(57)【要約】  本発明は、真空蒸発を使用して、ブタノールおよび他の生成物アルコールを発酵ブロスから取り出すプロセスに関する。発酵ブロスから生成物アルコールを取り出す方法は以下のステップを含む：（ａ）発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、（ｉ）１つまたは複数の事前フラッシュによって発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること、および（ｉｉ）フラッシュによって発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み、蒸気流が、生成物アルコール、水、および二酸化炭素から選択される１種または複数種の成分を含む、ステップ、および（ｂ）１つまたは複数の蒸気流またはその一部から生成物アルコールを回収するステップ。
2015501643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法であって、
（ａ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、
（ｉ）１つまたは複数の事前フラッシュによって前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること、および
（ｉｉ）フラッシュによって前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み、前記蒸気流が、生成物アルコール、水、および二酸化炭素から選択される１種または複数種の成分を含む、ステップと；
（ｂ）前記１つまたは複数の蒸気流またはその一部から前記生成物アルコールを回収するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記フラッシュの圧力が、前記１つまたは複数の事前フラッシュの圧力より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記凝縮溶液が生成物アルコールを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを単一容器内で実施する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記１つまたは複数の蒸気流を真空条件下で吸収液体と接触させるステップであって、前記１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を前記吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、ステップと；
前記１つまたは複数の吸収された蒸気流を含む前記吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および二酸化炭素の少なくとも一部を前記吸収液体から取り出すステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップを、約２０℃〜約１００℃の温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて生じた前記蒸気流をフラッシュで処理することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記蒸気流を処理して液体流および残留蒸気流を生じさせる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記蒸気流の処理が、凝縮、圧縮、吸収、冷却、およびこれらの組合せから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記残留蒸気流を圧縮して圧縮蒸気流を生じさせることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮蒸気流が、生成物アルコール、水、および二酸化炭素を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧縮蒸気流の生成物アルコール含有量が、ステップ（ａ）（ｉｉ）の前記蒸気流の生成物アルコール含有量より少ない、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧縮蒸気流を発酵ブロスと接触させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体流を蒸留して生成物アルコールを回収することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つまたは複数の事前フラッシュが事前フラッシュタンクで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記事前フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記フラッシュがフラッシュタンクで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記発酵ブロス中で微生物を培養して前記生成物アルコールを産生させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記微生物が耐熱性微生物である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記発酵ブロスに微量栄養素を補充することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記微量栄養素が腐食性製品を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記発酵ブロスまたはその流れを抗微生物剤によって処理することにより前記発酵の汚染を防ぐことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを供給するステップと；
前記不溶解固形分の少なくとも一部を前記スラリーから分離するステップであって、（ｉ）発酵性炭素源を含む水溶液および（ｉｉ）固形分を含むウェットケーキ副産物が作り出される、ステップと；
前記水溶液を、前記生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えるステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記不溶解固形分が、デカンターボウル遠心分離、３相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、濾過遠心分離、デカンター遠心分離、濾過、真空濾過、ベルトフィルタ、圧力濾過、スクリーンを用いた濾過、スクリーン分離、グレーティング、多孔質グレーティング、浮選、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降タンク、ボルテックス分離器、またはこれらの組合せによって、供給原料スラリーから分離される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを、前記生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記１つまたは複数の事前フラッシュまたはフラッシュの前に、前記不溶解固形分の少なくとも一部を前記発酵ブロスから分離することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記微生物のせん断損傷を最小限に抑える流量で発酵ブロスを前記発酵容器から取り出す、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法であって、
（ａ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、
（ｉ）任意選択的に、第１事前フラッシュにおいて第１圧力Ｐ１で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；
（ｉｉ）第２事前フラッシュにおいて第２圧力Ｐ２で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；および
（ｉｉｉ）フラッシュにおいて第３圧力Ｐ３で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み；
前記１つまたは複数の蒸気流が生成物アルコール、水、および二酸化炭素を含む、ステップと；
（ｂ）前記生成物アルコールを前記１つまたは複数の蒸気流から回収するステップと
を含む、方法。
【請求項３１】
前記第３圧力Ｐ３が前記第２圧力Ｐ２よりも低い、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記凝縮溶液が生成物アルコールを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを単一容器内で実施する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記１つまたは複数の蒸気流を真空条件下で吸収液体と接触させるステップであって、前記１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を前記吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、ステップと；
前記１つまたは複数の吸収された蒸気流を含む前記吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および二酸化炭素の少なくとも一部を前記吸収液体から取り出すステップと
をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップを、約２０℃〜約１００℃の温度で行う、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて生じた前記蒸気流をフラッシュで処理することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記蒸気流を処理して液体流および残留蒸気流を生じさせる、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記蒸気流の処理が、凝縮、圧縮、吸収、冷却、およびこれらの組合せから選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記残留蒸気流を圧縮して圧縮蒸気流を生じさせることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記圧縮蒸気流が生成物アルコール、水、および二酸化炭素を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記圧縮蒸気流の生成物アルコール含有量が、ステップ（ａ）（ｉｉ）の前記蒸気流の生成物アルコール含有量より少ない、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記圧縮蒸気流を発酵ブロスと接触させることをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記液体流を蒸留して生成物アルコールを回収することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１事前フラッシュまたは第２事前フラッシュが事前フラッシュタンクで行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】
前記事前フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記フラッシュがフラッシュタンクで行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
前記フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記発酵ブロス中で微生物を培養して前記生成物アルコールを産生させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５０】
前記微生物が耐熱性微生物である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記発酵ブロスに微量栄養素を補充することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記微量栄養素が腐食性製品を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記発酵ブロスまたはその流れを抗微生物剤によって処理することにより前記発酵の汚染を防ぐことをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５４】
発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを供給するステップと；
前記不溶解固形分の少なくとも一部を前記スラリーから分離するステップであって、（ｉ）発酵性炭素源を含む水溶液および（ｉｉ）固形分を含むウェットケーキ副産物が作り出される、ステップと；
前記水溶液を、前記生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えるステップと
をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５５】
前記不溶解固形分が、デカンターボウル遠心分離、３相遠心分離、ディスクスタック遠心分離、濾過遠心分離、デカンター遠心分離、濾過、真空濾過、ベルトフィルタ、圧力濾過、スクリーンを用いた濾過、スクリーン分離、グレーティング、多孔質グレーティング、浮選、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降タンク、ボルテックス分離器、またはこれらの組合せによって、供給原料スラリーから分離される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを、前記生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１事前フラッシュ、前記第２事前フラッシュ、またはフラッシュの前に、前記不溶解固形分の少なくとも一部を前記発酵ブロスから分離することをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記微生物のせん断損傷を最小限に抑える流量で発酵ブロスを前記発酵容器から取り出す、請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法であって、
（ａ）ガスを前記発酵ブロス中に送り込むステップであって、生成物アルコールの一部が前記ガスに移る、ステップと；
（ｂ）前記ガスを前記発酵ブロスから取り出して前記生成物アルコールを回収するステップと；
（ｃ）発酵ブロスの一部を発酵容器から取り出すステップと；
（ｄ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、
（ｉ）任意選択的に、第１事前フラッシュにおいて第１圧力Ｐ１で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；
（ｉｉ）第２事前フラッシュにおいて第２圧力Ｐ２で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；および
（ｉｉｉ）フラッシュにおいて第３圧力Ｐ３で前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み、
前記１つまたは複数の蒸気流が、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素を含む、ステップと；
（ｅ）前記生成物アルコールを前記１つまたは複数の蒸気流から回収するステップと
を含む、方法。
【請求項６０】
前記第３圧力Ｐ３が前記第２圧力Ｐ２よりも低い、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記凝縮溶液が生成物アルコールを含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび前記１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを単一容器内で実施する、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記１つまたは複数の蒸気流を真空条件下で吸収液体と接触させるステップであって、前記１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を前記吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、ステップと；
前記１つまたは複数の吸収された蒸気流を含む前記吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および二酸化炭素の少なくとも一部を前記吸収液体から取り出すステップと
をさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６５】
前記発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップを、約２０℃〜約１００℃の温度で行う、請求項５９に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１事前フラッシュまたは第２事前フラッシュが事前フラッシュタンクで行われる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６７】
前記事前フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記フラッシュがフラッシュタンクで行われる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６９】
前記フラッシュタンクがスプレー塔である、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記発酵ブロス中で微生物を培養して前記生成物アルコールを産生させることをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項７１】
前記微生物が耐熱性微生物である、請求項４９に記載の方法。
【請求項７２】
発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを、前記生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えることをさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１事前フラッシュ、前記第２事前フラッシュ、またはフラッシュの前に、前記不溶解固形分の少なくとも一部を前記発酵ブロスから分離することをさらに含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
発酵容器、事前フラッシュタンク、フラッシュタンク、スクラバー、蒸発トレーン、および蒸留塔から選択される１つまたは複数の構成要素を含む、生成物アルコールを回収するためのシステム。
【請求項７５】
前記蒸発トレーンが、４つの蒸発缶からなる効用缶が２つある構成または２つの蒸発缶からなる効用缶が４つある構成を含む、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記事前フラッシュタンクおよび／またはフラッシュタンクがスプレー塔である、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７７】
ビール塔、精留塔、リボイラー、凝縮器、および圧縮機から選択される１つまたは複数の構成要素をさらに含む、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７８】
請求項１、３０、および５９のいずれか一項に記載の方法によって回収される生成物アルコールを含む組成物。
【請求項７９】
請求項２５または５４に記載の方法によって作り出されるウェットケーキを含む組成物。
【請求項８０】
請求項７９に記載の組成物を含む動物飼料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブタノールおよび他の生成物アルコールを発酵ブロスから取り出す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの工業発酵では、化学品用途または燃料用途用のエタノールの製造が行われている。燃料用途の場合、ブタノールはエタノールと比べて有利である。言い換えれば、ブタノールは蒸気圧が低い。
【０００３】
有利なブタノール発酵プロセスは、微生物のブタノール耐性しきい値より上のブタノールタイター（ｂｕｔａｎｏｌ  ｔｉｔｅｒ）に達することなく（これに達すると、ブタノールの製造速度が、望ましくない事前設定速度を下回ることがある）、糖質類（ｓｕｇａｒｓ）からブタノールへの完全な（または実質的に完全な）変換を微生物によって達成しうる。バッチ発酵において耐性レベルより上のブタノール濃度で操作する必要のないレベルまで、糖質の投入量（ｌｏａｄｉｎｇｓ）を抑えることは可能でありうるが、この取り組み方には不利な点がある。なぜなら、糖質の投入量を抑えると、資本生産性が減少することがあり、プロセスにとって経済的に望ましくないであろう希薄溶液が生じうるからである。そのため、発酵においてブタノールのレベルが耐性レベル以下に抑えられると共に、耐性レベルを考慮するゆえに糖質の投入量が抑えられるということのないプロセスが必要とされている。
【０００４】
ブタノール製造発酵プロセスをいっそう効率的にするであろう手段の１つは、ブタノールが発酵培地（またはブロス）から生じるにつれ、ブタノールを、例えば蒸発プロセスによって取り出すことであろう。その結果、ブタノール産生微生物の耐性レベルに達することがなく、大量の糖質を発酵容器に充填することが可能になる。そのような「現場での生成物取り出し（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｒｅｍｏｖａｌ）」（「ＩＳＰＲ」）プロセスは、例えば、特許文献１、２、および３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＰＣＴ国際公開第２００９／０７９３６２号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／００３５３９８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０２１１３４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発酵は微生物に依存するので、微生物に関係するどんな温度制限も考慮されるであろう。許容される温度で蒸発プロセスを操作するためには、生成物アルコールを含む蒸気流の冷却や凝縮または真空下での操作の、コストおよび実際的な面に考慮を払わなければならない。化学プロセスでの熱の除去に関連したコストは、工場の所在地ならびに一年のどの時期かによって異なりうる。多くの地域では、熱を蒸気流から除去する必要のある温度で、冷却が行えること（または実行可能なこと）を保証することは不可能である。
【０００７】
冷水を熱交換器へ供給しそれによって凝縮を行う場合、冷却剤のコストが著しく増大する。別の方法は、蒸気流を圧縮して少し高い圧力にして、凝縮が高温で行われるようにすることであろう。エタノールおよび水蒸気を吸収するために臭化リチウムおよび類似の吸湿溶液を使用する既述のプロセスは、蒸気流の二酸化炭素または高級アルコールを吸収するのに十分ではないことがある。
【０００８】
さらに、どんな方法を用いたとしても、大気中へ排出する前に圧縮しなければならない残留ガス流（例えば、発酵ブロス中の二酸化炭素）があるであろう。真空フラッシングは、ブタノールを発酵プロセスから取り出すことができる効果的な手段ではあるが、ブタノールまたは他の生成物アルコールを含んでいる得られた低圧蒸気流を処理する点で進歩が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に記載のプロセスは、生成物アルコール（例えば、エタノール、ブタノール）を作り出す発酵に有用である。なぜなら、発酵の間にこうしたアルコールを取り出して、発酵における微生物の生産性および／またはその生存率に対する影響を減らすことが望まれるからである。本明細書に示すプロセスは、発酵条件に対する影響を最小限に抑えつつ、発酵の間に効果的に生成物の回収を行えるようにする。
【００１０】
本発明は、発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法において、（ａ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、（ｉ）１つまたは複数の事前フラッシュ（ｐｒｅ−ｆｌａｓｈｅｓ）によって発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること、および（ｉｉ）フラッシュによって発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み、蒸気流が、生成物アルコール、水、および二酸化炭素から選択される１種または複数種の成分を含む、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップと；（ｂ）１つまたは複数の蒸気流またはその一部から生成物アルコールを回収するステップとを含む、発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法に関する。実施形態によっては、フラッシュの圧力は、１つまたは複数の事前フラッシュの圧力より低くてもよい。実施形態によっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを単一容器内で実施する。実施形態よっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流を真空条件下で吸収液体と接触させるステップであって、１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、接触ステップと；１つまたは複数の吸収された蒸気流を含む吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素の少なくとも一部を吸収液体から取り出すステップとをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を吸収液体と接触させることは、真空条件下で実施することができる。
【００１１】
実施形態によっては、この方法は、発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて生じた蒸気流をフラッシュで処理することをさらに含むことができる。実施形態によっては、蒸気流を処理して、液体流および残留蒸気流を生じさせることができる。実施形態によっては、蒸気流の処理は、圧縮、凝縮、吸収、冷却、またはこれらの組合せによるものであってよい。実施形態によっては、この方法は、残留蒸気流を圧縮して圧縮蒸気流を生じさせることをさらに含むことができる。実施形態によっては、圧縮蒸気流は、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素を含む。実施形態によっては、圧縮蒸気流の生成物アルコール含有量は、蒸気流（例えば、本明細書で述べたステップ（ａ）（ｉｉ）の蒸気流）の生成物アルコール含有量より低くてもよい。実施形態によっては、この方法は、圧縮蒸気流を発酵ブロスと接触させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、発酵ブロスは、発酵容器または１つまたは複数の事前フラッシュからの発酵ブロスであってよい。
【００１２】
