(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５から１００ミクロンの間の最小寸法および少なくとも１０００のＨＥＶを有する複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を規定する、水和した親水性ポリマーの固体構造体と、
前記内部構造中に不可逆的に保持された微生物の集団であって、完全に水和した場合の前記固体構造体の外部によって規定される容量に基づいて、少なくとも６０グラム／リットルの濃度である、微生物の前記集団と
を含む生体触媒であって、前記微生物が、その集団を安定に維持する、生体触媒。
【請求項２】
前記ＨＥＶが少なくとも２０，０００であり、前記固体構造体の内部の微生物の濃度が、前記固体構造体の外部によって規定される容量に基づいて、少なくとも１００グラム／リットルである、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項３】
前記固体構造体が、１から１０ミクロンの間の平均直径を有し、外側皮膜の表面積の１〜３０パーセントを構成する孔を有する外側皮膜を形成する、請求項２に記載の生体触媒。
【請求項４】
前記主空洞が不活発である、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項５】
前記微生物のエキソネットワークを含む、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項６】
ポリサッカライドをさらに含む、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項７】
固体吸着剤をさらに含む、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項８】
リン光性材料をさらに含む、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項９】
少なくとも１種の単離された酵素をさらに含む、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項１０】
前記微生物集団が、少なくとも１つの表現型変化を示す、請求項１に記載の生体触媒。
【請求項１１】
請求項１に記載の生体触媒を作製するための方法であって、
（ａ）．親水性ポリマーの可溶化された前駆体および前記生体触媒のための微生物の液体分散物を形成する工程であって、前記液体分散物中の微生物の濃度は、少なくとも６０グラム／リットルである、工程と、
（ｂ）．前記分散物を固化条件に供して、前記親水性ポリマーの固体構造体を形成する工程であって、前記固体構造体は、前記微生物を含む複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を有し、前記主空洞は、５から１００ミクロンの間の最小寸法を有し、前記固体構造体は、少なくとも１０００のＨＥＶを有し、前記固化条件は、前記微生物の前記集団に過度に有害な影響を与えない、工程と、
（ｃ）．前記微生物が、その集団を安定に維持する表現型変更を起こし、前記固体構造体の内部に不可逆的に保持されるのを可能にするのに十分な時間にわたって、前記固体構造体の内部の前記微生物の前記集団に有害な影響を与えない条件下で、微生物を含む前記固体構造体を維持する工程と
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の生体触媒を、基質の存在を含む代謝条件に供して、前記基質を生体生成物に生物変換する工程を含む、代謝プロセス。
【請求項１３】
毒素が存在し、前記生体触媒が、前記毒素に対する増加した耐性を示す、請求項１２に記載の代謝プロセス。
【請求項１４】
前記生体生成物が、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、酢酸、プロピ
オン酸、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、酪酸、アセトン、メチルエチルケトンおよびコハク酸のうち少なくとも１種を含む、請求項１２に記載の代謝プロセス。
【請求項１５】
水中の可溶性ホスフェートの生物学的還元のための方法であって、
（ａ）．前記水中のホスフェートの濃度を低減させ、ホスフェート含有微生物を含む生体触媒を提供するのに十分な時間にわたって、ホスフェート蓄積条件下で、前記水を、バイオリアクタにおいて、ホスフェート蓄積微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程であって、前記ホスフェート蓄積条件が、前記微生物内のポリヒドロキシアルカノエートの存在および前記水中の好気性条件または無酸素性条件の存在を含む、工程と、
（ｂ）．前記微生物由来のホスフェートを水性媒体中に放出するのに十分な前記水性媒体において、ホスフェート含有微生物を含む前記生体触媒を嫌気性条件に供して、ホスフェートに富んだ水性媒体を提供する工程と、
（ｃ）．工程（ａ）での使用のために、前記ホスフェートに富んだ水性媒体から前記生体触媒を分離する工程と
を含む、方法。
【請求項１６】
金属または半金属の少なくとも１種の可溶性化合物を含む水を処理するための方法であって、
（ａ）．前記可溶性化合物を還元するための微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を含む反応ゾーン中に前記水を連続的に導入する工程と、
（ｂ）．前記水中の前記少なくとも１種の前記可溶性化合物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水を前記生体触媒と接触させる工程と、
（ｃ）．前記金属または半金属の酸化状態を代謝的に還元するのに十分な代謝条件下で前記生体触媒を維持して、元素の金属もしくは半金属またはその沈降した化合物を形成する工程と、
（ｄ）．前記生体反応ゾーンから、低減された濃度の前記少なくとも１種の可溶性化合物を有する水を引き出す工程と
を含む、方法。
【請求項１７】
気相中に含まれる基質を生体生成物に生物変換するための方法であって、
（ａ）．前記気相を請求項１に記載の生体触媒と連続的に接触させる工程であって、代謝的生物変換に適した温度で、前記基質の少なくとも一部分の生体生成物への前記生物変換をもたらすのに十分な時間にわたって行うものである、工程と、
（ｂ）．生体触媒を完全に水和するのに十分な時間にわたって、工程（ａ）の生体触媒の少なくとも一部分を、水性媒体中での少なくとも１回の浸漬工程へと、サイクルする工程と、
（ｃ）．生体触媒および前記少なくとも１回の浸漬工程の水性媒体を分離する工程と、
（ｄ）．工程（ａ）のために、前記分離された生体触媒の少なくとも一部分を使用する工程とを含む、方法。
【請求項１８】
生物変換のための微生物の存在を含む前記生物変換条件下で、水性媒体中に含まれる基質を生体生成物に生物変換するための方法であって、抗微生物剤が、夾雑する微生物を制御するのに十分な量で前記水性媒体に提供される方法において、改善が、前記生物変換のための前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を使用することによって、前記生物変換のための前記微生物に対する前記抗微生物剤の影響を減弱させることを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の生体触媒を含むデバイス。
【請求項２０】
異化プロセスである、請求項１２に記載の代謝プロセス。
【請求項２１】
前記異化プロセスが還元プロセスを含む、請求項２０に記載の代謝プロセス。
【請求項２２】
前記基質が、ナイトレート、パーコレート、味覚および臭気化合物、塩素付加炭化水素、１，４−ジオキサン、ならびに硫黄、リン、セレン、タングステン、モリブデン、ビスマス、ストロンチウム、カドミウム、クロム、チタン、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、ヒ素、バナジウム、ウラン、ラジウム、マンガン、ゲルマニウム、インジウム、アンチモン、水銀および希土類金属のオキシアニオン、ヒドロキシルまたは可溶性塩のうち少なくとも１種を含む、請求項２０に記載の代謝プロセス。
【請求項２３】
嫌気性消化である、請求項２０に記載の代謝プロセス。
【請求項２４】
前記異化プロセスが酸化プロセスを含む、請求項２０に記載の代謝プロセス。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互参照］
各々、その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする、以下の米国仮特許出願番号に対する優先権を主張する：
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２１号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２２号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２３号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２４号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２５号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９２９号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９３０号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９３２号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９３３号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９３５号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９３９号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９４０号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９４３号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９４５号；
２０１２年６月１５日出願の６１／６８９，９５３号；
２０１３年２月１日出願の６１／８４９，７２５号；
２０１３年２月２０日出願の６１／８５０，６３１号；
２０１３年３月８日出願の６１／８５１，４６７号；および
２０１３年３月１５日出願の６１／８５２，４５１号。公法１１２−２９の適用可能なセクションに基づいて特許性の決定がなされる権利が、本出願により留保される。
【０００２】
［連邦に支援された研究または開発に関する陳述］
水中で超低濃度での１，４−ジオキサンの連続的分解のための生体触媒の使用は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈによって授与された契約１Ｒ４３ＥＳ０２２１２３−０１の下での政府の支持を使用して、最初に実施に移された。政府は本出願に対して特定の権利を有する。
【０００３】
［発明の分野］
本発明は、新規生体触媒およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
代謝プロセスは、同化性生物変換および異化性生物変換のために長きにわたって提唱されてきた。種々の型の微生物が、これらの生物変換のために提唱されており、これには、その両方が原核生物である細菌および古細菌；真菌ならびに藻類が含まれる。代謝プロセスは、自然によって使用されており、いくかは、ヨーグルトの培養およびアルコールを生成するための糖の発酵から、夾雑物を除去するための水の処理までの範囲の、同化性生物変換および異化性生物変換のために、数千年にわたって人類による使用に適合されてきた。代謝プロセスは、低いエネルギー消費、比較的安価な処理設備における高い効率の生物変換の可能性を提供し、したがって、化学的な合成および分解の方法とは代替的に実行可能であり得、しばしば実行可能である。しばしば、同化プロセスは、再生可能または環境的観点から好ましいが、化学的合成、例えば、二酸化炭素のバイオ燃料および他の生体生成物への変換にとって望ましくない原材料を使用し得る。異化性生物変換は、基質を分解でき、長きにわたって廃水処理に使用されてきた。産業的使用のために代謝プロセスを改善すること、ならびに種々の代謝プロセスの代替法を化学的な合成および分解まで拡大することにおいて、かなりの興味が存在している。
【０００５】
多数の型のプロセス技術が、同化性生物変換および異化性生物変換のために提唱されてきた。これらのプロセスは、懸濁された微生物の使用、即ち、プランクトンプロセスを含む。また、固体支持体上または固体支持体内に微生物が位置付けられたプロセス技術が、開示されている。
【０００６】
研究者は、代謝プロセスを改善することおよび商業目的のために十分に経済的に実行可能な代謝プロセスを提供することにおいて、種々の課題に直面する。いくつかの問題は、毒素、ファージおよび外来性の競合的微生物の存在を含め、原料自体に固有であり得る。低い代謝変換速度、低い集団増殖速度、自己変異、集団増殖を支持するための基質の顕著な消費、誘導剤、共代謝物、促進剤および性能増強添加剤の必要性、ならびに求められる代謝的変換を有する微生物の欠如などの他の問題が、生物変換に使用される微生物から生じ得る。そして、水性発酵ブロスから生体生成物を回収する際の費用などのなおさらなる問題が、生物変換に使用されるプロセスから生じ得る。特に支持された微生物を用いると、その物理的分解；窒息を引き起こす微生物の集団の過剰増殖；支持体からの微生物の剥がれ落ち；および競合的微生物に対する感受性を含む問題が、バイオフィルムの不安定性から生じ得る。さらに、代謝プロセスは、死んだまたは溶解した細胞からの固体残骸を生じるとして特徴付けられ、この残骸は、これらの固体を除去するためのプロセスにおいて引き受けられる必要がある。ある場合には、この残骸は、エタノールの製造からの蒸留穀物残渣などの飼料栄養補助剤としての価値を有するが、都市廃水の処理のためなどの他の代謝プロセスでは、環境的に受容可能な様式で残骸を廃棄するために費用が発生し得る。これらの問題の１つまたは複数を克服するために提唱されている遺伝子操作は、それ自体に問題があり得る。
【０００７】
細菌、古細菌、真菌および藻類が含まれるがこれらに限定されない微生物は、表面に付着または接着されることが可能である。表面上でのバイオフィルムの形成を含む、表面上でのプランクトン増殖から微生物の増殖までの変化の影響に関する研究がなされてきた。幾人かの研究者は、動物またはヒトの身体を治癒するための抗生物質処理の効力を増強するために、動物またはヒトの身体においてバイオフィルムを防止または分解することを調査してきた。
【０００８】
Ｔｕｓｏｎらは、ＤＯＩ：１０．１０３９／ｃ３ｓｍ２７７０５ｄとして引用可能な「Ｂａｃｔｅｒｉａ−ｓｕｒｆａｃｅ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ」、Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｔｅｒ、第１巻、６０８号（２０１３）において、細菌−表面相互作用の分野における研究の総説を提供している。著者らは、微生物を表面に付着させることに関与するプロセスを記載しており、表面への付着が細胞における表現型切り替えを引き起こし、この表面が、付着した細胞に対して利益を提供し得ると唱えている。著者らは、表面に会合した細菌の増殖を刺激する有機物が水平表面において濃縮し得、漸増する基質表面積が、栄養素が吸収され得るより大きな面積を提供し、増殖を支持するには通常低すぎる栄養素濃度において細胞が増殖するのを可能にすると唱えている。著者らはさらに、栄養素の捕捉を促進する表面付着に加えて、ある種の細菌が、それらが接着する表面から直接的に、必要な代謝物および補因子を得ると述べている。
【０００９】
この論文において報告された観察のいくつかには、表面上での群集への細胞増殖の核形成が、捕食および他の環境的な脅威から細胞を保護し、遺伝子型の保存を促進することが含まれる。著者らは、微生物がバイオフィルムを形成する場合、抗生物質処理に対する抵抗性が観察されたと唱えている。この抵抗性は、バイオフィルムマトリクスの障壁機能；休眠中の生残菌細胞および高度に抵抗性のコロニーバリアントの存在、ならびにいくつかのバイオフィルム特異的抗生物質抵抗性遺伝子の上方制御、のうちの１つまたは複数に帰されてきた。研究者の１つのグループは、バイオフィルムと会合していないいくつかの接着性細胞が、細菌細胞上の正味の負の電荷を低減させ、膜の安定性を増強する一次機構に起因して、抗生物質に対する抵抗性を有すると主張している。Ｔｕｓｏｎらは、表面への細菌の付着が、その代謝状態を変更し、細胞増殖の定常期の間の細菌の共通の特徴である抗生物質感受性を低減させるという、１つの論文において引き出された結論を指摘している。
【００１０】
細菌と表面との会合に関する細胞活性に関して、著者らは、表面センシングが、協調挙動、迅速な群集増殖および群集の遊走を促進する形態学的変化を細胞と表面との間の接触がプログラムする重要な適応挙動であるスウォーミングの前触れであると議論している。スウォームまたはバイオフィルムなどの細菌群集中の細胞は、いくつかの異なる方法で互いに相互作用する。細菌は、クオラムセンシングと呼ばれるプロセスにおいて、小分子化学メッセンジャーの使用を介して連絡することが可能である。
「細菌群集中の細胞の高密度の充填は、細胞間で情報を伝達し生理学的変化を誘発する小分子の濃度における増加を促進する。表面にごく接近した化学物質勾配の形状は、表面に付着したバイオフィルムおよび群集内の化学的情報の交換を増強する。」
【００１１】
Ｃｈｏらは、「Ｓｅｌｆ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｂａｃｔｅｒｉａｌ  Ｃｏｌｏｎｉｅｓ：Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｃｒｏｗｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」、ＰＬＯＳ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、第５巻、１１号、２００７年１１月、２６１４〜２６２３頁において、マイクロチャンバ中のＥ．ｃｏｌｉが、潜在的な「殺到」様の出口の遮断なしにマイクロチャンバの境界からの漏れ出しに向かうコロニー増殖を提供し、コロニー中への栄養素輸送を促進するためのチャネルを提供するために連絡するという知見を記述している。
【００１２】
Ｔｕｓｏｎらは、表面に対する細胞の付着の形成のための工程をさらに記載している。最初の付着は可逆的であり、水力学的相互作用および静電気的相互作用を含み、付着の第２の工程は不可逆的であり、外側細胞壁の疎水性領域と表面との間のファンデルワールス相互作用を含む。不可逆的付着は、細胞外ポリマー性物質の生成によって促進される。
「熱力学は、表面に対する細菌の結合を調節する際に中心的な役割を果たす。細胞は、細菌の表面エネルギーが、細胞が懸濁された液体の表面エネルギーよりも大きい場合に、親水性材料（即ち、大きい表面エネルギーを有する材料）に、優先的に付着する。細菌の表面エネルギーは典型的に、細胞が懸濁された液体の表面エネルギーよりも小さく、この不一致が、細胞を、疎水性材料（即ち、より低い表面エネルギーを有する材料）に優先的に付着させる。細菌は、ガラス、アルミニウム、ステンレス鋼、種々の有機ポリマーが含まれる広範な種々の異なる材料に、およびＴｅｆｌｏｎ（商標）などの必要とされる材料について、付着することが可能である。」
【００１３】
Ｔｕｓｏｎらは、表面センシングが、種々の細胞変化を誘発することを報告している。これらの変化の多くは、形態学的であり、表面への付着を促進する。彼らは以下のように述べている：
「興味深いことに、表面の物理的特性は、細胞の形態および群集の構造に影響を与え得る。」・・・「細胞は、疎水性表面に均一に接着し、微小コロニーを形成し、緊密に充填された多層バイオフィルムへと増殖する。より少ない細胞が親水性表面に付着し、細胞分裂における変化は、１００μｍ長を超える細胞の鎖の形成を導く。これらの鎖は、緩く絡まって、比較的構造化されておらずあまり高密度に充填されていないバイオフィルムを形成する。」
【００１４】
Ｔｕｓｏｎらは、その結びの言葉において、以下のように述べている：
「細菌および表面の相互作用についての我々の理解は、非常に不完全である。このテーマは、以下を含むさまざまな分野へと広がるように系統立てられた学際的なアプローチから利益を受ける態勢になっているので、微生物学者と材料科学者、化学者およびエンジニアとの間の共同研究に理想的に適していると思われる：（１）細菌によって感知される表面の特性を同定すること；（２）表面を送るために使用される細菌の分子機構およびそれらの生化学的応答を解明すること；および（３）形態における変化、生体エネルギー論における変更または細胞死を含む望ましい細胞応答を惹起するために表面特性を如何にしてモジュレートするかを決定すること。」
【００１５】
多くの提案が、多量の同化性生物変換および異化性生物変換をもたらすために微生物のための固体担体または支持体を使用することについて存在する；しかし、固体を使用することによって提供される潜在的なプロセスの利点にもかかわらず、商業的成功は、比較的少数の適用に限定されてきた。提案は、担体の表面上もしくは担体の孔中に支持される微生物について、および担体内に位置付けられる微生物について、提供されている。例えば、Ｚｈｏｕら、「Ｒｅｃｅｎｔ  Ｐａｔｅｎｔｓ  ｏｎ  Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ、Ｒｅｃｅｎｔ  Ｐａｔｅｎｔｓ  ｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２００８、２、２８〜３５を参照のこと。
【００１６】
一般的な規則として、固体残骸は、例えば、担体上に形成されたバイオフィルムの不安定性からならびに細胞塊の死および劣化から、生物学的活性の結果として生じる。例えば、Ｓａｔｏらは、米国特許第６，６１０，２０５号において、熱可塑性微生物担体を使用して有機廃水を硝化および脱窒するためのプロセスを開示している。特許権者らは、単一の担体が、好気性条件および嫌気性条件を必要とする両方の生物変換に影響を与え得ると断定している。この担体は、一旦形成されると、微生物を含む活性化汚泥と接触させられる。特許権者らは、硝化細菌が、担体の表面で「厚く増殖」し、脱窒細菌が、「担体上に吸着され、それにより、その担体上でしっかりと固定化される」と述べている。その図１は、この担体を使用する装置を示しており、汚泥を除去するための沈殿槽９を含んでいる。したがって、かかるプロセスは、支持体または担体から残骸を除去するための手段を必要とすると思われる。
【００１７】
数人の研究者は、溶液、分散物または乳濁物として、微生物およびポリマーの水性混合物を形成した。固体構造体の内部に微生物を含む固体構造体を取得するために、幾人かの研究者は、この混合物を噴霧乾燥させ、他の研究者は、架橋を提案した。以下の議論は、微生物もまた含む水性媒体から固体構造体を形成するための提案の例示として提供される。
【００１８】
Ｈｉｎｏらは、米国特許第４，１４８，６８９号において、キセロゲルを取得するために、特定の均質ゾル中に微生物を分散させ、次いで、この混合物をゲル化させ、それを化学的に処理することによる、または乾燥させることによる、親水性複合ゲル中での微生物の使用を開示している。このキセロゲルは、望ましい強度を保有すると言われ、ゲル化した水溶性ポリマー、例えば、天然ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールおよびポリエチレンイミンならびにシリカから構成されている。実施例において使用されたキセロゲルは、生物変換を提供するように見えるが、懸濁された細胞の発酵よりも低い活性においてである。実施例のほとんどが、短い持続時間、例えば、３０時間未満にわたって生物活性を実証しているように見える。より長い持続時間にわたって活性を報告しているように見える実施例もまた、経時的な非活性化を示す。実際、特許権者らは、自分たちのキセロゲルの利点が、ポリマーが非活性化の際に回収およびリサイクルできることであると企図している。第９欄、第６６行目以下を参照のこと。
【００１９】
Ｆｕｋｕｉらは、米国特許第４，１９５，１２９号において、微生物細胞を光硬化性樹脂と混合し、この混合物に照射して、固定化された細胞を含む硬化生成物を提供することを開示している。この生成物は、実施例によれば、遊離細胞懸濁物の生物活性を有さない。特許権者らは、長い持続時間にわたる固定化された細胞の性能に関するデータを全く提供していない。
【００２０】
Ｙａｍａｄａらは、米国特許第４，５４６，０８１号において、アルコールを生成するための、酵母を用いた連続的発酵のためのプロセスを開示している。この酵母は、発酵のための容器内に次いで位置付けられる薄いフィルム中に固定化される。特許権者らは、酵母を含むフィルムを作製するためのいくつかの異なる技術を列挙している。酵母およびポリビニルアルコールの混合物が照射によってゲル化され、望ましい形状へと形成されるプロセスではあるが、種々の技術によって調製されたフィルム間の性能の差異は、この特許において具体的に列挙されていない。
【００２１】
Ｉｓｈｉｍｕｒａらは、米国特許第４，７２７，０３０号において、微生物細胞を含む成形された多孔性物品を取得することを、目的として有している。彼らは、酵素または細胞を固定化するためのプロセスを開示しており、これらの酵素または細胞は、ポリビニルアルコールおよび活性炭と混合され、次いでこの混合物は、部分的に乾燥され次いで成形され、特定の条件下でさらに脱水される。多孔性ゲルは、水和の際にほとんど膨張しないと言われている。
【００２２】
１９９０年代には、Ｐｅｇａｓｕｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓと呼ばれるプロセスが日本において開発され、例えば、Ｓｔｏｗａ  Ｐａｇａｓｕｓ／Ｐｅｇａｚｕｒ／Ｂｉｏ−ｔｕｂｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｈｅｅｔｓ、２００６年６月１３日を参照されたいが、このプロセスは、ポリエチレングリコールの混合物から構成される有機ゲルペレットおよび活性化汚泥の硝化を使用する。この文書においてＫＲ９３１２１０３として言及される同じ特許ファミリー中の米国特許第４，７９１，０６１号もまた参照のこと。これらのペレットは、約６０マイクロメートルのバイオフィルム厚と共に、３ミリメートルの直径ならびに１５パーセントのポリエチレングリコール分率および２パーセントの微生物分率を有すると言われている。この特許は、活性化汚泥およびプレポリマーを含む混合物からペレットを調製し、多価金属イオンおよびパースルフェートの水溶液中にこの混合物を滴らせて、固定化された微生物を有する粒子を形成することを開示している。このプロセスは、ペレットを形成する際の微生物の活性における喪失を低減させると断定されている。
【００２３】
Ｃｈｅｎらは、米国特許第５，２９０，６９３号において、ポリビニルアルコールのビーズ上で微生物または酵素を固定化している。彼らは、ポリビニルアルコールおよび微生物の混合物を形成し、次いで、ホウ酸および次いでリン酸またはホスフェートを使用する、２段階のゲル化および硬化工程を実施している。特許権者らは、自分たちのプロセスが、固定化された微生物または酵素に対して有害であることなしに、強いビーズを提供すると述べている。実施例は指示的である。例えば、実施例１は、１００ｐｐｍの硝酸カリウムを含む水の脱窒のためにビーズを作製および使用することに関する。彼らは、第５欄の第７〜１１行目において、以下のように述べている：
「７日目に、固定化された微生物の脱窒速度は、０．６５ｍｇ  ＮＯ３１−Ｎ／ｇゲル／ｈ（原文ママ）に達し、これは、３０日目まで変化しないままであった。微生物の生化学的活力は安定なままであった。」
【００２４】
ビーズを作製するために使用される溶液は、約２５ｇ／Ｌの脱窒汚泥微生物を含んだ。この実施例は、微生物の集団の７日間の増殖が、活性を達成するために必要とされたこと、および３０日後に安定な活性が失われたことを示しているように見える。ＰＶＡをゲル化および硬化するためにホウ酸のみを使用した、この実施例において報告された比較コントロールは、０．５５ｍｇＮＯ３−−Ｎ／ｇゲル／ｈの脱窒速度を提供し、１５日後に不安定になった。実施例２および３は、それぞれ１０日間および２０日間にわたって延長された連続的実行についてのデータを報告している。実施例４は、Ｓａｃｃｈｒａｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓａ（ポリビニルアルコールとの混合物中約１５ｇ／Ｌ）を使用したエタノールの生成に関しており、８時間だけの使用が、エタノール生成において、支持されていない酵母よりも僅かに劣った固定化された微生物を含むビーズで報告された。
【００２５】
Ｎａｇａｄｏｍｉらは、「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ａｑｕａｒｉｕｍ  Ｗａｔｅｒ  ｂｙ  Ｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇ  Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｂａｃｔｅｒｉａ  Ｕｓｉｎｇ  Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ  Ｂｅａｄｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、８７、２、１８９〜１９３（１９９９）において、Ｃｈｅｎらの観察を確認している。彼らは、ホウ酸が微生物に対して有害であることを見出した。彼らは、アルギネートビーズおよびポリビニルアルコールビーズ中に固定化された微生物の集団の増殖もまた観察した。著者らによって報告されたデータは、１５日間の操作を大きく超えて延長することはなかった。
【００２６】
Ｗｉｌｌｕｗａｉｔらは、米国特許第７，３８４，７７７号において、ポリマー性マトリクス中に細菌を固定化している。これらのマトリクスは、微生物の徐放のために使用されている。第３欄、第６３〜６７行目において以下のように説明されている：
「浄化プロセスによって、カプセル／球状物またはゲルの保持限度に到達し、壁が破裂する、即ち、微生物が放出されるまで、これらの微生物は繁殖する。」
【００２７】
したがって、代謝プロセスを改善することに向けられる活動の大部分が、例えば遺伝子操作を介して、微生物の遺伝子型を変化させることに焦点を当ててきたことは、驚くに値しない。遺伝子型変更は、顕著な経費で行われる場合が多く、微生物から求められる性能を取得するためにかなりの時間を必要とする。典型的には、ほとんどの遺伝子操作された微生物は、頑健性を欠く、例えば、ゆっくりと増殖し、侵入微生物に対して競合的に不利な立場に置かれ、商業的規模のバイオリアクタを満たすのに十分な量にまでスケールアップする間に、および生物変換プロセス自体の間に、プラスミドの喪失に供される。さらに、遺伝子操作された微生物は、環境に漏れ出さないように注意深く封じ込める必要があり得、遺伝子操作された微生物を使用した代謝プロセスからの残骸の処分は、危険廃棄物として処理され得る。
【発明の概要】
【００２８】
本発明の微生物含有生体触媒は、生体触媒の内部に不可逆的に保持された微生物の大きい集団を有し、生体触媒は、微生物の驚くほど安定な集団、およびしたがって安定な生物活性を保有し、微生物の代謝活性からの残骸生成が実質的に存在せず、生体触媒は、延長された時間期間にわたってこれらの現象を示し得る。これらの現象は、微生物が物理的に制限された領域から漏れ出る、または物理的に制限された領域が詰まるもしくは過剰生息して代謝活性の喪失を導き、微生物の集団の最終的な死を導くという、従来の予想とは対照的である。
【００２９】
本発明の生体触媒中の微生物は、内側と組み合わせて、生体触媒の構造を含む空洞（キャビティ）が、微生物およびそれらの集団の増殖から生物変換活性（同化または異化）への代謝シフト；毒素に対する増強された耐性；延長された時間期間を考慮しても実質的な状態の均衡状態に入る増強された能力；ならびに基質を効率的に生物変換する増強された能力が含まれるがこれらに限定されない高度に有利な生体触媒を提供するという、表現型変更を示す。これらの表現型変化は、有利な代謝プロセス、特に、延長された時間期間、好ましくは少なくとも約３か月間、好ましくは少なくとも約６か月間、頻繁には１２か月間または２４か月間を超える、時折、５年以上もの長さにわたって望ましい生物変換活性を本発明の生体触媒が提供する代謝プロセスを提供するために、生物変換をもたらす微生物が生体触媒の内部中に保持されるという事実に、顕著に付け足される。
【００３０】
理論に束縛されることは望まないが、本発明の生体触媒がその内部中に微生物の安定な集団を有する能力は、生体触媒を作製する間に生じる、微生物に対する表現型変化に起因すると考えられる。これらの表現型変化は、３つの主要な因子の重なりに起因すると考えられる。第１は、生体触媒を作製するための、高濃度の微生物、例えば、１リットル当たり少なくとも約６０グラム、好ましくは少なくとも約１００グラムの細胞の使用であり、その結果、連絡が、生体触媒の形成の時点において、細胞間で生じ得る。細胞の質量に対する本明細書中の全ての言及は、湿細胞の質量に対する言及である。高濃度の細胞もまた、表現型変化が生じる際に好ましく、存在する場合でも微生物の集団における正味の増殖は、生体触媒中ではほとんど生じない。ある場合には、微生物の集団における正味の増殖は、定常状態集団が生じるまで、最大３倍または４倍であり得る。しかし、多くの場合には、定常状態にある微生物の集団は、生体触媒を調製する際に最初に使用される細胞の濃度のプラスまたはマイナス約５０パーセント、頻繁にはプラスまたはマイナス約３０パーセントである。
【００３１】
第２の主要な因子は、生体触媒が、形成される場合に、最小寸法が約５ミクロンと１００ミクロンとの間の複数の相互接続された主空洞（major cavities）中に微生物を含むことである。好ましくは、容量測定に基づいて、生体触媒の内部構造の少なくとも約２０パーセント、好ましくは少なくとも約５０パーセント（微生物を除く）が、この範囲の主空洞から構成される。より大きい大空洞が存在していてもよく、好ましくは、固体構造体の内部の約２５パーセント未満は、これらのより大きい主空洞から構成される。好ましくは、生体触媒中の相互接続された空洞は、不活発である。約５ミクロンと１００ミクロンとの間の最小寸法を有する相互接続された主空洞の高い優勢は、微生物が群集として表現型変更を起こすように、空洞中に位置付けられた微生物が連絡する能力を増強すると考えられる。
【００３２】
第３の主要な因子は、水和されているおよび親水性の生体触媒のポリマー性材料成分中にある。作製されている際に生体触媒の内部中に位置付けられる微生物、特に、主空洞およびより小さい空洞中の微生物は、表面の親水性を感知し、環境のこのセンシングもまた表現型変化に寄与すると考えられる。ポリマー性材料は高度に水和しているが、使用の見込まれる条件下で生体触媒中のポリマー性材料が水中に溶解も分散もされない、十分な疎水性をなおも含む。ポリマーの親水性および疎水性は、微生物が、生体触媒の内部中に実質的に不可逆的に保持されるようになるような親水性および疎水性である。生体触媒中での微生物の保持は、微生物によるセンシングおよびそれらの応答に起因するので、この不可逆的保持は、代謝的保持として記述され得る。生体触媒は、少なくとも約１，０００、好ましくは少なくとも約５，０００、最もしばしば少なくとも約１０，０００の水和膨張容量（ＨＥＶ）を有することを特徴とし得る。水和膨張容量は、ポリマー性材料の親水性を示し、ＨＥＶが高いほど、ポリマー性材料の親水性は高くなる。
【００３３】
したがって、その広い態様では、本発明の生体触媒組成物は、
約５ミクロンと１００ミクロンとの間の最小寸法および少なくとも約１０００、好ましくは少なくとも約５０００のＨＥＶを有する複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を規定する、水和した親水性ポリマーの固体構造体、ならびに
内部構造中に実質的に不可逆的に保持された微生物の集団であって、前記微生物は、完全に水和した場合の固体構造体の外部によって規定される容量に基づいて、少なくとも約６０グラム／リットルの濃度である、微生物の集団
を含み、微生物は、その集団を実質的に安定に維持する。
【００３４】
好ましくは、親水性ポリマーは、生体触媒組成物の外部上に皮膜もまた形成する。微生物は、生体触媒の内部中に実質的に不可逆的に保持されるようになることが見出されているが、一般に、微生物が、たとえあったとしても、ポリマーと顕著には直接接触していない場合、これらは、例えば細胞外ポリマー性物質の細線維またはポリマーの鎖を介して接触し得る。高い親水性のポリマーは、生体触媒の外部上の流体のフローなどの物理的ストレスの条件下で、生体触媒の外部表面に接着する微生物の能力を低減させると考えられる。
【００３５】
本発明の別の広い態様は、生体触媒組成物を作製するための方法に関し、この方法は、
ａ．親水性ポリマーの可溶化された前駆体および前記生体触媒のための微生物の液体分散物、好ましくは水性分散物を形成する工程であって、液体分散物中の微生物の濃度は、少なくとも約６０グラム／リットル、好ましくは少なくとも約１００グラム／リットルである、工程；
ｂ．前記分散物を固化条件に供して、親水性ポリマーの固体構造体を形成する工程であって、固体構造体は、前記微生物を含む複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を有し、前記主空洞は、約５ミクロンと１００ミクロンとの間の最小寸法を有し、固体構造体は、少なくとも約１０００、好ましくは少なくとも約５０００のＨＥＶを有し、前記固化条件は、前記微生物の集団に過度に有害な影響を与えない、工程；ならびに
ｃ．微生物が、その集団を実質的に安定に維持する表現型変更を起こし、固体構造体の内部に実質的に不可逆的に保持されるのを可能にするのに十分な時間にわたって、固体構造体の内部中の前記微生物の集団に有害な影響を与えない条件下で、微生物を含む固体構造体を維持する工程
を含む。
【００３６】
固化条件は、ある場合には、架橋剤の存在を含み得、前駆体は、可溶化されたプレポリマーである。代替的に、固化条件は、ポリマーが固化して固体構造体を形成するように、液体分散物の温度における低減を含み得る。しばしば、工程（ｂ）で形成された固体構造体内に包含されない液体分散物は、工程（ｃ）の間またはその前に分離される。
【００３７】
本発明の他の広い態様は、本発明の生体触媒が、前記基質を生体生成物に生物変換するための基質の存在を含む代謝条件に供される代謝プロセスに関する。代謝プロセスは、同化または異化であり得る。好ましいプロセスでは、微生物は、実質的に同じ代謝条件下でのプランクトン代謝と比較して、代謝シフトを示す。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に従う生体触媒の横断面の一部分のＳＥＭ画像を示す図である。
【図２】本発明に従う別の生体触媒の横断面の一部分のＳＥＭ画像を示す図である。
【図３】本発明に従う生体触媒を使用する光バイオリアクタの模式図である。
【図４】本発明の生体触媒を使用して都市廃水を処理するのに適した装置の模式図である。
【図５】廃水の処理における加水分解のために固体残骸を収集するためのゾーンもまた含む、廃水の硝化に使用されるバイオリアクタの模式図である。
【図６】水からホスフェートアニオンを除去するのに適した本発明の生体触媒を含む５つの流動バイオリアクタアセンブリを使用する装置の模式図である。
【図７】図６に例示される装置中に含まれるバイオリアクタアセンブリの模式図である。
【図８】図６に例示される装置中に含まれる各バイオリアクタアセンブリの操作のモードの配列を示す図である。
【図９】水を処理して、マクロ生物増殖を最小化するのに適した、任意選択の自己浄化型水供給システムを含む、本発明の生体触媒を含む装置の模式図である。
【図１０】コハク酸を作製するための本発明の生体触媒を使用するのに適した装置の模式図であり、この装置は順次的リアクタを使用する。
【図１１】コハク酸を作製するのに適した別の装置の模式図であり、リアクタは、二酸化炭素を使用して、ＰＥＰ生成からサクシネートアニオン生成へとサイクルされる。
【図１２】ブタノールが回収のために相分離される、ブタノールを作製するための装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
詳細な説明
この詳細な説明で言及される全ての特許、公開された特許出願および論文は、その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００４０】
定義
本明細書で使用する場合、以下の用語は、特に示さない限り、またはその使用の文脈から明らかでない限り、以下に示される意味を有する。
【００４１】
用語「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」の使用は、記載された要素のうち１つまたは複数を含む意図である。例示的な要素のリストは、記載された要素のうち１つまたは複数の組み合わせを含む意図である。用語「〜し得る（ｍａｙ）」とは、本明細書で使用する場合、要素の使用が任意選択であり、実施可能性に関するいずれの暗示を提供することも意図しないことを意味する。
【００４２】
生体触媒の固体構造体に接着するとは、微生物が、生体触媒の内部の空洞中に位置付けられ、その中に実質的に不可逆的に保持されるが、極端な条件および処理（即ち、微生物を使用した生物変換のための通常の生物変換条件ではない）が、ある場合には、微生物に生体触媒を抜け出させ得る場合があることを意味する。接着には、多孔性マトリクスの壁を形成するポリマーへの表面付着、ならびに保持された微生物がポリマー性表面に近接した、例えば、約１０または２０ミクロン以内であるが、その表面と直接接着しているわけではない場合が含まれる。したがって、接着には、物理的接着および静電気的接着が含まれる。ある場合には、生体触媒を作製するために使用されるポリマーは、細胞の周囲で、またはさらには微生物の細胞壁中もしくは細胞壁上で、細胞外ポリマー性物質中に包埋され得る。
【００４３】
アンモニウムカチオンには、アンモニウムカチオンおよび溶解されたアンモニアが含まれる。アンモニウムカチオン濃度を決定するための１つの試験は、サリチレート法試験Ｎ管、Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ  １００３１、ＤＯＣ３１６．５３．０１０７９、第７版である。
【００４４】
ＢＴＴ試験は、バッチ毒性耐性試験である。ＢＴＴ試験は、代謝条件下の水性媒体中の毒素に対する微生物の遊離懸濁物の耐性を、実質的に同じ出発細胞密度を提供するために多孔性マトリクス中ではあるが実質的に同じ代謝条件下での、実質的に同じ水性媒体中に提供された同じ微生物の耐性と比較する。被験毒素は、２４時間後の基質の生物変換が、毒素の非存在下での生物変換のおよそ５０パーセントになるような濃度（または、毒性であり得る基質の場合、微生物に対して有害な影響を実質的に有さない濃度）で、水性媒体に添加される。生物変換が正確に５０パーセント未満であることは本質的ではないが、毒素の非存在下での生物変換の約３５パーセントから６５パーセントの間の範囲であるべきである。同じ濃度の毒素が、多孔性マトリクス中の微生物を含む水性媒体に添加され、２４時間後の基質の生物変換が決定される。代謝条件は、ある場合には、毒素が微生物に対してどの程度の影響を有するかに影響を与え得ることが理解される。かかる場合には、代謝条件は、生物変換に適した範囲の中間におおまかになるように選択すべきである。また、本発明によって提供される改善の程度は、異なる毒素によって変動し得ることが理解される。したがって、使用される毒素は、特定の代謝プロセスについて問題になっている毒素であるべきである。例えば、プロセスが、生体生成物としてイソブタノールを作製するためのものである場合、使用される毒素は、生物変換のための水性媒体中に含まれるべきであり、培体中に存在しないと予測される次亜塩素酸ナトリウムなどの毒素であってはならない。毒素としてのファージについて、添加される毒素は、感染した細胞であり得る。
【００４５】
生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）は、水中の有機炭素の二酸化炭素への代謝的変換に必要とされる酸素の量であり、食物として利用可能な有機化合物の指標である。ＢＯＤは、ミリグラム／リットルとして報告される。ＢＯＤは、Ｕ．Ｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙによって刊行された、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ５２１０Ｂ、１９９９年１１月１６日改訂によって決定され得る。
【００４６】
生物変換活性は、微生物１グラム当たりの１時間当たりの基質の消費の速度である。生物変換活性における増加または減少が本明細書において言及される場合、かかる増加または減少は、水性媒体中の基質および生成物の濃度を含む類似の生物変換条件下で確認される。生体生成物への生物変換活性は、微生物１グラム当たりの１時間当たりの生体生成物の生成の速度である。
【００４７】
バイオフィルムとは、該してポリサッカライドから構成される細胞外ポリマー性物質（ＥＰＳ）内に包埋された微生物の凝集体を意味し、タンパク質、細胞外ＤＮＡおよび生体触媒を作製するために使用されるポリマーのうち１種または複数などの他の成分を含み得る。バイオフィルムの厚さは、連続的ＥＰＳ構造内に含まれる凝集体のサイズによって決定されるが、連続的ＥＰＳ構造は、分離されたバイオフィルム間に延び得る細線維を含まない。ある場合には、バイオフィルムは、ランダムな３次元様式で延び、厚さは、遠位端間の最大の直線距離として決定される。薄いバイオフィルムは、任意の所与の方向で約１０ミクロンを超えないバイオフィルムである。
【００４８】
生体生成物とは、同化生成物または異化生成物であり得る生物変換の生成物を意味し、これには、一次代謝物および二次代謝物が含まれるがこれらに限定されない。
【００４９】
夾雑する微生物は、基質の生物変換について微生物と競合する微生物であり、外来性であり得るか、または上流の生物変換プロセス由来であり得る。本発明の生体触媒に関して、夾雑する微生物には、基質について競合しない場合があるものの、生体触媒の表面を汚染し得る微生物もまた含まれる。
【００５０】
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、水中の有機炭素を二酸化炭素に変換するのに必要とされる酸素の量であり、したがって、水の有機化合物含量の指標である。ＣＯＤは、ミリグラム／リットルとして報告される。ＣＯＤを決定するための１つの手順は、Ｈａｃｈ  Ｍｅｔｈｏｄ  ８０００、２００９年２月、第９版である。
【００５１】
本質的均衡状態の状態とは、微生物集団が、全ての代謝的生物変換活性の実質的な休止を起こしているが、蘇生され得ることを意味する。本質的均衡状態の条件の存在は、生物変換活性を測定することによって確認され得る。本質的均衡状態の条件は、微生物のための通常の操作条件と同じであってもなくてもよい、好気性、無酸素性または嫌気性であり得る。均衡状態が求められる場合、温度は、典型的には、通常の操作条件において使用される温度とは異なり得る、約０℃〜２５℃、例えば、４℃〜１５℃の範囲である。
【００５２】
エキソネットワークは、鎖の形態の細胞外ポリマー性物質によって相互接続された個々の細胞またはバイオフィルムの形態であり得る、空間的に離れた微生物の群集である。エキソネットワーク中の微生物またはバイオフィルム間の間隔は、それらの間での栄養素および基質の通過を可能にするのに十分であり、しばしば少なくとも約０．２５ミクロン、例えば、少なくとも約０．５ミクロンであり、５ミクロンまたは１０ミクロンもしくはそれ以上の大きさであり得る。
【００５３】
外部皮膜は、生体触媒の内部構造中の大チャネルよりも開きが小さい、生体触媒上のポリマーの外部層である。生体触媒は、皮膜を有していてもいなくてもよい。皮膜が存在する場合、皮膜は、表面孔を有していてもいなくてもよい。表面孔が存在しない場合、流体は、皮膜を通って拡散する。孔が存在する場合、これらの孔は、約１ミクロンから１０ミクロンの間の平均直径を有する場合が多い。
【００５４】
完全に水和したとは、生体触媒が、生体触媒の表層容量のさらなる膨張が知覚されなくなるまで、２５℃で水中に浸漬されることを意味する。
【００５５】
生体触媒についての「水和膨張容量」（ＨＥＶ）は、生体触媒の容量が安定化されるまで２５℃で水中で生体触媒を水和させ、生体触媒の表層容量（Ｖｗ）を測定し、水から生体触媒を取り出し、乾燥させることなくその外部から過剰の水を除去し、生体触媒の容量が安定化されるのに十分な時間にわたって、２５℃でエタノール中に生体触媒を浸漬し、次いで、生体触媒の表層容量（Ｖｓ）を測定することによって、決定される。
【００５６】
容量パーセントでのＨＥＶは、［Ｖｗ／Ｖｓ］×１００％の量として計算される。
【００５７】
エタノールを用いた脱水を確実にするために、生体触媒に対して大きい容量比のエタノールが使用されるか、または新たなエタノール中での生体触媒の逐次的浸漬が使用されるかのいずれかである。エタノールは、最初に脱水したエタノールである。
【００５８】
不可逆的に保持されたおよび実質的に不可逆的に保持されたとは、微生物が、開放型の多孔性空洞を規定するポリマー性構造に接着していることを意味する。不可逆的に保持された微生物は、生体触媒の外部表面上に位置付けられた微生物を含まない。微生物は、生体触媒が、微生物の退出を可能にするのに十分なサイズの外部孔を有する場合であっても、不可逆的に保持される。
【００５９】
高度に親水性のポリマーは、水が誘引される、即ち、吸湿性のポリマーである。しばしば、ポリマーは、フィルムとして成型される場合、純粋な蒸留水の５マイクロリットルの液滴を使用する液滴法によって測定した場合、約６０°未満、時折約４５°未満、ある場合には約１０°未満の水接触角を示す。
【００６０】
高度に水和したとは、生体触媒の容量（微生物の容量を除く）が、少なくとも約９０パーセント水であることを意味する。
【００６１】
単離された酵素は、細胞から取り出された酵素であり、他の代謝的に活性または不活性な材料との混合物中に存在してもしなくてもよい。
【００６２】
マクロ生物には、軟体動物、例えば、イガイおよびハマグリを含む二枚貝軟体動物；フジツボ（ｂａｒｎａｃｌｅ）；外肛動物；多毛類（ｐｏｌｙｃｈｅｔｔｅ）；および大型藻類が含まれるがこれらに限定されない。
【００６３】
マトリクスは、開放型の多孔性ポリマー性構造であり、ポリマー性構造によって規定される相互接続された複数のチャネルまたは空洞（本明細書では「主空洞」）を有する製品であり、前記空洞は、最小寸法が約５ミクロンから１００ミクロンの間であり（その中に含まれる任意の微生物を除く）、流体は、マトリクスの外部から主空洞に入り、マトリクスの外部へと主空洞を出ることができる。多孔性マトリクスは、主空洞よりも大きいおよび小さいチャネルまたは空洞を含み得、マトリクスの外部に対して開放されていないチャネルおよび空洞を含み得る。主空洞、即ち、最小寸法が約５または１０〜７０または１００ミクロンの間の開放型の相互接続された領域（その中に含まれる任意の微生物を除く）は、約３００ミクロン未満、好ましくは約２００ミクロン未満の名目主要寸法（nominal major dimensions）を有し、時折、少なくとも約１０ミクロンの最小寸法を有する。用語開放型の多孔性とは、したがって、それらの間の開口部によって相互接続されたチャネルまたは空洞の存在を指す。
【００６４】
代謝条件には、温度、圧力、酸素化、ｐＨ、ならびに生体触媒中の微生物に必要とされるまたは望ましい栄養素（微量栄養素を含む）および添加剤の条件が含まれる。栄養素および添加剤には、増殖促進剤、緩衝液、抗生物質、ビタミン、ミネラル、窒素供給源、ならびに他の方法で提供されない場合には硫黄供給源および炭素供給源が含まれる。
【００６５】
メタレートは、金属または半導体元素のオキシアニオン、ヒドロキシルまたは塩である。
【００６６】
都市廃水は、２つ以上の供給源から収集された廃水であり、廃水は、ヒトおよび動物の排泄物；家庭、商業、農業、鉱業および産業上の廃棄物および排水；嵐による雨水流出；食料品；ならびに生成物、中間体および原材料の処分が含まれるがこれらに限定されないヒトの活動によって生成される。
【００６７】
酸素化された有機生成物とは、２〜１００炭素、しばしば２〜５０炭素を有する１つまたは複数の酸素化された有機化合物を含み、かつヒドロキシル、カルボニル、エーテルおよびカルボキシルからなる群より選択される少なくとも１つの部分を含む、生成物を意味する。
【００６８】
透過性とは、成分が、生体触媒の外部から主空洞に進入し、生体触媒の外部へと主空洞を出ることができることを意味する。
【００６９】
微生物の集団とは、所与の容量中の微生物の数を指し、実質的に純粋な培養物（一者培養）および混合培養物が含まれる。
【００７０】
表現型の変化もしくは変更または表現型シフトは、環境因子からの微生物の形質または特徴における変化であり、したがって、微生物の遺伝子構成における変化とは異なる。
【００７１】
不活発とは、生体触媒中の水性媒体が静止していることを意味する；しかし、栄養素および基質および生体生成物のフローが、拡散および毛細管フローを介して水性媒体中で生じ得る。
【００７２】
保持された固体とは、固体が、生体触媒の内部に保持されていることを意味する。固体は、生体触媒の皮膜中の孔を通過することが可能でないことによって、微生物によって形成されたバイオフィルムもしくはポリサッカライド構造中に捕捉されることによって、生体触媒のポリマー性構造中に保持されることによって、または生体触媒の構造もしくは微生物内に立体的に絡まることによって保持されることが含まれるがこれらに限定されない、任意の適切な機構によって保持され得る。
【００７３】
最小寸法とは、１つの主空洞の長さ、幅および高さを規定する最大寸法のうち、最短のものの最大寸法を意味する。通常、マトリクス中の主空洞の優勢は、幅および高さが実質的に対称的である。したがって、最小寸法は、例えば光学顕微鏡または電子顕微鏡によって２次元横断面において観察される１つの空洞の最大幅によって近似され得る。
【００７４】
ポリマーのための可溶化された前駆体は、固体が裸眼によって見ることができずかつ安定なように溶解または分散された、モノマーまたはプレポリマーまたはポリマー自体である。例えば、固体は、固体が溶解されていない場合であっても、高度に水和され得、水性媒体中に懸濁され得る。
【００７５】
吸着（ｓｏｒｐｔｉｏｎ）とは、任意の物理的または化学的な誘引を意味し、吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）または吸収であり得、比較的弱い、例えば約１０キロジュール／モルであり得るか、または吸着剤との化学的相互作用であり得る。好ましくは、吸着剤による吸着的誘引は、水と基質との間の誘引よりも大きいが、過度のエネルギーが基質を脱着するために必要とされるほど大きくはない。しばしば、吸着強度は、約１０キロジュール／モルから約７０キロジュール／モルの間、例えば、１５キロジュール／モルから６０キロジュール／モルの間である。吸着剤は、少なくとも１つの基質に対する吸着能を有する固体である。
【００７６】
微生物の安定な集団とは、微生物の集団が、５０パーセントよりも多くは減少せず、４００パーセントよりも多くは増加しないことを意味する。微生物集団の安定性は、その意図された使用における生体触媒の生物変換活性における変化または変化の欠如から、通常確認され得る。
【００７７】
無菌化とは、微生物の生活の全ての形態を死滅させる任意のプロセスを意味し、無菌化剤とは、無菌化をもたらし得る１種または複数の化学物質またはプロセスを意味する。したがって、無菌化は、微生物の生活の全ての形態に影響を与えるので、非選択的プロセスである。消毒は、無菌化であり得るか、または微生物を死滅させることなく微生物の生活に影響を与え得る。消毒剤とは、消毒をもたらし得る１種または複数の化学物質またはプロセスを意味する。
【００７８】
基質は、微生物によって代謝されることが可能な炭素供給源、電子供与体、電子受容体および他の化学物質であり、これらの化学物質は、微生物に対して持続的な価値を提供してもしなくてもよい。
