々な流れ中の生成物アルコールおよび／または代謝副産物の濃度を測定するのに使用され得る。これらの測定は、様々なユニットまたは槽（例えば、発酵３０、抽出器１２０、分離１３０および１４０など）間の流れを変化させ、プロセス全体を向上させるための制御ループの一環として使用され得る。
【０１４９】
本発明の別の例示的なプロセスが、図９に示される。図９中のいくつかのプロセスおよび流れが、図１〜８に使用されるのと同じ名称および番号を用いて特定されており、図１〜８に記載されるのと同じかまたは同様のプロセスおよび流れを表す。
【０１５０】
図１〜７を参照して本明細書に記載されるように、原料１２が処理され、固体が分離され得る（１００）。ある実施形態において、原料１２は、蒸発１６０によって生成される再利用水（例えば、流れ１６２）と混合され得る。本明細書に記載されるように、原料スラリーは、懸濁固体を除去するために分離方法に供されて、ウェットケーキ２４、溶解された発酵性糖を含む水溶液２２（または遠心分離液）、および原料に応じて、油が生成され得る。ウェットケーキ２４は、乾燥器１７０中で乾燥され、ＤＤＧＳを生成するのに使用され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ２４は、水（例えば、再利用水／流れ１６２）で再スラリー化され、さらなる発酵性糖を除去するために分離に供されて、洗浄されたウェットケーキ（例えば、図４および５に記載される７４、７４’）が生成され得る。ある実施形態において、ウェットケーキ流２４、７４、および７４’は、組み合わされてもよく、組み合わされたウェットケーキ流は、乾燥器１７０中で乾燥され、ＤＤＧＳを生成するのに使用され得る。
【０１５１】
水溶液２２および微生物３２が、発酵３０に加えられてもよく、ここで、発酵性糖は、微生物３２によって代謝されて、生成物アルコールを含む流れ１０５が生成される。ある実施形態において、酵素が、発酵３０に加えられ得る。流れ１０５は、抽出器１２０に送られてもよく、抽出剤１２４と接触され得る。生成物アルコールがより希薄な発酵ブロスを含む流れ１２７が、発酵３０に戻されてもよく、生成物アルコールがより濃厚な抽出剤を含む流れ１２２が、分離１３０に送られ得る。ある実施形態において、抽出器１２０は、流れ１２２が最小の細胞塊および最小の基質を含有するように運転され得る。分離１３０は、微生物３２または基質を損傷することがあり、それにより、発酵速度が低下され得る。最小の細胞塊および基質を含む抽出器１２０を運転することにより、分離１３０による損傷の可能性が最小限に抑えられ得る。より希薄な抽出剤を含む流れ１２５が、抽出器１２０に戻され得る。分離１３０からの流れ１３５が、生成物アルコールの回収を含むさらなる処理のために、精製１５０に送られ得る。ある実施形態において、抽出剤が、発酵３０に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤を含む発酵ブロスの一部が、抽出器１２０に移されてもよく、ある実施形態において、抽出剤は、抽出剤を含む発酵ブロスから回収され得る。ある実施形態において、抽出器への発酵ブロスおよび抽出剤の流量が、相分離を向上させるために調節され得る。例えば、発酵の早期または後期の段階で抽出器に入る全体的な流量をより低くすることで、発酵ブロスおよび抽出剤の相分離が向上され得る。
【０１５２】
本明細書に記載されるように、バッチ発酵プロセスの後または連続発酵プロセスにおける安定した流出物流として、ビールを含む流れ１０３が、全蒸留廃液１４２から生成物アルコールを分離するために、下流で分離１４０に送られ得る。上流の固体除去プロセスを用いると、希薄なマッシュ中の非溶解固体含量が低下され得るため、固体を除去するために全蒸留廃液１４２を遠心分離する必要がないことがある。したがって、全蒸留廃液１４２は、蒸発１６０に直接送られ得る。蒸発１６０によって生成されるシロップ１６５は、乾燥器１７０中でウェットケーキ２４、７４、７４’と混合されて、ＤＤＧＳが形成され得る。
【０１５３】
ある実施形態において、全蒸留廃液からの全懸濁固体（ＴＳＳ）を含む逆流が、原料スラリーの調製のために使用（または再利用）され得る。ある実施形態において、全蒸留廃液または全蒸留廃液の一部が、蒸発の前に、ターボ式ろ過（ｔｕｒｂｏ  ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）または超遠心分離を含むがこれらに限定されない固体分離システムによって処理され得るか、あるいは全蒸留廃液または全蒸留廃液の一部が、自浄式の浄水のために処理され得る。
【０１５４】
粗粒固体が液化されたマッシュから除去されるある実施形態において、生成される全蒸留廃液は、微細な固体および不溶性の微生物断片を含有していてもよく、これらの分散された固体は、ターボ式ろ過を用いて除去され得る。ターボ式ろ過は、原料懸濁液を、微細な固体を保持し得るろ過器を通した遠心運動に供することを含み得る。ウェットケーキへと形成されるときのこれらの微細な固体は、微細な穀物粒子の細孔の表面および内部の両方に吸収されるいくらかの抽出剤を含有し得る。場合によっては、水によるウェットケーキの洗浄は、ウェットケーキから抽出剤を回収するのに不十分である。ある実施形態において、有機相などの濃縮された生成物アルコール流が、全蒸留廃液ウェットケーキから抽出剤を回収するのに使用され得る。ある実施形態において、この有機相は、デカンター中で形成され得る。ある実施形態において、生成物アルコールで洗浄されたウェットケーキは、その後、ウェットケーキから生成物アルコールを回収するために、水で洗浄され得る。
【０１５５】
ある実施形態において、本明細書に記載される方法およびシステムは、抽出剤リザーバ（またはタンクもしくは槽）を含み得る。抽出剤が、抽出剤リザーバに加えられてもよく、この抽出剤は、抽出器に循環され得る。ある実施形態において、抽出剤は、抽出器に送られてもよく、抽出器からの流れが、抽出剤リザーバに戻され得る。ある実施形態において、抽出剤リザーバからの抽出剤は、抽出器および／または発酵装置に循環され得る。ある実施形態において、抽出剤流が、抽出剤リザーバ、抽出器、および発酵装置の間で循環され得る。ある実施形態において、発酵の完了時に、抽出剤リザーバ、抽出器、および／または発酵装置の含有物が、生成物アルコールを回収するようにさらに処理され得る。
【０１５６】
抽出剤からの生成物アルコールの分離または抽出は、吸上げ（ｓｉｐｈｏｎｉｎｇ）、デカンテーション、遠心分離、重力沈降器、膜による分相などを含むがこれらに限定されない、当該技術分野において公知の方法を用いて行われ得る。ある実施形態において、抽出は、例えば、ミキサーセトラーを用いて行われ得る。ミキサーセトラーは、段階式（ｓｔａｇｅ−ｗｉｓｅ）抽出器であり、ポンプ、撹拌器、スタティックミキサー、混合用Ｔ字管（ｍｉｘｉｎｇ  ｔｅｅ）、衝突装置（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ）、循環するスクリーン（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  ｓｃｒｅｅｎ）、またはレイニングバケット（ｒａｉｎｉｎｇ  ｂｕｃｋｅｔ）などの、混合のための様々な要素とともに利用可能である。ミキサーセトラーの例が、図１０Ａ〜１０Ｈに示される。例えば、図１０Ａは、混合の供給源としてポンプを用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｂは、混合の供給源としてミキサーを用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｃは、混合の供給源としてスタティックミキサーを用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｄは、混合の供給源として混合用Ｔ字管を用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｅは、混合の供給源として衝突式ミキサーを用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｆは、混合の供給源としてレイニングバケットまたはメッシュスクリーンを用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｇは、セトラーとして遠心分離機を用いるミキサーセトラーを示す。図１０Ｈは、セトラーとしてハイドロサイクロンまたはボルテックス分離器を用いるミキサーセトラーを示す。ある実施形態において、１つ以上の混合デバイスが、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。
【０１５７】
ある実施形態において、ミキサーは、例えば、平坦なブレード、ピッチ付きブレードタービン、または曲線状のプロペラなどの撹拌器を含み得る。撹拌型ミキサーによって生成される液滴径は、撹拌器設計、タンク設計、撹拌器速度、および運転モードによって制御され得る。スタティックミキサーの場合、液滴径は、ミキサーの直径および流量によって制御され得る。例えば、液滴径は、発酵の間に、ミキサーを通る流量を変化させることによって制御され得る。ある実施形態において、ガスおよびミキサーは、混合プロセスに使用され得る。
【０１５８】
ある実施形態において、１つ以上のミキサーセトラーが、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。ある実施形態において、１つ以上のミキサーセトラーは、図１０Ｉおよび１０Ｊに示されるように、直列でまたは向流モードで配置され得る。ある実施形態において、ミキサーセトラーは、列状の配置（ｃｏｌｕｍｎ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で積み重ねられ、複数の混合および沈殿領域を提供し得る。ある実施形態において、セトラーは、相分離を促進するために親水性または疎水性表面を含み得る。
【０１５９】
別の実施形態において、カラム抽出器または遠心抽出器は、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。カラム抽出器は、着実に変化する濃度プロファイルにより、抽出器の長さにわたって物質移動のための条件を提供する差動抽出器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）である。異なるタイプの差動抽出器は、非機械的、パルス撹拌型、および回転撹拌型に分類され得る。遠心式抽出器は、このようなタイプの１つであるＰｏｄｂｉｅｌｎｉａｋ（登録商標）遠心式接触器（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）を備えた別の種類の差動抽出器である。
【０１６０】
ある実施形態において、非機械的なスプレー塔が、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。非機械的なスプレー塔の一例としては、カラム内部を含まない非機械的なスプレー塔が挙げられる。ノズルの数およびノズル直径は、液滴径を決定するのに使用され得る。ある実施形態において、スプレー塔は、内部を有し得る。ある実施形態において、スプレー塔は、らせん状の配管を含み得る。らせん状の配管により、液滴の上昇および発酵ブロスおよび抽出剤のさらなる混合が可能になり得る。ある実施形態において、充填塔、シーブトレイ（ｓｉｅｖｅ  ｔｒａｙ）、およびバッフルトレイ（ｂａｆｆｌｅ  ｔｒａｙ）などの非機械的な抽出器が、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。これらの抽出器の例が、図１０Ｋに示される。ある実施形態において、このような抽出器の充填は、ランダムであってもまたは構造化されていてもよい。
【０１６１】
ある実施形態において、パルス撹拌型抽出器が、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。パルス撹拌型抽出器は、トレイが垂直に移動する往復式トレイ（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ  ｔｒａｙ）または振動板を含む様々な設計も有する。全体的な充填塔および／またはシーブトレイカラムも、より小さい分散相液滴およびより多い物質移動を促進するために、垂直に振動し得る。これらの抽出器の例が、図１０Ｌに示される。ある実施形態において、回転撹拌型または回転円板式接触器が、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。これらの抽出器の例が、図１０Ｍに示される。
【０１６２】
ある実施形態において、撹拌抽出器が、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。例えば、遠心分離機を備えた撹拌抽出器は、高い物質移動速度および明瞭な相分離を提供し得る。ある実施形態において、撹拌型カラムが、本明細書に記載される方法およびシステムに使用され得る。例えば、内部を有する撹拌型カラムは、高い物質移動速度を提供し得る。
【０１６３】
液液抽出プロセスの一態様は、絶えず変化する発酵の間、抽出器の良好な運転条件を決定している。例えば、典型的なトウモロコシから生成物アルコールへのバッチ発酵は、発酵装置中の特定の体積の発酵ブロスに加えられる微生物（または細胞塊）の最初の接種、続いて、所定の体積になるまでの発酵装置のさらなる充填を用いる。発酵は、所定の量の発酵性炭素源（例えば、糖）が消費されるまで続けられる。バッチ発酵の間、細胞塊、反応中間体、反応の副生成物、および基質成分の濃度が、粘度、密度、および表面張力を含む発酵ブロスの物理的特性と同様に、時間とともに変化する。発酵の性能パラメータ、例えば、生産の速度、力価、および収率パラメータならびに売上高、投資利益率、および利益などの工場の経済性を向上させるために、抽出器は、変化する発酵ブロスを補うために様々な方法で運転され得る。さらに、動的発酵の特性は、抽出器のサイズ制限に影響を与え得る。抽出器および発酵装置の運転の適切な統合は、プロセスの機械的なモデルの使用によって利益を得られる（例えば、Ｄａｕｇｕｌｉｓ  ａｎｄ  Ｋｏｌｌｅｒｕｐ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２７：１３４５−１３５６，１９８５を参照）。機械的モデルを補強すること、例えば、実験データにより主要なモデルパラメータを設定することも有益である。向上した速度、力価、および発酵プロセスの収率を考慮するための差動抽出器の設計パラメータとしては、抽出器カラムの断面積当たりの抽出器への最大総流量ならびに所与の発酵ブロス対抽出剤の比率で十分な生成物アルコールを除去するのに必要とされる抽出器の高さが挙げられる。バッチ発酵中の単位面積当たりの最大流量および抽出器の高さを変化させる必要があり得る。差動抽出器の別の考慮事項は、分散相の液滴径である。適切な液滴径は、十分な物質移動を提供するのに十分な小ささと、抽出器を出る明瞭な相分離を可能にするのに十分な大きさとの間のバランスであり得る。段階式抽出器において、効率的な物質移動に必要とされる混合強度、沈殿するのに必要とされる対応する時間、および／または相を分離するのに必要とされるエネルギーは、考慮すべきさらなる要素である。段階式抽出器または差動抽出器のいずれのタイプの抽出器においても、抽出器に供給される抽出剤に対する発酵ブロスの比率は、抽出器のサイズの決定に役割を果たす。
【０１６４】
ある実施形態において、固定サイズの抽出器が用いられ、抽出器へのフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）を回避する最大許容流量（ｍａｘｉｍｕｍ  ａｌｌｏｗａｂｌｅ  ｆｌｏｗ）が、発酵ブロスの物理的特性および濃度の変化により、発酵の間に低い値から高い値まで（例えば、所与の抽出器設計では最大の１／３〜２／３）変化される場合、発酵を適度な時間で完了させつつ、抽出器への流量が最大流量を超えずに変化され得る。ある実施形態において、抽出器が撹拌される場合、撹拌の速度は、発酵ブロスの変化を埋め合わせるために、発酵の間に変化され得る。液滴径は、抽出器内で測定されてもよく、固定された液滴径を維持するための速度は、発酵ブロスの変化を埋め合わせるために、発酵の間を通して制御され得る。任意の時点で生じる物質移動の量が、入口および出口流中の生成物アルコールの濃度を測定し、発酵の間の物質移動を制御するための条件（例えば、流量、流量比、撹拌）を調整することによって評価され得る。
【０１６５】
ある実施形態において、様々なサイズの複数の抽出器が、用いられてもよく、各抽出器中の条件（例えば、流量、流量比、撹拌）が、発酵プロセスの向上した制御を提供するように調整され得る。ある実施形態において、発酵ブロス対抽出剤の比率が、抽出効率を向上させ、抽出剤中の生成物アルコールの濃度を増加させ（効率の向上に相当する）、抽出器を通る必要な流量を減少させるように調節され得る。
【０１６６】
本明細書に記載される方法およびシステムのさらなる実施形態において、２つ以上の発酵ブロスまたは水流が存在し得る。第１の水流から吸収された生成物アルコールを有する抽出剤相が、第１の水流より少ない生成物アルコールまたは発酵ブロスを含有する第２の水流と接触されて、濃厚な抽出剤相から第２の水相への生成物アルコールの移動が可能になり得る。ある実施形態において、濃厚な抽出剤と希薄な水流との接触は、多段式接触デバイスまたはスタティックミキサー、続いて、セトラーで行われ得る。ある実施形態において、濃厚な抽出剤と希薄な水流との接触は、同じデバイス中で行われてもよく、ここで、希薄な抽出剤が、発酵ブロスと接触される。有孔バッフルを備えた抽出器が、別個のコンパートメントにおける発酵ブロスおよび希薄な水流の両方の下降流を可能にし得る一方、生成物アルコールが希薄な抽出剤は、全てのコンパートメントにわたって連続相を形成し得る。この構成の利点は、抽出剤が抽出器の閉じた体積に限定されたままである場合に生産工場中で必要とされ得る抽出剤の減少した量である。この構成の別の利点は、抽出剤が、蒸留中の分解の可能性がないため、より長い耐用寿命を示し得ることである。生成物アルコールを均質な水流に移すことによって、生成物アルコールは、カラムの能力および熱統合を考慮しながら、希薄な水流の分配によって２つ以上のストリップ塔に送られ得る。生成物アルコールが発酵ブロスから抽出される間またはその直後に、生成物アルコールが水性媒体中に抽出される場合、抽出剤に曝される装置を清掃する必要性が減少され得る。
【０１６７】
ある実施形態において、生成物アルコールが、生成物アルコールの移送に対して選択的な障壁をわたって、発酵ブロスから第２の水流または抽出剤に移され得る。ある実施形態において、この障壁は、膜材料によって提供され得る。膜材料は、有機または無機のいずれかであり得る。膜材料の例としては、ポリマーおよびセラミックが挙げられる。ある実施形態において、生成物アルコールは、ヒドロゲルを用いて発酵ブロスから分離され得る。ある実施形態において、ヒドロゲルは、以下に限定はされないが、ヒドロキシル官能基、炭化水素の性質、網目構造サイズ（ｎｅｔｗｏｒｋ  ｓｉｚｅ）などの、生成物アルコールとの相互作用を促進する機能要素を含み得る。ある実施形態において、ヒドロゲルは、高分子網目構造またはポリマー配合物を含み得る。ポリマー配合物の例としては、以下に限定はされないが、以下のもの：アクリル酸、ナトリウムアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、メタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ブチルアクリレート、ビニル化ポリエチレンオキシド、ビニル化プロピレンオキシド、ビニル化ポリテトラメチレンオキシド、ポリグリコールのアクリレートおよびジアクリレート、ポリビニルアルコールおよび炭化水素誘導体化ポリビニルアルコール、およびスチレンおよびスチレン誘導体のうちの１つ以上が挙げられる。ある実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロキシエチルアクリレートおよびメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレートおよびメタクリレート、またはブチルアクリレートおよびメタクリレートを含み得る。