本発明はまた、（ａ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、（ｉ）任意選択的に、第１事前フラッシュにおいて第１圧力（Ｐ１）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；（ｉｉ）第２事前フラッシュにおいて第２圧力（Ｐ２）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；および（ｉｉｉ）フラッシュにおいて第３圧力（Ｐ３）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み；１つまたは複数の蒸気流が、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素を含む、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップと；（ｂ）生成物アルコールを１つまたは複数の蒸気流から回収するステップとを含む、発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法に関する。実施形態によっては、第３圧力（Ｐ３）は第２圧力（Ｐ２）より低くてもよい。実施形態によっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを、単一容器内で実施することができる。実施形態よっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流を吸収液体と接触させるステップであって、１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、接触ステップと；１つまたは複数の吸収蒸気流を含む吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素の少なくとも一部を吸収液体からとり出すステップとをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を吸収液体と接触させることを、真空条件下で実施することができる。実施形態によっては、この方法は、発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて生じた蒸気流をフラッシュで処理することをさらに含むことができる。実施形態によっては、蒸気流を処理して、液体流および残留蒸気流を生じさせることができる。実施形態によっては、蒸気流の処理は、圧縮および／または凝縮によるものであってよい。実施形態によっては、蒸気流の処理は吸収によるものであってよい。実施形態によっては、蒸気流の処理は冷却によるものであってよい。実施形態によっては、この方法は、残留蒸気流を圧縮して圧縮蒸気流を生じさせることをさらに含むことができる。実施形態によっては、圧縮蒸気流は、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素を含む。実施形態によっては、圧縮蒸気流の生成物アルコール含有量は、蒸気流（例えば、本明細書で述べたステップ（ａ）（ｉｉ）の蒸気流）の生成物アルコール含有量より低くてもよい。実施形態によっては、この方法は、圧縮蒸気流を発酵ブロスと接触させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、発酵ブロスは、発酵容器または１つまたは複数の事前フラッシュからの発酵ブロスであってよい。
【００１３】
本発明はまた、（ａ）ガスを発酵ブロス中に送り込むステップであって、生成物アルコールの一部がガスに移る、送り込みステップと；（ｂ）ガスを発酵ブロスから取り出して生成物アルコールを回収するステップと；（ｃ）発酵ブロスの一部を発酵容器から取り出すステップと；（ｄ）発酵ブロスまたはその一部を少なくとも部分的に蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップであって、蒸発が、（ｉ）任意選択的に、第１事前フラッシュにおいて第１圧力（Ｐ１）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；（ｉｉ）第２事前フラッシュにおいて第２圧力（Ｐ２）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させること；および（ｉｉｉ）フラッシュにおいて第３圧力（Ｐ３）で発酵ブロスまたはその一部を蒸発させることを含み、１つまたは複数の蒸気流が、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素を含む、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップと；（ｅ）生成物アルコールを１つまたは複数の蒸気流から回収するステップとを含む、発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すための方法に関する。実施形態によっては、第３圧力（Ｐ３）は第２圧力（Ｐ２）より低くてもよい。実施形態によっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流またはその一部を凝縮溶液と接触させることにより１つまたは複数の蒸気流を凝縮させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップおよび１つまたは複数の蒸気流を凝縮させるステップを、単一容器内で実施することができる。実施形態よっては、この方法は、１つまたは複数の蒸気流を吸収液体と接触させるステップであって、１つまたは複数の蒸気流の少なくとも一部を吸収液体に吸収させて吸収液相を生じさせる、接触ステップと；１つまたは複数の吸収蒸気流を含む吸収液相を蒸留して、生成物アルコール、水、および／または二酸化炭素の少なくとも一部を吸収液体から取り出すステップとをさらに含むことができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を吸収液体と接触させることは、真空条件下で実施することができる。
【００１４】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、凝縮溶液は生成物アルコールを含みうる。本明細書に記載の方法の実施形態によっては、発酵ブロスまたはその一部を蒸発させて１つまたは複数の蒸気流を生じさせるステップは、約２０℃〜約１００℃の温度で行うことができる。
【００１５】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、こうした方法は、発酵ブロス中で微生物を培養して生成物アルコールを産生させることをさらに含むことができる。実施形態によっては、微生物は耐熱性微生物であってよい。実施形態によっては、こうした方法は、発酵ブロスに微量栄養素をさらに補充してもよい。実施形態によっては、微量栄養素は腐食性製品を含んでもよい。実施形態によっては、こうした方法は、発酵ブロスまたはその流れを抗微生物剤で処理することにより、発酵における汚染を防ぐことをさらに含むことができる。
【００１６】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、こうした方法は、発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを供給するステップと；不溶解固形分の少なくとも一部を前記スラリーから分離するステップであって、（ｉ）発酵性炭素源を含む水溶液および（ｉｉ）不溶解固形分を含むウェットケーキ（ｗｅｔ  ｃａｋｅ）副産物が作り出される、分離ステップと；水溶液を、生成物アルコールが産生される発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えるステップとをさらに含むことができる。実施形態によっては、不溶解固形分は、デカンターボウル（ｄｅｃａｎｔｅｒ  ｂｏｗｌ）遠心分離、３相遠心分離（例えば、Ｔｒｉｃａｎｔｅｒ（登録商標））、ディスクスタック（ｄｉｓｋ  ｓｔａｃｋ）遠心分離、濾過遠心分離、デカンター遠心分離、濾過、真空濾過、ベルトフィルタ、圧力濾過、スクリーンを用いた濾過、スクリーン分離（ｓｃｒｅｅｎ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、グレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ）、多孔質グレーティング（ｐｏｒｏｕｓ  ｇｒａｔｉｎｇ）、浮選、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降タンク（ｇｒａｖｉｔｙ  ｓｅｔｔｌｅｒ）、ボルテックス分離器、またはこれらの組合せによって、供給原料スラリーから分離することができる。
【００１７】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、こうした方法は、発酵性炭素源と不溶解固形分と水とを含む供給原料スラリーを、発酵容器中の、微生物を含む発酵ブロスに加えることをさらに含むことができ、その容器では生成物アルコールが産生される。実施形態によっては、こうした方法は、１回または複数回の事前フラッシュあるいはフラッシュを行う前に、不溶解固形分の少なくとも一部を発酵ブロスから分離することをさらに含むことができる。例えば、不溶解固形分の少なくとも一部を、第１事前フラッシュまたは第２事前フラッシュの前に発酵ブロスから分離することができる。
【００１８】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、１つまたは複数の事前フラッシュは、事前フラッシュタンクで行うことができる。例えば、実施形態によっては、第１事前フラッシュおよび／または第２事前フラッシュは、事前フラッシュタンクで行うことができる。実施形態によっては、事前フラッシュタンクはスプレー塔であってよい。実施形態によっては、フラッシュはフラッシュタンクで行うことができる。実施形態によっては、フラッシュタンクはスプレー塔であってよい。
【００１９】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、こうした方法は、液体流を蒸留して生成物アルコールを回収することをさらに含むことができる。
【００２０】
本明細書に記載の方法の実施形態によっては、微生物のせん断損傷を最小限に抑える流量で発酵ブロスを発酵容器から取り出すことができる。
【００２１】
本発明はまた、発酵容器、事前フラッシュタンク、フラッシュタンク、スクラバー、蒸発トレーン（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｔｒａｉｎ）、および蒸留塔から選択される１つまたは複数の構成要素を含む、生成物アルコールを回収するためのシステムに関する。実施形態によっては、蒸発トレーンは、４つの蒸発缶（ｂｏｄｙ）からなる効用缶（ｅｆｆｅｃｔ）が２つある構成または２つの蒸発缶からなる効用缶が４つある構成を含む。実施形態によっては、事前フラッシュタンクおよび／またはフラッシュタンクは、スプレー塔であってよい。実施形態によっては、システムは、ビール塔（ｂｅｅｒ  ｃｏｌｕｍｎ）、精留塔、リボイラー、凝縮器、および圧縮機から選択される１つまたは複数の構成要素をさらに含む。
【００２２】
本発明は、本明細書に記載の方法で回収された生成物アルコールを含む組成物に関する。本発明は、本明細書に記載の方法で作り出されたウェットケーキを含む組成物に関する。本発明はまた、ウェットケーキ組成物を含む動物飼料に関する。
【００２３】
本明細書に組み込まれており、本明細書の一部をなす添付図面は、本発明を例示しており、この記載と一緒になって、本発明の原理を説明しかつ当業者が本発明を実施する（ｍａｋｅ  ａｎｄ  ｕｓｅ）ことができるようにするのにさらに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本明細書に記載した実施形態にしたがってプロセスを実行するのに役立つ例示的システムを模式的に示す。
【図１Ｂ】本明細書に記載した実施形態にしたがってプロセスを実行するのに役立つ例示的システムを模式的に示す。
【図１Ｃ】本明細書に記載した実施形態にしたがってプロセスを実行するのに役立つ例示的システムを模式的に示す。
【図２Ａ】生成物アルコールを製造するための例示的なプロセス流れ図を模式的に示す。
【図２Ｂ】生成物アルコールを製造するための例示的なプロセス流れ図を模式的に示す。
【図３】本明細書に示すプロセスの実施形態における流れ図の例である。
【図４】本明細書に示すプロセスの実施形態における流れ図の例である。
【図５】本明細書に示すプロセスの実施形態における流れ図の例である。
【図６】本明細書に記載したプロセスで使用できる蒸発トレーンの例である。
【図７】本明細書に記載したプロセスで使用できる蒸発トレーンの例である。
【図８】本明細書に記載したプロセスで使用できる回収プロセスの例を示す。
【図９】本明細書に記載したプロセスの全体的プロセス流れの例を示す。
【図１０】発酵から生成物アルコール回収までの生成物アルコール製造の例を示す。
【図１１】本明細書に記載したプロセスで使用できる回収プロセスの例を示す。
【図１２】供給原料を用意するための例示的方法を模式的に示す。
【図１３】細胞生存率（ｃｅｌｌ  ｖｉａｂｉｌｉｔｙ）に対する消毒薬の影響を示す。
【図１４】ブタノール発酵およびフラッシュのプロセスの間のグルコース取り込み速度および細胞成長速度を示す。
【図１５】時間ゼロにおいてフラッシュが開始された時の動的モデルからの出力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書に示すプロセスは、本出願の一部を構成する以下の詳細な説明および添付図からより詳しく理解できる。図の参照は、本明細書に記載のプロセスを理解するのに助けとなるようにするためであり、限定するものと解釈すべきではない。さらに、プロセス条件が図に関連して提案されている場合、それらは一例として提供されているのであり、そうした条件を変えたものも本発明の趣旨の中に含まれる。
【００２６】
特に定義されていない限り、本明細書に用いられている技術用語および科学用語はすべて、本発明が関係する技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。矛盾がある場合には、定義を含んでいる本出願が優先されることになる。また、特に文脈における必要条件でない限り、単数形の用語は複数を含むものとし、複数形の用語は単数形を含むものとする。本明細書で挙げる刊行物、特許、および他の文献はすべて、あらゆる目的のためにその全体を援用する。
【００２７】
本発明をさらに明確にするために、以下の用語および定義を本明細書に示す。
【００２８】
本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」または「含んでいる（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語あるいはそれらの他の任意の変形は、示されている完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）または完全体群を含むことを意味するが、他の完全体または完全体群を除外することを意味しないと理解されるであろう。例えば、列挙された要素を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそうした要素に限定されるわけではなく、明確に列挙されていない他の要素あるいはそうした組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素も含みうる。さらに、逆のことを特に述べていない限り、「または」は、包含的な「または」であり、排他的な「または」ではない。例えば、ＡまたはＢという条件は、以下のいずれによっても満たされる：Ａが正しく（または存在し）かつＢが誤りである（または存在しない）、Ａが誤りであり（または存在せず）かつＢが正しい（または存在する）、さらにＡおよびＢの両方が正しい（または存在する）。
【００２９】
本明細書で使用される「から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ）」という用語、または本明細書全体および請求項を通じて使用されている「から構成される（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｏｆ）」または「から構成されている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」などの変形は、挙げられている任意の完全体または完全体群を含むことを示すが、さらなる完全体または完全体群を、明記されている方法、構造、または組成物に加えることができないことを示す。
【００３０】
本明細書で使用される「から基本的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」という用語、または本明細書全体および請求項を通じて使用される「から基本的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」または「から基本的に構成されている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」などの変形は、挙げられている任意の完全体または完全体群を含むこと、ならびに明記されている方法、構造、または組成物の基本的特性または新規の特性を実質的に変えることのない、挙げられている任意の完全体または完全体群を任意選択的に含むことを示す。
【００３１】
また、本発明の要素または成分の前に付いている不定冠詞の「ある（ａ）」および「ある（ａｎ）」は、要素または成分の実例（すなわち、発生）の数に関して非制限的であることを意図している。したがって「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」は、１つまたは少なくとも１つを含むと理解すべきであり、さらに要素または成分の単数形も、数が明らかに単数を意味するのでない限り、複数を含む。
【００３２】
本明細書で使用される「発明」または「本発明」という用語は、非制限的用語であり、特定の発明のいずれか一実施形態を指すことを意図するものではなく、本出願に記載された可能な実施形態すべてを包含する。
【００３３】
使用される本発明の成分または反応物の量を修飾する、本明細書で使用される「約」という用語は、起こりうる数値的量の変動を表し、そうした変動は、例えば、現実の世界で濃縮物または溶液を作るために使用する普通の計量手順および液体処理手順によって；そうした手順における不注意による間違いによって；組成物を作るかまたは方法を実施するために用いる成分の製造、供給源、または純度の違いなどによって起こりうる。「約」という用語は、特定の初期混合物から得られる組成物の種々の平衡状態のせいで違ってくる量も包含する。「約」という用語で修飾されているかどうかにかかわりなく、請求項はその量に相当するものを含む。一実施形態では、「約」という用語は、報告されている数値の１０％以内、あるいは報告されている数値の５％以内を意味する。
【００３４】
本明細書で使用される「バイオマス」は、発酵性の糖質類（任意の糖質類を含む）およびデンプンを生じる、加水分解性多糖類を含んでいる天然物を表し、発酵性の糖質類およびデンプンは、天然資源（トウモロコシ、糖質、サトウキビ、小麦、セルロース物質またはリグノセルロース物質など）、およびセルロース、ヘミセルロース、リグニン、デンプン、オリゴ糖類、二糖類および／または単糖類を含んでいる物質、ならびにそれらの混合物に由来する。バイオマスはまた、タンパク質および／または脂質などの更なる成分を含んでもよい。バイオマスは単一の源から得ることも、バイオマスは複数の源から得た混合物を含むこともできる。例えば、バイオマスは、トウモロコシの穂軸とトウモロコシのわらの混合物、または草と葉の混合物を含むことができる。バイオマスとしては、バイオエネルギー作物、農業残渣、固形都市廃棄物、固形産業廃棄物、紙製造におけるスラッジ、庭ゴミ、廃棄糖質類（ｗａｓｔｅ  ｓｕｇａｒｓ）、木屑および林業廃棄物があるが、これらに限定されない。バイオマスの例としては、トウモロコシの殻粒、トウモロコシの穂軸、穀物残渣（トウモロコシの皮など）、トウモロコシのわら、草、小麦、ライ麦、小麦のわら、大麦、大麦のわら、干し草、稲わら、スイッチグラス、紙くず、サトウキビバガス、モロコシ、大豆、ホエー、ホエー透過物、（穀物、木、枝、根、葉、木片、おがくず、低木および灌木の）粉砕によって得られる成分、野菜、果物、花、家畜ふん尿、およびこれらの混合物があるが、それらに限定されない。例えば、マッシュ、ジュース、糖密、または加水分解産物は、発酵の目的でバイオマスを処理するための当該技術分野において知られている任意の加工（粉砕、処理および／または液化など）によってバイオマスから生じさせることができ、発酵性糖質を含み、またある量の水を含みうる。例えば、セルロース質バイオマスおよび／またはリグノセルロースバイオマスは、当業者に知られている任意の方法で（例えば、米国特許出願公開第２００７／００３１９１８号明細書（本明細書に援用する）を参照）処理して、発酵性糖質類を含む加水分解産物を得ることができる。セルロース質バイオマスおよび／またはリグノセルロースバイオマスの、酵素による糖化では、典型的にはセルロースおよびヘミセルロースを分解するための酵素コンソーシアム（ｅｎｚｙｍｅ  ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）を利用して、糖質類（グルコース、キシロース、およびアラビノースを含む）を含む加水分解産物を作り出す。セルロース質バイオマスおよび／またはリグノセルロースバイオマスに適した糖化酵素は、Ｌｙｎｄ，Ｌ．Ｒ．，ｅｔ  ａｌ．（Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｒｅｖ．，６６：５０６−５７７，２００２）に概説されている。
【００３５】
本明細書で使用される「真空フラッシュ」または「フラッシュ」は、液体流を減圧（例えば、真空下に保たれる）するプロセス段階を表す。液体流は、発酵容器または別個の容器（事前フラッシュタンクなど）からのものであってよい。減圧により、液体流の一部が蒸発して蒸気相になる。このステップが実施される液体流は、「フラッシュされる」または「部分蒸発させられる」または「蒸発させられる」ということができる。実施形態によっては、発酵容器からの液体流は、真空下に保つことができる別個の容器（多段蒸留塔でも単段タンク（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔａｇｅ  ｔａｎｋ）であってもよい）に送ることができる。実施形態によっては、液体流は、発酵容器中の発酵ブロスであってよい。実施形態によっては、フラッシュは、発酵容器内で実施できる。
【００３６】
多段蒸留塔で「フラッシュ」が実施される一部の実施形態では、フラッシュは「蒸留」または「フラッシュ蒸留」と呼ぶこともできる。
【００３７】
本明細書で使用される「フラッシュタンク」または「フラッシュ容器」は、液体流の少なくとも一部がフラッシュされて蒸気相になる物理的な場所を表す。
【００３８】
本明細書で使用される「事前フラッシュ」は、フラッシュステップの前に、液体流を減圧（例えば、真空下に保たれる）するプロセス段階を表す。減圧により、液体流の一部が蒸発して蒸気相になる。液体流は、発酵容器または別個の容器（事前フラッシュタンクなど）からのものであってよい。このステップが実施される液体流は、「事前フラッシュされるもの」と呼ぶことができる。実施形態によっては、２回以上の事前フラッシュステップを行ってもよい。
【００３９】
本明細書で使用される「事前フラッシュタンク」または「事前フラッシュ容器」は、液体流の少なくとも一部が蒸発して蒸気相になる物理的な場所を表す。
【００４０】
本明細書で使用される「吸収液体」は、プロセスに送り込まれる液体であって、フラッシュ時に発生する蒸気相のどの部分でも吸収できる液体を表す。
【００４１】
本明細書で使用される「発酵」は、炭素物質が微生物の作用によって生成物（生成物アルコールなど）に変換されるプロセス段階を表す。
【００４２】
本明細書で使用される「発酵ブロス」または「発酵液体」は、以下のいずれかからなる混合物を表す：水、糖質類、溶解固形分、浮遊固形分、アルコールを産生する微生物、生成物アルコールおよび発酵容器中に保持される物質の他のあらゆる成分（発酵容器では、存在する微生物によって、糖質類からアルコール、水、および二酸化炭素（ＣＯ２）への反応により生成物アルコールが作られる）。本明細書で使用される「発酵培地」および「発酵混合物」という用語は、時々「発酵ブロス」の同義語として使用できる。
【００４３】
本明細書で使用される「発酵容器」は、発酵反応が行われる容器を表し、その反応により、ブタノールなどの生成物アルコールが発酵性炭素源（例えば、糖質類）から作られる。実施形態によっては、発酵反応は１つまたは複数の発酵容器中で行われうる。「発酵槽」という用語は、「発酵容器」の同義語として使用できる。
【００４４】
本明細書で使用される「発酵性炭素源」は、生成物アルコール製造のために、本明細書に開示されている微生物が代謝できる炭素源を表す。好適な発酵性炭素源としては、単糖類（グルコースまたはフルクトースなど）；二糖類（乳糖またはスクロースなど）；オリゴ糖類；多糖類（デンプンまたはセルロースなど）；Ｃ５糖類（キシロースおよびアラビノースなど）；炭素物質（メタンなど）；およびこれらの混合物があるが、それらに限定されない。本明細書で使用される「発酵性炭素源」という用語は、時々「炭素物質」または「発酵性炭素物質」の同義語として使用できる。炭素源は、バイオマスから得ることができる。
【００４５】
本明細書で使用される「供給原料」は、発酵プロセスにおける供給物を表し、その供給物は、不溶解固形分の有無に関わりなく発酵性炭素源を含み、また、当てはまる場合には、供給物は、発酵性炭素源が、さらなる処理（液化、糖化、または他のプロセスなど）によってデンプンから遊離されるかまたは複雑な糖質類の分解から得られる前または後の、発酵性炭素源を含む。供給原料はバイオマスを含むか、あるいはバイオマスから得ることができる。好適な供給原料としては、ライ麦、小麦、大麦、トウモロコシ、トウモロコシのマッシュ、サトウキビ、サトウキビのマッシュ、セルロース物質、リグノセルロース物質、およびこれらの混合物があるが、それらに限定されない。
【００４６】
本明細書で使用される「糖質」は、オリゴ糖類、二糖類および／または単糖類を表す。「糖類（ｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）」という用語は、炭水化物（デンプン、デキストラン、グリコーゲン、セルロース、ペントサン、ならびに糖質類を含む）も含む。
【００４７】
本明細書で使用される「発酵性糖質」は、本明細書に開示されている微生物が、生成物アルコールを産生するために代謝できる１種または複数種の糖質類を表す。
【００４８】
本明細書で使用される「不溶解固形分」は、液相に溶解しない供給原料の非発酵性部分（例えば、胚、繊維、およびグルテン）を表す。例えば、供給原料の非発酵性部分には、供給原料の中の、固形分として残りかつ発酵ブロスからの液体を吸収できる部分が含まれる。
【００４９】
本明細書で使用される「可溶分を含んだ穀類蒸留粕」（ＤＤＧＳ）は、供給原料またはバイオマスの発酵（例えば、生成物アルコールを生み出す穀物または穀物混合物の発酵）から生じる副産物または副生成物を表す。実施形態によっては、ＤＤＧＳは、生成物アルコール（例えば、エタノール、ブタノール、イソブタノールなど）を作るプロセスで製造された動物飼料をも表すことがある。
【００５０】
本明細書で使用される「液化容器」は、液化が行われる容器を表す。液化とは、オリゴ糖類を供給原料から遊離させる方法である。供給原料がトウモロコシである複数の実施形態では、液化の間にオリゴ糖類がコーンスターチ分から遊離される。
【００５１】
本明細書で使用される「生成物アルコール」は、バイオマスを発酵性炭素物質源として利用する発酵プロセスにおいて微生物が生産できる任意のアルコールを表す。生成物アルコールとしては、Ｃ１〜Ｃ８アルキルアルコール、Ｃ１〜Ｃ８アルキルアルコールの異性体、およびこれらの混合物があるが、それらに限定されない。実施形態によっては、生成物アルコールはＣ２〜Ｃ８アルキルアルコールである。他の実施形態では、生成物アルコールはＣ２〜Ｃ５アルキルアルコールまたはＣ３〜Ｃ６アルキルアルコールである。Ｃ１〜Ｃ８アルキルアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、およびヘキサノールがあるが、これらに限定されないことが理解されるであろう。同様に、Ｃ２〜Ｃ８アルキルアルコールとしては、エタノール、プロパノール、ブタノール、およびペンタノールがあるが、これらに限定されない。「アルコール」は、本明細書では、生成物アルコールに関しても用いる。「発酵性アルコール」という用語は、生成物アルコールの同義語として使用することがある。
【００５２】
本明細書で使用される「ブタノール」は、ブタノール異性体である１−ブタノール（１−ＢｕＯＨ）、２−ブタノール（２−ＢｕＯＨ）、ｔｅｒｔ−ブタノール（ｔ−ＢｕＯＨ）、および／またはイソブタノール（ｉＢｕＯＨまたはｉ−ＢｕＯＨ（２−メチル−１−プロパノールとしても知られる））のいずれか、またはこれらの混合物を表す。
【００５３】
本明細書で使用される「カルボン酸」は、一般化学式−ＣＯＯＨ［ここで、炭素原子は、二重結合によって酸素原子に結合して、カルボニル基（−Ｃ＝Ｏ）を形成し、単結合によってヒドロキシル基（−ＯＨ）に結合している］を有する任意の有機化合物を表す。カルボン酸は、プロトン化カルボン酸の形であっても、カルボン酸の塩（例えば、アンモニウム塩、ナトリウム塩、またはカリウムの塩）の形であっても、プロトン化カルボン酸とカルボン酸塩との混合物であってよい。カルボン酸という用語は、単一化学種（例えば、オレイン酸）を表すことも、あるいは、例えば、バイオマス由来の脂肪酸エステルまたはトリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド、およびリン脂質の加水分解によって製造されうるカルボン酸混合物を表すこともできる。
【００５４】
本明細書で使用される「組換え微生物」は、分子生物学的手法を用いて操作された微生物（例えば、バクテリア、酵母菌）を表す。微生物は、任意選択で、代謝経路を発現するように操作することができ、かつ／または、微生物は、任意選択で、不要な生成物が低減または除去されるように、および／または所望の代謝産物の効率が増大するように操作することができる。一例として、組換え微生物を操作して、アルコール（ブタノールなど）を産生する生合成経路を発現させることができる。
【００５５】
本明細書で使用される「タイター」は、１リットルの発酵培地につき発酵によって産生される特定のアルコール（例えば、エタノール、ブタノール）の総量を表す。
【００５６】
本明細書で使用される「速度」は、タイターを発酵時間で割ったものである。
【００５７】
本明細書で使用される「収量」は、消費されるグルコース１グラムにつき産生される生成物アルコールの総グラム数である。
【００５８】