【００７９】
糖とは、５〜１２個の炭素原子を有する炭水化物を意味し、これには、Ｄ−グリセルアルデヒド、Ｌ−グリセルアルデヒド、Ｄ−エリスロース、Ｌ−エリスロース、Ｄ−トレオース、Ｌ−トレオース、Ｄ−リボース、Ｌ−リボース、Ｄ−リキソース、Ｌ−リキソース、Ｄ−アロース、Ｌ−アロース、Ｄ−アルトロース、Ｌ−アルトロース  ２−ケト−３−デオキシ  Ｄ−グルコネート（ＫＤＧ）、Ｄ−マンニトール、グルロネート（ｇｕｌｕｒｏｎａｔｅ）、マンヌロネート（ｍａｎｎｕｒｏｎａｔｅ）、マンニトール、リキソース、キシリトール、Ｄ−グルコース、Ｌ−グルコース、Ｄ−マンノース、Ｌ−マンノース、Ｄ−グルオース（ｇｌｕｏｓｅ）、Ｌ−グルオース、Ｄ−イドース、Ｌ−イドース、Ｄ−ガラクトース、Ｌ−ガラクトース、Ｄ−キシロース、Ｌ−キシロース、Ｄ−アラビノース、Ｌ−アラビノース、Ｄ−タロース、Ｌ−タロース、グルクロネート、ガラクツロネート（ｇａｌａｃｔｕｒｏｎａｔｅ）、ラムノース、フラクトオリゴ糖（ＦＯＳ）、ガラクトオリゴ糖（ＧＯＳ）、インスリン、マンナンオリゴ糖（ＭＯＳ）、オリゴアルギネート、マンヌロネート、グルロネート、アルファケト酸または４−デオキシ−Ｌ−エリスロ−ヘキソースウロースウロナート（４−ｄｅｏｘｙ−Ｌ−ｅｒｙｔｈｒｏ−ｈｅｘｏｓｅｌｕｌｏｓｅ  ｕｒｏｎａｔｅ）（ＤＥＨＵ）が含まれるがこれらに限定されない。
【００８０】
典型的なバイオリアクタシステムは、連続的、半連続的またはバッチモードの操作で操作されるシステムであり、これには、池（光合成プロセスの場合）、気泡塔リアクタ、撹拌リアクタ、充填層リアクタ、トリクルベッドリアクタ、流動床リアクタ、栓流（管型）リアクタおよびメンブレン（バイオフィルム）リアクタなどであるがこれらに限定されないバイオリアクタ設計が含まれる。光合成生物変換を実施する場合、リアクタは、光エネルギーの移行を可能にするように設計され得る。生体触媒は、水性媒体中で自由に移動可能であり得るか、もしくは例えばリアクタ容器中の構造に固定され得るか、またはそれ自体が固定構造を提供し得る。１つより多いリアクタ容器が使用され得る。例えば、リアクタ容器は、並行したまたは順次的なフローシリーズであり得る。
【００８１】
典型的な中温性条件は、微生物の温度耐性に依存して約０℃から約５０℃またはそれ以上の間の範囲の、より頻繁には、約５℃または１０℃〜４０℃または４５℃の温度；設備の立体配置に完全に起因して約７０〜５００ｋＰａ、例えば、９０〜３００ｋＰａの範囲の圧力であるが、より高い圧力およびより低い圧力が適用可能性を見出し得る、圧力；ならびに約３から９の間の範囲のｐＨを含む代謝条件である。典型的な中温性条件は、好気性または嫌気性であり得る。
【００８２】
化学的生成物のための典型的な分離技術には、ガス状化学物質生成物のための相分離、スチール（ｓｔｉｌｌ）の使用、蒸留塔、相分離（液体−液体および固体−液体）、ガスストリッピング、フロースルー遠心分離、液体−液体抽出のためのＫａｒｒカラム、ミキサーセトラーまたは膨張層吸着が含まれる。分離工程および精製工程は、遠心分離、濾過、減圧蒸発、液／液相分離、メンブレン、蒸留および／または本明細書に列挙される他の方法論が含まれ得る種々の方法論を組み合わせるいくつかのアプローチのいずれかによって進行し得る。標準的な分離工程および精製工程の原理および詳細は、例えば、「Ｂｉｏｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｒｏｇｅｒ  Ｇ．Ｈａｒｒｉｓｏｎら、Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ（２００３）、およびＭｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｏｆ  Ｂｉｏｆｕｅｌｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ−−Ａｎ  Ｕｐｄａｔｅ  Ｒｅｖｉｅｗ、Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ａ．Ｌｅｅｐｅｒ、９９〜１９４頁、Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｎｏｒｍａｎ  Ｎ．ＬｉおよびＪｏｓｅｐｈ  Ｍ．Ｃａｌｏ編、Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ（１９９２）において、当該分野で公知である。
【００８３】
細胞の湿重量または湿質量は、遊離水が除去された、即ち、初期湿気の点にある細胞の質量である。
【００８４】
本明細書の有機酸に対する言及は、対応する塩およびエステルを含むとみなすべきである。
【００８５】
本明細書の生体触媒の寸法および容量に対する言及は、特に示さない限りまたは文脈から明らかでない限り、完全に水和した生体触媒のものである。
【００８６】
生体触媒
Ａ．生体触媒の概要
本発明の生体触媒は、微生物がマトリクスの内部に代謝的に保持された、即ち、微生物が、外側構造によって物理的に制限されるのではなく接着を促進する、相互接続された複数の主空洞を規定するポリマー性構造（マトリクス）を有する、即ち、開放型の多孔性マトリクスである。本発明の生体触媒では、微生物およびそれらの群集は、とりわけ、その集団を調節する。また、マトリクス中の微小環境の感知された性質と併せて、微生物は、群集の成員間に空間的な関係性を確立すると考えられる。
【００８７】
微生物間の群集連絡および微生物の挙動は、したがって、代謝的に保持された微生物を達成および維持するのに重要である。微生物間の連絡は、自己誘導剤が含まれるがこれに限定されない化学的薬剤を放出することを介して生じると考えられ、連絡には、群集挙動のためおよびシグナル伝達のための連絡が含まれる。しばしば、本発明のプロセスにおいて使用される生体触媒の調製は、定常状態レベルで実質的に存在する生体触媒の内部に最初に位置付けられる微生物の集団を生じ得る。生体触媒中の微生物のこれらの密度において、生体触媒の形成の間に始まると考えられる群集連絡が促進され、代謝的保持を可能にし、微生物の集団をモジュレートする表現型シフトが生じる。
【００８８】
代謝的に保持された微生物の安定な集団を達成するための環境は、親水性ポリマーの高度に水和した構造によって特徴付けられ、この構造は、最小寸法が約５ミクロンから１００ミクロンの間の複数の相互接続された空洞を規定し、少なくとも約１０００の水和膨張容量（ＨＥＶ）を有する。したがって、構造は、微生物のための微小環境を規定する。これらの微小環境は、微生物間の連絡を促進するだけでなく、ある場合には、微生物に対する環境ストレスもまたモジュレートし、微生物に対する基質および栄養素の供給もまたモジュレートする。高度に水和し膨張した構造の多孔性マトリクスならびにその開放性もまた、微生物の大きい集団の代謝的保持を提供し得、代謝的保持と関連する群集挙動を提供し得る。
【００８９】
理論に束縛されることは望まないが、マトリクスの非常に高いＨＥＶは、固体構造体自体の内に水が存在することを意味すると考えられる。吸収された水は、ファンデルワールス相互作用または親水性ポリマーとの水素結合を介して作用して、ポリマー鎖を相互接続し、膨張状態のポリマー性構造を強化すると考えられる。水が脱水によって除去される場合、ポリマー鎖は、構造の顕著な収縮を可能にするような様式で崩壊し得る。水和したポリマー性構造は、低い平均表面エネルギーを有するが、微生物による付着のための部位を提供することがなおもできると考えられる。ある場合には、高度に水和したポリマー性表面は、それ自体、水和に起因して水および栄養素の供給源であり得る。
【００９０】
マトリクス中に保持される微生物は、エキソネットワークを形成する能力を有する。空洞の不活発な性質は、エキソネットワークを形成し、次いで、任意の形成されたエキソネットワークを維持することを促進する。識別可能なエキソネットワークは、微生物集団における表現型変更、例えば、集団モジュレーションおよび代謝シフトを達成するのに本質的ではないと考えられる。エキソネットワークが発達する場合、しばしば、ＥＰＳの鎖は、近接した微生物を相互接続し、表面に微生物を接続し、エキソネットワークを形成する。ある場合には、微生物は、薄いバイオフィルムを形成し、これらの薄いバイオフィルムは、エキソネットワーク中に包含される。本発明の生体触媒には、薄いバイオフィルムよりも大きいその内部に、バイオフィルムが実質的に存在しない。したがって、生体触媒において最終的に形成し得る任意のバイオフィルムは、厚さが比較的薄い、例えば、最大約１０ミクロン、好ましくは最大約２または５ミクロンであり、サイズが安定している。したがって、各薄いバイオフィルムは、数個の細胞のみである場合が多く、エキソネットワーク中で接続される。
【００９１】
図１および図２は、本発明の生体触媒の内部の複数の主空洞内の微生物の２つの潜在的な立体配置を示すＳＥＭ画像である。これらの画像は、本発明の広い態様の限定ではない。各生体触媒は、ＳＥＭ分析のために調製される前に、延長された時間期間にわたって生物変換において使用される。各生体触媒の生物変換活性は、生物変換の持続時間にわたって実質的に一定のままである。図１の生体触媒は、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを含み、約２週間の期間にわたって糖からエタノールを作製するために使用されている。その使用の間の生体触媒は、微生物が不可逆的に保持され、エタノールへのより高い変換効率に向かう代謝シフトが生じていたことを明らかにした。図２の生体触媒は、Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓを含み、約１か月間の連続的なフロー操作にわたって、ナイトレートおよびパーコレートの分解のために使用された。この生体触媒は、微生物が生体触媒中に不可逆的に保持され、パーコレートアニオンおよびナイトレートアニオンを、固体の生成なしに効率的に分解したことも明らかにした。各画像は、微生物が高い集団密度にあるが、厚いバイオフィルムの過剰増殖も形成も示さない空間的立体配置を有することを示している。図１において観察可能なエキソネットワークは、微生物の相互接続が生物変換プロセスにおいて使用される酵母には特徴的でないという点で、さらなる表現型が生じたことをさらに示している。図２は、エキソネットワークの形成を例示する。一般に、より広範なエキソネットワークは、微生物がＥＰＳを生成する場合、生体触媒の使用の持続時間にわたって生じる。
【００９２】
ある場合には、生体触媒の内部の空間的立体配置および任意のエキソネットワークが、微生物間の連絡を促進すると考えられる。連絡は、間隔のあいたエキソネットワークおよび薄いバイオフィルムユニットにまで延びることが可能であり得る。一般的な規則として、自己誘導剤の強度または濃度は、別の微生物によって放出されている自己誘導剤に応答して、微生物によって増幅される。この増幅は、生体触媒の内部の微小環境の空間的立体配置によって増強され、ある場合には、生体触媒を形成するポリマーの化学組成によって増強される。表現型変更および集団安定性に対する主空洞の空間的立体配置の重要性は、大きい空洞、例えば、最小寸法が約１０００ミクロンよりも大きい空洞を含む生体触媒の試験によって実証されている。生体触媒は生物変換活性を示すが、大きい空洞の表面は、より小さい空洞における微生物の大きい安定な集団とは対照的に、任意の微生物を実質的に欠いているように見えた。
【００９３】
連絡は、生体触媒の内部の比較的一定の集団を維持する微生物の群集を生じると考えられる。この連絡の結果であると考えられる、本発明の生体触媒において生じる別の表現型変更は、代謝シフトである、即ち、再生に向かう群集の代謝機能が減じ、求められる生物変換は継続する。生体触媒中の微生物の集団は、代謝活性におけるこのシフトに起因して、老いた平均齢を有する傾向があり得る。より老いた細胞は、操作条件に適合されているので、より老いた微生物はまた、より若い細胞と比較して、より頑強かつ持続可能な性能を提供する傾向がある。
【００９４】
この連絡のさらなる利点は、外来性の微生物を回避し、株型の均一性を維持する際に群集によって示される群集レベルの強度または適応度における増加であり得る。ある場合には、生体触媒の使用の間の微生物は、群集中の株型をより元気にするため、または微生物の群集の生存に別の利益を提供するために、天然の選択を起こし得る。ある場合には、微生物間の連絡は、微生物の集団に、多細胞性または多細胞様の挙動を示させ得る。したがって、本発明の生体触媒中の微生物の集団は、異なる状況に適合しているが、群集の利益になるようになおも合同して働く微生物を有し得る。
【００９５】
ある場合には、多孔性マトリクスは、利用可能な基質を含む代謝経路を最適化するために、微生物に対する基質および栄養素のモジュレーションを提供し得、これらの経路は、十分な基質および他の栄養素が利用可能な場合に第１に使用される経路であってもなくてもよい。したがって、生体触媒中の微生物は、第１に使用される経路についての増強された生物活性または通常は抑制される代謝活性を示し得る。
【００９６】
微小環境も、遺伝子交換または遺伝子水平伝播を促進し得ると考えられる。プラスミドおよび染色体エレメントの移入を含む、接合または細菌の交配もまた促進され得る。さらに、微生物が溶解すると、微小環境中のＤＮＡおよびＲＮＡの鎖は、これらの微小環境中の微生物によって取り込まれるために、より容易にアクセス可能になる。これらの現象は、微生物の機能的能力を増強し得る。
【００９７】
生体触媒は、毒素に対する増加した耐性を示す。ある場合には、微生物間の連絡および任意のエキソネットワークは、毒素に対する防御を確立する集団を促進し得る。毒素の存在に対する群集応答が、本発明の生体触媒において観察されている。例えば、生体触媒は、エタノールおよび次亜塩素酸ナトリウムなどの毒素の添加を生き抜き、元の生物変換活性は迅速に回復され、したがって、実質的に群集全体の生存を示す。
【００９８】
望まれる場合には、生体触媒は、代謝プロセスでの使用の前に、エキソネットワーク、および望まれる場合には薄いバイオフィルムの形成を増強するために処理され得る。しかし、生体触媒の性能は、エキソネットワーク形成の程度に一般に依存するわけではなく、しばしば、生物変換活性は、微生物がポリマー性構造に付着する前の時間と、広範なエキソネットワーク構造が生成された時間との間で、比較的未変化のままである。
【００９９】
Ｂ．多孔性マトリクスの物理的記述
本発明の生体触媒は、マトリクスの少なくとも複数の主空洞中に不可逆的に代謝的に保持された微生物を伴う、開放型の多孔性内部構造を有するマトリクスを含む。
【０１００】
マトリクスは、自己支持型構造であり得、あるいはフィルム、繊維もしくは中空繊維、または成形物品などの予め形成された構造上またはかかる構造中に配置され得る。予め形成された構造は、金属、セラミック、ポリマー、ガラス、木材、複合材料、天然繊維、石および炭素が含まれるがこれらに限定されない任意の適切な材料から構築され得る。自己支持型の場合、マトリクスは、シート、シリンダー、複葉構造、例えば三葉押出成形品、中空繊維、または球形、楕円形もしくは自由な形態であり得るビーズの形態である場合が多い。マトリクスは、自己支持型であるにしろ、予め形成された構造上またはかかる構造中に配置されているにしろ、好ましくは、約５センチメートル未満、好ましくは約２センチメートル未満、例えば、約０．０１センチメートル〜１センチメートルの間の厚さまたは軸方向寸法を有する。
【０１０１】
多孔性マトリクスは、等方性を有し得、または好ましくは、最も高密度の構造を有する横断面の外部部分を有する異方性構造を有し得る。複数の主空洞は、異方性構造が存在する場合であっても、マトリクスの内部を通じたサイズまたは主空洞のサイズにおいて比較的均一であり得、その頻度は、生体触媒の横断面にわたって変動し得る。
【０１０２】
本発明の生体触媒は、複数の主空洞、即ち、最小寸法が約５または１０〜７０または１００ミクロンの間（その中に含まれる任意の微生物を除く）の開放型の相互接続された領域を有する。寸法を確認する目的のために、微生物の寸法は、エキソネットワーク中の任意の質量を含む。多くの場合、複数の主空洞は、約３００ミクロン未満、好ましくは約２００ミクロン未満の名目主要寸法を有し、時折少なくとも約１０ミクロンの最小寸法を有する。しばしば、生体触媒は、複数の主空洞と開放連絡しているより小さいチャネルおよび空洞を含む。頻繁に、より小さいチャネルは、約０．５〜２０ミクロンの間、例えば、１〜５または１０ミクロンの最大横断面直径を有する。生体触媒の容量に対する、微生物によって占められた容量および微生物に関連する質量を除く複数の主空洞の累積容量は、一般に、約４０または５０〜７０または９９容量パーセントの範囲にある。多くの場合、複数の主空洞は、触媒全体の容量の約７０パーセント未満を構成し、残りは、より小さいチャネルおよび孔を構成する。複数の主空洞を構成する生体触媒の容量分率は、その横断面から概算され得る。横断面は、任意の適切な顕微鏡技術、例えば、走査型電子顕微鏡および高倍率光学顕微鏡を介して観察され得る。マトリクスについて総孔容量は、マトリクスの容量測定的測定ならびにポリマーの量および密度、ならびにマトリクスを作製するために使用される任意の他の固体から概算され得る。
【０１０３】
生体触媒は、しばしば少なくとも約１平方メートル／グラムを超える、時折は少なくとも約１０平方メートル／グラムの、高い内側表面積を有することを特徴とする。ある場合には、完全に水和した生体触媒によって維持され得る水の容量（微生物の容量を除く）は、９０〜９９またはそれ以上のパーセントの範囲である。好ましくは、生体触媒は、少なくとも約１０００パーセント、頻繁には少なくとも約５０００パーセント、好ましくは少なくとも約２０，０００パーセント、時折５０，０００パーセントから２００，０００パーセントの間の水和膨張容量（ＨＥＶ）を示す。
【０１０４】
通常、選択されたポリマーの型およびマトリクスの空隙容量パーセントは、マトリクスが、生物変換プロセスにおける取扱、貯蔵および使用を可能にするのに適切な強度を有するようなものである。
【０１０５】
多孔性マトリクスは、外部皮膜を有しても有さなくてもよい。好ましくは、マトリクスは、多孔性マトリクスの内部チャネルへの成分の流入およびかかるチャネルからの成分の流出をモジュレートする際に補助するための外部皮膜を有する。また、皮膜は高度に親水性であるので、夾雑する微生物または外来性の微生物が、生体触媒の外部上の強いバイオフィルムを確立することにおいて困難を有する場合、さらなる利益が得られる。これらの夾雑する微生物は、生体触媒の周りの流体のフローなどによる低い物理的力の下でさえも、除去に曝される場合が多い。したがって、生体触媒の汚染は、洗浄によって、または使用の間の流体フローによって、実質的に排除または軽減され得る。
【０１０６】
存在する場合、皮膜は、典型的には、約１ミクロンから１０ミクロンの間の平均直径の、好ましくは平均直径が２〜７ミクロンの孔を有する。孔は、外側表面積の約１〜３０パーセント、例えば、２〜２０パーセントを構成し得る。外側皮膜は、好ましくは、生体触媒の内部への外来性の微生物の進入に対する障壁を提供することに加えて、流体フローおよび他の固体表面との接触などの物理的力を介して皮膜の外側側面への微生物の接着を低減させるために、比較的平滑である。しばしば、皮膜は、約２または３ミクロンよりも大きい孔以外、異常が実質的にない。皮膜が存在する場合、その厚さは、通常、約５０ミクロン未満、例えば、約１ミクロンから２５ミクロンの間である。皮膜の厚さは、多孔性マトリクスが、マトリクスの外部における最も高密度の構造を有する異方性構造を有する場合、識別が困難であり得ることを理解すべきである。
【０１０７】
多孔性マトリクスは、その内部内に複数の独自の微小環境およびナノ環境を提供する。これらの独自の微小環境およびナノ環境は、異なる代謝条件に供されている生体触媒内の異なる領域に位置付けられた酵素または微生物を生じる。代謝条件は、組成、酸化電位または還元電位およびｐＨのうち１つまたは複数において異なり得る。例えば、組成は、電子供与体、他の栄養素、夾雑物、生物変換生成物などに基づいて変動し得、したがって、かかる環境中の微生物内の代謝プロセスに影響を与え得る。したがって、同じマトリクス内に好気性代謝および嫌気性代謝を有し、より好ましい基質が代謝されるにつれてあまり好ましくない基質の増強された生物変換を有することが可能である。複数の増強された生物変換を有するこの能力は、単一の株の微生物を使用して、または２つ以上の異なる株を使用して、生じ得る。ある場合には、異なる表現型変化が、微生物が位置付けられる微小環境に依存して生じ得る。
【０１０８】
いくつかの因子が、これら独自の微小環境の存在に寄与する。例えば、濃度勾配は、これらのチャネル中の水性相中の成分の進入および退出のための主要な駆動力である。生体触媒中の微生物が成分を生物変換する場合、濃度勾配は、特に複数の主空洞から延びるチャネルに沿って生じる。したがって、成分の濃度における変化は、生体触媒内の成分濃度のバリエーションを生じる。いくつかの状況では、生体触媒内の１つまたは複数の領域において電子供与体または栄養素の低減された供給を有する微生物は、ストレスに対する抵抗性を導く表現型変化を生じ得る飢餓状態またはほぼ飢餓状態であり得る。生物変換および結果としての勾配変化もまた、生体触媒の外部からの成分の進入および生体触媒の外部への成分の退出の速度に影響を与え得る。
【０１０９】
高密度の微生物が、生体触媒内の定常状態操作において存在し得る。フローチャネルおよびチャネルを規定するポリマー性構造の高い浸透性の組み合わせは、複数の独自の微小環境およびナノ環境ではあるが、マトリクスの至る所で生存微生物集団を可能にする。ある場合には、生体触媒の容量に基づく細胞密度は、好ましくは少なくとも約１００グラム／リットル、好ましくは少なくとも約２００グラム／リットル、しばしば約２５０グラム／リットルから７５０グラム／リットルの間である。
【０１１０】
ポリサッカライド含有生体触媒
本発明の生体触媒の１つの好ましい態様では、生体触媒の内部にポリサッカライドを取り込むことによって、微生物集団の生存度が維持され得ることが見出されている。典型的には、ポリサッカライドは、ほとんどの微生物には使用可能でない。しばしば、ポリサッカライドは、生体触媒中に保持された細胞１グラム当たり、少なくとも約０．１グラム、例えば、少なくとも約０．２〜１００グラムの量で提供され、時折、生体触媒は、完全に水和した生体触媒の容量１リットル当たり、２５グラムから５００グラムの間のポリサッカライドを含む。生体触媒を調製する際に使用されるポリサッカライド粒子は、好ましくは、約５０ミクロン未満、好ましくは約２０ミクロン未満、しばしば約０．１〜５ミクロンの間の主要寸法を有する。固体ポリサッカライド粒子は、好ましくは、顆粒状であり、しばしば約１：１０〜１：１の間、例えば１：２〜１：１の間の最小横断面寸法対最大横断面寸法のアスペクト比を有する。
【０１１１】
生体触媒中の微生物の生存度を維持するポリサッカライドの能力に起因して、生体触媒の使用のための貯蔵、取扱いおよびプロセスが促進され得る。例えば、生体触媒は、炭素欠乏様式で操作される生物変換プロセスにおいて使用され得る。炭素供給源が、微生物を維持するために添加されるが、生体生成物への基質の求められる生物変換には使用されない代謝プロセス、例えば、ナイトレート、ニトライトおよびパーコレートアニオンの異化作用、ならびにメタレートの代謝的還元では、ポリサッカライドは、炭素の唯一の供給源として機能し得、それにより、炭素供給源を添加する必要性を排除し得るか、または添加される炭素供給源の量を低減させ得る、即ち、炭素欠乏操作を可能にし得る。流出物が実質的にＣＯＤを有さないようにバイオプロセスが操作され得ることが利点である。生体触媒は、基質の存在下での崩壊を耐容し、生物変換活性を迅速に回復することが可能な増強された能力もまた有する。また、生体触媒は、離れて製造され得、生体触媒の生物変換活性に対する過度の有害な影響なしに、使用の場所に出荷され得る。生体触媒は、温度などの望ましい貯蔵条件における逸脱が生じる場合であっても、微生物複合への基質および他の栄養素の供給の非存在下で、延長された時間の持続時間にわたって本質的均衡状態の状態に入ることが可能である。この生物活性は、一時休業の延長された間欠的な発生、原料の崩壊または原料の変動性の後であっても、バイオリアクタ中で迅速に回復され得る。これらの生体触媒は、密封された樽、タンクなど中に包装され得、出荷され得る。
【０１１２】
ポリサッカライドは、セルロース性ポリサッカライドまたはデンプンが含まれるがこれらに限定されない任意の適切な供給源に由来し得る。ポリサッカライドは、グリコシド結合によって一緒に連結された反復単位によって特徴付けられる炭水化物であり、実質的に水中に不溶性である。ポリサッカライドは、ホモポリサッカライドまたはヘテロポリサッカライドであり得、典型的には、約２００から１５，０００またはそれ以上の間、好ましくは約２００から５０００の間の重合度を有する。好ましいポリサッカライドは、反復単位の約１０パーセント、より好ましくは、少なくとも約２０パーセントがアミロース（Ｄ−グルコース単位）であるポリサッカライドである。最も好ましくは、ポリサッカライドは、少なくとも約２０パーセント、より好ましくは、少なくとも約３０パーセントの、アミロースである反復単位を有する。ポリサッカライドは、例えば、アセテート、サルフェート、ホスフェート、ピルビル（ｐｙｒｕｖｙｌ）環状アセタールなどで官能化されていてもされていなくてもよいが、かかる官能化は、ポリサッカライドを約５０℃未満の温度で水溶性にすべきではない。好ましいクラスのポリサッカライドは、デンプンである。
【０１１３】
ポリサッカライドの供給源には、天然に存在するおよび合成の（例えば、ポリデキストロース）ポリサッカライドが含まれる。ポリサッカライドを提供する種々の植物ベースの材料には、セルロースおよびヘミセルロースを提供する木質植物材料、ならびに典型的にはデンプンを提供するコムギ、オオムギ、ジャガイモ、サツマイモ、タピオカ、トウモロコシ、モロコシ、キャッサバ、ミロ、ライムギおよびフスマが含まれるがこれらに限定されない。
【０１１４】
固体吸着剤含有生体触媒
本発明の生体触媒の別の好ましい態様では、生体触媒は、固体吸着剤を含む。固体吸着剤は、構造を形成する親水性ポリマーであり得るか、または固体構造体中に含まれる粒状物、即ち、別個の固体構造体（形状に関わらない）であり得る。吸着剤は、基質もしくは栄養素または求められる代謝活性に影響を与える他の化学物質、例えば限定ではなく、共代謝物、誘導剤および促進剤のための、または微生物に対して有害であり得る成分、例えば限定ではなく、毒素、ファージ、生体生成物および副生成物のための、任意の適切な固体吸着剤であり得る。固体吸着剤は典型的に、吸着が吸着剤の表面上で生じる、吸着剤である。粒状物固体吸着剤は、好ましくは、約５ミクロン未満、好ましくは約５ナノメートル〜３ミクロンの間の主要寸法を有するナノ材料である。固体吸着剤がポリマーから構成される場合、固体構造体は、実質的に完全にポリマーから構成され得るか、または固体構造体の約５質量パーセントから９０質量パーセントの間（水を除く）を構成するブロックコポリマーもしくはポリマー性混合物であり得る。固体吸着剤が生体触媒中の別々の粒状物である場合、生体触媒は、生体触媒の質量の約５〜９０質量パーセントの間を構成し得る（水および微生物を除くが、親水性ポリマーおよび粒状物の両方を含む）。１種より多い固体吸着剤が、生体触媒において使用され得る。好ましくは、固体吸着剤は、生体触媒の内部の至る所に比較的に均一に分散されるが、固体吸着剤は、生体触媒内の変動する分布を有し得る。分布が変動される場合、より高い濃度の固体吸着剤を有する領域は、生体触媒の表面に向かって見出される場合が多い。
【０１１５】
粒状物吸着剤が使用される場合、吸着剤は、求められる吸着能を有する有機材料または無機材料を含む。固体吸着剤の例には、特に極性部分を有するポリマー性材料、炭素（活性炭が含まれるがこれに限定されない）、シリカ（ヒュームドシリカが含まれるがこれに限定されない）、シリケート、粘土、分子ふるいなどが含まれるがこれらに限定されない。分子ふるいには、ゼオライト、ならびにケイ素、アルミニウム、チタン、銅、コバルト、バナジウム、チタン、クロム、鉄、ニッケルなどのうち１つまたは複数の酸化物およびリン酸塩を含む合成の結晶性構造が含まれるが、これらに限定されない。吸着特性は、固体吸着剤の表面上の物理的または化学的または準化学的吸着のうち１つまたは複数を含み得る。したがって、表面積および構造は、ある種の固体吸着剤の吸着特性に影響を与え得る。頻繁に、固体吸着剤は多孔性であり、したがって、高い表面積および物理的吸着能を提供する。しばしば、固体吸着剤中の孔は、有効直径が約０．３〜２ナノメートルの範囲である。
【０１１６】
固体吸着剤は、好ましくは生体触媒の調製の間に、任意の簡便な様式でポリマー性構造中に取り込まれ得る。
【０１１７】
リン光性生体触媒
本発明の別の好ましい態様は、リン光性材料および光合成微生物、即ち、代謝プロセスにおいて光エネルギーを使用する微生物を含む、生体触媒に関する。好ましくは、微生物は、藻類、最も好ましくは、微細藻類、またはシアノバクテリアである。
【０１１８】
光合成微生物の生物活性は、日光などの広範囲にわたる光供給源を使用して、発現された生体生成物を生成するために増強され得る。本発明によれば、光合成微生物は、ＵＶ光から、約４００ｎｍから８００ｎｍの間、好ましくは約４５０ｎｍから６５０ｎｍの間の波長を有する光までシフトすることが可能であり、少なくとも約５秒間にわたって持続する場合が多い光の発光で持続性を示すことが可能なリン光性材料を生体触媒の内部が含む生体触媒中に、不可逆的に保持される。リン光性材料は、励起された状態へと電磁放射線によって励起される能力を有する材料であるが、貯蔵されたエネルギーは、段階的に放出される。リン光性材料からの発光は、持続性を有する、即ち、かかる材料からの発光は、励起供給源が取り除かれた後、数秒間、数分間またはさらには数時間にわたって持続し得る。ルミネセンス材料は、励起された状態へと励起された後に、電磁放射線を発することが可能な材料である。持続性は、照射を中断した後の、光ルミネセンス物体から発散される光ルミネセンス発光が閾値検出可能性まで減少するのにかかる時間である。
【０１１９】
照射の持続性は、光供給源に曝露されたがなおも生成性である培養物液体の領域においておよびかかる領域の外側で、微生物がサイクルされるのを可能にする。より長い持続性の持続時間では、光合成微生物は、光強度の非存在下または光強度における低減下で、光生物変換を継続し得る。延長された時間期間、しばしば少なくとも約３０日間、ある場合には少なくとも１年間にわたって生体触媒が光合成活性を維持する能力、リン光性材料の費用は、増加した生成、バイオリアクタの低減された設置面積、および促進された生体生成物回収によって相殺される場合が多い。
【０１２０】
高度に水和している生体触媒は、生体触媒の内部に保持された光合成微生物に対する光照射の顕著な分配器であり、光呼吸から微生物を保護するようにも機能する。培養液体（代謝プロセスのための栄養素を含む水性溶液）中の固体残骸は、実質的には排除されないとしても、生体触媒中に不可逆的に保持されている微生物に起因して、かなり低減され得る。したがって、濁度は低減され、したがって、所与の光強度が、培養液体中のより深い深度において見出すことができる。本発明の生体触媒によって提供されるこれらの利点は、リン光性材料が使用されるかされないかに関わらず、任意の光合成プロセスで実現され得る。
【０１２１】
リン光性材料の例としては、米国特許第３，５９５，８０４号に記載されるような、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ：Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ：Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｇ：Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ：Ａｌなどの金属硫化物蛍光体、ならびに米国特許第３，９５７，６７８号に記載されるような、希土類元素で共活性化される金属硫化物であるリン光性材料が含まれるがこれらに限定されない。金属硫化物色素よりも発光強度が高くかつ発光持続性が長い蛍光体には、一般にアルカリ土類アルミネートまたはアルカリ土類シリケートである母材を含む組成物が含まれる。母材は一般に、活性化剤としてユーロピウムを含み、１種または複数の共活性化剤、例えば、ランタニド系列の元素（例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウム）、スズ、マンガン、イットリウムまたはビスマスを含む場合が多い。かかる蛍光体の例は、米国特許第５，４２４，００６号に記載されている。
【０１２２】
高い発光強度および持続性のリン光性材料は、式ＭＯｍＡｌ２Ｏ３：Ｅｕ２＋，Ｒ３＋を有するアルカリ土類アルミネートオキシドであり得、式中、ｍは、１．６〜約２．２までの範囲の数であり、Ｍは、アルカリ土類金属（ストロンチウム、カルシウムまたはバリウム）であり、Ｅｕ２＋は活性化剤であり、Ｒは、ランタニド系列の三価希土類材料（例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム）、イットリウムまたはビスマスのうち１つまたは複数の共活性化剤である。かかる蛍光体の例は、米国特許第６，１１７，３６２号に記載されている。リン光性材料には、式ＭｋＡｌ２Ｏ４：２ｘＥｕ２＋，２ｙＲ３＋を有するアルカリ土類アルミネートオキシドも含まれ、式中、ｋ＝１−２ｘ−２ｙであり、ｘは、約０．０００１〜約０．０５までの範囲の数であり、ｙは、約ｘ〜３ｘまでの範囲の数であり、Ｍは、アルカリ土類金属（ストロンチウム、カルシウムまたはバリウム）であり、Ｅｕ２＋は活性化剤であり、Ｒは、三価希土類材料（例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム）、イットリウムまたはビスマスのうち１つまたは複数の共活性化剤である。米国特許第６，２６７，９１１号を参照のこと。
【０１２３】
リン光性材料には、米国特許第６，１１７，３６２号および米国特許第６，２６７，９１１号に記載されるような、ホストマトリクス中のＡｌ３＋の一部分がＭｇ２＋またはＺｎ２＋などの二価イオンで置き換えられたもの、およびアルカリ土類金属イオン（Ｍ２＋）がＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃｓ＋またはＲｂ＋などの一価アルカリ金属イオンで置き換えられたものも含まれる。
【０１２４】
高い強度および高い持続性のシリケートは、米国特許第５，８３９，７１８号に開示されており、例えば、Ｓｒ．ＢａＯ．Ｍｇ．ＭＯ．ＳｉＧｅ：Ｅｕ：Ｌｎであるが、式中、Ｍは、ベリリウム、亜鉛またはカドミウムであり、Ｌｎは、希土類材料、３Ａ族元素、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、インジウム、タリウム、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、スズおよび鉛からなる群より選択される。特に有用なものは、ジスプロシウム、ネオジム、ツリウム、スズ、インジウムおよびビスマスである。これらの化合物中のＸは、少なくとも１つのハライド原子である。
【０１２５】
他のリン光性材料には、式ＭＯ．Ａｌ２Ｏ３．Ｂ２Ｏ３：Ｒのアルカリ土類アルミネートが含まれ、式中、Ｍは、１つより多いアルカリ土類金属（ストロンチウム、カルシウムもしくはバリウムまたはそれらの組み合わせ）の組み合わせであり、Ｒは、Ｅｕ２＋活性化剤、および少なくとも１つの三価希土類材料共活性化剤、（例えば、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム）、ビスマスまたはマンガンの組み合わせである。かかる蛍光体の例は、米国特許第５，８８５，４８３号中に見出すことができる。米国特許第５，４２４，００６号に記載されるＭＡｌ２Ｏ４型のアルカリ土類アルミネートは、米国特許第６，９５３，５３６号に記載されるような供与系および受容系を含むリン光性材料と同様、適用を見出し得る。
【０１２６】
理解され得るように、多くの他の蛍光体が適用を見出し得る。例えば、ＹｅｎおよびＷｅｂｅｒ、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、２００４を参照のこと。
【０１２７】
このリン光性材料は、別個の粒子であり得るか、またはマトリクスを形成するポリマー中での取り込みおよび保持を促進するためのコーティングを有する粒子であり得る。粒子は、任意の適切な形状のものであり得る。一般に、粒子の最大寸法は、約１ミリメートル未満、好ましくは約０．１ミリメートル未満である。粒子はナノ粒子であり得る。
【０１２８】
リン光性材料によって示される持続性の時間は、短い持続時間、例えば、約５〜１０秒間から、１０または２０時間もしくはそれ以上の長い時間までの範囲であり得、使用されるリン光性材料に依存する。好ましいリン光性材料は、少なくとも約１分間の持続性を示す。発光された照射の強度は、一部、生体触媒中のリン光性材料の濃度およびリン光性材料の性質に依存する。典型的には、リン光性材料は、生体触媒中に、少なくとも約０．１質量パーセント、例えば、０．２質量パーセントから５または１０質量パーセントの間のポリマー（水和していない）の量で提供される。１種または複数のリン光性材料が、生体触媒において使用され得る。１種より多いリン光性材料が使用される場合、組み合わせは、照射供給源のバンド幅中に含まれる異なる光波長からの波シフトおよび異なる持続性時間の提供のうち１つまたは複数を提供するように選択され得る。好ましい実施形態では、リン光性材料は、例えば、約１０ｎｍから１０μｍの間の主要寸法を有するナノ粒子の形態である。ある場合には、ポリマー内のリン光性材料の取り込みを促進するために相溶化剤でリン光性材料を被覆することが望まれ得る。相溶化剤には、ヒドロキシル、チオール、シリル、カルボキシルまたはホスホリル基のうち１種または複数を有する分子が含まれるがこれらに限定されない。
【０１２９】
酵素含有生体触媒
別の態様では、生体触媒は、微生物に加えて、基質もしくは他の栄養素、または微生物の生体生成物もしくは副生成物もしくは共生成物であり得るあるいは毒素、ファージなどであり得る成分に対する触媒的変化を引き起こすために、１種または複数の単離された酵素を、生体触媒の内部中に含み得る。典型的には、細胞外酵素は、固体表面、例えば、親水性ポリマー、固体添加剤、細胞壁および細胞外ポリマー性物質に結合または接着する。単離された酵素は、微生物の細胞内にも位置付けられ得ることが理解される。したがって、酵素は、生体触媒の内部中に実質的に不可逆的に保持され得る。本発明の生体触媒の構造に起因して、微生物および酵素は、ごく接近していてもよく、したがって、有効な協同的生物変換が得られ得る。酵素と生体触媒の内部表面との会合は、典型的に、温度、ｐＨ、または酵素の熱安定性もしくは操作安定性に関する他の因子における変化に起因する変性に対する、酵素（単数または複数）の抵抗性を増加させる。また、生体触媒中に保持されることによって、バイオリアクタ中の酵素の使用は促進され、望ましくない後反応が軽減され得る。
【０１３０】
酵素の例には、オキシドレダクターゼ（ｏｘｉｄｏｒｅｃｔａｓｅ）、トランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、リアーゼ、イソメラーゼおよびリガーゼのうち１種または複数が含まれるがこれらに限定されない。酵素は、１つまたは複数の代謝的変換を引き起こし得る。例えば、酵素は、生体触媒中の微生物による使用のための中間体を提供するために、供給中の成分を代謝し得る。酵素は、求められる生体生成物を提供するために、微生物の代謝物を代謝するために使用され得る。酵素は、微生物にとって有害であり得る供給中の成分または微生物由来の共代謝物を、微生物に対してあまり有害でない代謝物へと代謝するために使用され得る。望まれる場合、２つ以上の異なる酵素が、供給中の成分または微生物由来の代謝物に対して一連の代謝的変換をもたらすために使用され得る。
【０１３１】
代表的な酵素には、限定ではなく以下が含まれる：セルラーゼ、セロビオヒドロラーゼ（例えば、ＣＢＨＩ、ＣＢＨＩＩ）、アルコールデヒドロゲナーゼ（Ａ、ＢおよびＣ）、アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ、アミラーゼ、アルファアミラーゼ、グルコアミラーゼ、ベータグルカナーゼ、ベータグルコシダーゼ、インベルターゼ、エンドグルカナーゼ（例えば、ＥＧＩ、ＥＧＩＩ、ＥＧＩＩＩ）、ラクターゼ、ヘミセルラーゼ、ペクチナーゼ、ヒドロゲナーゼ、プルラナーゼ、フィターゼ、ヒドロラーゼ、リパーゼ、ポリサッカラーゼ（ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒａｓｅ）、リグニナーゼ、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）１０００、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）１５００、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）ＤＵＥＴ、Ａｃｃｅｌｌｅｒａｓｅ（登録商標）ＴＲＩＯまたはＣｅｌｌｉｃ  ＣＴｅｃ２酵素、ホスホグルコースイソメラーゼ、イノシトール−１−リン酸シンターゼ、イノシトールモノホスファターゼ、ミオ−イノシトールデヒドロゲナーゼ、ミオ−イノソース−２−デヒドラターゼ、イノシトール  ２−デヒドロゲナーゼ、デオキシ−Ｄ−グルコン酸イソメラーゼ、キナーゼ、５−デヒドロ−２−デオキシグルコノキナーゼ、デオキシホスホグルコン酸アルドラーゼ、３−ヒドロキシ酸デヒドロゲナーゼ、イソメラーゼ、トポイソメラーゼ、デヒドラターゼ、モノサッカライドデヒドロゲナーゼ、アルドラーゼ、ホスファターゼ、プロテアーゼ、ＤＮａｓｅ、アルギン酸リアーゼ、ラミナリナーゼ（ｌａｍｉｎａｒｉｎａｓｅ）、エンドグルカナーゼ、Ｌ−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ、アセトインレダクターゼ、３−ヒドロキシアシル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼ、またはｃｉｓ−アコニット酸デカルボキシラーゼ（ｃｉｓ−ａｃｏｎｉｔａｔｅ  ｄｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ）。酵素には、その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとするＨｅｉｎｚｅｌｍａｎら（２００９）ＰＮＡＳ  １０６：５６１０〜５６１５に記載されるものが含まれる。
【０１３２】
酵素は、生体触媒の形成の前に生体触媒の親水性ポリマーのための前駆体に結合され得るか、または例えば、生体触媒を形成するための液体媒体への添加によって、生体触媒の調製の間に導入され得る。酵素もしくはその断片、または核酸を固体支持体上に提供するための、当業者に公知の多数の方法が存在する。かかる方法のいくつかの例には、例えば、静電気的液滴生成、電気化学的手段、吸着を介した方法、共有結合を介した方法、架橋を介した方法、化学反応もしくはプロセスを介した方法が含まれる。種々の方法は、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ、Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  Ｅｎｚｙｍｅｓ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌｓ、Ｃ部．１９８７．Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ．Ｓ．Ｐ．ＣｏｌｏｗｉｃｋおよびＮ．Ｏ．Ｋａｐｌａｎ編．第１３６巻；Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｎｚｙｍｅｓ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌｓ．１９９７．Ｈｕｍａｎａ  Ｐｒｅｓｓ．Ｇ．Ｆ．Ｂｉｃｋｅｒｓｔａｆｆ編．Ｓｅｒｉｅｓ：Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｊ．Ｍ．Ｗａｌｋｅｒ編；ＤｉＣｏｓｉｍｏ，Ｒ．、ＭｃＡｕｌｉｆｆｅ，Ｊ．、Ｐｏｕｌｏｓｅ，Ａ．Ｊ．Ｂｏｈｌｍａｎｎ，Ｇ．２０１２．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｕｓｅ  ｏｆ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  ｅｎｚｙｍｅｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．；およびＩｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ  Ｅｎｚｙｍｅｓ：Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｗｉｌｈｅｌｍ  Ｔｉｓｃｈｅｒ  ａｎｄ  Ｆｒａｎｋ  Ｗｅｄｅｋｉｎｄ、Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第２００巻．９５〜１２６頁に記載されている。
【０１３３】
Ｃ．生体触媒を作製するための方法
生体触媒を作製するために使用される微生物を含む成分および生体触媒の調製のために使用されるプロセス条件は、本発明の広い態様にとって重要ではなく、上記微生物を代謝的に保持する原理が一旦理解されれば、当該分野で十分理解されるように広く変動し得る。任意の事象において、不可逆的に代謝的に保持される微生物を有する生体触媒を作製するための成分およびプロセス条件は、微生物に過度に有害な影響を与えるべきではない。
【０１３４】
生体触媒は、微生物と、重合可能なもしくは固化可能な成分またはマトリクスを形成するように易融性もしくは結合可能な固体のうち１つまたは複数であり得る親水性ポリマーのための可溶化された前駆体とを含む液体媒体から調製され得る。水性媒体は、ほとんどの微生物および酵素と水との適合性に起因して、最もしばしば使用される。しかし、他の液体を耐容する微生物を用いると、かかる液体は、液体媒体の全てまたは一部分を作製するために使用され得る。かかる他の液体の例には、液体炭化水素、過酸素化された液体、液体カルボキシ含有化合物などが含まれるがこれらに限定されない。混合液体媒体もまた、生体触媒を調製するために使用され得る。混合媒体は、混和性または非混和性の液相を含み得る。例えば、微生物は、分散された水性相中に懸濁され得、重合可能なまたは固化可能な成分は、連続的溶媒相中に含まれ得る。
【０１３５】
生体触媒を調製するために使用される液体媒体は、特に、微生物が同じ基質について顕著に競合しない場合、１つより多い型の微生物を含み得、上記のような１つまたは複数の単離された酵素または機能的添加剤、例えば、ポリサッカライド、固体吸着剤およびリン光性材料を含み得る。好ましくは、生体触媒は、単一の型の微生物を含む。生体触媒を作製するために使用される液体媒体中の微生物の濃度は、少なくとも約６０グラム／リットルでなければならない。上で議論したように、微生物の濃度は、好ましくは、生体触媒中の微生物の求められる濃度を近似すべきである。生体触媒を形成する際の微生物およびポリマー性材料の相対量は、広く変動し得る。生体触媒の形成後の微生物の集団の増殖が企図され、生体触媒形成プロセスの間の微生物の集団のいくらかに対して損傷を与える可能性がある。それにもかかわらず、より高い微生物濃度が一般に好ましく、例えば、生体触媒を作製するために使用される液体媒体１リットル当たり、少なくとも約１００グラム、好ましくは少なくとも約２００グラム、しばしば約２５０グラムから７５０グラムの間である。
【０１３６】
任意の適切なプロセスは、その中に微生物が不可逆的に保持された開放型の多孔性ポリマー性マトリクスを形成するために、ポリマー性材料を固化もしくは重合させるためまたは粒子を接着もしくは融合させるために使用され得る。適切なプロセスの条件は、微生物に過度に有害な影響を与えるべきではない。微生物が、温度、圧力および他の化学物質の存在に対する耐性において異なる場合、いくつかのマトリクス形成プロセスが、別の型の微生物にとってよりも、１つの型の微生物にとって有利であり得る。
【０１３７】
好ましくは、ポリマー性マトリクスは、生体触媒が形成される際に生体触媒の内部に微生物の集団が提供される様式で、高分子量材料の固化から、プレポリマーの重合または架橋によって、形成される。例示的なプロセスには、溶液重合、スラリー重合（２つ以上の開始相を有することを特徴とする）、および溶媒の冷却または除去による固化が含まれる。
【０１３８】
生体触媒は、固体構造体を形成するために、固化条件（例えば、冷却または蒸発）に媒体を供することまたは触媒、架橋剤もしくは凝固剤などの成分を添加することによって、固体の重合または架橋または凝集を生じさせることによって、液体媒体中でｉｎ  ｓｉｔｕで形成され得る。代替的に、液体媒体は、触媒、架橋剤もしくは凝固剤などの固化剤を含む溶液中に押し出され得、または基質上に被覆され得、次いで複合が、固体生体触媒を形成するための条件に供され得る。
【０１３９】
生体触媒を作製するために使用されるポリマー性材料は、有機または無機の骨格を有し得るが、マトリクス中に取り込まれた場合に生体触媒の求められる水和膨張容量を提供するのに十分な水吸着特性を示す高度に親水性のポリマーを提供するのに十分な親水性部分を有し得る。ポリマー性材料は、それらが、その使用のために意図される生物変換プロセスの条件下で固体のままである生体触媒を形成し、水和膨張容量が達成できるような十分な親水性特性を有する限り、高分子量物質、例えば、ワックス（重合プロセスによって調製されるかどうかによらない）、オリゴマーなどを含むこともまた意図される。上述のように、ポリマー性材料は、ポリマー性マトリクスを形成する際に、架橋されることもさらに重合されることも本質的ではない。
【０１４０】
ポリマー性材料の例には、架橋されていてもされていなくてもよいホモポリマーおよびコポリマーが含まれ、高い親水性を提供し、水和膨張容量が得られるのを可能にする縮合ポリマーおよび付加ポリマーが含まれる。ポリマーは、例えば親水性部分およびより疎水性の部分の、ホモポリマーまたはコポリマーであり得る。分子量および分子量分布は、好ましくは、当該分野で公知のように親水性および強度の組み合わせを提供するために選択される。ポリマーは、親水性を増強するために親水性部分で官能化され得る。親水性部分の例には、チタン、モリブデン、リン、硫黄および窒素のうち１つまたは複数のヒドロキシル、アルコキシル、アシル、カルボキシル、アミドおよびオキシアニオン、例えば、ホスフェート、ホスホネート、サルフェート、スルホネートおよびナイトレートが含まれるがこれらに限定されず、親水性部分は、例えば、ヒドロキシアルコキシド、アセチルアセトネートなどの親水性部分でさらに置換され得る。典型的には、ポリマーは、特に、グリコール部分などのいくつかの隣接する親水性部分において、カルボニル基およびヒドロキシル基を含む。ある場合には、ポリマーの骨格は、親水性を増強するためにエーテル酸素を含む。ある場合には、ポリマー中の酸素対炭素の原子比は、約０．３：１〜５：１の間である。
【０１４１】
マトリクスを形成する際に使用を見出し得るポリマーには、官能化されたまたは官能化されていないポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエーテルケトン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリシリコーン、オレフィン性ポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ゴムおよびポリスチレン、ナイロン、ポリチルオキサジオリン（ｐｏｌｙｔｈｙｌｏｘａｚｙｏｌｉｎｅ）、ポリエチレングリコール、ポリサッカライド、例えば、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、デキストラン、デキストラン硫酸、ヘパリン、ヘパリン硫酸、ヘパラン硫酸、キトサン、ジェランガム、キサンタンガム、グアーガム、水溶性セルロース誘導体およびカラギーナン、ならびにタンパク質、例えば、ゼラチン、コラーゲンおよびアルブミンが含まれ、これらは、ポリマー、プレポリマーまたはオリゴマー、ならびに以下のモノマー、オリゴマーおよびプレポリマーからのポリマーおよびコポリマーであり得る：モノメタクリレート、例えば、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、フタル酸水素メタクリロイルオキシエチル、コハク酸水素メタクリロイルオキシエチル、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２−ヒドロキシメタクリレートおよびエチルメタクリレート；モノアクリレート、例えば、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、コハク酸水素アクリロイルオキシエチルおよびラウリルアクリレート；ジメタクリレート、例えば、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２−ヒドロキシ−１，３−ジメタクリルオキシプロパン、２，２−ｂｉｓ−４−メタクリルオキシエトキシフェニルプロパン、３，２−ｂｉｓ−４−メタクリルオキシジエトキシフェニルプロパンおよび２，２−ｂｉｓ−４−メタクリルオキシポリエトキシフェニルプロパン；ジアクリレート、例えば、エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２−ｂｉｓ−４−アクリルオキシエトキシフェニルプロパン、２−ヒドロキシ−１−アクリルオキシ−３−メタクリルオキシプロパン；トリメタクリレート、例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート；トリアクリレート、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセロールＰＯ付加トリアクリレートおよびエトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート；テトラアクリレート、例えば、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートおよびジトリメチロールプロパンテトラアクリレート；ウレタンアクリレート、例えば、ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレートおよびウレタントリメチルアクリレート；アミノ含有部分、例えば、２−アミノエチルアクリレート、２−アミノエチルメタクリレート、アミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、モノメチルアミノエチルメタクリレート、ｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート、ｐ−アミノスチレン、ｏ−アミノスチレン、２−アミノ−４−ビニルトルエン、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ピペリジノエチルエチルアクリレート、ピペリジノエチルメタクリレート、モルホリノエチルアクリレート、モルホリノエチルメタクリレート、２−ビニルピリジン、３−ビニルピリジン、２−エチル−５−ビニルピリジン、ジメチルアミノプロピルエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルエチルメタクリレート、２−ビニルピロリドン、３−ビニルピロリドン、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルスルフィド、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、２−ピロリジノエチルアクリレート、２−ピロリジノエチルメタクリレート、ならびに他のモノマー、例えば、アクリルアミド、アクリル酸およびジメチルアクリルアミドが含まれる。
【０１４２】
上で列挙したポリマーの全てが、それ自体で有用なわけではないが、官能化することが必要とされ得るか、または高度に親水性のポリマーとのコポリマーを形成するために使用され得る。
【０１４３】
トリエタノールアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、ジベンジルアミノ、Ｎ−ベンジルエタノールアミン、Ｎ−イソプロピルベンジルアミノ、テトラメチルエチレンジアミン、過硫酸カリウム、テトラメチルエチレンジアミン、リジン、オルニチン、ヒスチジン、アルギニン、Ｎ−ビニルピロリジノン、２−ビニルピリジン、１−ビニルイミダゾール、９−ビニルカルバゾン（ｃａｒｂａｚｏｎｅ）、アクリル酸および２−アリル−２−メチル−１，３−シクロペンタンジオンなどの、架橋剤、促進剤、重合触媒および他の重合添加剤が使用され得る。ポリビニルアルコールポリマーおよびコポリマーについては、ホウ酸およびリン酸が、ポリマー性マトリクスの調製において使用され得る。上述のように、架橋剤の量は、マトリクスが高い親水性および高い水和膨張容量を有する能力を保持することを確実にすることに限定される必要があり得る。上に示される物理的特性を有する多孔性マトリクスを作製するためのポリマーおよび架橋剤および他の添加剤の選択は、水溶性かつ高度に親水性のポリマーの合成の分野における当業者の技術範囲内である。
【０１４４】
生体触媒は、構造的完全性を増強するか、または成分を誘引もしくは隔離する、栄養素を提供するなどのように、微生物に有益な活性を提供するように機能し得る他の添加剤の存在下で形成され得る。添加剤は、例えば、ブロス中で浮くまたは沈む傾向があるのではなく、水性媒体中に懸濁されるのに適した密度を提供するためにも使用され得る。典型的な添加剤には、デンプン、グリコーゲン、セルロース、リグニン、キチン、コラーゲン、ケラチン、粘土、アルミナ、アルミノシリケート、シリカ、リン酸アルミニウム、珪藻土、炭素、ポリマー、ポリサッカライドなどが含まれるがこれらに限定されない。これらの添加剤は、ポリマー性マトリクスが形成される場合には固体の形態であり得、その場合、主要寸法が約０．０１〜１００ミクロンの範囲である場合が多い。
【０１４５】
望まれる場合、微生物は、当該分野で公知のように、ストレスに供され得る。ストレスは、飢餓、化学的条件もしくは物理的条件のうち１つまたは複数であり得る。化学的ストレスには、毒素、抗微生物剤、および阻害濃度の化合物が含まれる。物理的ストレスには、光強度、ＵＶ光、温度、機械的撹拌、圧力または圧縮、および乾燥または浸透圧が含まれる。ストレスは、微生物をショックから保護する調節された生物学的反応を生じ得、ストレスは、より弱い細胞が死につつも、より頑健な微生物が生存するのを可能にし得る。
【０１４６】
微生物
微生物は、単細胞であり得るか、または線維状増殖微生物および出芽増殖微生物などの単一細胞微生物として挙動する多細胞であり得る。しばしば、多細胞微生物の細胞は、単独で存在する能力を有する。微生物は、好気性菌、嫌気性菌、通性嫌気性菌、従属栄養生物、独立栄養生物、光独立栄養生物、光従属栄養生物、化学独立栄養生物および／または化学従属栄養生物である微生物が含まれるがこれらに限定されない、任意の型のものであり得る。細胞増殖を含む細胞活性は、好気性、微好気性または嫌気性であり得る。細胞は、誘導（ｌａｇ）（または伝導（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ））、対数、移行（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、定常、死滅、休眠中、栄養成長、胞子形成などを含む、増殖の任意の期にあり得る。１種または複数の微生物は、好冷菌（−１０℃〜２５℃において最適の増殖）、中温菌（２０〜５０℃において最適の増殖）、好熱菌（４５℃〜８０℃において最適の増殖）または超好熱菌（８０℃〜１００℃において最適の増殖）である。１種または複数の微生物は、グラム陰性細菌またはグラム陽性細菌であり得る。細菌は、球菌（球形）、桿菌（桿状）またはらせん菌（らせん形；例えば、ビブリオまたはコンマ細菌）であり得る。微生物は、表現型的および遺伝子型的に多様であり得る。
【０１４７】
微生物は、野生型（天然に存在する）微生物または組換え微生物（遺伝子操作された微生物が含まれるがこれらに限定されない）であり得る。組換え微生物は、１つまたは複数の異種核酸配列（例えば、遺伝子）を含み得る。１つまたは複数の遺伝子は、例えば相同組換えによって、本明細書に記載される方法、組成物またはキットにおいて使用される微生物中に導入され得る。１つまたは複数の遺伝子は、例えばベクターを用いて、微生物中に導入され得る。１つまたは複数の微生物は、１つまたは複数のベクターを含み得る。ベクターは、自律的に複製するベクター、即ち、その複製が染色体複製から独立している染色体外実体として存在するベクター、例えば、線状もしくは閉鎖環状プラスミド、染色体外エレメント、ミニ染色体または人工染色体であり得る。ベクターは、自己複製のための手段を含み得る。ベクターは、宿主細胞中に導入されると、宿主細胞のゲノム中に組み込まれ得、それが組み込まれた１つまたは複数の染色体と一緒に複製し得る。かかるベクターは、宿主染色体の特定の望ましい部位中への組換えを可能にし得る特異的配列を含み得る。ベクター系は、単一のベクターもしくはプラスミド、宿主細胞のゲノム中に導入される総ＤＮＡを一緒になって含む２つ以上のベクターもしくはプラスミド、またはトランスポゾンを含み得る。ベクターの選択は、典型的には、そのベクターが導入される宿主細胞とベクターとの適合性に依存する。ベクターは、コードされたポリペプチドのうち１つもしくは複数とインフレームで融合され得るかまたは別々に発現され得る、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）などのレポーター遺伝子を含み得る。ベクターは、適切な形質転換体の選択のために使用され得る抗生物質抵抗性遺伝子などの選択マーカーもまた含み得る。生物を遺伝子操作する手段は、例えば、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、最終更新日２０１１年７月２５日、Ｗｉｌｅｙ、Ｐｒｉｎｔ  ＩＳＳＮ：１９３４〜３６３９に記載されている。いくつかの実施形態では、副生成物形成に関与する１つまたは複数の遺伝子が、微生物において欠失されている。いくつかの実施形態では、副生成物形成に関与する１つまたは複数の遺伝子は、欠失されていない。微生物中に導入される核酸は、微生物にコドン最適化され得る。遺伝子は、得られる遺伝子産物（例えば、酵素）の活性を増加させるために、改変（例えば、変異）され得る。野生型または遺伝子改変された微生物における求められる特性は、しばしば、環境中での頑強性または生物活性などの増強された特性を示す微生物などの株改善を得るための数世代の選択的収集を含む、天然の改変プロセスまたは自己操作型プロセスを介して増強され得る。例えば、Ｂｅｎ−Ｊａｃｏｂら、Ｓｅｌｆ−ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｏｆ  ｂａｃｔｅｒｉａ、Ｊ．Ｒ．Ｓｏｃ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ２００６、３、ｄｏｉ：１０．１０９８／ｒｓｉｆ．２００５．００８９、２００６年２月２２日を参照のこと。
【０１４８】
生体触媒において使用される選択された微生物は、求められる活性に対して標的化され得る。したがって、生体触媒は、実質的に純粋な株型の微生物を含む場合が多く、標的化に起因して、高い生物活性の達成を可能にし、生体触媒中の微生物の安定な集団を提供する。
【０１４９】
本発明の生体触媒を作製するための代表的微生物には、米国特許出願公開第２０１１／００７２７１４号、特に第０１２２段落；米国特許出願公開第２０１０／０２７９３５４号、特に第００８３段落から第００８９段落；米国特許出願公開第２０１１／０１８５０１７号、特に第００４６段落；米国特許出願公開第２００９／０１５５８７３号；特に第００９３段落；および米国特許出願公開第２００６００６３２１７号、特に第００３０段落および第００３１段落に示される微生物、ならびに本明細書の付属書Ａに示される微生物が含まれるがこれらに限定されない。
【０１５０】
光合成微生物には、光照射によって活性化される生体触媒活性を有する、細菌、藻類およびカビが含まれる。高級な酸素化された有機化合物生成のための光合成微生物の例には、藻類、例えば、Ｂａｃｉｌｌａｒｉｏｐｈｙｃｅａｅ株、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｃｅａｅ、Ｃｙａｎｏｐｈｙｃｅａｅ、Ｘａｎｔｈｏｐｈｙｃｅａｅｉ、Ｃｈｒｙｓｏｐｈｙｃｅａｅ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ（例えば、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｐｒｏｔｏｔｈｅｃｏｉｄｅｓ）、Ｃｒｙｐｔｈｅｃｏｄｉｎｉｕｍ、Ｓｃｈｉｚｏｃｙｔｒｉｕｍ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ、Ｕｌｋｅｎｉａ、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ、Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ、Ｎａｖｉｃｕｌａ、Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ、Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ、ＰｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍおよびＴｈａｕｓｔｏｃｈｙｔｒｉｄｓ；酵母、例えば、Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ、ＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓおよびＡｐｉｏｔｒｉｃｈｕｍ株；ならびに真菌種、例えば、Ｍｏｒｔｉｅｒｅｌｌａ株が含まれるがこれらに限定されない。遺伝学的に増強された光独立栄養性のシアノバクテリア、藻類および他の光独立栄養性生物は、エタノール、ブタノール、ペンタノールおよび他の高級アルコールならびに他のバイオ燃料へと直接的に、微生物の内側の炭水化物を生物変換するように適合されている。例えば、ピルビン酸デカルボキシラーゼ（ｐｄｃ）およびアルコールデヒドロゲナーゼ（ａｄｈ）酵素をコードするＤＮＡ断片を含む構築物を有する遺伝子改変されたシアノバクテリアは、米国特許第６，６９９，６９６号に記載されている。シアノバクテリアは、代謝および増殖のために光、無機元素、水および炭素供給源、一般に二酸化炭素を使用する光合成細菌である。遺伝子操作されたシアノバクテリアを使用したエタノールの生成は、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ２００７／０８４４７７号にも記載されている。
【０１５１】
以下の実施例は、生体触媒および生体触媒を作製するためのプロセスの例示で提供され、限定ではない。特に示さない限り、または文脈から明らかでない限り、固体の全ての部および百分率は質量部および質量百分率であり、液体および気体の全ての部および百分率は容量部および容量百分率である。
【０１５２】
これらの例では、以下の一般的手順が使用される。生体触媒のための微生物は、栄養素および微量栄養素の存在を含む、微生物のための水性媒体中で適切なプランクトン条件下で増殖される。この媒体は、本明細書で「培養培地」と呼ぶ。使用される微生物は、利用可能であり、したがって、実質的に純粋な株または混合培養物のいずれかであり得る。培養培地中の細胞密度は、光学密度によって決定される。培養培地の細胞密度が生体触媒を作製するのに求められる密度よりも低い場合、培養培地は、より高密度の細胞含有画分を提供するために、遠心分離または濾過される。可溶化された前駆体の別々に調製された水性溶液が作製される（本明細書で「ポリマー溶液」と呼ばれる）。生体触媒のための任意の固体添加剤が、生体触媒中の求められる量を提供する量で、ポリマー溶液に添加される。ポリマー溶液は、水性媒体中の成分の均一な分散を確実にするために、機械的撹拌子で混合される。前駆体を可溶化することが必要な場合、ポリマー溶液は、必要に応じて加熱され得る。ある場合には、微量栄養素溶液もまた、ポリマー溶液に添加される。
【０１５３】
培養培地（または遠心分離からの高密度相）およびポリマー溶液の各々のアリコートは、前駆体溶液について約３０℃での機械的撹拌下で混合される。微生物が嫌気性である場合、培養培地、ならびに培養培地およびポリマー溶液の混合ならびに全ての引き続く工程は、窒素でパージすることによって嫌気性条件下に維持される。
【０１５４】
次いで、前駆体溶液は、直径が約３ミリメートルの液滴を形成するために、直径が約０．７５ミリメートルのオリフィスを有する穴あきプレートを介して押し出される。液滴は、約５のｐＨを有する水性ホウ酸溶液の、穏やかに撹拌された凝固槽中に入る。生体触媒が凝固槽から回収され、蒸留水で洗浄される。生体触媒は、洗浄後、微生物に適した代謝条件下で、微量栄養素および基質を含む液体媒体中に配置される。
【０１５５】
表Ｉは、実施例をまとめる。表ＩＩは、実施例において使用される微生物を示す。表ＩＩＩは、実施例において使用される親水性ポリマー（複数可）を示す。表ＩＶは、実施例において使用される固体添加剤パッケージを示す。
【表１Ａ】
0006298458.tif 000002
【表１Ｂ】
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【表１Ｃ】
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【表１Ｄ】
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【表１Ｅ】
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【表１Ｆ】
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【表１Ｇ】
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【表２Ａ】
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【表２Ｂ】
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【表２Ｃ】
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【表３Ａ】
0006298458.tif 000012
【表３Ｂ】
0006298458.tif 000013
【表３Ｃ】
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【表３Ｄ】
0006298458.tif 000015
【表３Ｅ】
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【表３Ｆ】
0006298458.tif 000017
【表３Ｇ】
0006298458.tif 000018
【表３Ｈ】
0006298458.tif 000019
【表３Ｉ】
0006298458.tif 000020
【表３Ｊ】
0006298458.tif 000021
【表４Ａ】
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【表４Ｂ】
0006298458.tif 000023
【０１５６】
上記生体触媒の各々は、表現型変更を示し、生体触媒は、微生物の安定な集団を有し、代謝活性からいずれの感知できる残骸も生成しない。
【０１５７】
生物変換
Ａ．概要
上記のように、本発明の生体触媒は、広範な同化性生物変換プロセスおよび異化性生物変換プロセスのために使用され得る。基質は、通常は気体、液体または固体のうちの１つまたは複数であり得る。基質は、好ましくは、生体触媒との接触のために水性媒体中に溶解されることが可能であるが、本発明の生体触媒は、有するとしても水中での溶解度を基質がほとんど有さないプロセス、特に本発明の生体触媒によって可能になる気相代謝プロセスにおいて、有利な適用を見出し得る。広い態様において、本発明のプロセスは、生体生成物への基質の生物変換に関し、このプロセスは、（ａ）基質を本発明の生体触媒と接触させる工程、および（ｂ）基質の少なくとも一部分を前記生体生成物に生物変換するのに十分な時間にわたって、代謝条件下で生体触媒を維持する工程、を含む。通常、生体生成物は回収される；しかし、本発明のいくつかの態様では、生体生成物は、意図的に、例えば、水から可溶性金属化合物を除去する場合、生体触媒中に隔離されることが可能な化学物質であり得る。
【０１５８】
基質は、生物（植物もしくは動物）中の天然もしくは生体異物物質であり得、または他の供給源から取得され得る。したがって、基質には、植物、動物もしくは化石燃料供給源であり得るもの、または植物、動物もしくは化石燃料供給源から誘導され得るもの、あるいは化学的プロセスもしくは産業的プロセスによって生成され得るものが含まれるが、これらに限定されない。生体触媒は、基質が１種または複数の夾雑物である場合、水供給または廃水浄化操作にも適用可能であり得る。生体触媒は、同化活性または異化活性の結果として代謝物を生成し、代謝物は、一次代謝物または二次代謝物であり得る。本発明のプロセスは、任意の型の同化代謝物を生成するために使用され得る。
【０１５９】
生体生成物は、夾雑物が、例えば水供給または廃水処理のために流体から除去されている場合に特に、分解生成物であり得る。かかる分解生体生成物には、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、硫化カルボニル、硫化水素、水、ならびに塩、例えば、アンモニウム、または１属〜１６属（ＩＵＰＡＣ）の金属、例えば、ナトリウム、カリウム、マンガン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、鉄、銅、コバルト、スズ、セレン、ラジウム、ウラン、ビスマス、カドミウム、水銀、モリブデンおよびタングステンの炭酸塩、炭酸水素塩、硫化物塩、亜硫酸塩、硫酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、塩化物塩、臭化物塩、ヨウ化物塩およびホウ酸塩が含まれるがこれらに限定されない。
【０１６０】
生体生成物は、最大４４または５０炭素の炭化水素、ならびにヒドロキシル、アシル、カルボキシル、アミン、アミド、ハロ、ニトロ、スルホニルおよびホスフィノ部分のうち１つまたは複数で置換された炭化水素、ならびに窒素、硫黄、酸素およびリン原子が含まれるがこれらに限定されない１つまたは複数のヘテロ原子を含む炭化水素が含まれるがこれらに限定されない、脂肪族化合物および芳香族化合物の１つまたは複数であり得る。代謝プロセスからの最終生成物としての有機生成物の例は、特に第０１２９段落から第０１４９段落までに示されるような、米国特許出願公開第２０１０／０２７９３５４号に列挙されたものである。米国特許出願公開第２０１１／０１６５６３９号もまた参照のこと。他の生体生成物には、ｐ−トルエート（ｔｏｌｕａｔｅ）、テレフタレート、テレフタル酸、アニリン、プトレシン、シクロヘキサノン、アジペート、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）、６−アミノカプロン酸、マレート、アクリレート、アジピン酸、メタクリル酸、３−ヒドロキシプロピオン酸（３ＨＰ）、サクシネート、ブタジエン、プロピレン、カプロラクタム、脂肪アルコール、脂肪酸、グリセレート、アクリル酸、アクリレートエステル、メタクリル酸、メタクリル酸、フコイダン、ムコネート（ｍｕｃｏｎａｔｅ）、ヨウ素、クロロフィル、カロテノイド、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、カリウムおよびホスフェートが含まれる。生体生成物は、植物または動物またはヒトに関して生物学的活性を提供する化学物質であり得る。生物学的活性は、抗ウイルス剤、抗生物質、抑制剤、刺激剤、増殖促進剤、ホルモン、インスリン、繁殖剤、誘引剤、忌避剤、殺生物剤などのいくつかの異なる活性のうち１つまたは複数であり得る。抗生物質の例には、アミノグリコシド（例えば、アミカシン、ゲンタマイシン、カナマイシン、ネオマイシン、ネチルマイシン、トブラマイシン、パロモマイシン）；アンサマイシン（例えば、ゲルダナマイシン、ハービマイシン）；カルバセフェム（ロラカルベフ）；カルバペネム（例えば、エルタペネム、ドリペネム、イミペネム／シラスタチン、メロペネム）；セファロスポリン（第１世代、例えば、セファドロキシル、セファゾリン、セファロチン、セファレキシン）；セファロスポリン（第２世代、例えば、セファクロル、セファマンドール、セフォキシチン、セフプロジル、セフロキシム）；セファロスポリン（第３世代、例えば、セフィキシム、セフジニル、セフジトレン、セフォペラゾン、セフォタキシム、セフポドキシム、セフタジジム、セフチブテン、セフチゾキシム、セフトリアキソン）；セファロスポリン（第４世代、例えば、セフェピム）；セファロスポリン（第５世代、例えば、セフトビプロール）；グリコペプチド（例えば、テイコプラニン、バンコマイシン、テラバンシン）；リンコサミド（例えば、クリンダマイシン、リンコマイシン）；マクロライド（例えば、アジスロマイシン、クラリスロマイシン、ジリスロマイシン、エリスロマイシン、ロキシスロマイシン、トロレアンドマイシン、テリスロマイシン  スペクチノマイシン）；モノバクタム（例えば、アズトレオナム）；ニトロフラン（例えば、フラゾリドン、ニトロ���ラントイン）；ペニシリン（例えば、アモキシシリン、アンピシリン、アズロシリン、カルベニシリン、クロキサシリン、ジクロキサシリン、フルクロキサシリン、メズロシリン、メチシリン、ナフシリン、オキサシリン、ペニシリンＧ、ペニシリンＶ、ピペラシリン、テモシリン、チカルシリン）；ペニシリン合剤（例えば、アモキシシリン／クラブラネート、アンピシリン／スルバクタム、ピペラシリン／タゾバクタム、チカルシリン／クラブラネート）；ポリペプチド（例えば、バシトラシン、コリスチン、ポリミキシンＢ）；キノロン（例えば、シプロフロキサシン、エノキサシン、ガチフロキサシン、レボフロキサシン、ロメフロキサシン、モキシフロキサシン、ナリジクス酸、ノルフロキサシン、オフロキサシン、トロバフロキサシン、グレパフロキサシン、スパルフロキサシン、テマフロキサシン）；スルホンアミド（例えば、マフェニド；スルホンアミドクリソイジン（ｓｕｌｆｏｎａｍｉｄｏｃｈｒｙｓｏｉｄｉｎｅ）、スルファセタミド、スルファジアジン、スルファジアジン銀、スルファメチゾール、スルファメトキサゾール、スルファニリミド（ｓｕｌｆａｎｉｌｉｍｉｄｅ）、スルファサラジン、スルフイソキサゾール、トリメトプリム、トリメトプリム・スルファメトキサゾール（コトリモキサゾール）（ＴＭＰ−ＳＭＸ）；テトラサイクリン（例えば、デメクロサイクリン、ドキシサイクリン、ミノサイクリン、オキシテトラサイクリン、テトラサイクリン）；マイコバクテリアに対する薬物（例えば、クロファジミン、ダプソン、カプレオマイシン、サイクロセリン、エタンブトール、エチオナミド、イソニアジド、ピラジナミド、リファンピン、リファブチン、リファペンチン、ストレプトマイシン）およびその他（例えば、アルスフェナミン、クロラムフェニコール、ホスホマイシン、フシジン酸、リネゾリド、メトロニダゾール、ムピロシン、プラテンシマイシン、キヌプリスチン（１ｕｉｎｕｐｒｉｓｔｉｎ）／ダルホプリスチン、リファキシミン、チアンフェニコール、チニダゾール）が含まれるがこれらに限定されない。
【０１６１】
好ましくは、同化生体生成物は、最大約１００、しばしば最大約５０炭素原子の酸素化された有機化合物および炭化水素のうち少なくとも１つである。最も好ましい酸素化された有機生成物には、メタノール、エタノール、酢酸、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、プロピオン酸、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、酪酸、アセトンおよびメチルエチルケトンが含まれる。
【０１６２】
本発明のプロセスによって実行するのに適した同化プロセスまたは異化プロセスの例には、以下が含まれるがこれらに限定されない：
・合成ガス、即ち、酸素化された有機生成物および炭化水素への変換のための、一酸化炭素および任意選択で水素を含むガス。酸素化された有機生成物への合成ガスの変換のための典型的な先行技術のプロセスでは、生成力に対する限定要因は、気相から水性媒体の液相への一酸化炭素および水素の質量移動である。合成ガスの生物変換のために本発明の生体触媒を使用することによって、質量移動は増強され得る。
・酸素化された有機生成物および炭化水素への変換のための二酸化炭素含有ガス。同化性変換は、例えば、アルコール、バイオディーゼルなどを生成するために、藻類、シアノバクテリアまたは他の光活性化微生物によってもたらされ得る。生体生成物を生成するために二酸化炭素を使用する他の生物変換プロセスには、有機酸およびエステルならびに二酸およびジエステル、例えば、コハク酸および乳酸を作製するためのプロセスが含まれる。
・例えば、固体廃棄物の処分またはエネルギーの生成からの燃焼ガスであって、基質は、ガスから除去されることが求められる夾雑物、例えば酸素化されたハライド、スルホキシ部分、酸化窒素、重金属化合物などを含む。
・例えば、揮発性有機化合物；溶媒、例えば、塩素含有溶媒、ケトン、アルデヒド、過酸素化物など；アンモニアまたは揮発性アミン；メルカプタンおよび他の硫黄含有化合物；酸化窒素；などを含む、産業プロセス廃ガス。産業プロセス廃ガスは、塗装作業からの排気など、空気ベースであり得、または、パージまたは廃ガスなど、空気を欠いていてもよい。熱酸化ユニットについて温度を維持するために天然ガスまたは他の燃料がしばしば必要とされるので、これらの基質を異化性分解に供する能力は、しばしば熱酸化ユニット操作の必要性を排除し得、資源節約およびエネルギー節約の両方を生じることができる。
・天然ガス（地下破砕（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ  ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ）プロセスによって回収されるガス、即ち、破砕ガス（ｆｒａｃ  ｇａｓ）が含まれるがこれに限定されない）であって、異化処理のための基質は、酸素化物、例えば、酸化窒素、酸化硫黄；パーコレート；硫化物、アンモニア；メルカプタン；などのうち１つまたは複数であり得る。
・水から除去可能な、ナイトレート、パーコレート、味覚および臭気化合物、有機物、塩素付加炭化水素など。水の供給源は、水処理施設、地表供給源、表面供給源、都市廃棄物処理および産業廃水由来であり得る。水流は、トウモロコシエタノールプロセスなどの、基質が完全には消費されない他の生物変換プロセスから誘導され得る。
・酸素化された有機生成物および炭化水素への変換のための、セルロース、ヘミセルロース、デンプンおよび糖が含まれるがこれらに限定されない炭水化物。
・生物変換および隔離による水からの除去のための、硫黄、リン、セレン、タングステン、モリブデン、ビスマス、ストロンチウム、カドミウム、クロム、チタン、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、ヒ素、バナジウム、ウラン、ラジウム、マンガン、ゲルマニウム、インジウム、アンチモン  水銀および希土類金属のオキシアニオン、ヒドロキシルまたは可溶性塩。
【０１６３】
生体触媒を使用する代謝プロセスは、生体触媒が基質を求められる生体生成物へと変換するのに十分な代謝条件を使用することによって、任意の適切な様式で実施され得る。代謝条件には、温度、圧力、酸素化、ｐＨならびに生体触媒中の微生物に必要とされるまたは望ましい栄養素（微量栄養素が含まれる）および添加剤の条件が含まれる。本発明の生体触媒に関連する微小環境および表現型変更に起因して、プランクトン微生物に適したものよりも広い範囲の代謝条件が、効率的に使用され得る場合が多い。典型的なバイオリアクタシステムを含む任意の適切なバイオリアクタシステムが使用され得る。
【０１６４】
本発明の生体触媒を使用する代謝プロセスは、水和した生体触媒を維持するのに十分な水を、生体触媒に提供する。生物変換プロセスは、基質含有ガスとの直接的接触、またはしばしば水性媒体である液体媒体との接触を含み得る。この水性媒体のための水は、水道水、脱塩水、蒸留水、およびプロセス流または廃水流が含まれるがこれらに限定されない、任意の適切な供給源から提供され得る。この水性媒体は、当該分野で公知のように、栄養素および添加剤、例えば、共代謝物、強化剤、増強剤、誘導剤増殖促進剤、緩衝液、抗生物質、ビタミン、ミネラル、窒素供給源および硫黄供給源を含み得る。望まれる場合、消泡剤が、水性媒体において使用され得る。添加剤が代謝プロセスに望ましいまたは必要とされるいくつかの場合には、本発明の生体触媒は、他の点が全て実質的に同じ、プランクトン自由懸濁システムと比較して、より低い濃度のかかる添加剤で、少なくとも等価な生物変換活性を示す。
【０１６５】
バイオリアクタは、水性媒体を導入する前に無菌化されていてもいなくてもよい。微生物の顕著な集団を含む生体触媒の使用に起因して、バイオリアクタは、迅速な立ち上がり時間を有し得る。
【０１６６】
プロセスは、水性媒体中に提供される全ての炭素要求または炭素供給源欠乏ベースで実施され得る。炭素供給源欠乏において操作する場合、水性媒体は、炭素栄養素の炭素に基づき、少なくとも約５０質量パーセント、頻繁には少なくとも約７５質量パーセント、例えば、８０質量パーセント〜１００質量パーセント未満を提供する場合が多い。ある場合には、ポリサッカライドが、炭素供給源欠乏操作が関与する場合、生体触媒中に含まれる。炭素供給源欠乏は、代謝プロセスの間に間欠的にまたは連続的に生じ得る。
【０１６７】
生物変換プロセスは、１つまたは複数の目的を達成するために最適化され得る。例えば、プロセスは、生体生成物への基質の高い変換を提供するように設計され得るか、または生体生成物への変換に対する資本およびエネルギー費用のバランスを取るように設計され得る。生体触媒は高度に水和しているので、一般にその密度は、水の密度と近い。したがって、水性供給流を使用した流動床リアクタ設計を用いると、エネルギー消費は、より高密度の支持体が使用される場合よりも低い。例えば、アルカノールへの糖の変換または窒素ガスへのナイトレートアニオンの生物変換において、代謝プロセスがガスを生成するいくつかの場合には、ガスは生体触媒中に蓄積して、浮揚性を増加させ得る。この蓄積されたガスは、流動床操作のためのエネルギー消費を低減させ得、ジェットループバイオリアクタなどの他のバイオリアクタ設計の使用を促進し得る。
【０１６８】
生体生成物は、典型的な分離技術を含む任意の適切な様式で水性媒体から回収され得る。
【０１６９】
Ｂ．代謝シフト
本発明の好ましい実施形態では、生体触中の微生物の代謝シフトを生じる表現型変更が生じる。代謝シフトは、同化性生物変換および異化性生物変換の各々において生じ得る。代謝シフトは、増殖のために微生物によって消費されているエネルギーを少なくする。したがって、生体生成物への生物変換および微生物によるエネルギーの両方のために基質が使用される場合、代謝シフトは、生体生成物への生物変換効率を増強する。さらなる型の代謝シフトは、炭素フローシフトと呼ばれる。炭素フローシフトは、微生物が基質から１種よりも多い生体生成物を生成し得、生体生成物の相対量が変更される場合に生じる。例えば、酵母による糖の発酵は、エタノールおよびアセテートアニオンの両方を生成する。炭素フローシフトは、例えば、エタノール対アセテートアニオンの比率が増加する場合に、生じる。同様に、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍを使用した糖からのブタノールの生成では、エタノールおよびアセトンが共生成され、炭素フローシフトは、生成されるブタノールの比率を増加させる。代謝シフトは、特に、大きい生物変換施設で、および合成ガスまたは炭水化物が基質である場合など、基質の費用が重要である場合に、顕著な経済的利益があり得る。微生物を維持するために炭素供給源を提供する必要がある代謝システムでは、代謝シフトは、所与の速度の生体生成物生成を維持するために提供される炭素供給源の量を有益に低減させる。
【０１７０】
生体生成物への炭素含有基質の同化性生物変換に関するより好ましい実施形態では、求められる生体生成物への基質の理論的最大生物変換の少なくとも約９５パーセント、好ましくは少なくとも約９８パーセントが達成される。例えば、エタノールへのグルコースの生物変換では、二酸化炭素およびエタノールが生成される。全ての糖がエタノール生成経路において生成されるエタノールおよび二酸化炭素に生物変換される場合に生成される理論的量と比較して生成されるエタノールの量。同様に、一酸化炭素の生物変換では、エタノールへの理論的最大変換は、６モルの一酸化炭素が１モルのエタノールおよび４モルの二酸化炭素（二酸化炭素は、もちろん、水素の存在下ではエタノールに生物変換され得る）を生成する変換である。
【０１７１】
代謝シフトに加えて、本発明の生体触媒は、表現型変更および微生物間の連絡によって可能になると考えられる潜在増殖を受ける。潜在増殖は、固体残骸を生成しない生体触媒を提供するのに役立つ。それにもかかわらず、延長された時間期間にわたって微生物の安定な集団を維持する本発明の生体触媒の能力は、微生物の集団において表現型代謝シフトが生じることを示す。
【０１７２】
Ｃ．増強された生物変換
本発明の別の好ましい態様では、生体触媒は、他の点が全て実質的に同じ、バイオリアクタの単位容量当たり同じ細胞密度を有するプランクトン微生物の生体触媒と比較して、増強された速度の生物変換を示す。本発明のこの態様は、より高い生物活性に起因して、改善された同化性生物変換プロセスおよび異化性生物変換プロセスを提供する。ある場合には、微生物は、プランクトン増殖を生じない生物変換が観察されるように、表現型変更を起こし得る。
【０１７３】
さらに、本発明の生体触媒によって、自由懸濁または支持された生体触媒におけるプランクトン増殖よりも高い細胞密度が提供され得る場合が多いので、生物変換活性におけるさらにより高い増加であっても、バイオリアクタの単位容量当たりまたは所与の単位の水力学的保持時間当たりで得られ得る。したがって、バッチ処理または連続的処理のいずれかのための低減された滞留時間が、生物変換の単位当たりで達成され得る。
【０１７４】
本発明の生体触媒の使用は、供給流中の基質を非常に低い濃度まで低減させることも可能であり、非常に低い濃度の基質が代謝的に生物変換されることも可能にする。いくつかの適用では、例えば、基質の効率的な使用のために、または基質を除去するために生物変換流出物がさらに処理される必要がないように、基質を非常に低い濃度まで低減させることが、生物変換プロセスに望ましい。後者の例は、流出物が、存在するとしても生物分解可能な炭素化合物をほとんど含むべきではなく、十億分率未満の濃度まで、水中に含まれる毒性材料、例えば、１，４−ジオキサン、Ｎ−ニトロソジメチルアミン（ＮＤＭＡ）およびパーコレートアニオンならびに内分泌かく乱因子を低減させる、都市廃水である。他の例は、アオコによって影響される飲料水中の味覚および臭気に影響を与える成分、例えば、微量濃度でのみ存在してよいメチルイソボレアール（ｍｅｔｈｙｌｉｓｏｂｏｒｅａｌ）（ＭＩＢ）およびゲオスミンである。したがって、本発明のプロセスの１実施形態は、水中の超低夾雑物の濃度（約５０マイクログラム／リットル未満の濃度の夾雑物）を低減させることに関し、これは、
ａ．前記水流をバイオリアクタに連続的に送る工程であって、前記バイオリアクタは、その中に不可逆的に保持している、前記超低夾雑物の生物変換が可能な微生物を含む本発明の生体触媒の存在を含む代謝条件において維持される、工程；
ｂ．前記超低夾雑物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水流を前記生体触媒と接触させる工程；および
ｃ．前記バイオリアクタから、低減された濃度の前記超低夾雑物を有する処理された水流を引き出す工程
を含む。
【０１７５】
好ましくは、超低夾雑物の各々は、少なくとも約１０ナノグラム／リットル（ｎｇ／Ｌ）、例えば、少なくとも約５０ナノグラム／リットル（ｎｇ／Ｌ）、および約５０マイクログラム／リットル（ｍｃｇ／Ｌ）未満、しばしば約２０マイクログラム／リットル（ｍｃｇ／Ｌ）未満の量の濃度で、バイオリアクタに送られる水流中に存在する。好ましくは、水流中、少なくとも約５０パーセント、時折少なくとも約８０または９０パーセントの夾雑物が、生物変換される。
【０１７６】
本発明の生体触媒中の内部微小環境および表現型変化は、本発明の別の好ましい態様では、単一の微生物種による２種以上の基質の、増強された同時生物変換もまた提供する。通常、微生物は、ジオーキシーとして公知の現象において、別の基質を超えて１種の基質を好むまたは代謝する。本発明のこの態様によれば、あまり好ましくない基質の生物変換速度は、同じ微生物および細胞密度ならびに実質的に同じプロセス条件を使用するプランクトンプロセス中よりも、より好ましい基質対あまり好ましくない基質の同じモル比で、あまり抑制されない。ジオーキシーの一例は、ナイトレートアニオンが好ましい基質である場合の、ナイトレートアニオンおよびパーコレートアニオンを含む水の処理である。
【０１７７】
本発明の生体触媒は、生体触媒に対して外側の条件とは異なる条件を有し得る微小環境を含む。したがって、生体触媒の内部の微小環境は、同じ微生物を使用していても、好気性生物変換プロセスおよび嫌気性生物変換プロセスの両方が生じることを可能にする。したがって、例えば、アンモニウムカチオンが酸化され得、得られたナイトレートアニオンは、好気性水性媒体において窒素へと還元される。所与の微小環境中の代謝条件は、生体触媒内の他の代謝活性によって影響を受け得る。例えば、炭素供給源などの電子供与体を代謝することは、酸素を消費し得、したがって、還元的環境を提供し得る。
【０１７８】
生体触媒は、自己モジュレーションを提供するように機能し得、自由懸濁物中でのプランクトン増殖においては不可能な代謝活性を可能にし得る。この現象は、酸化還元型生物変換について容易に理解される。結果として、基質の還元である代謝プロセスは、生体触媒を取り囲む水性媒体中の酸素または酸化性成分の存在下で進行し得る。限定ではなく例として、生体触媒は、炭化水素、例えば、アルカン、アルケンおよびアルキン、ならびに芳香族、例えば、ベンゼン、トルエンおよびキシレンを含む、１〜５０個またはそれ以上の炭素の脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素；１〜５０個またはそれ以上の炭素の、エーテル、ケトン、アルデヒド、アルコール、カルボン酸およびエステル；ハロゲン化炭化水素、例えば、パークロロエチレン、ジクロロエチレン、塩化ビニル、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素およびポリ塩素付加ビフェニル（ＰＣＢ）を含む、臭素付加炭化水素および塩素付加炭化水素、ならびにナイトレート、ニトライト、サルフェート、サルファイト、ホスフェート、ホスファイトおよび他のメタレートを含む、可溶性金属および半金属化合物、の異化作用のために使用され得る。
【０１７９】
Ｄ．増強された毒素耐性
驚くべきことに、本発明の生体触媒は、毒素に対する増加した耐性を示す。理論に束縛されることは望まないが、この増加した耐性についてのいくつかの可能性のある理由は、微生物が代謝的に保持され物理的に保護される環境を提供することに加えて、毒素の存在と反応して内側での抵抗性を微生物が発達させる時間を有する環境；増加した細胞壁安定性および細胞の幾何学的安定性を微生物が有する能力；ならびに群集が毒素と反応し、その毒素に対する抵抗機構を発達させる能力を増強するための微生物の集団間の連絡を、生体触媒が提供するという事実に存在し得ると考えられる。示された耐性は、プランクトン微生物によって示される耐性よりも高く、時折、従来の固定化されたバイオフィルムによって示される耐性よりも高い。したがって、微生物およびそれらの群集による表現型シフトは、毒素に対する増強された耐性にも寄与し得る。
【０１８０】
いくつかのプロセス、特に同化プロセスでは、生物変換生成物（生体生成物）自体が微生物にとって毒性であるか、または微生物にとって毒性な共生成物もしくは副生成物が生成される。例えば、遊離細胞である酵母によるエタノールへの糖の生物変換では、バッチ発酵バイオリアクタは典型的に、約１５パーセントの濃度のエタノールに限定される。糖からのイソブタノールまたはｎ−ブタノールの生体生成を用いると、最大発酵ブロス濃度は、一般に約２．５パーセントである。したがって、発酵ブロス中の生体生成物の力価は、生体生成物の有害な濃度を回避するために限定されるべきであり、生体生成物の分離に必要とされるエネルギーは増加する。さらに、バッチプロセスを用いると、力価に対する限定は、より短いサイクル時間を生じる。したがって、バイオリアクタのダウンタイム、バイオリアクタの浄化および微生物の集団の置き換えと関連する費用を含む、生体生成物の単位容量当たりの費用の増加を招く。本発明のプロセスに従う、毒性に対する微生物の抵抗性の増加は、より高い濃度の生体生成物が生成されるのを可能にし、バッチ発酵プロセスについては、一時休業の頻度を低減させる。
【０１８１】
他のプロセスでは、毒素は、微生物に基質を提供するための原料中に夾雑物として含まれ得る。これらの毒素の濃度を耐容可能なレベルまで低減させるために原料を事前処理することが行われ得るが、かかる事前処理は、資本および操作費用の追加を生じる。本発明の生体触媒のための１つの特に魅力的な適用は、汽水または塩性水またはブラインを処理する際に、水中の他の成分を代謝することである。水は、表面、地表または産業的供給源由来であり得る。かかる水中での分解を必要とし得る成分の例には、ナイトレート、ニトライト、クロレート、パーコレート、塩素付加溶媒およびＰＣＢが含まれるがこれらに限定されないハロゲン化有機物、脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素ならびに酸素化された炭化水素、例えば、１，４−ジオキサン、カルボン酸、エーテル、ケトンおよびアルデヒドが含まれるがこれらに限定されない炭化水素が含まれるがこれらに限定されない。
【０１８２】
ある場合には、基質自体が、高すぎる濃度で存在する場合、微生物に対して悪影響を有し得る。例えば希釈によって基質の濃度を低減させることは、代謝プロセスの資本および操作費用を追加する。毒性であり得る基質の例には、他の生体生成物を作製するために使用される、一酸化炭素、シアン化水素、硫化水素、パーマンガネート（ｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅ）および酸素化された有機化合物が含まれる。
【０１８３】
微生物に影響を与える別の毒素には、ウイルスまたはファージが含まれる。ファージに見舞われている水性媒体の処理は、問題が多い。バイオリアクタは、空にされ、無菌化され、次いで、再生息させられて、顕著なダウンタイムおよび操作経費を招き得る。ある場合には、添加剤が、抗ウイルス剤として水性媒体に提供され得る。このことが再び、代謝プロセスの費用を増加させる。
【０１８４】
広い態様では、前記生物変換のための微生物の存在を含む生物変換条件下で、水性媒体中に含まれる基質を生体生成物へと生物変換するためのプロセスは、生物変換プロセスにおいて本発明の生体触媒を使用することによって、毒素の影響を減弱させる工程を含み、水性媒体は、前記生物変換条件下で前記微生物が前記水性媒体中に自由に懸濁されている場合に有害な影響を有するのに十分な量で、少なくとも１種の毒素を含む。
【０１８５】
ある場合には、発酵ブロス中の生体生成物の濃度が、微生物の自由細胞懸濁物を使用して達成可能な濃度よりも、約２０パーセント、頻繁には約３０パーセント、例えば、約５０またはそれ以上のパーセント高い場合、全ての他のパラメーターが同じままで、生体生成物への基質の生物変換の速度は顕著には低減されない。糖をエタノールに生物変換するために使用される場合、２０質量パーセントまたはそれ以上の、発酵ブロス中のエタノール濃度が、しばしば達成され得る。イソブタノールまたはｎ−ブタノールへの糖の生物変換のために、少なくとも約３質量パーセント、時折約３．５質量パーセントから５質量パーセントまたはそれ以上の間の、発酵ブロス中の生体生成物濃度が達成され得る。
【０１８６】
多くの場合、微生物は、前記水性媒体中に自由懸濁された前記微生物よりも、少なくとも約２０パーセント、好ましくは少なくとも約３０パーセント大きい、毒素の濃度に持ちこたえることが可能である。多くの場合、毒素の存在に対するプロセスの耐性の増加は、上で定義されたバッチ毒素耐性試験（ＢＴＴ試験）を使用して観察され得る。本発明のプロセスは、ＢＴＴ試験において、自由懸濁物を使用した場合よりも、少なくとも約２０パーセント、好ましくは少なくとも約３０または５０パーセント大きい生物変換を示す。ある場合には、微生物は、他の条件が全て同じで、骨炭支持体上のバイオフィルムの形態での前記微生物よりも、少なくとも約１０パーセント、好ましくは少なくとも約２０パーセント高い濃度の毒素に持ちこたえることが可能である。
【０１８７】
多くの場合、生体触媒によって示される生物変換速度が大いに影響を受けるレベルに化学物質の濃度が達した場合でさえ、本発明のプロセスは、生体触媒中に代謝的に保持される微生物の少なくとも一部分に対して保護を提供する傾向がある。したがって、微生物が有害な影響を受ける体制への逸脱の終結に際して、生物変換活性は、求められる代謝を提供する微生物の集団の少なくとも一部分の生存を再び示し始める。集団の一部分が逸脱の間に有害な影響を受ける場合、生体触媒中の微生物の集団は、定常状態レベルへの逸脱の終結後に増加し得る。
【０１８８】
実施例２０５〜２０７では、７リットルの作業容量を有する連続的撹拌タンクバイオリアクタが、バッチ実験に使用される。バイオリアクタには、温度を維持するための制御が提供される。発酵ブロスのｐＨは、典型的には約５のｐＨに制御される。発酵は、バッチ様式で実施される。蜂蜜の形態での糖２２３グラム／リットルの１０００ミリリットル溶液が、バッチバイオリアクタに充填される。蜂蜜は、約３８質量パーセントのフルクトース、３１質量パーセントのグルコース、７．３１質量パーセントのマルトース、１．３質量パーセントのスクロース、１．５質量パーセントの高級糖および非糖成分と釣り合った約１７パーセントの水の組成を有する。発酵は、約３０℃〜３５℃で実施される。全ての実施例において、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅの同じ株が使用される。実施例２５に従って調製される使用される生体触媒は、実質的に、約７０，０００の水和膨張容量を有する。この生体触媒は、使用の前に約２日間にわたって、希水性エタノール（約５質量パーセントから１０質量パーセントの間で変動する）と接触させる。
【０１８９】
［実施例２０５］
この実施例では、バッチバイオリアクタを使用し、産業グレードのエタノールを発酵ブロスに添加して、２０質量パーセント濃度のエタノールを提供する。あるランは、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅの自由懸濁物を使用して、１リットル当たり約１５０グラムの酵母を提供し、別のランは、十分な生体触媒を使用して、１リットル当たり約１５０グラムの酵母を提供する。発酵条件下での７２時間の後、自由懸濁物を含む発酵ブロスは、エタノールを生じないが、生体触媒は、理論的に可能なエタノールの量の約７５パーセントを生成する。添加したエタノールの非存在下では、自由懸濁物は、７２時間後に、理論的に可能なエタノールの量の約７８パーセントであるエタノールの生成を提供する。生体触媒は、理論的に可能なエタノールの量の約９６パーセントから９８パーセントの間の量のエタノールを生成する。高い変換は、代謝シフトが生じていることを示す。
【０１９０】
［実施例２０６］
この実施例では、約２４時間の期間にわたって、生体触媒を、２０質量パーセントの水性エタノール溶液に曝露させる。次いで、生体触媒を洗浄し、次いで、バッチバイオリアクタにおいて使用して、約１５０グラム／リットルの理論的酵母含量を提供する。７２時間後、自由細胞バッチ反応は、エタノールを全く生成しない。生体触媒を使用するバッチ反応は、理論的に可能なエタノールの約９８パーセントを生じる。
【０１９１】
［実施例２０７］
この実施例では、発酵ブロスに添加する蜂蜜の量を増加させて、約２８８グラム／リットルの糖を提供する。いくつかのバッチ反応を、生体触媒中に含まれる約１５０グラム／リットルのＳ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを使用して実施する。７２時間後、生体触媒を使用するバッチ反応は、理論的に可能なエタノールの約９６パーセントから９９パーセントの間を生じる。
【０１９２】
［実施例２０８］
この実施例は、種々の濃度のエタノールに対するＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓの抵抗性を実証し、微生物は、本発明の生体触媒中に存在する。実質的に実施例１６９のように調製したおよそ２０グラムの生体触媒を、各バッチ試験のために血清ビン中に配置する。合計７個の血清ビンを準備する。約８０ミリリットルのエタノール含有溶液を、各血清ビン中に配置する。各ビンについての溶液は、異なるエタノール濃度である。各溶液を、無水エタノールを使用して調製し、種々の溶液は、０、１０、２０、３５、５０、８０および１００容量パーセントのエタノールを含む。溶液と生体触媒との間の接触は、室温（約２２℃）において２４時間である。この時間の後、各血清ビン中の生体触媒を洗浄する。各血清ビン由来の生体触媒を、酸素取り込みについて評価し、それによって、微生物の生存度を示す。この評価を、１００ミリリットルフラスコ中に生体触媒を配置し、飽和するまで通気された約８０ミリリットルの蒸留水をフラスコ中に注ぐことによって、実施する。酸素プローブ測定値を、１５分毎に採取する。全ての生体触媒は、エタノール中の浸漬を生存し、エタノールなしのコントロールと比較して、全てが、酸素取り込みによって示されるその生物活性を実質的に回復した。コントロール実験では、微生物は、微生物を含む自由懸濁物への５容量パーセントのエタノールの添加を生存しない。
【０１９３】
Ｅ．ｉｎ  ｓｉｔｕ無菌化
栄養素について競合し得るまたは望ましくない代謝物を提供し得る望ましくない微生物の集団を制御するために、微生物を含む媒体に毒素を添加することが望まれる場合がある。エタノールへのトウモロコシ糖の変換などのいくつかのプロセスでは、外来性のまたは望ましくない微生物の存在は、各ランの最後にバッチリアクタの無菌化によって対処される。しかし、連続的生物変換プロセスは、頻繁な無菌化にそれほど従順ではない。したがって、連続的プロセスは、典型的には、望ましくない代謝物についてモニタリングされるか、または求められる生体生成物の生成力についてモニタリングされ、必要に応じて無菌化のために一時休業される。
【０１９４】
しかし、異化プロセスまたは同化プロセスのための水または他の原料からの外来性の微生物の除去が、増加した資本および操作費用で実施され得る。代替法は、連続的プロセスに使用されるバイオリアクタにおいて、求められる微生物を周期的に置き換えおよび補充することである。別の代替法は、Ｓｕｍｎｅｒらによって米国特許出願公開第２００９００８７８９７号において開示され、この代替法では、安定化された二酸化塩素が、エタノールを作製するための発酵プロセスに、細菌の増殖を予防するのに有効な量で、予防的に添加される。
【０１９５】
本発明の生体触媒は、生体触媒によって示される増強された毒素抵抗性に起因して、夾雑する微生物の存在を制御することを可能にする。これらのプロセスは、前記生物変換のための微生物の存在を含む代謝条件下で水性媒体中に含まれる基質を生体生成物に生物変換することに関し、毒素は、夾雑する微生物を制御するのに十分な量で水性媒体に提供され、微生物は、本発明の生体触媒中に保持される。
【０１９６】
夾雑する微生物を制御するために使用される毒素は、静菌剤、殺菌剤または溶菌剤であり得る。好ましくは、毒素は消毒剤であり、最も好ましくは酸化剤である。これらの好ましい消毒剤は、比較的安価であり、これには、過酸化水素、過酢酸、アルデヒド（特に、グルタルアルデヒドおよびｏ−フタルアルデヒド）、オゾンおよびヒポクロリットが含まれる。水性媒体中への毒素の導入は、夾雑する微生物の集団の望ましくないビルドアップに応答して行われ得るか、または夾雑する微生物のビルドアップを制御するために、周期的スケジュールでまたは連続的にであり得る。水性媒体に添加される消毒剤の濃度は、夾雑する微生物の集団を低減させるためまたは望ましいレベルに維持するために十分でなければならない。
【０１９７】
過酸化水素は、無菌化剤である場合、通常、約０．１〜約５質量パーセントの間、好ましくは０．５〜３質量パーセントの濃度で水性媒体中に存在するように導入される。過酢酸が無菌化剤として使用される場合、水性媒体中に導入される量は、一般に、約０．１〜約３質量パーセントの間、好ましくは０．２〜２質量パーセントの濃度を提供するのに十分である。グルタルアルデヒドおよびｏ−フタルアルデヒドは、約０．０１〜約０．５質量パーセントの間の、水性媒体中での濃度を提供するためにしばしば使用される。オゾンが、夾雑する微生物の集団における低減をもたらすために、水性媒体を通じてバブリングされ得る。ヒポクロリットアニオンは典型的に、次亜塩素酸ナトリウムの水性溶液として入手可能である。典型的には、水性媒体中のヒポクロリットアニオンの濃度は、約０．１〜３質量パーセントの間、例えば、約０．２〜２質量パーセントの間である。
【０１９８】
水性媒体中の無菌化剤の存在の持続時間は、夾雑する微生物の集団の望ましい低減をもたらすために十分でなければならない。一実施形態では、無菌化剤の濃度は、水性媒体中で連続ベースで維持され得、したがって、夾雑する微生物の集団のビルドアップに対する予防剤として作用し得る。他の好ましい実施形態では、無菌化剤は、夾雑する微生物の集団を制御するために必要とされる場合、間欠的に添加される。後者の場合、無菌化剤の微生物死滅濃度の維持の持続時間は、典型的には、約２０時間未満であり、しばしば０．１〜１０時間の範囲である。
【０１９９】
夾雑する微生物の集団の制御は、代謝プロセスが実施されるのと同じ条件下で、最も有利に実施される。望まれる場合、代謝プロセスに通常使用される条件とは異なる条件を使用することが可能であるが、この条件は、生体触媒中に含まれる微生物に対して過度に有害でないことを条件とする。条件は典型的に、約５℃〜６０℃の間の範囲の温度、および約５．０から８．５の間、例えば、６〜８の範囲のｐＨを含む。好ましくは、栄養素および他の補助剤の存在は、生物変換プロセスに使用されるのと実質的に同じ、水性媒体中の濃度のままである。
【０２００】
［実施例２０９］
この実施例では、１リットル当たり約５０百万分率質量のナイトレートアニオンを含む水を、その内部に保持されたＰａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓＡＴＣＣ（登録商標）１７７４１を有する生体触媒を含むバイオリアクタに連続的に送る。生体触媒は、実施例１０１に実質的に示されるように調製し、約７０，０００の水和膨張容量を有する。生体触媒は、バイオリアクタ中に１リットル当たり約１５０グラムの微生物を提供する。水力学的滞留時間は約６００分間であり、リアクタは約２５℃で動作する。流出水は、１リットル当たり約１百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含む。次亜塩素酸ナトリウムを、０．５グラム／リットルの濃度を提供するように水に添加し、酢酸ナトリウムを、理論的要求の１．１倍とおよそ等価な量で添加する。バイオリアクタを、この組成で２時間にわたって操作する。流出水は、１リットル当たり約５百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含み続ける。さらなるランでは、生体触媒を、装置において使用する前に、１．０グラム／リットルおよび２．０グラム／リットルの濃度で次亜塩素酸ナトリウムを含む水性溶液中に、約２５℃で２４時間にわたって浸漬する。これらの濃度の次亜塩素酸ナトリウムは、コントロール実験によって示されるように、自由懸濁したプランクトン微生物にとって致死的とみなされる。
【０２０１】
１．０％濃度溶液中での浸漬の後、微生物の性能は影響を受けず、水流出物は、１リットル当たり約１百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含み続ける。生体触媒を取り出し、１．０％溶液中に２４時間にわたって再度浸漬する。１．０％濃度溶液中での２回目の浸漬後、微生物の性能は影響を受けず、水流出物は、１リットル当たり約１百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含み続ける。