【０１６８】
本明細書に記載される方法およびシステムの他の実施形態において、発酵ブロスは、大気圧を超える圧力で発酵装置の底部から除去され、大気圧で動作する第１のフラッシュタンクに通されて、ＣＯ２などの溶解ガスが放出され得る。この第１のフラッシュタンクは、脱気サイクロンであってもよく、この第１のフラッシュタンクからの蒸気が、発酵装置からの蒸気と組み合わされ、スクラバーに送られ得る。ある実施形態において、第１のフラッシュタンクからの発酵ブロスは、大気圧未満の圧力で動作する第２のフラッシュタンクに通されて、ＣＯ２などのより多くの溶解ガスが放出され得る。この第２のフラッシュタンクは、脱気サイクロンであってもよく、この第２のフラッシュタンクからの蒸気は、大気圧に再圧縮され、冷却され、部分的に凝縮されてから、発酵装置からの蒸気と組み合わされ、スクラバーに送られ得る。この第２のフラッシュタンクを出る発酵ブロスは、残留しているかまたは新たに形成された溶解ガスが抽出塔中に気相を形成しないように、大気圧を超える圧力で動作する抽出塔に注入され得る。
【０１６９】
本明細書に記載される方法およびシステムの別の実施形態において、発酵ブロスは、抽出器に送られ、抽出剤と接触されて、水流と、抽出剤および生成物アルコールを含む有機流とが生成され得る。この有機流は、抽出剤からの生成物アルコールの分離のためのフラッシュタンク（例えば、真空フラッシュ）に送られ得る。ある実施形態において、フラッシュタンクからの抽出剤流は、抽出器および／または発酵装置に再利用され得る。ある実施形態において、有機流は、フラッシュタンクの前に第２の抽出器に送られ得る。この第２の抽出器は、例えば、有機流中の一切の残留水を除去するのに使用され得る。抽出器は、サイフォン、デカンター、遠心分離機、重力沈降器、ミキサーセトラー、またはそれらの組合せであり得る。ある実施形態において、抽出剤は、以下に限定はされないが、牛脂、トウモロコシ油、キャノーラ油、カプリン酸／カプリル酸トリグリセリド、ヒマシ油、ココナツ油、綿実油、魚油、ホホバ油、ラード、亜麻仁油、牛脚油、オイチシカ油、ヤシ油、ピーナッツ油、菜種油、米油、ベニバナ油、大豆油、ヒマワリ油、キリ油、ジャトロファ油、および植物油ブレンドなどの油、またはそれらに由来する脂肪酸であり得る。
【０１７０】
本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、自動の自浄式ろ過が、これらの方法およびシステムに使用され得る。発酵ブロスは、発酵装置から除去されてもよく、自動の自浄式フィルタに入る前に冷却器（例えば、発酵生産設備における既存の冷却器）を用いて冷却され得る。いくらかの微粒子が、精製されたマッシュがフィルタを通過するにつれてフィルタのスクリーン媒体に保持され得る。さらなるフィルタが、同時にバックフラッシュ（ｂａｃｋｆｌｕｓｈ）を行ってもよく、ここで、精製されたマッシュの一部が、微粒子を保有するスクリーンを通って逆流し、濃縮された固体流が排出され得る。ある実施形態において、精製されたマッシュの一部が、抽出器の上部に入り得る一方、抽出剤が、抽出器の底部に供給される。精製されたマッシュおよび抽出剤は、密度差によって受動的にまたは当該技術分野において一般的に使用される手段による機械的な運動（例えば、Ｋａｒｒ（登録商標）カラム）を用いて接触され得る。ある実施形態において、生成物アルコールを含有する抽出剤の有機液体流が、抽出器の上部から出て、精製されたマッシュと比べて生成物アルコールが少なくとも部分的に減少された発酵ブロスの水性液体流が、抽出器の底部から出る。水性液体流および濃縮された固体流は、組み合わされ、発酵装置に戻され得る。生成物アルコールが濃厚な抽出剤流は、熱交換器中で加熱されてもよく、熱交換器は、抽出器の底部から生じる、生成物アルコールが希薄な抽出剤流からの熱を伝達する。いくらかの熱を放出した後、希薄な抽出剤は、発酵に適した温度に達するまで、熱交換器中で、水でさらに冷却され得る。発酵ブロスの循環は、伝熱デバイスおよび物質移動デバイスを通る経路を含み、外部の冷却ループを通過するごとの熱および生成物アルコールの除去を可能にし得る。さらに、ある実施形態において、熱および生成物アルコール除去の速度は、外部の冷却ループを通る循環流量を調整し、熱交換器中の冷却流体の流量を調整し、および／または抽出剤の流量を調整することによって、発酵中の熱および生成物アルコール生成の速度とバランスを取られ得る。
【０１７１】
本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、発酵ブロスからの抽出剤の相分離が、プロセスの温度および／またはｐＨを調節することによって促進され得る。例えば、プロセスは、発酵装置の温度および／またはｐＨと異なる温度および／またはｐＨで操作され得る。ある実施形態において、プロセスは、発酵装置と比較して低下したｐＨで操作され得る。ある実施形態において、プロセスは、発酵装置と比較してより高い温度で操作され得る。ある実施形態において、プロセスは、発酵装置と比較して低下したｐＨおよびより高い温度で操作され得る。より高い温度は、水相と有機相との間の生成物アルコールの物質移動の動特性を向上させることができ、水相中に分散された抽出剤液滴および有機相中に分散された水滴の凝集の動特性を向上させ得る。ある実施形態において、発酵ブロスおよび抽出剤を含有する抽出器の内部の温度は、抽出器に入る発酵ブロスおよび／または抽出剤を加熱することによって上昇され得る。発酵ブロスは、水蒸気もしくは蒸気の注入によって直接または熱交換器を介して間接的に加熱され得る。ある実施形態において、抽出器に供給される抽出剤は、その温度が既に上昇され得る蒸留から生じ得る。ある実施形態において、抽出剤は、発酵温度より高い温度に冷却され得る。
【０１７２】
ある実施形態において、低下したｐＨは、水性ブロス相への抽出剤の溶解性および分散性を最小限に抑えることができる。ある実施形態において、抽出剤は、公知の関連するｐＫａ値を有する脂肪酸であり得る。ある実施形態において、発酵ブロスのｐＨは、脂肪酸のカルボン酸基が実質的にプロトン化されるように、抽出剤のｐＫａ未満に低下され得る。ある実施形態において、ｐＨは、ＣＯ２ガスを発酵ブロス中に導入するかあるいは硫酸または任意の他の有機もしくは無機酸などの少量の液体酸を発酵ブロス中に注入することによって低下され得る。ある実施形態において、抽出剤から分離した後の発酵ブロスのｐＨは、発酵のｐＨに調整され得る。
【０１７３】
抽出剤相が連続相である、ある実施形態において、水相は、抽出剤相中に分配または分散され得る。例えば、生成物アルコールを含む発酵ブロスが、分配器または分散デバイスによって抽出器（例えば、外部の抽出器）に送られ得る。ある実施形態において、分配器または分散デバイスは、スプレーノズルなどのノズルであり得る。ある実施形態において、分配器または分散デバイスは、スプレー塔であり得る。例として、発酵ブロスの液滴は、抽出剤に通されてもよく、生成物アルコールは、抽出剤に移される。発酵ブロスの液滴が、抽出器の底部で凝集し、発酵装置に戻され得る。生成物アルコールを含む抽出剤は、本明細書に記載される生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。さらに、発酵の完了時に、発酵装置中に残留する生成物アルコールも、生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。ある実施形態において、抽出剤相は、向流であり得る。
【０１７４】
抽出剤相が連続相であり、水相が分散相である、ある実施形態において、物質移動速度が、水相を抽出剤相中に分散するために静電噴霧を用いて向上され得る。ある実施形態において、１つ以上のスプレーノズルが、静電噴霧に用いられ得る。ある実施形態において、１つ以上のスプレーノズルは、アノードであり得る。ある実施形態において、１つ以上のスプレーノズルは、カソードであり得る。
【０１７５】
ある実施形態において、抽出器流出物が、相分離を促進するのに使用され得る。例えば、抽出器の上部からの濃厚な抽出剤（すなわち、生成物アルコールが濃厚な抽出剤）の一部が、還流として抽出器の上部に戻されてもよく、残りの濃厚な抽出剤は、生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。また、抽出器の底部からの希薄な発酵ブロスの一部が、還流として抽出器の底部に戻されてもよく、残りの希薄な発酵ブロスは、発酵装置に戻され得る。別の実施形態において、濃厚な抽出剤は、抽出器の上部を出てデカンターに入り、重質相と軽質相とに分離され得る。デカンターからの重質相は、相分離を促進するために抽出器の上部に送られ得る。デカンターからの軽質相は、生成物アルコールの回収のためにさらに処理され得る。
【０１７６】
本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、複数回の抽出剤流量が、生成物アルコール回収に用いられ得る。例えば、各発酵装置の発酵サイクルが異なる時点にある複数の発酵装置および抽出器が使用され得る。例として図１１Ａを参照すると、発酵装置３００が、発酵装置４００と比較してより早い時点にあり、発酵装置４００は、発酵装置５００と比較してより早い時点にある。発酵装置３００からの生成物アルコール３０２を含む発酵ブロスが、抽出器３０５中の抽出剤３０７と接触されてもよく、生成物アルコールが、抽出剤に移されて、生成物アルコール富化抽出剤３０９が生成され得る。抽出器３０５からの生成物アルコール富化抽出剤３０９は、抽出器４０５に送られ得る。発酵装置４００からの生成物アルコール４０２を含む発酵ブロスが、抽出器４０５に送られて、生成物アルコール富化抽出剤４０９が生成され得る。生成物アルコール富化抽出剤４０９は、抽出器５０５に送られ得る。発酵装置５００からの生成物アルコール５０２を含む発酵ブロスが、抽出器５０５に送られ得る。抽出器５０５からの生成物アルコール富化抽出剤５０９が、生成物アルコールの回収のために処理され得る。生成物アルコールが希薄な発酵ブロス（３０４、４０４、５０４）が、それぞれ発酵装置３００、４００、および５００に戻され得る。発酵装置および抽出器の数は、運転設備に応じて変化し得る。このプロセスの利点は、例えば、全抽出剤処理および抽出器のサイズの減少である。
【０１７７】
この例の別の実施形態において、さらなる発酵装置Ｆ’およびさらなる抽出器Ｅ’が存在し得る（図１１Ｂ）。この実施形態において、発酵装置５００（発酵装置３００および４００と比較して後の時点にある）が発酵を完了したとき、発酵装置５００は、非稼動にされてもよく（ｔａｋｅｎ  ｏｆｆ−ｌｉｎｅ）、ある実施形態において、発酵装置５００は、定置洗浄（ｃｌｅａｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）（ＣＩＰ）および定置滅菌（ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）（ＳＩＰ）手順などの衛生および／または滅菌手順を行ってもよい。発酵装置５００が非稼動にされたとき、発酵装置Ｆ’が、稼動され得る（ｂｒｏｕｇｈｔ  ｏｎ−ｌｉｎｅ）。この実施形態において、発酵装置Ｆ’は、発酵装置３００と比較して早い時点にあり、発酵装置３００は、発酵装置４００と比較して早い時点にある。図１１Ａについての説明と同様に、発酵装置Ｆ’からの生成物アルコールＦ’−０２を含む発酵ブロスが、抽出器Ｅ’中の抽出剤と接触されてもよく、生成物アルコールが、抽出剤に移されて、生成物アルコール富化抽出剤Ｅ’−０９が生成され得る。抽出器Ｅ’からの生成物アルコール富化抽出剤Ｅ’−０９が、抽出器３０５に送られ得る。発酵装置３００からの生成物アルコール３０２を含む発酵ブロスが、抽出器３０５に送られて、生成物アルコール富化抽出剤３０９が生成され得る。生成物アルコール富化抽出剤３０９は、抽出器４０５に送られ得る。発酵装置４００からの生成物アルコール４０２を含む発酵ブロスが、抽出器４０５に送られ得る。抽出器４０５からの生成物アルコール富化抽出剤４０９が、生成物アルコールの回収のために処理され得る。生成物アルコールが希薄な発酵ブロス（Ｆ’−０４、３０４、４０４）が、それぞれ発酵装置Ｆ’、３００、および４００に戻され得る。ある実施形態において、このプロセスは、複数サイクル、例えば、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも３回、少なくとも４回、少なくとも５回、少なくとも１０回、少なくとも１５回、少なくとも２０回、またはそれ以上のサイクルにわたって繰り返され得る。ある実施形態において、発酵装置を非稼動にし、さらなる発酵装置を稼動させるプロセスは、手動であってもまたは自動化されていてもよい。このプロセスの利点は、生成物回収（例えば、蒸留）への減少した抽出器流量である。
【０１７８】
ある実施形態において、抽出剤が、生成物アルコールの引火点（すなわち、引火性）を低下させ得る。引火点は、火炎伝播が液体の表面にわたって起こる最低温度を指す。引火点は、例えば、ＡＳＴＭ  Ｄ９３−０２方法（「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｐｏｉｎｔ  ｂｙ  Ｐｅｎｓｋｙ−Ｍａｒｔｅｎｓ  Ｃｌｏｓｅｄ  Ｔｅｓｔｅｒ」）を用いて測定され得る。生成物アルコールの引火点の低下により、例えば、潜在的に引火性の生成物アルコールの火災の危険性を最小限に抑えることによって、アルコール生産工場の安全条件が向上され得る。安全条件を向上させることによって、物的損害および収益の損失の危険性だけでなく、負傷の危険性が最小限に抑えられる。微生物の不活性化が必要とされるある実施形態において、抽出剤が、微生物の不活性化を向上させ得る。
【０１７９】
ある実施形態において、本明細書に記載されるプロセスは、例えば、発酵ブロスおよび抽出剤の濃度および他の物理的特性のオンライン、インライン、アットライン、および／またはリアルタイム測定を用いた、統合された抽出発酵プロセスであり得る。これらの測定は、例えば、フィードバックループにおいて、発酵の条件および／または抽出器の条件を調整し、制御するのに使用され得る。ある実施形態において、発酵ブロス中の生成物アルコールおよび／または他の代謝産物および基質の濃度は、オンライン、インライン、アットライン、および／またはリアルタイム測定用の任意の好適な測定デバイスを用いて測定され得る。ある実施形態において、測定デバイスは、以下のもの：フーリエ変換赤外線分光器（ＦＴＩＲ）、近赤外線分光器（ＮＩＲ）、ラマン分光器、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、粘度計、密度計、張力計、液滴径分析器、ｐＨ計、溶存酸素（ＤＯ）プローブなどのうちの１つ以上であり得る。ある実施形態において、発酵装置から放出されるオフガスが、例えば、インライン質量分析計によって分析され得る。発酵装置から放出されるオフガスの測定は、発酵反応中に存在する化学種を特定するための手段として使用され得る。抽出剤に溶解された生成物アルコールおよび他の代謝産物および基質の濃度はまた、本明細書に記載される技術およびデバイスを用いて測定され得る。
【０１８０】
ある実施形態において、測定された入力が、制御装置および／または制御システムに送られてもよく、発酵装置（温度、ｐＨ、栄養、酵素および／または基質濃度）内の条件が、濃度、濃度プロファイル、および／または抽出器内の条件（発酵ブロス流量、発酵ブロスから抽出剤への流量、撹拌速度、液滴径、温度、ｐＨ、ＤＯ含量）を維持するように変更され得る。同様に、抽出器内の条件が、発酵装置内の濃度および／または濃度プロファイルを維持するように変更され得る。このような制御システムを用いて、プロセスパラメータが、全体的な工場の生産性および経済的目標を向上させるように維持され得る。ある実施形態において、発酵のリアルタイム制御が、発酵装置中の成分（例えば、糖類、酵素、栄養など）の濃度の変動、抽出器内の条件の変動、またはその両方によって行われ得る。
【０１８１】
イソブタノール発酵プロセスの例として、Ｋａｒｒ（登録商標）カラム中のイソブタノール抽出の効率は、発酵ブロス中のでんぷん、糖類およびイソブタノールの濃度が変化するにつれて、連続的に変化する。抽出器の効率を最大にするために、イソブタノール発酵の生成プロファイルに適合するように、イソブタノールが発酵ブロスから除去される速度を変更することが有利であり得る。抽出剤中のイソブタノール濃度が、最大化されて、よりエネルギー効率の優れた蒸留操作が得られる。
【０１８２】
プロセス制御法の一環として、発酵ブロス（例えば、カラム原料）中のイソブタノールのリアルタイム測定が、抽出剤中および希薄な発酵ブロス中のイソブタノールのリアルタイム測定と結び付けられ得る。これらの測定は、抽出器への発酵ブロス対抽出剤の比率（流量）を調整するのに使用され得る。イソブタノール抽出の速度を、イソブタノール生成の速度と適合させる柔軟性により、抽出器が抽出の間を通して効率的に運転され得る。さらに、抽出剤中のイソブタノールの高い濃度を維持することによって、蒸留塔への体積流量が、最小限に抑えられて、蒸留操作のためのエネルギー節約になり得る。相分離はまた、例えば、相分離の速度、抽出剤液滴径、および／または発酵ブロスの組成を監視することによって、リアルタイム測定を用いて監視され得る。ある実施形態において、相分離は、伝導度測定、誘電率測定、粘弾性測定、または超音波測定によって監視され得る。ある実施形態において、自動化された相分離検出システムが、相分離を監視するのに使用され得る。この自動化システムは、例えば、発酵ブロスおよび抽出剤を混合した後、抽出器へのおよび抽出器からの発酵ブロスおよび抽出剤の流量を調整し、および／または抽出剤の液滴径を調整するのに使用され得る。これらのリアルタイム監視システムを用いて、水相および有機相の明瞭な相分離が得られる。
【０１８３】
プロセス制御法の別の例として、液滴径が、プロセス粒子分析器（ＪＭ  Ｃａｎｔｙ，Ｉｎｃ．，Ｂｕｆｆａｌｏ，ＮＹ）、集束ビーム反射測定法（ＦＢＲＭ（登録商標））、または粒子顕微画像鏡測定法（ＰＶＭ（登録商標））技術（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ，ＬＬＣ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ  ＯＨ）などの粒度分析を用いて測定され得る。ある実施形態において、これらの測定は、リアルタイムの原位置粒子系特性評価であり得る。液滴径をリアルタイムで監視することによって、液滴の形状および寸法の変化が検出され得、プロセス工程が、液滴径を調節し、物質移動の速度を促進するように調整され得る。例えば、液滴径を用いて、発酵ブロス中の抽出剤の量を監視することができる。相分離の後、いくらかの抽出剤が、発酵ブロス中に存在してもよく、発酵ブロスが発酵装置に再利用されるある実施形態において、液滴径の監視は、発酵装置に戻る発酵ブロス中の抽出剤の量を最小限に抑える手段を提供するであろう。発酵ブロス中の抽出剤の量が多過ぎる場合、相分離は、例えば、抽出器中の抽出剤の液滴径を調整するか、および／または抽出器への発酵ブロスおよび抽出剤の流量を調整することによって向上され得る。プロセス工程中のこれらの調整は、希薄な蒸留廃液およびＤＤＧＳ中の抽出剤の量を最小限に抑えるだけでなく、発酵ブロス中の抽出剤の量を最小限に抑えることができる。
【０１８４】
この制御法の一実施形態において、発酵ブロス中のイソブタノールは、イソブタノールの濃度が微生物に有害になる濃度または設定点を超えないであろう。イソブタノール発酵ブロス設定点は、発酵が発酵の経路に基づいて進行するにつれて、より高くまたはより低く調整され得る。例えば、発酵ブロス中のイソブタノールの濃度と、イソブタノールの設定点濃度との連続比較は、発酵ブロス対抽出剤の比率または抽出器への発酵ブロスおよび抽出剤の流量を調節するのに用いられ得る。発酵ブロス中のイソブタノール濃度を調節するために、発酵ブロスの原位置測定が、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）、近赤外分光法（ＮＩＲ）、および／またはラマン分光法を用いて行われ得る。さらに、発酵装置ヘッドスペースの測定が、ＦＴＩＲ、ラマン分光法、および／または質量分析法を用いて行われ得る。
【０１８５】