プロセス流れまたはその成分に関連して本明細書で使用される「かなりの部分」は、示されているプロセス流れまたは示されているその成分の少なくとも約５０％を表す。実施形態によっては、かなりの部分は、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％または示されているプロセス流れまたは示されているその成分を含みうる。プロセス流れまたはその成分に関連して本明細書で使用される「かなり」は、示されているプロセス流れまたは示されているその成分の少なくとも約５０％を表す。実施形態によっては、かなりの部分は、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％または示されているプロセス流れまたは示されているその成分を含みうる。
【００５９】
プロセス流れに関連して本明細書で使用される「一部」または「その一部」は、流れの組成を保っている流れの任意の小部分（流れ全体も含む）、ならびに流れの任意の１種または複数種の成分（流れの全成分も含む）を表す。
【００６０】
エタノールおよびブタノールなどの生成物アルコールは、発酵プロセスを利用して製造することができる。経済的に競争力のある発酵プロセスを開発するために、生成物アルコールを産生できる微生物の開発（「生体触媒」）、微生物が代謝できる炭素源、発酵ブロスからの生成物アルコールの回収、副産物の形成、および汚染の可能性など、多数の因子すべてをこのプロセスの開発において考慮できる。
【００６１】
生成物アルコールを産生できる微生物の発育において、発酵の間の生成物アルコールの蓄積は微生物にとって有毒となることがあり、微生物の性能に影響を与える可能性がある。すなわち、発酵の最終生成物（例えば、生成物アルコール）は、微生物の成長速度および産生速度を抑制することがあり、またそれによって細胞密度が低くなりうる。毒性を取り扱う選択肢の１つとして、例えば、水の添加による発酵ブロスの希釈がある。しかし、発酵プロセスへのこの更なる水の投入により、資本生産性が低下する可能性があり、更なる取り扱いおよび処理（発酵槽、ポンプ、混合タンク、貯蔵タンク、熱交換器、蒸留塔などの更なる装置が必要になることを含む）など、ならびに追加コストが必要となりうる。
【００６２】
生成物アルコール（例えば、エタノール、ブタノール）に対して耐性のある微生物は、細胞生存率ならびに発酵プロセスの速度、タイター、および収量を向上させることができる。生成物アルコールに対する耐性の向上した微生物は、幾つかの方法（スクリーニング法など）で特定することができる。例えば、微生物の採取試料を増殖培地で培養することができ、微生物がある特定の成長期に達したなら、生成物アルコールを増殖培地に加えることができる。例えば、徐々に高くした濃度の生成物アルコールを増殖培地に加えることができる。微生物は、ある期間成長し続けることができ、生成物アルコールと何度か接触させて、生成物アルコール耐性が増大したものを選ぶことができる。その後、微生物を分離して、例えば、生成物アルコールの濃度を増やしても耐性のある個別の菌株を単離することができる（例えば、米国特許第７，６５９，１０４号明細書および米国特許第７，５４１，１７３号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１３８８７０号明細書（これらの開示内容全体をすべて本明細書に援用する）を参照）。
【００６３】
生成物アルコール耐性微生物は、遺伝子修飾法（遺伝子突然変異誘発など）によっても生じさせることができ、その方法としては、例えば、化学的突然変異生成、変異誘発遺伝子による突然変異誘発、ＵＶまたはＸ線の照射、およびトランスポゾン挿入がある。こうした修飾微生物は、無修飾微生物と比べて生成物アルコールに対する耐性が改善されうる。生成物アルコールに対する耐性を向上させることができる遺伝子修飾の例としては、ｒｅｌＡ、ｓｐｏＴ、およびｄｋｓＡ遺伝子（米国特許出願公開第２００９／０２０３１３９号明細書（本明細書に援用する）に記載されている）、エロンゲース（ｅｌｏｎｇａｓｅ）遺伝子（Ｙａｚａｗａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．９１：１５９３−１６００，２０１１）、熱ショックタンパク質（ＨＳＰ）、ならびに脂質と脂肪酸の代謝および細胞膜組成に関連した遺伝子（例えば、Ｍａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．８７：８２９−８４５，２０１０を参照）の発現および／または修飾があるが、これらに限定されない。
【００６４】
微生物の代謝経路は、生成物アルコールを産生するように遺伝子修飾することもできる。こうした経路は、望ましくない代謝産物を減少させるかまたはなくし、それによって生成物アルコールの収量が向上するように変更することもできる。例えば、微生物による発酵を利用するブタノールの製造（ならびにブタノールを産生する微生物）は、例えば、米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書、米国特許出願公開第２００７／０２９２９２７号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２７４５２５号明細書、米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書、および米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書（これらを本明細書に援用する）に開示されている。実施形態によっては、微生物は、ブタノール生合成経路またはブタノール異性体（１−ブタノール、２−ブタノール、またはイソブタノールなど）の生合成経路を含む。実施形態によっては、経路において基質から生成物への変換を触媒する少なくとも１種、少なくとも２種、少なくとも３種、または少なくとも４種のポリペプチドは、微生物中の異種性ポリヌクレオチドによってコードされる。
【００６５】
さらに、発酵またはプロセスにおける高温にいっそう耐性のある、ある程度の熱耐性を有する微生物は、全プロセス効率にとっても有利でありうる。微生物が高温に耐えられる場合、発酵プロセスステップ（糖化など）およびプロセスの回収ステップ（減圧排気（真空フラッシュ）など）を高温で行えるであろう。例えば、耐熱性微生物および／または糖化酵素に悪影響を与えることなく、真空フラッシュを約２５℃〜約６０℃の温度で実施できる。実施形態によっては、真空フラッシュは約２０℃〜約１００℃の温度で実施できる。またエネルギーのコストを削減することもできる。例を挙げて説明すると、供給原料の液化は８０℃より高い温度で実施でき、その場合、発酵ブロスに添加する前に、液化供給原料を約３０〜３５℃（酵母菌の典型的な温度範囲）まで冷却する必要があるであろう。高温（例えば、約４０〜５０℃）に耐えうる微生物を使用すれば、全体的なエネルギーコストを削減ができる。なぜなら、液化供給原料は約４０〜５０℃まで下げればよいだけである（すなわち、冷却に必要されるエネルギー必要量は少なくなる）からである。
【００６６】
微生物に高温耐性のある場合、汚染の可能性を最小限に抑えることもできる。一例として、細菌性汚染物質は、栄養素を争って得ようとすることで、生成物アルコール産生微生物が利用できる栄養素に影響しうる。さらに、そうした細菌性汚染物質は、生成物アルコール産生微生物の成長にとって害になる副生成物（例えば、乳酸）を生じうる。したがって、細菌性汚染物質を最小限に押さえる温度（ただし、耐熱性生成物アルコール産生微生物への影響のない温度）で発酵プロセスを行うことができることは、経済的であろう。
【００６７】
耐熱性微生物の例としては、イサチェンキア・オリエンタリス（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ  ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）、クルイベロミセス・マルキアヌス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｍａｒｘｉａｎｕｓ）、クルイベロミセス・フラギリス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｆｒａｇｉｌｉｓ）、ハンゼヌラ・ポリモルファ（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａ）がある（例えば、米国特許出願公開第２０１１／００４５５６２号明細書；Ｂａｌｌｅｓｔｅｒｏｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ  Ｂｉｏｃｈｅｍ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２８−２９：３０７−３１５，１９９１；Ｅｄｇａｒｄｏ，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｎｚｙｍｅ  Ｍｉｃｒｏｂ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．４３：１２０−１２３，２００８を参照）。微生物は、例えば、ストレス関連遺伝子（ユビキチン結合プロセスに関与するタンパク質をコードする遺伝子など）を発現するよう微生物の遺伝子修飾を行うことによって、耐熱性となるよう遺伝子修飾することもできる（例えば、Ｓｈａｈｓａｖａｒａｎｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ａｄｖ．（２０１１），ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊｂｉｏｔｅｃｈａｄｖ．２０１１．０９．００２を参照）。
【００６８】
こうした耐熱性微生物は、生成物アルコールを産生する生合成経路（ブタノール生合成経路など）を発現するよう遺伝子修飾することもできる（例えば、米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書、米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書、米国特許出願公開第２００７／０２９２９２７号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書、米国特許出願公開第２００８／０２７４５２５号明細書、米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書、および米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書（これらを本明細書に援用する）を参照）。
【００６９】
本明細書に記載してあるように、本発明は、発酵プロセスを利用した生成物アルコール（エタノールおよびブタノールなど）の製造に関する。発酵は、糖分子が一連の酸化および還元反応で微生物によって代謝的に分解される酵素触媒経路である。発酵性炭素源として発酵に適する糖質類は、サトウキビ、サトウキビ汁、糖密、サトウダイコン、トウモロコシ、コーンスティープリカー、カッサバ、サツマイモ類、サトウモロコシ、キクイモ、１次浄化スラッジ（ｐｒｉｍａｒｙ  ｃｌａｒｉｆｉｅｒ  ｓｌｕｄｇｅ）、新聞用紙、厚紙、コットンリンター、稲わら、もみ殻およびトウモロコシ蒸留廃液などの様々な農作物および廃棄物から得ることができる。農業廃棄物、林業廃棄物、紙くずおよび庭ゴミなどのセルロース質バイオマスの場合、これらの物質中のセルロースおよびヘミセルロース（これらは糖質分子から構成される長鎖ポリマーである）は、約２４０℃の温度において希酸加水分解で処理してセルロースおよびヘミセルロースを加水分解して、容易に発酵させることができるもっと小さな部分にそうした分子を分解することができる。あるいはまた、直接発酵のために、セルロース酵素を用いて、セルロースを加水分解してグルコースにすることができる。
【００７０】
発酵性炭素源に加えて、本明細書に記載のプロセスで用いられる発酵ブロス（または発酵培地）は、様々な栄養素および／または微量栄養素を含むことができる。発酵プロセスに典型的に用いられる栄養素および微量栄養素に含まれるものとしては、窒素、無機質、微量元素、およびビタミン、ならびに成長因子がある。特に、微量栄養素として、クロム、銅、鉄、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、カリウム、バナジウム、および亜鉛を挙げることができる。実施形態によっては、こうした微量栄養素は、発酵プロセスに使用される発酵システム装置の腐食における副生成物として供給することができる。例えば、発酵システム装置はステンレス鋼で構成することができ、ステンレス鋼の腐食により、クロム、ニッケル、および鉄などの元素が放出されて発酵ブロスに入り込みことができ、次いでそれは、微生物のための微量栄養素源として利用されうる。発酵ブロスには、生成物アルコールの産生を増大させうるガス（酸素など）を補充することもできる。
【００７１】
好適な成長因子としては、ビタミン、プリン類、ピリミジン類、ヌクレオチド、ヌクレオシド、アミノ酸、脂肪酸、ステロール、およびポリアミンがある。窒素は、ガス状アンモニア；アンモニウム塩（硫酸アンモニウムまたはリン酸水素二アンモニウムなど）；硝酸塩；尿素；ペプチドとアミノ酸との混合物などの窒素の有機形態（こうしたものは、コーンスティープリカー、カゼイン加水分解物、大豆ミール、大麦の麦芽、コーングルテンミール、亜麻仁かす粉、ホエー粉末、ビートおよびサトウキビの糖密、米および小麦のミール、および酵母菌エキスなどの加水分解植物タンパク質物質から得ることができる）；およびペプトン（これは、肉、カゼイン、ゼラチン、ケラチン、ピーナッツ、大豆ミール、綿実、およびひまわり種子から得られるタンパク質加水分解物である）などの源から得ることができる。
【００７２】
好適な無機質および元素には、典型的には、リン［例えば、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４］、カリウム（例えば、ＫＣｌ）、マグネシウム、硫黄（例えば、ＭｇＳＯ４．７Ｈ２Ｏ）ナトリウム、塩素、コバルト、ニッケル（例えば、ＮｉＣｌ２）、鉄（例えば、ＦｅＣｌ２．Ｈ２Ｏ）、亜鉛（例えば、ＺｎＣｌ２）、マンガン、カルシウム（例えば、ＣａＣｌ２）、銅（例えば、ＣｕＳＯ４．５Ｈ２Ｏ）、およびモリブデン（例えば、Ｎａ２ＭｏＯ４）が含まれる。好適なビタミンには、典型的には、リボフラビン、ニコチン酸、パントテン酸、葉酸、コリン、イノシトール、ビオチン、ピロキシジン（ｐｙｒｏｘｉｄｉｎｅ）、およびチアミンが含まれる。
【００７３】
発酵ブロスに加えることのできる他の薬剤としては、例えば、グリセロールまたは他の任意の生体適合性化合物（生成物アルコールの相対揮発性を向上させるもの）がある。実施形態によっては、こうした生体適合性化合物は親水性であってよい。さらに、過酸化物または他の不揮発性酸化剤などの化合物を発酵ブロスに加えることもできる。
【００７４】
実施形態によっては、汚染を最小限に抑えるために抗微生物剤を発酵容器に加えてもよい。抗微生物剤の例としては、抗生物質（エリスロマイシン、タイロシン、およびバージニアマイシンなど）、ホップ由来の抗菌物質（ＩｓｏＳｔａｂ（商標）およびＬａｃｔｏＳｔａｂ（商標）など）および／または消毒薬（Ｗｅｓｃｏｄｙｎｅ（登録商標）、Ｖｉｒｋｏｎ（登録商標）Ｓ、およびＳｐｏｒｏｃｉｄｉｎｅ（登録商標）など）があるが、これらに限定されない。実施形態によっては、発酵ブロスまたは発酵流は、抗生物質、ホップ由来の抗菌物質、消毒薬、酸処理、アンモニア、尿素、過酸化水素、および／または二酸化塩素によって処理してよい。実施形態によっては、発酵ブロスまたは発酵流は、更なる発酵サイクルのために発酵容器へ再循環させる前に、処理することができる。微生物に対する抗微生物剤の効果は、実施例５に記載の方法によって分析できる。
【００７５】
実施形態によっては、発酵プロセスは、関連した条件および変数を測定およびモニターすることによって制御でき、その条件および変数としては、以下のうちの１つまたは複数を挙げることができるが、それらに限定されない：温度、圧力、ガス流速、液体の入口および出口の流量、培養レベル、培養物の量、培養物の重量、培養物の粘度、撹拌動力、撹拌速度、泡立ち、溶存酸素濃度、溶存酸素分圧、溶解ＣＯ２濃度、酸化還元電位、ｐＨ、伝導率、イオン強度、希釈率、炭水化物濃度、合計タンパク質濃度、ビタミン濃度、核酸濃度、総細胞数、生菌数、バイオマス濃度、細胞サイズ、寿命、倍増時間、基質取り込み速度、または生成物生成速度。反応条件および変数の測定は、高速液体クロマトグラフィー、核磁気共鳴、フローサイトメトリー、蛍光光度分析、フローインジェクション分析、質量分析法、ガスクロマトグラフィー、または赤外分光法などの分析法を用いて実施できる。微生物に対する発酵条件（圧力、温度、およびｐＨなど）の影響は、実施例１〜４に記載された方法を用いて分析できる。
【００７６】
さらに、発酵プロセスは、オンラインで測定するかまたはリアルタイムで測定してモニターすることができ、こうした測定は、発酵プロセス全体を向上させるのに使用できる。発酵条件を最適化するには、ＩＳＰＲプロセスを最適化できるように、発酵ブロス中の生成物アルコールの現場測定を行うことができる。例えば、発酵ブロス中の生成物アルコール濃度のリアルタイム測定値を、あらかじめ決めた設定値と比較することができ、生成物アルコールの取り出し速度を調整することができる。一例として、生成物アルコールの取り出し速度は、微生物に対する生成物アルコールの毒性作用を最小限に抑えるように調整できる。リアルタイムプロセス測定値を用いて、生成物アルコールの発生に合わせて発酵ブロスの取り出し流量を調整することができる。このようにして、発酵の間中、発酵プロセスにおいて低い生成物アルコール設定値を維持するのに必要な速度で、ＩＳＰＲプロセスを実施できる。この取り組み方の利点の１つは、微生物が、損傷をもたらす可能性のある極端な温度および圧力にさらされるのが最小限になることである。プロセス測定値を用いてＩＳＰＲプロセスの速度を調整することの別の利点は、エネルギーが節約される可能性があることである。例えば、ＩＳＰＲプロセスの設計に応じて、生成物アルコール産生速度が増大するにつれ、１つまたは複数のＩＳＰＲ処理装置を必要に応じてオンラインにして、発酵ブロス中の望ましい生成物アルコール設定値を維持することができる。
【００７７】
ＩＳＰＲプロセスの後に、リアルタイム測定値を用いて、再利用発酵ブロス中の生成物アルコール濃度をモニターすることもできる。この測定は、ＩＳＰＲプロセスの効率的な操作ならびに発酵条件に影響を与えうる。こうした測定により、発酵プロセスの過程全体でＩＳＰＲ装置の操作の最適化が可能になり、ＩＳＰＲプロセスで起こるどんな不都合でも（例えば、再利用発酵ブロスの生成物アルコール濃度の上昇（例えば、望ましい設定値よりも上になる））早期に分かる。
【００７８】
プロセス測定値は、ＩＳＰＲプロセスの効率および操作を向上させるのにも使用できる。一例として、発酵ブロス中の生成物アルコールの産生速度のリアルタイム測定値を用いて、事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクへ向かう発酵ブロスの流量を調整することができる。別の例として、リアルタイム測定値を用いて吸収液体をモニターすることができる。こうした測定値を用いて、吸収液体の流れを調整し、さらに吸収液体の再生および吸収を抑制しうる発酵プロセスの副生成物の生成をモニターすることができる。リアルタイム測定値を用いて、二酸化炭素と吸収液体との反応、重炭酸塩の生成、および吸収液体の再生をモニターすることができる。二酸化炭素および重炭酸塩のリアルタイム測定の例は、米国特許出願公開第２０１２／００３５３９８号明細書（これを本明細書に援用する）に記載されている。重炭酸塩測定を用いて、吸収装置および吸収液体再生装置の操作を調整することができる。
【００７９】
発酵を行わせるのに用いるプロセスのタイプは、バッチ式、流加式（この場合、無菌培地が、接種された発酵バッチに連続的または周期的に加えられ、発酵ブロスの量が培地を加えられるごとに増大する）、または連続式（この場合、無菌培地が発酵容器に連続的に加えられ、発酵生成物が連続的に回収されるので、発酵の量は不変のままである）のいずれかであってよい。
【００８０】
発酵は、約２０℃〜約６０℃の範囲、約２５℃〜約５０℃の範囲、約２５℃〜約４２℃の範囲、または約２８℃〜約３５℃の範囲の温度で実施できる。実施形態によっては、発酵は、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、または約６０℃の温度であってよい。ｐＨは、いくらか酸性であることが多く、最適なｐＨは、典型的には約４．５〜約６．５の範囲であるが、約３または約２などの低いｐＨに対しても普通は耐性がある。実施形態によっては、発酵は、約７、約８、約９、約１０、または約１１のｐＨで実施できる。実施形態によっては、発酵は、約２〜約７またはそれを超える範囲のｐＨで実施できる。実施形態によっては、発酵は、ほぼ大気圧で行うことができる。実施形態によっては、発酵は、約０．９ａｔｍ、約１．０ａｔｍ、約２．０ａｔｍ、約３．０ａｔｍ、約４．０ａｔｍ、または約５．０ａｔｍ（例えば、約１３ｐｓｉａ〜約７５ｐｓｉａ）の圧力で行うことができる。
【００８１】
本明細書に記載のプロセスおよび方法では、「成長期」（または「増殖期」）として知られるある特定の細胞密度に達するまで、微生物を発酵ブロス内で培養することができる。さらに、好気条件、微好気的条件、または嫌気条件の下で、撹拌しながら、または撹拌せずに発酵を行わせることができる。例えば、嫌気条件は酸素を含まない条件であり、好気条件は酸素を含む条件であり、微好気的条件は空気のレベル未満で酸素が存在する条件である。培養物の成長は、光学濃度を、典型的には６００ｎｍの波長で測定することによりモニターできる。
【００８２】
微生物は、凝集、遠心分離、沈降、および／または濾過を含め、幾つもの手段で発酵ブロスから取り除くことができる。このことは、発酵ブロスを事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクへ循環させる前または後に行うことができる。さらに所望であれば、微生物を発酵ブロスへ戻して再利用できる。微生物の再利用により、バイオマス濃度が高くなり、これによって、基質から生成物への変換時間を減少させ、かつ生産性を増大させることができる。実施形態によっては、新鮮な発酵培地および／または微生物を、発酵プロセスの間の任意の時刻に発酵容器に加えることができる。
【００８３】
実施形態によっては、微生物は、様々な固定化技法またはカプセル化技法（例えば、ゲルマトリックスへの閉じ込め、様々な支持材の表面との共有結合、または支持体への吸着があるが、これらに限定されない）によって固定化またはカプセル化することができる。例として、微生物は、アルギナート、アルギン酸カルシウム、またはポリアクリルアミドゲルを用いて、あるいは様々な高表面積支持マトリックス（珪藻土、セライト、けいそう土、シリカゲル、プラスチック、または樹脂など）上でのバイオフィルム形成の誘発により、固定化またはカプセル化することができる。固定化細胞は、固定層または流動層の反応器で使用できる。固定化またはカプセル化により、生産性（比容積生産性（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）など）、代謝率、生成物アルコール収量、生成物アルコール耐性を向上させることができる。
【００８４】
実施形態によっては、発酵ブロスは微生物の懸濁液を維持するために撹拌してよいか、あるいは、発酵ブロスは、微生物にせん断応力を加えることができる圧力降下器具（バルブ、ノズル、またはオリフィスなど）を通過させてもよい。せん断応力により、細胞の損傷（細胞壁の損傷など）、形態的変化、細胞代謝の変化、および細胞生存率の低下が起こりうる。微生物に対するせん断応力の影響を明らかにするために、例えば、スラリー粘度、流量、エネルギー消散速度、および暴露時間を含め多数の因子を評価することができる（例えば、Ｌａｎｇｅ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．７６：５０１−５０５，２００１；Ｋａｔｈｅｒｉｎｅ  Ｓｍａｒｔ，Ｂｒｅｗｉｎｇ  Ｙｅａｓｔ  Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｃｈａｐｔｅｒ  ４（２ｄ  ｅｄ．２００３）；Ｅｌ−Ｔｅｍｔａｍｙ，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｕｒ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１５：１５６−１６０，１９８２を参照）。こうした因子の評価に基づいて、ポンプおよび攪拌機の速度、タンク占有時間、口径、圧力変化、および流量（ｍ／ｓ）などの装置運転パラメータを、微生物のせん断損傷を最小限に抑えるよう調整できる。さらに、固定化およびカプセル化により、微生物に対するせん断作用の影響を最小限に抑えられうる。
【００８５】
発酵の間に、発酵ブロスは、高圧と低圧のサイクルを交互に加えることができる。低圧サイクルの間に、ガス／蒸気の泡が発酵ブロス中に形成されうる。またこうした泡は、その後、発酵ブロスが高圧サイクルにかけられると、崩壊しうる（「キャビテーション」として知られる）。ガス／蒸気の泡が崩壊すると、微生物に損傷（例えば、細胞破壊）を引き起こしかねない強いせん断力が発生しうる。高圧／低圧サイクルの影響を最小限に抑えるために、発酵装置（例えば、圧抜き装置（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｌｅｔｄｏｗｎ  ｄｅｖｉｃｅ））はキャビテーションが発生しないように設計することができる。Ｄｏｕｌａｈ，ｅｔ  ａｌ．，（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｅｎｇ．１９：６４９−６６０，１９７７）およびＢａｒａｎｏｖ，ｅｔ  ａｌ．，（Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５２：９２７−９３３，２００７）に記載されているキャビテーション流のモデルを利用して、キャビテーションのプロセスを分析することができる。実施形態によっては、圧力降下の前に、例えば、遠心分離または膜濾過によって微生物を発酵ブロスから分離することができ、そして更なる発酵サイクルのために微生物を発酵容器へ戻して再利用することができる。
【００８６】
記載した方法の更なる実施形態では、生成物アルコールの取り出しは、発酵容器内の生成物アルコールの濃度がある特定の濃度範囲に達した時、ある特定の速度またはタイターに達した時、または発酵の開始時に始めることができる。例えば、発酵容器からのブタノールの取り出しは、ブタノール濃度が少なくとも約５ｇ／Ｌ〜少なくとも約４０ｇ／Ｌ（この濃度は、微生物に対するブタノールの抑制作用の減少を引き起こしうる）である時に始めることができる。実施形態によっては、ブタノール濃度は、少なくとも約５０ｇ／Ｌ、少なくとも約６０ｇ／Ｌ、またはそれを超える濃度でありうる。次いでその生成物アルコールの抑制作用の減少により、発酵プロセスにおける成長、速度、タイター、および／または収量が改善されうる。他の実施形態では、発酵容器内の生成物アルコールは、事前選択しきい値未満に維持することができる。事前選択しきい値は、微生物の生成物アルコール耐性によって異なりうる。実施形態によっては、しきい値は約２０ｇ／Ｌ未満でありうる。他の実施形態では、しきい値は、約８ｇ／Ｌ未満、約１０ｇ／Ｌ未満、約１５ｇ／Ｌ未満、約２５ｇ／Ｌ未満、約３０ｇ／Ｌ未満、または約４０ｇ／Ｌ未満でありうる。本明細書に記載の方法を用いることにより、当業者は、微生物の耐性しきい値を容易に測定して、生成物アルコールの取り出しをいつ始めればよいかを決めることができる。
【００８７】
発酵プロセスの間のあらかじめ設定した時点に、またはあらかじめ設定したスケジュールにしたがって断続的に、または発酵プロセスの間連続的に、生成物アルコールを発酵ブロスから回収することができる。発酵ブロスから生成物アルコールを回収した後、残留発酵ブロスを発酵容器に戻して再利用し、発酵プロセスを続けることができる。更なる培地成分（グルコースまたは他の発酵性炭素源および栄養素など）は、必要に応じて発酵容器に加えることができる。
【００８８】
生成物アルコールの取り出しを開始すると、微生物の生存率および発酵プロセスの経済的操業に影響を及ぼしうる。例えば、生成物アルコールの取り出しの開始が早すぎると、エネルギー消費が過剰になることがあり、微生物を不要なストレスにさらすことにもなりかねない。同様に、生成物アルコールの取り出しの開始が遅すぎると、過剰濃度の生成物アルコールに微生物がさらされるので、微生物の成長および発酵が阻害されることになりかねない。したがって、発酵ブロスからの生成物アルコールの取り出しは、発酵ブロス中の生成物アルコール濃度がある特定量に達したときに開始することができる。
【００８９】
生成物アルコールの取り出しを開始する最適な時間は、例えば、モデリング（例えば、動的モデリング）によって決定することもできる。生成物アルコールの取り出しのためのモデルを開発する際に考慮できる因子としては、微生物成長速度、グルコース消費速度、および生成物アルコール収量があるが、これらに限定されない。このモデリングについて同様に考慮できる他の因子としては、ケモスタットデータ、バッチ式のデータ、または商業操業データ（例えば、発酵容器の汚染による収量損失）がある。動的モデリングは、例えば、Ｅｘｃｅｌ（登録商標）（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｒｅｄｍｏｎｄ，ＷＡ）、ＭａｔＬａｂ（登録商標）（Ｔｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．，Ｎａｔｗｉｃｋ，ＭＡ）、およびＡｓｐｅｎ  Ｃｕｓｔｏｍ  Ｍｏｄｅｌｅｒ（登録商標）またはＡｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ（登録商標）（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を用いて実行できる。また動的モデリングの例は、例えば、Ｎａｎｄｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  １：Ａｒｔｉｃｌｅ  ８，２００６に記載されている。