【０２０２】
２．０％濃度溶液中での浸漬の後、微生物の性能は約６２パーセントに低減され、水流出物は、１リットル当たり約２０百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含む。生体触媒を取り出し、２．０％溶液中に２４時間にわたって再度浸漬する。２．０％濃度溶液中での２回目の浸漬後、微生物の性能は改善され、水流出物は、１リットル当たり約４百万分率質量未満のナイトレートアニオンを含む。
【０２０３】
Ｆ．株安定性
好ましい実施形態では、本発明の生体触媒は実質的に、単一株の微生物をその内部に含む、即ち、一者培養である。これは、生物変換速度および選択性を含む生物変換性能における一貫性を提供し、それにより、商業的規模のプロセスの実行可能性を増強する。さらに、単一株の微生物を有することは、例えば遺伝子水平伝播、公共財の生成、利他的挙動、溶解した同じ株の細胞のＤＮＡ取り込みなどの社会生物学的挙動を頻繁に増強し、これらは全て、生体触媒およびその性能に対して有益であり得る。
【０２０４】
代謝プロセスが野生状態もしくは改変野生状態を使用するにしろ遺伝子改変された微生物を使用するにしろ、微生物の株の自己変異が微生物の集団における有害な変化を導き得るということを含む、いくつかの考慮事項が存在する。自己変異は固有に生じ得るが、本発明の生体触媒において増強される挙動である微生物の社会生物学的挙動は、この集団に対する有害な遺伝子型変化を軽減または防止し得る。さらに、本発明の生体触媒中の微生物の表現型変化が、通常は代謝シフトを生じるという点で、再生の速度が低減される。したがって、有害な自己変異は、微生物の集団によってより容易にモジュレートされる。さらに、生体触媒は、望ましくない自己変異を誘導し得る外側インプットを軽減する傾向がある。
【０２０５】
本発明の生体触媒は、しばしば実質的に定常状態密度の生体触媒中の微生物において、高濃度の微生物で作製される。多数の利点がこの方法から得られる。第１に、実質的に完全に活性な生体触媒が、株の純度を確実にする条件下で作製され得る。第２に、複数のバッチが作製され得、次いで商業的規模のバイオリアクタに必要とされる容量で蓄積され得るので、スケールアップが単純化される。品質チェックが各バッチで行われ得る。第３に、生体触媒中の微生物の集団は、有害な自己変異を防止する社会生物学的挙動が存在するのに十分に濃縮され得る。第４に、微生物は生体触媒の内部に実質的に不可逆的に保持されるので、任意の夾雑する微生物は、生体触媒に制限され、他の生体触媒中の微生物に有害な影響を与えない。第５に、単一の生体触媒構造内で、任意の夾雑する微生物は、制限された集団を有する領域中に代謝的に保持される傾向があり、意図した株の微生物の群集は、連絡または相互作用して、侵入する微生物に対する競合強度を増強し（縄張り競合性）、株の均一性を維持すると考えられる。第６に、生体触媒中の微生物のエキソネットワークは、遺伝子水平伝播を促進する。そして第７に、生体触媒は、安定な微生物区域（ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｃｙ）を確実にする傾向がある微小環境を提供する。
【０２０６】
いくつかの実施形態では、求められる微生物はあまり頑強ではなく、実際、栄養共生微生物などのいくつかは、別の微生物との関係において繁栄することができるに過ぎない可能性があり、典型的には、生体生成物への求められる生物変換をもたらす能力を栄養共生微生物が有し得る場合であっても、純粋な培養物を取得および維持することは困難である。ある場合には、生体触媒中の微生物は、代謝プロセスにおける使用の間に、適合および潜在的な遺伝子変更を起こし得る。本発明の生体触媒およびエキソネットワークによって提供される連絡および潜在的な遺伝子水平伝播は、生体触媒内の微生物株の均一性を促進する。
【０２０７】
Ｇ．均衡状態能
本発明の生体触媒は、その中に代謝的に保持された微生物の効率的な連絡を可能にする内側環境を提供する。連絡は、栄養素が生体触媒にほとんどまたは全く供給されない期間の間に微生物の群集が生存することを確実にするようにも機能する、即ち、均衡状態の本質的な状態中に生体触媒が入り得る。このセクションに記載される均衡状態の本質的な状態は、生体触媒自体に関してである。生体触媒中の微生物の高い集団を用いると、微生物が栄養素を時々得ない微小環境が存在し得ることを理解すべきである。したがって、生体触媒が生物変換活性を示していても、生体触媒内のゾーンは、本質的均衡状態にあり得、生体触媒への栄養素および基質の供給における増加の際に生物活性を回復し得る。
【０２０８】
これまで、微生物の均衡状態は、栄養素の供給の低減を伴う冷却温度における貯蔵または凍結によって得られてきた。かかる冷却および凍結条件を維持することは、特に大きい容量の微生物について高価であり得、電源喪失または機械的破壊に供され、微生物の集団によって有害であり得る。
【０２０９】
本発明のこの態様の生体触媒は、栄養素の供給を必要とせず、バイオリアクタにおける立ち上げの際に望ましい生物学的活性を迅速に達成する能力を有する微生物をなおも有する費用のかかる貯蔵条件なしに、均衡状態の状態になり得る。延長された時間期間にわたって均衡状態の本質的な状態に微生物を維持することによって、製造と立ち上げとの間の時間間隔が耐容され得るだけでなく、微生物複合が、貯蔵期間の間の栄養素の添加なしに、出荷のために、密封された樽、タンクなどの単純なコンテナ中に配置され得る。本発明の生体触媒を使用する生物変換プロセスの計画されたおよび計画外の一時休業が、生物活性の喪失なしに提供され得る。微生物自体が均衡状態をモジュレートするので、微生物の集団を保護するためまたは代謝活性を再開するために、設備または制御システムは必要とされない。本発明のなおさらに好ましい態様では、生体触媒は、より長い持続時間にわたって均衡状態の状態のままである生体触媒の能力をさらにもっと増強するために、その内部に固体ポリサッカライドを含む。
【０２１０】
均衡状態に入るのに必要とされる条件は、広い範囲内に入る。温度は、実質的に、代謝プロセスに使用される温度であり得る。生体触媒は、貯蔵の間にある程度の水和を有するべきであるが、生体触媒が水性媒体中に浸漬されることは本質的ではない。温度は、エネルギーの節約および簡便さを目的として、約−１０℃〜５０℃またはそれ以上の間、最も好ましくは約５℃または１０℃〜３０℃の間の範囲である場合が多い。より低い温度が一般に好ましいが、より高い温度が、本発明の生体触媒中の微生物の均衡状態の顕著な持続時間をなおも提供する。微生物が酸素に対して感受性である場合、酸素は貯蔵の間に排除されることが好ましいが、時折これは本質的ではない。
【０２１１】
典型的には、生体触媒は、延長された時間期間にわたって、例えば、少なくとも約１週間、しばしば少なくとも約２０週間、時折約５０週間または１００週間より長く、均衡状態の状態のままであり得る。生体触媒の生物活性は、生体触媒を代謝条件に供する際に回復される。しばしば、実質的に完全な生物活性が、５日間未満、時折３日間未満で、回復される。
【０２１２】
［実施例２１０〜２１５］
以下の実施例では、本発明に従う種々の生体触媒が、以下の表に示される期間にわたって貯蔵に供され、次いで、意図した代謝プロセスのために使用される。貯蔵する前に、生体触媒は、少なくとも２日間にわたって代謝反応に使用される。結果を表Ｖにまとめる。
【表５】
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【０２１３】
Ｈ．光合成プロセス
本発明の生体触媒は、光合成プロセスにおいて使用され得る。生体触媒は、光照射によって活性化される生体触媒活性を有する、細菌、藻類、酵母およびカビを含む１種または複数の適切な光合成微生物を含む。好ましくは、微生物は藻類であり、最も好ましくは微細藻類、またはシアノバクテリアである。ある場合には、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓが、有機化合物生成力に起因して望ましい。生体触媒は、上記ルミネセンス成分を含み得るが、かかる成分は、光合成プロセスにおける生体触媒の使用に必須ではない。
【０２１４】
温度、圧力、酸素化、ｐＨ、ならびに栄養素および添加剤の条件を含む光生物変換条件が、求められる生体生成物への少なくとも１種の基質の変換のために維持される。生物変換は、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であり得る。生体触媒に光エネルギーを提供するためのアクセスが提供されることを条件として、リアクタ設計には、典型的なバイオリアクタシステムが含まれるがこれに限定されない。生体触媒は、培養液体中で自由に移動可能である。１つより多いリアクタ容器が使用され得る。例えば、リアクタ容器は、並行したまたは順次的なフローシリーズであり得る。本発明のプロセスおよび装置は、地上リアクタを使用し得るか、またはリアクタは、貯水池、河川、湖または海洋などの水塊上に浮くように適合され得る。浮き型リアクタは、水塊の天然の温度節度を利用するように適合され得、ある場合には、水塊の天然の動きが、撹拌を補助し得る。
【０２１５】
バイオリアクタは、池もしくは水路のような開放型、または閉鎖型であり得る。光供給源は、任意の適切な光供給源であり得るが、好ましくは、日光が、工程（ｃ）の光照射の少なくとも大部分を提供し、しばしば少なくとも約７５パーセント、例えば、少なくとも約９０パーセント、時折実質的に全ての光照射が、日光由来である。生体触媒は、微生物に対して少なくとも幾分かのＵＶ保護を提供するので、太陽を追跡するレンズ、鏡、移動アレイなどが、培養液体と接触する光照射の強度を増強するために使用され得る。さらに、生体触媒は、高い強度の光の存在下での退色または死に対して感受性の微生物に対して、保護を提供し得る。
【０２１６】
光生物変換条件、基質供給の速度および培養液体中の微生物の密度が、生物変換に影響を与え得る。したがって、生体触媒、基質および生体生成物の所与のシステムによって、生成力は広く変動し得る。ある場合には、本発明のプロセスにおいて使用される生体触媒は、培養液体中の望ましい微生物密度の維持を促進し得、したがって、光照射に曝露された表面積当たりの高い生成力を促進し得る。ある場合には、暗黒期間が微生物の生成力を増強する場合、光合成微生物に対してかかる期間を提供することが望まれ得る。
【０２１７】
バイオリアクタ中の培養液体は、実質的に淀んでいるが、好ましくは、培養液体に移動を提供する力に供される。最も好ましくは、培養液体の移動は、生体触媒の、培養液体の光照射を受ける領域（「直接接触エリア」）へのまたはかかる領域からの移動を引き起こすのに十分である。
【０２１８】
基質の例には、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、プロパン、硫化水素、硫化カルボニル、メルカプタン、アンモニア、低級アルキルアミン、ホスフィンおよびそれらの混合物が含まれるがこれらに限定されない。合成ガス（合成のガス）は、嫌気性生物変換のためにしばしば提案されるガス状基質である。糖およびポリサッカライドを含む炭水化物は、基質としての適用を見出し得る。脂質もまた、基質としての有用性を見出し得る。他の基質には、脂肪族分子および芳香族分子が含まれるがこれらに限定されない。脂肪族（脂環式を含む）基質および芳香族基質には、ヘテロ原子、例えば、酸素、硫黄、リンおよび窒素を含み得、例えばアシル、ハロゲン、ヒドロキシル、アミン、アミド、チオール、ニトロまたはホスフィン基で置換され得る、例えば約１〜約４４または５０炭素原子の炭化水素が含まれるがこれらに限定されない。
【０２１９】
光生物変換条件、基質供給の速度および発酵ブロス中の生体触媒の密度が、生体生成物を生成する培養液体の生成力に影響を与え得る。したがって、生体触媒、基質および生体生成物の所与のシステムによって、生成力は広く変動し得る。ある場合には、本発明のプロセスにおいて使用される不可逆的に保持された生体触媒は、培養液体中の望ましい生体触媒密度の維持を促進し得、したがって、光照射に曝露された表面積当たりの高い生成力を促進し得る。ある場合には、暗黒期間が微生物の生成力を増強する場合、光合成微生物に対してかかる期間を提供することが望まれ得る。
【０２２０】
培養液体からの生体生成物の回収は、典型的な分離技術を含む任意の適切なユニット操作（単数または複数）によってもたらされ得る。培養液体は、生体生成物回収のためにリアクタから取り出され得、または生体生成物回収がリアクタ中でもたらされ得る。後者の場合、分離は、例えば、より低い蒸気圧でのエタノールなどの有機化合物の蒸発によって、または例えば、より高い分子量の有機化合物、例えば、６炭素以上の芳香族炭化水素もしくは脂肪族炭化水素、アルコール、エーテルおよびエステル（例えば、グリセリド）の相分離によってであり得る。生体生成物の回収またはパージのために培養液体がリアクタから取り出される場合、例えばデカンテーション（生体触媒の密度が培養液体の密度よりも高いまたは低い場合）、濾過、遠心分離などであるがこれらに限定されない任意の適切なユニット操作が、リアクタ中で生体触媒を保持するために使用され得る。望まれる場合、特に、生体触媒の生体触媒活性が減少しつつあることが観察される場合、生体触媒の一部分が、連続的に動作する施設を提供するために、取り出しおよび置き換えされ得る。
【０２２１】
本発明のプロセスおよび装置の理解を促進することを目的とし、その限定を目的とせずに、リアクタ３００の一部分の横断面を示す図３に対して参照がなされる。リアクタ３００は、その上部に、点線によって示されるクリアなポリマー製カバーを有し、培養液体３０４を含む、リアクタ容器３０２を含む。シアノバクテリアおよびリン光性材料を含む複数の生体触媒粒子３０６が、培養液体３０４内に分散される。二酸化炭素は、リアクタ３００においてエタノールを作製するための基質として使用される。
【０２２２】
示されるように、培養液体および排ガスはリサイクルされる。生体触媒の取り出しを防止し、リアクタ容器３０２から排ガスおよび培養液体が引き出されるのを可能にするために、スクリーンフィルター３０８が提供される。流体は、リサイクルのためにライン３１０を通過し、ライン３１２および分配器３１４を介してリアクタ容器３０４に戻される。分配器３１４は、照射供給源からの照射３１６を受ける培養液体３０４の表面への生体触媒３０６の移動を提供するように適合されている。外側照射供給源が示されているが、代替的にまたはさらに、内側照射供給源が使用され得る。培養液体をリサイクルする引き出し流は、生成物回収のためにライン３１８を介して採取される。追加の培養液体は、ライン３２０を介して提供される。追加の培養液体は、溶解された二酸化炭素を含む。望まれる場合、炭酸アンモニウムが、微生物に炭素および窒素の両方を供給するために使用され得る。
【０２２３】
Ｉ．代表的代謝プロセスの議論
生体触媒中の微小環境、微生物間の連絡および微生物が起こす表現型変更に起因して、生体触媒は、以下が含まれるがこれらに限定されないいくつかのプロセス関連の利点を提供する：
・固体残骸が生成されない、
・バイオリアクタ中の高密度の微生物の可能性、
・延長された時間期間にわたる微生物の安定な集団および生物活性、
・増殖および炭素フローシフトではなく、生成に向かう代謝シフト、
・延長された持続時間にわたって本質的均衡状態を起こす能力、
・供給の基質速度および濃度における変化に迅速に応答する能力、
・ジオーキシーの減弱、
・生体触媒の微小環境におけるｐＨおよび酸化還元バランスの制御およびモジュレーションの増強、
・基質、生体生成物および夾雑物に対するより高い耐性、
・超低濃度で基質を生物変換する能力、
・より緩徐な増殖およびあまり頑強でない微生物ならびに競合に対する抵抗性の増加を使用する能力、
・増強された株純度の能力、
・ｉｎ  ｓｉｔｕ抗微生物処理に供される能力、
・完全操作において必要とされる微生物の集団が生体触媒中に含まれるので、バイオリアクタを迅速に開始させる能力、
・生体触媒を気相基質と接触させる能力、ならびに
・それによって連続的操作を促進する、生体触媒からの生体生成物の分離の容易さ。
【０２２４】
本発明の生体触媒の特定の多くの使用に関する以下の議論では、これらのプロセス関連の利点のいくつかまたは全てが、既存のプロセスを超える顕著な改善を提供する。以下に記載されるプロセスの各々に関する場合の、これらのプロセス関連の利点の列挙は、プロセスの各々について反復されることはなく、プロセスの各々について転嫁される。
【０２２５】
さらに、吸着剤、ポリサッカライドおよびリン光性材料（光合成プロセスのため）の取り込みなどの生体触媒の選択肢が、以下に記載されるプロセスのいずれかと共に使用され得ることを理解すべきである。さらに、ｉｎ  ｓｉｔｕ無菌化、気相生物変換および光合成リアクタ立体配置（光合成プロセスのため）などのプロセス工程が、以下に記載されるプロセスのいずれかと共に使用され得る。以下の議論について、バイオリアクタ中の細胞濃度は、バイオリアクタ中の生体触媒の濃度および生体触媒内の細胞の濃度に依存することを理解すべきである。
【０２２６】
本発明の生体触媒の独自の特性は、多くの代謝プロセスを可能にする。以下は、有利な生物変換を提供するプロセスのいくつかを説明している。これらのプロセスを説明するために使用される図面は、限定ではなく、ポンプ、圧縮器、弁、機器および他のデバイスなどの軽微な設備を省略しており、その配置およびその操作は、化学工学において実行されることが周知であり、補助的ユニット操作を省略している。
【０２２７】
ｉ．都市廃水
都市廃水は典型的に、溶解された有機物（ＢＯＤおよび（ＣＯＤ）、固体（総懸濁固体、ＴＳＳ）ならびにアンモニウムカチオンおよびリン含有アニオンを含む種々のイオンを含む。環境中への都市廃水の放出は、多数の有害な影響を生じる。窒素およびリンは、表面水の富栄養化への優勢な寄与因子である。これらの栄養素は、アオコもまた引き起こし得る。アオコは、水が飲用目的で使用される場合、味覚および臭気の問題を引き起こし得る。表面水の過剰富化によって刺激され得る他の生化学的活性には、ヒトの健康に対するリスクを有し得る微生物の刺激が含まれる。
【０２２８】
都市廃水処理システムは一般に、プロセシングの３つの処理段階を含む複数の操作を有する。一次処理は、液体から固体を分離する。廃水が非混和性の低密度の液体、例えば脂肪および油を含む場合、これらの液体は、掬い取って除かれ、残った液体が、生物分解可能な可溶性有機夾雑物を好気性条件下で実質的に分解するために微生物を通常使用する二次処理に送られる。二次処理の完了の時点で、これらの微生物からの固体は、沈殿によって分離され、液体は、排出前に三次処置に送られる。全ての都市廃水処理施設が三次処置を使用するわけではない。したがって、流出物は、顕著な量の窒素化合物を含み得る。
【０２２９】
三次処理は、窒素の除去を含み得る。アンモニウムカチオンは、例えば、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ種および次いでＮｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ種の存在下で、最初に硝化に供されて、ニトライトおよび次いでナイトレートを生成し得る。脱窒は、無酸素性条件および電子供与体を必要とする。したがって、いくつかの施設は、メタノールなどの供与体またはさらには生下水を追加する。しばしば、除去されるアンモニウム窒素１キログラム当たり４キログラムを超える酸素が消費され、硝化プロセスおよび脱窒プロセスは、３０パーセント以上、典型的な施設のための電力消費を増加させる。固体が微生物によって生成され、処理された水の排出前に三次処理の完了時に除去される。
【０２３０】
典型的な都市廃水処理施設は、１日当たり４または５百万リットルの生下水を処理する必要があり、いくつかの施設は、１日当たり十億リットルまでの都市廃水を処理する。これらの大きい容量および求められる生物分解をもたらすために必要とされる時間に起因して、複数の並行処理ユニットが、これらのかなりのフローの都市廃水に対処するために必要とされる。二次処理および三次処理は、好気性環境を必要とする。これらの好気性についての処理のための滞留時間を低減させるための試みは、廃水に空気をバブリングすることを含む。酸素富化された空気または酸素の使用は、サイクル時間、即ち、有機炭素およびアンモニウムカチオンにおける求められる低減を達成するために必要とされる持続時間における低減をさらに提供する。たとえそうであっても、二次処理操作または三次処理操作において処理されている水の水力学的保持時間は、しばしば、少なくとも１６時間を超え、例えば、約１８時間から３０時間の間であり、汚泥保持時間は、１０〜３０日間であり得る。この顕著な水力学的保持時間は、大きいリアクタの使用を必要とする。一般に、リアクタは、バッチモードで操作される。したがって、都市廃水処理施設が連続的に入ってくる廃水の流れに対処できるように、複数のリアクタが、パッチを配列するために必要とされる。複数の沈殿池が、二次処理および三次処理からの固体（汚泥）の分離をもたらすために必要とされる。そして、汚泥は、環境的に適切な様式で処分する必要がある。
【０２３１】
三次処理が直面するさらなる課題は、外来性の競合的微生物の存在または廃水の条件もしくは組成における変化に起因するかどうかによらず、微生物が時折安定でないことである。
【０２３２】
Ｈｉａｔｔは、米国特許第６，０２５，１５２号において、アンモニアおよびニトライト、有機アミンならびに有機ニトリルを酸化し、ナイトレートを分子窒素に好気的に還元することができると報告されている細菌の混合物を開示している。嫌気性アンモニア酸化プロセスは、嫌気性条件下でのアンモニアの除去のために提案されている。このプロセスでは、嫌気性アンモニア酸化細菌は、電子受容体としてニトライトを用いて無酸素性条件下でアンモニウムを酸化する。典型的には、嫌気性アンモニア酸化プロセスは、従属栄養性脱窒細菌の集団増殖を遅延させるように、炭素供給源対窒素の低い比率で実施される。嫌気性アンモニア酸化細菌は、酸素の存在に対して非常に感受性であり、したがって、都市廃水処理における使用のための別の課題をもたらしている。
【０２３３】
プロセスが、都市廃水の処理のために本発明のこの態様において提供され、一次処理由来の水は、有機炭素を二酸化炭素に、アンモニウムカチオンをナイトレートアニオンに効率的に異化するバイオリアクタに連続的に送られる。バイオリアクタは、処理された水に送られる固体を実質的に生じず、したがって、任意のさらなる汚泥分離操作およびかかる操作からの汚泥処分の必要性を排除する。さらに、有機炭素およびアンモニウムカチオンの求められる生物変換は、しばしば、比較的短い水力学的保持時間、しばしば、約１２時間未満、好ましい態様では約６時間未満で完了され得る。短い水力学的保持時間は、小さい設置面積のバイオリアクタが使用されるのを可能にするし、プロセスが連続的であるので、バッチモードで動作するために他の方法で必要とされる複数の大きいバイオリアクタは、必要とされない。これらの比較的短い水力学的滞留時間は、酸素富化された空気または酸素を使用する必要性なしに得ることができる。好ましくは、生体触媒との接触の間の廃水流中の溶解された酸素濃度は、通気費用を節約するために、少なくとも約１ミリグラム／リットル、好ましくは約２〜３ミリグラム／リットルの間である。さらに、廃水中の酸素の濃度は、短い水力学的保持時間を達成するために高くある必要はなく、短い水力学的保持時間は、アンモニアおよび有機炭素における所与の低減のために廃水に通気するために必要とされるエネルギーの量を低減させる。
【０２３４】
本発明のこの態様の広い態様では、廃水流中に溶解された有機炭素およびアンモニウムカチオンを異化するためのプロセスは、
ａ．前記廃水流を、溶解された有機炭素を二酸化炭素に、アンモニウムカチオンをナイトレートアニオンに異化することが可能な、実質的に不可逆的に保持された微生物、好ましくはアンモニア酸化微生物をその中に有する本発明の生体触媒を含むバイオリアクタに連続的に送る工程；
ｂ．約５質量ｐｐｍ未満、好ましくは約１質量ｐｐｍ未満のアンモニウムカチオンを含み、好ましくは約１０ミリグラム／リットル未満、好ましくは約４ミリグラム／リットル未満の低減された生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を有する酸化された流出物を提供するのに十分な時間にわたって、酸素の存在下で、前記バイオリアクタにおいて、前記廃水流を前記生体触媒と接触させる工程
を含み、実質的に固体は生体触媒から酸化された流出物へと送られない。
【０２３５】
望まれる場合、酸化された流出物は、例えば、窒素へのナイトレートの生物変換のためおよびリンの除去のために、引き続くユニット操作に供される。好ましくは、脱窒は、その中に実質的に不可逆的に保持された、ナイトレートアニオンを脱窒することが可能な微生物、好ましくは従属栄養性脱窒微生物を有する本発明の生体触媒を使用して実施される。本発明の生体触媒中に脱窒微生物を実質的に不可逆的に保持することによって、処理されている廃水は、高い脱窒生物活性を得るために脱気する必要がない。
【０２３６】
本発明のこの態様に従う順次的な硝化ユニット操作および脱窒ユニット操作の１つの利点は、脱窒のための炭素供給源が、流出物中のＣＯＤの増加を生じることなく、脱窒のための化学量論的要件を満たすように制御され得る。硝化操作からの有機炭素は、アンモニウムカチオン濃度における求められる低減を達成するために、硝化操作への廃水の組成および廃水の導入速度ならびに硝化操作の動作に依存して変動し得る。結果として、硝化操作からの水中のＣＯＤは、約５ミリグラム／リットルを超え、好ましくは約２０ミリグラム／リットル未満であり得る。この有機炭素は、したがって、脱窒のために任意の必要とされる炭素供給源を相殺する。
【０２３７】
本発明のこの態様の別の好ましい実施形態では、処理されている廃水中に含まれる固体、例えば、常在性微生物からの残骸の少なくとも一部分は、流出物中のＢＯＤおよびＴＳＳをさらに低減させるために、加水分解および分解される。典型的には、これらの固体は、生体触媒の床を通る水の流れに起因して、生体触媒、特に皮膜を有する生体触媒に接着しない傾向がある。例えば生体触媒床から水が出現する際に生じるように、処理されている水の速度を低減させることによって、または膨張した区域を提供することによって、固体の少なくとも幾分かは、水から外され、延長された時間期間にわたって加水分解に供され得る。残骸の加水分解からの炭素値は、処理された水中に溶解され、炭素値の分解のために、引き続くバイオリアクタに送られる。固体の保持は、本発明のプロセス中の多数の点において生じ得る。例えば、硝化操作は、連続した２つ以上のバイオリアクタを含み得、加水分解が、これらのバイオリアクタにおいて生体触媒の床の間で生じる。同様に、加水分解のための固体の保持は、硝化操作と脱窒操作との間で生じ得る。
【０２３８】
本発明のプロセスは、微生物が保持された、常在性微生物の進入を遅延または排除する能力を有する生体触媒を使用するので、選択された微生物が、求められる活性に対して標的化され得、生体触媒は、実質的に純粋な株の微生物を含む場合が多く、それにより、常在性微生物または活性化汚泥を使用して得られ得るものよりも高い生物活性の達成が可能になる。
【０２３９】
この生廃水は、任意の供給源由来であり得るが、本発明のプロセスは、都市廃水を処理するために特に有用である。生廃水は、典型的に、１リットル当たり約５０または１００ミリグラムから６００ミリグラムまたはそれ以上の間の酸素のＢＯＤを有する。廃水のＣＯＤは、ＢＯＤよりも大きく、実質的により大きい、例えばさらには最大５０００ミリグラム／リットルまたはそれ以上である場合が多い。生廃水のアンモニウムカチオン含量もまた、広い範囲にわたって変動し得、約１０ミリグラム／リットルから７００ミリグラム／リットルの間、より頻繁には約２５ミリグラム／リットルから２００ミリグラム／リットルの間である場合が多い。生廃水は、硫黄化合物、リン化合物、無機塩および可溶化された金属が含まれるがこれらに限定されない他の成分を含み得る。
【０２４０】
好ましくは、処理される廃水は、約１０ミクロンより大きい主要寸法を有する固体を、約２００グラム／リットル未満、しばしば約１００グラム／リットル未満含む。望まれる場合、廃水は、好気性バイオリアクタに送られる前に、実質的に全ての競合的微生物を除去するために限外濾過に供され得る。
【０２４１】
廃水は、有機炭素の二酸化炭素への、アンモニウムカチオンのナイトレートアニオンへの生物変換のための生体触媒を含む、少なくとも１つの好気性バイオリアクタに送られる。好気性バイオリアクタ中の水は、溶解された酸素を含む。好ましくは、生体触媒との接触の間の廃水流中の溶解された酸素濃度は、少なくとも約２ミリグラム／リットル、例えば、少なくとも約３ミリグラム／リットル以上である。好都合なことに、酸素は、空気または酸素富化された空気によって供給される。酸素は、酸素含有ガスを水にバブリングもしくはスパージングすることによるもの、または水を撹拌もしくは他の方法で機械的に処理することによるもの、例えば、水−ガス接触を促進するために噴霧することによるものを含む、任意の簡便な手段によって供給され得る。酸化性成分には、過酸化物およびパーカーボネート（ｐｅｒｃａｒｂｏｎａｔｅ）が含まれるがこれらに限定されない。生体触媒によって提供される環境は、過酸化物、パーカーボネートおよび他の酸化性成分の影響から、その中に保持された微生物を保護するように機能し得る。かかる酸化性成分が使用される場合、活性酸素の濃度は、好ましくは、約１ミリグラム／リットルから１０ミリグラム／リットルの間、より好ましくは約１ミリグラム／リットルから５ミリグラム／リットルの間の範囲である。一般に、典型的な中温性条件が使用される。ほとんどの都市廃水施設については、好気性処理の他の条件は、典型的には、周囲条件によって規定される条件である。
【０２４２】
好気性バイオリアクタは、好ましくは連続的操作に適した、典型的なバイオリアクタシステムを含む任意の適切な立体配置であり得る。しばしば、細胞密度は、少なくとも約１００グラム／リットル、好ましくは少なくとも約２００グラム／リットル、時折約４００グラム／リットルから８００グラム／リットルの間である。
【０２４３】
バイオリアクタ中での好気性処理の間の廃水と生体触媒との間の接触の持続時間は、代謝可能な有機炭素およびアンモニウムカチオンの望ましい低減を提供するのに十分である。持続時間は、したがって、廃水中の有機炭素およびアンモニウムカチオンの濃度、望ましい低減、ならびにバイオリアクタ中の微生物の密度ならびに使用される条件に依存する。比較的低い平均水力学的保持時間が実現され得る。平均水力学的保持時間は、ある場合には、約６時間未満、最も好ましくは約４時間未満である。したがって、バイオリアクタは、比較的コンパクトであり得る、即ち、低い設置面積を提供し得るが、処理される廃水の高い容量になおも対処し得る。
【０２４４】
望まれる場合、酸化された流出物は濾過され得る。酸化された流出物は、廃水処理システムから排出され得るが、ナイトレートアニオンを含むので、ナイトレートアニオンを窒素に還元するためのプロセスに通常は供される。任意の適切な脱窒ユニット操作が使用され得る。特に有利な脱窒ユニット操作は、その中に実質的に不可逆的に保持された脱窒微生物を有する本発明の生体触媒を使用し、その結果、このプロセスから取り出す必要のある汚泥は生成されない。
【０２４５】
上記のように、脱窒は、硝化が生じているのと同じバイオリアクタ中または別々のバイオリアクタ中で実施され得る。脱窒ユニット操作は、有機炭素およびアンモニウムカチオンを異化するために、好気性処理中に取り込まれ得る。１つのかかるプロセスは、本明細書の他の箇所で議論される、硝化および脱窒の両方が可能な微生物を含む本発明の生体触媒を使用する。代替的に、脱窒微生物を含む本発明の生体触媒は、酸化のために生体触媒と混合され得る。生体触媒によって提供される微小環境は、脱窒が次いで生じるのを可能にする嫌気性条件を生成すると考えられる。最もしばしば、ナイトレートアニオンの除去は、別々のユニット操作中で実施される。ナイトレートアニオンの濃度が低い場合、イオン交換樹脂の使用が実現可能であり得る。例えば、二酸化硫黄または他の還元剤を使用する、化学的還元プロセスもまた提案されている。しかし、ナイトレートアニオンを除去するほとんどの都市廃水施設は、無酸素性条件または嫌気性条件下の代謝プロセスおよび活性化汚泥を使用する。脱窒された流出物は典型的に、１リットル当たり約１ミリグラム未満、好ましくは約０．０１ミリグラム未満のナイトレートアニオンを含む。
【０２４６】
典型的な脱窒微生物には、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ、ＢａｃｉｌｌｕｓおよびＭｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓの種、例えば、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓおよびＭｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓが含まれる。脱窒微生物は、代謝可能な有機炭素の存在および無酸素性条件を必要とする。典型的には、脱窒微生物は、硝化微生物よりも毒性化学物質に対して感受性が低く、硝化微生物、特に独立栄養性微生物よりも迅速に、毒性ショックから回復する。典型的なバイオリアクタには、微生物の自由懸濁物を有するもの、および固定床もしくはトリクルベッドまたは流動床中にあり得る支持された微生物を有するものが含まれる。
【０２４７】
これらのプロセスでは、典型的な中温性条件が使用され得る。処理される水のｐＨは、その供給源に依存する。一般に、ｐＨは、約４から８．５の間、例えば、６．０から８．０の間に維持される。緩衝液は、望まれる場合、プロセスの間、所与のｐＨ値において水を維持するために使用され得る。ある場合には、好気性処理から離れたままで代謝可能な有機炭素を使用することが可能であり得る。一般に、代謝可能な有機炭素は、脱窒された流出物が低いＢＯＤを有することを確実にするために、制御された様式で別々に添加される。メタノール、アセテートアニオンなどの任意の適切な代謝可能な有機炭素が使用され得る。
【０２４８】
このプロセスの一般的な理解は、図４および図５を参照して促進され得る。
【０２４９】
装置４００は、本発明のプロセスを使用する都市廃水処理施設の模式図である。都市廃水は、ライン４０２を介して装置４００に入る。理解を容易にすることを目的として、本発明の限定ではなく、廃水は、約５０質量百万分率のアンモニウムカチオンを含み、約１５０ミリグラム／リットルのＢＯＤを有する。廃水は、固体の分離のために遠心機４０４に送られる。遠心機４０４の代わりに、フィルターまたは沈殿池が使用され得ることを理解すべきである。固体を含む濃いスラリーが、ライン４０６を介して遠心機４０４から引き出される。上清液体は、ライン４０８を介してバイオリアクタ４１０へと遠心機４０４から送られる。
【０２５０】
バイオリアクタ４１０は、有機炭素の二酸化炭素への異化性変換およびアンモニウムカチオンのナイトレートアニオンへの異化性変換に適した本発明の生体触媒を含む。この議論の目的のために、生体触媒は実質的に、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ種を含む実施例１４８の生体触媒である。空気は、ライン４１２を介してバイオリアクタ４１０に入り、ガス状流出物は、ライン４１４を介して引き出される。バイオリアクタ４１０中での平均水力学的滞留時間は、５質量百万分率未満のアンモニウムカチオン濃度および２０ミリグラム／リットル未満のＢＯＤを有する酸化された流出物を提供するのに十分である。バイオリアクタ４１０は、この例示の目的のために、下降流ベッドリアクタである。実質的に固体は生成されないので、固体分離ユニット操作は必要とされない。しかし、望まれる場合、酸化された流出物は、存在する任意の固体の少なくとも一部分を除去するために、フィルターを通過させられ得る。
【０２５１】
好ましいバイオリアクタは、同様の成分が図４と同じ同定番号を持つ図５中に例示される。上清液は、生体触媒５０２の床の上部において、ライン４０８を介してバイオリアクタ４１０に送られる。空気は、リアクタ４１０の底部分においてライン４１２および分配器５０４を介してバイオリアクタ４１０中に導入される。空気は、生体触媒の床を通って上方に流れる。ガス状流出物は、バイオリアクタ４１０の上部においてライン４１４を介して引き出され、酸化された流出物は、バイオリアクタ４１０の底からライン４１６を介してライン４１６を介して引き出される。バイオリアクタ４１０は、生体触媒の床の下の保持ゾーン５０６を有するとして示されている。この保持ゾーンは、固体の少なくとも一部分を保持するように機能し、その少なくとも幾分かは、流出物の引き続くプロセシングの間に二酸化炭素にさらに酸化され得る有機物に加水分解される。有機物の代謝的酸化は、例えば、硝化、脱窒またはホスフェート除去のために生体触媒中で使用される微生物によってもたらされ得る。時折、本発明の生体触媒を使用する硝化バイオリアクタおよび任意の引き続くリアクタ中の常在性微生物が、観察される生物活性の約５パーセント未満、しばしば約１パーセントから３または４パーセントの間に寄与する。
【０２５２】
酸化された流出物は、ライン４１６を介してバイオリアクタ４１０から嫌気性バイオリアクタ４２０に送られる。嫌気性バイオリアクタ４２０は、ナイトレートアニオンを窒素に還元するように機能し、嫌気性条件下で動作する。有利なことに、嫌気性バイオリアクタ４２０は、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ微生物を含む、実施例１６８に実質的に示される生体触媒を含む。例えば、最大約２または４質量百万分率までのいくらかの酵素の存在が、嫌気性バイオリアクタ４２０において処理されている酸化された流出物において耐容され得る。有機炭素は、バイオリアクタ４１０中で実質的に低減されるので、さらなる有機炭素、例えば、アセテートアニオンが、ライン４１６中の酸化された流出物、または嫌気性バイオリアクタ４２０のいずれかへと、ライン４１８を介して添加される。嫌気性バイオリアクタ４２０は、任意の適切な型のリアクタであり得る。議論の目的のために、これは下降流固定床バイオリアクタである。平均水力学的滞留時間は、約１時間未満である場合が多い。
【０２５３】
窒素および他のガスは、ライン４２２を介して嫌気性バイオリアクタ４２０を出る。生体触媒を使用するさらなる利点は、酸化された流出物中に含まれる比較的少量の硫黄化合物が、硫化水素または他のスルフヒドリル化合物に還元されることである。嫌気性バイオリアクタ４２０は、ライン４２４を介した脱窒された流出物の引き出しを提供する。流出物は通常、約１質量百万分率未満のナイトレートアニオンを含む。
【０２５４】
［実施例２１６］
図４に関連して記載されたものと類似の硝化バイオリアクタおよび脱窒バイオリアクタを含む装置を、この実施例のために使用する。この実施例は、約２０℃〜２５℃の範囲内の廃水温度で実施される。
【０２５５】
Ｕｎｉｏｎ  Ｃｉｔｙ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａの都市廃水プラントにおける一次処理からの流出物を、装置への供給として使用する。流出物の新たなサンプルは、新たな生廃水が使用されていることを確実にし、存在する場合には、都市廃水施設に供給されている原水の組成におけるバリエーションの影響を観察するために、通常は毎日取得される。用法、雨水流出および一次処理の操作における変化は全て、影響を有し得る。一次流出物は、臭気を制御するために通気される保留タンク中で維持される。一次処理流出物のＣＯＤは、約８０ミリグラム／リットル〜４４０ミリグラム／リットルまで変動し、ＢＯＤは、約５０ミリグラム／リットル〜１６０ミリグラム／リットルを超えるまで変動する。アンモニウムカチオン濃度は、約２５ミリグラム／リットルから５５ミリグラム／リットルの間で変動する。
【０２５６】
一次流出物は、実施例１４８中に実質的に示されるような生体触媒を含む好気性硝化バイオリアクタに供給される。操作の最初の１７日間、一次流出物は、濾過なしでバイオリアクタに供給される。その後、流出物は濾過される。好気性硝化リアクタは、生体触媒の懸濁を引き起こす、底において空気が供給される下降流バイオリアクタである。穴あきプレートが、生体触媒の床を保持し、バイオリアクタ中に空気を分配するために使用される。バイオリアクタ流入は、約５〜８ミリグラム／リットルの溶解された酸素濃度を有する。約３時間〜約５時間まで変動するいくつかの水力学的保持時間が使用される。好気性硝化バイオリアクタは、固体の沈殿が観察される容量を底に有する。流出物は、次いで、実施例１０１に実質的に示される生体触媒を含む流動床無酸素性バイオリアクタに送られる。脱窒バイオリアクタ中へのその導入の前に、硝化リアクタ由来の流出物から酸素を除去するためのユニット操作は、使用されない。脱窒バイオリアクタ由来の流出物は、１リットル当たり約２〜５ミリグラムの酸素を含む。脱窒バイオリアクタ中の水力学的滞留時間は、約２０分間である。
【０２５７】
３日間の操作後、脱窒バイオリアクタ由来の流出物の分析が開始し、約８週間継続される。約５時間の硝化バイオリアクタ中での水力学的保持時間において、３日後、ＢＯＤは２０ミリグラム／リットル未満であり、アンモニアは、約１ミリグラム／リットルである。約１４日後、ＢＯＤは、硝化バイオリアクタ中での水力学的保持時間が３時間であるか、４時間であるか５時間であるかに関わらず、約１０ミリグラム／リットル未満のままであった。流出物のアンモニウムカチオン濃度もまた、数日間を除いて１ミリグラム／リットル以下で比較的一定のままであったが、通常は約１０ミリグラム／リットル未満であった。脱窒バイオリアクタ由来の流出物中の総ナイトレートおよびニトライトは典型的に、１０ミリグラム／リットル未満であり、ほとんどの日で約５ミリグラム／リットル未満であったが、最大約１５ミリグラム／リットルの時折の逸脱が観察される。
【０２５８】
［実施例２１７］
実施例２１６に記載されるのと実質的に同じ装置を、この実施例に使用する。廃水は、Ｕｎｉｏｎ  Ｃｉｔｙ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａの都市廃水プラントから取得され、約３５０〜４００ミリグラム／リットルのＣＯＤおよび約１３０〜１６０ミリグラム／リットル超えまでのＢＯＤを有する。アンモニウムカチオン濃度は、約４０〜５５ミリグラム／リットルの間で変動する。
【０２５９】
好気性バイオリアクタは、実施例１３４に実質的に記載される生体触媒を含み、上述の実施例に実質的に示されるように操作される。平均水力学的滞留時間は、好気性バイオリアクタ中で約３時間である。好気性バイオリアクタ由来の流出物は、ナイトレートおよびニトライトアニオンの両方を含む。この流出物は、次いで、実施例５２に実質的に記載される生体触媒を含む嫌気性バイオリアクタに送られる。好気性バイオリアクタ由来の流出物中の溶解された酸素濃度は、約４ミリグラム／リットルである。第２のバイオリアクタ中での平均水力学的滞留時間は、約２４分間であり、流出物は、約１０ミリグラム／リットル未満の総窒素を含む。
【０２６０】
ｉｉ．ホスフェート除去
上述のように、リンは富栄養化を導き得る。したがって、ある場合には、政府規制が、しばしば約１質量百万分率（ｐｐｍ−ｍ）未満までの、廃水流からのホスフェート除去を要求している。表面水中のリンの存在にも関わらず、皮肉にもリンは、限定的な資源である。リンを含む市販の肥料の多くは、リン岩石の採鉱からのリンに由来しており、リン岩石の埋蔵量は枯渇してきている。
【０２６１】
化学的沈降および生物学的処理などの、ホスフェート濃度を低減させるための水の処理のための多数のプロセスが提案されている。水からホスフェートを除去することおよびリン含有肥料を提供することの両方のために開示された１つのプロセスは、Ｂｒｉｔｔｏｎによって、米国特許出願公開第２０１２／００３１８４９号に開示されている。開示されたプロセスでは、ストルバイトが、ホスフェート含有水へのマグネシウムの添加によって生成される。ストルバイトは、肥料としてまたは他の適用のために使用され得るペレットとして沈降される。２００７年に、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙは、報告「Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｎｕｔｒｉｅｎｔ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｓｔｓ」（ＥＰＡ  Ｒｅｐｏｒｔ）を発行している。この研究は、選択された市販のユニットの設置および操作のための費用を含む、可溶性ホスフェートを除去するための化学的沈降経路および生物学的処理経路の両方を検討している。
【０２６２】
本発明により、生物学的プロセスは、本発明の生体触媒を使用する、水からの可溶性ホスフェートの除去のために提供される。水中の可溶性ホスフェートの生物学的還元のためのこれらのプロセスは、
ａ．前記水中のホスフェートの濃度を低減させ、ホスフェート含有微生物を含む生体触媒を提供するのに十分な時間にわたって、ホスフェート蓄積条件下で、前記水を、バイオリアクタにおいて、その中に実質的に不可逆的に保持されたホスフェート蓄積微生物（ＰＡＯ）を有する本発明の生体触媒と接触させる工程であって、前記ホスフェート蓄積条件は、前記微生物内のポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、特にポリ−β−ヒドロキシブチレートの存在および水中の好気性条件または無酸素性条件の存在を含む、工程；
ｂ．前記微生物からのホスフェートを前記水性媒体中に放出するのに十分な水性媒体において、ホスフェート含有微生物を含む前記生体触媒を嫌気性条件に供して、ホスフェートに富んだ水性媒体を提供する工程；ならびに
ｃ．工程（ａ）での使用のために、ホスフェートに富んだ水性媒体から前記生体触媒を分離する工程
を含む。
【０２６３】
ホスフェート蓄積微生物の例には、Ａｃｉｎｔｏｂａｃｔｅｒ種、Ａｃｔｉｎｏｂａｃｔｅｒｉａ、Ｃａｎｄｉｉｄａｔｕｓ  Ａｃｃｕｍｕｌｉｂａｃｔｅｒ  ｐｈｏｓｐｈａｔａｔｅｓ、α−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ、β−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａおよびγ−Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａが含まれるがこれらに限定されない。
【０２６４】
本発明のプロセスは、水を処理して可溶性ホスフェート（可溶性ホスフェートは、本明細書で使用する場合、一塩基性ホスフェート、二塩基性ホスフェート、三塩基性ホスフェートおよびピロホスフェートアニオンを含む意図である）を除去する。処理される水（本明細書では、「原水流」と呼ぶ）は、表面水および地表水、都市廃水、産業廃水、ならびに鉱業操作によって生成される水が含まれるがこれらに限定されない任意の適切な供給源から誘導され得る。生体触媒によって提供される頑強性に起因して、処理される水は、微生物が自由懸濁物中に存在する場合にホスフェート除去に有害な影響を与える成分の存在を含む、いくつかの成分を含み得る。原水供給は、ホスフェート除去に供される前に１種もしくは複数の成分を除去するためにユニット操作に供され得るか、またはホスフェート除去プロセスに直接供給され得る。
【０２６５】
原水供給は、１リットル当たり少なくとも約２ミリグラム、例えば、少なくとも約４ミリグラムのホスフェート（ＰＯ４＋３として計算する）を含む場合が多い。都市廃水は、１リットル当たり約４ミリグラムから２０ミリグラムの間のホスフェートを頻繁に含む；しかし、本発明のプロセスは、高濃度のホスフェート、例えば、５００ミリグラム／リットル以上を含む原水流を処理するために使用することができる。
【０２６６】
本発明のプロセスは、原水供給中の可溶性ホスフェート濃度を低減させて、処理された水を提供するように機能する。可溶性ホスフェートの濃度における低減は、しばしば、少なくとも約５０パーセント、好ましくは少なくとも約７０パーセントである。本発明の好ましい態様では、処理された水は、１リットル当たり約１ミリグラム未満、しばしば約０．１ミリグラム未満のホスフェートを含む。有利なことに、処理された水中の低濃度のホスフェートは、化学沈降剤を使用する必要性なしに得ることができる。処理された水は、排出、リサイクルまたはさらなる処理に適切であり得る。微生物残骸からは汚泥が実質的に生成されないので、処理された水は、沈殿池などの処理後操作に供される必要はない。
【０２６７】
ホスフェート除去は、酸化条件下でもたらされる。酸化条件は、酸素または酸化性成分を供給することによって提供され得る。好都合なことに、酸素は、空気または富化された空気によって供給される。一般に、ホスフェート除去の間の原水供給の溶解された酸素含量は、少なくとも約１ミリグラム／リットル、好ましくは少なくとも約２ミリグラム／リットル、例えば、約２ミリグラム／リットルから２０ミリグラム／リットルの間であり、酸素は、水−ガス接触を促進するために、酸素含有ガスを水にバブリングもしくはスパージングすることによるもの、または水を撹拌もしくは他の方法で機械的に処理することによるものを含む、任意の簡便な手段によって供給され得る。酸化性成分には、ナイトレート、過酸化物およびパーカーボネートが含まれるがこれらに限定されない。かかる酸化性成分が使用される場合、活性酸素の濃度は、好ましくは、約１ミリグラム／リットルから１０ミリグラム／リットルの間、より好ましくは、約１ミリグラム／リットルから５ミリグラム／リットルの間の範囲である。
【０２６８】
ほとんどのホスフェート蓄積微生物が中温菌であるので、典型的な中温菌条件が使用され得る。処理されている原水流のｐＨは、好ましくは約６よりも塩基性であり、約６または６．５から９の間の範囲である場合が多い。
【０２６９】
ホスフェート除去工程の間の原水流と生体触媒との間の接触の持続時間は、水中の可溶性ホスフェートの望ましい低減を提供するのに十分である。したがって、持続時間は、原水流中の可溶性ホスフェートの濃度、ホスフェート濃度の望ましい低減、ならびにバイオリアクタ中のホスフェート蓄積微生物の密度ならびにホスフェート除去に使用される条件に依存する。生体触媒を使用することによって提供され得る高濃度のホスフェート蓄積微生物に起因して、比較的低いバッチサイクルまたは水力学的保持時間が実現され得る。
【０２７０】
ホスフェート蓄積微生物は、細胞内のポリホスフェートの形態で、生物学的プロセスに必要とされる量を超えて、リンを保持する。いくつかの実施形態では、濃縮されたホスフェート含有水は、原水供給よりも少なくとも１０倍高いホスフェート濃度を有する。ある場合には、この濃縮された水は、１リットル当たり少なくとも約１００ミリグラム、好ましくは少なくとも約５００ミリグラムのホスフェートを有する。通常、濃縮された水中のより高濃度のホスフェートは、固体ホスフェート含有生成物を得るために必要とされるエネルギーをより少なくする。
【０２７１】
好気性段階と嫌気性段階との間の移行が必要とされ、これは、任意の適切な様式でもたらされ得る。例えば、バイオリアクタ中で処理されている原水への酸素または他の酸化性化合物の供給が終結され得る。残留酸素は、さらなる量のホスフェートの蓄積において消費され得、次いで、処理されている水は、放出されたホスフェートを蓄積するために意図される別々の水性媒体で置き換えられ得る。
【０２７２】
本発明のプロセスでは、ホスフェートの放出は、処理された水とは別の水性媒体中へである。好ましい操作では、ホスフェートの放出は、原水流中に含まれ得る他の夾雑物の存在を比較的含まない、濃縮されたホスフェート含有水を得ることを可能にする。したがって、濃縮された水は、産業的使用または農業的使用に適したホスフェートを提供することにおいて増強された有用性を有する。望まれる場合、ホスフェートが、濃縮されたホスフェート含有水から回収され得る。任意の適切なプロセスは、かかる回収をもたらすための適用を見出し得る。なおさらに濃縮された水を提供するためのユニット操作には、化学的沈降、蒸発および逆浸透が含まれる。
【０２７３】
リンは、嫌気性条件下で微生物を維持することによって放出され得る。しばしば、水中の溶解された酸素濃度（または酸化性化合物の酸化値が、酸素の代わりに使用される）は、約０．５ミリグラム／リットル未満、好ましくは約０．２ミリグラム／リットル未満である。生体触媒内のいくつかの微小環境は、より高いまたはより低い濃度の酸素を有し得ることを理解すべきである。実際、連続的操作では、好気性ホスフェート除去段階と嫌気性ホスフェート放出段階との間を配列することが可能であり、その結果、生体触媒中に保持された微生物の一部分のみが、リンを除去および放出するために使用されている。微生物の残りは、原水流の容量流速およびそのホスフェート濃度における変化を提供するために利用可能なだけでなく、生体触媒内の酸素およびホスフェートを往復させるようにも機能すると考えられる。
【０２７４】
ホスフェートの放出のための温度、圧力およびｐＨの条件は、原水からのホスフェートの回収のための条件と同じであり得るので、変化を故意に誘導する必要がない場合が多い。典型的には、別々の水性媒体に微量栄養素を含む栄養素を添加する必要はない。
【０２７５】
いくつかの微生物について、微生物からのホスフェートの放出の速度論的速度は、ホスフェートの蓄積よりも速い。好ましくは、ホスフェート放出段階は、濃縮されたホスフェート含有生成物中に高濃度のリンを提供するために操作される。望まれる場合、ホスフェート放出段階は、２つ以上の工程で操作され得、第１の工程は、水性媒体中のホスフェートの最大濃度を提供するためであり、後者の工程は、ホスフェート除去段階よりも低い濃度のホスフェートを有する濃縮されたホスフェート含有生成物を提供するにもかかわらず、微生物中に含まれるホスフェートの低減を提供するためである。
【０２７６】
ホスフェートの蓄積の間に、ＰＨＡおよび酸素または酸化性化合物は、二酸化炭素および水に生物変換されると考えられる。一般に、約２個から２０個の間、好ましくは約４個から１０個の間の炭素原子のＰＨＡが、微生物中に蓄積された可溶性ホスフェートのリン原子１個当たり、生物変換される。ＰＨＡは、炭素含有基質の存在下で嫌気性条件下でホスフェート蓄積微生物によって形成される。２〜５炭素原子の揮発性脂肪酸が、炭素含有基質として一般に好ましい。しかし、本発明の生体触媒の使用により、糖および酢酸などのより複雑な炭素供給源が、ＰＨＡを生成するために使用され得る。
【０２７７】
本発明のこの態様のプロセスは、生体触媒中にホスフェート蓄積微生物を保持することによって、ＰＨＡ生成がいつ生じるかについて、顕著な柔軟性を提供する。例えば、炭素含有基質は、ホスフェートの放出の持続時間の少なくとも一部分の間に提供され得るか、または、別々の嫌気性段階が、ＰＨＡの生成のために具体的に使用され得る。後者の場合、生体触媒内の微小環境および微生物の代謝状態は、微生物を、ホスフェート段階の放出の持続時間の間に生存可能なままにさせる。濃縮されたホスフェート含有生成物が、添加された有機化合物の本質的な非存在を有することが望まれる、この後者の例は有益である。
【０２７８】
ＰＨＡの形成のための速度論的速度は、一部、使用される炭素含有基質およびこの基質の濃度に依存する。ほとんどの場合、ＰＨＡへの生物学的反応速度は、ホスフェートの蓄積よりも迅速である。さらに、生体触媒は、ＰＨＡ生成段階の持続時間を超える炭素含有基質の保持を可能にし得、生体触媒中のより閉塞された微生物は、さらなるＰＨＡを生成するために、酸素の十分な非存在および炭素含有基質の十分な存在を有し得る。
【０２７９】
これらのプロセスは、バッチ、半連続的および連続ベースで実施され得、好ましくは、連続ベースで実施される。バイオリアクタは、典型的なバイオリアクタシステムを含む任意の適切な立体配置であり得る。ホスフェートの除去段階および放出段階を通じて、１つのバイオリアクタが使用され得、バッチサイクルされ得る。ほとんどの商業的操作のためには、連続ベースでの操作が好ましい。生体触媒は、１つのバイオリアクタから別のバイオリアクタへ移動され得、バイオリアクタの各々は、原水からのホスフェート除去のためのバイオリアクタ；ホスフェート放出のためのバイオリアクタ；および任意選択で、ＰＨＡ生成のための別のバイオリアクタなど、異なる機能を実施するように適合されている。この様式では、生体触媒および水の対向フローが、各バイオリアクタ中で生じて、原水流からの可溶性ホスフェートの除去を促進し得、ホスフェート含有生成物中のホスフェート濃度を最大化し得る。別のアプローチは、例えば、ホスフェート除去段階からホスフェート放出段階まで、ＰＨＡ生成段階まで、生体触媒を含む各バイオリアクタをサイクルさせることである。これら２つのアプローチの組み合わせが使用され得る。例えば、バイオリアクタは、原水流からホスフェートを除去するために使用され得、次いで、ホスフェート除去段階が停止され、次いで、生体触媒が、高度に濃縮されたホスフェート含有生成物を提供するために、嫌気性条件下で作動する対向フローバイオリアクタに提供される。次いで、生体触媒が、別のバイオリアクタに提供され、別のバイオリアクタがＰＨＡ形成条件下で最初に動作し、次いで、ホスフェート除去のための条件に移行される。