ある実施形態において、効率的な抽出器操作が、抽出器のフラッディングの寸前まで行われ得る。入口および出口流からの濃度データを用いるリアルタイムプロセス制御の使用により、抽出器が、フラッディングの寸前まで容易に操作されるのが可能になる。ある実施形態において、リアルタイム抽出剤監視を用いて、発酵ブロスからの副生成物または汚染物質の、抽出剤中への分配を検出することができる。アルコール、脂質、油、および他の発酵成分などの副生成物が、抽出剤の抽出効率を低下させ得る。フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）、近赤外分光法（ＮＩＲ）、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、および核磁気共鳴（ＮＭＲ）を含むがこれらに限定されない多くのプロセス監視技術が、この測定に適用され得る。副生成物または汚染の存在下で抽出剤を監視するために選択される分析技術は、リアルタイムアルコール測定に用いられるのと異なる技術であり得る。リアルタイムデータを用いて、汚染された抽出剤の改善（ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ）またはプロセスからの汚染された抽出剤の除去を開始させることができる。これらの技術ならびにガスクロマトグラフィー（ＧＣ）および超臨界流体クロマトグラフィー（ＳＦＣ）も、抽出剤の熱分解を監視するのに用いられ得る。
【０１８６】
図１２を参照すると、本発明のシステムおよび方法は、オンライン、インライン、アットライン、および／またはリアルタイム測定のための手段を含み得る（丸は、測定デバイスを表し、点線、フィードバックループを表す）。図１２は、オンライン、インライン、アットライン、および／またはリアルタイム測定のための測定デバイスの追加を除いて、図９と同様であるため、再度詳細に説明しない。
【０１８７】
例として、水流２２のオンライン測定が、発酵性炭素源（例えば、多糖類）、油、および／または溶存酸素の濃度を監視するのに用いられ得る。例えば、ＦＴＩＲが、水流２２中の油の分散を監視するのに使用されてもよく、プロセスイメージング（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｍａｇｉｎｇ）が、水流２２中の濃度および油滴のサイズを監視するのに使用され得る。ある実施形態において、発酵３０のオンライン測定が、生成物アルコールの除去率を監視するのに用いられ得る。発酵性炭素源、溶存酸素、生成物アルコール、および副生成物の測定が、微生物に耐えられる発酵３０中の生成物アルコールの濃度を維持するために、生成物アルコールの除去速度を調整するのに使用され得る。設定点生成物アルコール濃度を維持することによって、生成物の阻害および毒性が最小限に抑えられ得る。
【０１８８】
流れ１０５および流れ１２２のオンライン測定を用いて、プロセス制御フィードバックループを操作することができる。例えば、流れ１０５中の生成物アルコールの濃度が、抽出器１２０へのこの流れの流量を制御するのに使用されてもよく；流れ１２２中の生成物アルコールの濃度が、分離１３０へのこの流れの流量を制御し、発酵ブロス対抽出剤の比率を設定するのに使用され得る。さらに、流れ１０５および流れ１２２のオンライン測定はまた、リアルタイム生成物アルコール物質収支を確立するのに用いられ得る。抽出器１２０および分離１３０のためのプロセス制御フィードバックループを用いて、抽出剤および発酵ブロスの相分離の質を監視することができる。例えば、オンライン測定デバイスは、抽出剤および発酵ブロスの分離のバランスを検出するのに使用されてもよく、したがって、抽出剤および発酵ブロスの供給速度が、相分離を向上させるために調整され得る。光学デバイスなどのオンラインデバイスが、例えば、抽出器１２０中で、ラグ層（例えば、油と、水溶液と、固体との混合物）の存在下で検出するのに使用されてもよく、発酵ブロス対抽出剤の比率が、ラグ層の形成を最小限に抑えるために調整され得る。分離１３０からの流れ１３５のオンライン測定を用いて、この流れ中の発酵ブロスの存在を監視することができ、流れ１３５中の発酵ブロスの存在は、不十分な相分離を示し得る。流れ１３５中の発酵ブロスの濃度が、特定の設定点を超える場合、流量の調整または発酵ブロス対抽出剤の比率の調整などのプロセス変化が、相分離を向上させるために実施され得る。さらに、流れ１３５中の生成物アルコールの濃度が、分離１３０の効率的な操作を確実にするために、プロセス制御フィードバックループとして使用され得る。
【０１８９】
別の例として、流れ１２７中の生成物アルコールの濃度のオンライン測定を用いて、抽出効率を監視し、微生物に耐えられる発酵３０中の生成物アルコールの濃度を維持することができる。さらに、流れ１２７が、発酵３０に戻る抽出剤の量を最小限に抑える手段として抽出剤の存在について監視され得る。例えば、分光イメージングおよびプロセスイメージング技術が、流れ１２７中の抽出剤の存在を監視するのに使用され得る。さらに、流れ１２７中の抽出剤の特定の濃度が、抽出効率および相分離を向上させるために維持され得る。
【０１９０】
別の実施形態において、分離１３０からの流れ１３５が、生成物アルコールおよび抽出剤１５２の回収を含むさらなる処理のために、精製１５０に送られ得る。抽出剤１５２が、抽出器１２０に送られ得る。オンライン測定を用いて、汚染物質および分解生成物の流れ１５２を監視することができる。流れ１５２を監視することによって、抽出器１２０および発酵３０の汚染の可能性が最小限に抑えられる。流れ１５２中の汚染物質の増加が存在する場合、この流れが、例えば、吸収または化学反応によって、これらの汚染物質を除去するようにさらに処理され得る。
【０１９１】
抽出プロセス中、ラグ層が、水相および有機相の界面に形成されることがあり、固体および抽出剤（例えば、抽出剤の液滴）から構成されるラグ層は、蓄積して、おそらく相分離を妨げ得る。ラグ層の形成を軽減するために、水相および有機相の撹拌が用いられ得る。例えば、羽根が、水相−有機相界面でラグ層を分散させるのに使用され得る。また、再循環ループなどの流体流または振動／揺動が、ラグの形成を破壊するのに使用され得る。図１３Ａおよび１３Ｂは、ラグ層の形成を軽減するための例示的なプロセスを示す。図１３Ａは、ラグ層の処理のための、セトラーまたはデカンターの下流で撹拌ユニットと組み合わされたスタティックミキサーの使用を例示し、図１３Ｂは、ラグ層の処理のための、セトラーまたはデカンターの上流で撹拌ユニットと組み合わされたスタティックミキサーの使用を例示する。ある実施形態において、コアレッサまたは超音波撹拌などの他のデバイスが、ラグ層を分散させるのに使用され得る。ある実施形態において、これらのデバイスは、セトラーまたはデカンターに統合され得る。
【０１９２】
本明細書に記載される方法およびシステムは、バッチ発酵、流加発酵、または連続発酵を用いて行われ得る。バッチ発酵は、発酵ブロスの組成が発酵の開始時に確立され、発酵プロセスに人為的に改変されない閉鎖系である。バッチ発酵のある実施形態において、抽出剤が、発酵装置に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤の体積は、発酵装置有効体積（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）の約２０％〜約６０％であり得る。
【０１９３】
流加発酵は、基質（例えば、発酵性糖）が発酵プロセス中に徐々に加えられるバッチ発酵の一形態である。異化代謝産物抑制（ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ  ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）が微生物の代謝を阻害し得る場合、流加システムが有用であり、その場合、媒体中に限られた量の基質を有するのが望ましい。ある実施形態において、基質および／または栄養の濃度が、発酵中に監視され得る。ある実施形態において、ｐＨ、溶存酸素、およびガス（例えば、ＣＯ２）などのパラメータが、発酵中に監視され得る。これらの測定から、基質および／または栄養の添加の速度または量が決定され得る。ある実施形態において、発酵ブロスのレベルまたは量が発酵中に減少するにつれて、さらなるマッシュが、発酵ブロスのレベルまたは量を維持し、例えば、発酵プロセスの開始時の発酵ブロスのレベルまたは量を維持するために、発酵装置に加えられ得る。流加発酵のある実施形態において、抽出剤が、発酵装置に加えられ得る。
【０１９４】
連続発酵は、発酵ブロスが発酵装置に連続して加えられ、ある量の発酵ブロスがさらなる処理（例えば、生成物アルコールの回収）のために除去される開放系である。ある実施形態において、発酵ブロスの添加および除去は同時であってもよい。ある実施形態において、等量の発酵ブロスが、加えられ、発酵装置から除去され得る。連続発酵のある実施形態において、抽出剤が、発酵装置に加えられ得る。ある実施形態において、抽出剤の体積は、発酵装置有効体積の約３％〜約５０％であり得る。ある実施形態において、抽出剤の体積は、発酵装置有効体積の約３％〜約２０％であり得る。ある実施形態において、抽出剤の体積は、発酵装置有効体積の約３％〜約１０％であり得る。
【０１９５】
本明細書に記載される方法およびシステムのある実施形態において、ガスストリッピングが、発酵ブロスから生成物アルコールを除去するのに使用され得る。ガスストリッピングは、空気、窒素、または二酸化炭素などの１種以上のガスを発酵ブロスに提供し、それによって、生成物アルコール含有気相を形成することによって行われ得る。例えば、ガスストリッピングは、発酵ブロスを通して１種以上のガスを散布することによって行われ得る。ある実施形態において、ガスは、発酵反応によって提供され得る。例として、二酸化炭素が、微生物による発酵性炭素源の代謝の副生成物として提供され得る。ある実施形態において、ガスストリッピングは、発酵ブロスから生成物アルコールを除去するために、抽出剤と同時に使用され得る。生成物アルコールは、生成物アルコールを凝縮するために冷却された排水器（ｃｈｉｌｌｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｔｒａｐ）を使用すること、または気相を溶媒で洗浄することなどの、当該技術分野において公知の方法を用いて、生成物アルコール含有気相から回収され得る。
【０１９６】
組み換え微生物および生合成経路
理論によって制約されるのを望むものではないが、本明細書に記載される方法は、アルコール生成微生物、特に、それらの耐性レベルを超える力価でアルコールを生成する組み換え微生物を含む発酵産物を生成することができる任意の微生物に関連して有用であると考えられる。
【０１９７】
アルコール生成微生物は、当該技術分野において公知である。例えば、メタン資化性細菌（例えば、メチロサイナス・トリコスポリウム（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ  ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ））によるメタンの発酵酸化により、メタノールが生成され、酵母菌株ＣＥＮ．ＰＫ１１３−７Ｄ（ＣＢＳ  ８３４０，ｔｈｅ  Ｃｅｎｔｒａａｌ  Ｂｕｒｏ  ｖｏｏｒ  Ｓｃｈｉｍｍｅｌｃｕｌｔｕｒｅ；ｖａｎ  Ｄｉｊｋｅｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｎｚｙｍｅ  Ｍｉｃｒｏｂ．Ｔｅｃｈｎｏ．２６：７０６−７１４，２０００）により、エタノールが生成される。アルコールを生成する組み換え微生物も、当該技術分野において公知である（例えば、Ｏｈｔａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．５７：８９３−９００，１９９１；Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．６８：１０７１−１０８１，２００２；Ｓｈｅｎ  ａｎｄ  Ｌｉａｏ，Ｍｅｔａｂ．Ｅｎｇ．１０：３１２−３２０，２００８；Ｈａｈｎａｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．７３：７８１４−７８１８，２００７；米国特許第５，５１４，５８３号明細書；米国特許第５，７１２，１３３号明細書；ＰＣＴ出願公開番号国際公開第１９９５／０２８４７６号パンフレット；Ｆｅｌｄｍａｎｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．３８：３５４−３６１，１９９２；Ｚｈａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６７：２４０−２４３，１９９５；米国特許出願公開第２００７／００３１９１８Ａ１号明細書；米国特許第７，２２３，５７５号明細書；米国特許第７，７４１，１１９号明細書；米国特許第７，８５１，１８８号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２０３０９９Ａ１号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２４６８４６Ａ１号明細書；およびＰＣＴ出願公開番号国際公開第２０１０／０７５２４１号パンフレット、これらは全て参照により本明細書に援用される）。
【０１９８】
さらに、微生物は、エタノールおよびブタノールなどの生成物アルコールを生成することが可能な組み換え微生物を生成するための組み換え技術を用いて改変され得る。生合成経路を介して生成物アルコールを生成するように組み換え技術によって改変される微生物としては、クロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ザイモモナス属（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）、エシェリキア属（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）、サルモネラ属（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）、セラチア属（Ｓｅｒｒａｔｉａ）、エルウイニア属（Ｅｒｗｉｎｉａ）、クレブシエラ属（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、赤痢菌属（Ｓｈｉｇｅｌｌａ）、ロドコッカス属（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、バチルス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、乳酸杆菌属（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、エンテロコッカス属（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、クレブシエラ属（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、パエニバチルス属（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ）、アルスロバクター属（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ）、コリネバクテリウム属（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブレビバクテリウム属（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、シゾサッカロマイセス属（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、クルイベロマイセス属（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ）、ヤロウイア属（Ｙａｒｒｏｗｉａ）、ピヒア属（Ｐｉｃｈｉａ）、カンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）、ハンゼヌラ属（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）、イサタケンキア属（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ）、またはサッカロマイセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）のメンバーが挙げられる。ある実施形態において、組み換え微生物は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）、ラクトバチルス・プランタラム（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｌａｎｔａｒｕｍ）、クルイベロマイセス・ラクチス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｓ）、クルイベロマイセス・マルシアヌス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｍａｒｘｉａｎｕｓ）およびサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）からなる群から選択され得る。ある実施形態において、組み換え微生物は酵母である。ある実施形態において、組み換え微生物は、サッカロマイセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、ジゴサッカロマイセス属（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、シゾサッカロマイセス属（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、デッケラ属（Ｄｅｋｋｅｒａ）、トルロプシス属（Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓ）、ブレタノマイセス属（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、およびカンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）のいくつかの種から選択されるクラブトリー陽性酵母である。クラブトリー陽性酵母種としては、以下に限定はされないが、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、サッカロマイセス・クルイベリ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｋｌｕｙｖｅｒｉ）、シゾサッカロマイセス・ポンベ（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐｏｍｂｅ）、サッカロマイセス・バイアヌス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｂａｙａｎｕｓ）、サッカロマイセス・ミカタエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｍｉｋｉｔａｅ）、サッカロマイセス・パラドキサス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐａｒａｄｏｘｕｓ）、ジゴサッカロマイセス・ルーキシィ（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｒｏｕｘｉｉ）、およびカンジダ・グラブラタ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｇｌａｂｒａｔａ）が挙げられる。
【０１９９】
サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）が、当該技術分野において公知であり、米国培養細胞系統保存機関（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）（Ｒｏｃｋｖｉｌｌｅ，ＭＤ）、Ｃｅｎｔｒａａｌｂｕｒｅａｕ  ｖｏｏｒ  Ｓｃｈｉｍｍｅｌｃｕｌｔｕｒｅｓ（ＣＢＳ）Ｆｕｎｇａｌ  Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｃｅｎｔｒｅ、ＬｅＳａｆｆｒｅ、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢ、Ｆｅｒｍ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｍａｒｔｒｅｘ、およびＬａｌｌｅｍａｎｄを含むがこれらに限定されない様々な供給元から入手可能である。サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）としては、以下に限定はされないが、ＢＹ４７４１、ＣＥＮ．ＰＫ  １１３−７Ｄ、Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（登録商標）酵母、Ｆｅｒｍ  Ｐｒｏ（商標）酵母、Ｂｉｏ−Ｆｅｒｍ（登録商標）ＸＲ酵母、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｐｒｅｓｔｉｇｅ  Ｂａｔｃｈ  Ｔｕｒｂｏアルコール酵母、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｐｏｔ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ酵母、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ  Ｔｕｒｂｏ酵母、ＦｅｒＭａｘ（商標）Ｇｒｅｅｎ酵母、ＦｅｒＭａｘ（商標）Ｇｏｌｄ酵母、Ｔｈｅｒｍｏｓａｃｃ（登録商標）酵母、ＢＧ−１、ＰＥ−２、ＣＡＴ−１、ＣＢＳ７９５９、ＣＢＳ７９６０、およびＣＢＳ７９６１が挙げられる。
【０２００】
ある実施形態において、微生物は、固定化または封入され得る。例えば、微生物は、アルギネート、アルギン酸カルシウム、またはポリアクリルアミドゲルを用いて、または珪藻岩、セライト、珪藻土、シリカゲル、プラスチック、または樹脂などの様々な高表面積支持基質へのバイオフィルム形成の誘導によって固定化または封入され得る。ある実施形態において、ＩＳＰＲは、固定化または封入された微生物と組み合わせて使用され得る。この組合せは、比体積生産性、代謝率、生成物アルコール収率、および生成物アルコールへの耐性などの生産性を向上させ得る。さらに、固定化および封入は、微生物に対するせん断などのプロセス条件の影響を最小限に抑え得る。
【０２０１】
発酵を用いたブタノールの生成、ならびにブタノールを生成する微生物は、例えば、米国特許第７，８５１，１８８号明細書、および米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書；同第２００７／０２５９４１０号明細書；同第２００７／０２９２９２７号明細書；同第２００８／０１８２３０８号明細書；同第２００８／０２７４５２５号明細書；同第２００９／０１５５８７０号明細書；同第２００９／０３０５３６３号明細書；および同第２００９／０３０５３７０号明細書に開示されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。ある実施形態において、微生物は、生合成経路を含むように改変される。ある実施形態において、生合成経路は、改変されたブタノール生合成経路である。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、生合成経路は、ピルビン酸ならびにアミノ酸を発酵産物に転化する。ある実施形態において、経路の各基質−生成物転化を触媒する少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、または少なくとも４つのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、経路の基質−生成物転化を触媒する全てのポリペプチドが、微生物中の異種のポリヌクレオチドによってコードされる。ある実施形態において、アセト乳酸から２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸へ
の基質−生成物転化を触媒するポリペプチドおよび／またはイソブチルアルデヒドからイソブタノールへの基質−生成物転化を触媒するポリペプチドは、補因子として還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）を用いることが可能である。
【０２０２】
生合成経路
使用され得るイソブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許第７，８５１，１８８号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸；
ｂ）例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸；
ｃ）例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸；
ｄ）例えば、分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からイソブチルアルデヒド；および
ｅ）例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
【０２０３】
別の実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸；
ｂ）例えば、ケトール酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸；
ｃ）例えば、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸からａ−ケトイソ吉草酸；
ｄ）例えば、トランスアミナーゼまたはバリンデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からバリン；
ｅ）例えば、バリンデカルボキシラーゼによって触媒され得る、バリンからイソブチルアミン；
ｆ）例えば、オメガトランスアミナーゼによって触媒され得る、イソブチルアミンからイソブチルアルデヒド；および
ｇ）例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
【０２０４】
別の実施形態において、イソブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からアセト乳酸；
ｂ）例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼによって触媒され得る、アセト乳酸から２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸；
ｃ）例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒され得る、２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸；
ｄ）例えば、分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼによって触媒され得る、α−ケトイソ吉草酸からイソブチリル−ＣｏＡ；
ｅ）例えば、アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチリル−ＣｏＡからイソブチルアルデヒド；および
ｆ）例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、イソブチルアルデヒドからイソブタノール。
【０２０５】
使用され得る１−ブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、１−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼによって触媒され得る、アセチル−ＣｏＡからアセトアセチル−ＣｏＡ；
ｂ）例えば、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトアセチル−ＣｏＡから３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡ；
ｃ）例えば、クロトナーゼによって触媒され得る、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡからクロトニル−ＣｏＡ；
ｄ）例えば、ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、クロトニル−ＣｏＡからブチリル−ＣｏＡ；
ｅ）例えば、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、ブチリル−ＣｏＡからブチルアルデヒド；および
ｆ）例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、ブチルアルデヒドから１−ブタノール。
【０２０６】
使用され得る２−ブタノールの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、２−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸；
ｂ）例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン；
ｃ）例えば、アセトインアミナーゼによって触媒され得る、アセトインから３−アミノ−２−ブタノール；
ｄ）例えば、アミノブタノールキナーゼによって触媒され得る、３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２−ブタノールホスフェート；
ｅ）例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒され得る、３−アミノ−２−ブタノールホスフェートから２−ブタノン；および
ｆ）例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、２−ブタノンから２−ブタノール。
【０２０７】
別の実施形態において、２−ブタノール生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸；
ｂ）例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン；
ｃ）例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトインから２，３−ブタンジオール；
ｄ）例えば、ジオールデヒドラターゼによって触媒され得る、２，３−ブタンジオールから２−ブタノン；および
ｅ）例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、２−ブタノンから２−ブタノール。
【０２０８】
使用され得る２−ブタノンの生成のための生合成経路としては、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書に記載されているものが挙げられる。一実施形態において、２−ブタノン生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸；
ｂ）例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン；
ｃ）例えば、アセトインアミナーゼによって触媒され得る、アセトインから３−アミノ−２−ブタノール；
ｄ）例えば、アミノブタノールキナーゼによって触媒され得る、３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２−ブタノールホスフェート；および
ｅ）例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒され得る、３−アミノ−２−ブタノールホスフェートから２−ブタノン。
【０２０９】
別の実施形態において、２−ブタノン生合成経路は、以下の基質−生成物転化を含む：
ａ）例えば、アセト乳酸シンターゼによって触媒され得る、ピルビン酸からα−アセト乳酸；
ｂ）例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒され得る、α−アセト乳酸からアセトイン；
ｃ）例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒され得る、アセトインから２，３−ブタンジオール；および
ｄ）例えば、ジオールデヒドラターゼによって触媒され得る、２，３−ブタンジオールから２−ブタノン。
【０２１０】
「アセトヒドロキシ酸シンターゼ」、「アセト乳酸シンターゼ」、および「アセト乳酸シンテターゼ」（「ＡＬＳ」と略記される）という用語は、ピルビン酸からアセト乳酸およびＣＯ２への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指すために本明細書において同義に使用され得る。アセト乳酸シンターゼの例は、ＥＣ番号２．２．１．６（Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ）によって知られている。これらの未修飾酵素は、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１５６１８（配列番号１）、Ｚ９９１２２（配列番号２）、ＮＣＢＩ（国立生物工学情報センター（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ））アミノ酸配列、ＮＣＢＩヌクレオチド配列）、肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ２５０７９（配列番号３）、Ｍ７３８４２（配列番号４））、および乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ２５１６１（配列番号５）、Ｌ１６９７５（配列番号６））を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。
【０２１１】
「ケト酸レダクトイソメラーゼ」（「ＫＡＲＩ」）、「アセトヒドロキシ酸イソメロレダクターゼ」、および「アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼ」という用語は、同義に使用され、（Ｓ）−アセト乳酸から２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸への反応を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ＫＡＲＩ酵素の例は、ＥＣ番号ＥＣ  １．１．１．８６（Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ）として分類されてもよく、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４１８２２２（配列番号７）、ＮＣ＿０００９１３（配列番号８））、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿０１３４５９（配列番号９）、ＮＣ＿００１１４４（配列番号１０））、メタノコッカス・マリパルディス（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｍａｒｉｐａｌｕｄｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＦ３０２１０（配列番号１１）、ＢＸ９５７２２０（配列番号１２））、および枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１４７８９（配列番号１３）、Ｚ９９１１８（配列番号１４））を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。ＫＡＲＩとしては、アナエロスティペス・カカエ（Ａｎａｅｒｏｓｔｉｐｅｓ  ｃａｃｃａｅ）ＫＡＲＩ変異体「Ｋ９Ｇ９」および「Ｋ９Ｄ３」（それぞれ、配列番号１５および１６）が挙げられる。ケト酸レダクトイソメラーゼ（ＫＡＲＩ）酵素が、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００８／０２６１２３０号明細書、同第２００９／０１６３３７６号明細書、および同第２０１０／０１９７５１９号明細書、およびＰＣＴ出願公報番号国際公開第２０１１／０４１４１５号パンフレットに記載されている。これらの文献に開示されているＫＡＲＩの例は、乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）、コレラ菌（Ｖｉｂｒｉｏ  ｃｈｏｌｅｒａ）、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）ＰＡＯ１、および蛍光菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）ＰＦ５突然変異体に由来するものである。ある実施形態において、ＫＡＲＩはＮＡＤＨを用いる。ある実施形態において、ＫＡＲＩは、還元型のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）を用いる。
【０２１２】
「アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼ」および「ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ」（「ＤＨＡＤ」）という用語は、２，３−ジヒドロキシイソ吉草酸からα−ケトイソ吉草酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼの例は、ＥＣ番号４．２．１．９によって知られている。このような酵素は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿０２６２４８（配列番号１７）、ＮＣ０００９１３（配列番号１８））、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿０１２５５０（配列番号１９）、ＮＣ  ００１１４２（配列番号２０）、Ｍ．マリパルディス（Ｍ．ｍａｒｉｐａｌｕｄｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＦ２９８７４（配列番号２１）、ＢＸ９５７２１９（配列番号２２））、枯草菌（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１４１０５（配列番号２３）、Ｚ９９１１５（配列番号２４））、乳酸連鎖球菌（Ｌ．ｌａｃｔｉｓ）、およびアカパンカビ（Ｎ．ｃｒａｓｓａ）を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２０１０／００８１１５４号明細書、および米国特許第７，８５１，１８８号明細書には、ミュータンス連鎖球菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ）に由来するＤＨＡＤを含むジヒドロキシ酸デヒドラターゼ（ＤＨＡＤ）が記載されている。
【０２１３】
「分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼ」、または「２−ケトイソ吉草酸デカルボキシラーゼ」（「ＫＩＶＤ」）という用語は、α−ケトイソ吉草酸からイソブチルアルデヒドおよびＣＯ２への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼの例は、ＥＣ番号４．１．１．７２によって知られており、乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＳ４９１６６（配列番号２５）、ＡＹ５４８７６０（配列番号２６）；ＣＡＧ３４２２６（配列番号２７）、ＡＪ７４６３６４（配列番号２８）、ネズミチフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４６１３４６（配列番号２９）、ＮＣ＿００３１９７（配列番号３０））、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿１４９１８９（配列番号３１）、ＮＣ＿００１９８８（配列番号３２））、Ｍ．カセオリティクス（Ｍ．ｃａｓｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）（配列番号３３）、およびＬ．グライ（Ｌ．ｇｒａｙｉ）（配列番号３４）を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。