【００９０】
生成物アルコールの抑制作用は、生成物アルコールを発酵ブロスから取り出す（例えば、現場での生成物取り出し）ことにより最小限に抑えることができる。液−液抽出、ガスストリッピング、吸収、イオン性液体、透析蒸発、相分離、超臨界抽出、膜浸透抽出（ｐｅｒｓｔｒａｃｔｉｏｎ）、真空発酵、逆浸透などの技術、またはこうした技術の組合せを用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから取り出すことができる。実施形態によっては、生成物アルコールを発酵ブロスから連続的に取り出すこともできる。
【００９１】
真空フラッシュ（またはフラッシュ発酵）は、生成物アルコールを発酵ブロスから取り出す別の手段である。この技術により、ブタノールなどの生成物アルコールを発酵ブロスまたは水溶液から回収する経済的な方法が提供される。
【００９２】
一般に、真空フラッシュでは、発酵ブロスは、生成物アルコールを蒸発させるフラッシュタンク（例えば、真空室）へ循環させる。例えば、フラッシュタンク内では、フラッシュされた発酵ブロスは、生成物アルコールを多く含む蒸気流および少なくとも部分的に生成物アルコールをほとんど含まない液体流（例えば、底部流（ｂｏｔｔｏｍｓ  ｓｔｒｅａｍ））を生じうる。蒸気流は、生成物アルコールを回収するためにさらに処理することができる。液体流（部分的に生成物アルコールがほとんどなくなっていることがある）は、発酵容器へ戻すことができる。真空フラッシュは、バッチプロセスであっても、流加プロセスであっても、連続法であってもよい。
【００９３】
本明細書に記載されているガスストリッピングは、生成物アルコールを発酵ブロスまたは他の水溶液から取り出すために使用できる別の技術である。この技術により、生成物アルコールの抑制作用が減少し、微生物を損なうことも、発酵ブロスからの栄養素が除去されることもない。ガス（例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、空気）を発酵ブロスに吹き込んで撹拌して、生成物アルコールを取り出すことができる。次いで、揮発性の生成物アルコールおよび他のガス（吹き込まれたガス、および発酵時に生成された任意のガスを含む）は、部分的に凝縮させ、凝縮器から回収することができる。またガスは発酵ブロスへ戻して再利用できる（図１Ａを参照）。実施形態によっては、発酵ブロスを発酵容器から取り出し、ガスストリッパー（またはスカルパー（ｓｃａｌｐｅｒ））に供給し、次いで凝縮器へ送って発酵ブロスから生成物アルコールを取り出すことができる。ストリッピングされた発酵ブロスは、発酵容器へ戻して再利用することができる（図１Ｂを参照）。ガスストリッパーは、例えば、連続ストリッパーまたは充填層ストリッパーであってよい。約２０℃〜約１００℃の間で発酵ブロスまたは水溶液を加熱してガスを揮発させるなど、他の手段を用いて、ガスを除去する（すなわち、ストリッピングまたはスカルプする）こともできる。さらに、発酵ブロスまたは水溶液の圧力を下げて大気圧未満（例えば、約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）にして、ガスを気化するか、または発酵ブロスまたは水溶液からガスを吸収するか、またはこれらの技術を組み合わせることにより、ガスを取り除くことができる。ストリッピングされたガスは、例えば、スクラバー、吸収、または凝縮によってさらに処理して、もしあれば生成物アルコールをガスから取り出すこともできる。
【００９４】
実施形態によっては、ガスストリッピングを真空フラッシュと組み合わせて使用してもよい。生成物アルコールを蒸発させる前にガスを取り除くことにより、ガスは生成物アルコールのフラッシュ回収で処理されることはなく、それゆえにフラッシュ法によって生成する蒸気流の一部になることはない。さらに、蒸発した生成物アルコールの量は、少なくなり、いっそう処理しやすくなる。図１Ｃについて言えば、ガスは発酵容器に吹き込むことができ、次いで発酵容器から出て凝縮器にゆくことができる（ａ）。発酵ブロスまたはその一部（ｂ）は、蒸発させるためにフラッシュタンクへ送って、生成物アルコールを含む蒸気流を作り出すことができる。実施形態によっては、フラッシュタンクは、発酵容器（例えば、大気圧）より低い圧力で操作できる。蒸気流（ｃ）は凝縮器へ送ることができるが、これは、最終的に生成物アルコール、水、および二酸化炭素の処理および回収をさらに行うためである。発酵ブロスのうち、生成物アルコール（ｄ）が部分的にほとんどなくなり蒸発しなかった部分は、発酵容器へ戻すことができる。実施形態によっては、発酵ブロスを処理または中和して、発酵に悪影響を及ぼしうる成分を除去することができる。また処理された発酵ブロスは発酵容器へ戻して再利用できる。
【００９５】
また本明細書では、発酵容器を出て行く発酵ブロスを真空フラッシュによって処理する方法も提供される。真空フラッシュは、単段フラッシュタンク内で行うことができる。この代わりに、あるいはこれと組み合わせて、真空フラッシュは、フラッシュされた発酵ブロスが、生成物アルコールを多く含む蒸気流を生じかつ実質的に生成物アルコールをほとんど含まない底部流を生み出すような条件下において、多段蒸留塔で行うことができる。実施形態によっては、フラッシュされた発酵ブロスからの蒸気流は、自然に凝縮しうる温度より高い温度で、第２液体流に吸収させることができる。
【００９６】
本明細書に記載のプロセスの一実施形態として、発酵ブロスの流れ（生成物アルコール、ガス（例えば、二酸化炭素）、発酵ブロスの他の成分を含み、微生物を含むこともある）は、発酵容器から取り出し、ガスストリッパー（またはスカルパー）へ送る。そこでは、ガスが発酵ブロスから除去され、生成物アルコールが発酵ブロス中に残る。ガスを除去した後、発酵ブロスをフラッシュタンクへ送り、部分的に蒸発させて水と生成物アルコールとを含む蒸気流を発生させる。蒸気流は、１重量％〜約９５重量％の間の生成物アルコールを含みうる。蒸発は、２０℃〜約１００℃の温度および真空条件下（例えば、約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａの圧力）で行わせることができる。例えば、蒸発は、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約９５℃、または約１００℃の温度で、そして約０．３ｐｓｉａ、約０．４ｐｓｉａ、約０．５ｐｓｉａ、約１．０ｐｓｉａ、約２．０ｐｓｉａ、約３．０ｐｓｉａ、約４．０ｐｓｉａ、約５ｐｓｉａ、または約１０ｐｓｉａの圧力で、行わせることができる。発酵プロセスによって生じる熱は、フラッシュタンクでの蒸発用の熱源として使用できる。フラッシュタンクは、大気圧未満に維持することができる。蒸発が起きなかった（部分的に生成物アルコールがほとんどなくなっている）発酵ブロスまたはその一部は、発酵容器に戻すことができる。蒸気流は、凝縮させるために蒸気凝縮器に送ることができ、その後、凝縮溶液を分離器へ送って生成物アルコールを回収できる。
【００９７】
凝縮を促進するために、蒸気流を凝縮溶液と接触させてもよい。実施形態によっては、凝縮溶液は約３０℃未満の温度であってよい。実施形態によっては、蒸気流の温度は、少なくとも約１℃〜少なくとも約２０℃だけ、凝縮溶液の温度とは異なってよい。実施形態によっては、蒸気流の温度は、少なくとも約１℃、少なくとも約２℃、少なくとも約３℃、少なくとも約４℃、少なくとも約５℃、少なくとも約６℃、少なくとも約７℃、少なくとも約８℃、少なくとも約９℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１１℃、少なくとも約１２℃、少なくとも約１３℃、少なくとも約１４℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約１６℃、少なくとも約１７℃、少なくとも約１８℃、少なくとも約１９℃、または少なくとも約２０℃だけ、凝縮溶液の温度とは異なってよい。実施形態によっては、凝縮溶液は、生成物アルコールまたは別のアルキルアルコールを含んでよい。実施形態によっては、蒸気流は、凝縮溶液を噴霧することができる（例えば、噴霧ノズル）。一例として、生成物アルコールを含む発酵ブロス（または水溶液）をフラッシュ（すなわち、減圧）して、生成物アルコールを含む蒸気流を生じさせる。次いで、この蒸気流を、生成物アルコールまたは別のアルキルアルコールを含む凝縮溶液と接触させて、生成物アルコールを含む凝縮液を生じさせることができる。凝縮液中の生成物アルコール濃度は、発酵ブロス中の生成物アルコール濃度より高いことがある。実施形態によっては、生成物アルコールを含む凝縮液を凝縮溶液と使用してよく、実施形態によっては、蒸気流と接触させる前に、この凝縮液を、例えば、熱交換器または蒸発冷却によって冷却することができる。別の実施形態では、蒸気流を作り出すための発酵ブロス（または水溶液）の蒸発および蒸気流の凝縮は、単一容器内で実施することができる。
【００９８】
実施形態によっては、凝縮液は、生成物アルコールを多く含む液相および生成物アルコールの少ない液相（または水を多く含む液相）を形成しうる。更なる実施形態では、生成物アルコールを多く含む液相と水を多く含む液相とを分離することができ、さらに生成物アルコールを多く含む液相と水を多く含む液相の両方から生成物アルコールを回収することができる。水を多く含む液相の一部は、発酵容器に戻すことができるか、または凝縮溶液として使用できる。
【００９９】
実施形態によっては、発酵ブロスまたはその一部の生成物アルコール濃度は、発酵ブロスの生成物アルコールの少なくとも飽和濃度（例えば、飽和点）まで増大させることができる。すなわち、生成物アルコール濃度は、発酵ブロスまたはその一部において少なくとも生成物アルコールの飽和点まで上昇する。別の実施形態では、水濃度は、発酵ブロスまたはその一部において少なくとも発酵ブロス中の生成物アルコールの飽和点まで低下する。飽和濃度点は、発酵ブロスの条件（例えば、温度、圧力）によって異なりうる。実施形態によっては、発酵ブロスまたはその一部の生成物アルコール濃度を上昇させるとは、発酵ブロスまたはその一部における生成物アルコールの初期（または開始）濃度を基準にした、発酵ブロスまたはその一部の生成物アルコール濃度の上昇を表す。
【０１００】
本明細書に記載したプロセスおよび方法の実施形態によっては、発酵ブロス（またはその少なくとも一部）は、発酵容器から取り出して第２容器または「フラッシュ容器」へ送ることができ、真空フラッシュによって少なくとも部分的に蒸発させることができる。他の実施形態では、発酵ブロス（または少なくともその一部）は、約２０℃〜約１００℃の温度において真空条件下（例えば、約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）で部分的に蒸発させることができる。例えば、蒸発は、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約９５℃、または約１００℃の温度で、そして約０．３ｐｓｉａ、約０．４ｐｓｉａ、約０．５ｐｓｉａ、約１．０ｐｓｉａ、約２．０ｐｓｉａ、約３．０ｐｓｉａ、約４．０ｐｓｉａ、約５ｐｓｉａ、または約１０ｐｓｉａの圧力で、行わせることができる。蒸発によって作られる蒸気流は、水、生成物アルコール、および二酸化炭素を含みうる。実施形態によっては、蒸気流は、吸収液体と接触させて吸収液相を生じさせることができる（例えば、国際公開第２０１１／１００２９９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２０１２／０２１１３４８号明細書（これらの開示内容全体をすべて本明細書に援用する）を参照）。実施形態によっては、吸収温度は蒸発温度より高くてもよい。例えば、吸収温度は、蒸発温度より、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約２５℃、約３０℃、または約３５℃高いことがありうる。実施形態によっては、吸収圧力は、蒸発圧力より高くてもよい。例えば、吸収圧力は、蒸発圧力よりも、約１ｐｓｉａ、約２ｐｓｉａ、約３ｐｓｉａ、約４ｐｓｉａ、約５ｐｓｉａ、約１０ｐｓｉａ、または約１５ｐｓｉａ高いことがありうる。
【０１０１】
実施形態によっては、吸収液体は、好ましくは、生成物アルコールの一部を蒸気流から吸収しうる。実施形態によっては、吸収液体は二酸化炭素を吸収しうる。吸収液体により、温度を低下させる（例えば、冷却）必要性が最小限に抑えられ、圧力の増大（例えば、再圧縮）を必要としうる蒸気流部分が減少する。吸収液体は、蒸気流のある特定成分の除去が最適化されるように調整できる。例えば、２−エチルヘキサノールとグリコールとを含む吸収液体は、かなりの部分の生成物アルコールおよび水を蒸気流から回収するのに使用できる。さらに、この吸収によって生じる熱は、蒸発熱の少なくとも一部として供給できる。
【０１０２】
実施形態によっては、吸収液体との接触は、フラッシュ操作の場合に近い減圧下で行われ、実施形態によっては、実質的にすべての蒸気流が吸収される。フラッシュおよび吸収の装置は、この二つの操作の間の圧力低下が最小限に抑えられるように組み合わせることができる。
【０１０３】
生成物アルコールを回収するために、吸収液体から（例えば、冷却器全体に循環させて）吸収熱を除去する。そのような実施形態では、安価な冷却剤を用いて（例えば、発酵液体を用いて）、吸収液体なしでの蒸気流の凝縮に必要と思われる循環流体から熱を除去できる。冷却は、空気冷却器により、または水冷回路から操作される熱交換器により、あるいは、例えば、直接に河川水を用いて行うことができる。再循環させる必要があるであろう吸収液体の量は、吸収装置全体にわたって許容されうる温度上昇に左右される。その吸収装置は、吸収器、吸収塔（例えば、多段吸収塔）、スプレー塔、エジェクター−ベンチュリスクラバー（ｅｊｅｃｔｏｒ−ｖｅｎｔｕｒｉ  ｓｃｒｕｂｂｅｒ）、撹拌式タンク、液封真空ポンプ、エダクター、または蒸気と液体との接触を可能にする任意のそのような装置または機器であってよい。一例として、多段吸収塔では、上部温度は、吸収圧における溶液からの蒸気圧によって制限されるが、下部温度はコールドユーティリティー（ｃｏｌｄ  ｕｔｉｌｉｔｙ）温度（例えば、冷却水）との接近により制限される。
【０１０４】
本明細書に記載のプロセスでは、蒸気流と吸収液体との接触は、真空下で行わせることができ、約０．３ｐｓｉａ〜約３ｐｓｉａの圧力で行わせることができる。実施形態によっては、接触は、約０．３ｐｓｉａ、約０．４ｐｓｉａ、約０．５ｐｓｉａ、約０．６ｐｓｉａ、約０．７ｐｓｉａ、約０．８ｐｓｉａ、約０．９ｐｓｉａ、約１ｐｓｉａ、約２ｐｓｉａ、または約０．３ｐｓｉａの圧力で行わせることができる。実施形態によっては、接触は、約３ｐｓｉａ未満、または約２ｐｓｉａ未満の圧力で行わせることができる。接触は、約２５℃〜約６０℃の温度で行わせることができる。実施形態によっては、接触は、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、または約６０℃の温度で行わせることができる。実施形態によっては、蒸発ステップおよび接触ステップは、同じ圧力または実質的に同じ圧力で行われる。
【０１０５】
好適な吸収液体としては、有機液体、有機アミン、およびイオン性液体、ならびに上記の生物由来の液体、またはそれらの混合物（例えば、国際公開第２０１１／１００２９９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２０１２／０２１１３４８号明細書（これらの開示内容全体をすべて本明細書に援用する）を参照）があるが、これらに限定されない。例えば、吸収液体として使用できる有機液体としては、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、ポリプロピレングリコールエーテル、１，３−プロパンジオール、またはこれらの混合物がある。吸収液体として使用できる有機アミンとしては、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２−アミノ２−メチルプロパノール（ＡＭＰ）、メチルアミノプロピルアミン（ＭＡＰＡ）、ピペラジン、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、ジイソプロピルアミン（ＤＩＰＡ）、アミノエトキシエタノール（ＡＥＥ）、ジメチルアミノプロパノール（ＤＩＭＡＰ）、およびメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、これらの任意の混合物、あるいはこれらの任意の水溶液がある。実施形態によっては、蒸気流中の吸収液体アミンと二酸化炭素とのモル比は、少なくとも約１．０１〜約２である。すなわち、そのモル比は約１より大きい。
【０１０６】
好適なイオン性液体の例としては、米国特許出願公開第２０１０／０１４３９９３号明細書、米国特許出願公開第２０１０／０１４３９９４号明細書、および米国特許出願公開第２０１０／０１４３９９５号明細書（これらを本明細書に援用する）に記載されているものがある。吸収液体の他の例としては、２‐エチルヘキサノール（２−ＥＨ）、イソラウリルアルコール、イソセチルアルコール、オレイルアルコール、フェノール、グリセロール、脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪アルコール、酸、アルコール、アミド（ジアルキルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）アセトアミド、およびジイソブチルイソ酪酸アミド（ｄｉ−ｉｓｏｂｕｔｙｌ  ｉｓｏｂｕｔｙｒａｍｉｄｅ）などであるが、これらに限定されない）、エステル、ケトン、カーボネート、ホスフェート（リン酸トリブチルおよびトリイソブチルホスファートなどであるが、これらに限定されない）、塩溶液（ブライン、炭酸カリウムなど）、およびそれらの混合物がある。脂肪酸、脂肪酸エステル、および脂肪アルコールは、トウモロコシ油、ダイズ油、またはひまし油に由来するものであってよい。
【０１０７】
実施形態によっては、吸収液体への蒸気流の吸収の開始温度が、吸収液体の非存在下での蒸気流の凝縮の開始温度より高くてもよい。吸収または凝縮の開始温度は、実験データに基づく標準気液平衡法を用いて計算するか、あるいはプロセスから直接測定するかして求めることができる。実施形態によっては、吸収液相への蒸気流の吸収の開始温度は、吸収液体の非存在下での蒸気流の凝縮の開始温度よりも、少なくとも約２℃、少なくとも約３℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、または少なくとも約３０℃だけ高くてもよい。
【０１０８】
別の実施形態では、吸収温度は蒸発温度より高くてもよい。例えば、吸収温度は、蒸発温度より、約５℃、約１０℃、約１５℃、約２０℃、約２５℃、約３０℃、または約３５℃高くてもよい。実施形態によっては、吸収圧力は、蒸発圧力より高くてもよい。実施形態によっては、吸収圧力は、例えば、蒸気再圧縮によって増大させることができる。例えば、吸収圧力は、蒸発圧力よりも、約１ｐｓｉａ、約２ｐｓｉａ、約３ｐｓｉａ、約４ｐｓｉａ、約５ｐｓｉａ、約１０ｐｓｉａ、または約１５ｐｓｉａ高くてもよい。
【０１０９】
できるだけ多くの蒸気流を吸収液体に吸収させることが有利であることが理解されるであろう。実施形態によっては、少なくとも約５０％の蒸気流が吸収液体に取り込まれうる。実施形態によっては、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９９％の蒸気流が、吸収液体に吸収される。生成物アルコールがブタノールである一部の実施形態では、蒸気流は、約５０〜８０質量％の水、約１０〜４０質量％のブタノール、および約０〜２０質量％の二酸化炭素を含みうる。蒸気流中の二酸化炭素を低くすることによって、吸収、凝縮、および類似のプロセスは容易になりうることが理解されるであろう。ブタノールと二酸化炭素との質量比を大きくすることによって、吸収、凝縮および類似のプロセスは容易になりうることがさらに理解されるであろう。この比率は、発酵容器の出口で、ブタノール１〜２部  対  二酸化炭素１００部の程度でありうる。実施形態によっては、この比率は、ブタノール１〜５部  対  二酸化炭素１部にまで増やすことができる。実施形態によっては、この比率は、ブタノール５〜３０部  対  二酸化炭素１部にまで増やすことができる。実施形態によっては、この比率は、ブタノール１０〜１００部  対  二酸化炭素１部にまで増やすことができる。
【０１１０】
生成物アルコールが吸収液体に吸収される一部の実施形態において、吸収液体が並行して再生および再利用されるように、生成物アルコールを吸収液体から回収できる。回収および再生は、回収部と任意選択的に濃縮部（ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｅｃｔｉｏｎ）とを含む蒸留塔へ吸収液体をポンプで送るステップと；底部液体生成物および上部蒸気生成物が作り出されるように吸収液体を蒸留するステップと；水と吸収液体とを含む底部生成物を蒸留塔から回収するステップとを含む方法を用いて達成することができる。当業者によく知られている手法を用いて蒸留塔への供給物を予熱して、蒸留塔の基部で必要なエネルギー入力を減らすことができる。実施形態によっては、蒸留塔は大気圧またはそれより高い圧力であってよい。
【０１１１】
本発明をさらに図を参照しながら説明する。本文および図で言及される「凝縮する（ｃｏｎｄｅｎｓｅ）」および「凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）」、「圧縮する（ｃｏｍｐｒｅｓｓ）」および「圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）」、あるいは「発酵」または「発酵容器」などの用語は、時々同義的に使用されることがある。本明細書に記載のプロセスは、発酵性生成物（生成物アルコールなど）を発酵によって製造するための方法も含みうる。例えば、１種または複数種の発酵性炭素源と微生物とを含む供給原料を発酵容器に送り込むことができる。微生物は、１種または複数種の発酵性炭素源を代謝して、ブタノールなどの生成物アルコールを産生しうる。以下に説明するように、実施形態によっては、発酵容器へ送り込む前に、供給原料を液化して供給原料スラリーを作ることができる。また実施形態によっては、供給原料スラリーを分離して液相と固相を生じさせることができる。実施形態によっては、供給原料は、乾式粉砕しても、湿式粉砕してもよい。実施形態によっては、糖化および発酵が同時に発酵容器で行われうる。発酵プロセスから製造された生成物アルコールは、本明細書に記載されかつ図に示されている方法を利用して回収することができる。当業者なら理解できるように、本明細書に記載した方法は様々な仕方で変更して、生成物アルコールの製造に合うように発酵プロセスを最適化することができる。
【０１１２】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の実施形態にしたがった生成物アルコール（エタノールまたはブタノールなど）を製造するための例示的なプロセス流れ図を示す。発酵１００における生成物アルコールの製造時に、微生物に対する生成物アルコールの毒性作用を最小限に抑えるために、生成物アルコールを発酵ブロスから取り出すことができる。例えば、発酵の間に発生した蒸気流１０２は、例えば、スクラバーシステムへ排出することができる。発酵バッチが完了したら（）、発酵容器１００の内容物１０１全体を、残っている生成物アルコールを発酵ブロスから分離するためにビール塔へ移すことができる。
【０１１３】
生成物アルコールの取り出しは、発酵ブロスの流れをループ状にフラッシュシステムに通すことにより、発酵バッチ全体で連続的に行うことができる。フラッシュシステムを用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから蒸発させることができる。発酵ブロス１０４は、事前フラッシュ１１０へ移すことができる。発酵ブロス１０４は、どんなレベルの発酵容器１００からでも取り出すことができる。非凝縮物質（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｅｎｓｉｂｌｅｓ）１０６（二酸化炭素など）を発酵ブロスから除去するために、事前フラッシュ１１０において減圧を行うことができる。事前フラッシュの目的は、下流の凝縮器および圧縮機によって処理されうる非凝縮物質の量を減少させることである。事前フラッシュは、発酵ブロス１０４を熱交換器に通すか、蒸気をフラッシュタンクに注入するか、または他の任意の手段によって加熱することができる。事前フラッシュは、別の非凝縮性ガスを注入することにより、強化することができる。蒸気流１０６は、圧縮１６０（図２Ａ）において大気圧より高くなるまで圧縮することができるか、または蒸気流１０６をスクラバーシステム（図２Ｂ）に向けることができる。圧縮１６０は、事前フラッシュの真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。事前フラッシュ１１０からの液体流１０５は、フラッシュ１２０へ移すことができる。フラッシュの圧力は、事前フラッシュ圧力よりも低い圧力で操作することができる。実施形態によっては、事前フラッシュの圧力は約３ｐｓｉａ〜約２５ｐｓｉａであってよい。実施形態によっては、１回以上の事前フラッシュを行ってもよい。フラッシュ１２０に入れる前に液体流１０５を熱交換器に通すか、蒸気６０８および／または熱水７１２をフラッシュ１２０に直接加えるか、あるいは他の手段によって、熱をフラッシュに加えることができる。極端な温度にさらされて微生物が不活性化されることがないようにするために、フラッシュを設計および操作することができる。例えば、許容できる暴露時間および温度は、段階的に増大させた温度（例えば、約３０℃〜約５０℃）にさらした後、あるいは５０℃で微生物が活発なままでいる場合には、もっと高い温度（例えば、約６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、または９５℃）に、段階的に増やした時間の間さらした後、微生物の活性の変化を１時間にわたって測定することにより求めることができる（例えば、実施例２を参照）。フラッシュの温度は、高温にさらされても、約１０％より多くの微生物、または約５％より多くの微生物、または約１％より多くの微生物が不活性にならない時間を考慮に入れて、可能な限り高くすることができる。
【０１１４】
吸収再生、吸収液体の冷却、精製、および蒸発装置（例えば、希薄蒸留廃液蒸発装置）を含む下流ステップで発生したプロセス蒸気を注入することにより、フラッシュを直接加熱することができる。生成物アルコールを実質的に含まないプロセス水と、精製域にある真空塔の凝縮器との間の熱交換によって発生した減圧蒸気を注入することにより、フラッシュを直接加熱することもできる。本発明の一実施形態では、精製トレーンから（例えば、放散側塔（ｓｉｄｅ  ｓｔｒｉｐｐｅｒ  ｃｏｌｕｍｎ）の下部から）流れ７１２を介して得られる、生成物アルコールを実質的に含まない熱水を注入することにより、フラッシュを加熱できる（図８を参照）。実施形態によっては、熱水の温度は、フラッシュの温度より高くてもよい。熱水は、例えば、０．０５重量パーセント未満の生成物アルコールを含んでもよい。発酵ブロスと混合する前に、フラッシュによって熱水が部分的にフラッシュされ冷却されるように、熱水は、バッフルの下から注入することができる。発酵容器全体で一定レベルが維持される速度で、熱水を注入できる。フラッシュは、熱水と蒸気との混合物を注入して加熱することもできる。その場合、熱水の量は発酵ブロスの量が一定になるように選択し、蒸気の量は、生成物アルコールが製造される速度で生成物アルコールが蒸発するように選択し、それによって、微生物の活性に基づいて選択した対象において生成物アルコール濃度が一定になるようにする。精製トレーンまたは希薄蒸留廃液蒸発装置からの水を、精製トレーンまたは吸収剤再生システムの凝縮蒸気で加熱することによって、蒸気と熱水が組み合わさったものを作ることができる。
【０１１５】
直接加熱されるフラッシュシステムは、内部構造物を含まないか、内部構造物として蒸気スパージャーのみを含む真空仕様（ｖａｃｕｕｍ  ｒａｔｅｄ）の圧力容器であってよい。直接加熱されるフラッシュシステムは、圧力低下が小さい状態で動作する設計された段塔（ｔｒａｙｅｄ  ｃｏｌｕｍｎ）を含むファウリング抵抗性蒸留塔であってよい。直接加熱されるフラッシュシステムは、スプレー塔であってもバッフル塔であってもよい。
【０１１６】
フラッシュは、ガス、凝縮蒸気、または液体による交換によって間接的に加熱できる。フラッシュは、例えば、吸収剤液体によって間接的に加熱でき、その場合、吸収剤液体がフラッシュよりも高温である（例えば、米国特許出願公開第２０１１／０１６２９５３号明細書および米国特許出願公開第２０１１／０１６２９５４号明細書（これらを本明細書に援用する）に記載されているプロセスを参照）。フラッシュは、このプロセスの他の区画にある真空塔からの凝縮蒸気によって間接的に加熱できる。フラッシュは、フラッシュ蒸気凝縮器からの熱を吸収する冷却ループ（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｌｏｏｐ）で発生する圧縮蒸気を凝縮することによって間接的に加熱することもできる。フラッシュは、フラッシュ蒸気を高い圧力に圧縮し、間接交換器の高温側で前記蒸気を凝縮させることにより、間接的に加熱できる。フラッシュへの供給は、熱交換器内のフラッシュの底部との交換によって予熱できる。実施形態によっては、フラッシュの底部は、別の熱源（蒸気加熱器など）を用いて高温に維持できる。実施形態によっては、フラッシュの底部流の一部は、このプロセスの他の区画からの熱を吸収する熱交換器を再循環させて、フラッシュに注入して戻すことができる。