【０２８０】
本発明およびその適用の一般的理解は、図６、図７および図８を参照することによって容易にされ得る。
【０２８１】
図６は、本発明のプロセスを実施するのに適した、６００として一般に指定された装置の１つの型の模式図である。示されるように、装置は、５つのバイオリアクタアセンブリＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを含む。アセンブリの各々は、図７に関してより詳細に記載される。
【０２８２】
議論の目的のために、バイオリアクタは流動床リアクタであるが、他の型のバイオリアクタ、例えば、充填層およびトリクルベッドが使用され得ることが、容易に理解され得る。示されるように、装置は、１つまたは複数の流体導管ラインを含み得るいくつかの流体輸送ヘッダーである。水フローヘッダーアセンブリは、要素６０２によって示され、これは、バイオリアクタアセンブリへの原水の輸送ならびにバイオリアクタアセンブリ間の水の輸送およびバイオリアクタアセンブリ内でリサイクルされる水の輸送を提供する。ライン６０４は、必要に応じて、ヘッダーアセンブリ６０２に炭素供給源を提供するように適合されている。空気ヘッダー６０６は、バイオリアクタアセンブリの各々に、空気または他の酸素含有ガスを供給するように適合されている。水抜きヘッダー６０８は、１つのバイオリアクタアセンブリから別のバイオリアクタアセンブリへと水を輸送訓練するために適合されている。ヘッダーアセンブリ６１０は、バイオリアクタアセンブリ内の、１つのバイオリアクタアセンブリから別のバイオリアクタアセンブリへの、および、濃縮されたホスフェート含有流の除去のための、流体連絡を提供するように適合されている。ヘッダーアセンブリ６１２は、装置から処理された水を引き出すように適合されている。ヘッダーアセンブリ６１４は、装置からガスを排気するように適合されている。図６では、円形要素は一般に、バルビングアセンブリを示す。バルビングアセンブリおよび操作は、図７に関してさらに議論される。
【０２８３】
図７は、図６のバイオリアクタアセンブリをより詳細に示している。示されるように、バイオリアクタアセンブリは、バイオリアクタ７０２を含む。バイオリアクタ７０２は、Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ  Ａｃｃｕｍｕｌｉｂａｃｔｅｒ  ｐｈｏｓｐｈａｔｉｓを含む生体触媒を含む。ライン７０４は、バイオリアクタ７０２へと水性流を方向付けるように適合されている。後に議論するように、水性流は、原水流、別のバイオリアクタからの流れ、またはリサイクル流であり得る。ライン７０６は、バイオリアクタに酸素含有ガス、通常は空気を提供する。弁７０８は、その場所でフローを制御し、分配器７１０は、バイオリアクタ７０２中に酸素含有ガスを分配するように機能する。ライン７１２が、バイオリアクタ７０２をパージまたは水抜きする目的のために、バイオリアクタ７０２の底に提供される。弁７１４は、ライン７１２を介した水のフローを制御する。
【０２８４】
バイオリアクタ７０２の上部に、ライン７０６を介して供給される酸素含有ガスからの残渣および代謝活性から生じる二酸化炭素などのガスを引き出すことを目的として、ライン７２０が提供される。弁７２２が、ライン７２０上に提供され、ライン７２０を介したガスのフローを制御するように適合されている。これらの引き出しガスは、典型的には大気中に排出される；しかし、これらのガスは、メタンなどの成分を挿入または除去するための処理に供され得る。示されるように、バイオリアクタ７０２の上方部分において、ライン７１６が、処理された水をバイオリアクタから引き出すために提供される。後で議論するように、この処理された水のラインは、研磨モードで動作しているバイオリアクタから、または、バイオリアクタが研磨モードで動作していない場合には、一次ホスフェート除去モードで動作しているバイオリアクタから、水を除去するために使用される。弁７１８は、ライン７１６を介した水のフローを制御する。また、ライン７２４は、リサイクルまたは別のバイオリアクタへの輸送のために水を除去するためにバイオリアクタ７０２の上方部分に提供される。両方のライン７１６およびライン７２４には、バイオリアクタ７０２中に含まれる生体触媒がこれらのライン中に送られるのを防止するために、スクリーンまたは他のデバイスが提供される。ライン７２４には、ライン７２４中へのバイオリアクタ７０２からの水のフローを制御するように適合された弁７２６が提供される。ライン７２４には、除去のために濃縮されたホスフェート含有水性流を有するライン７３０中へ、および／またはライン７３２へと、水を方向付けるように適合された方向付け弁７２８もまた、提供される。ライン７３２は、バイオリアクタ７０２へとライン７３８およびライン７０４を介して水をリサイクルし、または別のバイオリアクタへの通過のためにライン７３６へと水を送るように適合された弁７３４を含む。
【０２８５】
示されるように、ライン７０４は、他の水性流もまた受けることができる。これらの流れには、ライン７４０を介して提供される原水およびライン７４４を介した別のバイオリアクタからの水が含まれ得る。弁７４２は、後に議論されるように、これらの流れの量の相対的容量を制御するために提供されている。ライン７４６は、必要に応じて、バイオリアクタ７０２に炭素供給源を提供するように適合されている。弁７４８は、バイオリアクタ７０２への炭素供給源のフローを制御する。
【０２８６】
例示のみを目的として、本発明の限定ではなく、図６に示される５つのバイオリアクタアセンブリは、種々のモードの操作を介して配列されるように適合されている。当業者は、より少ないまたはより多い数のバイオリアクタアセンブリが使用され得、その配列が変更され得ることを、容易に理解し得る。
【０２８７】
以下は、この例示の目的のために使用される操作の５つのモードをまとめている：
嫌気性ＰＨＡ生成モード−−このモードでは、バイオリアクタは、添加された炭素供給源であり得るまたは処理される原水中に含まれる炭素供給源の存在を含む嫌気性条件下で操作される；
一次好気性ＰＯ４除去モード−−このモードでは、酸素含有ガスは、バイオリアクタを通過して、水からのホスフェートの除去をもたらす；
研磨好気性ＰＯ４除去モード−−このモードでは、一次好気性ＰＯ４除去モードにおいて動作している別のバイオリアクタによって処理される水は、水からのさらなるホスフェートの除去のために、バイオリアクタ中で生体触媒との接触にさらに供される；
パージモード−−このモードでは、バイオリアクタは、生体触媒からのホスフェートの放出のために、好気性またはおよび無酸素性環境から嫌気性環境まで移行する；および
嫌気性ＰＯ４放出モード−−このモードでは、バイオリアクタは、ホスフェートに富んだ流出物流を提供するために、生体触媒からのホスフェートの放出のために嫌気性環境下で操作される。
【０２８８】
以下の議論は、図８に概略された配列を使用した、図６および図７の装置の操作を説明する。図８で見られ得るように、バイオリアクタアセンブリＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥの各々は、同じモードを介して配列する。したがって、この議論が他のバイオリアクタアセンブリの各々に同等に適用可能であることを理解して、議論は、単一のバイオリアクタアセンブリの操作に言及する。操作のモードの各々は、この例示の目的のために、同じ時間の持続時間である。
【０２８９】
議論は、嫌気性ＰＨＡ生成モードでのバイオリアクタの操作で始まり、これは、直前の時間期間において嫌気性ＰＯ４放出モードで使用されていたリアクタである。したがって、サイクルの開始時に、バイオリアクタは、嫌気性ではあるがホスフェートに富んだ水性媒体を含む。このサイクルの開始時には、弁７４２および弁７１４は閉鎖されている。第１に、弁７１４は、バイオリアクタ７０２中の水性媒体がライン７１２を通過し、次いでホスフェート回収に方向付けられるのを防止するように、開放される。水抜きの間に、装置への原水供給が終結され得るか、または原水供給が、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタに方向付けられ得る。代替的に、装置には、サージタンクが提供され得る。任意の適切な流体は、水抜きから生じるバイオリアクタ７０２の容量を置き換えるために使用され得る。しばしば、空気は、バイオリアクタがこのモードで好気的に操作されることが望ましい場合であっても、適切である。代替的に、このモードの開始時のバイオリアクタ７０２中のホスフェートに富んだ媒体の置き換えは、ライン７２４を介してバイオリアクタの上部からホスフェートに富んだ水性媒体を引き出しつつ、バイオリアクタ７０２中にライン７０４を介して原水を送ることによってもたらされ得る。
【０２９０】
一旦バイオリアクタ７０２が水抜きされると、弁７１４は閉鎖され、弁７４２は、バイオリアクタ７０２中への導入のために、可溶性ホスフェートを含む原水供給流がライン７４０からライン７０４中に送られるのを可能にするように位置決めされる。原水供給流は、生体触媒を再流動化する。弁７２２および弁７１８は閉鎖されたままである。バイオリアクタ７０２は、嫌気性条件または無酸素性条件を含む代謝条件下で操作され、その結果、生体触媒は、原水供給中の炭素供給源をＰＨＡに生物変換する。炭素供給源は、原水供給流中に含まれ得る。必要に応じて、炭素供給源は、弁７４８の調節によって、このモードの間に、ライン７４６を介して望ましい濃度になるまで提供され得る。原水供給流は、バイオリアクタ７０２中の生体触媒の流動床を通過した後に、ライン７２４を介して出て、弁７２８を介してライン７３２へと送られる。弁７３４は、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタに、ライン７３６を介して水を方向付ける。必要に応じて、この水の一部分は、生体触媒の望ましい程度の流動化を維持するために、弁７３４によって、ライン７３８を介してバイオリアクタ７０２に戻るように方向付けられ得る。
【０２９１】
嫌気性ＰＨＡ生成モードの完了近くに、バイオリアクタ７０２の、研磨好気性ＰＯ４除去モードへの移行が始まる。この移行は、弁７０８を開放することにより、ライン７０６を介してバイオリアクタ７０２中への酸素含有ガスのフローを開始させることを含む。この時点で、弁７２２は、ガスが、ライン７２０を介してバイオリアクタ７０２を出るように、開放される。バイオリアクタ７０２からの水のフローは、この移行の間に未変化のままであり、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタに送られる。この移行により、バイオリアクタは、次の期間、研磨好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタとして機能する。
【０２９２】
期間１の最後に、弁７４２は、生供給水のフローを終結させ、ライン７４４からの、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタからの流出物のフローを開始する。また、弁７２６は閉鎖され、弁７１８は、ホスフェート低減水がライン７１６を介して装置から送られるように、開放される。しかし、リサイクル流がバイオリアクタ７０２中の生体触媒を流動化させるのに十分なフローを提供することが望まれる場合、弁７２６、弁７２８および弁７３４は、求められる流速の水をバイオリアクタ７０２に戻して提供するように設定され得る。以前の移行が、好気性環境中にバイオリアクタ７０２を配置したので、微生物は、増強されたＰＨＡ含量および低減されたリン含量を有し、したがって、望ましくは低濃度まで、処理されている水中の可溶性ホスフェートを効率的に除去し得る。さらに、研磨好気性ＰＯ４除去モードでのバイオリアクタの使用により、処理された水中の求められるフローホスフェート濃度をなおも提供しつつ、提供される原水供給中の可溶性ホスフェート濃度における揺らぎならびに提供される原水供給の流速における揺らぎが可能になる。
【０２９３】
一般に、研磨好気性ＰＯ４除去モードでの操作から一次好気性ＰＯ４除去モードへとバイオリアクタをサイクルするための移行は必要とされない。バイオリアクタ７０２は、期間２の最後において、水の供給源およびライン７４４を、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作している別のバイオリアクタから、嫌気性ＰＨＡ生成モードで動作しているバイオリアクタ由来の流出物に切り替えることによって、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作を開始する。弁７１８は閉鎖され、弁７２６は、ライン７２４を介して弁７２８へおよびライン７３２へと水性媒体が方向付けられるように、開放される。弁７３４は、研磨好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタに、ライン７３６を介して流出物を方向付ける。流出物の一部分は、生体触媒の望ましい流動化を提供するために、バイオリアクタ７０２へのリサイクルのために、弁７３４によってライン７３８へと方向付けられ得る。
【０２９４】
バイオリアクタ７０２が一次好気性ＰＯ４除去モードで動作している期間３の最後の前、またはバイオリアクタ７０２がパージモードで動作している期間４の開始時のいずれかの時点で、弁７０８は、バイオリアクタ７０２中への酸素含有ガスのフローを止めるために閉鎖される。十分な残留酸素が、バイオリアクタ７０２中の水性媒体中および生体触媒中に残留して、さらなる溶解されたホスフェート取り込みを可能にする。バイオリアクタ７０２からの流出物は、研磨好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタまたは一次好気性ＰＯ４除去モードで動作しているバイオリアクタに方向付けられ続き得る（したがって、ライン７３６は、一次好気性ＰＯ４除去モードで動作している別のバイオリアクタのライン７４４と流体連絡している）。通常、パージモードでは、バイオリアクタ７０２中の水性媒体は、弁７２６、弁７２８および弁７３４の位置決めを介して持続的にリサイクルされる。望まれる場合、バイオリアクタ７０２中に含まれる水性媒体の全てまたは一部分は、ライン７１２を介して水抜きされ得、この媒体は、溶解された酸素を含む。水抜きされた水性媒体は、一次好気性ＰＯ４除去モードまたは研磨好気性ＰＯ４除去モードのいずれかで動作している別のバイオリアクタに送られ得る。パージモードでは、微生物によって保持されるリンを放出するためのプロセスが開始する。パージモードは、生体触媒内の酸素濃度勾配の消散もまた促進する。
【０２９５】
期間５では、バイオリアクタ７０２は、嫌気性ＰＯ４放出モードで操作される。このモードでは、バイオリアクタ７０２中のホスフェート含有水は、ライン７２４、ライン７３２、ライン７３８およびライン７０４によってリサイクルされ、水の一部分は、弁７２８によってライン７３０へと方向付けられる。パージモードの使用と嫌気性ＰＯ４放出モードとの組み合わせは、ライン７３０を介して引き出された水流中の、最も高い実現可能な濃度のホスフェートを提供する傾向がある。代替的な実施形態では、バイオリアクタ７０２中のホスフェート含有水は、ライン７１２を介して水抜きされ得る。ホスフェート含有水は、処分され得る、またはホスフェートを回収するために、さらなる化学的もしくはプロセスされた処理に供され得る。例えば、ストルバイトが形成され得、装置への水の戻りで相分離され得る。代替的に、ホスフェート含有水は、産業的もしくは農業的な使用を見出し得るより濃縮されたホスフェート含有流を提供するために、蒸発、蒸留または逆浸透に供され得る。
【０２９６】
例示は、別々の期間にパージモードおよび嫌気性ＰＯ４放出モードが生じることを示してきたが、これらのモードは、単一の期間で組み合わされ得る。
【０２９７】
ｉｉｉ．水生微生物からの生物付着の軽減
水生生物、特にマクロ生物、例えば、フジツボ（ｂａｒｎａｃｌｅ）（例えば、フジツボ（ａｃｏｒｎ  ｂａｒｎａｃｌｅ）およびエボシガイ（ｇｏｏｓｅ  ｂａｒｎａｃｌｅ））；海産イガイ（ｍａｒｉｎｅ  ｍｕｓｓｅｌ）；カラスガイ（ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ  ｍｕｓｓｅｌ）；カワホトトギスガイ（ｚｅｂｒａ  ｍｕｓｓｅｌ）；外肛動物；チューブワーム；多毛類（ｐｏｌｙｃｈａｅｔｅ）、ホヤ、海綿；ならびにイソギンチャクを含む供給源から得られる水は、いくつかの目的のために使用される。例えば、水は、飲用水、脱塩のための水の供給源、発電所および製造施設などのための冷却水、衛生施設のため、ならびに船のバラストとして使用されることが求められ得る。水供給源は、表面、例えばパイプ、タンクおよびプロセス設備、例えばポンプ、弁、熱交換器、濾過デバイス、リアクタなどの生物付着を引き起こし得るマクロ生物を含む。定期保守が、沈着物を除去し、または汚染された設備を置き換えるために必要とされる。これらのマクロ生物由来の沈着物の除去には、表面に対するこれらの生物の接着の強度および貝殻本体の硬さに起因して、問題があり得る。
【０２９８】
本発明のこの態様によれば、水生マクロ生物を含むまたは水生マクロ生物を接触し得る水は、水中の溶解された代謝可能な有機炭素（オルガノカーボン）の異化性変換が可能な微生物を含む本発明の生体触媒と、最初に接触させられる。選択された微生物は、塩分、他のアニオンおよびカチオン、任意の有機物または汚染物質の存在ならびにｐＨが含まれるがこれらに限定されない、原水の他の成分に対して耐性でなければならない。オルガノカーボンを二酸化炭素へ変換することが可能な微生物の例には、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ  Ｊｏｈｎｓｏｎｉｉ、Ａｌｃａｎｉｖｏｒａｘ  ｄｉｅｓｅｌｏｌｉｅ、Ａｚｏａｒｃｕｓ種、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｇｌｏｂｉｆｏｒｍｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｏｊａｖｅｎｓｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｂｉｆｏｒｍｅ、Ｌａｃｔｏｓｐｈａｅｒａ  ｐａｓｔｅｕｒｉｉ．Ｍｉｃｒｏｔｈｉｒｘ  ｐａｒｖｉｃｅｌｌａ、Ｍｏｒａｘｅｌｌａ  ｃｕｎｉｃｕｌｉ、Ｎｏｃａｒｄｉａ  ａｓｔｅｒｏｉｄｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｓｅｕｄｏａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ、Ｒｈｏｃｏｃｃｃｕｓ  ｒｈｏｄｎｉｉ、Ｒｈｏｄｃｏｃｃｕｓ  ｃｏｐｒｏｐｈｉｌｕｓ、Ｒｈｏｄｏｆｅｒａｘ  ｆｅｒｍｅｎｔａｎｓ、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｊｏｓｔｉｉ、Ｓａｃｃｈａｒｏｐｈａｇｕｓ  ｄｅｇｒａｄａｎｓ、Ｓｋｅｒｍａｎｉａ  ｐｉｎｉｆｏｒｍｉｓ、Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ  ｃａｐｓｕｌａｔｅ、Ｖａｒｉｏｖｏｒａｘ  ｐａｒａｄｏｘｕｓおよびＺｏｏｇｌｏｅａ種が含まれるがこれらに限定されない。
【０２９９】
接触は、マクロ生物の生存が阻害されるレベルまで、代謝可能なオルガノカーボンの濃度を低減させるのに十分な時間にわたる。水供給は、生体触媒と連続的に接触させられ得る；しかし、断続的または定期的な水の処理が、生体触媒の下流でのマクロ生物の増殖を破壊するのに十分であり得る。
【０３００】
したがって、水生マクロ生物による生物付着は、化学物質の添加なしに達成され得る。さらに、生体触媒は、マクロ生物のための食物供給源をそれ自体生成することなく、任意の下流の濾過によって除去される固体の質量を増加させない。本発明の好ましい態様では、生体触媒との接触の下流のオルガノカーボンの濃度は、懸濁された微生物の生存度を維持するのには不十分である。
【０３０１】
水は、常にとは限らないが、表面供給源から得られる場合が多く、塩、汽水または淡水であり得る。水は、水生マクロ生物を支持するための食物および栄養素を含み、通常、微生物を含む。
【０３０２】
水および生体触媒の接触のための条件は、広範に変動し得るが、通常は典型的な中温菌条件下である。通常、接触の温度は、実質的に水の周囲温度である。ある場合には、水中の溶解された酸素は、二酸化炭素へのオルガノカーボンの代謝的生物変換に十分である；しかし、ある場合には、水の通気が望まれ得る。一般に、生体触媒と接触させられる水中の溶解された酸素含量は、約１〜５０質量百万分率以上、例えば、１〜１０質量百万分率の範囲である。典型的には、栄養素を水に添加する必要はない。
【０３０３】
バイオリアクタは、典型的なバイオリアクタシステムを含む任意の適切な立体配置であり得る。本発明の生体触媒を使用して達成可能な高い細胞密度および生物活性で、バイオリアクタ中の水の平均水力学的滞留時間は、典型的には、約２４時間未満、より頻繁には約６または１０時間未満であり、ある場合には、約０．５〜４時間の範囲であり得る。
【０３０４】
生体触媒は、さらなる食物供給源の添加なしに微生物が延長された時間期間にわたって生存できる環境を提供するので、生体触媒は、オルガノカーボンを含む環境（「代謝サイクル」）とオルガノカーボンを実質的に含まない環境（「浄化サイクル」）との間でサイクルされ得る。このサイクルは、生体触媒の表面上の生物のいずれの増殖も遅延させない場合が多い。一般に、使用される場合、浄化サイクルの持続時間は、少なくとも約２時間、例えば、約６時間から４８時間の間である。
【０３０５】
図９を参照すると、装置９００は、逆浸透メンブレンを使用した海水の脱塩のためのアセンブリである。海水はプレナム９０２に送られる。矢印は、プレナム９０２中への海水のフローを示す。そのうち２つ、スクリーン９０４ａおよびスクリーン９０４ｂが示される、複数のスクリーンとしてのプレナム９０２。可動性フラップ９０５が、プレナム９０２中に提供され、これは、スクリーン９０４ａへの水のフローを停止させ、次いでスクリーン９０４ｂへの水のフローを停止させるために、点線によって示されるように移動するように適合されている。可動性フラップ９０５は、水がスクリーン９０４ａおよびスクリーン９０６ｂの両方に流れることができるように位置決めされ得ることを理解すべきである。
【０３０６】
各スクリーンは、専用のヘッダーを有し、スクリーン９０４ａについてはヘッダー９０６ａ、スクリーン９０４ｂについてはヘッダー９０６ｂである。各ヘッダーは、各バイオリアクタにつながるラインを有する。この例示の目的のために、２つのバイオリアクタ、バイオリアクタ９１２およびバイオリアクタ９１４が示されている。ライン９０８ａは、ヘッダー９０６ａとバイオリアクタ９１２との間の流体連絡を提供し、ライン９０８ｂは、ヘッダー９０６ｂとバイオリアクタ９１２との間の流体連絡を提供する。ライン９１０ａは、ヘッダー９０６ａとバイオリアクタ９１４との間の流体連絡を提供し、ライン９１０ｂは、ヘッダー９０６ｂとバイオリアクタ９１４との間の流体連絡を提供する。
【０３０７】
各バイオリアクタ９１２および９１４は、議論の目的のために実施例１１３の生体触媒である生体触媒を含む、流動床バイオリアクタとして示される。バイオリアクタ９１２は、流出物ライン９１６および９１２を有するとして示され、バイオリアクタ９１４は、流出物ライン９１８および９２４を有するとして示される。流出物ライン９１６および９１８は、リサイクルヘッダー９２０と流体連絡している。流出物ライン９２２および９２４は、処理された水ヘッダー９２６と流体連絡している。処理された水ヘッダー９２６は、処理された水を限外濾過メンブレンユニット９２８に方向付ける。限外濾過メンブレンユニット９２８からの濾液は、ライン９３０を介して逆浸透ユニット９３２に送られる。脱塩された水は、ライン９３４を介して出て、拒絶された流れは、ライン９３６を介して逆浸透ユニット９３２から出る。
【０３０８】
リサイクルヘッダー９２０に戻ると、水は、サージタンク９３８に送られる。サージタンク９３８からの水は、ライン９４２を介してプレナム９０２に方向付けられ得る。ライン９４２からの水は、可動性フラップ９０５によって閉塞された、閉塞されたスクリーンの上流の領域において、プレナム９０２に入る。
【０３０９】
全ての本発明の広い態様内に、装置の操作のいくつかのモードが存在する。１つのモードでは、バイオリアクタ９１２および９１４は、独立して動作し、別のモードでは、バイオリアクタ９１２および９１４は、水フロー配列で動作する。
【０３１０】
例として、第１のモードの操作では、原水は、プレナム９０２に入り、スクリーン９０４ｂを介してヘッダー９０６ｂに方向付けられる。ライン９０８ｂは弁でオフにされ、ヘッダー９０６ｂ中の水は、ライン９１０ｂを通過してバイオリアクタ９１４に行く。バイオリアクタ９１４において、オルガノカーボンは二酸化炭素に変換されて、オルガノカーボンを実質的に含まない処理された水流を提供する。この処理された水流は、ライン９２４を介して出て、処理された水ヘッダー９２６に送られ、ここで最終的に逆浸透ユニットを通過して、脱塩された水を提供する。この時点で、ライン９１８は弁でオフにされる。
【０３１１】
オルガノカーボンを実質的に含まない処理された水が予め満たされたサージタンク９３８は、可動性フラップ９０５およびスクリーン９０４ａによって規定されるプレナム９０２の閉塞された領域中に、ライン９４０を介して水を供給する。水は次いで、スクリーン９０４ａを介してヘッダー９０６ａ中に送られる。ライン９１０ａは弁でオフにされ、その結果、水はバイオリアクタ９１４に入らないが、ライン９０８ａは弁で開放され、その結果、処理された水は、バイオリアクタ９１２を通過する。次いで、水は、リサイクルヘッダー９２０によってサージタンク９３８に戻されるように、ライン９１６を介してバイオリアクタ９１２を出る。この時点で、ライン９２２は弁でオフにされる。理解され得るように、スクリーン９０４ａ、ヘッダー９０６ａおよびラインおよび９０８ａならびにバイオリアクタ９１２を介した処理された水のサイクルは、浄化サイクルを提供するように機能する。可動性フラップ９０５の使用により、フラップ上のマクロ生物の増殖を同様に減弱させるように、処理された水がフラップと接触することが可能になる。
【０３１２】
スクリーン９０４ａ、ヘッダー９０６ａおよびバイオリアクタ９１２のための浄化サイクルの完了の際に、可動性フラップ９０５は、スクリーン９０４ａを介した原水のフローを可能にし、スクリーン９０４ｂへの原水のフローを閉塞するように移動する。同じバルビング位置が、ヘッダー９０６ａおよび９０６ｂについて維持され、バイオリアクタ９１２が原水を処理する。流出物ライン９１６は弁でオフにされ、流出物ライン９２２は、処理された水ヘッダー９２６へと処理された水を送るために、弁で開放される。バイオリアクタ９１４は、スクリーン９０４ｂ、ヘッダー９０６ｂおよびライン９１０ｂと同様に、浄化サイクルに供される。バイオリアクタ９１４からの流出物ライン９２４は弁でオフにされ、流出物ライン９１８は弁で開放され、水をリサイクルヘッダー９２０へと送る。サージタンク９３８からの水は、プレナム中で可動性フラップ９０５およびスクリーン９０４ｂによって規定された閉塞された領域に、ライン９４０を介して送られる。先行するサイクルの間に原水に曝露されたプレナムの側面は、今度は、オルガノカーボンが実質的に存在しない水に曝露される。したがって、装置は、マクロ生物を比較的含まないように、可動性フラップ９０５の両方の側面を維持することを促進する。
【０３１３】
次のサイクルでは、ライン９０８ａは弁でオフにされ、ライン９０８ｂは弁で開放され、バイオリアクタ９１２が浄化サイクルに供給される。同時に、ライン９１０ａは弁で開放され、ライン９１０ｂは弁でオフにされ、バイオリアクタ９１４は、原水を処理してオルガノカーボンを除去するように機能する。このサイクルでは、流出物ライン９１８は弁でオフにされ、流出物ライン９２４は弁で開放され、処理された水を、処理された水ヘッダー９２６に送る。また、バイオリアクタ９１２からの流出物ライン９２２は弁でオフにされ、水は、ライン９１６を介してリサイクルヘッダー９２０に送られる。
【０３１４】
４つのサイクルの最後に、可動性フラップ９０５は、スクリーン９０４ａへの原水のフローを閉塞し、スクリーン９０４ｂへの原水のフローを可能にするように移動する。したがって、バイオリアクタ９１４は原水を処理し、流出物ライン９１８は弁で閉鎖され、流出物ライン９２４は弁で開放されて、処理された水を処理された水ヘッダー９２６に方向付ける。バイオリアクタ９１２は、浄化サイクルに供され、流出物ライン９１６は弁で開放され、流出物ライン９２２は弁で閉鎖される。ライン９４０は、可動性フラップ９０５およびスクリーン９０４ａによって規定される閉塞された領域へと、サージタンク９３８からの水を方向付ける。
【０３１５】
図９に示される装置は、順次的床モードでも使用され得る。第１のサイクルでは、可動性フラップ９０５は、プレナム９０２中のスクリーン９０４ａの上流の閉塞された領域を提供する。プレナム９０２に入る原水は、スクリーン９０４ｂを介してヘッダー９０６ｂ中に行く。ライン９０８ｂは弁で閉鎖され、水は、オルガノカーボンを除去するための処理のために、バイオリアクタ９１４中へとライン９１０ｂを通過する。処理された水は、ライン９１８を介してサイクルヘッダーライン９２０に送られる。ライン９２４は弁で閉鎖される。したがって、サージタンク９３８は、処理された水を受け入れ、次いでこの処理された水は、スクリーン９０４ａの前の閉塞された領域に、ライン９４０を介して送られる。処理された水はオルガノカーボンを実質的に有さないので、水は、浄化サイクルに有用である。この水はヘッダー９０６ａに入り、弁で開放されたライン９０８ａを介してバイオリアクタ９１２に送られる。ライン９１０ａは弁で閉鎖される。任意の残留オルガノカーボンまたはさらなるオルガノカーボンは、二酸化炭素へのさらなる生物変換のために、バイオリアクタ９１２中の生体触媒に供される。バイオリアクタ９１２からの水は、ライン９１８を介して処理された水ヘッダー９２６に送られる。流出物ライン９１６は弁で閉鎖される。
【０３１６】
この装置の操作の第１のモードの説明と一致した様式で、可動性フラップの位置決めおよび各バイオリアクタのバルビングがサイクルされ得、その結果、全てのラインおよびリアクタが、浄化サイクルを通過する。
【０３１７】
ｉｖ．アンモニウムイオンの窒素への好気性異化作用
上で議論したように、好気性環境中で典型的に実施される水性流からのアンモニウムカチオンの除去のための生物学的プロセスは、アンモニウムカチオンを酸化する。酸化流出物は、特に酸化が完了していない場合、ナイトレートアニオンおよびおそらくはニトライトアニオンを含む。しばしば、除去されるアンモニウム窒素１キログラム当たり４キログラムを超える酸素が消費され、硝化プロセスおよび脱窒プロセスは、典型的な施設について、電力消費を３０パーセント以上増加させる。
【０３１８】
得られたナイトレートおよびニトライトイオンもまた夾雑物であり、好ましくは、環境への排出の前に水から除去される。脱窒のための生物変換プロセスもまた周知である。典型的には、これらのオキシアニオンの窒素への還元は、無酸素性環境または嫌気性環境および電子供与体を必要とする。しかし、いくつかの施設は、メタノールなどの供与体またはさらには未処理下水を追加する。アンモニウム酸化およびナイトレート還元のための根本的に異なる条件の必要性は、アンモニウムを窒素に生物変換するためのシステムを採用する資本および操作経費に寄与する。ナイトレート還元のための嫌気性条件は、硫化水素および他のスルフヒドリル化合物の生成もまた導き得る。
【０３１９】
嫌気性アンモニア酸化プロセスもまた上で議論されている。
【０３２０】
本発明のこの態様によって、本発明の生体触媒は、活性化汚泥中に含まれる微生物（本明細書で、「Ｎ／Ｄ微生物」と呼ばれる）を使用して、アンモニウムカチオンが好気性環境中で窒素へと生物変換されるのを可能にする。本発明の生体触媒が使用されるので、生体触媒中の微生物によって固体は生成されない。広い態様では、アンモニウムカチオンを含む水と生体触媒との間の接触は、供給水のナイトレート濃度の約５０パーセント未満、好ましくは約９０パーセント未満の濃度のアンモニウムおよび約１ミリグラム／リットル未満のナイトレートイオンの濃度を有する処理された水を提供するのに十分な時間にわたって、代謝条件下においてである。さらに、処理された水中のナイトレートおよびニトライトアニオンのこの還元は、水中の顕著な量の酸素、例えば、１リットル当たり５または８ミリグラムよりも多い酸素の存在下であっても、生じ得る。本発明のこの態様の好ましい実施形態では、処理された水は、環境への排出のために通気される必要のない十分な水を含む、例えば、１リットル当たり少なくとも約０．５ミリグラム、好ましくは少なくとも約１ミリグラムの酸素を含む。さらに、硫化水素または他のスルフヒドリル化合物は、このプロセスによって生成されない。
【０３２１】
水は、都市廃水、地表水および表面水を含む任意の供給源由来であり得る。処理される水のアンモニウムカチオン含量はまた、広範囲にわたって変動し得、約５または１０ミリグラム／リットルから２５０ミリグラム／リットルの間、より頻繁には約２５ミリグラム／リットルから２００ミリグラム／リットルの間である場合が多い。処理される水は、硫黄化合物、リン化合物、無機塩および可溶化された金属が含まれるがこれらに限定されない他の成分を含み得る。しばしば、処理される水中の酸素濃度は、約０．５〜１０ミリグラム／リットル以上の範囲である。
【０３２２】
これらのプロセスにおいて使用される本発明の生体触媒は、Ｎ／Ｄ微生物を含む。適切なＮ／Ｄ微生物は、水性媒体中に自由懸濁されている場合、硝化代謝活性および脱窒代謝活性の両方を示してもよく、示さなくてもよい。理論に束縛されることは望まないが、ある場合には、Ｎ／Ｄ微生物の性能に寄与する表現型変更が生じると考えられる。Ｎ／Ｄ微生物は、活性化汚泥から得られ得る。好ましくは、活性化汚泥は、典型的な中温菌条件下で好気性条件下で順応され、これにビカーボネートアニオンが供給される。ある場合には、ｐＨは、約６から８の間で維持される。
【０３２３】
アンモニウム生物分解プロセスは、任意の適切な様式で実施され得る。これらのプロセスは、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であり得、典型的なバイオリアクタシステムを使用し得る。
【０３２４】
典型的な中温菌条件を含む任意の適切な代謝条件が使用され得る。一般に、ｐＨは、約４から８．５の間、例えば、６．０から８．０の間で維持される。緩衝液は、望まれる場合、プロセスの間に所与のｐＨ値に水を維持するために使用され得る。炭素供給源栄養素が必要とされ得、これは、任意の簡便な炭素供給源、例えば低分子量炭化水素または酸素化された炭化水素、例えば、エタノール、アセテートおよび糖であり得る。
【０３２５】
水および生体触媒の接触の持続時間は、アンモニウムにおける求められる低減を得るのに十分な時間にわたってである。持続時間は、リアクタの型、生体触媒およびバイオリアクタ中の微生物集団の濃度に依存して、広範囲にわたって変動し得る。多くの場合、接触の持続時間は、約１ミリグラム／リットル未満までのアンモニウム濃度の低減を達成するために、１２時間未満、好ましくは８時間未満であり得、時折、接触は１時間未満である。本発明のプロセスの顕著な利点は、アンモニウムが窒素に変換されるだけでなく、処理された水が、存在するとしても、ナイトレートまたはニトライトアニオンをほとんど含まないことである。
【０３２６】
［実施例２１８］
連続的に撹拌される通気されたタンクバイオリアクタには、実施例９２に実質的に記載される生体触媒が、その最高の約７０パーセントまで充填されるが、上に示されたように順応された活性化汚泥に由来する微生物を、約３５０〜４００グラム／リットルの湿細胞密度で使用する。この生体触媒は、約４ミリメートルの直径を有する球形の形態である。Ｕｎｉｏｎ  Ｃｉｔｙ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａの都市廃水プラントにおける一次処理からの流出物を、バイオリアクタへの供給として使用する。一連のバッチランが、各々異なるアンモニウムカチオン濃度を有する流出物を使用して、バイオリアクタ中で実施される：１リットル当たり１００、２００および１０００ミリグラムのアンモニウムカチオン。アンモニウムカチオン濃度を、水酸化アンモニウムの添加によって調整する。ｐＨを、各ランの開始時に約７に調整する。各ランは、アンモニウムカチオン濃度が約０．１ミリグラム／リットル未満になるまで、実施する。各ランの最後に、廃水を、ニトライトおよびナイトレートアニオンについて分析する。廃水中の総窒素は、約１ミリグラム／リットル未満である。
【０３２７】
ｖ．水からのナイトレートおよびパーコレートの除去
本発明の生体触媒は、両方が一緒に存在する場合、水から、ナイトレートを除去し、パーコレートアニオンを除去するために使用され得る。ナイトレートは、水中の夾雑物であり、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙは、飲用水中１０ミリグラムのナイトレートの制限を設定している（窒素の質量に基づく）。地表水および表面水のいくつかの供給源のパーコレートアニオン夾雑が生じている。これらの夾雑された水中のパーコレートアニオンの濃度は、広く変動し得る。パーコレートの存在に起因して生じる１つの健康問題は、代謝、増殖および発達の問題を次に引き起こし得る、ホルモンを生成する甲状腺の能力の妨害である。パーコレートの有害な影響に関する懸念に起因して、非常に低いマイクログラム／リットルの濃度へのパーコレートレベルの低減の達成が求められる。しばしば、パーコレートアニオンで夾雑された水は、ナイトレートアニオンを含む。パーコレートで夾雑された水中のナイトレートの存在は、ナイトレートを優先的に低減させることだけでなく、パーコレートの濃度が非常に低いレベルまで低減させる必要もあるという、代謝プロセスに対する課題をもたらす。
【０３２８】
広い態様では、水中に存在する場合にナイトレートアニオンもしくはパーコレートアニオンまたはその両方の濃度を低減させるためのプロセスは、代謝条件下で、かかるアニオンを生物変換するのに十分な時間にわたって、水を、前記アニオンを還元することが可能な微生物の株を含む本発明の生体触媒と接触させる工程を含む。ナイトレートおよびパーコレート還元微生物、特に細菌は、環境から容易に取得可能であり、幾人かの先の研究者が、これらのアニオンの生物分解のための自己接種システムを記載している。例えば、米国特許出願公開第２０１０／００８９８２５号を参照のこと。自然、特にクリークおよび廃水中で入手可能な細菌の種の代表には、Ｖｉｂｒｉｏ  ｄｅｃｈｌｏｒａｔｉｃａｎｓ、Ｃｕｚｎｅｓｏｖｅ  Ｂ−１１６８、Ｗｏｌｉｎｅｌｌａ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ  ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｔｉｃｕｓ、Ｉｄｅｏｎｅｌｌａ  ｄｅｃｈｌｏｒａｔａｓ、Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈｉａおよびＧＲ−１、Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａのβ亜群に属すると同定された株が含まれる。例えば、パーコレート呼吸が可能な微生物の議論については、Ｃｏａｔｅｓら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｒｅｖ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．、２、５６９〜８０頁（２００４）およびＡｐｐｌｉｅｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．、６５、５２３４〜４１頁（１９９９）；ならびにＷｕら、Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ、５、１１９〜３０頁（２００１）を参照のこと。使用される微生物は、野生株であり得るか、または遺伝子改変された組換え微生物であり得ることが理解される。
【０３２９】
水中のナイトレートの濃度は、供給源に依存して広く変動し得、約０．５ミリグラム／リットル、例えば、１〜１００ミリグラム／リットル以上の範囲である場合が多い。鉱業操作および水産養殖では、廃水は、１リットル当たり５００ミリグラム以上のナイトレートをしばしば含み得、したがって、排出に適したレベルまでのかかる高濃度のナイトレートアニオンの低減には問題があった。水中のパーコレートの濃度は、供給源に依存して広く変動し得る。いくつかの報告された例では、１０ミリグラム／リットルよりも高いパーコレート濃度が観察されている。しかし、パーコレート夾雑によって上昇した懸念を考慮すると、例えば、約１０マイクログラム／リットルほどの低さの非常に低い濃度のパーコレートを含む水を処理することが望まれる場合がある。処理される水は、硫黄化合物、リン化合物、無機塩および可溶化された金属が含まれるがこれらに限定されない他の成分を含み得る。しばしば、処理される水中の酸素濃度は、約０．５〜１０ミリグラム／リットル以上の範囲である。
【０３３０】
生体触媒は、任意の適切な微生物を含み得る。生物分解プロセスは、任意の適切な様式で実施され得る。これらのプロセスは、典型的なバイオリアクタシステムを含む適切なバイオリアクタを使用した、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であり得る。
【０３３１】
典型的な中温性条件などの適切な代謝条件が維持される。処理される水のｐＨは、その供給源に依存する。一般に、ｐＨは、約４から８．５の間、例えば、４から８．０の間で維持される。より低いｐＨは、パーコレートアニオンの分解を増強する傾向がある。
【０３３２】
実際、電子供与体が、処理される水に添加され得る。電子供与体には、水素、炭水化物、炭化水素、アルカノール、アルデヒド、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、グリセリドなどが含まれるがこれらに限定されない。例えば、米国特許出願公開第２００６／０２６３８６９号の第００５５段落を参照のこと。電子供与体が必要とされる場合、これらは、任意の適切な様式で添加され得る。電子供与体の添加は、典型的に、処理される水中の総電子受容体ではなく、パーコレートにおける求められる低減を達成することに基づく。したがって、電子供与体が提供される必要がある場合、本発明のプロセスは、パーコレートアニオンの任意の顕著な生物分解の前に酸素が優先的に消費される場合よりも、少ない電子供与体を必要とする。
【０３３３】
水およびポリマー性マトリクスの接触の持続時間は、ナイトレートおよびパーコレートアニオンにおける求められる低減を得るのに十分な時間にわたってである。持続時間は、広範に変動し得る。上述のように、パーコレートアニオンの濃度が非常に低い可能性がある場合、例えば１００マイクログラム／リットル未満であり、酸素が存在する場合であっても、接触の持続時間は、１リットル当たり５マイクログラム未満のパーコレートを含む処理された水を達成するためであっても、比較的短い可能性がある。多くの場合、接触の持続時間は、約５マイクログラム／リットル未満のパーコレートアニオン濃度における低減を達成するために、数時間未満であり得、時折、接触は、１時間未満、しばしば約３０分未満、さらには約５分間未満である。
【０３３４】
生体触媒の使用は、パーコレートアニオンの生物分解の前に消費される酸素を必要としないので、処理された水は酸素を含み得る。ほとんどの場合、処理された水の酸素濃度は、少なくとも約０．１ミリグラム／リットル、好ましくは少なくとも約０．５ミリグラム／リットル、最も好ましくは少なくとも約１０ミリグラム／リットルまたはさらには５０ミリグラム／リットルである。処理された水中の溶解された酸素濃度が、通気なしに排出されるのに十分に高いか高くないかは、処理される水中の酸素濃度に一部依存する。濾過は、例えば、処理される水が導入され得る外因性微生物から、任意の固体を除去するために望まれ得る。
【０３３５】
［実施例２１９］
蒸留水１リットル当たり５００マイクログラムの量のパーコレートアニオンおよび１０ミリグラムの量のナイトレートアニオン（窒素として計算される）を含む水性溶液を、調製する。酸素を、水性溶液を窒素でスパージすることによって、０．５ミリグラム／リットル未満まで除去する。水性溶液の容量は、約２０容量パーセント低減され、水性溶液１リットル当たり４１０マイクログラムのパーコレートアニオンおよび１５ミリグラムのナイトレートアニオンを含む。次いで、酢酸ナトリウムを、水性溶液中の総パーコレートおよびナイトレートアニオンの１質量部当たり０．６質量部の酢酸ナトリウムの量で添加する。水性溶液のｐＨを、約７に調整する。
【０３３６】
次いで、水性溶液を、生体触媒を浸漬するのに十分な量で、実施例３１の生体触媒を含むガラスフラスコに添加する。水性溶液および生体触媒を、室温、約２５℃で維持する。２４時間後、パーコレート濃度は、溶液１リットル当たり約８０マイクログラムであり、ナイトレート濃度は、溶液１リットル当たり約７９０マイクログラムである。
【０３３７】
［実施例２２０］
水１リットル当たり１２８ミリグラムのナイトレートアニオン、１２ミリグラムのニトライトアニオンおよび約９ミリグラムの分子酸素を含む水性溶液を、２５分間の水力学的滞留時間を提供する速度で、アップフローバイオリアクタに連続的に供給される。アップフローリアクタは、実施例５２に実質的に示される生体触媒を含む。バイオリアクタからの処理された水は、水１リットル当たり約１．３ミリグラム未満のナイトレートアニオンおよび０．０１ミリグラム未満のニトライトアニオンを含む。
【０３３８】
［実施例２２１］
水１リットル当たり約１２〜１５ミリグラムのナイトレートアニオンおよび約０．４ミリグラムのパーコレートアニオンおよび約４ミリグラムの分子酸素を含む水性溶液を、２５分間の水力学的滞留時間を提供する速度で、アップフローバイオリアクタに連続的に供給される。アップフローバイオリアクタは、実施例５２に実質的に記載される生体触媒を、その容量の約７０パーセント含む。この生体触媒は、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓを含む。バイオリアクタに送られる水のｐＨを、約７に調整し、酢酸ナトリウムを、炭素供給源として水に添加する。バイオリアクタからの流出物のナイトレート濃度は、約１ミリグラム／リットル未満であり、パーコレートアニオンは、約４マイクログラム／リットル未満である。
【０３３９】
［実施例２２２］
１リットル当たり約６００ミリグラムから８００ミリグラムの間のナイトレートアニオンを含む水性溶液を、連続した２つのアップフローバイオリアクタに、連続的に供給する。各アップフローリアクタは、同じサイズであり、各々が、実施例５２に実質的に示される生体触媒を含む。水力学的滞留時間は、両方のバイオリアクタの容量に基づいて、２５分間から３０分間の間で変動させる。第２のバイオリアクタからの処理された水は、１０百万分率未満のナイトレートアニオンおよび１百万分率未満のニトライトアニオンを含む。
【０３４０】
ｖｉ．金属除去
可溶性金属および半金属化合物は、種々の水供給源において夾雑物として見出され得る。これらの夾雑物は、天然に存在し得るか、または製造、鉱業、金属精錬、廃棄物処分などのヒトの活動の結果であり得る。これらの化合物のいくつかは、健康被害を課し、環境に有害な影響を与え得る。
【０３４１】
本発明の生体触媒は、金属または半金属の少なくとも１種の可溶性化合物を含む水を処理するために有益に有用であるが、これは、生体触媒の内部が、固体を形成するために金属または半金属の還元をもたらすための酸化還元条件を好む微小環境を提供するからである。これらのプロセスは、
（ａ）本発明の生体触媒を含む反応ゾーン中に前記水を連続的に導入する工程；
（ｂ）水を、水中の前記少なくとも１種の可溶性化合物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記可溶性化合物を低減させることが可能な微生物を含む前記生体触媒と接触させる工程；
（ｃ）金属または半金属の酸化状態を代謝的に還元するのに十分な代謝条件下で前記生体触媒を維持して、元素の金属もしくは半金属またはそれらの沈降した化合物を形成する工程；および
（ｄ）生体反応ゾーンから、前記少なくとも１種の可溶性化合物の低減された濃度を有する水を引き出す工程
を含む。
【０３４２】
頻繁に、可溶性化合物の金属または半金属は、硫黄、リン、セレン、タングステン、モリブデン、ビスマス、ストロンチウム、カドミウム、クロム、チタン、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、ヒ素、バナジウム、ウラン、ラジウム、マンガン、ゲルマニウム、インジウム、アンチモン  水銀および希土類金属のうち少なくとも１種を含む。可溶性化合物は、特定の金属または半金属に依存し、水酸化物、カーボネート、ナイトレート、カルボキシレート（例えば、ホルメート、アセテートまたはプロピオネート）；または水中で可溶性の、金属もしくは半金属のオキシアニオンであり得る。
【０３４３】
代謝条件には、生体触媒中の微生物によって代謝される炭素供給源の存在が含まれる。炭素供給源の代謝は、生体触媒の内部内に勾配を提供して、金属および半金属の代謝的還元のために微生物の一部分の活性化を増強すると考えられる。したがって、代謝的還元は、処理されている水が酸素を含む場合であっても生じ得る。代謝的還元は、元素原料または沈降した化合物を提供し得る。沈降した化合物は、還元された酸化状態の金属または半金属を有し、沈降した化合物は、酸化物、カーボネート、硫化物および水酸化物のうち１つまたは複数であり得る。沈降した化合物の特定の性質は、不溶性特性を提供するように複合される金属または半金属に依存する。
【０３４４】
ある場合には、金属または半金属の代謝的還元は、多孔性マトリクスおよび微生物による可溶性化合物の蓄積を遅れさせ得る。かかる状況では、生体反応ゾーンは、定常状態操作を可能にするようなサイズにされ得、または多孔性マトリクスは、処理される水が送られる生体反応ゾーンとさらなる代謝的還元が生じる代謝条件下で維持される生体反応ゾーンとの間でサイクルされ得る。
【０３４５】
代謝プロセスは、典型的な中温性条件を含む任意の適切な様式で、典型的なバイオリアクタシステムを使用して実施され得る。炭素供給源栄養素が必要とされ得、任意の簡便な炭素供給源、例えば低分子量炭化水素または酸素化された炭化水素、例えばエタノール、アセテートおよび糖であり得る。
【０３４６】
生体触媒の内部は、微生物に多量な微小環境を提供し、これらの微小環境は、生体触媒内で変動し得る。したがって、いくつかの微小環境は、水の組成を変化させ得、その結果、他の微小環境は、代謝的還元にとってより好ましい条件下であり得る。例えば、水が酸素を含む場合、微生物は、酸素を代謝し得、条件が代謝的還元を好む他の微小環境に送られる酸素枯渇水を提供する。したがって、生体触媒は、代謝的還元の自己モジュレーションを提供するように機能する。本発明のいくつかの実施形態では、代謝的還元条件の外側モジュレーションは、電子供与体の供給の速度によってもたらされ得る。一般に、電子供与体が多いほど、生体触媒内のｐＨは酸性となる。モジュレーションは、各生体触媒構造の内部内であるので、反応ゾーン中の生体触媒の生体触媒活性は、比較的均一であり得る。
【０３４７】
しばしば、固体代謝生成物の少なくとも一部分は、細胞中に、または他の方法で生体触媒中に存在したままである。他の場合には、代謝生成物は、生体触媒から取り出し可能である。望まれる場合、バイオリアクタからの水は、固体除去ユニット操作、例えば、限外濾過、沈殿、遠心分離などに供され得る。上記のように、いくつかのシステムでは、多孔性マトリクスを再生させることが可能である。代替的に、生体触媒は、処分または回収のために、金属または半金属の濃縮された供給源を提供し得る。
【０３４８】
代表的な還元微生物には、属Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓのもの；属Ｐｒｏｔｅｕｓ、Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａを含む硫黄還元細菌；属Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ、Ｐｈｏｒｍｉｄｉｕｍ、ＲｈｏｄｏｂａｃｔｅｒおよびＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓを含むリン還元細菌；Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ、Ｃｅｌｌｕｌｏｍｏｎａｓ、ＳｈｅｗａｎｅｌｌａおよびＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓを含むウラン還元細菌；属Ｓｅｒｒａｔｉａ、ＥｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒおよびＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａを含むモリブデート還元生物；属ＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓおよびＫｌｅｂｓｉｅｌｌａを含むカドミウム還元細菌が含まれるがこれらに限定されない。
【０３４９】
特定の型の可溶性化合物のためのいくつかの好ましい微生物は、以下である。Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｃｌｏａｃａｅ、Ｐｌａｎｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ  ｍｃｍｅｅｋｉｎｉｉ、Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ  ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ、Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｐｓｕｅｏｍｏｎａｓ  ｓｔｕｔｚｅｒｉおよびＲｏｓｅｏｍｏｎａｓ  ｇｅｎｏｍｏｓｐｅｃｉｅｓを含むセレン酸還元細菌；その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許第７，８１５，８０１号に開示されるものが含まれる他のセレン還元微生物；Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｃｌｏａｃａｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ  ｖｕｌｇａｒｉｓ、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ  ｃｈｒｏｍａｔｏｐｈｉｌｉａ、Ｐｓｕｅｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓおよびＳｗａｎｅｌｌａ  ａｌｇａを含むクロメート還元生物；属Ｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ、ＧｅｏｂａｃｔｅｒおよびＧｅｏｔｈｒｉｘ由来のものを含む第二鉄イオン還元微生物；ならびに属Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、ＳｈｅｗａｎｅｌｌａおよびＨｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈａｇａ由来のものを含むヒ酸還元細菌。
【０３５０】
ｖｉｉ．水からの味覚および臭気除去
飲料水の供給源中の藻類代謝物は、特徴的な悪い風味および不愉快な臭気を生じ得る。風味および不愉快な臭気は、２−メチルイソボレアール（ＭＩＢ）およびｔｒａｎｓ−１，１０−ジメチル−ｔｒａｎｓ−デカロール（ｄｅｃａｌｏｌ）（ゲオスミン）の存在に起因すると考えられる。ヒトは、５〜１０一兆分率ほどの低いレベルのＭＩＢを検出できる。ゲオスミンは、非常に低いレベルで同様に検出される。好ましくない飲料水の他の可能性は、塩素および臭素と水の有機ハロゲン化成分との組み合わせから誘導される、トリハロメタンなどのハロゲン化有機物質である。消毒副生成物、例えば、ハロゲン化有機化合物もまた、しばしばより高い濃度で、存在し得る。これらのハロゲン化有機化合物の除去は、感覚刺激性および公衆衛生上の理由のために望ましい。飲料水からの藻類代謝物およびハロゲン化成分の除去は、これらの不純物を低下させるべき低い濃度に起因して、特に問題である。