【０２１４】
「分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼ」（「ＡＤＨ」）という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼの例は、ＥＣ番号１．１．１．２６５によって知られているが、他のアルコールデヒドロゲナーゼ（特に、ＥＣ  １．１．１．１または１．１．１．２）にも分類され得る。アルコールデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤＰＨ依存性またはＮＡＤＨ依存性であり得る。このような酵素は、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿０１０６５６（配列番号３５）、ＮＣ＿００１１３６（配列番号３６）、ＮＰ＿０１４０５１（配列番号３７）、ＮＣ＿００１１４５（配列番号３８））、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４１７４８４（配列番号３９）、ＮＣ＿０００９１３（配列番号４０））、Ｃ．アセトブチリクム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３４９８９２（配列番号４１）、ＮＣ＿００３０３０（配列番号４２）；ＮＰ＿３４９８９１（配列番号４３）、ＮＣ＿００３０３０（配列番号４４））を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。米国特許出願公開第２００９／０２６９８２３号明細書には、ＳａｄＢ、アクロモバクター・キシロソキシダンス（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ  ｘｙｌｏｓｏｘｉｄａｎｓ）に由来するアルコールデヒドロゲナーゼ（ＡＤＨ）が記載されている。アルコールデヒドロゲナーゼは、（参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１１／０２６９１９９号明細書に記載されているように）ウマ肝臓由来のＡＤＨおよびベイジェリンキア・インディカ（Ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉａ
ｉｎｄｉｃａ）ＡＤＨも含む。
【０２１５】
「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの転化または２−ブタノンおよび２−ブタノールの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチド（またはポリペプチド）を指す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、アルコールデヒドロゲナーゼの幅広いファミリーのサブセットである。ブタノールデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤ−またはＮＡＤＰ依存性であり得る。ＮＡＤ依存性酵素は、ＥＣ  １．１．１．１として知られており、例えば、ロドコッカス・ルーバー（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｕｂｅｒ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＤ３６４７５、ＡＪ４９１３０７）から入手可能である。ＮＡＤＰ依存性酵素は、ＥＣ  １．１．１．２として知られており、例えば、ピュロコックス・フリオスス（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｕｒｉｏｓｕｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＣ２５５５６、ＡＦ０１３１６９）から入手可能である。さらに、ブタノールデヒドロゲナーゼは、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ  ４１７４８４、ＮＣ＿０００９１３）から入手可能であり、シクロヘキサノールデヒドロゲナーゼは、アシネトバクター属（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ  ｓｐ．）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＧ１００２６、ＡＦ２８２２４０）から入手可能である。「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語は、補因子としてＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨのいずれかを用いたブチルアルデヒドから１−ブタノールへの転化を触媒する酵素も指す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、例えば、Ｃ．アセトブチリクム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿１４９３２５、ＮＣ＿００１９８８；この酵素は、アルデヒドおよびアルコールデヒドロゲナーゼ活性の両方を有する）；ＮＰ＿３４９８９１、ＮＣ＿００３０３０；およびＮＰ＿３４９８９２、ＮＣ＿００３０３０）および大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４１７−４８４、ＮＣ＿０００９１３）から入手可能である。
【０２１６】
「分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子受容体としてＮＡＤ＋（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）を用いた、α−ケトイソ吉草酸からイソブチリル−ＣｏＡ（イソブチリル−補酵素Ａ）への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼの例は、ＥＣ番号１．２．４．４によって知られている。このような分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼは、４つのサブユニットから構成され、全てのサブユニットからの配列が、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１４３３６（配列番号４５）、Ｚ９９１１６（配列番号４６）；ＣＡＢ１４３３５（配列番号４７）、Ｚ９９１１６（配列番号４８）；ＣＡＢ１４３３４（配列番号４９）、Ｚ９９１１６（配列番号５０）；およびＣＡＢ１４３３７（配列番号５１）、Ｚ９９１１６（配列番号５２））およびシュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ６５６１４（配列番号５３）、Ｍ５７６１３（配列番号５４）；ＡＡＡ６５６１５（配列番号５５）、Ｍ５７６１３（配列番号５６）；ＡＡＡ６５６１７（配列番号５７）、Ｍ５７６１３（配列番号５８）；およびＡＡＡ６５６１８（配列番号５９）、Ｍ５７６１３（配列番号６０））を含むがこれらに限定されない広範囲の微生物から入手可能である。
【０２１７】
「アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子供与体としてＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨのいずれかを用いた、イソブチリル−ＣｏＡからイソブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アシル化アルデヒドデヒドロゲナーゼの例は、ＥＣ番号１．２．１．１０および１．２．１．５７によって知られている。このような酵素は、クロストリジウム・ベイジェリンキ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＤ３１８４１（配列番号６１）、ＡＦ１５７３０６（配列番号６２））、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿１４９３２５（配列番号６３）、ＮＣ＿００１９８８（配列番号６４）；ＮＰ＿１４９１９９（配列番号６５）、ＮＣ＿００１９８８（配列番号６６））、シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ８９１０６（配列番号６７）、Ｕ１３２３２（配列番号６８））、およびサーマス・サーモフィルス（Ｔｈｅｒｍｕｓ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿１４５４８６（配列番号６９）、ＮＣ＿００６４６１（配列番号７０））を含むがこれらに限定されない複数の供給源から入手可能である。
【０２１８】
「トランスアミナーゼ」という用語は、アミン供与体としてアラニンまたはグルタミン酸塩のいずれかを用いた、α−ケトイソ吉草酸からＬ−バリンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。トランスアミナーゼの例は、ＥＣ番号２．６．１．４２および２．６．１．６６によって知られている。このような酵素は、いくつかの供給源から入手可能である。アラニン依存性酵素の供給源の例としては、以下に限定はされないが、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿０２６２３１（配列番号７１）、ＮＣ＿０００９１３（配列番号７２））およびバチルス・リケニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿０９３７４３（配列番号７３）、ＮＣ＿００６３２２（配列番号７４））が挙げられる。グルタミン酸塩依存性酵素の供給源の例としては、以下に限定はされないが、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿０２６２４７（配列番号７５）、ＮＣ＿０００９１３（配列番号７６））、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿０１２６８２（配列番号７７）、ＮＣ＿００１１４２（配列番号７８））およびメタノバクテリウム・サーモオートトロフィクム（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿２７６５４６（配列番号７９）、ＮＣ＿０００９１６（配列番号８０））が挙げられる。
【０２１９】
「バリンデヒドロゲナーゼ」という用語は、通常、電子供与体としてＮＡＤ（Ｐ）Ｈおよびアミン供与体としてアンモニアを用いた、α−ケトイソ吉草酸からＬ−バリンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。バリンデヒドロゲナーゼの例は、ＥＣ番号１．４．１．８および１．４．１．９によって知られており、このような酵素は、ストレプトマイセス・セリカラー（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿６２８２７０（配列番号８１）、ＮＣ＿００３８８８（配列番号８２））および枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１４３３９（配列番号８３）、Ｚ９９１１６（配列番号８４））を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。
【０２２０】
「バリンデカルボキシラーゼ」という用語は、Ｌ−バリンからイソブチルアミンおよびＣＯ２への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。バリンデカルボキシラーゼの例は、ＥＣ番号４．１．１．１４によって知られている。このような酵素は、例えば、ストレプトマイセス・ビリジファシエンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｖｉｒｉｄｉｆａｃｉｅｎｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＮ１０２４２（配列番号８５）、ＡＹ１１６６４４（配列番号８６））などのストレプトマイセス属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）に見られる。
【０２２１】
「オメガトランスアミナーゼ」という用語は、アミン供与体として好適なアミノ酸を用いた、イソブチルアミンからイソブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。オメガトランスアミナーゼの例は、ＥＣ番号２．６．１．１８によって知られており、アルカリゲネス・デニトリフィカンス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）（ＡＡＰ９２６７２（配列番号８７）、ＡＹ３３０２２０（配列番号８８））、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿２９４４７４（配列番号８９）、ＮＣ＿００７３４７（配列番号９０））、シェワネラ・オネイデンシス（Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ  ｏｎｅｉｄｅｎｓｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿７１９０４６（配列番号９１）、ＮＣ＿００４３４７（配列番号９２））、およびシュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＮ６６２２３（配列番号９３）、ＡＥ０１６７７６（配列番号９４））を含むがこれらに限定されないいくつかの供給源から入手可能である。
【０２２２】
「アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼ」という用語は、アセチル−ＣｏＡからアセトアセチル−ＣｏＡおよび補酵素Ａ（ＣｏＡ）の２つの分子の転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼの例は、短鎖アシル−ＣｏＡおよびアセチル−ＣｏＡに対する基質選択性（順方向の反応）を有するアセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼであり、Ｅ．Ｃ．２．３．１．９［Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ］として分類されるが；より広い基質範囲を有する酵素（Ｅ．Ｃ．２．３．１．１６）が同様に機能する。アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼは、いくつかの供給源、例えば、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４１６７２８、ＮＣ＿０００９１３；ＮＣＢＩ）アミノ酸配列、ＮＣＢＩヌクレオチド配列）、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３４９４７６．１、ＮＣ＿００３０３０；ＮＰ＿１４９２４２、ＮＣ＿００１９８８、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３９０２９７、ＮＣ＿０００９６４）、およびサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿０１５２９７、ＮＣ＿００１１４８）から入手可能である。
【０２２３】
「３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼ」という用語は、アセトアセチル−ＣｏＡから３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼの例は、ＮＡＤＨ依存性であってもよく、（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対する基質選択性を有する。例は、それぞれＥ．Ｃ．１．１．１．３５およびＥ．Ｃ．１．１．１．３０として分類されてもよい。さらに、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤＰＨ依存性であってもよく、（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対する基質選択性を有し、それぞれＥ．Ｃ．１．１．１．１５７およびＥ．Ｃ．１．１．１．３６として分類される。３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、いくつかの供給源、例えば、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３４９３１４、ＮＣ＿００３０３０）、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＢ０９６１４、Ｕ２９０８４）、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＹＰ＿２９４４８１、ＮＣ＿００７３４７）、およびアルカリゲネス・ユートロフス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ２１９７３、Ｊ０４９８７）から入手可能である。
【０２２４】
「クロトナーゼ」という用語は、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡからクロトニル−ＣｏＡおよびＨ２Ｏへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。クロトナーゼの例は、（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対する基質選択性を有してもよく、それぞれＥ．Ｃ．４．２．１．１７およびＥ．Ｃ．４．２．１．５５として分類されてもよい。クロトナーゼは、いくつかの供給源、例えば、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿４１５９１１、ＮＣ＿０００９１３）、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３４９３１８、ＮＣ＿００３０３０）、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ１３７０５、Ｚ９９１１３）、およびエロモナス・キャビエ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ  ｃａｖｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＢＡＡ２１８１６、Ｄ８８８２５）から入手可能である。
【０２２５】
「ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼ」という用語は、クロトニル−ＣｏＡからブチリル−ＣｏＡへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼの例は、ＮＡＤＨ依存性、ＮＡＤＰＨ依存性、またはフラビン依存性であってもよく、それぞれＥ．Ｃ．１．３．１．４４、Ｅ．Ｃ．１．３．１．３８、およびＥ．Ｃ．１．３．９９．２として分類されてもよい。ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、いくつかの供給源、例えば、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿３４７１０２、ＮＣ＿００３０３０）、ミドリムシ（Ｅｕｇｌｅｎａ  ｇｒａｃｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：Ｑ５ＥＵ９０、ＡＹ７４１５８２）、ストレプトマイセス・コリヌス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｌｌｉｎｕｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ９２８９０、Ｕ３７１３５）、およびストレプトマイセス・セリカラー（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＡ２２７２１、ＡＬ９３９１２７）から入手可能である。
【０２２６】
「ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、補因子としてＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨを用いた、ブチリル−ＣｏＡからブチルアルデヒドへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ＮＡＤＨに対する選択性を有するブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼは、Ｅ．Ｃ．１．２．１．５７として知られており、例えば、クロストリジウム・ベイジェリンキ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＤ３１８４１、ＡＦ１５７３０６）およびクロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ．ｓｕｂ．−−１４９３２５、ＮＣ．ｓｕｂ．−−００１９８８）から入手可能である。
【０２２７】
「イソブチリル−ＣｏＡムターゼ」という用語は、ブチリル−ＣｏＡからイソブチリル−ＣｏＡへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。この酵素は、補因子として補酵素Ｂ１２を使用する。イソブチリル−ＣｏＡムターゼの例は、ＥＣ番号５．４．９９．１３によって知られている。これらの酵素は、ストレプトマイセス・シンナモネンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｉｎｎａｍｏｎｅｎｓｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＣ０８７１３（配列番号９５）、Ｕ６７６１２（配列番号９６）；ＣＡＢ５９６３３（配列番号９７）、ＡＪ２４６００５（配列番号９８））、ストレプトマイセス・セリカラー（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＢ７０６４５（配列番号９９）、ＡＬ９３９１２３（配列番号１００）；ＣＡＢ９２６６３（配列番号１０１）、ＡＬ９３９１２１（配列番号１０２））、およびストレプトマイセス・アベルミティリス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ａｖｅｒｍｉｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＮＰ＿８２４００８（配列番号１０３）、ＮＣ＿００３１５５（配列番号１０４）；ＮＰ＿８２４６３７（配列番号１０５）、ＮＣ＿００３１５５（配列番号１０６））を含むがこれらに限定されないいくつかのストレプトマイセス属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）に見られる。
【０２２８】
「アセト乳酸デカルボキシラーゼ」という用語は、α−アセト乳酸からアセトインへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセト乳酸デカルボキシラーゼの例は、ＥＣ  ４．１．１．５として知られており、例えば、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ２２２２３、Ｌ０４４７０）、クレブシエラ・テリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｔｅｒｒｉｇｅｎａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＡ２５０５４、Ｌ０４５０７）および肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＵ４３７７４、ＡＹ７２２０５６）から入手可能である。
【０２２９】
「アセトインアミナーゼ」または「アセトイントランスアミナーゼ」という用語は、アセトインから３−アミノ−２−ブタノールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインアミナーゼは、補因子ピリドキサール５’−リン酸またはＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨを用い得る。得られる生成物は、３位に（Ｒ）または（Ｓ）立体化学を有し得る。ピリドキサールリン酸依存性酵素は、アミノ供与体としてアラニンまたはグルタミン酸塩などのアミノ酸を使用し得る。ＮＡＤＨ−およびＮＡＤＰＨ依存性酵素は、第２の基質としてアンモニアを使用し得る。アミノアルコールデヒドロゲナーゼとしても知られているＮＡＤＨ依存性アセトインアミナーゼの好適な例が、Ｉｔｏら（米国特許第６，４３２，６８８号明細書）によって記載されている。ピリドキサール依存性アセトインアミナーゼの例は、ＳｈｉｎおよびＫｉｍ（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．６７：２８４８−２８５３，２００２）によって記載されているアミン：ピルビン酸アミノトランスフェラーゼ（アミン：ピルビン酸トランスアミナーゼとも呼ばれる）である。
【０２３０】
「アセトインキナーゼ」という用語は、アセトインからホスホアセトインへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインキナーゼは、反応におけるリン酸供与体としてＡＴＰ（アデノシン三リン酸）またはホスホエノールピルビン酸を用い得る。類似の基質であるジヒドロキシアセトンにおける類似の反応を触媒する酵素としては、例えば、ＥＣ  ２．７．１．２９（Ｇａｒｃｉａ−Ａｌｌｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４３：１３０３７−１３０４６，２００４）として知られている酵素が挙げられる。
【０２３１】
「アセトインリン酸アミナーゼ」という用語は、ホスホアセトインから３−アミノ−２−ブタノールＯ−リン酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アセトインリン酸アミナーゼは、補因子ピリドキサール５’−リン酸、ＮＡＤＨ、またはＮＡＤＰＨを使用し得る。得られる生成物は、３位に（Ｒ）または（Ｓ）立体化学を有し得る。ピリドキサールリン酸依存性酵素は、アラニンまたはグルタミン酸塩などのアミノ酸を使用し得る。ＮＡＤＨ依存性およびＮＡＤＰＨ依存性酵素は、第２の基質としてアンモニアを使用し得る。ホスホアセトインにおけるこの反応を触媒する酵素の報告はないが、類似の基質であるセリノールリン酸塩（ｓｅｒｉｎｏｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）における類似の反応を行うことが提示されるピリドキサールリン酸依存性酵素がある（Ｙａｓｕｔａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ．６７：４９９９−５００９，２００１）。
【０２３２】
「アミノアルコールＯ−リン酸リアーゼ」とも呼ばれる「アミノブタノールリン酸ホスホリアーゼ」という用語は、３−アミノ−２−ブタノールＯ−リン酸から２−ブタノンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アミノブタノールリン酸ホスホ−リアーゼは、補因子ピリドキサール５’−リン酸を用い得る。類似の基質である１−アミノ−２−プロパノールリン酸における類似の反応を触媒する酵素の報告がある（Ｊｏｎｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ  Ｊ．１３４：１６７−１８２，１９７３）。米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書には、生物のエルウィニア・カロトボラ（Ｅｒｗｉｎｉａ  ｃａｒｏｔｏｖｏｒａ）に由来するアミノブタノールリン酸ホスホ−リアーゼが記載されている。
【０２３３】
「アミノブタノールキナーゼ」という用語は、３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２−ブタノールＯ−リン酸への転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。アミノブタノールキナーゼは、リン酸供与体としてＡＴＰを用い得る。３−アミノ−２−ブタノールにおけるこの反応を触媒する酵素の報告はないが、類似の基質であるエタノールアミンおよび１−アミノ−２−プロパノールにおける類似の反応を触媒する酵素の報告がある（Ｊｏｎｅｓ，ｅｔ  ａｌ．、上掲）。米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書には、実施例１４において、エルウィニア・カロトボラ亜種アトロセプティカ（Ｅｒｗｉｎｉａ  ｃａｒｏｔｏｖｏｒａ  ｓｕｂｓｐ．Ａｔｒｏｓｅｐｔｉｃａ）のアミノアルコールキナーゼが記載されている。
【０２３４】
「アセトインレダクターゼ」としても知られている「ブタンジオールデヒドロゲナーゼ」という用語は、アセトインから２，３−ブタンジオールへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブタンジオールデヒドロゲナーゼは、アルコールデヒドロゲナーゼの幅広いファミリーのサブセットである。ブタンジオールデヒドロゲナーゼ酵素は、アルコール生成物における（Ｒ）−または（Ｓ）−立体化学の生成に対する特異性を有し得る。（Ｓ）に特異的なブタンジオールデヒドロゲナーゼは、ＥＣ  １．１．１．７６として知られており、例えば、肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＢＢＡ１３０８５、Ｄ８６４１２）から入手可能である。（Ｒ）に特異的なブタンジオールデヒドロゲナーゼは、ＥＣ  １．１．１．４として知られており、例えば、セレウス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｅｒｅｕｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号ＮＰ  ８３０４８１、ＮＣ＿００４７２２；ＡＡＰ０７６８２、ＡＥ０１７０００）、および乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号ＡＡＫ０４９９５、ＡＥ００６３２３）か
ら入手可能である。
【０２３５】
「ジオールデヒドラターゼ」または「プロパンジオールデヒドラターゼ」としても知られている「ブタンジオールデヒドラターゼ」という用語は、２，３−ブタンジオールから２−ブタノンへの転化を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ブタンジオールデヒドラターゼは、補因子アデノシルコバラミン（補酵素ＢｗまたはビタミンＢ１２としても知られているが；ビタミンＢ１２は、補酵素Ｂ１２でない他の形態のコバラミンを指すこともある）を用い得る。アデノシルコバラミン依存性酵素は、ＥＣ  ４．２．１．２８として知られており、例えば、クレブシエラ・オキシトカ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｏｘｙｔｏｃａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡ０８０９９（αサブユニット）、Ｄ４５０７１；ＢＡＡ０８１００（βサブユニット）、Ｄ４５０７１；およびＢＢＡ０８１０１（γサブユニット）、Ｄ４５０７１（全ての３つのサブユニットが活性に必要とされることに留意されたい）、および肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＣ９８３８４（αサブユニット）、ＡＦ１０２０６４；ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＣ９８３８５（βサブユニット）、ＡＦ１０２０６４、ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＣ９８３８６（γサブユニット）、ＡＦ１０２０６４）から入手可能である。他の好適なジオールデヒドラターゼとしては、以下に限定はされないが、ネズミチフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＢ８４１０２（大型サブユニット）、ＡＦ０２６２７０；ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＢ８４１０３（中型サブユニット）、ＡＦ０２６２７０；ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＡＡＢ８４１０４（小型サブユニット）、ＡＦ０２６２７０）；およびラクトバチルス・コリノイデス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏｌｌｉｎｏｉｄｅｓ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＣ８２５４１（大型サブユニット）、ＡＪ２９７７２３；ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＣ８２５４２（中型サブユニット）；ＡＪ２９７７２３；ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＤ０１０９１（小型サブユニット）、ＡＪ２９７７２３）から入手可能なＢ１２依存性ジオールデヒドラターゼ；ならびにラクトバチルス・ブレビス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ）（特に、株ＣＮＲＺ  ７３４およびＣＮＲＺ  ７３５、Ｓｐｅｒａｎｚａ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．４５：３４７６−３４８０，１９９７）に由来する酵素、および対応する酵素をコードするヌクレオチド配列が挙げられる。ジオールデヒドラターゼ遺伝子単離の方法は、当該技術分野において周知である（例えば、米国特許第５，６８６，２７６号明細書）。
【０２３６】
「ピルビン酸デカルボキシラーゼ」という用語は、ピルビン酸からアセトアルデヒドおよび二酸化炭素への脱炭酸を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを指す。ピルビン酸デヒドロゲナーゼは、ＥＣ番号４．１．１．１によって知られている。これらの酵素は、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）番号：ＣＡＡ９７５７５（配列番号１０７）、ＣＡＡ９７７０５（配列番号１０９）、ＣＡＡ９７０９１（配列番号１１１））を含むいくつかの酵母に見られる。
【０２３７】
本明細書において提供されるイソブタノール生合成経路を含む微生物が、１つ以上のさらなる修飾をさらに含み得ることが理解されよう。米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書（参照により援用される）には、細胞質ゾルに限局されたアセト乳酸シンターゼの発現およびピルビン酸デカルボキシラーゼ活性の実質的な消失のために酵母を改変することによるピルビン酸からアセト乳酸への増加した転化が開示されている。ある実施形態において、微生物は、グリセロール−３−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を低下させるための修飾および／またはピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも１つの遺伝子の崩壊または米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書（参照により本明細書に援用される）に記載されるようなピルビン酸デカルボキシラーゼ遺伝子発現を制御する調節要素をコードする少なくとも１つの遺伝子の崩壊、および／または米国特許出願公開第２０１０／０１２０１０５号明細書（参照により本明細書に援用される）に記載されるようなエントナー−ドウドロフ経路を介した増加した炭素フラックスまたは還元当量の平衡を提供する修飾を含み得る。他の修飾には、ピルビン酸を利用する生合成経路における工程を触媒するポリペプチドをコードする少なくとも１つのポリヌクレオチドの組み込みが含まれる。他の修飾には、アセト乳酸レダクターゼ活性を有するポリペプチドをコードする内因性ポリヌクレオチドにおける少なくとも１つの欠失、突然変異、および／または置換が含まれる。ある実施形態において、アセト乳酸レダクターゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）のＹＭＲ２２６Ｃ（配列番号１２７、１２８）またはその相同体である。さらなる修飾には、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよび／またはアルデヒドオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする内因性ポリヌクレオチドにおける欠失、突然変異、および／または置換が含まれる。ある実施形態において、アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）に由来するＡＬＤ６またはその相同体である。酵母生成宿主細胞がｐｄｃ−である、グルコース抑制を低下させる効果を有する遺伝子修飾が、参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１１／０１２４０６０号明細書に記載されている。ある実施形態において、欠失または下方制御されるピルビン酸デカルボキシラーゼは、ＰＤＣ１、ＰＤＣ５、ＰＤＣ６、およびそれらの組合せからなる群から選択される。ある実施形態において、ピルビン酸デカルボキシラーゼは、表１中の酵素から選択される。ある実施形態において、微生物は、グリセルアルデヒド−３−リン酸からグリセリン酸１，３，ビスリン酸への転化を触媒するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの欠失または下方制御を含み得る。ある実施形態において、この反応を触媒する酵素は、グリセルアルデヒド−３−リン酸デヒドロゲナーゼである。
【０２３８】
【表１】
0006653576.tif 000002
【０２３９】