【０１１７】
間接加熱されるフラッシュは、蒸気速度によって過剰の液泡が形成されず、かつ表面積が十分な熱伝達を行うのに十分にあるように変更が施された、エタノール製造所の希薄蒸留廃液蒸発装置と似た設計であってよい。そのようなフラッシュへの供給は、蒸発装置の上にあるバッフル塔または他のファウリング抵抗性対向流塔へ送り込むことができ、前記塔も蒸発装置からの蒸気を受け取る。
【０１１８】
本明細書に記載のプロセスおよび方法の任意の組合せを使用して、直接加熱および間接加熱を組み合わせて、フラッシュを加熱することができる。希薄蒸留廃液蒸発装置トレーンからの蒸気６０８（図７を参照）あるいは精製トレーンの凝縮器で発生する蒸気を凝縮させることにより、また熱水を直接注入することによって、フラッシュを間接的に加熱することができる。さらに、事前フラッシュは、本明細書に記載のプロセスおよび方法の任意の組合せを使用して、直接加熱および間接加熱を組み合わせて加熱することもできる。
【０１１９】
フラッシュからのすべての同伴液体を除去する必要はない。フラッシュからの流れは、垂直上昇しても、垂直下降しても構わない。垂直下降の場合、蒸気の流れの方向は、液体を分離する仕方で垂直上昇に変えることができる。
【０１２０】
事前フラッシュまたはフラッシュは、真空システムの幾つかの圧力段階のそれぞれについて用意できる。一例として、１つの事前フラッシュまたはフラッシュを動作させる圧力は、ルーツブロアーなどの水封式液体リングポンプで作られる真空であってよく、得られる冷却水の温度と生成物アルコールを含む凝縮液からの間接的な熱伝達の許容誤差である２℃〜１０℃とを加えた温度において、液封ポンプの蒸気圧に相当する真空で動作する。液体リングポンプは、遠心圧縮機と比べて、安価に購入できかつ経済的に動作させることができる。液体リングポンプで達成されうるよりも低い入口圧力で動作する遠心圧縮機から排気させるが、液体リングポンプの吸入口（ｓｕｃｔｉｏｎ）へ排出することにより、さらに節約することができる。そのようなシステムの設計では、前記液体リングポンプの圧力と大気圧フラッシュの間の中間圧力で１つまたは複数の事前フラッシュまたはフラッシュを動作させることにより実現できる、投資および運転費の節約の可能性も評価できる。これにより、低圧液体リングポンプのサイズを実質的に小さくすることができる。事前フラッシュまたはフラッシュの各段階の後に、液体放出の際の可変面積オリフィスが続くが、それはオリフィスの上流側で浮遊物質のブリッジング（ｂｒｉｄｇｉｎｇ）が起きて邪魔になることがないようにするために必要となりうる。微生物に関して、せん断力への暴露または大気圧からの圧力降下の割合を最小限に抑えるために、特別な設計は必要ないであろう。好適な装置は、膨張式弾性ライナー付きバルブまたはバタフライバルブを備えている。膨張式ライナーは、現場洗浄（ｃｌｅａｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）（ＣＩＰ）にとって役立つので好ましいであろう。こうしたバルブは、上流フラッシュタンクの浮遊物質のレベルが目標値を超えて、ブリッジングの可能性があることが示されたなら、必要に応じて「ストローク（ｓｔｒｏｋｅｄ）」することができる。
【０１２１】
図２Ａに関して言えば、フラッシュ１２０からの蒸気流１０７（生成物アルコールおよび水を含んでいる）は凝縮１３０に移すことができる。フラッシュ１２０からの液体流（または戻りライン）１０３は、ポンプを用いて発酵１００へ戻すことができる。ポンプは、フラッシュシステムの下に置かれる渦巻きポンプであってよい。ポンプへのフィードラインは、ポンプの有効吸込ヘッド要件（ｎｅｔ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｓｕｃｔｉｏｎ  ｈｅａｄ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を満たすように、また蒸気閉そくが起こらないように設計することができる。循環ループは、発酵バッチ間の洗浄を促進するように構成することができる。例えば、循環ループは、熱水または現場洗浄溶液が注入できるようにノズルを有していてもよい。それは、低位置排水管を有することができる。それは、ステンレス鋼または他の非腐食性合金で組み立てることができる。フラッシュ１２０からの戻りライン１０３は、フィードラインからフラッシュまでの少なくとも半径距離の位置で発酵１００に入ることができる。既存の循環ループをこの目的で、後で据え付けることができる。温度を制御するために、必要に応じて更なる熱交換器を循環ループで用いてもよい。
【０１２２】
凝縮１３０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。残った非凝縮蒸気流１０８（二酸化炭素、生成物アルコール、および水を含む）は、段階間冷却（部分凝縮を引き起こしうる）が行われる、１つ、２つ、３つ、またはそれを超える圧縮機段階（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｓｔａｇｅｓ）によって圧縮することができる。凝縮１３０からの蒸気流１０８は、圧縮１４０に入れ、圧縮して、大気圧未満（ｓｕｂ−ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に、または少なくとも事前フラッシュ１１０の圧力より高い圧力にすることができる。圧縮１４０は、フラッシュの真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮１４０からの蒸気流１１１は、凝縮１５０に入れることができるか（図２Ａ）、または圧縮１４０からの蒸気流１１１は事前フラッシュ１１０に入れることができる（図２Ｂ）。凝縮１５０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。凝縮１５０からの蒸気流１１２は、圧縮１６０へ移すことができる。流れ１０６および１１２は、圧縮１６０において大気圧または大気圧より高くまで圧縮することができる。圧縮１６０の流れ（または出口）１１４は、凝縮１７０へ移すことができる。凝縮１７０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。凝縮１３０からの液体凝縮物１０９、凝縮１５０からの液体凝縮物１１３、および／または凝縮１７０からの液体凝縮物１１６は、一緒にして、流れ１１７を生じさせることができ、流れ１１７は、生成物アルコールを回収するために、ポンプで蒸留プロセス域に送って移すことができる（図２Ａ）。図２Ｂに示す別の実施形態では、凝縮１３０からの液体凝縮物１０９は、生成物アルコールを回収するために蒸留プロセス域へポンプで送って移すことができる。凝縮１７０からの蒸気流１１５は、スクラバーシステムへ送ることができる（図２Ａ）。
【０１２３】
図３は、本明細書に記載のプロセスまたは方法の別の実施形態を表す。この実施形態では、初期の事前フラッシュにより、大気圧以上で実施して一部の二酸化炭素を除去して、その体積を圧縮する必要がないようにすることができ、その結果として、圧縮装置のコストを安くすることができる。
【０１２４】
発酵の間に発生する蒸気流２０２は、スクラバーシステムへ排気することができる。発酵が完了したら、発酵２００の内容物２０１全体を、残っている生成物アルコールを発酵ブロスから分離するためにビール塔へ移すことができる。
【０１２５】
生成物アルコールの取り出しは、発酵ブロスの流れをループ状にフラッシュシステムに通すことにより、発酵全体を通じて連続的に行うことができる。発酵ブロス２０４を発酵容器２００の下部または下半分から取り出す場合、二酸化炭素を、圧力Ｐ１（例えば、少なくとも約１０ｐｓｉａ〜約２５ｐｓｉａ）の事前フラッシュＩ（または第１事前フラッシュ）２１０において発酵ブロスからフラッシュすることができる。このようにして、スクラバーシステムを介して二酸化炭素２０５の大気放出が行われるようにし、それと共にその後の圧縮２７０で処理される二酸化炭素の量が低減されるようにする。非凝縮性ガスを吹き込むか、または本明細書に記載のいずれかの手段で加熱して、事前フラッシュＩ（２１０）の有効性を高めることができる。
【０１２６】
二酸化炭素蒸気の更なる事前フラッシュを減圧下で行って、生成物アルコール蒸気凝縮器へ入る二酸化炭素の量を低減することができ、それゆえに生成物アルコール蒸気凝縮器の効率を高めることができる。事前フラッシュＩ（２１０）からの流れ２０６は、圧力Ｐ２（例えば、少なくとも約３ｐｓｉａ〜約１２ｐｓｉａ）の事前フラッシュＩＩ（または第２事前フラッシュ）２２０へ移すことができる。事前フラッシュＩＩ（２２０）において減圧を使用して、発酵ブロスからの非凝縮物質（二酸化炭素など）の大半を除去することができる（例えば、Ｐ２はＰ１より低くてもよい）。事前フラッシュＩＩは、発酵ブロスを熱交換器に通すか、蒸気をフラッシュタンクに注入するか、または本明細書に記載の他の任意の手段によって加熱することができる。蒸気流２０７は、圧縮２７０へ移すことができ、大気圧より高くまで圧縮できる。圧縮２７０は、事前フラッシュＩＩ（２２０）の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。事前フラッシュＩＩ（２２０）からの液体流２０８は、フラッシュ２３０へ移すことができる。
【０１２７】
フラッシュを用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから蒸発させることができる。フラッシュの圧力Ｐ３（例えば、少なくとも約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）は、事前フラッシュＩＩの圧力（Ｐ２）より低い圧力で操作できる。フラッシュシステムは、本明細書に記載のどの方法で加熱してもよく、その方法として、流れ７１２を介した蒸留域からの熱水、および／または流れ６０８を介した蒸発域からの蒸気がある（図７および８を参照）。フラッシュ２３０からの蒸気流２０９（生成物アルコールおよび水を含んでいる）は凝縮２４０に移すことができる。フラッシュ２３０からの液体流（または戻りライン）２０３は、ポンプを用いて発酵２００へ戻すことができる。ポンプは、フラッシュシステムの下に置かれる渦巻きポンプであってよい。ポンプへのフィードラインは、ポンプの有効吸込ヘッド要件を満たすように、また蒸気閉そくが起こらないように設計することができる。循環ループは、発酵バッチ間の洗浄を促進するように構成することができる。循環ループは、熱水または現場洗浄溶液が注入できるようにノズルを有することができる。それは、低位置排水管を有することができる。それは、ステンレス鋼または他の非腐食性合金で組み立てることができる。フラッシュ２３０からの戻りライン２０３は、フィードラインからフラッシュまでの少なくとも半径距離の位置で発酵２００に入ることができる。既存の循環ループをこの目的で、後で据え付けることができる。温度を制御するために、必要に応じて更なる熱交換器を循環ループで用いてもよい。
【０１２８】
凝縮２４０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。残った非凝縮蒸気流２１１（二酸化炭素、生成物アルコール、および／または水を含む）は、段階間冷却（部分凝縮を引き起こしうる）が行われる、１つ、２つ、３つ、またはそれを超える圧縮機段階によって圧縮することができる。凝縮２４０からの蒸気流２１１は圧縮２５０に入れることができ、また圧縮して大気圧未満にすることができる。圧縮２５０は、フラッシュ２３０の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮２５０からの蒸気流２１３は凝縮２６０に入れることができる。凝縮２６０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。凝縮２６０からの蒸気流２１４は、圧縮２７０へ移すことができる。流れ２０７および２１４は、圧縮２７０において大気圧より高くまで圧縮することができる。圧縮２７０の流れ（または出口）２１６は、凝縮２８０へ移すことができる。凝縮２８０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。凝縮２４０からの液体凝縮物２１２、凝縮２６０からの液体凝縮物２１５、および／または凝縮２８０からの液体凝縮物２１８を一緒にして、流れ２１９を生じさせることができる。流れ２１９は、生成物アルコールを回収するために、蒸留プロセス域へポンプで送って移すことができる。凝縮２８０からの蒸気流２１７は、スクラバーシステムへ送ることができる。
【０１２９】
図４は、本発明のプロセスおよび方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、圧縮ステップ間で蒸気の冷却および凝縮を行うためにフラッシュ装置を使用できる。圧縮および凝縮の熱は、事前フラッシュステップに必要な熱の少なくとも一部ともなり得る。
【０１３０】
発酵の間に発生する蒸気流３０２は、スクラバーシステムへ排気することができる。発酵バッチが完了したら、残っている生成物アルコールを発酵ブロスから分離するために、発酵３０１の内容物３００全体を、ビール塔へ移すことができる。
【０１３１】
生成物アルコールの取り出しは、発酵ブロスの流れをループ状にフラッシュシステムに通すことにより、発酵全体を通じて連続的に行うことができる。発酵ブロス３０４を発酵容器３００の下部または下半分から取り出す場合、二酸化炭素を、圧力Ｐ１（例えば、少なくとも約１０ｐｓｉａ〜約２５ｐｓｉａ）で事前フラッシュＩ（３１０）において発酵ブロスからフラッシュすることができる。このようにして、スクラバーシステムを介して二酸化炭素３０５の大気放出が行われるようにし、それと共にその後の圧縮３２０および３４０で処理される二酸化炭素の量が低減されるようにする。非凝縮性ガスを吹き込むか、または本明細書に記載のいずれかの手段で加熱して、前フラッシュＩ（３１０）の有効性を高めることができる。また、熱は、圧縮３２０および蒸気流３０６（事前フラッシュＩ（３１０）に入るもの）の部分凝縮の熱からも供給されうる。その熱は、事前フラッシュＩ（３１０）に必要な熱すべてを供給できる。
【０１３２】
二酸化炭素蒸気の更なる事前フラッシュを減圧下で行って、生成物アルコール蒸気凝縮３６０へ入る二酸化炭素の量を低減することができ、それゆえに生成物アルコール蒸気凝縮器の効率を高めることができる。流れ３０７は、圧力Ｐ２（例えば、少なくとも約３ｐｓｉａ〜約１２ｐｓｉａ）の事前フラッシュＩＩ（３３０）へ移すことができる。事前フラッシュＩＩ（３３０）において減圧を使用して、発酵ブロスから非凝縮物質（二酸化炭素など）の大半を除去することができる（例えば、Ｐ２はＰ１より低くてもよい）。事前フラッシュＩＩは、発酵ブロスを熱交換器に通すか、蒸気をフラッシュタンクに注入するか、または本明細書に記載の他の任意の手段によって加熱することができる。また、熱は、圧縮３４０および蒸気流３０９（事前フラッシュＩＩ（３３０）に入るもの）の部分凝縮の熱からも供給されうる。その熱は、事前フラッシュＩＩ（３３０）に必要な熱すべてを供給できる。流れ３０８は、圧縮３２０において大気圧より高くまで圧縮することができる。圧縮３２０は、事前フラッシュＩＩ（３３０）の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮３２０からの蒸気流３０６は、冷却し凝縮させるために事前フラッシュＩ（３１０）に入れることができる。凝縮液は、事前フラッシュＩ（３１０）内で、ガス抜きされた発酵ブロスと一緒にすることができる。事前フラッシュＩＩ（３３０）からの液体流３１１は、フラッシュ３５０へ移すことができる。実施形態によっては、圧縮３２０および３４０は、単一の多段圧縮装置で行うことができる。
【０１３３】
フラッシュを用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから蒸発させることができる。フラッシュ３５０の圧力Ｐ３（例えば、少なくとも約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）は、事前フラッシュＩＩ（３３０）の圧力Ｐ２より低くてもよい。フラッシュシステムは、本明細書に記載のどの方法で加熱してもよく、その方法として、流れ７１２を介した蒸留域からの熱水、および／または流れ６０８を介した蒸発域からの蒸気がある（図７および８を参照）。フラッシュ３５０からの蒸気流３１２（生成物アルコールおよび水を含んでいる）は、凝縮３６０に移すことができる。フラッシュ３５０からの液体流３０３は、ポンプを用いて発酵３００へ戻すことができる。ポンプは、フラッシュシステムの下に置かれる渦巻きポンプであってよい。ポンプへのフィードラインは、ポンプの有効吸込ヘッド要件を満たすように、また蒸気閉そくが起こらないように設計することができる。循環ループは、発酵バッチ間の洗浄を促進するように構成することができる。循環ループは、熱水または現場洗浄溶液が注入できるようにノズルを有していてもよい。それは、低位置排水管を有することができる。それは、ステンレス鋼または他の非腐食性合金で組み立てることができる。フラッシュ３５０からの戻りライン３０３は、フィードラインからフラッシュまでの少なくとも半径距離の位置で発酵３００に入ることができる。既存の循環ループをこの目的で、後で据え付けることができる。温度を制御するために、必要に応じて更なる熱交換器を循環ループに用いてもよい。
【０１３４】
凝縮３６０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。液体凝縮物３１４は、生成物アルコールを回収するために、蒸留プロセス域へポンプで移すことができる。残った非凝縮蒸気流３１３（二酸化炭素、生成物アルコール、および／または水を含む）は、段階間冷却（部分凝縮を引き起こしうる）が行われる、１つ、２つ、３つ、またはそれを超える圧縮機段階によって圧縮することができる。圧縮３４０は、フラッシュ３５０の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮３４０からの蒸気流３０９は、冷却して部分凝縮させるために事前フラッシュＩＩ（３３０）に入れることができる。凝縮液は、事前フラッシュＩＩ（３３０）内で、ガス抜きされた発酵ブロスと一緒にすることができる。実施形態によっては、事前フラッシュＩ（３１０）、事前フラッシュＩＩ（３３０）、および／またはフラッシュ３５０は、スプレー塔であってよい。実施形態によっては、スプレー塔に入る液体および蒸気流は、並流として接触させるかまたは対向流として接触させることができる。
【０１３５】
図５は、本発明のプロセスおよび方法の別の実施形態を示す。この実施形態では、生成物アルコールの取り出しは、フラッシュと吸収により（例えば、フラッシュの間に発生する蒸気層の部分を吸収するために吸収液体を利用して）達成することができる。残っている生成物アルコールがあればそれは、発酵の終わりに発酵ブロスから蒸留によって回収することができる。発酵４００における生成物アルコールの産生の間、生成物アルコールを発酵ブロスから取り出して発酵条件を改善することができる。その結果、微生物の増殖が増大し、生成物アルコールの産生が増大することになる。
【０１３６】
発酵の間に発生する蒸気流４０２は、スクラバーシステムへ排気することができる。発酵バッチが完了したら、残っている生成物アルコールを発酵ブロスから分離するために、発酵４００の内容物４０１全体を、ビール塔へ移すことができる。
【０１３７】
生成物アルコールの取り出しは、発酵ブロスの流れをループ状にフラッシュシステムに通すことにより、発酵全体で連続的に行うことができる。発酵ブロス４０４を発酵容器４００の下部または下半分から取り出す場合、二酸化炭素を、圧力Ｐ１（例えば、少なくとも約１０ｐｓｉａ〜約２５ｐｓｉａ）の事前フラッシュＩ（４１０）において発酵ブロスからフラッシュすることができる。このようにして、スクラバーシステムを介して二酸化炭素４０５の大気放出が行われるようにし、それと共にその後の圧縮４２０および４４０で処理される二酸化炭素の量が低減されるようにする。非凝縮性ガスを吹き込むか、または本明細書に記載のいずれかの手段で加熱して、前フラッシュＩ（４１０）の有効性を高めることができる。また、熱は、圧縮４２０および蒸気流４０６（事前フラッシュＩ（４１０）に入るもの）の部分凝縮の熱からも供給されうる。それは、事前フラッシュＩ（４１０）に必要な熱すべてを供給できる。
【０１３８】
二酸化炭素蒸気の更なる事前フラッシュを減圧下で行って、生成物アルコール蒸気の吸収／凝縮４６０へ入る二酸化炭素の量を低減することができ、それゆえに生成物アルコール蒸気凝縮器の効率を高めることができる。流れ４０７は、圧力Ｐ２（例えば、少なくとも約３ｐｓｉａ〜約１２ｐｓｉａ）の事前フラッシュＩＩ（４３０）へ移すことができる。事前フラッシュＩＩ（４３０）において減圧を使用して、発酵ブロスからの非凝縮物質（）（二酸化炭素など）の大半を除去することができる（例えば、Ｐ２はＰ１より低くてもよい）。事前フラッシュＩＩは、発酵ブロスを熱交換器に通すか、蒸気をフラッシュタンクに注入するか、または本明細書に記載の他の任意の手段によって加熱することができる。また、熱は、圧縮４４０および蒸気流４０９（事前フラッシュＩＩ（４３０）に入るもの）の凝縮の熱からも供給されうる。その熱は、事前フラッシュＩＩ（４３０）に必要な熱すべてを供給できる。流れ４０８は、圧縮４２０において大気圧より高くまで圧縮することができる。圧縮４２０は、事前フラッシュＩＩ（４３０）の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮４２０からの蒸気流４０６は、冷却して部分凝縮させるために事前フラッシュＩ（４１０）に入れることができる。凝縮液は、事前フラッシュＩ（４１０）内で、ガス抜きされた発酵ブロスと一緒にすることができる。事前フラッシュＩＩ（４３０）からの液体流４１１は、フラッシュ４５０へ移すことができる。実施形態によっては、圧縮４２０および４４０は、単一の多段圧縮装置で行うことができる。
【０１３９】
フラッシュを用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから蒸発させることができる。フラッシュ４５０の圧力Ｐ３（例えば、少なくとも約０．３ｐｓｉａ〜約１０ｐｓｉａ）は、事前フラッシュＩＩ（４３０）の圧力Ｐ２より低くてもよい。フラッシュシステムは、本明細書に記載のどの方法で加熱してもよく、その方法として、流れ７１２を介した蒸留域からの熱水、および／または流れ６０８を介した蒸発域からの蒸気がある（図７および８を参照）。フラッシュ４５０からの蒸気流４１２（生成物アルコールおよび水を含んでいる）は、吸収／凝縮４６０に移すことができる。フラッシュ４５０からの液体流４０３は、ポンプを用いて発酵４００へ戻すことができる。ポンプは、フラッシュシステムの下に置かれる渦巻きポンプであってよい。ポンプへのフィードラインは、ポンプの有効吸込ヘッド要件を満たすように、また蒸気閉そくが起こらないように設計することができる。循環ループは、発酵バッチ間の洗浄を促進するように構成することができる。循環ループは、熱水または現場洗浄溶液が注入できるようにノズルを有していてもよい。それは、低位置排水管を有することができる。それは、ステンレス鋼または他の非腐食性合金で組み立てることができる。フラッシュ４５０からの戻りライン４０３は、フィードラインからフラッシュまでの少なくとも半径距離の位置で発酵４００に入ることができる。既存の循環ループをこの目的で、後で据え付けることができる。温度を制御するために、必要に応じて更なる熱交換器を循環ループに用いてもよい。
【０１４０】
蒸気の吸収／凝縮４６０は、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０１６２９５３号明細書および米国特許出願公開第２０１１／０１６２９５４号明細書（これらを本明細書に援用する）に記載のプロセスを利用して、吸収によって行うことができる。本明細書に記載のプロセスおよび方法の一実施形態では、吸収剤または冷却凝縮液の並流噴霧または並流噴霧接触器を使用して、蒸気を抜き出すことができる。吸収／凝縮４６０からの液体流４１４は、ポンプを用いて冷却４７０へ移すことができる。冷却４７０の冷却源は、好適には冷たい冷却水であるか、冷水にすることができる。流れ４１５は、少なくとも２つの流れに分けることができ、例えば、吸収／凝縮４６０へ戻すための流れ４１６と、生成物アルコールを吸収剤から分離するために蒸留域へ移すことのできる流れ４１７とに分けることができる。吸収されない蒸気流４１３は、吸収／凝縮４６０から出て、圧縮４４０に入ることができる。圧縮４４０は、フラッシュ４５０の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮４４０からの蒸気流４０９は、冷却して凝縮させるために事前フラッシュＩＩ（４３０）に入れることができる。凝縮液は、事前フラッシュＩＩ（４３０）内で、ガス抜きされた発酵ブロスと一緒にすることができる。実施形態によっては、事前フラッシュＩ（４１０）、事前フラッシュＩＩ（４３０）、および／またはフラッシュ４５０は、スプレー塔であってよい。実施形態によっては、スプレー塔に入る液体および蒸気流は、並流として接触させるかまたは対向流として接触させることができる。
【０１４１】
本明細書に記載のプロセスおよび方法の別の実施形態では、蒸発トレーンを用いて、発酵プロセスの間に生じる希薄蒸留廃液から水を除去することができる。図６は、４つの蒸発缶からなる効用缶が２つある構成を含む蒸発トレーンの典型的な配置を示す。この配置は、多数の既存のエタノール製造所で採用することができる。最初の４つの段階（１〜４）は、ほぼ１つの圧力で操作でき（Ｐ１〜４）、最後の４つの段階（５−８）は大まかに言ってもっと低い圧力（Ｐ５〜８）で操作される（例えば、Ｐ５〜８はＰ１〜４より低い）。この配置では、希薄蒸留廃液５０１が第１段階蒸発装置に入り、ボイラー（または図示されていない他の熱源）からの蒸気５０２が段階１〜４に入る。蒸気および希薄蒸留廃液を間接的に接触させて、凝縮蒸気からの熱を煮沸希薄蒸留廃液（ｂｏｉｌｉｎｇ  ｔｈｉｎ  ｓｔｉｌｌａｇｅ）に移す。蒸発の最初の４段階（１〜４）からの蒸気凝縮液は、一緒にして、流れ５０３を介してボイラーに戻すことができる。水の一部が蒸発トレーンの各段階で蒸発するにつれて、希薄蒸留廃液は濃縮されうる。濃縮蒸留廃液は、各段階の下部から除去し、後に続く段階蒸発装置の上部に供給することができる。希薄蒸留廃液の濃縮によって生じる蒸気は、最初の４段階（１〜４）を出て行く。これは、最後の４段階（５〜８）のための熱源として使用できる。蒸留廃液の濃度は、終了段階８まで、各段階を通じてシロップ５０５として増大しうる。段階５〜８からの凝縮液５０４は、クックウォーター（ｃｏｏｋ  ｗａｔｅｒ）に使用できる。実施形態によっては、凝縮液は、廃水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物の除去、ｐＨの調整、アルカリ度の調整などを行うことができる。実施形態によっては、凝縮液は嫌気性水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物をバイオガスおよび類似の燃料に変換することができる。実施形態によっては、凝縮液は好気性水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物を二酸化炭素に変換することができる。段階５〜８での蒸留廃液の濃縮によって蒸発する蒸気５０６は、蒸留域での熱に使用されうる。
【０１４２】
図７は、本明細書に記載した方法およびプロセスで使用できる蒸発トレーンの別の実施形態を示す。この蒸発トレーン配置では、２つ蒸留缶からなる効用缶が４つあるシステムを用いて希薄蒸留廃液を濃縮することができる。この配置の利点の１つは、ボイラーからの投入蒸気（ｉｎｐｕｔ  ｓｔｅａｍ）から、より多くのエネルギーを回収できることである。希薄蒸留廃液６０１は、第１段階蒸発装置に入る。希薄蒸留廃液は、直列の８つの蒸発装置段階すべてを進んで通過し、得られるシロップが流れ６０７として出てくる。ボイラーからの蒸気６０２が最初の２つの段階（１および２）へ供給される。蒸気および希薄蒸留廃液を間接的に接触させて、凝縮蒸気からの熱を煮沸希薄蒸留廃液に移す。一実施形態では、段階１および２の希薄蒸留廃液から蒸発した水を用いて段階３および４を加熱し、段階３および４の希薄蒸留廃液から蒸発した水を用いて段階５および６を加熱し、段階５および６の希薄蒸留廃液から蒸発した水を用いて段階７および８を加熱することができる。別の実施形態では、段階７および８の圧力（Ｐｄ）は、段階５および６の圧力（Ｐｃ）より低くてもよく、Ｐｃは段階３および４（Ｐｂ）より低い圧力でもよく、Ｐｂは段階１および２（Ｐａ）より低い圧力でもよい（例えば、Ｐｄ＜Ｐｃ＜Ｐｂ＜Ｐａ）。段階１および２からの蒸気凝縮液は、一緒にして、流れ６０３を介してボイラーに戻すことができる。段階３〜８からの凝縮液６０４、６０５、および６０６は、クックウォーターに使用でき、ポンプで移すことができる。実施形態によっては、段階３〜８からの凝縮液またはその一部は、廃水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物（例えば酪酸）の除去、ｐＨの調整、アルカリ度の調整などを行うことができる。実施形態によっては、凝縮液またはその一部は嫌気性水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物をバイオガスおよび類似の燃料に変換することができる。実施形態によっては、凝縮液またはその一部は、好気性水処理プロセスで処理して、揮発性有機化合物を二酸化炭素に変換することができる。段階７および８から出てくる得られた蒸気６０８は、（例えば、４つの蒸留缶からなる効用缶が２つある構成のＰ５〜８と比較した場合に）低圧（Ｐｄ）であり、フラッシュタンクを直接加熱するのに使用できる。低圧蒸気は、微生物に対する熱ストレスの影響を最小限に抑えることもできる。