【０３５１】
本発明の生体触媒は、これらの藻類代謝物およびハロゲン化有機化合物を含む超低濃度の夾雑物を含む水を処理し、許容可能なレベルまでその濃度を低減させことが可能である。顕著なことに、生体触媒中の微生物の表現型変更に起因して、微生物の安定な高い集団は、微生物集団を支持するために過剰な電子供与体を必要とすることなしに、内に存在し得る。水流中の超低夾雑物の濃度を低減させるために本発明の生体触媒を使用するためのプロセスは、
ａ．前記水流をバイオリアクタに連続的に送る工程であって、前記バイオリアクタは、生体触媒の存在を含む代謝条件において維持され、前記生体触媒は、不可逆的に保持された前記超低夾雑物の生物変換が可能な微生物をその中に有する、工程；
ｂ．前記超低夾雑物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水流を前記生体触媒と接触させる工程；および
ｃ．前記バイオリアクタから、低減された濃度の前記超低夾雑物を有する処理された水流を引き出す工程
を含む。
【０３５２】
好ましくは、超低夾雑物の各々は、少なくとも約４０ナノグラム／リットル（ｎｇ／Ｌ）、例えば、少なくとも約５０ナノグラム／リットル（ｎｇ／Ｌ）、約５０マイクログラム／リットル（ｍｃｇ／Ｌ）未満、しばしば約２０マイクログラム／リットル（ｍｃｇ／Ｌ）未満の量で、バイオリアクタに送られる水流中に存在する。超低夾雑物は、好ましくは、藻類代謝物、例えば、ＭＩＢおよびゲオスミンを含む。夾雑物には、その各々が１〜１０００マイクログラム／リットルの量で存在し得る、ハロゲン化有機化合物、例えば消毒副生成物、例えばトリハロメタン（ＴＨＭ）およびハロ酢酸（ＨＡＡ）も含まれ得る。処理後、処理された水中の超低夾雑物の濃度は、典型的に、約４０ナノグラム／リットル未満、好ましくは約２０ナノグラム／リットル未満、時折約１０ナノグラム／リットル未満である。頻繁に、処理された水中のハロゲン化有機化合物は、約７０マイクログラム／リットル未満、好ましくは５０マイクログラム／リットル未満の濃度である。
【０３５３】
本発明のプロセスは、低濃度生物変換が可能な任意の微生物での使用に適している。好ましい微生物は、属Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ由来である。属Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓは、多数の有機化合物を分解する能力を有する細菌の非常に多様な群である。これらは、顕著な範囲の多様な異化遺伝子を獲得する能力を有し、頑強な細胞生理を有する。Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓは、大きいゲノムと関連する高頻度組み換えの戦略を採用しているようである。特に、これらは、多数の異化遺伝子について「マスストレージ」として作用することによってその異化多様性に寄与する、大きい線状プラスミドを有する。
【０３５４】
多くの場合、水中の超低夾雑物および他の夾雑物は、必要な電子供与体を提供するのに十分であるので、多孔性マトリクスの代謝活性を維持するために、代謝条件は、電子供与体の添加を必要としない。電子供与体を添加することが望まれる場合、電子供与体は、好ましくは、生体触媒によって実質的に完全に代謝される濃度である、即ち、電子供与体は、バイオリアクタ中の微生物の集団を維持するのに不十分な量で提供される。
【０３５５】
ある場合には、バイオリアクタ中の処理されている水の平均水力学的滞留時間は、約５時間未満、好ましくは約２時間未満であり、約１０分間から５０分間の間の範囲であり得る。しばしば、生体触媒は、少なくとも約５０日間、例えば、少なくとも約２５０日間にわたって代謝活性を保持し得る。微生物は、数十年間またはそれ以上にわたって維持され得ることが可能である。好ましい生体触媒は、例えば約１００日間から５００日間の間の延長された期間の一時休業の後で、望ましい代謝活性を維持し得る（例えば、再開から約３〜５日間以内）。
【０３５６】
代謝プロセスは、任意の適切な様式で実施され得、典型的なバイオリアクタシステムを使用する典型的な中温性条件下であり得る。プロセスは、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であり得るが、好ましくは連続的である。酸素化は、好ましくは、１リットル当たり少なくとも約１ミリグラム、より好ましくは少なくとも約２ミリグラム、時折約２ミリグラムから１０ミリグラムの間またはそれ以上の遊離酸素である。必要に応じて、電子供与体が、処理される水に添加され得る。電子供与体には、水素、炭水化物、炭化水素、アルカノール、アルデヒド、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、グリセリドなどが含まれるがこれらに限定されない。例えば、米国特許出願公開第２００６／０２６３８６９号の第００５５段落を参照のこと。電子供与体が必要とされる場合、それらは、任意の適切な様式で添加され得る。通常、添加される量は、求められる生物分解を提供するのに十分である。
【０３５７】
分解生成物は、典型的な分離技術を使用することを含む任意の適切な様式で、水から除去され得る。
【０３５８】
［実施例２２３］
４リットルの収容能力の連続的撹拌タンクバイオリアクタに、実施例７２に実質的に記載される生体触媒を、その容量の約３０パーセントまで充填する。水供給流を、約３０分間のおよその水力学的滞留時間を提供するのに十分な速度で、室温（２２℃）においてバイオリアクタに連続的に送る。水は、処理されていない淡水貯水池由来である。ＭＩＢおよびゲオスミンを各々、約４００ナノグラム／リットルの量で提供する（標的濃度レベルに近づくのに必要とされる場合、ＭＩＢおよびゲオスミンを添加する）。淡水は、臭気および味覚によって検出され得る藻類代謝物を有する。水は、約７のｐＨおよび１リットル当たり少なくとも４質量百万分率の溶解された酸素を含む。ＭＩＢの濃度は、５ナノグラム／リットル未満に低減され、ゲオスミンの濃度は、約２０ナノグラム／リットル未満に低減される。リアクタからの処理された水は、検出可能な臭気も味覚も有さない。
【０３５９】
リアクタを、約６か月間（リアクタを介した水フローはない）にわたって一次休業させ、室温で維持する。再開の際に、実質的に同じ条件下でバイオリアクタを介して類似の水流を送ることにより、１日以内で、リアクタから排出された水は、検出可能な臭気も味覚も有さない。
【０３６０】
ｖｉｉｉ．水からの１，４−ジオキサン除去
動物研究により、１，４−ジオキサンの吸入および摂取が、神経毒性効果と共に、鼻腔および肝臓の癌腫の形成を引き起こし得ることが示されている。１，４−ジオキサンは、種々の浄化適用および脱脂適用において使用される溶媒、特に塩素付加溶媒、例えば、トリクロロエタン（ＴＣＡ）およびトリクロロエチレン（ＴＣＥ）のための溶媒安定剤としての使用に主に由来して、水資源中に入る。１，４−ジオキサンは、消費者製品、例えば、シャンプー、石鹸、ワックスおよびローション中で、エトキシ化化合物、例えばラウレス硫酸アンモニウムの夾雑の結果としても、検出される。Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ、ＦｌｏｒｉｄａおよびＮｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａなどの州は、十億分率（ｐｐｂ）の低いレベルに、１，４−ジオキサンについての飲料水基準を設定している。
【０３６１】
１，４−ジオキサンの生物分解には、問題がある。塩素付加溶媒の存在は、１，４−ジオキサンを分解すると同定された微生物に対して阻害効果を有する；プロパンまたはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの誘導化合物は、１，４−ジオキサンを分解するがそれ自体が夾雑物である多くの微生物に必要とされる；誘導化合物を必要としない微生物は、あまり頑強でなく、増殖が緩徐である。
【０３６２】
本発明の生体触媒は、水流中の１，４−ジオキサンの濃度を低減させるためのプロセスにおける使用のために、特に魅力的である。ある場合には、誘導化合物の使用は、１，４−ジオキサンおよびハロゲン化化合物の両方を含む水であっても、必要とされない。これらのプロセスは、
ａ．前記水流をバイオリアクタに連続的に送る工程であって、前記バイオリアクタは、好気性条件および１，４−ジオキサンを代謝的に分解するように適合された微生物を含む本発明の生体触媒の存在を含む代謝条件において維持される、工程；
ｂ．水流中の前記１，４−ジオキサンの濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水流を前記生体触媒と接触させる工程；および
ｃ．前記バイオリアクタから、低減された濃度の１，４−ジオキサンを有する処理された水流を引き出す工程
を含む。
【０３６３】
生体触媒中で使用される好ましい微生物は、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｉ属、Ｐｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ  ｄｉｏｘａｎｉｖｏｒａｎｓおよびＰｓｅｕｄｏｎｏｃａｒｄｉａ  ｂｅｎｚｅｎｉｖｏｒａｎｓ由来である。好ましいプロセスには、１，４−ジオキサンが、約１００マイクログラム／リットル未満の量で水流中に存在し、処理された水流が、約１０マイクログラム／リットル未満の濃度の１，４−ジオキサンを有するプロセスが含まれる。ある場合には、１，４−ジオキサンは、約１０マイクログラム／リットルより多い量で水流中に存在し、処理された水流は、約５マイクログラム／リットル未満の濃度の１，４−ジオキサンを有する。
【０３６４】
多くの場合、微小環境および表現型変更に起因して、生体触媒中の微生物の集団を維持するために、さらなる炭素供給源が必要とされることはない。しかし、処理される水中の低濃度の１，４−ジオキサンでは、微量の炭素供給源の添加は、集団の精力的な頑強性を支持するために有利であり得る。それにもかかわらず、生体触媒の代謝活性は、処理された水中に生物分解可能な炭素が実質的に含まれないことを確実にするのに十分であり得る。
【０３６５】
代謝プロセスは、典型的な中温性条件を含む任意の適切な様式で、典型的なバイオリアクタシステムを使用して、実施され得る。このプロセスは、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であるが、好ましくは連続的である。酸素化は、１リットル当たり好ましくは少なくとも約１ミリグラム、より好ましくは少なくとも約２ミリグラム、時折約２ミリグラムから１０ミリグラムの間またはそれ以上の遊離酸素である。必要に応じて、電子供与体が、処理される水に添加され得る。電子供与体には、水素、炭水化物、炭化水素、アルカノール、アルデヒド、カルボン酸、ケトン、アルデヒド、グリセリドなどが含まれるがこれらに限定されない。アセトンまたはグルコースが、簡便な電子供与体である。例えば、米国特許出願公開第２００６／０２６３８６９号の第００５５段落を参照のこと。電子供与体が必要とされる場合、それらは、任意の適切な様式で添加され得る。
【０３６６】
分解生成物は、典型的な分離技術を使用することを含む任意の適切な様式で、水から除去され得る。
【０３６７】
［実施例２２４］
バイオリアクタの均一な通気を提供するための拡散器を備えた穴あきプレートを有する４リットルのエアリフト式下降流バイオリアクタに、３０００グラムの実施例４８の生体触媒を充填する。空気ポンプは、懸濁された生体触媒を維持するのに十分な量で、穴あきプレートの下のバイオリアクタに空気を提供する。処理される水を、可変速ポンプを使用して、穴あきプレートの上の液相に連続的に添加する。
【０３６８】
処理される水は、成分が添加される脱イオン水である。アセトン、塩化アンモニウムおよび二リン酸二カリウム（ｄｉｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｂｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を、１００：３：１の、水中の炭素：窒素：リンの原子比を維持するために、必要に応じて添加する。原子炭素を、水に添加される成分中の総炭素として計算する。バイオリアクタ中の溶解された酸素は、約５ミリグラム／リットルから７ミリグラム／リットルの間である（Ｏａｋｔｏｎ  ＤＯ６  Ａｃｏｒｎ  Ｓｅｒｉｅｓのメーターおよびプローブによって計算される）。バイオリアクタを、室温（約２１℃〜２５℃）および５時間の平均水力学的滞留時間で操作し、約７から８の間のｐＨを、バイオリアクタ中で維持する。
【０３６９】
水に、約７１，０００マイクログラム／リットルの１，４−ジオキサンを最初に入れる。このランの完了後、水に、１００マイクログラム／リットルの１，４−ジオキサンおよび５０マイクログラム／リットルのアセトンを入れる。流出中の１，４−ジオキサンの濃度は、ガスクロマトグラフィーによって決定され、両方の場合において、約２マイクログラム／リットルのガスクロマトグラフの非検出限界を下回る。
【０３７０】
さらに、バイオリアクタからの濾過されていない流出物を、寒天プレート（ＬＢＢ＋グルコース）上にプレートする。５日間のインキュベーション後、コロニー（存在する場合）を計数した。微生物が生体触媒中に実質的に不可逆的に保持されていることを示すコロニーは、実質的に観察されない。
【０３７１】
これらの結果は、生体触媒が、１，４−ジオキサンの有効な除去が生じる前に非常に短い誘導時間を必要とすること、および１，４−ジオキサン濃度が、より高いおよびより低い開始濃度の両方において、非検出レベルまで低減され得ることを示している。
【０３７２】
ｉｘ．コハク酸
本発明の生体触媒は、糖をコハク酸に変換するために使用され得る。広い態様では、コハク酸生成微生物を含む生体触媒を使用する、糖および任意選択で二酸化炭素の生物変換のためのプロセスは、
ａ．サクシネートアニオンを生成し、サクシネートアニオン含有水性媒体を提供するのに十分な時間にわたって、温度ならびに微生物のための糖および他の栄養素の存在を含む代謝条件下で、水性媒体を前記生体触媒と接触させる工程；
ｂ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体の少なくとも一部分および前記生体触媒を取り出す工程；
ｃ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体の少なくとも一部分が取り出された前記生体触媒を、工程（ａ）において再使用する工程；ならびに
ｄ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体からサクシネートアニオンを回収する工程、
を含む。
【０３７３】
これまで開示したコハク酸アニオン生成微生物の例には、天然または遺伝子改変された微生物、例えば、Ｍａｎｎｈｅｉｍｉａ  ｓｕｃｃｉｎｉｃｉｐｒｏｄｕｃｅｎｓ、Ａｎａｅｒｏｂｉｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｓｕｃｃｉｎｉｃｉｐｒｏｄｕｃｅｎｓ、Ａｃｔｉｎｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｎｉｇｅｒ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｆｒａｇｉｌｉｓ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｒｕｍｉｎｉｃｏｌａ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ａｍｙｌｏｐｈｉｌｕｓ、Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ａｍｍｏｎｉａｇｅｎｅｓ、Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌａｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｂｒｕｍｔｉｉ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｃａｔｅｎｕｌａｔｅ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｍｙｃｏｄｅｒｍａ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｚｅｙｌａｎｏｉｄｅｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｐａｌｕｄｉｇｅｎａ、Ｃａｎｄｉｄ  ｓｏｎｏｒｅｎｓｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｕｔｉｌｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｚｅｙｌａｎｏｉｄｅｓ、Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｏｒ  ｆｒｅｕｎｄｉｉ、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ、Ｄｅｂａｒｙｏｍｅｃｅｓ  ｈａｎｓｅｎｉｉ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ（Ｅ．ｃｏｌｉ株ＳＢ５５０  ＭＧ  ｐＨＬ  ４１３、ＫＪ１２２およびＴＧ４００）、Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ、Ｆｕｓａｒｉｕｍ  ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ、Ｇｌｕｃｏｎｏｂａｃｔｅｒ  ｏｘｙｄａｎｓ、Ｇｌｙｃｏｎｏｂａｃｔｅｒ  ａｓａｉｉ、Ｈｕｍｉｃａｌ  ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ、Ｋｌｏｅｃｋｅｒａ  ａｐｉｃｕｌａｔａ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｃ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｗｉｃｋｅｒｈａｍｉｉ、Ｐａｅｃｉｌｏｍｃｙｅｓ  ｖａｒｉｏｔｉ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｕｍ  ｓｉｍｐｌｉｃｉｓｓｉｍｕｍ、Ｐｉｃｈｉａ  ａｎｏｍａｌａ、Ｐｉｃｈｉａ  ｂｅｓｓｅｙｉ、Ｐｉｃｈｉａ  ｍｅｄｉａ、Ｐｉｃｈａ  ｇｕｉｌｉｅｒｍｏｎｄｉｉ、Ｐｉｃｈｉａ  ｉｎｏｓｉｔｏｖｏｒａ、Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｄｉｓ、Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｂａｙａｎｕｓ、Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｍｙｃｅｓ、Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐｏｍｂｅ、Ｔｏｒｕｌｏｐｓｏｓ  ｃａｎｄｉｄａ、Ｖｅｉｌｌｏｎｅｌｌａ  ｐａｒｖｕｌａ、Ｗｏｌｌｉｎｅｌｌａ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓおよびＹａｒｒｏｗｉａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａが含まれるがこれらに限定されない。
【０３７４】
代謝プロセスは、任意の適切な様式で実施され得る。基質は、Ｃ５糖およびＣ６糖を含む炭水化物を含み、二酸化炭素が含まれ得る。生体触媒の使用に起因して、生物変換にあまり好ましくない糖が、微生物によって効率的に使用され得る。水性媒体中で使用される糖の濃度は、広範な範囲内に入る。一般に、糖は、少なくとも約０．５グラム／リットル、例えば、約１グラム／リットルから２００グラム／リットルの間の水性媒体中の濃度で存在する。好ましくは、水性媒体中に提供される糖の量は、少なくとも約９０質量パーセント、より好ましくは、少なくとも約９５質量パーセントが、代謝プロセスの間に消費されるような量である。
【０３７５】
二酸化炭素は、任意の適切な供給源から取得され得る；しかし、微生物に対して過度に有害な成分は、生体触媒を含む水性媒体との接触の前に除去すべきである。一般に、二酸化炭素は、ガス状形態で供給されるが、炭酸塩および炭酸水素塩が使用され得る。ガスとして供給される場合、このガス中の二酸化炭素濃度は、典型的には、約４０〜１００容量パーセント、例えば、７０〜１００容量パーセントの範囲である。二酸化炭素の供給源には、例えば、合成ガスを生成するなどのための、産業プロセスおよび発酵プロセスからの排ガス、燃料および廃棄材料の燃焼からの排気ガス、二酸化炭素を含む天然ガス流、バイオマスのガス化からの流れが含まれるがこれらに限定されない。
【０３７６】
水性媒体は、水、脱塩水、蒸留水、およびプロセス流または廃水流が含まれるがこれらに限定されない任意の適切な供給源から提供され得る水を含む。典型的な中温性条件を含む任意の適切な代謝条件が使用され得る。ガス状基質が使用される場合、より高い圧力は、培養液体中に溶解された基質の量を増加させ、したがって、質量移動を増強する傾向がある。しばしば、ｐＨは、約３から８．５の間、例えば、３．５〜７である。サクシネートアニオンへの糖および二酸化炭素の生物変換のための代謝条件は、典型的には嫌気性であり、好ましくは、水性媒体は、約０．５ミリグラム／リットル未満の溶解された分子酸素濃度を有する。生体触媒が異なる水性媒体にサイクルされ、微生物の生存度を増強するために代謝活性を提供するために水性媒体の１つが意図される場合、溶解された分子酸素濃度は、約２ミリグラム／リットルを超え、例えば、約２〜１０ミリグラム／リットルであり得る。
【０３７７】
水性媒体と生体触媒との間の接触の持続時間もまた、広範な範囲内に入り得、基質の濃度、水性媒体中の求められるサクシネートアニオンの濃度、バイオリアクタの型、使用される他の代謝条件、使用される微生物の性質、ならびに生体触媒中の微生物の型および細胞密度に一部依存する。バッチ操作のために、接触は、約５分間〜１００時間、例えば、約１〜５０時間の範囲である場合が多く、連続的操作では、液体の１時間空間速度は典型的に、約０．０１〜５０時間−１の範囲である。
【０３７８】
生物変換は、連続的、半連続的またはバッチモードの操作であり得る。典型的なバイオリアクタシステムを含む任意の適切なバイオリアクタ設計が使用され得る。
【０３７９】
好ましい態様では、生体触媒は、糖の生物変換を増強し、コハク酸含有発酵生成物中の消費されていない糖の存在を低減させ、補助基質としての二酸化炭素の使用を増強するために、２つ以上の水性環境に供される。
【０３８０】
好ましいプロセスの一実施形態では、水性媒体と生体触媒との接触は、異なる代謝条件を有する少なくとも２つの反応ゾーンにおいて生じる。この実施形態の一態様では、生体触媒を含む第１の反応ゾーンからの水性媒体を、生体触媒とのさらなる接触のために引き続く反応ゾーンに送られる。引き続く反応ゾーンに送られる直前または引き続く反応ゾーン中でのその滞留時間の間に、実質的にさらなる糖は水性媒体に添加されない。したがって、水性媒体中の糖濃度は、引き続く反応ゾーン中で、水性媒体中のサクシネートアニオンの質量に基づいて、好ましくは約１質量パーセント未満、例えば、約０．５質量パーセント未満まで、さらに枯渇される。好ましくは、第１の反応ゾーンおよび引き続く反応ゾーンは、サイクルされる。ある場合には、微生物中のさらなるホスホエノールピルベートをサクシネートアニオンに変換するために、引き続く反応ゾーン中の水性媒体に二酸化炭素基質を供給することが望まれ得る。
【０３８１】
この好ましい実施形態の別の態様では、生体触媒を含む反応ゾーンは、水性糖基質を使用することと水性またはガス状の二酸化炭素基質を使用することとの間で、サイクルされる。例えば、糖は、微好気性条件または好気性条件を含み得る、ホスホエノールピルベートのサクシネートアニオンへの変換を好まない条件下で、微生物においてホスホエノールピルベートを生成するのに十分な条件下にあり得る第１の反応ゾーン中で多孔性マトリクスと接触する第１の水性媒体中に提供される。第１の水性媒体が引き出される。第２の水性媒体またはガスは、ホスホエノールピルベートをサクシネートアニオンに生物変換するのに十分な二酸化炭素の存在を含む嫌気性条件下で、第１の反応ゾーン中に導入される。生体触媒は、微生物のための栄養素を保持する環境を提供するので、第２のゾーン中の微生物の代謝活性が維持され得る。好ましくは、第２のゾーンは、実質的に水である水性媒体を使用し、その結果、第２の水性媒体中に送られるサクシネートアニオン生成物は、より容易に回収され得る。最も好ましくは、第２の水性媒体中のサクシネートアニオンの濃度は、水性媒体１リットル当たり、少なくとも約１５０グラム、例えば、少なくとも約２００グラムから３００または４００グラムの多さまでである。サクシネートアニオンを含む第２の水性媒体は、サクシネートアニオンの回収のために第１の反応ゾーンから取り出される。ある場合には、高純度のコハク酸が、コハク酸を結晶化するのに十分に水性媒体の温度を低減させることによって取得され得る。第２の水性媒体の取り出し後、第１の反応ゾーンは、第１の水性媒体と接触させられ得る。ある場合には、第３またはさらなる段階さえもが使用され得る。例えば、第２の水性媒体の取り出し後、第１の反応ゾーンは、そこからの第１の水性媒体または別の反応ゾーンと接触させられ得、水性媒体中の代謝物を低減させ、より多くのホスホエノールピルベートを生成するための条件下で維持され得る。望まれる場合、複数の反応ゾーンが、半連続的プロセスを提供するために使用され得る。
【０３８２】
コハク酸生成物は、任意の適切な様式で水性媒体から回収され得る。コハク酸の回収のための種々の方法には、沈降、およびメンブレン分離、吸着およびイオン交換、電気透析、ならびに液−液抽出が含まれる。例えば、発酵ブロスからのコハク酸回収のための吸着剤の議論について、Ｄａｖｉｄｓｏｎら、Ｓｕｃｃｉｎｉｃ  Ａｃｉｄ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｂｒｏｔｈ  ａｎｄ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００４年春、６５３〜６６９頁を参照のこと。Ｌｉら、Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｕｃｃｉｎｉｃ  Ａｃｉｄ  ｆｒｏｍ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｂｒｏｔｈ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗｅａｋ  Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ａｎｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ、Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．、２００９、４８、３５９５〜３５９９頁もまた参照のこと。例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２９７５２７号に開示されたコハク酸の回収のための複数の結晶化方法を参照のこと。Ｈｅｐｂｕｒｎは、Ｑｕｅｅｎ’ｓ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙにおける修士論文、Ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｕｃｃｉｎｉｃ  Ａｃｉｄ  ａｎｄ  ｉｔｓ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｂｒｏｔｈ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ  Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（２０１１年４月）において、シアン酸が阻害レベルになるまで生成され、次いで、解離していない生成物を創出するために、溶解された二酸化炭素ガスを使用してコハク酸のｐＫＡ２を下回るシステムのｐＨが示唆されているプロセスを開示している。コハク酸に対する親和性を有するポリマーが、溶液から吸収し、次いで、ｐＨが、操作レベルに戻された。
【０３８３】
このプロセスの一般的理解は、図１０および図１１を参照することによって促進され得る。図１０を参照すると、装置１０００は、連続的なコハク酸の生物学的生成に適している。装置１０００は、一次バイオリアクタ１００２および研磨バイオリアクタ１００４を有するとして示されている。両方のバイオリアクタは、例えば、実施例１７５に実質的に記載される生体触媒を含む流動床リアクタである。糖および他の栄養素を含む水性流は、ライン１００６によってバイオリアクタ１００２に提供される。二酸化炭素含有ガスは、ライン１００８を介して装置１０００に供給される。二酸化炭素含有ガスの一部分は、ライン１０１０によってライン１００６へと、バイオリアクタ１００２中に送られる。バイオリアクタ１００２は、サクシネートアニオンへの糖および二酸化炭素の変換に十分な代謝条件下で維持される。排ガスは、ライン１０１２によってバイオリアクタ１００２から除去される。バイオリアクタ１００２中の水性媒体の連続的流れは、ライン１０１４によって引き出され、バイオリアクタ１００４に送られる。バイオリアクタ１００２には、ライン１０１４中に生体触媒が送られるのを実質的に防止するために、スクリーンまたは他のデバイスが提供される。バイオリアクタ１００４には、ライン１００８およびライン１０１６から二酸化炭素含有ガスが提供される。
【０３８４】
装置１０００の典型的な操作では、ライン１０１４を介してバイオリアクタ１００２から引き出された水性媒体は、微生物によってさらに生物変換され得る未反応の糖および代謝物を含む。バイオリアクタ１００４は、未反応の糖およびこれらの代謝物の濃度をさらに低減させるために操作され、したがって、かかる操作においてバイオリアクタ１００４にさらなる糖基質は提供されない。望まれる場合、さらなる糖基質が、バイオリアクタ１００４中の水性媒体に添加され得ることが、容易に理解されるはずである。
【０３８５】
バイオリアクタ１００４は、基質をサクシネートアニオンに変換するのに十分な代謝条件下で操作される。未反応のガスは、ライン１０１８を介してバイオリアクタ１００４から引き出される。バイオリアクタ１００４からの水性媒体の連続的流れは、ライン１０２０を介して引き出される。バイオリアクタ１００４には、ライン１０２０中に生体触媒が送られるのを実質的に防止するために、スクリーンまたは他のデバイスが提供される。引き出された水性媒体は、ライン１０２０によって濾過アセンブリ１０２２に方向付けられる。水性媒体には固体が実質的に存在しないので、限外濾過アセンブリであることが、濾過アセンブリ１０２２にとって実用的である。次いで、この水性媒体は、ライン１０２４を介して、濾過アセンブリ１０２２から蒸留塔アセンブリ１０２６に送られる。バイオリアクタ１００２および１００４が実質的に緩衝されずに操作される事象では、蒸留塔アセンブリ１０２６は、コハク酸の結晶化を促進するために水性媒体を濃縮するように機能する。水酸化アンモニウム緩衝液が使用される場合、蒸留塔アセンブリ１０２６は、サクシネートアニオンのアンモニウム塩をコハク酸に変換してアンモニアを放出させるようにも機能する。蒸留塔アセンブリ１０２６は、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２９７５２７号などに開示されるような、沈降物の中和および濾過、中間体結晶化ならびに再溶媒和を含む、１つまたは複数のユニット操作を含み得る。
【０３８６】
示されるように、蒸留塔アセンブリ１０２６からのオーバーヘッドは、ライン１０２８を介して出る。パージは、ライン１０３０を介して採取され得、残りのオーバーヘッドは、それぞれライン１０３４およびライン１０３２を介して、バイオリアクタ１００２およびバイオリアクタ１００４の一方または両方にリサイクルされ得る。水酸化アンモニウム緩衝液が使用される場合、このリサイクルは、外側に提供することが必要とされる水酸化アンモニウムの量を低減させる。バイオリアクタ１００２において使用されるｐＨよりも低いｐＨにおいてバイオリアクタ１００４を操作することも可能である。したがって、緩衝化されたシステムでは、サクシネートアニオンの優勢な一部分は、モノ塩である。
【０３８７】
蒸留塔１０２６からの底流は、ライン１０３６を介して結晶化ユニット１０３８に送られる。典型的には、底流中のコハク酸の濃度は、約３０％よりも高い。結晶化ユニットに送られる底流は、約１５℃未満、例えば、約０℃と１０℃との間の温度に冷却される場合が多い。結晶性コハク酸は、ライン１０４０を介して結晶化ユニット１０３８から取り出される。上清液体は、ライン１０４２を介して取り出される。
【０３８８】
図１１は、糖および二酸化炭素をコハク酸に生物変換するために順次的な循環ルーティーンで操作される３つのバイオリアクタ１１０２、１１０４および１１０６を有する装置１１００を示す。リアクタの各々は、不可逆的に保持されたコハク酸生成微生物をその中に有する多孔性マトリクスを含む。バイオリアクタは、流動床リアクタとして操作される内側液体リサイクルシステムを有する。
【０３８９】
装置１１００には、４つのヘッダー：糖および他の栄養素を含む新たな水性媒体を提供するヘッダー１１０８；二酸化炭素含有ガスを提供するヘッダー１１１０；酸素含有ガスを提供するヘッダー１１１２、およびバイオリアクタ間の流体輸送を提供するヘッダー１１１４、が提供される。ラインアセンブリ１１１６、１１１８および１１２０は、４つのヘッダー１１０８、１１１０、１１１２および１１１４の各々を、それぞれバイオリアクタ１１０２、１１０４および１１０６に接続する。バイオリアクタ１１０２、１１０４および１１０６の各々には、ガスの退出を可能にするために、それぞれライン１１２２、１１２４および１１２６が提供され、バイオリアクタから水性媒体を水抜きするために、それぞれライン１１２８、１１３４および１１３８が提供される。バイオリアクタから水抜きされた水性媒体は、ヘッダー１１３２またはヘッダー１１１４のいずれかに方向付けられる。バイオリアクタ１１０２について、ライン１１２８は、これらのヘッダーのうち１つに水性媒体を方向付けるように適合されたライン１１３０とフロー連絡されている。バイオリアクタ１１０４について、ライン１１３４は、これらのヘッダーのうち１つに水性媒体を方向付けるように適合されたライン１１３６とフロー連絡されている。バイオリアクタ１１０６について、ライン１１３８は、これらのヘッダーのうち１つに水性媒体を方向付けるように適合されたライン１１４０とフロー連絡されている。
【０３９０】
バイオリアクタ１１０２、１１０４および１１０６の各々は、微好気性段階と、嫌気性糖変換段階と、二酸化炭素変換段階との間で配列される。微好気性段階では、新たな水性媒体は、二酸化炭素変換段階を完了し、コハク酸回収の目的のために水性媒体が水抜きされたバイオリアクタに供給される。これに関して、少量の酸素含有ガス、例えば空気が、ヘッダー１１１２から提供される。
【０３９１】
微好気性段階の最後に、ヘッダー１１１２からの酸素含有ガスの供給が停止され、バイオリアクタは嫌気性糖変換段階に入る。嫌気性糖変換段階は、ヘッダー１１１０からの二酸化炭素の添加ありまたはなしで実施され得る。嫌気性糖変換段階は、サクシネートアニオンの生成に適した代謝条件下で実施される。いくつかの実施形態では、微好気性段階および嫌気性糖変換段階の間の代謝条件は、ホスホエノールピルベートの形成を増強し、周囲の水性媒体中へと多孔性マトリクスから送られるサクシネートアニオンは比較的少ない。
【０３９２】
リアクタは、次いで、嫌気性糖変換段階から二酸化炭素変換段階に送られる。二酸化炭素変換段階では、二酸化炭素は、ホスホエノールピルベートの変換を介して二酸化炭素基質から誘導されるサクシネートアニオンの一部分を増強するのに十分な量で、ヘッダー１１１２から供給される。バイオリアクタは、二酸化炭素基質の生物変換を好む代謝条件下で維持される。二酸化炭素変換段階の最後に、水性媒体がバイオリアクタから水抜きされ、コハク酸回収のためにヘッダー１１３２に送られる。リアクタは、次いで、微好気性段階に戻るようにサイクルされる。
【０３９３】
図１０に示される装置を用いる場合と同様、装置１１００は、二酸化炭素変換段階を通過したバイオリアクタから引き出された水性媒体を濾過アセンブリ１１４２に送り、次いで、ライン１１４４を介して蒸留アセンブリ１１４６に送る。蒸留アセンブリ１１４６からのオーバーヘッドは、リサイクルのためにライン１１４８を介してヘッダー１１０８に出る。パージは、ライン１１５０を介して採取される。蒸留アセンブリ１１４６からの底流は、ライン１１５２を介して結晶化アセンブリ１１５４に送られる。コハク酸は、ライン１１５６を介して引き出され、上清液体は、ライン１１５８を介して取り出される。
【０３９４】
装置１１００は、異なる配列の段階を使用して操作することもできる。１つのかかる配列は、二酸化炭素変換段階において、糖および他の栄養素が実質的に存在しない水を使用する。この配列の説明のために、かかる水流を提供するヘッダー１１０８ａに対して参照がなされる。
【０３９５】
微好気性段階では、水性媒体は、嫌気性糖変換段階が完了した別のバイオリアクタによって供給される。微好気性段階の最後に、バイオリアクタは、上記のように嫌気性糖変換段階に入るが、水性媒体中のサクシネートアニオンの蓄積を最小化する条件下である。糖および他の栄養素は、ヘッダー１１０８を介してバイオリアクタに提供される。糖および他の栄養素は、好ましくは、バイオリアクタ中の求められる量の水性媒体を維持するのに十分な濃度で、ならびに微生物の代謝活性のための十分な濃度の糖および他の栄養素で、水性媒体中に溶解されるまたは水性媒体中のスラリーである。
【０３９６】
嫌気性糖変換段階の完了時に、水性媒体は引き出され、微好気性段階に入るバイオリアクタに送られる。水性媒体は、糖および他の栄養素が実質的に存在しない水で置き換えられる。二酸化炭素変換段階では、十分な二酸化炭素が、代謝条件下で、サクシネートアニオンを提供するために提供される。コハク酸アニオンは、嫌気性糖変換段階にある水性媒体と比較して、低減された濃度の糖、他の栄養素および他の代謝物を有する水相中に送られる。したがって、高純度のコハク酸を得る能力が促進される。さらに、嫌気性糖変換段階を完了しようとしているバイオリアクタから微好気性段階へと水性媒体をリサイクルすることによって、特定の代謝物、例えば、アセテートアニオンは、代謝目的のためにこの微生物によって消費され得、それにより、糖のサクシネートアニオンへの変換を増強する。
【０３９７】
この配列では、パージ流は、水性媒体中の望ましくない成分の過度のビルドアップを防止するために、ライン１１１４ａを介してヘッダー１１１４から採取され、蒸留アセンブリ１１４６からのオーバーヘッドは、ライン１１４８ａを介してヘッダー１１０８ａによって供給される水について、水の少なくとも一部を構成するために使用され得る。
【０３９８】
ｘ．Ｂｏｔｙｒｏｃｏｃｃｉ
Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉが含まれるがこれに限定されないＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓは、種々の炭化水素および酸素化された有機化合物生体生成物、しばしば、８または１０〜５０個の炭素原子、時折約２０個から４０個の間の炭素原子のもの（「油」）への、二酸化炭素の光合成変換のために、提案されてきた。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種は、微細藻類を構成する炭化水素の乾燥質量の最大７５パーセントを有すると報告されているが、他の微細藻類は、最大約１０質量パーセントの炭化水素のみを含み得る。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種は、生体生成物の高い生成力を有する場合が多い。生体生成物は、細胞から発現され得、その種の株または品種に依存して、奇数炭化水素、ｎ−アルカジエン、トリエン、トリテルペン炭化水素およびテトラテルペン炭化水素が含まれ得る。炭化水素は、種々の官能基中に酸素を含み得る。
【０３９９】
Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種は、生化学的物質およびバイオ燃料の供給源としての顕著な可能性を提供するが、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種の十分な集団を提供および維持することに関連する実際的な困難が、商業的規模でのその採用を妨げてきた。これらの困難には、以下を有することが含まれる：
・非常に低い増殖速度；
・油分泌が主に非増殖期にあり、したがって、油回収のために十分な集団が得られた時点で、藻類を回収することが提案されてきた；
・長期持続性または永続的であり得る、強い光が引き起こすクロロフィル変性に対する感受性；
・化学的分解に対して抵抗性であり、油抽出を妨害する厚い細胞壁；
・水力学的剪断に対する感受性；および
・油を消費し得、栄養素について競合し得、殺藻剤を生成し得る夾雑する微生物を含まない油を供給することについて競合的であるのに十分なサイズのバイオリアクタを使用することの不適合性。
【０４００】
Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種を含む本発明の生体触媒は、増強されたプロセス実行可能性を提供するために、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種の代謝活性を利用する。広い態様では、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種を含む微細藻類を含む本発明の生体触媒を使用した二酸化炭素の生体生成物への生物変換のためのプロセスは、
ａ．生体触媒を水性媒体中で維持する工程であって、前記水性媒体は、温度および微細藻類のための栄養素の存在を含む代謝条件にある、工程；
ｂ．生物変換のために、水性媒体を二酸化炭素と接触させる工程であって、微細藻類が生体生成物を分泌する、工程；
ｃ．微細藻類が二酸化炭素を生体生成物に光合成するのに十分な頻度および強度において、水性媒体に光を照射する工程；ならびに
ｄ．水性媒体から生体生成物を取り出す工程
を含む。
【０４０１】
生物変換は、光合成性、もしくは微細藻類がかかる環境において動作する能力を有する場合には従属栄養性、またはその両方であり得る。好ましくは、生体触媒は、約１５ミリメートル未満、好ましくは約２ミリメートル未満、例えば、約１００ミクロンから２ミリメートルの間の最小寸法を有する。
【０４０２】
本発明のプロセスは、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種を含む微細藻類を使用する。好ましくは、例えば、その全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする、Ｗａｎｇら、Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｎｕｔｒｉｅｎｔ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ、Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、３：１４１〜１４５（１９９６）に開示されるように、この微細藻類は、実質的にＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種からなる、即ち、単一栽培環境が、二酸化炭素の生体生成物への光合成変換のために存在する、または、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ種の性能を増強し得る細菌との多栽培環境が存在する。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種は、野生型（天然に存在する）または組換え微細藻類であり得る。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種の例には、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉが含まれるがこれに限定されない。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉの多数の株、例えばｈｏｒｒｉｄｕｓ、ｍｉｎｏｒ、ｐｅｒａｒｍａｔｕｓ、ｖａｌｉｄｕｓ、ＳｈｏｗａおよびＮｉｎｓｅｉが公知である。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの他の種には、Ｂ  ａｕｓｔｒａｌｉｓ、Ｂ．ｃａｌｃａｒｅｏｕｓ、Ｂ．ｃａｎａｄｅｎｓｉｓ、Ｂ．ｃｏｍｐｅｒｅｉ、Ｂ．ｆｅｒｎａｎｏｉ、Ｂ．ｇｉｇａｎｔｅｕｓ、Ｂ．ｍｉｒｏｍｏｒｕｓ、Ｂ．ｎｅｇｌｅｃｔｕｓおよびＢ．ｐｉｌａが含まれる。株は、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ品種Ａ、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ品種ＢおよびＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ品種Ｌなどの品種にさらに分類され得る。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉの株、特に、Ａ品種およびＢ品種のものは、典型的に、生体生成物の生成および速度に起因して好ましく、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ品種Ｂの株は、酸素原子を含まない生体生成物が望まれる場合に、最も好ましい。
【０４０３】
Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの１つの有利な種は、従属栄養性増殖のために、糖などの炭水化物供給源を代謝するための酵素を含む、遺伝子改変されたＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓを含む。この遺伝子改変は、生体触媒中に取り込まれるＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの大きい集団を得ることを促進する。集団の増加は、微細藻類が適切な酵素および輸送体を有する場合、炭水化物などの代替的炭素供給源の使用を介して促進され得る。Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉは典型的に、グルコースのための輸送体を有する。
【０４０４】
本発明の生体触媒は、二酸化炭素を生体生成物に生物変換するために、光合成プロセスにおいて使用される。生体生成物の組成は、使用されるＢｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの株に依存して変動し得、１０〜５０炭素のテルペノイドが含まれるがこれらに限定されない分岐鎖炭化水素または環状炭化水素であり得、酸素含有部分、例えば、ヒドロキシル、アルコキシ、アシルおよびカルボキシルで置換され得る。生体生成物には、バイオディーゼルおよび他のグリセリドが含まれ得る。生体生成物は、微細藻類から発現され、多孔性マトリクスから、多孔性マトリクスを含む水性媒体中に送られる。溶媒が、生体生成物の収集を促進するために使用され得る。好ましい溶媒は、水と非混和性であり、炭化水素または他の生体生成物を可溶化し、低い沸点を有し、水とは顕著に異なる密度を有し、容易に入手可能かつ安価であり、再使用可能かつリサイクル可能であり、生物にとって極度に毒性ではないものである。ヘプタンは、かかる溶媒の一例である。
【０４０５】
代謝プロセスは、任意の適切な様式で実施され得る。基質は、二酸化炭素を含み、Ｃ５糖およびＣ６糖を含む炭水化物が含まれ得る。二酸化炭素は、任意の適切な供給源から取得され得る。しかし、微細藻類に対して過度に有害な成分は、生体触媒との接触前に除去しなければならない。一般に、二酸化炭素は、ガス状形態で供給されるが、あまり好ましくはないが、炭酸塩および炭酸水素塩が使用され得る。ガスとして供給される場合、ガス中の二酸化炭素濃度は、典型的には、約４０〜１００容量パーセント、例えば、７０〜１００容量パーセントの範囲である。二酸化炭素の供給源には、例えば、合成ガスを生成するなどのための、産業プロセスおよび発酵プロセスからの排ガス、燃料および廃棄材料の燃焼からの排気ガス、二酸化炭素を含む天然ガス流、バイオマスのガス化からの流れが含まれるがこれらに限定されない。
【０４０６】
光生体触媒活性を提供するのに十分な強度の光照射を使用する適切な代謝条件には、典型的な中温性条件を含む、使用され得る培養液体が含まれる。光強度は変動し得るが、好ましくは比較的強い、例えば、４００〜８００ナノメートルの波範囲内の光について、１秒当たり少なくとも約２０マイクロアインシュタイン／平方メートル、例えば、約２０マイクロアインシュタイン／平方メートルと２００マイクロアインシュタイン／平方メートルまたはそれ以上の間である。圧力は重要ではなく、周囲圧力、低減された圧力または上昇した圧力であり得る。ガス状基質が使用される場合、より高い圧力は、培養液体中に溶解された基質の量を増加させ、したがって、質量移動を増強する傾向がある。しばしば、ｐＨは、約６．５から８．５の間、例えば、６．５〜８．０である。代謝条件は、存在する場合には、水性媒体に供給される二酸化炭素の容量に基づいて、約５〜５０容量パーセントの間の量での、分子酸素の存在を含み得る。
【０４０７】
通常、生物変換活性は、少なくとも約３０日間、しばしば少なくとも約３００日間またはそれ以上にわたって、維持され得る。
【０４０８】
化学的生成物は、任意の適切な様式で培養液体から回収され得る。生体生成物の連続的または頻繁な非連続的除去が、生体生成物として好ましい。
【０４０９】
ｘｉ．ブタノール
本発明の生体触媒は、イソブタノールまたはｎ−ブタノールであり得るブタノールへの基質の変換のために魅力的である。ブタノールの両方の異性体は、比較的低い濃度、典型的には水性媒体１リットル当たり約３質量パーセント未満で、ブタノールを生成する微生物に対して毒性である。本発明の生体触媒を使用するプロセスは、より高い力価のブタノールが生成されるのを可能にし、それにより、水／ブタノール分離の費用を低減させる。例えば、Ｔｒａｃｙ、「Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｂｕｔａｎｏｌ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｅｎｔｅｒ  ｔｈｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｂｉｏｆｕｅｌ  Ｍａｒｋｅｔ、ｍｂｉｏ．ａｓｍ．ｏｒｇ、第３巻、６、２０１２年１１月／１２月、およびＫａｍｉｎｓｋｉら、Ｂｉｏｂｕｔａｎｏｌ−Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ、Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓ、１８：１、３１〜３７頁（２０１１）を参照のこと。
【０４１０】
広い態様では、基質をブタノールに生物変換するためのプロセスは、
ａ．水性媒体を本発明の生体触媒と接触させる工程であって、前記生体触媒は、前記基質をブタノールに生物変換することが可能な微生物を含み、前記水性媒体は、前記微生物のための栄養素の存在を含む代謝条件下で維持され、前記基質を含む、工程；
ｂ．前記基質の少なくとも一部分をブタノールに生物変換するのに十分な時間にわたって、水性媒体と生体触媒との間の接触を維持する工程；および
ｃ．前記水性媒体からブタノールを回収する工程
を含む。
【０４１１】
ブタノールは、このプロセスにおいて使用される微生物に依存して、イソブタノールまたはｎ−ブタノールのいずれかであり得る。使用される微生物もまた、基質を規定する。ブタノールを生成することにおいて適用を見出している基質には、二酸化炭素、糖、グリセロールおよび合成ガスが含まれる。ブタノールを生成することが可能な微生物は、ブチロゲンであり、これには、野生型または組換えのＣｌｏｓｔｒｉｄｉａ、例えば、Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃ．ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ、Ｃ．ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｍ、Ｃ．ｓａｃｃｈａｒｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃ．ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ；Ｏｅｎｅｏｃｏｃｃｕｓ  ｏｅｎｉ；およびＲａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ、ならびに組換え微生物、例えば、ブタノールを作製するための経路が追加されているＥ．ｃｏｌｉが含まれるがこれらに限定されない。例えば、ブタノールを作製する他の微生物のより広範な議論については、米国特許出願公開第２０１００１４３９９３号を参照のこと。一般に、増強された光独立栄養性のシアノバクテリア、藻類および他の光独立栄養性生物が、微生物の内側の炭水化物をブタノールに直接生物変換するように適合されている。例えば、ピルビン酸デカルボキシラーゼ（ｐｄｃ）およびアルコールデヒドロゲナーゼ（ａｄｈ）酵素をコードするＤＮＡ断片を含む構築物を有する遺伝子改変されたシアノバクテリアは、米国特許第６，６９９，６９６号に記載されている。
【０４１２】
生物変換条件は、典型的な中温性生物変換条件内である場合が多く、典型的なバイオリアクタシステムが使用され得る。特に、本発明の生体触媒は高い細胞密度を提供でき、したがって、増強された生物変換速度と一緒になって、バイオリアクタ中での比較的短い平均滞留時間、例えば、しばしば約３または４時間未満、時折約３０分間未満で基質の高い変換効率を提供するので、連続的プロセスが好ましい。
【０４１３】
このプロセスの一態様は、ｎ−ブタノールの生成のためのバイオリアクタアセンブリ１２００の模式図である図１２にさらに例示される。糖含有原料は、ライン１２０２を介して、ｎ−ブタノールへの糖の生物変換のための水性発酵媒体および生体触媒を含むアップフローバイオリアクタである第１のバイオリアクタ１２０４に提供される。生体触媒は含む。バイオリアクタ１２０４では、糖の供給は、一部分だけがブタノールに生物変換されるような供給であり、したがって、約６〜８容量パーセントのブタノールを含む水性媒体を提供する。第１のバイオリアクタ１２０４からの水性媒体は、ライン１２０６を介して、残存する糖が生物変換される第２のバイオリアクタ１２０８に送られる。第２のバイオリアクタ１２０８は、流動床バイオリアクタである。第２のバイオリアクタ１２０８は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｒｉｃｕｍを含む生体触媒と共に水性媒体を含む。第２のバイオリアクタでは、残存する糖の幾分かが生物変換されて、約１０容量パーセントのブタノールを含む水性媒体を提供する。第２のリアクタ１２０８中のより高濃度のブタノールに起因して、ブタノールへの生物変換速度は、第１のバイオリアクタ１２０４中の速度の約５０パーセント未満である。水性媒体は、第２のバイオリアクタ１２０８から引き出され、デカンター１２１４に送られて、ライン１２１６を介して生成物回収に送られるｎ−ブタノールを含む上相を提供する。ライン１２１６中の高濃度のブタノールは、エネルギー費用をかなり節約して、ブタノールの回収を促進する。
【０４１４】