ある実施形態において、任意の特定の核酸分子またはポリペプチドは、本明細書に記載されるヌクレオチド配列またはポリペプチド配列と少なくとも８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％同一であり得る。当該技術分野において公知の「同一性パーセント」という用語は、２つ以上のポリペプチド配列または２つ以上のポリヌクレオチド配列間における、それらの配列を比較することによって決定される関係である。当該技術分野において、「同一性」は、ポリペプチドまたはポリヌクレオチド配列間における、場合によっては、このような配列のストリング間のマッチによって決定される配列の関連性の程度も意味する。同一性および類似度は、Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｌｅｓｋ，Ａ．Ｍ．，Ｅｄ．）Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮＹ（１９８８）；Ｂｉｏｃｏｍｐｕｔｉｎｇ：Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ（Ｓｍｉｔｈ，Ｄ．Ｗ．，Ｅｄ．）Ａｃａｄｅｍｉｃ：ＮＹ（１９９３）；Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｄａｔａ，Ｐａｒｔ  Ｉ（Ｇｒｉｆｆｉｎ，Ａ．Ｍ．，ａｎｄ  Ｇｒｉｆｆｉｎ，Ｈ．Ｇ．，Ｅｄｓ．）Ｈｕｍａｎｉａ：ＮＪ（１９９４）；Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（ｖｏｎ  Ｈｅｉｎｊｅ，Ｇ．，Ｅｄ．）Ａｃａｄｅｍｉｃ（１９８７）；およびＳｅｑｕｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｐｒｉｍｅｒ（Ｇｒｉｂｓｋｏｖ，Ｍ．ａｎｄ  Ｄｅｖｅｒｅｕｘ，Ｊ．，Ｅｄｓ．）Ｓｔｏｃｋｔｏｎ：ＮＹ（１９９１）に開示されているものを含むがこれらに限定されない公知の方法によって容易に計算され得る。
【０２４０】
同一性を決定するための方法は、試験される配列間のベストマッチをもたらすように設計され得る。同一性および類似度を決定するための方法は、公的に利用可能なコンピュータプログラムで体系化される。配列アラインメントおよび同一性パーセント計算は、ＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクスコンピューティングスイート（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）のＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）プログラムを用いて行われ得る。配列の多重アラインメントは、Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｖという名称のアラインメント方法（Ｈｉｇｇｉｎｓ  ａｎｄ  Ｓｈａｒｐ，ＣＡＢＩＯＳ．５：１５１−１５３，１９８９；Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｓｃｉ．８：１８９−１９１，１９９２によって開示されている）に対応し、かつＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクスコンピューティングスイート（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．）のＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）プログラムに見られるＣｌｕｓｔａｌ  Ｖアラインメント法を含む、数種類のアルゴリズムを包含するＣｌｕｓｔａｌアラインメント法を用いて行われ得る。多重アラインメントでは、デフォルト値は、ギャップペナルティ（ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝１０およびギャップ長ペナルティ（ＧＡＰ  ＬＥＮＧＴＨ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝１０に対応する。Ｃｌｕｓｔａｌ法を用いたタンパク質配列のペアワイズアラインメントおよび同一性パーセント計算のためのデフォルトパラメータは、Ｋタプル（ＫＴＵＰＬＥ）＝１、ギャップペナルティ（ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝３、ウィンドウ（ＷＩＮＤＯＷ）＝５およびダイアゴナル・セーブド（ＤＩＡＧＯＮＡＬＳ  ＳＡＶＥＤ）＝５である。核酸についてのこれらのパラメータは、Ｋタプル（ＫＴＵＰＬＥ）＝２、ギャップペナルティ（ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝５、ウィンドウ（ＷＩＮＤＯＷ）＝４およびダイアゴナル・セーブド（ＤＩＡＧＯＮＡＬＳ  ＳＡＶＥＤ）＝４である。Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｖプログラムを用いた配列のアラインメントの後、同じプログラムの配列距離テーブルを見ることによって、同一性パーセントを得ることが可能である。さらに、Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗアラインメント法が利用可能であり、Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗという名称のアラインメント方法（Ｈｉｇｇｉｎｓ  ａｎｄ  Ｓｈａｒｐ，ＣＡＢＩＯＳ．５：１５１−１５３，１９８９；Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｓｃｉ．８：１８９−１９１，１９９２）に対応し、かつＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクスコンピューティングスイート（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．）のＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）ｖ６．１プログラムに見られる。多重アラインメントについてのデフォルトパラメータ（ギャップペナルティ（ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝１０、ギャップ長ペナルティ（ＧＡＰ  ＬＥＮＧＴＨ  ＰＥＮＡＬＴＹ）＝０．２、ディレイディバージェント配列（Ｄｅｌａｙ  Ｄｉｖｅｒｇｅｎ  Ｓｅｑｓ）（％）＝３０、ＤＮＡトランジションウェイト（ＤＮＡ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｗｅｉｇｈｔ）＝０．５、タンパク質ウェイト行列（Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｍａｔｒｉｘ）＝Ｇｏｎｎｅｔシリーズ、ＤＮＡウェイト行列（ＤＮＡ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｍａ��ｒｉｘ）＝ＩＵＢ）。Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗプログラムを用いた配列のアラインメントの後、同じプログラムの配列距離テーブルを見ることによって、同一性パーセントを得ることが可能である。
【０２４１】
標準的な組み換えＤＮＡおよび分子クローニング技術が、当該技術分野において周知であり、Ｓａｍｂｒｏｏｋら（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．，Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．ａｎｄ  Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ；Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ，１９８９、本明細書においてＭａｎｉａｔｉｓと呼ばれる）によっておよびＡｕｓｕｂｅｌら（Ａｕｓｕｂｅｌ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，ｐｕｂ．ｂｙ  Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃ．ａｎｄ  Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９８７）によって記載されている。ブタノール生合成経路を含む微生物を構築するための方法の例が、例えば、米国特許第７，８５１，１８８号明細書、および米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書；同第２００７／０２５９４１０号明細書；同第２００７／０２９２９２７号明細書；同第２００８／０１８２３０８号明細書；同第２００８／０２７４５２５号明細書；同第２００９／０１５５８７０号明細書；同第２００９／０３０５３６３号明細書；および同第２００９／０３０５３７０号明細書に開示されており、それぞれの内容全体が参照により本明細書に援用される。
【０２４２】
さらに、本発明の様々な実施形態を本明細書に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、記載した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。
【０２４３】
本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。
【実施例】
【０２４４】
以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに例示する。以下の実施例が原料としてトウモロコシを含む一方、本発明から逸脱せずに、サトウキビなどの他のバイオマス源が、原料に使用され得ることを理解されたい。さらに、以下の実施例は、エタノールおよびブタノールを含む一方、本発明から逸脱せずに、他のアルコールまたは発酵産物が、生成され得る。
【０２４５】
略語の意味は以下のとおりである：「ａｔｍ」は気圧を意味し、「ｃｃｍ」は立方センチメートル／分を意味し、「ｇ／Ｌ」はグラム／リットルを意味し、「ｇ」はグラムを意味し、「ｇｐｌ」はグラム／リットルを意味し、「ｇｐｍ」はガロン／分を意味し、「ｈ」または「ｈｒ」は時間を意味し、「ＨＰＬＣ」は高性能液体クロマトグラフィーを意味し、「ｋｇ」はキログラムを意味し、「Ｌ」はリットルを意味し、「ｍｉｎ」は分を意味し、「ｍＬ」はミリリットルを意味し、「ｐｐｍ」は百万分率を意味し、「ｐｓｉｇ」はポンド／平方インチ（ゲージ圧）を意味し、「重量％」は重量パーセントを意味する。
【０２４６】
実施例１
発酵によって生成されるブタノールの生成および回収のための方法
本明細書に記載される方法は、Ａｓｐｅｎモデル化などの計算モデル化を用いて実証され得る（例えば、米国特許第７，６６６，２８２号明細書を参照）。例えば、市販のモデル化ソフトウェアＡｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓ（登録商標）（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）は、統合されたブタノール発酵、精製、および水管理プロセスのためのＡｓｐｅｎモデルを作り出すために、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）から入手可能なＤＩＰＰＲなどの物理的特性データベースとともに使用され得る。このプロセスモデル化は、多くの基礎工学的計算、例えば、物質収支およびエネルギー収支、気／液平衡、および反応速度計算を行うことができる。Ａｓｐｅｎモデルを生成するために、情報入力は、例えば、実験データ、含水量および原料の組成、マッシュの調理およびフラッシュのための温度、糖化条件（例えば、酵素原料、でんぷん転化率、温度、圧力）、発酵条件（例えば、微生物原料、グルコース転化率、温度、圧力）、脱気条件、溶媒塔、プレフラッシュ塔、凝縮器、蒸発器、遠心分離機などを含み得る。
【０２４７】
Ａｓｐｅｎモデルは、イソブタノールを生成するために、５３４００ｋｇ／時のトウモロコシがマッシュされ、発酵され、イソブタノールの大部分が、発酵中に抽出され、蒸留される厳密な物質収支およびエネルギー収支で作り出された。このモデルは、連続プロセスとしての一連のバッチ発酵の近似を含んでいた。この発酵、抽出、および蒸留プロセスの例が、図１４に示される。
【０２４８】
１．５重量％の懸濁固体を含むように精製された、液化されたトウモロコシマッシュ６０１を、熱交換器および水冷却器を介して、１７０．７トン／時および８５℃で注入し、３２℃で発酵６００に供給した。９５．８％の二酸化炭素、３．４％の水、および０．８％のイソブタノールの平均連続モル組成を有する蒸気流６０２を、大気圧で、１７．２トン／時で、発酵６００からスクラバーへと放出した。１２．６ｇｐｌのイソブタノールを含む平均ビール流６０３を、発酵６００から連続して排出し、イソブタノール回収のために蒸留する前に、マッシュ６０１によって熱交換器を介して予め加熱した。
【０２４９】
３８７５トン／時の組み合わされた平均流量を有する流れ６０４を、１１．１ｇｐｌの平均イソブタノール濃度および３２℃の平均温度で発酵６００から除去し、イソブタノールの部分的な除去のために抽出器６１０を通して循環させる。７．９ｇｐｌのイソブタノールを含有する、出てきた水性ブロス６０５を、発酵６００に再び入る前に、冷却塔水（ＣＴＷ）との熱交換によって３０℃に冷却する。ジイソプロピルベンゼンを含む溶媒が抽出器６１０に入り、３０．１ｇｐｌのイソブタノールを含む流れ６０６として出る。抽出器６１０は、発酵ブロスを溶媒と接触させるための５つの理論的な液液平衡段階を効果的に提供する。流れ６０６は、３４０トン／時で、熱交換器を通過し、蒸留塔６２０の１２個の理論段の中央部に入る。リボイラーは、ジイソプロピルベンゼンを含み、かつイソブタノールを実質的に含まない溶媒流６０７を生成するために１５０ｐｓｉｇの蒸気を用いて、０．６気圧（ａｔｍ）および１８３℃で動作しており、溶媒流６０７は、熱交換器を介して溶媒流６０６と熱交換し、抽出器６１０に再び入る前に冷却水ＣＴＷによってさらに冷却される。蒸留塔６２０の塔頂蒸気を、冷却し（ＣＴＷ）、凝縮（６３０）して、２３．１トン／時の還流、０．２トン／時の残留蒸気オフガス６０８、ならびに９９．２％のイソブタノール、０．６％の水、および０．２％のジイソプロピルベンゼンを含む１３．２トン／時の蒸留生成物６０９を形成する。
【０２５０】
実施例２
抽出剤カラムを用いたエタノールの回収のための方法
１インチの直径のＫａｒｒ（登録商標）抽出塔（Ｋｏｃｈ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｐａｒａｍｕｓ，ＮＪ）を用いて、エタノール発酵中に生成された発酵ブロスを処理した。カラムは、一連のプレートを含み、このプレートは、カラムの長さに沿って下方に延在し、中心軸に取り付けられる。軸は、往復運動で上下に有孔プレート（１／４インチの直径の穿孔）を動かすことができる駆動装置に取り付けられる。運動の頻度は、試験中に可変であったが、振動（０．７５インチ）のストローク長さおよびトレイの間隔（２インチ）は両方とも固定であった。使用されるカラムは、３０００ｍｍのプレート積層高さを有していた。
【０２５１】
カラムの上部に、発酵ブロスからなる水性原料を提供する一方、カラムの底部に、抽出剤としてのトウモロコシ油脂肪酸（ＣＯＦＡ）の原料を提供した。２つの原料は、カラムを通って互いに向流に流れ、これらをカラムの反対側で生成物として収集した。
【０２５２】
場合によっては固体の一部が遠心分離によって除去されている液化および糖化されたトウモロコシマッシュからのエタノールの生成のための発酵プロトコルを用いて発酵ブロスを得た。場合によっては、ＣＯ２ガス放出を最大またはほぼ最大に保ちながら試験の一部を行う一方、ガス放出が有効に停止されたとき別の部分を行うように、数日間かけて抽出試験を行った。この作業に使用されるＣＯＦＡは、Ｅｍｅｒｙ  Ｏｌｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨ）製の蒸留グレードであった。
【０２５３】
カラム中の連続相としてＣＯＦＡを用いていくつかの実験を行う一方、連続水相を用いて他の実験を行った。また、所定の位置の内部を用いてまたは用いずに実験を行った。ステンレス鋼およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の２つのタイプの内部を試験した。カラムがフラッディングを伴わずに操作され得る流量範囲（ｆｌｏｗ  ｒｅｇｉｍｅ）を決定するために、流量の範囲を調べた。
【０２５４】
発酵からの動的供給の影響
試験の間、場合によっては、発酵が進行するにつれて、カラムの性能が変化することが分かった。発酵の初期に、原料を含む発酵ブロスは、糖分が多く、中間時点で、かなりの量のＣＯ２（流体流に影響を与え得る）が、発酵ブロスから発生する一方、後の時点で、発酵ブロス中のエタノールの濃度は高い。原料のこの経時的な変化は、抽出塔の能力の変化に反映された。
【０２５５】
ＰＴＦＥプレートおよび連続ＣＯＦＡ相（撹拌なし）を用いた条件では、発酵がほぼピークのガス発生時であるとき（「中間ブロス（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｂｒｏｔｈ）」）および発酵の終わり頃であるとき（「最終ブロス（ｅｎｄ  ｂｒｏｔｈ）」）に収集された発酵ブロスを用いたとき、性能の差が示された。最終ブロスを用いると、１４ｇｐｍ／ｆｔ２（試料３Ｅ）の液体スループット率は、カラムのフラッディングを伴わずに達成された。フラッディングの前に得られる中間ブロスの最大スループットは、９ｇｐｍ／ｆｔ２未満であり（試料４Ｄ）、水滴のサイズおよび外観の顕著な違いがあった。水相の液滴径は、中間ブロスと比較して、最終ブロスの方がより大きかった（小滴の形成を伴う）。
【０２５６】
連続相
最大カラムスループットは、連続相の性質にも影響された。連続水相およびステンレス鋼（Ｓ．Ｓｔｅｅｌ）内部で動作する、発酵条件の終わり頃には、約１４ｇｐｍ／ｆｔ２の総液体容量が得られた（試料２Ｂ）。連続有機相およびＰＴＦＥ内部では、率は９ｇｐｍ／ｆｔ２未満であった（試料４Ｄ）。結果が、表２に示される。略語ＡＱは水相を指し、略語ＯＲＧは有機相を指す。表２を参照すると、相は連続しており、試料は実施条件を指し、内部は内部の材料を指し、Ｎｏｍ．ＡＱは公称水性流量を指し、Ｎｏｍ．ＯＲＧは公称有機流量を指し、総流量（ｃｃｍ）は水性および有機原料の総流量を指し、総流量（ｇｐｍ／ｆｔ２）は単位断面積当たりの総流量を指す。
【０２５７】
【表２】
0006653576.tif 000003
【０２５８】
カラムが、発酵の終わり頃に発酵ブロスを含む原料を用いて内部なしで操作される場合、連続相の選択がカラムの能力に影響を与えた。連続水相では、約２５ｇｐｍ／ｆｔ２で操作することが可能であった（試料２Ｇおよび２Ｈ）。しかしながら、連続ＣＯＦＡ相では、１８ｇｐｍ／ｆｔ２でフラッディングの問題が生じた（試料２Ｉ）。結果が、表３に示される。
【０２５９】
【表３】
0006653576.tif 000004
【０２６０】
実施例３
抽出塔の能力に対する発酵条件の影響
発酵ブロスの性質は不変ではなく、発酵プロセスが進行するにつれて変化する。発酵の際、炭水化物が微生物によって代謝されるにつれて、炭水化物の濃度が低下する。発酵ブロスのこの組成変化は、抽出プロセスに影響を与える、発酵ブロスの粘度および表面張力などの物理的パラメータを変化させるであろう。濃度の変化に加えて、中間時点で、かなりの量のＣＯ２が発生され；このＣＯ２は、カラムを通る水性液体および有機液体の流量に影響を与えるであろう。
【０２６１】
ＰＴＦＥ内部が装備された、１インチの直径のガラス製のＫａｒｒ（登録商標）抽出塔（Ｋｏｃｈ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｐａｒａｍｕｓ，ＮＪ）を用いて、エタノール発酵からの発酵ブロスを処理した。発酵の間のいくつかの時点で処理を行った。有機抽出剤（ＣＯＦＡ）は、カラム中の連続相であり、発酵ブロスは、液滴としてカラムを通過する。カラムへの発酵ブロスの導入の前に、発酵ブロスを、管路（ｌｉｎｅ）内のＴ字管（ｔｅｅ）に通し、ここで、原料中に存在するＣＯ２気泡を、通気孔を通して除去した。
【０２６２】
静止した内部（撹拌なし）では、発酵の終わり頃に取られたブロス（「最終ブロス」）と比較して、ピークのガス発生時に取られた発酵ブロス（「中間ブロス」）を用いたとき、性能の差が示された。中間ブロスを用いて、１４ｇｐｍ／ｆｔ２の液体スループット率が得られた。最終ブロスの最大スループット（カラムのフラッディングの前）は、９ｇｐｍ／ｆｔ２未満であった。水滴のサイズおよび外観の顕著な違いがあった。水相の液滴径は、中間ブロスと比較して最終ブロスの方が明らかに大きかった。