【０１４３】
本明細書に記載のプロセスおよび方法の別の実施形態では、生成物アルコールは、図８に示すプロセスを用いて発酵ブロスから回収することができる。ビール塔７００を使用して、発酵の終了時に残っている発酵ブロスから生成物アルコールを回収することができる。発酵ブロス（１０１、２０１、３０１、４０１。図２〜５を参照）は、生成物アルコール／水の共沸混合物のオーバーヘッド（ｏｖｅｒｈｅａｄ）７０１を生じるビール塔７００へ入れることができ、そのオーバーヘッドはその後、凝縮７１０へ送ることができる。蒸発システムからの低圧蒸気（５０６。図６を参照）を使用して、７０２によって直接接触加熱を行って、生成物アルコール／水の共沸混合物（７０１）のオーバーヘッドを蒸留することができる。凝縮した生成物アルコールおよび水７０６は、デカンテーション７７０へ移すことができる。ビール塔７００の下部物質（ｂｏｔｔｏｍｓ）７０３を分離７２０送って、希薄蒸留廃液（５０１、６０１。図６および７を参照）を穀類蒸留粕（ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ  ｇｒａｉｎｓ）７０５から分離し、それを穀類蒸留粕乾燥器（ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ  ｇｒａｉｎｓ  ｄｒｙｅｒ）へ送って乾燥穀類蒸留粕を作り出すことができる。乾燥器の後に、蒸発からのシロップ（５０５、６０７。図６および７を参照）を穀類蒸留粕に添加して、可溶分を含んだ乾燥穀類蒸留粕（ＤＤＧＳ）を作り出すことができる。分離７２０は、遠心分離機、フィルター、または液体を固形分から分離するのに使用できる他の任意の装置であってよい。
【０１４４】
デカンテーション７７０は、生成物アルコール相および水性相を、生成物アルコールを多く含む流れから分離するために使用できる。デカンテーション７７０への注入物（ｉｎｌｅｔｓ）は、蒸留塔のオーバーヘッド（例えば、ビール塔からの７０６、側塔からの７１１、精留塔からの７１６）およびフラッシュシステムからの凝縮液（１０９、１１７、２１９、３１４、４１７。図２〜５を参照）であってよい。デカンテーション７７０で作られる蒸気流７２１は、スクラバーシステムへ排気することができる。実施形態によっては、デカンテーション７７０は減圧下で操作でき、真空ポンプを用いて蒸気流７２１をスクラバーシステムへ送ることができる。
【０１４５】
デカンテーション７７０からの水性相７０８は、側塔（ｓｉｄｅ  ｃｏｌｕｍｎ）７３０（ならびに流れ１６。図１１を参照）へ送ることができる。側塔は、水が、このプロセスの他の区画での使用のために塔の下部から排出される前に、水性相に可溶性である生成物アルコールを回収するのに使用できる。側塔７３０の下部からの熱水は、流れ７１２を介して熱をフラッシュタンクに提供するのにも使用でき（図２〜５を参照）、その流れはまた、フラッシュプロセスによって失われた水と置き換わり、発酵容器内の発酵ブロスのレベルの制御にも役立つ。側塔７３０用の低圧蒸気熱７０７は、マスクッキング（ｍａｓｓ  ｃｏｏｋｉｎｇ）プロセスから提供されうる（図１０の流れ９１８を参照）。生成物アルコール／水の共沸混合物７０９は、蒸留して上部から凝縮７４０へ送ることができる。凝縮液７１１は、デカンテーション７７０へ入れることができる。
【０１４６】
デカンテーション７７０からの生成物アルコール相７１４は、精留塔７５０（ならびに流れ１５。図１１を参照）へ送ることができる。精留塔７５０では、生成物アルコールが精留塔７５０の下部から排出される前に、生成物アルコール相中に溶けるどんな水も除去できる。水は、生成物アルコール／水の共沸混合物のオーバーヘッド７１５として除去して、凝縮７６０へ送ることができる。凝縮液７１６は、デカンテーション７７０へ移すことができる。精留塔７５０は、間接加熱されるリボイラー７８０で加熱することができる。リボイラー７８０は、ケトル形、熱サイホン型、または他の任意のデザイン（普通は当該技術分野についてよく知っている業者によって考えられたデザイン）であってよい。精留塔の下部物質の一部は、流れ７１７を介してリボイラー７８０へ入れることができる。リボイラー７８０からの蒸気流７１９は、精留塔７５０の下部へ入れることができる。下部物質副流７１８は冷却して、生成物貯蔵タンクへ送ることができる。流れ７１８の冷却は他の流れと熱統合（ｈｅａｔ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）されうる。例えば、７１８からの熱は、熱交換器を介して流れ７１４へ移されうる。凝縮７６０は、他の設備および／または装置と熱統合されうる。例えば、凝縮７６０は、蒸発装置トレーンに熱を供給できる。
【０１４７】
図９は、本明細書に記載されかつ図２〜８に示されているプロセスの流れ全体（例えば、異なる領域またはプロセス間の物質、蒸気、および水）を描いている。図２〜５に示されている発酵域８００は、発酵およびフラッシュシステムを含んでいる。流れ１０９、１１７、２１９、３１４、４１７、１０１、２０１、３０１、および４０１、ならびに流れ１５および１６（図１１を参照）はすべて、図９に示されているプロセスの発酵域８００から蒸留域８１０へ物質を移す。生成物アルコール７１８は蒸留域８１０から除去できる。蒸留域８１０からの水は、７１２および８０５を介して移すことにより、発酵域８００で使用できる。副産物ＤＤＧＳ７０５は、蒸留域８１０から出ることができる。蒸留域８１０からの希薄蒸留廃液（図６および７に示されている５０１、６０１）は、蒸発域８２０へ移すことができる。蒸発域８２０からの凝縮水８０４は、発酵域８００で（例えば、マッシュクッキング（ｍａｓｈ  ｃｏｏｋｉｎｇ）プロセスで、または発酵容器用の補給水として）使用できる。蒸発域８２０で発生したプロセス蒸気６０８は、発酵域８００へ移してもよく、あるいは蒸発域８２０で発生したプロセス蒸気５０６は、蒸留域８１０へ移してもよい。蒸気は、発電所８３０でも作り出され、任意のプロセス域へ熱が供給される。燃料（天然ガスなど）は、流れ８０１によって発電所８３０へ供給して、蒸気を発生させるためにボイラーで燃焼させる。発生した蒸気８０６は、発電所８３０を出て、５０２および／または６０２を介して蒸発域８２０へ、８０２を介して蒸留域８１０へ、あるいは８０３を介して発酵域８００へ送り出すことができる。
【０１４８】
図１０は、発酵によるエタノールの製造から、蒸留によるエタノールの回収までを示す。エタノールは、発酵９００における糖質類の発酵によって製造されうる。糖質類は、任意のバイオマス源（トウモロコシ、サトウキビ、セルロース物質、またはリグノセルロース物質を含む）から得ることができる。発酵の間に発生するガス９０１は、スクラバーシステムへ排気することができる。発酵ブロス９０２は、ビール塔９１０へ移すことができる。蒸発システムからの蒸気９０３は、ビール塔９１０に入ることができる。エタノールおよび水は、ビール塔９１０内で蒸発させることができ、蒸発した流れ９０４は上部から精留塔９２０へ送ることができる。精留塔９２０はエタノールを濃縮するのに使用できる。ビール塔９１０の底部流９１５は、全体が蒸留廃液であり、主に固形分および水を含む。精留塔９２０からのエタノールと水との共沸混合物９０５は、凝縮９３０へ上部から蒸発させることができる。精留塔９２０の底部流９０６は、エタノールを回収するために、側塔９７０へ移すことができる。マッシュクッキングプロセスからのフラッシュ蒸気９１８は、エネルギーを側塔９７０へ供給するために使用できる。側塔９７０の上部からの蒸気流９１６は、精留塔９２０の下部へ移すことができる。側塔９７０の下部物質９１７は、プロセスで再使用できるルター水（ｌｕｔｔｅｒ  ｗａｔｅｒ）を形成する。凝縮９３０からの蒸気流９０７は、圧縮９４０へ移すことができる。圧縮９４０により、蒸留プロセスのための真空が生み出される。圧縮９４０の放出物質（ｏｕｔｌｅｔ）９０９は、フラッシュ９６０へ移される。凝縮９３０からの液体凝縮物の一部は、環流液として精留塔９２０の上部へ移すことができ、別の部分９０８は、モレキュラーシーブシステム９５０へ移すことができる。残った水は、モレキュラーシーブシステム９５０中のエタノール９１４から除去することができる。モレキュラーシーブシステム９５０の再生時に、蒸気流９１１はモレキュラーシーブシステム９５０を出ることができ、フラッシュ９６０へ入る前に凝縮されうる（図示せず）。フラッシュ９６０から出る蒸気流９１２は、主として二酸化炭素であり、フラッシュ９６０から出る液体９１３はエタノールおよび水を含み、エタノール回収の目的で精留塔９２０へ戻して再利用することができる。
【０１４９】
図１１は、本明細書に記載のプロセスまたは方法の別の実施形態を表す。この実施形態では、フラッシュの凝縮は、スプレー凝縮器を用いて達成することができる。事前フラッシュおよびフラッシュからの凝縮液は、デカンテーションして水性相と有機相とに分離できる。生成物アルコールを多く含む相は、精留塔において蒸留で精製できる。水を多く含む相の一部は、スプレー凝縮器での凝縮液体として用いるために冷却することができ、水を多く含む相の別の部分は、生成物アルコールを取り出すために蒸留に送ることができる。
【０１５０】
事前フラッシュ１０００からの流れ１は、フラッシュ１０１０へ移すことができる。蒸気流２は、圧縮１０５０へ移すことができ、大気圧より高くまで圧縮できる。圧縮１０５０は、事前フラッシュ１０００の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。
【０１５１】
フラッシュ１０１０を用いて、生成物アルコールを発酵ブロスから蒸発させることができる。フラッシュ１０１０の圧力は、事前フラッシュ１０００の圧力よりも低い圧力で操作できる。フラッシュ１０１０は、本明細書に記載のどの方法で加熱してもよく、その方法として、流れ７１２を介した蒸留域からの熱水、および／または流れ６０８を介した蒸発域からの蒸気がある（図７および８を参照）。フラッシュ１０１０からの蒸気流３（生成物アルコールおよび水を含んでいる）は、凝縮１０２０に移すことができる。フラッシュ１０１０からの液体流（または残滓物質（ｔａｉｌｓ）（図示せず））は、ポンプを用いて発酵容器へ戻すことができる。
【０１５２】
凝縮１０２０は、例えば、熱交換凝縮器またはスプレー凝縮器で行うことができる。残った非凝縮蒸気流４（二酸化炭素、生成物アルコール、および水を含む）は、段階間冷却（部分凝縮を引き起こしうる）が行われる、１つ、２つ、３つ、またはそれを超える圧縮機段階によって圧縮することができる。凝縮１０２０からの凝縮液流１４は、ポンプによってデカンテーション１０７０へ移すことができる。凝縮１０２０からの蒸気流４は圧縮１０３０に入れることができ、また圧縮して大気圧未満に圧縮することができる。圧縮１０３０は、フラッシュ１０１０の真空を発生させる源となりうる。真空および圧縮は、例えば、真空ポンプ、圧縮機、蒸気噴射、または当業者が決める他の手段によって実現できる。圧縮１０３０からの蒸気流５は凝縮１０４０に入れることができる。凝縮１０４０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。凝縮１０４０からの凝縮液流７は、ポンプによってデカンテーション１０７０へ移すことができる。凝縮１０４０からの蒸気流６は、圧縮１０５０へ移すことができる。蒸気流６および２は、圧縮１０５０において大気圧より高くまで圧縮することができる。圧縮１０５０の放出物質８は、凝縮１０６０へ移すことができる。凝縮１０６０は、例えば、熱交換凝縮器、スプレー凝縮器、または他の手段によって行うことができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。液体凝縮物１１は、ポンプでデカンテーション１０７０へ移すことができる。凝縮１０６０からの蒸気流９は、スクラバーシステムへ送ることができる。
【０１５３】
デカンテーション１０７０で回収される蒸気はすべて、流れ１７によってスクラバーシステムへ排気することができる。デカンテーション１０７０からのアルコールを多く含む相１５は、生成物アルコールを回収するために蒸留プロセス域へ送ることができる。流れ１５は精留塔へ直接向けることができる（図８を参照）。デカンテーション１０７０からの水を多く含む相の一部は、流れ１６によって、生成物アルコールおよび再利用のための水を回収するために蒸留プロセスへ送ることができる。流れ１６は、放散側塔へ直接送ることができる（図８を参照）。デカンテーション１０７０からの水を多く含む相の別の部分は、流れ１２によって、冷却１０８０を介して凝縮１０２０へ再循環させることができる。冷却は、例えば、冷却塔水、冷水、または冷凍システムによって行うことができる。冷却１０８０からの冷却された液体１３は、凝縮１０２０中に噴霧して、フラッシュ蒸気の一部を凝縮させることができる。デカンテーション１０７０からの水を多く含む相のみを凝縮１０２０で利用する場合、比較的熱容量の大きい水を利用して、流れ１２、１３、および１４の流れ要件を最小限に抑える。
【０１５４】
別の実施形態では、複数回のデカンテーションステップを利用して、いろいろな凝縮ステップから凝縮液を分離できる。別の実施形態では、混合相を凝縮１０２０に戻すことができる。
【０１５５】
本明細書に記載のプロセスに用いる装置は、多数の仕方で構成することができる。例えば、フラッシュタンクおよび／または凝縮器は、上部で流動的に接続された複数の平行した垂直シリンダーを部分的に含むことができる。シリンダーは、質量伝達および熱伝達を促進しかつ同伴を減少させるために、内部構造物（例えば、スプレーノズル、シェブロン（ｃｈｅｖｒｏｎ）、デミスター）を有していてもよい。シリンダーは、直径が、例えば、１０、１２、または１４フィートであってよいか、あるいは工場加工に適し、かつトラックまたは鉄道あるいは他の標準的な輸送手段で発酵工場用地へ輸送するのに適した他の直径であってよい。シリンダーは、多流構成（ｍｕｌｔｉ−ｐａｓｓ  ｆｌｏｗ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）となるようにバッフルが付けられていてよい。シリンダーは、完全真空定格であってよく、また真空定格となるように補強されていてよい。シリンダーは、溶接されたステンレス鋼または類似の非腐食性合金構造であってよく、また排出および洗浄を簡単にできるように底部が皿形であってよい。
【０１５６】
発酵ブロスは、１つまたは複数のシリンダーの中央部より上に送り込むことができ、熱を蒸気および／または熱水の形でそうしたシリンダーの中央部より下に送り込むことができる。生成物アルコールがほとんどなくなった発酵ブロスは、こうしたシリンダーの下部に集めることができ、そこからポンプに流れうる。蒸気は、発酵ブロスが供給されるシリンダーから他のシリンダーに進むことができ、そうした他のシリンダーは接触凝縮器として働く。冷却された凝縮液を、それらの他のシリンダーに１つ以上の高さで吹き込んで、生成物アルコールおよび水の一部を凝縮させることができる。この凝縮液はこれらのシリンダーの下部に集まり、そこから復水ポンプに流れ込むことができる。凝縮液または凝縮液の一部は、デカンテーションして、生成物アルコールを多く含む層と、水を多く含む層と分離することができる。生成物アルコールを多く含む相および水を多く含む相は、生成物アルコールを回収するため、また生成物アルコールを実質的に含まない水を再利用するために、精製トレーンにポンプで送ることができる。凝縮液またはその一部を冷却して、ポンプで凝縮シリンダーに戻すことができる。実施形態によっては、水を多く含む層またはその一部は、冷却してポンプで凝縮シリンダーに戻すことができる。蒸気は、バッフルの下から、あるいは小さい圧力低下で蒸気を液体から分離するための他の仕組みから、凝縮シリンダーを出て行くことができるか、あるいは蒸気を圧縮機に向けることができる。
【０１５７】
冷却後に、残っている蒸気は、スクラバーへ排出するのに適した圧力に達するまで、１つまたは複数の圧縮段階および／または冷却段階によって圧縮および冷却することができる。冷水を、冷却器段階のいずれかに送り込むことができる。圧縮機の入口における生成物アルコールと二酸化炭素との比は、例えば、約２から約２０の間、約３から約２０の間、または約７から約２０の間であってよい。
【０１５８】
実施形態によっては、フラッシュおよび事前フラッシュの蒸気の処理によって得られる１つまたは複数の蒸気流ならびに他のプロセス領域（例えば、蒸留、蒸発、発酵ガス抜き）から得られる蒸気流は、少なくとも１つのスクラバーを含むスクラバーシステムでさらに処理することができる。プロセスで発生する蒸気流の成分は、発酵時に生じた二酸化炭素でありうる。周囲温度および周囲圧力の条件下では、こうした蒸気流は、様々な量の生成物アルコールおよび他の揮発性有機薬品（ＶＯＣ）を含むこともできる。こうした蒸気流によってプロセスから出てくるＶＯＣの量を最小限に抑えること、例えば、生成物アルコールの商業生産に課せられた排気制限規制（ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ）に適合するようにすることが望ましいであろう。さらに、生成物アルコールを大気中に排気することによって収益が失われうる。本明細書に記載のプロセス（例えば、図２Ｂおよび４に示されているもの）を用いて、蒸気流のＶＯＣ含有量を減少させることができる。
【０１５９】
排気ＶＯＣの量を最小限に抑える手段の１つは、１つまたは複数のスクラバーを用いて蒸気流からのＶＯＣの一部を水に吸収させ、それにより、水を含むスクラバー底部流を生じさせることである。典型的には、スクラバー底部流を用いて、アルコール製造プロセスで失われが水を補充する。例えば、かなりの量の水が、可溶分を含む穀類蒸留粕を乾燥させることにより失われうる。スクラバー底部流を用いて失われたその水を補充することができる。スクラバーに入る水（例えば、スクラバー水）は、新鮮な水および処理済みの水を含むことができる。「新鮮な水」は、外部源（すなわち、アルコール製造プロセスの外側）からの水である。場合によっては、過剰のスクラバー底部流が生じて、容易に廃棄処理できない廃液流を生じることがある。スクラバーに入ってゆく新鮮な水の流れは、廃液流が発生しないように制限することができる。
【０１６０】
それゆえに、蒸気流から除去できるＶＯＣ部分は、スクラバーに入る限られた新鮮な水の流れに吸収させることのできる量によって限定されうる。本発明の実施形態によっては、スクラバー水の吸収容量は、添加剤を使用して増大させることができる。こうした添加剤は、例えば、少なくとも部分的に水溶性であってよい。こうした添加剤は、ＶＯＣの蒸気圧を下げ、ＶＯＣの揮発性を減少させ、かつ／またはＶＯＣの溶解度を増大させる効果を有しうる。実施形態によっては、添加剤は、スクラバー水と一緒に、あるいは別々にスクラバーシステムに加えることができる。実施形態によっては、添加剤は生体適合性であってよい。別の実施形態では、添加剤は燃料生成物との適合性があってもよい。添加剤の一例はグリセロールである。別の実施形態では、添加剤は、本明細書に記載され、また国際公開第２０１１／１００２９９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２０１２／０２１１３４８号明細書（これらの開示内容全体をすべて援用する）に記載の吸収液体であってよい。実施形態によっては、スクラバー底部流は、添加剤または吸収液体および任意の生成物アルコールとその中のＶＯＣを回収するために処理できる。
【０１６１】
実施形態によっては、スクラバー水は、スクラバー水の吸収容量を増大させるために、例えば、熱交換器によって、冷却水、冷凍システムによって、あるいは蒸発冷却によって冷却することができる。実施形態によっては、スクラバー底部流の一部を冷却し、かつ／または冷やしてからスクラバーへ再循環させることがでる。実施形態によっては、この再循環させた部分をスクラバー水と一緒にすることができ、またスクラバーへ入れる前にさらに冷却するかまたは冷やすことができる。実施形態によっては、この再循環させた部分をさらに処理してＶＯＣを除去し、スクラバーに入れる前にさらに冷却するかまたは冷やすことができる。例えば、この再循環させた部分を放散側塔などの塔内で蒸留することができる。
【０１６２】
実施形態によっては、スクラバーに入れる水または少なくともその一部は、プロセスの別の部分で発生する水流（蒸発トレーンからの凝縮液など）の一部によって用意することができる。実施形態によっては、１つまたは複数の蒸気流を圧縮して、大気圧より高い圧力にし、スクラバー内において高圧で処理してスクラバー水の生成物アルコール吸収効率をさらに向上させることができる。
【０１６３】
実施形態によっては、スクラバーは、例えば、冷却ジャケットによって外側から冷却できる。実施形態によっては、スクラバーのスクラバー底部流を別のスクラバーに送り込むことができる。スクラバーは、約５、約１０、約１５、またはそれを上回る理論接触段階を提供でき、実施形態によっては、対向流であってよい。
【０１６４】
本明細書に記載のプロセスおよび方法の別の実施形態では、エネルギー消費量は、発酵プロセス全体での発酵容器内における製造速度に合わせて生成物アルコール取り出し速度を変えることにより、最小限に抑えることができる。さらに、フラッシュへの入熱は、生成物アルコール製造速度が発酵容器内で変化するにつれ、変えることができる。発酵プロセスの最後に生成物アルコールの製造が減少すると、フラッシュシステムの蒸気速度が減少して、エネルギーが保存され、本明細書に記載のプロセスの経済性が改善されうる。また、数学モデリングを用いて、本明細書に記載のプロセスおよび方法の様々なパラメータを最適化することができる。例えば、フラッシュへの循環速度は、エネルギーコストおよびエネルギー供給システムの能力を考慮に入れた条件を含む、発酵サイクルの数学モデルを開発することにより、最適化することができる。
【０１６５】
本明細書に記載のプロセスにおけるエネルギー消費量を最適化する別の手段は、熱統合である。例えば、エネルギー（例えば、熱）は、フラッシュを操作する熱を提供するような仕方で連続段階的に与える（ｃａｓｃａｄｅｄ）ことができる。このエネルギーを供給する経済的な方法は、精製トレーン中の１つまたは複数の真空塔のオーバーヘッドにおける凝縮を用いて、熱交換器（水性凝縮液が供給されるケトルリボイラーなど）中に大気圧未満の蒸気を発生させるというものである。エネルギーを供給する別の方法は、蒸発装置トレーンから大気圧未満の蒸気の一部を供給してフラッシュを操作するというものである。こうした加熱システムの利点は、装置を発酵ブロスにさらさないので、各発酵サイクルの後に、現場洗浄を必要としないという点である。別の利点は、こうした熱伝達装置をシステム内の発酵容器すべてで共用できることである。
【０１６６】
本明細書に記載のプロセスの実施形態によっては、フラッシュプロセスにより湿った二酸化炭素（腐食性酸性ガス）が発生しうる。また、発酵システム装置の構成（例えば、発酵容器、事前フラッシュタンクおよびフラッシュタンク、スクラバー、凝縮器、圧縮機、蒸発装置、蒸留塔など）において使用される物質（例えば、ステンレス鋼）は、二酸化炭素による腐食および浸食の影響をかなり受けやすい可能性がある。湿った二酸化炭素の腐食作用を減らすために、生体適合性の腐食防止剤を添加して、発酵システム装置の金属表面を保護することができる。さらに、湿った二酸化炭素の流れの速度を指定された流量（例えば、ｍ／ｓ）以下に維持するなら、湿った二酸化炭素の腐食作用を最小限に抑えることができる。様々な流れから湿った二酸化炭素を、例えば、事前フラッシュ、フラッシュ、および／または発酵容器への発酵ブロスの再循環の前に除去することも、湿った二酸化炭素の腐食作用を減らす手段となりうる。腐食作用を最小限に抑える他の手段としては、腐食および浸食をもたらしかねない乱流の発生を少なくするための配管構成部品（例えば、曲管、Ｔ字管、Ｌ字継手、バルブ、ポンプなど）の設計、そうした構成部品の構造物への耐食材料の使用および／またはそうした構成部品への塗膜（例えば、エポキシ、ケイ素、またはポリマーアロイ塗膜）の塗布；および表面処理（機械的なもの（例えば、磨くこと）、化学的なもの（例えば、焼灼、不動態化）、および電気化学的なもの（例えば、電解研磨）など）があるが、これらに限定されない。
【０１６７】
発酵システム装置は、汚染の影響も受けやすいであろう。例えば、真空システム（例えば、事前フラッシュタンクおよびフラッシュタンク）のバルブ、フランジ、連結器などは、漏れが起こりやすく、殺菌されていない空気（したがって、望ましくない微生物）を発酵システムに入り込ませてしまう。汚染の危険を減らすために、発酵システムの構成部品は、例えば、溶接構造および／またはスムーズな連続した穴を用いて、継手およびフランジをなくすように設計することができる。パージポート（ｐｕｒｇｅ  ｐｏｒｔ）でフランジを包むなど、空気漏れを防ぐものを取り付けて、漏れが起きないか監視することもできる。さらに、汚染が起きた場合に汚染および封じ込めを最小限にするために、発酵の間、モノセプティック（ｍｏｎｏｓｅｐｔｉｃ）条件を維持することができる。大規模な分解および組み立て作業を行うことなく、自動で洗浄および消毒を行うために、現場洗浄（ＣＩＰ）および現場殺菌（Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）（ＳＩＰ）システムを使用することもできる。一実施形態では、ＣＩＰシステムは、工場の一区画を、他の区画が運転を継続している間に、遮断して洗浄できるように設計することができる。
【０１６８】
本明細書に記載のプロセスでは、生成物アルコールの生産収量が改善された発酵方法が提供される。本明細書で説明したように、微生物による発酵を利用した生成物アルコールの製造は、微生物の生成物アルコール毒性しきい値があるため非効率的でありうる。本明細書で提供するプロセスでは、生成物アルコールを発酵プロセスから取り出すことができ、結果として発酵ブロス中の生成物アルコールの濃度が低減される、効果的な手段が提供される。生成物アルコールの濃度の低下により、微生物に対する生成物アルコールの毒性作用が最小限に抑えられ、こうして生成物アルコールの生産収量が改善される。
【０１６９】
ガスのフラッシングの間に固形分が存在すると、泡立ちおよび／またはファウリングおよび固形分の同伴および／またはガスを含んだ液体が生じうる。発酵の前、あるいは事前フラッシングまたはフラッシングの前に、供給原料から固形分を除去すると、事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクから固形分が入り込む量を減少させることができ、また泡立ちの可能性を減らすこともできる。実施形態によっては、事前フラッシングまたはフラッシングの前に、微生物および／または固形分を除去できる。微生物および／または固形分は、例えば、濾過、遠心分離、および分離に使用できる他の任意の手段を用いて除去できる。
【０１７０】
フラッシュタンクから泡が出るのを防ぐ更なる方法には、ストーブ管出口（ｓｔｏｖｅ  ｐｉｐｅ  ｅｘｉｔ）など泡を破壊するための機械的手段、泡が形成されないようにする多段フラッシュ、泡消し剤の使用、フラッシュタンクの上部に液体をスプレーして泡を破壊するもの、またはガス抜きされた再循環ブロスをフラッシュタンクの上部にスプレーするものがあるが、これらに限定されない。
【０１７１】
本明細書に記載したプロセスの実施形態の一例として、発酵は、供給原料を発酵容器に直接送り込むことによって開始できる。好適な供給原料としては、ライ麦、小麦、トウモロコシ、トウモロコシのマッシュ、サトウキビ、サトウキビのマッシュ、大麦、セルロース物質、リグノセルロース物質、またはこれらの混合物があるが、それらに限定されない。実施形態によっては、供給原料は、乾式粉砕しても、湿式粉砕してもよい。図１２について言えば、実施形態によっては、発酵２０へ送り込む前に、供給原料４２を液化して、不溶解固形分および糖質（例えば、発酵性炭素源）を含むことができる供給原料スラリー４５を作ることができる。供給原料の液化は、知られている任意の液化プロセスによって行うことができ、そのプロセスとしては、酸プロセス（ａｃｉｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、酸−酵素プロセス、酵素プロセス（例えば、アルファ−アミラーゼ）、またはこれらの組合せがあるが、それらに限定されない。実施形態によっては、液化は液化容器中で行うことができる。実施形態によっては、酵素４４（例えば、アルファ−アミラーゼ）を液化４０に加えることができる。
【０１７２】
供給原料スラリー４５は、分離５０へ送って、不溶解固形分供給原料スラリー４５を分離することができる。分離は、多数の手段で行うことができ、その手段には、デカンターボウル遠心分離、３相遠心分離（例えば、Ｔｒｉｃａｎｔｅｒ（登録商標））、ディスクスタック遠心分離、濾過遠心分離、デカンター遠心分離、濾過、真空濾過、ベルトフィルタ、圧力濾過、スクリーンを用いた濾過、スクリーン分離、グレーティング、多孔質グレーティング、浮選、ハイドロクロン、フィルタープレス、スクリュープレス、重力沈降タンク、ボルテックス分離器、またはこれらの組合せがあるが、それらに限定されない。不溶解固形分を除去するための方法およびシステムの説明については、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０１６４３０２号明細書（その内容全体を本明細書に援用する）を参照されたい。供給原料スラリー４５の分離により、液相５５および固相５２（例えば、不溶解固形分）が生じる。液相５５は発酵２０に加えることができ、固相５２（または「ウェットケーキ」）はさらに処理できる。ウェットケーキ５２は、糖質および水の一部を含みうる。