ブタノール飽和水性相は、ライン１２１８を介してデカンター１２１４から第２のバイオリアクタ１２０８へ戻され、約７〜８容量パーセントのブタノールおよび未反応の糖、エタノールおよびアセトンを含む。パージは、定常状態の条件を維持するために、ライン１２２０を介して取り出される。この流れは、エタノール、アセトンおよびブタノールを得るために、生成物回収に使用され得る。第２のバイオリアクタ１２０８は、水性媒体のリサイクル速度で、糖の一部分のみが生物変換されるが、ブタノールに生物変換された糖が回収のためにブタノール相に入るように、操作され得る。必要に応じて、さらなる水および栄養素が、ライン１２２２を介して第１のバイオリアクタ１２０４に提供され得る。
【０４１５】
バイオリアクタアセンブリは、ｎ−ブタノールを作製することに関して記載されているが、生体触媒の生物変換活性が、水性媒体中の生体生成物濃度の増加と共に減少する場合、および生体生成物が別々の液相を形成し得る場合、基質の生物変換に有用である。その広い態様では、かかる生物変換が可能な微生物を使用する、基質の生体生成物への生物変換のためのこれらの連続的プロセスは以下の工程を含み、生体生成物は、微生物に対して毒性である：
ａ．水性媒体を含む少なくとも１つの第１のバイオリアクタに、基質および水性媒体を連続的に供給する工程であって、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタは、前記微生物を含む本発明の生体触媒をその中に有する、工程；
ｂ．代謝条件下で少なくとも前記１つの第１のバイオリアクタを維持する工程、および定常状態の条件を維持し、基質の一部分を生物変換するのに十分な水力学的滞留時間を提供するのに十分な速度で、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタから第１のリアクタ流出物を連続的に引き出す工程であって、前記第１のバイオリアクタ流出物は、消費されていない基質および生体生成物を含み、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタ中の前記生体生成物への生物変換活性は、第１の速度である、工程；
ｃ．水性媒体を含む少なくとも１つの引き続くバイオリアクタへと、引き出された第１のバイオリアクタ流出物を連続的に供給する工程であって、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタは、前記微生物を含む本発明の生体触媒をその中に有する、工程；
ｄ．代謝条件下で前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタを維持する工程、および定常状態の条件を維持し、基質の少なくとも一部分を生物変換するのに十分な水力学的滞留時間を提供するのに十分な速度で、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタから引き続くバイオリアクタ流出物を連続的に引き出す工程であって、前記引き続くバイオリアクタ流出物は、生体生成物を含み、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタ中での前記生体生成物への生物変換活性は、第１の速度よりも低い第２の速度である、工程；
ｅ．生成物回収のために引き出された前記引き続くバイオリアクタ流出物から、生体生成物に富んだ流れを連続的に分離して、残留水性流を提供する工程；および
ｆ．残留水性流の少なくとも一部分を、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタへと連続的にリサイクルする工程。
【０４１６】
多くの場合、引き続くバイオリアクタ流出物は、基質を含む。このプロセスの好ましい態様では、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタは、流動床バイオリアクタを含む。工程（ｅ）の分離は、典型的な分離技術が含まれるがこれらに限定されない任意の適切な分離技術による分離であり得る。好ましい態様では、生体生成物は、水性媒体において別々の液相を形成することが可能であり、少なくとも、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタにおいて、生体生成物の濃縮が別々の液相を形成し、引き続くバイオリアクタ流出物が相分離に供されて、生体生成物含有相および残留水性相を提供する。いくつかの好ましい態様、特に、生体生成物が別々の液相を形成する場合、引き続くバイオリアクタ流出物、および残留水性流のリサイクルは、生物変換活性の望ましい第２の速度を維持し、第２の液相を形成するのに十分な速度である。しばしば、基質の少なくとも一部分のみが、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタ中で生物変換され、十分な濃度の基質が、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタ中の水性媒体中で維持されて、基質の生体生成物への変換の速度を増強する。
【０４１７】
［実施例２２５〜２３１］
一連の７つのバッチ発酵実験を、以下の一般手順を使用して実施する。各実験において、約４ミリメートルの名目直径を有する、実施例９３に実質的に記載される生体触媒を使用し、窒素の嫌気性環境下で維持する。バッチ媒体は、以下のように、ＡＴＣＣ（登録商標）Ｍｅｄｉｕｍ２１０７、改変強化クロストリジウム寒天／ブロス媒体に従って調製する：
３８グラムの強化クロストリジウム媒体ＢＤ  ２１８０８１（ＡＴＣＣ、Ｍａｎａｓｓａｓ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ）；１４．５ｇの寒天および１０００ミリリットルの脱イオン水を合わせ、沸騰させて、寒天を溶解させる、
１０００ミリリットルの脱イオン水中、１０グラムのペプトン、１０グラムの牛肉エキス、３グラムの酵母エキス、５グラムのデキストロース、５グラムの塩化ナトリウム、１グラムの可溶性デンプン、０．５グラムの塩酸Ｌ−システイン、３グラムの酢酸ナトリウムおよび４ミリリットルのレザズリン（０．０２５％）の溶液を別々に調製する、ならびに
これらの溶液を合わせる。
【０４１８】
グルコースを、６０グラム／リットルまたは１２０グラム／リットルのいずれかで、合わせた溶液に添加し、この溶液を、５Ｎ水酸化ナトリウムを用いて、約５．５のｐＨに調整する。バッチ媒体を、次いで、０．２ミクロンフィルターを通過させた窒素でスパージしつつ、１２１℃で２０分間オートクレーブすることによって、嫌気性にする。各バッチ発酵を、密封タンクリアクタ中で実施し、生体触媒１グラム当たり約２ミリリットルのバッチ媒体を使用する。いくつかのリアクタ中に、生体触媒および発酵に対するｎ−ブタノールの影響を決定するために、ｎ−ブタノールを注入する。これらの発酵を、約３７℃の温度で実施し、発酵ブロスのサンプルを周期的に採取し、ガスクロマトグラフィーによって分析する。発酵は４８時間継続する。データを表ＶＩにまとめる。
【表６】
0006298458.tif 000025
【０４１９】
ｘｉｉ．エタノール
本発明の生体触媒は、エタノールへの基質の変換のために魅力的である。酵母を使用する発酵ブロス中でのエタノールの最大力価は、典型的には約１５〜１８パーセントであり、酵母を使用する市販のプロセス中での糖および合成ガスなどの基質のエタノールへの変換効率は、典型的には、理論値の約９５パーセント未満である。シアノバクテリアおよびＣｌｏｓｔｒｉｄｉａなどの他のエタノール生成微生物を用いると、エタノール濃度に対するそれらの感受性は、酵母の感受性よりもかなり高い可能性がある。例えば、１．５容量パーセントのエタノールは、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ種ＰＣＣ  ６８０３において５０パーセントの増殖減少を引き起こすと報告されている。したがって、これらの代替的微生物を使用するプロセスは、非常に希薄なエタノール含有ブロスを生成する。米国特許第７，６８２，８２１号は、エタノール分離の費用を低減させるための手段として、毎日の周囲温度スイングを使用する、閉鎖型の光バイオリアクタを開示している。本発明の生体触媒を使用するプロセスは、より高い力価のエタノールが生成されるのを可能にし、それにより、水／エタノール分離の費用を低減させ、変換効率は、本発明の生体触媒中の微生物に対する表現型変化に起因して、ほぼ理論的効率に近づく。
【０４２０】
広い態様では、基質をエタノールに生物変換するためのプロセスは、
ａ．水性媒体を本発明の生体触媒と接触させる工程であって、前記生体触媒は、基質をエタノールに生物変換することが可能な微生物を含み、前記水性媒体は、前記微生物のための栄養素の存在を含む代謝条件下で維持され、前記基質を含む、工程；
ｂ．前記基質の少なくとも一部分をエタノールに生物変換するのに十分な時間にわたって、水性媒体と生体触媒との間の接触を維持する工程；および
ｃ．前記水性媒体からエタノールを回収する工程
を含む。
【０４２１】
使用される微生物が基質を規定する。エタノールを生成することにおいて適用を見出している基質には、二酸化炭素、糖および合成ガスが含まれる。エタノールを生成することが可能な微生物には、野生型または組換えの細菌および酵母、例えば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ、例えば、Ｃ．ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｉｃｕｍおよびＣ．ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ  ｋｉｖｕｉ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｗｏｏｄｉｉ、Ａｃｅｔｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ  ｎｏｔｅｒａｅ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ  ｍｏｂｉｌｉｓ、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ  ｐａｌｍａｅ、中温性酵母、例えば、Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ、Ｐｉｃｈｉａ  ｓｅｇｏｂｉｅｎｓｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｓｈｅｈａｔａｅ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｂｏｉｄｉｎｉｉ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｅｎｕｉｓ、Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ  ｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ、Ｈａｎｓｅｎｕｌａ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｆａｍａｔａ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｐａｒａｐｓｉｌｏｓｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ、Ｃａｎｄｉｃａ  ｓｏｎｏｒｅｎｓｉｓ、Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ  ｔｅｒｒｉｃｏｌａ、Ｋｌｏｅｃｋｅｒａ  ａｐｉｓ、Ｐｉｃｈｉａ  ｂａｒｋｅｒｉ、Ｐｉｃｈｉａ  ｃａｃｔｏｐｈｉｌａ、Ｐｉｃｈｉａ  ｄｅｓｅｒｔｉｃｏｌａ、Ｐｉｃｈｉａ  ｎｏｒｖｅｇｅｎｓｉｓ、Ｐｉｃｈｉａ  ｍｅｍｂｒａｎｅｆａｃｉｅｎｓ、Ｐｉｃｈｉａ  ｍｅｘｉｃａｎａ、Ｓａｃｃｈｒｉｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｖｉｓｅａおよびＴｏｒｕｌａｓｐｏｒａ  ｄｅｌｂｒｕｅｃｋｉｉ、ならびに好熱性酵母、例えば、Ｃａｎｄｉｄａ  ｂｏｖｉｎａ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｐｉｃａｃｈｏｅｎｓｉｓ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｅｍｂｅｒｏｒｕｍ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｐｉｎｔｏｌｏｐｅｓｉｉ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｍａｒｘｉａｎｕｓ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｆｒａｇｉｌｉｓ、Ｋａｚａｃｈｓｔａｎｉａ  ｔｅｌｌｕｒｉｓ、Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ  ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓおよびＬａｃｈａｎｃｅａ  ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｓが含まれるがこれらに限定されない。好熱性細菌には、とりわけ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｈｙｄｒｏｓｕｌｐｈｕｒｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂｉｕｍ  ｂｒｏｃｋｉｉ、Ｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ａｃｅｔｏｅｔｈｙｌｉｃｕｓ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｅｔｈａｎｏｌｉｃｕｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ  ｋｉｖｕｉ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｎｉｇｒｉｆｉｃａｎｓおよびＤｅｓｕｌｖｏｖｉｂｒｉｏ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｔｅｎｇｃｏｎｇｅｎｓｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｔｅａｒｏｔｈｅ��ｍｏｐｈｉｌｕｓならびにＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｍａｔｈｒａｎｉｉが含まれる。遺伝子的に増強された光独立栄養性のシアノバクテリア、藻類および他の光独立栄養性生物が、微生物の内側の炭水化物をエタノールに生物変換するように適合されている。例えば、ピルビン酸デカルボキシラーゼ（ｐｄｃ）およびアルコールデヒドロゲナーゼ（ａｄｈ）酵素をコードするＤＮＡ断片を含む構築物を有する遺伝子改変されたシアノバクテリアは、米国特許第６，６９９，６９６号に記載されている。シアノバクテリアは、代謝および増殖するために光、無機元素、水および炭素供給源、一般には二酸化炭素を必要とする光合成細菌である。遺伝子操作されたシアノバクテリアを使用するエタノールの生成は、ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ２００７／０８４４７７号にも記載されている。エタノール生成微生物の列挙については、米国特許出願公開第２０１２０３０１９３７号もまた参照のこと。
【０４２２】
生物変換条件は、典型的な中温性生物変換条件内である場合が多く、典型的なバイオリアクタシステムが使用され得る。特に、本発明の生体触媒は高い細胞密度を提供でき、したがって、増強された生物変換速度と一緒になって、バイオリアクタ中での比較的短い平均滞留時間、例えば、しばしば約３または４時間未満、時折約３０分間未満で基質の高い変換効率を提供するので、連続的プロセスが好ましい。
【０４２３】
光合成プロセスについて、液体培養培地の単位容量当たりの高濃度の細胞、微生物からの残骸の本質的な非存在、したがって、よりクリアな培養培地を提供すること、および本発明の生体触媒と関連する表現型変化の組み合わせは、単位表面積当たりの単位時間当たり生成され得るエタノールにおける顕著な増加を可能にする。したがって、より小さい設置面積が光バイオリアクタに必要とされ、米国特許第７，６８２，８２１号に開示されるような閉鎖されたプロセスは、さらにより高濃度のエタノールを凝縮物中に生成し得る。さらに、ｉｎ  ｓｉｔｕ無菌化が使用できるので、任意の夾雑する微生物の集団が制御され得ると、より信頼性の高い操作が生じ得る。光バイオリアクタは、生体触媒をその中に有する液体培養培地を含み得る。基質、例えば二酸化炭素は、培養培地中に溶解され得、または、生体触媒はガス状基質と接触させられ得、次いで、エタノールは、例えば、蒸発によって、またはエタノールのための抽出剤、例えば水との接触によって、生体触媒から取り出され得る。
【０４２４】
［実施例２３２］
流動床バイオリアクタに、実施例１４７に実質的に記載される生体触媒を、その収容能力の約７５容量パーセントまで充填する。１２０グラム／リットルまたは２５０グラム／リットルのいずれかの濃度でグルコースを含む水の連続的フローを、４時間または１０時間のいずれかの水力学的滞留時間を提供するために、種々の速度でバイオリアクタに提供する。バイオリアクタを、約３７℃の温度で維持する。バイオリアクタからの流出物は、エタノールおよびグルコースの濃度について周期的に分析される。４時間の水力学的保持時間では、糖の変換は、各グルコース濃度において、理論的なエタノール生成の約９５〜９７パーセントを生じる。１０時間の水力学的保持時間では、糖の変換は、各グルコース濃度において、理論的なエタノール生成の約９８〜９９パーセントを生じる。
【０４２５】
ｘｉｉｉ．嫌気性消化
上で議論したように、都市廃水は、好気性生物変換に供される場合が多い。バイオリアクタに酸素を供給することは、都市廃水施設への酸素含有ガスとして酸素が使用される場合であっても、顕著に高価であり、しばしば全体的費用の少なくとも約３０パーセントである。さらに、三次処理が必要とされる場合、嫌気性生物変換が使用され、したがって、処理されている水中の酸素濃度は、低下させる必要がある。いくつかの法域において制定された規制上の要件を満たすために、廃水処理は、有機含量を低減させ、病原体を低減または実質的に排除しなければならない。
【０４２６】
中温性嫌気性消化が提案されている。酸素供給の費用を排除しつつ、かかるプロセスは、いくつかの欠点に苦しんでいる。特に、酸生成およびメタン生成の両方が支持されなければならないので、微生物の有効な集団を維持することは、困難であることが証明されている。滞留時間は長く、しばしば１５日間の範囲であり、このプロセスは、病原体の十分な低減を提供しない場合が多い。
【０４２７】
好熱性嫌気性消化は、より短い滞留時間および病原体を処理するためのより良い能力の利点を提供する。例えば、米国特許出願公開第２０１３０１０５３９号を参照のこと。微生物の集団を維持することには、なお問題があり、廃水は、好熱性微生物の操作のために少なくとも４５℃の温度にし、その温度で維持しなければならない。
【０４２８】
本発明の生体触媒は、好熱性微生物が、微生物が汚泥から誘導される場合が多い従来のシステムとは対照的に生体触媒のために標的化され得るだけでなく、バイオリアクタ容量の単位当たり高濃度の好熱性微生物を生体触媒が提供し得るという点で、廃水の嫌気性消化における改善を提供する。生物変換の速度、およびしたがって水力学的滞留時間は、低減され得る。より重要なことに、好熱性嫌気性生物変換は発熱性であるので、高濃度の微生物は、好熱性生物変換温度を取得および維持するための熱供給源として効率的に機能する。また、好熱菌が本発明の生体触媒中に存在する場合、これらのプロセスは、低い有機含量を有する廃水を処理するためであっても有用である。
【０４２９】
有機化合物を含む廃水の好熱性嫌気性消化のためのプロセスは、
ａ．有機化合物の濃度を好ましくは１リットル当たり約１０ミリグラム未満、好ましくは約４ミリグラム未満の酸素のＢＯＤまで低減させるのに十分な時間にわたって、好熱性条件下で、前記廃水を、有機化合物のメタンへの生物変換に適した好熱性微生物を含む本発明の生体触媒と接触させて、処理された水およびバイオガスを提供する工程であって、好ましくは、前記好熱性条件は、少なくとも約４５℃、例えば、約４７℃から６５℃または７０℃の間の温度を含む、工程、
ｂ．廃水からバイオガスを分離する工程、ならびに
ｃ．生体触媒から処理された水を分離する工程
を含む。
【０４３０】
好ましくは、生体触媒中で使用される微生物は、メタン生成菌、特に、以下の微生物のうち１つまたは複数を含む：Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ  ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ、Ｍｅｔｈａｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ  ｓｍｉｔｈｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｈｕｎｇａｔｅｉ、Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ  Ｂｒｏｃａｄｉａ  ａｎａｍｍｏｘｉｄａｎｓ、Ｋｕｅｎｅｎｉａ種、Ａｎａｍｍｏｘｏｇｌｏｂｕｓ種、Ｊｅｔｔｅｎｉａ種およびＳｃａｌｉｎｄｕａ種。生体触媒中の細胞濃度は、好ましくは少なくとも約１００または２００グラム／リットルである。通常、これらの生物変換条件は、約６．５〜９、例えば、約７〜８．５の範囲のｐＨを維持することを含む。しばしば、生体触媒と接触させられる廃水中の酸素濃度は、約２ミリグラム／リットル未満である。典型的なバイオリアクタシステムが含まれるがこれらに限定されない任意の適切なバイオリアクタ立体配置が使用され得る。好ましくは、バイオリアクタは、収容能力１リットル当たり少なくとも約１００グラムの細胞を提供するのに十分な生体触媒を含む。
【０４３１】
ｘｉｖ．他の適用
本発明の生体触媒の特性は、広範な特定の適用を可能にする。例えば、安定な集団を有する微生物の高い集団を達成する能力は、生物学的検出デバイスに有用な本発明の生体触媒；表面水中に浸漬された船体および他の表面などのための、防汚塗料およびコーティングが含まれるがこれらに限定されないコーティング；ならびにガスおよび液体から望ましくない成分を除去するためのフィルターを作製する。これらの生体触媒は、生物学的燃料電池において使用され得る。
【０４３２】
本発明の生体触媒は、中温性または好熱性の、嫌気性または通性嫌気性の微生物を使用して、水素または水素等価物を生成するために使用され得る。水素は、回収され得、または別の化学的もしくは代謝プロセスにおいて使用され得る。１つのかかるプロセスでは、メタンは、水素を生成するために使用され得、次いで、水素は、サルフェート還元微生物を使用して、サルフェートを硫化物に還元するために使用され得る。これらの微生物は、生体触媒中に不可逆的に保持されるので、同じ生体触媒または異なる生体触媒のいずれか中での共培養が、維持され得る。
【０４３３】
本発明の生体触媒は、炭素質基質の、特にメタンへのメタン生成において、適用を見出し得る。この生物活性を有する微生物は典型的に、栄養共生であり、生体触媒は、栄養共生システムの安定性を増強する。
【０４３４】
本発明の生体触媒は、例えば、炭水化物、例えば、糖、合成ガスおよび二酸化炭素から、アルケン、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエンおよびスチレンを生成するために使用され得る。例えば、米国特許出願公開第２０１３０１２２５６３号を参照のこと。
【０４３５】
本発明の生体触媒は、上に示される種々の地表、表面、都市廃水および産業水流の処理に使用され得る。さらに、有利な適用には、嫌気性消化、サルフェートおよびサルファイトアニオンの除去、ならびに好気性廃水処理を実施するための層状触媒が含まれる。
国際出願時の請求項は以下の通りである。
［請求項１］
約５から１００ミクロンの間の最小寸法および少なくとも約１０００のＨＥＶを有する複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を規定する、水和した親水性ポリマーの固体構造体と、
前記内部構造中に実質的に不可逆的に保持された微生物の集団であって、完全に水和した場合の前記固体構造体の外部によって規定される容量に基づいて、少なくとも約６０グラム／リットルの濃度である、微生物の前記集団と
を含む生体触媒であって、前記微生物が、その集団を実質的に安定に維持する、生体触媒。
［請求項２］
前記ＨＥＶが少なくとも約５０００である、請求項１に記載の生体触媒。
［請求項３］
前記固体構造体が外側皮膜を形成する、請求項２に記載の生体触媒。
［請求項４］
前記皮膜が、約１から１０ミクロンの間の平均直径の孔を有し、前記外側皮膜の表面積の約１〜３０パーセントを構成する、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項５］
前記生体触媒の容量の約４０〜７０パーセントが主空洞を構成し、前記生体触媒がより小さい空洞を含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項６］
前記主空洞が不活発である、請求項５に記載の生体触媒。
［請求項７］
前記ＨＥＶが少なくとも約２０，０００であり、前記固体構造体の内部の微生物の濃度が、前記固体構造体の外部によって規定される容量に基づいて、少なくとも約１００グラム／リットルである、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項８］
前記微生物のエキソネットワークを含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項９］
前記微生物集団が単一の株型である、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１０］
前記微生物集団が、細菌または藻類を含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１１］
ポリサッカライドをさらに含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１２］
前記ポリサッカライドが、約２０ミクロン未満の主要寸法を有する、請求項１１に記載の生体触媒。
［請求項１３］
固体吸着剤をさらに含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１４］
前記固体吸着剤が、約５ミクロン未満の主要寸法を有する粒状物である、請求項１３に記載の生体触媒。
［請求項１５］
前記固体吸着剤が、炭素、シリカ、シリケート、粘土および分子ふるいのうち少なくとも１種を含む、請求項１３に記載の生体触媒。
［請求項１６］
前記微生物が光合成微生物である、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１７］
リン光性材料をさらに含む、請求項１６に記載の生体触媒。
［請求項１８］
少なくとも１種の単離された酵素をさらに含む、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項１９］
少なくとも２種の微生物を含む、請求項１に記載の生体触媒。
［請求項２０］
前記固体構造体が、少なくとも２つの層を含み、前記層のうち少なくとも１つが、別の層とは異なる微生物を含む、請求項１９に記載の生体触媒。
［請求項２１］
前記微生物集団が、少なくとも１つの表現型変化を示す、請求項３に記載の生体触媒。
［請求項２２］
示される表現型変化が代謝シフトである、請求項２１に記載の生体触媒。
［請求項２３］
示される表現型変化がジオーキシーの抑制である、請求項２１に記載の生体触媒。
［請求項２４］
請求項１に記載の生体触媒を作製するための方法であって、
ａ．親水性ポリマーの可溶化された前駆体および前記生体触媒のための微生物の液体分散物を形成する工程であって、前記液体分散物中の微生物の濃度は、少なくとも約６０グラム／リットルである、工程と、
ｂ．前記分散物を固化条件に供して、前記親水性ポリマーの固体構造体を形成する工程であって、前記固体構造体は、前記微生物を含む複数の相互接続された主空洞を有する内部構造を有し、前記主空洞は、約５から１００ミクロンの間の最小寸法を有し、前記固体構造体は、少なくとも約１０００のＨＥＶを有し、前記固化条件は、前記微生物の前記集団に過度に有害な影響を与えない、工程と、
ｃ．前記微生物が、その集団を実質的に安定に維持する表現型変更を起こし、前記固体構造体の内部に実質的に不可逆的に保持されるのを可能にするのに十分な時間にわたって、前記固体構造体の内部の前記微生物の前記集団に有害な影響を与えない条件下で、微生物を含む前記固体構造体を維持する工程と
を含む、方法。
［請求項２５］
前記液体分散物が水性分散物であり、前記水性分散物中の前記微生物の密度が少なくとも約１００グラム／リットルである、請求項２４に記載の方法。
［請求項２６］
前記固化条件が、架橋剤の存在を含み、前記前駆体が、可溶化されたプレポリマーである、請求項２４に記載の方法。
［請求項２７］
工程（ｂ）で形成された前記固体構造体内に包含されていない前記液体分散物が、工程（ｃ）の間または工程（ｃ）の前に分離される、請求項２４に記載の方法。
［請求項２８］
請求項１に記載の生体触媒を、基質の存在を含む代謝条件に供して、前記基質を生体生成物に生物変換する工程を含む、代謝プロセス。
［請求項２９］
前記微生物が代謝シフトを示す、請求項２８に記載の代謝プロセス。
［請求項３０］
同化プロセスである、請求項２８に記載の代謝プロセス。
［請求項３１］
前記生体生成物が、最大約１００炭素までの酸素化された有機化合物および炭化水素のうち少なくとも１種を含む、請求項３０に記載の代謝プロセス。
［請求項３２］
前記酸素化された有機生成物が、メタノール、エタノール、酢酸、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、プロピオン酸、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、酪酸、アセトンおよびメチルエチルケトンのうち少なくとも１種を含む、請求項３１に記載の代謝プロセス。
［請求項３３］
前記基質がメタンを含む、請求項３２に記載の代謝プロセス。
［請求項３４］
前記生体生成物が水素を含む、請求項３０に記載の代謝プロセス。
［請求項３５］
前記生体生成物がエチレンを含む、請求項３０に記載の代謝プロセス。
［請求項３６］
光合成プロセスである、請求項２８に記載の代謝プロセス。
［請求項３７］
異化プロセスである、請求項２８に記載の代謝プロセス。
［請求項３８］
前記異化プロセスが還元プロセスを含む、請求項３７に記載の代謝プロセス。
［請求項３９］
前記基質が、ナイトレート、パーコレート、味覚および臭気化合物、塩素付加炭化水素、１，４−ジオキサン、ならびに硫黄、リン、セレン、タングステン、モリブデン、ビスマス、ストロンチウム、カドミウム、クロム、チタン、ニッケル、鉄、亜鉛、銅、ヒ素、バナジウム、ウラン、ラジウム、マンガン、ゲルマニウム、インジウム、アンチモン  水銀および希土類金属のオキシアニオン、ヒドロキシルまたは可溶性塩のうち少なくとも１種を含む、請求項３７に記載の代謝プロセス。
［請求項４０］
嫌気性消化である、請求項３８に記載の代謝プロセス。
［請求項４１］
前記異化プロセスが酸化プロセスを含む、請求項３７に記載の代謝プロセス。
［請求項４２］
前記基質が、アンモニアおよび有機化合物のうち少なくとも１種を含む、請求項４１に記載の代謝プロセス。
［請求項４３］
毒素が存在し、前記生体触媒が、前記毒素に対する増加した耐性を示す、請求項２８に記載の代謝プロセス。
［請求項４４］
前記毒素が、前記基質を含む原料中の夾雑物、前記基質、生体生成物、共生成物、副生成物およびファージのうち１種または複数である、請求項４３に記載の代謝プロセス。
［請求項４５］
水流中の超低夾雑物の濃度を低減させるための方法であって、
ａ．前記水流をバイオリアクタに連続的に送る工程であって、前記バイオリアクタは、前記超低夾雑物を生物変換するための微生物を含む請求項１に記載の生体触媒の存在を含む代謝条件において維持される、工程と、
ｂ．前記超低夾雑物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水流を前記生体触媒と接触させる工程と、
ｃ．前記バイオリアクタから、低減された濃度の前記超低夾雑物を有する処理された水流を引き出す工程と
を含む、方法。
［請求項４６］
前記超低夾雑物が、２−メチルイソボレアール、ゲオスミン、トリハロメタンおよびハロ酢酸のうち１種または複数を含む、請求項４５に記載の方法。
［請求項４７］
廃水流中に溶解された有機炭素およびアンモニウムカチオンを異化するための方法であって、
ａ．前記廃水流を、溶解された有機炭素を二酸化炭素に、アンモニウムカチオンをナイトレートアニオンに異化するための微生物、好ましくはアンモニア酸化微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を含むバイオリアクタに連続的に送る工程と、
ｂ．約５ミリグラム未満のアンモニウムカチオンを含み、約１０ミリグラム／リットル未満の生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を有する酸化された流出物を提供するのに十分な時間にわたって、酸素の存在下で、前記バイオリアクタにおいて、前記廃水流を前記生体触媒と接触させる工程と
を含み、実質的に固体は前記生体触媒から前記酸化された流出物へと送られない、方法。
［請求項４８］
前記酸化された流出物を脱窒して、１リットル当たり約１０ミリグラム未満のナイトレートアニオンを含む脱窒された流出物を提供する工程をさらに含む、請求項４７に記載の方法。
［請求項４９］
前記脱窒する工程が、
ａ．前記酸化された流出物を、ナイトレートアニオンを脱窒するための微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を含むバイオリアクタに連続的に送る工程と、
ｂ．１リットル当たり約５ミリグラム未満のナイトレートを含む脱窒された流出物を提供するのに十分な時間にわたって、前記バイオリアクタにおいて、前記酸化された流出物を前記生体触媒と接触させる工程と
を含み、実質的に固体は前記生体触媒から前記酸化された流出物へと送られない、請求項４８に記載の方法。
［請求項５０］
前記廃水中に含まれる固体が加水分解される、請求項４９に記載の方法。
［請求項５１］
前記廃水が都市廃水である、請求項４９に記載の方法。
［請求項５２］
水中の可溶性ホスフェートの生物学的還元のための方法であって、
ａ．前記水中のホスフェートの濃度を低減させ、ホスフェート含有微生物を含む生体触媒を提供するのに十分な時間にわたって、ホスフェート蓄積条件下で、前記水を、バイオリアクタにおいて、ホスフェート蓄積微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程であって、前記ホスフェート蓄積条件が、前記微生物内のポリヒドロキシアルカノエートの存在および前記水中の好気性条件または無酸素性条件の存在を含む、工程と、
ｂ．前記微生物由来のホスフェートを水性媒体中に放出するのに十分な前記水性媒体において、ホスフェート含有微生物を含む前記生体触媒を嫌気性条件に供して、ホスフェートに富んだ水性媒体を提供する工程と、
ｃ．工程（ａ）での使用のために、前記ホスフェートに富んだ水性媒体から前記生体触媒を分離する工程と
を含む、方法。
［請求項５３］
Ｎ／Ｄ微生物を使用して、アンモニウムおよび酸素を含む供給水中のアンモニウムを窒素に生物分解するための方法であって、供給水のナイトレート濃度の約５０パーセント未満の濃度のアンモニウムおよび約１ミリグラム／リットル未満のナイトレートイオンの濃度を有する処理された水を提供するのに十分な時間にわたって、代謝条件下で、前記水を、その中に不可逆的に保持された前記微生物を有する請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程を含む、方法。
［請求項５４］
前記生体触媒が、活性化汚泥から得られる微生物を含む、請求項５３に記載の方法。
［請求項５５］
前記基質を生体生成物へと生物変換するのに十分な時間にわたって、代謝条件下で、実質的に単一株の微生物を含む生体触媒を使用する、複数の基質の生物変換のためのプロセスにおいて、改善が、前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を使用することを含む、方法。
［請求項５６］
水中に存在する場合にナイトレートアニオンもしくはパーコレートアニオンまたはその両方の濃度を低減させるための方法であって、代謝条件下で、かかるアニオンを生物変換するのに十分な時間にわたって、前記水を、前記アニオンを還元するための微生物の株をその中に有する請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程を含む、方法。
［請求項５７］
金属または半金属の少なくとも１種の可溶性化合物を含む水を処理するための方法であって、
ａ．前記可溶性化合物を還元するための微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を含む反応ゾーン中に前記水を連続的に導入する工程と、
ｂ．前記水中の前記少なくとも１種の前記可溶性化合物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水を前記生体触媒と接触させる工程と、
ｃ．前記金属または半金属の酸化状態を代謝的に還元するのに十分な代謝条件下で前記生体触媒を維持して、元素の金属もしくは半金属またはその沈降した化合物を形成する工程と、
ｄ．前記生体反応ゾーンから、低減された濃度の前記少なくとも１種の可溶性化合物を有する水を引き出す工程と
を含む、方法。
［請求項５８］
元素の金属もしくは半金属またはその沈降した化合物を形成するための前記金属または半金属の少なくとも一部分が、前記生体触媒中に残存する、請求項５７に記載の方法。
［請求項５９］
元素の金属もしくは半金属またはその沈降した化合物を形成するための前記金属または半金属の少なくとも一部分が、前記生体触媒から除去可能である、請求項５７に記載の方法。
［請求項６０］
水流中の１，４−ジオキサンの濃度を低減させるための方法であって、
ａ．前記水流をバイオリアクタに連続的に送る工程であって、前記バイオリアクタは、好気性条件および１，４−ジオキサンを代謝的に分解するための微生物を含む請求項１に記載の生体触媒の存在を含む代謝条件において維持される、工程と、
ｂ．前記水流中の前記１，４−ジオキサンの濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水流を前記生体触媒と接触させる工程と、
ｃ．前記バイオリアクタから、低減された濃度の１，４−ジオキサンを有する処理された水流を引き出す工程と
を含む、方法。
［請求項６１］
前記微生物がＲｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓを含み、前記処理された水流が、約１０マイクログラム／リットル未満の濃度の１，４−ジオキサンを有する、請求項６０に記載の方法。
［請求項６２］
糖および任意選択で二酸化炭素の、コハク酸への生物変換のための+
ａ．サクシネートアニオンを生成し、サクシネートアニオン含有水性媒体を提供するのに十分な時間にわたって、温度ならびにコハク酸生成微生物のための糖および他の栄養素の存在を含む代謝条件下で、水性媒体を、前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程と、
ｂ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体の少なくとも一部分および前記生体触媒を取り出す工程と、
ｃ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体の少なくとも一部分が取り出された前記生体触媒を、工程（ａ）において再使用する工程と
ｄ．前記サクシネートアニオン含有水性媒体からサクシネートアニオンを回収する工程、
を含む、方法。
［請求項６３］
前記水性媒体と前記生体触媒との接触が、異なる代謝条件を有する少なくとも２つの反応ゾーンにおいて生じる、請求項６２に記載の方法。
［請求項６４］
前記生体触媒を含む第１の反応ゾーンからの水性媒体が、生体触媒とのさらなる接触のために引き続く反応ゾーンに送られ、前記水性媒体中の前記糖の濃度が、前記引き続く反応ゾーンにおいて枯渇される、請求項６３に記載の方法。
［請求項６５］
微好気性条件または好気性条件を含む、ホスホエノールピルベートのサクシネートアニオンへの変換を好まない条件下で、前記微生物においてホスホエノールピルベートを生成するのに十分な条件下にあり得る前記第１の反応ゾーン中で、第１の水性媒体を前記生体触媒と接触させる工程、およびその後、前記生体触媒を、ホスホエノールピルベートをサクシネートアニオンに生物変換するのに十分な二酸化炭素の存在を含む嫌気性条件に供する工程を含む、請求項６３に記載の方法。
［請求項６６］
前記嫌気性条件が気相条件である、請求項６５に記載の方法。
［請求項６７］
二酸化炭素の生体生成物への生物変換のための方法であって、
ａ．Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓの種を含む請求項１に記載の生体触媒を水性媒体中で維持する工程であって、前記水性媒体は、温度および微細藻類のための栄養素の存在を含む代謝条件にある、工程と、
ｂ．生物変換のために、前記水性媒体を二酸化炭素と接触させる工程であって、前記微細藻類が生体生成物を分泌する、工程と、
ｃ．前記微細藻類が二酸化炭素を生体生成物に光合成するのに十分な頻度および強度で、前記水性媒体に光を照射する工程と
ｄ．前記水性媒体から生体生成物を取り出す工程
を含む、方法。
［請求項６８］
前記生体生成物が、酸素含有部分で任意選択で置換された、分岐鎖炭化水素または環状炭化水素を含む、請求項６７に記載の方法。
［請求項６９］
気相中に含まれる基質を生体生成物に生物変換するための方法であって、
ａ．前記気相を請求項１に記載の生体触媒と連続的に接触させる工程であって、代謝的生物変換に適した温度で、前記基質の少なくとも一部分の生体生成物への前記生物変換をもたらすのに十分な時間にわたって、好ましくは、基質への定常状態質量移動および基質の生物変換を提供するのに十分な時間にわたって行うものである、工程と、
ｂ．生体触媒を実質的に完全に水和するのに十分な時間にわたって、水性媒体中での少なくとも１回の浸漬工程へと、工程（ａ）の生体触媒の少なくとも一部分をサイクルする工程であって、好ましくは、前記浸漬工程の少なくとも１つのための前記水性媒体は、前記微生物のための栄養素を含み、前記浸漬は、前記生体触媒中に栄養素を提供するのに十分な時間にわたって行うものである、工程と、
ｃ．生体触媒および前記少なくとも１回の浸漬工程の水性媒体を分離する工程と、
ｄ．工程（ａ）のために、前記分離された生体触媒の少なくとも一部分を使用する工程りを含む、方法。
［請求項７０］
前記基質が、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸化窒素、アンモニウム、硫化水素、酸化硫黄、二硫化炭素、ホスフィン、カルボニル、ハロカーボン、揮発性有機硫黄化合物、揮発性有機化合物および揮発性金属化合物のうち少なくとも１種を含む、請求項６９に記載の方法。
［請求項７１］
前記気相と接触する前記生体触媒の少なくとも一部分が、水性層を実質的に含まない外部表面を有する、請求項６９に記載の方法。
［請求項７２］
工程（ａ）の間の前記気相が連続相である、請求項６９に記載の方法。
［請求項７３］
工程（ａ）の間の前記生体触媒が流動床中にある、請求項６９に記載の方法。
［請求項７４］
工程（ａ）の間の前記生体触媒が上昇床中にある、請求項６９に記載の方法。
［請求項７５］
工程（ａ）の間の前記生体触媒が移動床中にある、請求項６９に記載の方法。
［請求項７６］
水生マクロ生物による汚染を低減させるための方法であって、マクロ生物の生存が阻害されるレベルの濃度の代謝可能な有機炭素を有する処理された水を提供するのに十分な時間にわたって、前記水生マクロ生物と接触する水を、前記水中の溶解された代謝可能な有機炭素の異化性変換が可能な微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程を含む、方法。
［請求項７７］
前記マクロ生物が、フジツボ；海産イガイ；カラスガイ；カワホトトギスガイ；外肛動物；チューブワーム；多毛類、ホヤ、海綿；およびイソギンチャクのうち少なくとも１種を含む、請求項７６に記載の方法。
［請求項７８］
水を脱塩するための方法であって、（ａ）水供給源から、懸濁された軟体動物を含む塩性水を引き出して、引き出された水流を提供する工程、および（ｂ）前記引き出された水流を脱塩条件に供して、脱塩された水流および塩含有拒絶流を提供する工程を含み、改善が、前記引き出された水流を、前記軟体動物の生存が阻害されるレベルまで有機炭素の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、前記水中の有機炭素の異化性変換が可能な微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させることを含む、方法。
［請求項７９］
塩性水の脱塩のための装置であって、
ａ．塩性水を前記装置中へと方向付けるように適合された少なくとも１つの原水入口導管と、
ｂ．少なくとも１つの原水入口導管とフロー連絡しており、前記塩性水を受容するように適合された、少なくとも１つのバイオリアクタであって、前記水中の有機炭素の異化性変換が可能な微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を含む、少なくとも１つのバイオリアクタと、
ｃ．少なくとも１つの脱塩ユニットと、
ｄ．前記バイオリアクタから前記脱塩ユニットへと水を方向付けるように適合された少なくとも１つの流出物導管と
を含む、装置。
［請求項８０］
生物変換のための微生物の存在を含む前記生物変換条件下で、水性媒体中に含まれる基質を生体生成物に生物変換するための方法であって、抗微生物剤が、夾雑する微生物を制御するのに十分な量で前記水性媒体に提供される方法において、改善が、前記生物変換のための前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒を使用することによって、前記生物変換のための前記微生物に対する前記抗微生物剤の影響を減弱させることを含む、方法。
［請求項８１］
請求項１に記載の生体触媒を含む、生物検出デバイス。
［請求項８２］
請求項１に記載の生体触媒を含む、防汚コーティング。
［請求項８３］
請求項１に記載の生体触媒を含む、生物学的燃料電池。
［請求項８４］
請求項１に記載の生体触媒を含む、フィルター。
［請求項８５］
有機化合物を含む廃水を処理するための方法であって、
ａ．有機化合物の濃度を低減させるのに十分な時間にわたって、好熱性条件下で、前記廃水を、有機化合物のメタンへの生物変換に適した好熱性微生物を含む請求項１に記載の生体触媒と接触させて、処理された水およびバイオガスを提供する工程と、
ｂ．前記廃水から前記バイオガスを分離する工程と、
ｃ．前記生体触媒から前記処理された水を分離する工程と
を含む、方法。
［請求項８６］
前記微生物がメタン生成菌を含む、請求項８５に記載の方法。
［請求項８７］
処理されている前記水中の微生物の濃度が、少なくとも約１００グラム／リットルである、請求項８６に記載の方法。
［請求項８８］
生物変換が可能な微生物を使用する、基質の生体生成物への生物変換のための連続的方法であって、前記生体生成物は、前記微生物に対して毒性であり、
ａ．水性媒体を含む少なくとも１つの第１のバイオリアクタに、基質および水性媒体を連続的に供給する工程であって、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタは、前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒をその中に有する、工程と、
ｂ．代謝条件下で前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタを維持する工程、および定常状態の条件を維持し、前記基質の一部分を生物変換するのに十分な水力学的滞留時間を提供するのに十分な速度で、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタから第１のリアクタ流出物を連続的に引き出す工程であって、前記第１のバイオリアクタ流出物は、消費されていない基質および生体生成物を含み、前記少なくとも１つの第１のバイオリアクタ中の前記生体生成物への前記生物変換活性は、第１の速度である、工程と、
ｃ．水性媒体を含む少なくとも１つの引き続くバイオリアクタへと、前記引き出された第１のバイオリアクタ流出物を連続的に供給する工程であって、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタは、前記微生物を含む請求項１に記載の生体触媒をその中に有する、工程と、
ｄ．代謝条件下で前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタを維持する工程、および定常状態の条件を維持し、前記基質の少なくとも一部分を生物変換するのに十分な水力学的滞留時間を提供するのに十分な速度で、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタから引き続くバイオリアクタ流出物を連続的に引き出す工程であって、前記引き続くバイオリアクタ流出物は、生体生成物を含み、前記少なくとも１つの引き続くバイオリアクタ中の前記生体生成物への前記生物変換活性は、第１の速度よりも低い第２の速度である、工程と、
ｅ．生成物回収のために前記引き出された引き続くバイオリアクタ流出物から、生体生成物に富んだ流れを連続的に分離して、残留水性流を提供する工程と、
ｆ．前記残留水性流の少なくとも一部分を、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタへと連続的にリサイクルする工程と
を含む、方法。
［請求項８９］
前記生体生成物が、前記水性媒体において別々の液相を形成することが可能であり、少なくとも、少なくとも１つの引き続くバイオリアクタにおいて、前記生体生成物の濃縮が別々の液相を形成し、前記引き続くバイオリアクタ流出物が相分離に供されて、生体生成物含有相および残留水性相を提供する、請求項８８に記載の方法。
［請求項９０］
基質をブタノールに生物変換するための方法であって、
ａ．水性媒体を請求項１に記載の生体触媒と接触させる工程であって、前記生体触媒は、前記基質をブタノールに生物変換することが可能な微生物を含み、前記水性媒体は、前記微生物のための栄養素の存在を含む代謝条件下で維持され、前記基質を含む、工程と、
ｂ．前記基質の少なくとも一部分をブタノールに生物変換するのに十分な時間にわたって、前記水性媒体と前記生体触媒との間の接触を維持する工程と、
ｃ．前記水性媒体からブタノールを回収する工程と
を含む、方法。
［請求項９１］
前記ブタノールが、前記水性媒体中で別々の液相を形成する、請求項９０に記載の方法。
［請求項９２］
前記ブタノールが、イソブタノールまたはｎ−ブタノールである、請求項９１に記載の方法。
【０４３６】
付属書Ａ