【０２６３】
実施例４
抽出塔効率に対するイソブタノール濃度の影響
典型的な発酵プロセス中、生成物のレベルが時間とともに変化する。この動的な濃度変化が、抽出プロセス中の物質移動に影響を与え得る。
【０２６４】
イソブタノール濃度の影響を実証するために、ステンレス鋼の内部を装備した１インチの直径のガラス製のＫａｒｒ（登録商標）抽出塔（Ｋｏｃｈ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｐａｒａｍｕｓ，ＮＪ）を用いて、約３ｇ／Ｌのイソブタノールを含有する発酵からの発酵ブロスを処理した。発酵ブロスが、抽出器中の連続相で形成された一方、有機抽出剤（ＣＯＦＡ）は、液滴としてカラムを通過した。ＣＯ２生成が実質的に停止したが、発酵ブロスを、管路内のＴ字管に通し、ここで、原料中に存在する一切のＣＯ２気泡を、原料が抽出塔に入る前に除去した。
【０２６５】
原料および出てくる流れの試料を、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）またはガスクロマトグラフィー（ＧＣ）によってイソブタノールについて分析した。結果が、表４に示される。物質収支を行い、平衡移動段の高さ（ｈｅｉｇｈｔ  ｏｆ  ａｎ  ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｔａｇｅ）（ＨＥＴＳ）を、クレムザーの式（Ｋｒｅｍｓｅｒ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）を用いて計算した。そのままの発酵ブロスの２つのデータ点について、ＨＥＴＳ値は、１０および１３フィートであった。
【０２６６】
次に、イソブタノールを発酵ブロスに加えて、濃度を２０ｇ／Ｌにした。抽出試験を行い、データから、ＨＥＴＳが１８フィートであることが分かった。この値は、そのままのブロスで得られる値より約５０％高く、約２０ｇ／Ｌのイソブタノールを入れた希薄な蒸留廃液を用いて得られたデータと一致している（図１５を参照）。
【０２６７】
【表４】
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【０２６８】
実施例５
外部の抽出塔を用いたＩＳＰＲ
イソブタノール発酵（１０リットル規模）からの発酵ブロスを、５／８インチの直径の卓上Ｋａｒｒ（登録商標）カラムへと循環させた。抽出溶媒（ＣＯＦＡ）を、抽出剤リザーバからＫａｒｒ（登録商標）カラムに再利用した。対照の発酵を実施し、ある体積のＣＯＦＡを発酵装置に加えて、発酵ブロスからイソブタノールを連続して抽出した。
【０２６９】
発酵中、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムを２回運転した。第１の運転は、発酵の４〜７時間の時点であり、第２の運転は、発酵の２２〜３３時間の時点であった。両方の発酵について、ｐＯ２およびｐＨなどのパラメータを監視した。測定されたｐＯ２は、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムを使用せずに実施される対照と比較して、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムが使用される実施でより低かった。絶対ｐＨ値は、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムおよび対照で同様であったが、ｐＨプロファイルは、２つの運転で異なっていた。対照の１つの緩やかなピークに対して、Ｋａｒｒ（登録商標）カラム中のｐＨは早くピークに達し、平らになり、次に、再度ピークに達した。
【０２７０】
抽出溶媒の２つのアリコート（それぞれ１．８リットル）を、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムから分析した。試料を、各アリコートから取り、イソブタノール含量について分析した。Ｋａｒｒ（登録商標）カラムを用いて発酵中に生成されたイソブタノールの量は、対照の発酵中で生成されたイソブタノールの量と同等であった。Ｋａｒｒ（登録商標）カラムを用いた発酵は、合計で８２．４グラムのイソブタノールを生成し：約３４グラムは、３．６リットルの有機相中にあり、４８グラムは水相中にあった。対照（発酵装置に加えられた３０体積％の有機相）は、９０ｇ／Ｌを生成し、６０グラムは、３リットルの有機相中にあり、３０グラムは水相中にあった。水相中のイソブタノール濃度は、Ｋａｒｒ（登録商標）カラム運転中の抽出の非ゼロの開始に対して、時間ゼロからの対照の発酵装置中のＣＯＦＡの存在により、対照中でより低かった。２２時間の時点でのＫａｒｒ（登録商標）では、イソブタノールは、それが生成されるより速く発酵装置から抽出された。グルコースプロファイルを、対照およびＫａｒｒ（登録商標）カラムについて生成した。プロファイルは同様であり、これは、細胞増殖および代謝が同等であったことを示す。結果が、図１６Ａおよび１６Ｂに示される。括弧内は、Ｋａｒｒ（登録商標）カラムが運転中であった時点（４〜７時間および２２〜３３時間）を示す。
【０２７１】
実施例６
ミキサーセトラーを用いたＩＳＰＲ
外部のミキサーセトラーシステムを用いて、イソブタノールを生成する微生物（すなわち、イソブタノロゲン（ｉｓｏｂｕｔａｎｏｌｏｇｅｎ））を含有する活性な発酵ブロスからイソブタノールを連続して除去した。試験には、イソブタノール生成微生物（すなわち、イソブタノロゲン）が接種された約１００リットルの発酵ブロスを使用した。発酵装置の含有物を、ミキサーセトラー抽出システムを通して、発酵装置から再循環させた。イソブタノールを含有していない蒸留されたＣＯＦＡを含む抽出剤を、一回通過式（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｂａｓｉｓ）で使用した。
【０２７２】
２つのスタティックミキサーを試験した。試験の大部分には、Ｋｅｎｉｃｓ（登録商標）ステンレス鋼スタティックミキサー（直径１／２インチで、３６の混合要素を有する）を使用した。１２〜２４時間の運転の間、プラスチック製ミキサーを使用した（ＳｔａＭｉｘＣｏ  ＨＴ−１１−１２．６−２４，ＳｔａＭｉｘＣｏ  ＬＬＣ，Ｂｒｏｏｋｌｙｎ，ＮＹ）。発酵ブロスおよびＣＯＦＡを、Ｔ字管の反対側に供給し、そこから混合物がスタティックミキサーを通って流れた。スタティックミキサーを出た材料をセトラーに供給した。セトラーは、５リットルのガラスタンクから作製されていた。浸漬管が、周縁部の近くで、セトラーの上部を通過し、セトラーのほぼ半分にわたって下方に延在していた。有機相を、セトラーの上部で、ポートを通して抜き取った一方、発酵ブロスを、セトラーの底部から除去した。セトラーには、２つの液相の離脱を補助し、それによって、界面における固体の蓄積を最小限に抑えるために、水相−有機相界面への穏やかな混合を与える撹拌器が装備されていた。運転中に収集されたデータが、表５に表され、図１７は、発酵の間に達成されたイソブタノール除去率を示す。データから分かるように、水性ブロス中のイソブタノールレベルは、比較的一定のままであり、これは、イソブタノールが、それが生成されるのとほぼ同じ速度で発酵ブロスから除去されたことを示す。表５を参照すると、経過時間は、発酵の開始からの時間であり、ＡＱ流量は、水性原料流であり、ＯＲＧ流量は、有機原料流であり、ＡＱ原料中のｉＢは、水性原料中のイソブタノールであり、ＯＲＧ生成物中のｉＢは、濃厚な有機生成物中のイソブタノールである。
【０２７３】
【表５】
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【０２７４】
実施例７
オンライン、アットライン、およびリアルタイム測定
トウモロコシ原料から調製されたマッシュ流を、三相遠心分離機に送って、マッシュ、トウモロコシ油、およびウェットケーキの３つの流れを生成した。オンラインまたはアットラインプロセス測定が、例えば、でんぷん／糖類の回収およびトウモロコシ油の品質を向上させ、ウェットケーキから抽出されるでんぷん／糖類の量を最大にするのに用いられる。リアルタイム測定が、例えば、でんぷん／糖の濃度設定点を維持するために、スラリータンクへの逆流、調理水、または水の添加を制御するのに使用される。最小量の添加水を用いて、三相遠心分離機にかかる水圧荷重を減少させながら、ウェットケーキから抽出されるでんぷん／糖の量が最大にされる。
【０２７５】
固体の存在の測定を可能にするダイヤモンド減衰全反射（ＡＴＲ）プローブを用いたフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、トウモロコシマッシュ試料を分析した。標準試料のスペクトルを収集することによってＦＴＩＲを校正し、ＨＰＬＣを用いた全でんぷん／糖測定が完了された。ＨＰＬＣデータを用いて、ＦＴＩＲのための多変量部分最小二乗（ＰＬＳ）モデルを作成した。ＦＴＩＲスペクトルを収集し、全でんぷん濃度を生成した。図１８は、ＦＴＩＲを校正するのに使用されるでんぷん濃度の範囲を示す。
【０２７６】
２５０ｇ／Ｌの平均出発濃度を有するトウモロコシマッシュを、三相遠心分離機に供給した。それに続くウェットケーキを再スラリー化し、でんぷんの濃度を２つの試料について測定した：８０ｇ／Ｌおよび７０ｇ／Ｌ。次に、このスラリーを、三相遠心分離機を用いて分離し、ウェットケーキを再スラリー化した。このスラリーのでんぷん濃度を測定したところ、２８．９ｇ／Ｌであった。結果が、図１９に示される。これらの測定を用いて、水の正確な量を測定して、各段階でウェットケーキを再スラリー化した。水の添加の最適化により、でんぷん濃度が最大にされ、分離工程にかかる水圧荷重が最小限に抑えられた。ウェットケーキの水分含量を、近赤外分光法（ＮＩＲ）を用いて測定した。
【０２７７】
トウモロコシ油の品質をリアルタイムで監視し、三相遠心分離機の変数（例えば、供給速度、重力、入口流量、スクロール速度）を制御するのにデータを使用する。三相遠心分離機によって生成されたトウモロコシ油の品質を、分離中にトウモロコシ油中に運ばれる水の濃度を監視することによって測定した。ダイヤモンドＡＴＲプローブを用いたＦＴＩＲを用いて、トウモロコシ油が三相遠心分離機を出るにつれてトウモロコシ油スペクトルを収集した。ダイヤモンドＡＴＲプローブ手法を用いた水の検出限界は約５００ｐｐｍであった。より低い検出限界は、より長い有効経路長を有するフローセルの使用により達成された。
【０２７８】
図２０は、１００ｐｐｍ台（１００’ｓ  ｏｆ  ｐｐｍ）までのパーセントレベル濃度を超える範囲の水濃度を含有するトウモロコシ油の一連の赤外線スペクトルを含む。水濃度を、３７００ｃｍ−１〜３０５０ｃｍ−１の−ＯＨ伸長領域を用いて測定した。データは、プロセスＦＴＩＲを用いて、油データ中のリアルタイム水濃度を生成したことを示した。リアルタイム水濃度データを用いて、三相遠心分離機のプロセス変数（例えば、供給速度、重力、入口流量、スクロール速度）を制御した。三相遠心分離機の操作は、水の設定点を超えずに、最高品質のトウモロコシ油を得るかまたはスループットを最大にするように制御され得る。
【０２７９】
リアルタイム抽出剤監視を用いて、抽出剤の熱分解を検出し、監視した。リアルタイムでのこれらの熱分解生成物の検出を用いて、抽出剤の改善またはプロセスからの汚染された抽出剤の除去を開始する。
【０２８０】
図２１は、イソブタノール富化ＣＯＦＡのリアルタイム測定の例である。フローセル中のダイヤモンドＡＴＲサンプリングプローブを用いたＭｅｔｔｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  ＲｅａｃｔＩＲ（商標）２４７を用いて、データを収集した。ＣＯＦＡ流を１インチの直径のＫａｒｒ（登録商標）カラムの出口から収集し、蠕動ポンプを用いてＦＴＩＲに注入した。イソブタノールを入れたＣＯＦＡ標準を作成し、多変量ＰＬＳモデルを生成することによって、ＦＴＩＲを校正した。
【０２８１】
実施例８
液滴径の分析
この実施例には、発酵ブロスおよび抽出剤（ＣＯＦＡ）を含有するプロセス流をスタティックミキサーに送った後の液体抽出剤液滴の分析が記載されている。プロセス流がスタティックミキサーを出た約２４時間後に、ＰＶＭ（登録商標）プローブ（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ，ＬＬＣ，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ  ＯＨ）をプロセス流に挿入した。ＰＶＭ（登録商標）プローブを用いて、発酵運転中、２分ごとに画像を収集した。画像は、サイズが直径５０〜８０μｍの範囲のＣＯＦＡ液滴およびサイズが直径２００〜４００μｍの範囲のＣＯ２気泡の両方の存在を示した。スタティックミキサーの後の発酵ブロスおよびＣＯＦＡを含有するプロセス流中の液滴径の監視を用いて、ＣＯＦＡ液滴中へのイソブタノールの良好な物質移動を確実にするために、液滴が特定の平均直径未満に確実に保たれるようにする。
【０２８２】
また、ＰＶＭ（登録商標）プローブを用いて、発酵装置へと流れが戻る前に、希薄なブロス流中のＣＯＦＡ液滴を撮像した。この流れ中のＣＯＦＡ液滴の検出は、発酵装置に戻るＣＯＦＡの量を示す。ＰＶＭ（登録商標）プローブを用いて、発酵中、２分ごとに流れの画像を収集した。スタティックミキサーを出る流れと異なり、希薄なブロス流は、より少なくかつより小さい液滴（１０〜４０μｍ）を有していた。これらの測定は、発酵装置に戻るＣＯＦＡの量を監視するためにプロセスイメージングを使用する実現可能性を実証する。
【０２８３】
両方の標本点（ｓａｍｐｌｅ  ｐｏｉｎｔ）からのリアルタイム平均液滴径データを用いて、発酵ブロスおよびＣＯＦＡの相分離を監視した。希薄な発酵ブロスの再利用流（イソブタノール抽出後）中で検出された小さいＣＯＦＡ液滴の濃度または数の増加は、発酵ブロスの相分離の指標であり得、ＣＯＦＡは、分解しており、多過ぎるＣＯＦＡが抽出器を出ている。相分離の質を向上させ、希薄なブロス流中の発酵装置に戻るＣＯＦＡ液滴の数または濃度を減少させるために、平均ＣＯＦＡ液滴径が、スタティックミキサーの後に増加される。
【０２８４】
平均ＣＯＦＡ液滴径に影響を与え得るさらなるプロセス変数としては、発酵ブロス中の多糖類の濃度、発酵ブロス対ＣＯＦＡの比率、およびスタティックミキサーを通る総流量が挙げられる。発酵が進行するにつれて、流量および／または発酵ブロス対ＣＯＦＡの比率が、一定の平均ＣＯＦＡ液滴径を維持するように変化され得る。
【０２８５】
実施例９
抽出機の設計
この実施例には、大規模な抽出器ユニットを設計するための方法が記載されている。パイロット規模抽出からのデータを用いて、大規模な抽出器ユニットのサイズを推定する。パイロット規模抽出からの抽出器ユニットの流れの相分離に対する流量、撹拌速度、および内部の存在または非存在の影響が決定される。総流量および発酵ブロス流量対抽出剤流量の比率は、発酵の間、固定の温度で変化され、相分離が中断する条件が観察される。抽出器ユニット流れ表面積の平方フット当たりの抽出器ユニットへの達成可能な最大流量を記録する。下式を用いて、単位面積当たりの流量を決定する：
【数１】
0006653576.tif 000007
Ｕ＝単位面積当たりの流量（ガロン／分／平方フット）
Ｆ＝抽出器ユニットへの発酵ブロスおよび抽出剤の総流量（ガロン／分）
Ａ＝流れの方向における断面積（平方フィート）
抽出塔の場合、これは、下式によって示される。
【数２】
0006653576.tif 000008
Ｄ＝カラム直径（フィート）。
【０２８６】
大規模な抽出器ユニットの直径が、下式を用いて、抽出器ユニットへの発酵ブロスおよび抽出剤の予測流量によって推定される：
【数３】
0006653576.tif 000009
Ｆ大規模＝大規模な抽出器への発酵ブロスおよび抽出剤の総流量（ガロン／分）。
【０２８７】
パイロット規模抽出器ユニットの高さが、内部が存在する場合および存在しない場合の異なる流量を含む異なる流量範囲、異なる撹拌速度、および生成物アルコールの異なる濃度で測定される。このデータを用いて、抽出器ユニットの高さによって得られる理論段の数が、クレムザーの式（Ｋｒｅｍｓｅｒ  Ｅｑｕａｔｉｏｎ）を用いて推定される（Ｓｅａｄｅｒ  ａｎｄ  Ｈｅｎｌｅｙ，Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，２００６，ｐｐ．３５８−３５９）：
【数４】
0006653576.tif 000010
【数５】
0006653576.tif 000011
Ｆブロス＝抽出器ユニットへのブロスの流量（ガロン／分）
Ｆ抽出剤＝抽出器ユニットへの抽出剤の流量（ガロン／分）
ｍ＝発酵ブロスおよび抽出剤相中の生成物アルコールの分配係数（ｇ／Ｌ当たりのｇ／Ｌ）
Ｘｆ＝発酵ブロス原料中の生成物アルコールの濃度（ｇ／Ｌ）
Ｘｎ＝抽出器ユニットを出る発酵ブロス中の生成物アルコールの濃度（ｇ／Ｌ）
Ｙｓ＝抽出器ユニットに入る抽出剤中の生成物アルコールの濃度（ｇ／Ｌ）
ｎ＝抽出器ユニットの高さによって得られる理論段の数
式３は、Ｅ≠１である場合のみ有効である。
【０２８８】
抽出器ユニットの理論段の高さが、パイロット規模抽出に使用される抽出塔の高さを、所与の実験で実現される理論段の数で除算することによって示される。大規模な分離を達成するのに必要とされる理論段の数が、式４：
【数６】
0006653576.tif 000012
（式中、’は、大規模な抽出器ユニットの条件を示す）で大規模に予測される運転条件を用いて推定される。
【０２８９】
同様の流量条件について測定される理論段の数および理論段の高さの積により、大規模な抽出器ユニットの全高が推定される。大規模な抽出器ユニットで予測される流量および濃度が、動的発酵モデルを用いて推定される（例えば、Ｄａｕｇｕｌｉｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｂｉｏｅｎｇ．２７：１３４５−１３５６，１９８５）。
【０２９０】
本発明の様々な実施形態を上に説明してきたが、それらは例として示されたに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の形態および細部の様々な変更を行うことができることが、関連技術の当業者に明らかであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによって限定されるものでもなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにしたがって規定されるものである。
【０２９１】
本明細書に記載される全ての刊行物、特許および特許出願は、本発明が関する技術分野の当業者の技能のレベルを示し、それぞれの個々の刊行物、特許または特許出願が参照により援用されることが具体的にかつ個々に示されているのと同程度に、参照により本明細書に援用される。
【図１】
0006653576.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0006653576.tif 000019
【図７Ａ】
0006653576.tif 000020
【図７Ｂ】
0006653576.tif 000021
【図７Ｃ】
0006653576.tif 000022
【図７Ｄ】
0006653576.tif 000023
【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１０−５】
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【図１０−６】
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【図１０−７】
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【図１０−８】
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【図１０−９】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【配列表】
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