【０１７３】
ウェットケーキ５２の処理の一例として、ウェットケーキ５２を水で洗浄して、ウェットケーキ中に存在する糖質（例えば、オリゴ糖類）を回収することができ、回収された糖質および水を液化４０へ戻して再利用することができる。洗浄後に、ウェットケーキ５２をさらに処理して、例えば、動物飼料（例えば、ＤＤＧＳ）を作ることができる。
【０１７４】
実施形態によっては、微生物を発酵２０に直接加えてもよく、あるいは微生物を増殖３０で増殖させてから、発酵２０に加えてもよい。実施形態によっては、増殖は、増殖容器内で行われうる。こうしたプロセスで使用できる微生物の例は、本明細書に記載してある。
【０１７５】
実施形態によっては、供給原料４２および／または液相５５を、あらかじめ決めたレベルまで発酵２０に加えることができる。例えば、供給原料４２および／または液相５５は、発酵容器２０の攪拌機のブレードに達するまで加えることができる。その後、攪拌機を作動させて、増殖３０の内容物を発酵２０に加えることができる。実施形態によっては、供給原料４２および／または液相５５を、定常状態に達するまで発酵２０に加えることができる。実施形態によっては、供給原料４２および／または液相５５は、温度を、例えば、３５℃未満または他の任意の基準点に維持するために、外部冷却ループを循環するようにさせることができる。
【０１７６】
実施形態によっては、糖化および発酵が同時に発酵２０で行われうる。当該技術分野で通常利用される周知の任意の糖化プロセスを利用でき、それには、酸プロセス、酸−酵素プロセス、または酵素プロセスがあるが、これらに限定されない。実施形態によっては、供給原料４２または液相５５中にオリゴ糖類の形で存在する糖質類を単糖類に分解するために、酵素２２（グルコアミラーゼなど）を発酵２０に送り込むことができる。実施形態によっては、糖化は、別個の糖化容器で行われうる。実施形態によっては、糖化は、供給原料スラリー４５の分離５０の前、または供給原料スラリーの分離５０の後に行われうる。
【０１７７】
実施形態によっては、流れ２５（例えば、発酵ブロス）を発酵２０から取り出し、生成物アルコールを回収するため事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクへ移すことができる。取り出された流れ２５は、微生物および固形分（流れ２５から、例えば、遠心分離または濾過によって分離することができる）を含みうる。その後、微生物を発酵２０へ戻して再利用することができ、その発酵２０では徐々に生成物アルコールの産生速度を増大させることができ、それによって生成物アルコール産生の効率が高まりうる。さらに、流れ２５を事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクへ移す前に微生物を取り出すと、微生物に対するフラッシュ条件（例えば、圧力および温度）の影響を最小限に抑えることができ、生存率が向上する。微生物は、更なる発酵サイクルのために発酵容器に戻すことができる。
【０１７８】
本明細書に記載のプロセスの更なる実施形態では、細胞密度を高めかつ発酵速度を向上させるための手段として、フラッシュ発酵において細胞再利用を使用できる。本明細書に記載のプロセスでは、微生物は、発酵ブロスを事前フラッシュタンクまたはフラッシュタンクへ移す前に、発酵ブロスから取り出し、さらなる発酵サイクルのために発酵容器に戻すことができる。微生物は、例えば、遠心分離または膜濾過によって他の発酵成分から分離して、再利用することができる。実施形態によっては、微生物は、酸で処理して、更なる発酵サイクルのために微生物の状態を整えることができる。この酸洗浄は、別個のタンク（例えば、再利用タンク）内で行うことができる。あるいはまた、微生物（例えば、酵母菌）は、他の発酵成分から分離し、乾燥させ、副産物として販売することができる。
【０１７９】
本明細書に記載の発酵プロセスによる生成物アルコールの製造プロセスで生じる様々な流れは、多くの仕方で組み合わせて、多数の副産物を生じさせることができる。例えば、様々な流れを組み合わせて、ある特定動物種（例えば、乳牛）の個別調整された飼料生成物が作られるような仕方で処理できる。本明細書に記載したように、穀類蒸留粕固形分は、シロップと組み合わせて可溶分（ＤＤＧＳ）を含む乾燥穀類蒸留粕を製造することができる。
【０１８０】
本発明の方法によって製造されるアルコール生成物には、例えば、試薬、溶剤、および燃料のような多数の用途がある。特許請求された方法で製造されるブタノールは、燃料（例えば、バイオ燃料）、燃料添加物、アルコール（ディーゼルまたはバイオディーゼル燃料として使用できるエステルの製造に使用される）、プラスチック工業における原料化学物質（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）、配合製品（化粧品など）の成分、および化学中間体として直接使用できる。ブタノールは、ペイント、コーティング、ワニス、樹脂、ガム、染料、脂肪、ワックス、樹脂、シェラック、ゴム、およびアルカロイドといったものの溶剤として使用することもできる。したがって、本発明は、こうした工業用化学品に対する強い要求を支持することのできるアルコール（ブタノールを含む）を製造するための代替方法を提供する。
【０１８１】
組換え微生物および生合成経路
理論に縛られることは望まないが、本明細書に記載のプロセスは、任意のアルコール産生微生物、特に耐性レベルより上のタイターでアルコールを産生する組換え微生物と組み合わせると有用であると考えられる。
【０１８２】
アルコール産生微生物は、当該技術分野において知られている。例えば、メタン資化性バクテリア（例えば、メチロサイナス・トリコスポリウム（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ  ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ））によるメタンの発酵性酸化によってメタノールが製造され、メタノール（Ｃ１アルキルアルコール）を、カルボン酸および触媒（そのカルボン酸をメタノールでエステル化できるもの）と接触させると、そのカルボン酸のメタノールエステルが形成される。酵母菌株ＣＥＮ．ＰＫ１１３−７Ｄ（ＣＢＳ８３４０，ｔｈｅ  Ｃｅｎｔｒａａｌ  Ｂｕｒｏ  ｖｏｏｒ  Ｓｃｈｉｍｍｅｌｃｕｌｔｕｒｅ；ｖａｎ  Ｄｉｊｋｅｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｎｚｙｍｅ  Ｍｉｃｒｏｂ．Ｔｅｃｈｎｏ．２６：７０６−７１４，２０００）は、エタノールを産生することができ、エタノールを、カルボン酸および触媒（そのカルボン酸をエタノールでエステル化することのできるもの）と接触させると、エチルエステルが形成される。
【０１８３】
アルコールを産生する組換え微生物も当該技術分野において知られている（例えば、Ｏｈｔａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．５７：８９３−９００，１９９１；Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．６８：１０７１−１０８１，２００２；Ｓｈｅｎ  ａｎｄ  Ｌｉａｏ，Ｍｅｔａｂ．Ｅｎｇ．１０：３１２−３２０，２００８；Ｈａｈｎａｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．７３：７８１４−７８１８，２００７；米国特許第５，５１４，５８３号明細書；米国特許第５，７１２，１３３号明細書；ＰＣＴ出願公開の国際公開第１９９５／０２８４７６号パンフレット；Ｆｅｌｄｍａｎｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．３８：３５４−３６１，１９９２；Ｚｈａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６７：２４０−２４３，１９９５；米国特許出願公開第２００７／００３１９１８Ａ１号明細書；米国特許第７，２２３，５７５号明細書；米国特許第７，７４１，１１９号明細書；米国特許第７，８５１，１８８号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２０３０９９Ａ１号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２４６８４６Ａ１号明細書；およびＰＣＴ出願公開の国際公開第２０１０／０７５２４１号パンフレット（これらをすべて本明細書に援用する））。
【０１８４】
生成物アルコール（エタノールおよびブタノールなど）を産生できる好適な組換え微生物は、当該技術分野において知られており、生成物アルコールを産生できるある特定の好適な微生物を本明細書に記載する。実施形態によっては、微生物は、バクテリア、藍色細菌、糸状菌、または酵母であってよい。生合成経路によって生成物アルコールを産生できる好適な微生物としては、クロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ジモモナス属（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）、エシェリキア属（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）、サルモネラ属（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）、セラチア属（Ｓｅｒｒａｔｉａ）、エルウィニア属（Ｅｒｗｉｎｉａ）、クレブシエラ属（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、赤痢菌属（Ｓｈｉｇｅｌｌａ）、ロドコッカス属（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、バシラス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）、ラクトバシラス属（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、エンテロコッカス属（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、クレブシエラ属（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ）、パエニバチルス属（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ）、アルトロバクター属（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ）、コリネバクテリウム属（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブレビバクテリウム属（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、シゾサッカロミセス属（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、クリベロミセス属（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ）、ヤロウイア属（Ｙａｒｒｏｗｉａ）、ピキア属（Ｐｉｃｈｉａ）、ザイゴサッカロミセス属（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、デバリオミケス属（Ｄｅｂａｒｙｏｍｙｃｅｓ）、カンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）、ブレタノマイセス属（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、パチソレン属（Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ）、ハンゼヌラ属（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）、イサタケンキア属（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ）、トリコスポロン属（Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ）、ヤマダザイマ属（Ｙａｍａｄａｚｙｍａ）、またはサッカロミセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）の１つが含まれる。実施形態によっては、組換え微生物は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）、アルカリゲネス・ユートロフス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ）、バチルス・リケニフォルニス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｎｎｉｓ）、パエニバチルス・マセランス（Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍａｃｅｒａｎｓ）、ロドコッカス・エリスポリス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ）、シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）、ラクトバチルス・プランタルム（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｐｌａｎｔａｒｕｍ）、エンテロコッカス・フェシウム（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆａｅｃｉｕｍ）、エンテロコッカス・ガリナラム（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｇａｌｌｉｎａｒｉｕｍ）、エンテロコッカス・フェカリス（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆａｅｃａｌｉｓ）、バシラス・サチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、カンジダ・ソノレンシス（Ｃａｎｄｉｄａ  ｓｏｎｏｒｅｎｓｉｓ）、カンジダ・メタノソルボーサ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｍｅｔｈａｎｏｓｏｒｂｏｓａ���、クルイベロミセス・ラクチス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｓ）、クルイベロミセス・マルキアヌス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｍａｒｘｉａｎｕｓ）、クルイベロマイセス・サーモトレランス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｓ）、イサチェンキア・オリエンタリス（Ｉｓｓａｔｃｈｅｎｋｉａ  ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）、デバリオミセス・ハンゼニイ（Ｄｅｂａｒｙｏｍｙｃｅｓ  ｈａｎｓｅｎｉｉ）、およびサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）からなる群から選択できる。実施形態によっては、組換え微生物は酵母菌である。実施形態によっては、組換え微生物は、サッカロミセス属（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、ザイゴサッカロミセス属（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、シゾサッカロミセス属（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、デッケラ属（Ｄｅｋｋｅｒａ）、トルロプシス属（Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓ）、ブレタノマイセス属（Ｂｒｅｔｔａｎｏｍｙｃｅｓ）、および一部の種のカンジダ属（Ｃａｎｄｉｄａ）から選択されるクラブツリー正酵母（ｃｒａｂｔｒｅｅ−ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｙｅａｓｔ）である。クラブツリー正酵母の種としては、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、サッカロミセス・クルイベリ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｋｌｕｙｖｅｒｉ）、シゾサッカロミセス・ポンベ（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐｏｍｂｅ）、サッカロミセス・バヤヌス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｂａｙａｎｕｓ）、サッカロミセス・ミキタエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｍｉｋｉｔａｅ）、サッカロミセス・パラドクサス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐａｒａｄｏｘｕｓ）、サッカロミセス・ウバラム（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｕｖａｒｕｍ）、サッカロミセス・カステリ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃａｓｔｅｌｌｉ）、サッカロミセス・クルイベリ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｋｌｕｙｖｅｒｉ）、ザイゴサッカロミセス・ロキシ−（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｒｏｕｘｉｉ）、ザイゴサッカロミセス・ベイリイ（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｂａｉｌｌｉ）、およびカンジダ・グラブラタ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｇｌａｂｒａｔａ）があるが、これらに限定されない。さらに、本明細書に記載の方法で同定される生成物アルコール耐性微生物も、生成物アルコールを産生するための遺伝子修飾に適したものでありうる。
【０１８５】
実施形態によっては、宿主細胞は、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）である。サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）は、当該技術分野において知られており、様々な入手源から得ることができる。その入手源としては、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（Ｒｏｃｋｖｉｌｌｅ，ＭＤ）、Ｃｅｎｔｒａａｌｂｕｒｅａｕ  ｖｏｏｒ  Ｓｃｈｉｍｍｅｌｃｕｌｔｕｒｅｓ（ＣＢＳ）Ｆｕｎｇａｌ  Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｃｅｎｔｒｅ、ＬｅＳａｆｆｒｅ、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢ、Ｆｅｒｍ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｍａｒｔｒｅｘ、およびＬａｌｌｅｍａｎｄがあるが、これらに限定されない。Ｓ．セレビシエ（Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）としては、ＢＹ４７４１、ＣＥＮ．ＰＫ  １１３−７Ｄ、Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（登録商標）酵母菌、Ｆｅｒｍ  Ｐｒｏ（商標）酵母菌、Ｂｉｏ−Ｆｅｒｍ（登録商標）ＸＲ酵母菌、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｐｒｅｓｔｉｇｅ  Ｂａｔｃｈ  Ｔｕｒｂｏアルコール酵母菌、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｐｏｔ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ酵母菌、Ｇｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ  Ｔｕｒｂｏ酵母菌、ＦｅｒＭａｘ（商標）Ｇｒｅｅｎ酵母菌、ＦｅｒＭａｘ（商標）Ｇｏｌｄ酵母菌、Ｔｈｅｒｍｏｓａｃｃ（登録商標）酵母菌、ＢＧ−１、ＰＥ−２、ＣＡＴ−１、ＣＢＳ７９５９、ＣＢＳ７９６０、およびＣＢＳ７９６１があるが、これらに限定されない。
【０１８６】
実施形態によっては、微生物は、固定化されていてもカプセル化されていてもよい。例えば、微生物は、アルギナート、アルギン酸カルシウム、またはポリアクリルアミドゲルを用いて、あるいは様々な高表面積支持マトリックス（珪藻土、セライト、けいそう土、シリカゲル、プラスチック、または樹脂など）上でのバイオフィルム形成の誘発により、固定化またはカプセル化することができる。実施形態によっては、ＩＳＰＲは、固定化またはカプセル化微生物と組み合わせて使用してよい。この組合せにより、生産性（比容積生産性（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）など）、代謝率、生成物アルコール収量、生成物アルコール耐性を向上させることができる。さらに、固定化およびカプセル化により、微生物に対するプロセス条件（せん断など）の影響を最小限に抑えることができる。
【０１８７】
微生物による発酵を利用するブタノールの製造（ならびにブタノールを産生する微生物）は、例えば、米国特許第７，８５１，１８８号明細書、ならびに米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２９２９２７号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２７４５２５号明細書；米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書；米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書；および米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書（それぞれの内容全体を本明細書に援用する）に開示されている。実施形態によっては、微生物を操作して生合成経路を含むようにする。実施形態によっては、生合成経路は、改変ブタノール生合成経路である。実施形態によっては、生合成経路により、ピルベートが発酵性生成物に変換される。実施形態によっては、生合成経路により、ピルベートおよびアミノ酸が発酵性生成物に変換される。実施形態によっては、経路において基質から生成物への変換を触媒する少なくとも１種、少なくとも２種、少なくとも３種、または少なくとも４種のポリペプチドが、微生物の異種性ポリヌクレオチドによってコードされる。実施形態によっては、経路において基質から生成物への変換を触媒するすべてのポリペプチドが、微生物の異種性ポリヌクレオチドによってコードされる。実施形態によっては、アセトラクテート（ａｃｅｔｏｌａｃｔａｔｅ）から２，３−ジヒドロキシイソバレレート（２，３−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅ）への基質−生成物変換を触媒するポリペプチド、および／またはイソブチルアルデヒドからイソブタノールへの基質−生
成物変換を触媒するポリペプチドは、還元ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）を補助因子として利用できる。
【０１８８】
生合成経路
使用できるイソブタノール生成の生合成経路としては、米国特許第７，８５１，１８８号明細書（本明細書に援用する）に記載されているものがある。一実施形態では、イソブタノールの生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アセトラクテートから２，３−ジヒドロキシイソバレレートへ（これは、例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼ（ａｃｅｔｏｈｙｄｒｏｘｙ  ａｃｉｄ  ｒｅｄｕｃｔｏｉｓｏｍｅｒａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｃ）２，３−ジヒドロキシイソバレレートからα−ケトイソバレレート（α−ｋｅｔｏｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅ）へ（これは、例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼ（ａｃｅｔｏｈｙｄｒｏｘｙ  ａｃｉｄ  ｄｅｈｙｄｒａｔａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｄ）α−ケトイソバレレートからイソブチルアルデヒドへ（これは、例えば、分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼ（ｂｒａｎｃｈｅｄ−ｃｈａｉｎ  α−ｋｅｔｏ  ａｃｉｄ  ｄｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ）によって触媒されうる）；および
ｅ）イソブチルアルデヒドからイソブタノールへ（これは、例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼ（ｂｒａｎｃｈｅｄ−ｃｈａｉｎ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）によって触媒されうる）。
【０１８９】
別の実施形態では、イソブタノールの生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アセトラクテートから２，３−ジヒドロキシイソバレレートへ（これは、例えば、ケトール酸レダクトイソメラーゼ（ｋｅｔｏｌ−ａｃｉｄ  ｒｅｄｕｃｔｏｉｓｏｍｅｒａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｃ）２，３−ジヒドロキシイソバレレートからα−ケトイソバレレートへ（これは、例えば、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ（ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｉｄ  ｄｅｈｙｄｒａｔａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｄ）α−ケトイソバレレートからバリンへ（これは、例えば、トランスアミナーゼまたはバリンデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｅ）バリンからイソブチルアミンへ（これは、例えば、バリンデカルボキシラーゼによって触媒されうる）；
ｆ）イソブチルアミンからイソブチルアルデヒドへ（これは、例えば、オメガトランスアミナーゼによって触媒されうる）；および
ｇ）イソブチルアルデヒドからイソブタノールへ（これは、例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）。
【０１９０】
別の実施形態では、イソブタノールの生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アセトラクテートから２，３−ジヒドロキシイソバレレートへ（これは、例えば、アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼによって触媒されうる）；
ｃ）２，３−ジヒドロキシイソバレレートからα−ケトイソバレレートへ（これは、例えば、アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼによって触媒されうる）；
ｄ）α−ケトイソバレレートからイソブチリル−ＣｏＡへ（これは、例えば、分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｅ）イソブチリル−ＣｏＡからイソブチルアルデヒドへ（これは、例えば、アセチル化アルデヒドデヒドロゲナーゼ（ａｃｙｌａｔｉｎｇ  ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）によって触媒することができる）；および
ｆ）イソブチルアルデヒドからイソブタノールへ（これは、例えば、分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）。
【０１９１】
使用できる１−ブタノール生成の生合成経路としては、米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書（本明細書に援用する）に記載されているものがある。一実施形態では、１−ブタノール生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）アセチル−ＣｏＡからアセトアセチル−ＣｏＡへ（これは、例えば、アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼによって触媒されうる）；