代表的な微生物には、限定なしに以下が含まれる：Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ種、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ  ａｃｅｔｉ、Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ、Ａｃｉｄｉｐｈｉｌｉｕｍ、Ａｃｉｄｏｖｏｒａｘ  ｄｅｌａｆｉｅｌｄｉ  Ｐ４−１、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ種（Ａ．ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ）、Ａｃｔｉｎｏｍａｄｕｒａ、Ａｃｔｉｎｏｐｌａｎｅｓ、Ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ、Ａｅｒｏｐｙｒｕｍ  ｐｅｒｎｉｘ、Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ種（Ａ．ｄｅｎｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、Ａｌｌｏｉｏｃｏｃｃｕｓ  ｏｔｉｔｉｓ、Ａｎｃｙｌｏｂａｃｔｅｒ  ａｑｕａｔｉｃｕｓ、Ａｎａｎａｓ  ｃｏｍｏｓｕｓ（Ｍ）、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ種、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｌｆｕｒｏｕｓ、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ種（Ａ．ｐｒｏｔｏｐｈｏｒｍｉａｅ）、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ種、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｎｉｇｅｒ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｏｒｙｚｅ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｍｅｌｌｅｕｓ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｐｕｌｖｅｒｕｌｅｎｔｕｓ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｓａｉｔｏｉ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｓｏｊｅａ、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ  ｕｓａｍｉｉ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｌｃａｌｏｐｈｉｌｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｉｒｃｕｌａｎｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｌａｕｓｉｉ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｅｒｅｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｅｎｔｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍａｃｅｒａｎｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉａ種、Ｂｉｆｉｄｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ種ＨＬ４、Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ種、Ｂｒｅｖｉｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ、Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ  ｃｅｐａｃｉａ、Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ  ｊｅｊｕｎｉ、Ｃａｎｄｉｄａ種、Ｃａｎｄｉｄａ  ｃｙｌｉｎｄｒａｃｅａ、Ｃａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ、Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ（Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ  ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｆｏｒｍａｎｓ）、Ｃａｒｉｃａ  ｐａｐａｙａ（Ｌ）、Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ、Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ  ｅｒｒａｔｉｃｕｍ、Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ  ｇｒａｃｉｌｅ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ種、Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ種、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｋｌｕｙｖｅｒｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ、Ｃｏｒｎｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ種  株ｍ１５、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ（ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｅｆｆｌｃｉｅｎｓ、Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｒａｄｉｏｐｈｉｌｕｓ、Ｄｅｋｋｅｒａ、Ｄｅｋｋｅｒａ  ｂｒｕｘｅｌｌｅｎｓｉｓ、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ、Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ種、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆａｅｃｉｕｍ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｇａｌｌｉｎａｒｉｕｍ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ、Ｅｒｗｉｎｉａ種、Ｅｒｗｉｎｉａ  ｃｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｉ、Ｇｌｉｃｏｎｏｂａｃｔｅｒ、Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ種、Ｈａｎｓｅｎｕｌａ種、Ｈａｌｏａｒｃｕｌａ、Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｉｎｓｏｌｅｎｓ、Ｈｕｍｉｃｏｌａ  ｎｓｏｌｅｎｓ、Ｋｉｔａｓａｔｏｓｐｏｒａ  ｓｅｔａｅ、Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ種、Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｏｘｙｔｏｃａ、Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ種、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｆｒａｇｉｌｉｓ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｓ、Ｋｏｃｕｒｉａ、Ｌａｃｔｌａｃｔｉｓ、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ種、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｍｅｎｔｕｍ、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓａｋｅ、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ、Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ  ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｕｍ  ＯＢ３ｂ、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｐｏｒｏｖｉｂｒｉｏ  ｍｅｔｈａｎｉｃａ  ８１２、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ種  Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ種、Ｍｅｔｈａｎｏｍｏｎａｓ種、Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｉｕｍ、Ｍｅｔｈａｎｏｌｏｂｕｓ  ｓｉｃｉｌｉａｅ、Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ  ｏｒｇａｎｏｐｈｉｌｕｍ、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｅｒｉｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｂｒｙａｎｔｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｐｌａｎｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ種、Ｍｅｔｈａｎｏｌｏｂｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｃｕｌｌｅｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｅｔａ種、Ｍｅｔｈａｎｏｐｙｒｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｒｐｕｓｃｕｌｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ、Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ種、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ種、Ｍｉｃｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｉｍｐｅｒｉａｌｅ、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｌｙｓｏｄｅｉｋｔｉｃｕｓ、Ｍｉｃｒｏｌｕｎａｔｕｓ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ（例えば、Ｍｏｏｒｅｌｌａ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ）、Ｍｏｒａｘｅｌｌａ種（株Ｂ）、Ｍｏｒｇａｎｅｌｌａ、Ｍｕｃｏｒ  ｊａｖａｎｉｃｕｓ、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種  株ＧＰ１、Ｍｙｒｏｔｈｅｃｉｕｍ、Ｎｅｐｔｕｎｏｍｏｎａｓ  ｎａｐｈｔｈｏｖｏｒａｎｓ、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ（Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ  ｅｕｒｏｐｅａ）、Ｎｉｔｚｃｈｉａ種、Ｎｏｃａｒｄｉａ種、Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ種、Ｐａｎｔｏｅａ、Ｐａｐａｙａ  ｃａｒｉｃａ、Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ  ｈａｌｏｐｈｉｌｕｓ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｃａｍｅｍｂｅｒｔｉ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｃｉｔｒｉｎｕｍ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｒｏｑｕｅｆｏｒｔｉ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｕｍ  ｌｉｌａｃｔｉｎｕｍ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｕｍ  ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ、Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ  ｃｈｒｙｓｏｐｏｒｉｕｍ、Ｐｉｃｈｉａ種、Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ  ｐａｎｔｏｔｒｏｐｈｕｓ、Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ  ｏｓｔｒｅａｔｕｓ、Ｐｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ種、Ｐｒｏｔｅｕｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ（Ｐ．ｐａｖｏｎａｃｅａｅ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ＡＤＰ、Ｐ．ｓｔｕｔｚｅｒｉ、Ｐ．ｐｕｔｉｄａ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  株ＰＳ１、Ｐ．ｃｅｐａｃｉａ  Ｇ４、Ｐ．ｍｅｄｏｃｉｎａ  ＫＲ、Ｐ．ｐｉｃｋｅｔｔｉ  ＰＫ０１、Ｐ．ｖｅｓｉｃｕｌａｒｉｓ、Ｐ．ｐａｕｃｉｍｏｂｉｌｉｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ．種ＤＬＣ−Ｐ１１、Ｐ．ｍｅｎｄｏｃｉｎａ、Ｐ．ｃｈｉｃｈｈｏｒｉ、株ＩＳＴ  １０３）、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ、Ｒａｌｓｔｏｎｉａ種、Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ、Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ  ｍｉｅｈｅｉ、Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ  ｐｕｓｉｌｌｕｓ  Ｌｉｎｄｔ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｄｅｌｅｍａｒ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｊａｐｏｎｉｃｕｓ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｎｉｖｅｕｓ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｏｒｙｚａｅ、Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｏｌｉｇｏｓｐｏｒｕｓ、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ、（Ｒ．ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ、Ｒ．ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ  ＮＣＩＭＢ  １３０６４）、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ種、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕ種、Ｓｃｌｅｒｏｔｉｎａ  ｌｉｂｅｒｔｉｎａ、Ｓｅｒｒａｔｉａ種、Ｓｈｉｇｅｌｌａ、Ｓｐｈｉｎｇｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｍｕｌｔｉｖｏｒｕｍ、Ｓｐｈｉｎｇｏｂｉｕｍ（Ｓｐｈｉｎｇｂｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｌｉｃｕｍ）、Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ（Ｓ．ｙａｎｏｉｋｕｙａｅ、Ｓ．種ＲＷ１）、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ  Ｙ−Ｉ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｇｒｉｓｅｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｌｉｖｉｄａｎｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｍｕｒｉｎｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｒｕｂｉｇｉｎｏｓｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｖｉｏｌａｃｅｏｒｕｂｅｒ、Ｓｔｒｅｐｔｏｖｅｒｔｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｍｏｂａｒａｅｎｓｅ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ種、Ｔｅｔｒａｇｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｔｈｅｒｍｕｓ、Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａ  ｐａｎｔｏｔｒｏｐｈａ、Ｔｒａｍｅｔｅｓ、Ｔｒａｍｅｔｅｓ  ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｌｏｎｇｉｂｒａｃｈｉａｔｕｍ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｒｅｅｓｅｉ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ  ｖｉｒｉｄｅ、Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ種、Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ  ｐｅｎｉｃｉｌｌａｔｕｍ、Ｖｉｂｒｉｏ  ａｌｇｉｎｏｌｙｔｉｃｕｓ、Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ、Ｘａｎｔｈｏｂａｃｔｅｒ種（Ｘ．ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ  ＧＪ１０、Ｘ．ｆｌａｖｕｓ）、酵母、Ｙ��ｒｒｏｗ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ、Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｒｏｕｘｉｉ、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ種、Ｚｙｍｏｍｏｎｕｓ  ｍｏｂｉｌｉｓ、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｓｕｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｌｏｖｌｅｙｉ、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ  ｍｅｔａｌｌｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｓ、Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ  ｆｉｂｒｉｓｏｌｖｅｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｅｌｌｏｂｉｏｐａｒｕｍ、Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ  ａｌｂｕｓ、Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｌａｖｅｆａｃｉｅｎｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｌｖｅｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｌｖｅｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｃｅｌｌｕｌｏｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ、Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｌｖｅｎｓおよびＡｃｅｔｉｖｉｂｒｉｏ  ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｓ  Ｇｌｉｒｉｃｉｄｉａ種、Ａｌｂｉｚｉａ種、またはＰａｒｔｈｅｎｉｕｍ種  Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｂａｓｉｌｅｎｓｉｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｃａｍｐｉｎｅｎｓｉｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｇｉｌａｒｄｉ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｌａｈａｒｓｉｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｏｘａｌａｔｉｃｕｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｐａｕｃｕｌｕｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｐｉｎａｔｕｂｏｎｅｎｓｉｓ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｒｅｓｐｉｒａｃｕｌｉ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｔａｉｗａｎｅｎｓｉｓ、Ｏｌｉｇｏｔｒｏｐｈａ  ｃａｒｂｏｘｉｄｏｖｏｒａｎｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ種、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｔｈｉｏｘｉｄａｎｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏｎｃｒｅｔｉｖｏｒｕｓ、Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｌｂｅｒｔｅｎｓｉｓ、Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃａｌｄｕｓ、Ａｃｉｄｉｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｕｐｒｉｔｈｅｒｍｉｃｕｓ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐａｌｕｓｔｒｉｓ、Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ  ｓｐｈ
ａｅｒｏｉｄｅｓ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｃａｐｓｕｌａｔｅ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｃｉｄｏｐｈｉｌａ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｖｉｒｉｄｉｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ａｃｅｔｏｘｉｄａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｋｕｚｎｅｔｓｏｖｉｉ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｎｉｇｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｃａｒｂｏｘｙｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ｂａｒｋｅｒｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｔｈｅｒｍｕｓ  ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｆｏｒｍａｎｓ、Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｗｏｏｄｉｉ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ  ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｐｅｐｔｏｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｕｓ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐａｌｕｓｔｒｉｓ  Ｐ４、Ｒｕｂｒｉｖｉｖａｘ  ｇｅｌａｔｉｎｏｓｕｓ、Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ種Ｙ１９、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ａｃｅｔｉｖｏｒａｎｓ  Ｃ２Ａ、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ  ｂａｒｋｅｒｉ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓｐｏｒｏｓｉｎｕｓ  ｏｒｉｅｎｔｉｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ  ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ  ｖｕｌｇａｒｉｓ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｃａｒｂｏｘｙｄｉｂｒａｃｈｉｕｍ  ｐａｃｉｆｉｃｕｓ、Ｃａｒｂｏｘｙｄｏｃｅｌｌａ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｔｈｅｒｍｉｎｃｏｌａ  ｃａｒｂｏｘｙｄｉｐｈｉｌａ、Ｔｈｅｒｍｏｌｉｔｈｏｂａｃｔｅｒ  ｃａｒｂｏｘｙｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｔｈｅｒｍｏｓｉｎｕｓ  ｃａｒｂｏｘｙｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｏｂａｃｔｅｒ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｃａｒｂｏｘｙｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｋｕｚｎｅｔｓｏｖｉｉ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｎｉｇｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ  ｔｈｅｒｍｏｂｅｎｚｏｉｃｕｍ亜種ｔｈｅｒｍｏｓｙｎｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒ  ｆｕｍａｒｏｘｉｄａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｉｄｕｒｉｃｉ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ  ａｊｒｉｃａｎｕｓ、Ｃ．ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｍ、Ｃ．ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｍ  ＤＳＭ  ５２５、Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｏｌｙｍｙｘａ、Ａｃａｎｔｈｏｃｅｒａｓ、Ａｃａｎｔｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｃａｒｙｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ａｃｈｎａｎｔｈｅｓ、Ａｃｈｎａｎｔｈｉｄｉｕｍ、Ａｃｔｉｎａｓｔｒｕｍ、Ａｃｔｉｎｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ａｃｔｉｎｏｃｙｃｌｕｓ、Ａｃｔｉｎｏｔａｅｎｉｕｍ、Ａｍｐｈ���ｃｈｒｙｓｉｓ、Ａｍｐｈｉｄｉｎｉｕｍ、Ａｍｐｈｉｋｒｉｋｏｓ、Ａｍｐｈｉｐｌｅｕｒａ、Ａｍｐｈｉｐｒｏｒａ、Ａｍｐｈｉｔｈｒｉｘ、Ａｍｐｈｏｒａ、Ａｎａｂａｅｎａ、Ａｎａｂａｅｎｏｐｓｉｓ、Ａｎｅｕｍａｓｔｕｓ、Ａｎｋｉｓｔｒｏｄｅｓｍｕｓ、Ａｎｋｙｒａ、Ａｎｏｍｏｅｏｎｅｉｓ、Ａｐａｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｐｈａｎｉｚｏｍｅｎｏｎ、Ａｐｈａｎｏｃａｐｓａ、Ａｐｈａｎｏｃｈａｅｔｅ、Ａｐｈａｎｏｔｈｅｃｅ、Ａｐｉｏｃｙｓｔｉｓ、Ａｐｉｓｔｏｎｅｍａ、Ａｒｔｈｒｏｄｅｓｍｕｓ、Ａｒｔｈｅｒｏｓｐｉｒａ、Ａｓｃｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ａｓｔｅｒｉｏｎｅｌｌａ、Ａｓｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｕｄｏｕｉｎｅｌｌａ、Ａｕｌａｃｏｓｅｉｒａ、Ｂａｃｉｌｌａｒｉａ、Ｂａｌｂｉａｎｉａ、Ｂａｍｂｕｓｉｎａ、Ｂａｎｇｉａ、Ｂａｓｉｃｈｌａｍｙｓ、Ｂａｔｒａｃｈｏｓｐｅｒｍｕｍ、Ｂｉｎｕｃｌｅａｒｉａ、Ｂｉｔｒｉｃｈｉａ、Ｂｌｉｄｉｎｇｉａ、Ｂｏｔｒｄｉｏｐｓｉｓ、Ｂｏｔｒｙｄｉｕｍ、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ、Ｂｏｔｒｙｏｓｐｈａｅｒｅｌｌａ、Ｂｒａｃｈｉｏｍｏｎａｓ、Ｂｒａｃｈｙｓｉｒａ、Ｂｒａｃｈｙｔｒｉｃｈｉａ、Ｂｒｅｂｉｓｓｏｎｉａ、Ｂｕｌｂｏｃｈａｅｔｅ、Ｂｕｍｉｌｌｅｒｉａ、Ｂｕｍｉｌｌｅｒｉｏｐｓｉｓ、Ｃａｌｏｎｅｉｓ、Ｃａｌｏｔｈｒｉｘ、Ｃａｍｐｙｌｏｄｉｓｃｕｓ、Ｃａｐｓｏｓｉｐｈｏｎ、Ｃａｒｔｅｒｉａ、Ｃａｔｅｎａ、Ｃａｖｉｎｕｌａ、Ｃｅｎｔｒｉｔｒａｃｔｕｓ、Ｃｅｎｔｒｏｎｅｌｌａ、Ｃｅｒａｔｉｕｍ、Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ、Ｃｈａｅｔｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｃｈａｅｔｏｍｏｒｐｈａ、Ｃｈａｅｔｏｎｅｌｌａ、Ｃｈａｅｔｏｎｅｍａ、Ｃｈａｅｔｏｐｅｌｔｉｓ、Ｃｈａｅｔｏｐｈｏｒａ、Ｃｈａｅｔｏｓｐｈａｅｒｉｄｉｕｍ、Ｃｈａｍａｅｓｉｐｈｏｎ、Ｃｈａｒａ、Ｃｈａｒａｃｉｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｃｈａｒａｃｉｏｐｓｉｓ、Ｃｈａｒａｃｉｕｍ、Ｃｈａｒａｌｅｓ、Ｃｈｉｌｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｌａｉｎｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｂｌｅｐｈａｒｉｓ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｃａｐｓａ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎｏｐｓｉｓ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｙｘａ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｎｅｐｈｒｉｓ、Ｃｈｌｏｒａｎｇｉｅｌｌａ、Ｃｈｌｏｒａｎｇｉｏｐｓｉｓ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ、Ｃｈｌｏｒｏｂｏｔｒｙｓ、Ｃｈｌｏｒｏｂｒａｃｈｉｓ、Ｃｈｌｏｒｏｃｈｙｔｒｉｕｍ、Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃｕｍ、Ｃｈｌｏｒｏｇｌｏｅａ、Ｃｈｌｏｒｏｇｌｏｅｏｐｓｉｓ、Ｃｈｌｏｒｏｇｏｎｉｕｍ、Ｃｈｌｏｒｏｌｏｂｉｏｎ、Ｃｈｌｏｒｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｓｅｍａ、Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ、Ｃｈｌｏｒｏｓａｃｃｕｓ、Ｃｈｌｏｒｏｓａｒｃｉｎａ、Ｃｈｏｒｉｃｙｓｔｉｓ、Ｃｈｒｏｍｏｐｈｙｔｏｎ、Ｃｈｒｏｍｕｌｉｎａ、Ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｉｄｉｏｐｓｉｓ、Ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｕｓ、Ｃｈｒｏｏｄａｃｔｙｌｏｎ、Ｃｈｒｏｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｒｏｏｔｈｅｃｅ、Ｃｈｒｙｓａｍｏｅｂａ、Ｃｈｒｙｓａｐｓｉｓ、Ｃｈｒｙｓｉｄｉａｓｔｒｕｍ、Ｃｈｒｙｓｏｃａｐｓａ、Ｃｈｒｙｓｏｃａｐｓｅｌｌａ、Ｃｈｒｙｓｏｃｈａｅｔｅ、Ｃｈｒｙｓｏｃｈｒｏｍｕｌｉｎａ、Ｃｈｒｙｓｏｃｏｃ���ｕｓ、Ｃｈｒｙｓｏｃｒｉｎｕｓ、Ｃｈｒｙｓｏｌｅｐｉｄｏｍｏｎａｓ、Ｃｈｒｙｓｏｌｙｋｏｓ、Ｃｈｒｙｓｏｎｅｂｕｌａ、Ｃｈｒｙｓｏｐｈｙｔａ、Ｃｈｒｙｓｏｐｙｘｉｓ、Ｃｈｒｙｓｏｓａｃｃｕｓ、Ｃｈｒｙｓｏｐｈａｅｒｅｌｌａ、Ｃｈｒｙｓｏｓｔｅｐｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ、Ｃｌｏｄｏｐｈｏｒａ、Ｃｌａｓｔｉｄｉｕｍ、Ｃｌｏｓｔｅｒｉｏｐｓｉｓ、Ｃｌｏｓｔｅｒｉｕｍ、Ｃｏｃｃｏｍｙｘａ、Ｃｏｃｃｏｎｅｉｓ、Ｃｏｅｌａｓｔｒｅｌｌａ、Ｃｏｅｌａｓｔｒｕｍ、Ｃｏｅｌｏｓｐｈａｅｒｉｕｍ、Ｃｏｅｎｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｃｏｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｃｏｅｎｏｃｙｓｔｉｓ、Ｃｏｌａｃｉｕｍ、Ｃｏｌｅｏｃｈａｅｔｅ、Ｃｏｌｌｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｃｏｍｐｓｏｇｏｎｏｐｓｉｓ、Ｃｏｍｐｓｏｐｏｇｏｎ、Ｃｏｎｊｕｇａｔｏｐｈｙｔａ、Ｃｏｎｏｃｈａｅｔｅ、Ｃｏｒｏｎａｓｔｒｕｍ、Ｃｏｓｍａｒｉｕｍ、Ｃｏｓｍｉｏｎｅｉｓ、Ｃｏｓｍｏｃｌａｄｉｕｍ、Ｃｒａｔｅｒｉｐｏｒｔｕｌａ、Ｃｒａｔｉｃｕｌａ、Ｃｒｉｎａｌｉｕｍ、Ｃｒｕｃｉｇｅｎｉａ、Ｃｒｕｃｉｇｅｎｉｅｌｌａ、Ｃｒｙｐｔｏａｕｌａｘ、Ｃｒｙｐｔｏｍｏｎａｓ、Ｃｒｙｐｔｏｐｈｙｔａ、Ｃｔｅｎｏｐｈｏｒａ、Ｃｙａｎｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｃｙａｎｏｎｅｐｈｒｏｎ、Ｃｙａｎｏｐｈｏｒａ、Ｃｙａｎｏｐｈｙｔａ、Ｃｙａｎｏｔｈｅｃｅ、Ｃｙａｎｏｔｈｏｍｏｎａｓ、Ｃｙｃｌｏｎｅｘｉｓ、Ｃｙｃｌｏｓｔｅｐｈａｎｏｓ、Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ、Ｃｙｌｉｎｄｒｏｃａｐｓａ、Ｃｙｌｉｎｄｒｏｃｙｓｔｉｓ、Ｃｙｌｉｎｄｒｏｓｐｅｒｍｕｍ、Ｃｙｌｉｎｄｒｏｔｈｅｃａ、Ｃｙｍａｔｏｐｌｅｕｒａ、Ｃｙｍｂｅｌｌａ、Ｃｙｍｂｅｌｌｏｎｉｔｚｓｃｈｉａ、Ｃｙｓｔｏｄｉｎｉｕｍ  Ｄａｃｔｙｌｏｃｏｃｃｏｐｓｉｓ、Ｄｅｂａｒｙａ、Ｄｅｎｔｉｃｕｌａ、Ｄｅｒｍａｔｏｃｈｒｙｓｉｓ、Ｄｅｒｍｏｃａｒｐａ、Ｄｅｒｍｏｃａｒｐｅｌｌａ、Ｄｅｓｍａｔｒａｃｔｕｍ、Ｄｅｓｍｉｄｉｕｍ、Ｄｅｓｍｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｍｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｍｏｓｉｐｈｏｎ、Ｄｉａｃａｎｔｈｏｓ、Ｄｉａｃｒｏｎｅｍａ、Ｄｉａｄｅｓｍｉｓ、Ｄｉａｔｏｍａ、Ｄｉａｔｏｍｅｌｌａ、Ｄｉｃｅｌｌｕｌａ、Ｄｉｃｈｏｔｈｒｉｘ、Ｄｉｃｈｏｔｏｍｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｉｃｒａｎｏｃｈａｅｔｅ、Ｄｉｃｔｙｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｄｉｃｔｙｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｉｃｔｙｏｓｐｈａｅｒｉｕｍ、Ｄｉｄｙｍｏｃｙｓｔｉｓ、Ｄｉｄｙｍｏｇｅｎｅｓ、Ｄｉｄｙｍｏｓｐｈｅｎｉａ、Ｄｉｌａｂｉｆｉｌｕｍ、Ｄｉｍｏｒｐｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｉｎｏｂｒｙｏｎ、Ｄｉｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｉｐｌｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｄｉｐｌｏｎｅｉｓ、Ｄｉｐｌｏｓｔａｕｒｏｎ、Ｄｉｓｔｒｉｏｎｅｌｌａ、Ｄｏｃｉｄｉｕｍ、Ｄｒａｐａｒｎａｌｄｉａ、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ、Ｄｙｓｍｏｒｐｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ｅｃｂａｌｌｏｃｙｓｔｉｓ、Ｅｌａｋａｔｏｔｈｒｉｘ、Ｅｌｌｅｒｂｅｃｋｉａ、Ｅｎｃｙｏｎｅｍａ、Ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ、Ｅｎｔｏｃｌａｄｉａ、Ｅｎｔｏｍｏｎｅｉｓ、Ｅｎｔｏｐｈｙｓａｌｉｓ、Ｅｐｉｃｈｒｙｓｉｓ、Ｅｐｉｐｙｘｉｓ、Ｅｐｉｔｈｅｍｉａ、Ｅｒｅｍｏｓｐｈａｅｒａ、Ｅｕａｓｔｒｏｐｓｉｓ、Ｅｕａｓｔｒｕｍ、Ｅｕｃ��ｐｓｉｓ、Ｅｕｃｏｃｃｏｎｅｉｓ、Ｅｕｄｏｒｉｎａ、Ｅｕｇｌｅｎａ、Ｅｕｇｌｅｎｏｐｈｙｔａ、Ｅｕｎｏｔｉａ、Ｅｕｓｔｉｇｍａｔｏｐｈｙｔａ、Ｅｕｔｒｅｐｔｉａ、Ｆａｌｌａｃｉａ、Ｆｉｓｃｈｅｒｅｌｌａ、Ｆｒａｇｉｌａｒｉａ、Ｆｒａｇｉｌａｒｉｆｏｒｍａ、Ｆｒａｎｃｅｉａ、Ｆｒｕｓｔｕｌｉａ、Ｃｕｒｃｉｌｌａ、Ｇｅｍｉｎｅｌｌａ、Ｇｅｎｉｃｕｌａｒｉａ、Ｇｌａｕｃｏｃｙｓｔｉｓ、Ｇｌａｕｃｏｐｈｙｔａ、Ｇｌｅｎｏｄｉｎｉｏｐｓｉｓ、Ｇｌｅｎｏｄｉｎｉｕｍ、Ｇｌｏｅｏｃａｐｓａ、Ｇｌｏｅｏｃｈａｅｔｅ、Ｇｌｏｅｏｃｈｒｙｓｉｓ、Ｇｌｏｅｏｃｏｃｃｕｓ、Ｇｌｏｅｏｃｙｓｔｉｓ、Ｇｌｏｅｏｄｅｎｄｒｏｎ、Ｇｌｏｅｏｍｏｎａｓ、Ｇｌｏｅｏｐｌａｘ、Ｇｌｏｅｏｔｈｅｃｅ、Ｇｌｏｅｏｔｉｌａ、Ｇｌｏｅｏｔｒｉｃｈｉａ、Ｇｌｏｉｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｇｏｌｅｎｋｉｎｉａ、Ｇｏｌｅｎｋｉｎｉｏｐｓｉｓ、Ｇｏｍｏｎｔｉａ、Ｇｏｍｐｈｏｃｙｍｂｅｌｌａ、Ｇｏｍｐｈｏｎｅｍａ、Ｇｏｍｐｈｏｓｐｈａｅｒｉａ、Ｇｏｎａｔｏｚｙｇｏｎ、Ｇｏｎｇｒｏｓｉａ、Ｇｏｎｇｒｏｓｉｒａ、Ｇｏｎｉｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｇｏｎｉｕｍ、Ｇｏｎｙｏｓｔｏｍｕｍ、Ｇｒａｎｕｌｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｇｒａｎｕｌｏｃｙｓｔｏｐｓｉｓ、Ｇｒｏｅｎｂｌａｄｉａ、Ｇｙｍｎｏｄｉｎｉｕｍ、Ｇｙｍｎｏｚｙｇａ、Ｇｙｒｏｓｉｇｍａ、Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｈａｆｎｉｏｍｏｎａｓ、Ｈａｌｌａｓｓｉａ、Ｈａｍｍａｔｏｉｄｅａ、Ｈａｎｎａｅａ、Ｈａｎｔｚｓｃｈｉａ、Ｈａｐａｌｏｓｉｐｈｏｎ、Ｈａｐｌｏｔａｅｎｉｕｍ、Ｈａｐｔｏｐｈｙｔａ、Ｈａｓｌｅａ、Ｈｅｍｉｄｉｎｉｕｍ、Ｈｅｍｉｔｏｍａ、Ｈｅｒｉｂａｕｄｉｅｌｌａ、Ｈｅｔｅｒｏｍａｓｔｉｘ、Ｈｅｔｅｒｏｔｈｒｉｘ、Ｈｉｂｂｅｒｄｉａ、Ｈｉｌｄｅｎｂｒａｎｄｉａ、Ｈｉｌｌｅａ、Ｈｏｌｏｐｅｄｉｕｍ、Ｈｏｍｏｅｏｔｈｒｉｘ、Ｈｏｒｍａｎｔｈｏｎｅｍａ、Ｈｏｒｍｏｔｉｌａ、Ｈｙａｌｏｂｒａｃｈｉｏｎ、Ｈｙａｌｏｃａｒｄｉｕｍ、Ｈｙａｌｏｄｉｓｃｕｓ、Ｈｙａｌｏｇｏｎｉｕｍ、Ｈｙａｌｏｔｈｅｃａ、Ｈｙｄｒｉａｎｕｍ、Ｈｙｄｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｈｙｄｒｏｃｏｌｅｕｍ、Ｈｙｄｒｏｃｏｒｙｎｅ、Ｈｙｄｒｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｈｙｄｒｏｓｅｒａ、Ｈｙｄｒｕｒｕｓ、Ｈｙｅｌｌａ、Ｈｙｍｅｎｏｍｏｎａｓ、Ｉｓｔｈｍｏｃｈｌｏｒｏｎ、Ｊ
ｏｈａｎｎｅｓｂａｐｔｉｓｔｉａ、Ｊｕｒａｎｙｉｅｌｌａ、Ｋａｒａｙｅｖｉａ、Ｋａｔｈａｂｌｅｐｈａｒｉｓ、Ｋａｔｏｄｉｎｉｕｍ、Ｋｅｐｈｙｒｉｏｎ、Ｋｅｒａｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｋｉｒｃｈｎｅｒｉｅｌｌａ、Ｋｌｅｂｓｏｒｍｉｄｉｕｍ、Ｋｏｌｂｅｓｉａ、Ｋｏｌｉｅｌｌａ、Ｋｏｍａｒｅｋｉａ、Ｋｏｒｓｈｉｋｏｖｉｅｌｌａ、Ｋｒａｓｋｅｌｌａ、Ｌａｇｅｒｈｅｉｍｉａ、Ｌａｇｙｎｉｏｎ、Ｌａｍｐｒｏｔｈａｍｎｉｕｍ、Ｌｅｍａｎｅａ、Ｌｅｐｏｃｉｎｃｌｉｓ、Ｌｅｐｔｏｓｉｒａ、Ｌｏｂｏｃｏｃｃｕｓ、Ｌｏｂｏｃｙｓｔｉｓ、Ｌｏｂｏｍｏｎａｓ、Ｌｕｔｉｃｏｌａ、Ｌｙｎｇｂｙａ、Ｍａｌｌｅｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｍａｌｌｏｍｏｎａｓ、Ｍａｎｔｏｎｉｅｌｌａ、Ｍａｒｓｓｏｎｉｅｌｌａ、Ｍａｒｔｙａｎａ、Ｍａｓｔｉｇｏｃｏｌｅｕｓ、Ｇａｓｔｏｇｌｏｉａ、Ｍｅｌｏｓｉｒａ、Ｍｅｒｉｓｍｏｐｅｄｉａ、Ｍｅｓｏｓｔｉｇｍａ、Ｍｅｓｏｔａｅｎｉｕｍ、Ｍｉｃｒａｃｔｉｎｉｕｍ、Ｍｉｃｒａｓｔｅｒｉａｓ、Ｍｉｃｒｏｃｈａｅｔｅ、Ｍｉｃｒｏｃｏｌｅｕｓ、Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ、Ｍｉｃｒｏｇｌｅｎａ、Ｍｉｃｒｏｍｏｎａｓ、Ｍｉｃｒｏｓｐｏｒａ、Ｍｉｃｒｏｔｈａｍｎｉｏｎ、Ｍｉｓｃｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ｍｏｎｏｃｈｒｙｓｉｓ、Ｍｏｎｏｄｕｓ、Ｍｏｎｏｍａｓｔｉｘ、Ｍｏｎｏｒａｐｈｉｄｉｕｍ、Ｍｏｎｏｓｔｒｏｍａ、Ｍｏｕｇｅｏｔｉａ、Ｍｏｕｇｅｏｔｉｏｐｓｉｓ、Ｍｙｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｍｙｒｏｍｅｃｉａ、Ｍｙｘｏｓａｒｃｉｎａ、Ｎａｅｇｅｌｉｅｌｌａ、Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｎａｕｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｎａｖｉｃｕｌａ、Ｎｅｇｌｅｃｔｅｌｌａ、Ｎｅｉｄｉｕｍ、Ｎｅｐｈｒｏｃｌａｍｙｓ、Ｎｅｐｈｒｏｃｙｔｉｕｍ、Ｎｅｐｈｒｏｄｉｅｌｌａ、Ｎｅｐｈｒｏｓｅｌｍｉｓ、Ｎｅｔｒｉｕｍ、Ｎｉｔｅｌｌａ、Ｎｉｔｅｌｌｏｐｓｉｓ、Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ、Ｎｏｄｕｌａｒｉａ、Ｎｏｓｔｏｃ、Ｏｃｈｒｏｍｏｎａｓ、Ｏｅｄｏｇｏｎｉｕｍ、Ｏｌｉｇｏｃｈａｅｔｏｐｈｏｒａ、Ｏｎｙｃｈｏｎｅｍａ、Ｏｏｃａｒｄｉｕｍ、Ｏｏｃｙｓｔｉｓ、Ｏｐｅｐｈｏｒａ、Ｏｐｈｉｏｃｙｔｉｕｍ、Ｏｒｔｈｏｓｅｉｒａ、Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ、Ｏｘｙｎｅｉｓ、Ｐａｃｈｙｃｌａｄｅｌｌａ、Ｐａｌｍｅｌｌａ、Ｐａｌｍｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｐｎａｄｏｒｉｎａ、Ｐａｎｎｕｓ、Ｐａｒａｌｉａ、Ｐａｓｃｈｅｒｉｎａ、Ｐａｕｌｓｃｈｕｌｚｉａ、Ｐｅｄｉａｓｔｒｕｍ、Ｐｅｄｉｎｅｌｌａ、Ｐｅｄｉｎｏｍｏｎａｓ、Ｐｅｄｉｎｏｐｅｒａ、Ｐｅｌａｇｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｐｅｎｉｕｍ、Ｐｅｒａｎｅｍａ、Ｐｅｒｉｄｉｎｉｏｐｓｉｓ、Ｐｅｒｉｄｉｎｉｕｍ、Ｐｅｒｏｎｉａ、Ｐｅｔｒｏｎｅｉｓ、Ｐｈａｃｏｔｕｓ、Ｐｈａｃｕｓ、Ｐｈａｅａｓｔｅｒ、Ｐｈａｅｏｄｅｒｍａｔｉｕｍ、Ｐｈａｅｏｐｈｙｔａ、Ｐｈａｅｏｓｐｈａｅｒａ、Ｐｈａｅｏｔｈａｍｎｉｏｎ、Ｐｈｏｒｍｉｄｉｕｍ、Ｐｈｙｃｏｐｅｌｔｉｓ、Ｐｈｙｌｌａｒｉｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｐｈｙｌｌｏｃａｒｄｉｕｍ、Ｐｈｙｌｌｏｍｉｔａｓ、Ｐｉｎｎｕｌａｒｉａ、Ｐｉｔｏｐｈｏｒａ、Ｐｌａｃｏｎｅｉｓ、Ｐｌａｎｃｔｏｎｅｍａ、Ｐｌａｎｋｔｏｓｐｈａｅｒｉａ、Ｐｌａｎｏｔｈｉｄｉｕｍ、Ｐｌｅｃｔｏｎｅｍａ、Ｐｌｅｏｄｏｒｉｎａ、Ｐｌｅｕｒａｓｔｒｕｍ、Ｐｌｅｕｒｏｃａｐｓａ、Ｐｌｅｕｒｏｃｌａｄｉａ、Ｐｌｅｕｒｏｄｉｓｃｕｓ、Ｐｌｅｕｒｏｓｉｇｍａ、Ｐｌｅｕｒｏｓｉｒａ、Ｐｌｅｕｒｏｔａｅｎｉｕｍ、Ｐｏｃｉｌｌｏｍｏｎａｓ、Ｐｏｄｏｈｅｄｒａ、Ｐｏｌｙｂｌｅｐｈａｒｉｄｅｓ、Ｐｏｌｙｃｈａｅｔｏｐｈｏｒａ、Ｐｏｌｙｅｄｒｉｅｌｌａ、Ｐｏｌｙｅｄｒｉｏｐｓｉｓ、Ｐｏｌｙｇｏｎｉｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｐｏｌｙｅｐｉｄｏｍｏｎａｓ、Ｐｏｌｙｔａｅｎｉａ、Ｐｏｌｙｔｏｍａ、Ｐｏｌｙｔｏｍｅｌｌａ、Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ、Ｐｏｓｔｅｒｉｏｃｈｒｏｍｏｎａｓ、Ｐｒａｓｉｎｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｐｒａｓｉｎｏｃｌａｄｕｓ、Ｐｒａｓｉｎｏｐｈｙｔａ、Ｐｒａｓｉｏｌａ、Ｐｒｏｃｈｌｏｒｐｈｙｔａ、Ｐｒｏｃｈｌｏｒｏｔｈｒｉｘ、Ｐｒｏｔｏｄｅｒｍａ、Ｐｒｏｔｏｓｉｐｈｏｎ、Ｐｒｏｖａｓｏｌｉｅｌｌａ、Ｐｒｙｍｎｅｓｉｕｍ、Ｐｓａｍｍｏｄｉｃｔｙｏｎ、Ｐｓａｍｍｏｔｈｉｄｉｕｍ、Ｐｓｅｕｄａｎａｂａｅｎａ、Ｐｓｅｕｄｅｎｏｃｌｏｎｉｕｍ、Ｐｓｕｅｄｏｃａｒｔｅｒｉａ、Ｐｓｅｕｄｏｃｈａｔｅ、Ｐｓｅｕｄｏｃｈａｒａｃｉｕｍ、Ｐｓｅｕｄｏｃｏｃｃｏｍｙｘａ、Ｐｓｅｕｄｏｄｉｃｔｙｏｓｐｈａｅｒｉｕｍ、Ｐｓｅｕｄｏｋｅｐｈｙｒｉｏｎ、Ｐｓｅｕｄｏｎｃｏｂｙｒｓａ、Ｐｓｅｕｄｏｑｕａｄｒｉｇｕｌａ、Ｐｓｅｕｄｏｓｐｈａｅｒｏｃｙｓｔｉｓ、Ｐｓｅｕｄｏｓｔａｕｒａｓｔｒｕｍ、Ｐｓｅｕｄｏｓｔａｕｒｏｓｉｒａ、Ｐｓｅｕｄｏｔｅｔｒａｓｔｒｕｍ、Ｐｔｅｒｏｍｏｎａｓ、Ｐｕｎｃｔａｓｔｒｕａｔａ、Ｐｙｒａｍｉｃｈｌａｍｙｓ、Ｐｙｒａｍｉｍｏｎａｓ、Ｐｙｒｒｏｐｈｙｔａ、Ｑｕａｄｒｉｃｈｌｏｒｉｓ、Ｑｕａｄｒｉｃｏｃｃｕｓ、Ｑｕａｄｒｉｇｕｌａ、Ｒａｄｉｏｃｏｃｃｕｓ、Ｒａｄｉｏｆｉｌｕｍ、Ｒａｐｈｉｄｉｏｐｓｉｓ、Ｒａｐｈｉｄｏｃｅｌｉｓ、Ｒａｐｈｉｄｏｎｅｍａ、Ｒａｐｈｉｄｏｐｈｙｔａ、Ｐｅｉｍｅｒｉａ、Ｒｈａｂｄｏｄｅｒｍａ、Ｒｈａｂｄｏｍｏｎａｓ、Ｒｈｉｚｏｃｌｏｎｉｕｍ、Ｒｈｏｄｏｍｏｎａｓ、Ｒｈｏｄｏｐｈｙｔａ、Ｒｈｏｉｃｏｓｐｈｅｎｉａ、Ｒｈｏｐａｌｏｄｉａ、Ｒｉｖｕｌａｒｉａ、Ｒｏｓｅｎｖｉｎｇｉｅｌｌａ、Ｒｏｓｓｉｔｈｉｄｉｕｍ、Ｒｏｙａ、Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ、Ｓｃｈｅｒｆｆｅｌｉａ、Ｓｃｈｉｚｏｃｈｌａｍｙｄｅｌｌａ、Ｓｃｈｉｚｏｃｈｌａｍｙｓ、Ｓｃｈｉｚｏｍｅｒｉｓ、Ｓｃｈｉｚｏｔｈｒｉｘ、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒｉａ、Ｓｃｏｌｉｏｎｅｉｓ、Ｓｃｏｔｉｅｌｌａ、Ｓｃｏｔｉｅｌｌｏｐｓｉｓ、Ｓｃｏｕｒｆｉｅｌｄｉａ、Ｓｃｙｔｏｎｅｍａ、Ｓｅｌｅｎａｓｔｒｕｍ、Ｓｅｌｅｎｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｓｅｌｌａｐｈｏｒａ、Ｓｅｍｉｏｒｂｉｓ、Ｓｉｄｅｒｏｃｅｌｉｓ、Ｄｉｄｅｒｏｃｙｓｔｏｐｓｉｓ、Ｄｉｍｏｎｓｅｎｉａ、Ｓｉｐｈｏｎｏｎｅｍａ、Ｓｉｒｏｃｌａｄｉｕｍ、Ｓｉｒｏｇｏｎｉｕｍ、Ｓｋｅｌｅｔｏｎｅｍａ、Ｓｏｒａｓｔｒｕｍ、Ｓｐｅｒｍａｔｏｚｏｐｓｉｓ、Ｓｐｈａｅｒｅｌｌｏｃｙｓｔｉｓ、Ｓｐｈａｅｒｅｌｌｏｐｓｉｓ、Ｓｐｈａｅｒｏｄｉｎｉｕｍ、Ｓｐｈａｅｒｏｐｌｅａ、Ｓｐｈａｅｒｏｚｏｓｍａ、Ｓｐｉｎｉｆｅｒｏｍｏｎａｓ、Ｓｐｉｒｏｇｙｒａ、Ｓｐｉｒｏｔａｅｎｉａ、Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ、Ｓｐｏｎｄｙｌｏｍｏｒｕｍ、Ｓｐｏｎｄｙｌｏｓｉｕｍ、Ｓｐｏｒｏｔｅｔｒａｓ、Ｓｐｕｍｅｌｌａ、Ｓｔａｕｒａｓｔｒｕｍ、Ｓｔａｕｅｒｏｄｅｓｍｕｓ、Ｓｔａｕｒｏｎｅｉｓ、Ｓｔａｕｒｏｓｉｒａ、Ｓｔａｕｒｏｓｉｒｅｌｌａ、Ｓｔｅｎｏｐｔｅｒｏｂｉａ、Ｓｔｅｐｈａｎｏｃｏｓｔｉｓ、Ｓｔｅｐｈａｎｏｄｉｓｃｕｓ、Ｓｔｅｐｈａｎｏｐｏｒｏｓ、Ｓｔｅｐｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ、Ｓｔｉｃｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｉｃｈｏｇｌｏｅａ、Ｓｔｉｇｅｏｃｌｏｎｉｕｍ、Ｓｔｉｇｏｎｅｍａ、Ｓｔｉｐｉｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｏｋｅｓｉｅｌｌａ、Ｓｔｒｏｍｂｏｍｏｎａｓ、Ｓｔｙｌｏｃｈｒｙｓａｌｉｓ、Ｓｔｙｌｏｄｉｎｉｕｍ、Ｓｔｙｌｏｙｘｉｓ、Ｓｔｙｌｏｓｐｈａｅｒｉｄｉｕｍ、Ｓｕｒｉｒｅｌｌａ、Ｓｙｋｉｄｉｏｎ、Ｓｙｍｐｌｏｃａ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ、Ｓｙｎｅｄｒａ、Ｓｙｎｏｃｈｒｏｍｏｎａｓ、Ｓｙｎｕｒａ、Ｔａｂｅｌｌａｒｉａ、Ｔａｂｕｌａｒｉａ、Ｔｅｉｌｉｎｇｉａ、Ｔｅｍｎｏｇａｍｅｔｕｍ、Ｔｅｔｍｅｍｏｒｕｓ、Ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａ、Ｔｅｔｒａｃｙｃｌｕｓ、Ｔｅｔｒａｄｅｓｍｕｓ、Ｔｅｔｒａｅｄｒｉｅｌｌａ、Ｔｅｔｒａｅｄｒｏｎ、Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ、Ｔｅｔｒａｓｐｏｒａ、Ｔｅｔｒａｓｔｒｕｍ、Ｔｈａｌａｓｓｉｏｓｉｒａ、Ｔｈａｍｎｉｏｃｈａｅｔｅ、Ｔｈｏｒａｋｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｔｈｏｒｅａ、Ｔｏｌｙｐｅｌｌａ、Ｔｏｌｙｐｏｔｈｒｉｘ、Ｔｒａｃｈｅｌｏｍｏｎａｓ、Ｔｒａｃｈｙｄｉｓｃｕｓ、Ｔｒｅｂｏｕｘｉａ、Ｔｒｅｎｔｅｐｈｏｌｉａ、Ｔｒｅｕｂａｒｉａ、Ｔｒｉｂｏｎｅｍａ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｓｍｉｕｍ、Ｔｒｉｃｈｏｄｉｓｃｕｓ、Ｔｒｏｃｈｉｓｃｉａ、Ｔｒｙｂｌｉｏｎｅｌｌａ、Ｕｌｏｔｈｒｉｘ、Ｕｒｏｇｌｅｎａ、Ｕｒｏｎｅｍａ、Ｕｒｏｓｏｌｅｎｉａ、Ｕｒｏｓｐｏｒａ、Ｕｖａ、Ｖａｃｕｏｌａｒｉａ、Ｖａｕｃｈｅｒｉａ、Ｖｏｌｖｏｘ、Ｖｏｌｖｕｌｉｎａ、Ｗｅｓｔｅｌｌａ、Ｗｏｌｏｓｚｙｎｓｋｉａ、Ｘａｎｔｈｉｄｉｕｍ、Ｘａｎｔｈｏｐｈｙｔａ、Ｘｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｚｙｇｎｅｍａ、Ｚｙｇｎｅｍｏｐｓｉｓ、Ｚｙｇｏｎｉｕｍ、Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｕｓ、Ｃｈｌｏｒｏｎｅｍａ、Ｏｓｃｉｌｌｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｈｅｌｉｏｔｈｒｉｘ、Ｈｅｒｐｅｔｏｓｉｐｈｏｎ、Ｒｏｓｅｉｆｌｅｘｕｓ、Ｔｈｅｒｍｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｃｈｌｏｒｏｂｉｕｍ、Ｃｌａｔｈｒｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ｐｒｏｓｔｈｅｃｏｃｈｌｏｒｉｓ、Ａｌｌｏｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｈａｌｏｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｉｓｏｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｍａｒｉｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｒｈｏｄｏｖｕｌｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ、Ｔｈｉｏｃａｐｓａ、Ｔｈｉｏｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ、Ｔｈｉｏｃｙｓｔｉｓ、Ｐｈａｅｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ、Ｒｈｏｄｏｂａｃａ、Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ、Ｒｈｏｄｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｒｈｏｄｏｐｉｌａ、Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｒｈｏｄｏｔｈａｌａｓｓｉｕｍ、Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ、Ｒｏｄｏｖｉｂｒｉｏ、Ｒｏｓｅｏｓｐｉｒａ、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒａｃｅａｅ種、Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒ種、Ｎｉｔｒｏｓｐｉｎａ種、Ｎｉｔｒｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｎｉｔｒｏｓｐｉｒａ種、Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ種、Ｎｉｔｒｏｓｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ種、Ｎｉｔｒｏｓｏｌｏｂｕｓ種、Ｎｉｔｒｏｓｏｖｉｂｒｉｏ種、Ｔｈｉｏｖｕｌｕｍ種、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ種、Ｔｈｉｏｍｉｃｒｏｓｐｉｒａ種、Ｔｈｉｏｓｐｈａｅｒａ種、Ｔｈｅｒｍｏｔｈｒｉｘ種、Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ種、Ｓｉｄｅｒｏｃｏｃｃｕｓ種、Ａｑｕａｓｐｉｒｉｌｌｕｍ種  Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ種、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｅｒｍｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｕｍ種、Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ種、Ｍｅｔｈａｎｏｌｏｂｕｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｔｈｒｉｘ種、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｏｉｄｅｓ種、Ｍｅｔｈａｎｏｐｌａｎｕｓ種、Ｔｈｅｒｍｏｐｒｏｔｅｕｓ種、Ｐｙｒｏｄｉｃｔｉｕｍ種、Ｓｕｌｆｏｌｏｂｕｓ種、Ａｃｉｄｉａｎｕｓ種、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ種、Ｒａｌｓｔｏｎｉａ種、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ種、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉａ種、Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉａ種、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉａ種、油性酵母、Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ  ｔｈａｌｉａｎａ、Ｐａｎｉｃｕｍ  ｖｉｒｇａｔｕｍ、Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ  ｇｉｇａｎｔｅｕｓ、Ｚｅａ  ｍａｙｓ（植物）、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉおよびＤｕｎａｌｉｅｌａ  ｓａｌｉｎａ（藻類）、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ種ＰＣＣ  ７００２、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ種ＰＣＣ  ７９４２、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ種ＰＣＣ  ６８０３、Ｔｈｅｒｍｏｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｌｏｎｇａｔｕｓ  ＢＰ−１（シアノバクテリア）、Ｃｈｌｏｒｏｂｉｕｍ  ｔｅｐｉｄｕｍ（緑色硫黄細菌）、Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｕｓ  ａｕｒａｎｔｉｃｕｓＩ、Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｔｅｐｉｄｕｍおよびＣｈｒｏｍａｔｉｕｍ  ｖｉｎｏｓｕｍ（紫色硫黄細菌）、Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ  ｒｕｂｒｕｍ、Ｒｈｏｄｏｂａｃ
ｔｅｒ  ｃａｐｓｕｌａｔｕｓおよびＲｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐａｌｕｓｒｉｓ（紫色非硫黄細菌）。
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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