ｂ）アセトアセチル−ＣｏＡから３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡへ（これは、例えば、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｃ）３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡからクロトニル−ＣｏＡへ（これは、例えば、クロトナーゼによって触媒されうる）；
ｄ）クロトニル−ＣｏＡからブチリル−ＣｏＡへ（これは、例えば、ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｅ）ブチリル−ＣｏＡからブチルアルデヒドへ（これは、例えば、ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；および
ｆ）ブチルアルデヒドから１−ブタノールへ（これは、例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）。
【０１９２】
使用できる２−ブタノール生成の生合成経路としては、米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書（これらを本明細書に援用する）に記載されているものがある。一実施形態では、２−ブタノール生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアルファ−アセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アルファ−アセトラクテートからアセトインへ（これは、例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒されうる）；
ｃ）アセトインから３−アミノ−２−ブタノールへ（これは、例えば、アセトインアミナーゼ（ａｃｅｔｏｎｉｎ  ａｍｉｎａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｄ）３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２−ブタノールホスフェートへ（これは、例えば、アミノブタノールキナーゼ（ａｍｉｎｏｂｕｔａｎｏｌ  ｋｉｎａｓｅ）によって触媒されうる）；
ｅ）３−アミノ−２−ブタノールホスフェートから２−ブタノンへ（これは、例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒されうる）；および
ｆ）２−ブタノンから２−ブタノールへ（これは、例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）。
【０１９３】
別の実施形態では、２−ブタノール生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアルファ−アセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アルファ−アセトラクテートからアセトインへ（これは、例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒されうる）；
ｃ）アセトインから２，３−ブタンジオールへ（これは、例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｄ）２，３−ブタンジオールから２−ブタノンへ（これは、例えば、ジアルデヒドラターゼ（ｄｉａｌ  ｄｅｈｙｄｒａｔａｓｅ）によって触媒されうる）；および
ｅ）２−ブタノンから２−ブタノールへ（これは、例えば、ブタノールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）。
【０１９４】
使用できる２−ブタノン生成の生合成経路としては、米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書（これらを本明細書に援用する）に記載されているものがある。一実施形態では、２−ブタノン生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアルファ−アセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アルファ−アセトラクテートからアセトインへ（これは、例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒されうる）；
ｃ）アセトインから３−アミノ−２−ブタノールへ（これは、例えば、アセトインアミナーゼによって触媒されうる）；
ｄ）３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２−ブタノールホスフェートへ（これは、例えば、アミノブタノールキナーゼによって触媒されうる）；および
ｅ）３−アミノ−２−ブタノールホスフェートから２−ブタノンへ（これは、例えば、アミノブタノールホスフェートホスホリラーゼによって触媒されうる）。
【０１９５】
別の実施形態では、２−ブタノン生合成経路は、以下の基質から生成物への変換を含む。
ａ）ピルベートからアルファ−アセトラクテートへ（これは、例えば、アセト乳酸合成酵素によって触媒されうる）；
ｂ）アルファ−アセトラクテートからアセトインへ（これは、例えば、アセト乳酸デカルボキシラーゼによって触媒されうる）；
ｃ）アセトインから２，３−ブタンジオールへ（これは、例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼによって触媒されうる）；
ｄ）２，３−ブタンジオールから２−ブタノンへ（これは、例えば、ジオールデヒドラターゼによって触媒されうる）。
【０１９６】
「アセトヒドロキシ酸シンターゼ」、「アセト乳酸合成酵素」および「アセト乳酸シンセターゼ」（「ＡＬＳ」と省略）という用語は、本明細書では同義語的に使用され、ピルベートからアセトラクテートおよび二酸化炭素への変換を触媒する酵素を表す。アセト乳酸合成酵素の例は、酵素番号２．２．１．６（Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ）で知られている。これらの未修飾酵素は、多数の産生源から得ることができ、その産生源としては、バシラス・サチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１５６１８、Ｚ９９１２２で、これらはそれぞれＮＣＢＩ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）アミノ酸配列、ＮＣＢＩヌクレオチド配列である）、クレブシエラ・ニューモニエ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ２５０７９、Ｍ７３８４２）、および乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ２５１６１、Ｌ１６９７５）があるが、これらに限定されない。
【０１９７】
「ケトール酸レダクトイソメラーゼ」（「ＫＡＲＩ」）、「アセトヒドロキシ酸イソメロレダクターゼ（ａｃｅｔｏｈｙｄｒｏｘｙ  ａｃｉｄ  ｉｓｏｍｅｒｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ）」および「アセトヒドロキシ酸レダクトイソメラーゼ」という用語は、同義的に使用され、（Ｓ）−アセトラクテートから２，３−ジヒドロキシイソバレレートへの反応を触媒できる酵素を表す。ＫＡＲＩ酵素の例は、酵素番号ＥＣ１．１．１．８６に分類することができ（Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ）、膨大な数の微生物から得ることができる。その微生物としては、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４１８２２２、ＮＣ＿０００９１３）、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿０１３４５９、ＮＣ＿００１１４４）、メタノコッカス・マリパルディス（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ  ｍａｒｉｐａｌｕｄｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＦ３０２１０、ＢＸ９５７２２０）、およびバシラス・サチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１４７８９、Ｚ９９１１８）があるが、これらに限定されない。ＫＡＲＩとしては、アナエロスティペス・カカエ（Ａｎａｅｒｏｓｔｉｐｅｓ  ｃａｃｃａｅ）ＫＡＲＩ変異体の「Ｋ９Ｇ９」および「Ｋ９Ｄ３」がある（米国特許出願公開第２０１２／０１４９０８０号明細書（本明細書に援用する）を参照）。ケトール酸レダクトイソメラーゼ酵素は、米国特許出願公開第２００８／０２６１２３０号明細書、米国特許出願公開第２００９／０１６３３７６号明細書、および米国特許出願公開第２０１０／０１９７５１９号明細書、およびＰＣＴ出願公開の国際公開第２０１１／０４１４１５号パンフレット（これらを本明細書に援用する）に記載されている。それらに開示されているＫＡＲＩの例には、乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）、コレラ菌（Ｖｉｂｒｉｏ  ｃｈｏｌｅｒａ）、緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）ＰＡＯ１、および蛍光菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）ＰＦ５変異体からのものがある。実施形態によっては、ＫＡＲＩはＮＡＤＨを利用する。実施形態によっては、ＫＡＲＩは、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）を利用する。
【０１９８】
「アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼ」および「ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ」（「ＤＨＡＤ」）という用語は、２，３−ジヒドロキシイソバレレートからα−ケトイソバレレートへの変換を触媒する酵素を表す。アセトヒドロキシ酸デヒドラターゼの例は、酵素番号４．２．１．９で知られている。そのような酵素は、膨大な数の微生物から得ることができ、そうした微生物としては、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿０２６２４８、ＮＣ０００９１３）、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿０１２５５０、ＮＣ  ００１１４２、Ｍ．マリパルディス（Ｍ．ｍａｒｉｐａｌｕｄｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＦ２９８７４、ＢＸ９５７２１９）、Ｂ．サブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１４１０５、Ｚ９９１１５）、Ｌ．ラクチス（Ｌ．ｌａｃｔｉｓ）、およびＮ．クラサ（Ｎ．ｃｒａｓｓａ）があるが、これらに限定されない。米国特許出願公開第２０１０／００８１１５４号明細書および米国特許第７，８５１，１８８号明細書（これらを本明細書に援用する）は、ストレプトコッカス・ミュータンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｍｕｔａｎｓ）からのＤＨＡＤを含め、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ（ＤＨＡＤ）について記載している。
【０１９９】
「分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケト酸デカルボキシラーゼ」、「α−ケトイソバレレートデカルボキシラーゼ（α−ｋｅｔｏｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅ  ｄｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ）」、または「２−ケトイソバレレートデカルボキシラーゼ」（「ＫＩＶＤ」）という用語は、α−ケトイソバレレートからイソブチルアルデヒドおよび二酸化炭素への変換を触媒する酵素を表す。分枝鎖α−ケト酸デカルボキシラーゼの例は、酵素番号４．１．１．７２で知られており、乳酸連鎖球菌（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＳ４９１６６、ＡＹ５４８７６０；ＣＡＧ３４２２６、ＡＪ７４６３６４、ネズミチフス菌（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４６１３４６、ＮＣ＿００３１９７）、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿１４９１８９、ＮＣ＿００１９８８）、Ｍ．カゼオリチカス（Ｍ．ｃａｓｅｏｌｙｔｉｃｕｓ）、およびＬ．グレイス（Ｌ．ｇｒａｙｉｓ）を含む（ただし、これらに限定されない）多数の産生源から得ることができる。
【０２００】
「分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼ」（「ＡＤＨ」）という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの変換を触媒する酵素を表す。分枝鎖アルコールデヒドロゲナーゼの例は、酵素番号１．１．１．２６５で知られているが、他のアルコールデヒドロゲナーゼ（特に、ＥＣ１．１．１．１または１．１．１．２）に分類することもできる。アルコールデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤＰＨ依存性またはＮＡＤＨ依存性であってよい。そのような酵素は、多数の産生源から得ることができ、その産生源としては、Ｓ．セレビシエ（Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿０１０６５６、ＮＣ＿００１１３６、ＮＰ＿０１４０５１、ＮＣ＿００１１４５）、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４１７４８４、ＮＣ＿０００９１３）、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３４９８９２、ＮＣ＿００３０３０；ＮＰ＿３４９８９１、ＮＣ＿００３０３０）があるが、これらに限定されない。米国特許出願公開第２００９／０２６９８２３号明細書（本明細書に援用する）は、アクロモバクター・キシロソキシダンス（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ  ｘｙｌｏｓｏｘｉｄａｎｓ）からのアルコールデヒドロゲナーゼ（ＡＤＨ）であるＳａｄＢについて記載している。アルコールデヒドロゲナーゼは、ウマ肝臓ＡＤＨおよびベイジェリンキア・インディカ（Ｂｅｉｊｅｒｉｎｋｉａ  ｉｎｄｉｃａ）ＡＤＨ（米国特許出願公開第２０１１／０２６９１９９号明細書（本明細書に援用する）に記載）も含む。
【０２０１】
「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語は、イソブチルアルデヒドからイソブタノールへの変換または２−ブタノンおよび２−ブタノールの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、アルコールデヒドロゲナーゼの広範なファミリーの中のサブセットである。ブタノールデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤ（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）依存性またはＮＡＤＰ依存性であってよい。ＮＡＤ依存性酵素はＥＣ１．１．１．１として知られており、例えば、ロドコッカス・ルベル（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ  ｒｕｂｅｒ）（ジェンバンク番号：ＣＡＤ３６４７５、ＡＪ４９１３０７）から得ることができる。ＮＡＤＰ依存性酵素はＥＣ１．１．１．２として知られており、例えば、パイロコッカス・フリオサス（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ  ｆｕｒｉｏｓｕｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＣ２５５５６、ＡＦ０１３１６９）から得ることができる。さらに、ブタノールデヒドロゲナーゼは、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ４１７４８４、ＮＣ＿０００９１３）から得ることができ、シクロヘキサノールデヒドロゲナーゼは、アシネトバクター種（ジェンバンク番号：ＡＡＧ１００２６、ＡＦ２８２２４０）から得ることができる。「ブタノールデヒドロゲナーゼ」という用語はまた、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨのいずれかを補助因子として用いて、ブチルアルデヒドから１−ブタノールへの変換を触媒する酵素も表す。ブタノールデヒドロゲナーゼは、例えば、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿１４９３２５、ＮＣ＿００１９８８（注：この酵素は、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよびアルコールデヒドロゲナーゼ活性の両方を有する）；ＮＰ＿３４９８９１、ＮＣ＿００３０３０；およびＮＰ＿３４９８９２、ＮＣ＿００３０３０）および大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４１７−４８４、ＮＣ＿０００９１３）から得ることができる。
【０２０２】
「分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼ」という用語は、α−ケトイソバレレートからイソブチリル−ＣｏＡ（イソブチリル−補酵素Ａ）への変換を、典型的にはＮＡＤ＋を電子受容体として用いて触媒する酵素を表す。分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼの例は、酵素番号１．２．４．４で知られている。そのような分枝鎖ケト酸デヒドロゲナーゼは、４つのサブユニットから構成され、すべてのサブユニットの配列は、膨大な数の微生物から得ることができる。その微生物としては、Ｂ．サブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１４３３６、Ｚ９９１１６；ＣＡＢ１４３３５、Ｚ９９１１６；ＣＡＢ１４３３４、Ｚ９９１１６；およびＣＡＢ１４３３７、Ｚ９９１１６）およびシュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ６５６１４、Ｍ５７６１３；ＡＡＡ６５６１５、Ｍ５７６１３；ＡＡＡ６５６１７、Ｍ５７６１３；およびＡＡＡ６５６１８、Ｍ５７６１３）があるが、これらに限定されない。
【０２０３】
「アセチル化アルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、イソブチリル−ＣｏＡからイソブチルアルデヒドへの変換を、典型的にはＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨのいずれかを電子供与体として用いて触媒する酵素を表す。アセチル化アルデヒドデヒドロゲナーゼの例は、酵素番号１．２．１．１０および１．２．１．５７で知られている。そのような酵素は、多数の産生源から得ることができ、その産生源としては、クロストリジウム・ベエイジェリンキー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）（ジェンバンク番号：ＡＡＤ３１８４１、ＡＦ１５７３０６）、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿１４９３２５、ＮＣ＿００１９８８；ＮＰ＿１４９１９９、ＮＣ＿００１９８８）、Ｐ．プチダ（Ｐ．ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ８９１０６、Ｕ１３２３２）、およびサーマス・サーモフィラス（Ｔｈｅｒｍｕｓ  ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿１４５４８６、ＮＣ＿００６４６１）があるが、これらに限定されない。
【０２０４】
「トランスアミナーゼ」という用語は、アラニンまたはグルタメートのいずれかをアミン供与体として用いて、α−ケトイソバレレートからＬ−バリンへの変換を触媒する酵素を表す。トランスアミナーゼの例は、酵素番号２．６．１．４２および２．６．１．６６で知られている。そのような酵素は数多くの産生源から得ることができる。アラニン依存性酵素の産生源の例としては、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿０２６２３１、ＮＣ＿０００９１３）およびバシラス・リシェニフォルミス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿０９３７４３、ＮＣ＿００６３２２）があるが、これらに限定されない。グルタメート依存性酵素の産生源の例としては、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿０２６２４７、ＮＣ＿０００９１３）、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿０１２６８２、ＮＣ＿００１１４２）およびメタノバクテリウム・テルモオートトロフィカム（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿２７６５４６、ＮＣ＿０００９１６）があるが、これらに限定されない。
【０２０５】
「バリンデヒドロゲナーゼ」という用語は、α−ケトイソバレレートからＬ−バリンへの変換を、典型的にはＮＡＤ（Ｐ）Ｈを電子供与体として用いかつアンモニアをアミン供与体として用いて、触媒する酵素を表す。バリンデヒドロゲナーゼの例は、酵素番号１．４．１．８および１．４．１．９で知られており、そのような酵素は、多数の産生源から得ることができる。その産生源としては、ストレプトマイセス・セリカラー（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿６２８２７０、ＮＣ＿００３８８８）およびＢ．サブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１４３３９、Ｚ９９１１６）があるが、これらに限定されない。
【０２０６】
「バリンデカルボキシラーゼ」という用語は、Ｌ−バリンからイソブチルアミンおよび二酸化炭素への変換を触媒する酵素を表す。バリンデカルボキシラーゼの例は、酵素番号４．１．１．１４で知られている。そのような酵素は、例えば、ストレプトマイセス・ビリジファシエンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｖｉｒｉｄｉｆａｃｉｅｎｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＮ１０２４２、ＡＹ１１６６４４）などのストレプトミセス属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）に見いだされる。
【０２０７】
「オメガ−トランスアミナーゼ」という用語は、好適なアミノ酸をアミン供与体として用いてイソブチルアミンからイソブチルアルデヒドへの変換を触媒する酵素を表す。オメガ−トランスアミナーゼの例は、酵素番号２．６．１．１８で知られており、多数の産生源から得ることができる。その産生源としては、アルカリゲネス・デニトリフィカンス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）（ＡＡＰ９２６７２、ＡＹ３３０２２０）、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿２９４４７４、ＮＣ＿００７３４７）、シェワネラ・オネイデンシス（Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ  ｏｎｅｉｄｅｎｓｉｓ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿７１９０４６、ＮＣ＿００４３４７）、およびＰ．プチダ（Ｐ．ｐｕｔｉｄａ）（ジェンバンク番号：ＡＡＮ６６２２３、ＡＥ０１６７７６）があるが、これらに限定されない。
【０２０８】
「アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼ」という用語は、２分子のアセチル−ＣｏＡからアセトアセチル−ＣｏＡおよび補酵素Ａ（ＣｏＡ）への変換を触媒する酵素を表す。アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼの例は、（順方向の反応において）短鎖アシル−ＣｏＡおよびアセチル−ＣｏＡに対する基質選択性を有し、Ｅ．Ｃ．２．３．１．９［Ｅｎｚｙｍｅ  Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ  １９９２，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ］として分類されるものであるが、基質範囲がもっと広い酵素（Ｅ．Ｃ．２．３．１．１６）も同様に機能しうるであろう。アセチル−ＣｏＡアセチルトランスフェラーゼは、多数の産生源から入手可能であり、その産生源は、例えば、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ  ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４１６７２８、ＮＣ＿０００９１３；ＮＣＢＩアミノ酸配列、ＮＣＢＩヌクレオチド配列）、クロストリジウム・アセトブチリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３４９４７６．１、ＮＣ＿００３０３０；ＮＰ＿１４９２４２、ＮＣ＿００１９８８、バシラス・サチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３９０２９７、ＮＣ＿０００９６４）、およびサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿０１５２９７、ＮＣ＿００１１４８）である。
【０２０９】
「３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼ」という用語は、アセトアセチル−ＣｏＡから３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡへの変換を触媒する酵素を表す。３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対して基質選択性を有するＮＡＤＨ依存性であってよい。これらの例はそれぞれ、Ｅ．Ｃ．１．１．１．３５およびＥ．Ｃ．１．１．１．３０に分類できる。さらに、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、ＮＡＤＰＨ依存性であってよく、さらに（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対する基質選択性を有し、それぞれＥ．Ｃ．１．１．１．１５７およびＥ．Ｃ．１．１．１．３６に分類される。３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、多数の産生源から得ることができ、それらの産生源は、例えば、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３４９３１４、ＮＣ＿００３０３０）、Ｂ．サブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＢ０９６１４、Ｕ２９０８４）、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）（ジェンバンク番号：ＹＰ＿２９４４８１、ＮＣ＿００７３４７）、およびアルカリゲネス・ユートロフス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ２１９７３、Ｊ０４９８７）である。
【０２１０】
「クロトナーゼ」という用語は、３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡからクロトニル−ＣｏＡおよびＨ２Ｏへの変換を触媒する酵素を表す。クロトナーゼの例は、（Ｓ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡまたは（Ｒ）−３−ヒドロキシブチリル−ＣｏＡに対する基質選択性を有しうるもので、それぞれＥ．Ｃ．４．２．１．１７およびＥ．Ｃ．４．２．１．５５に分類されうる。クロトナーゼは多数の産生源から得ることができ、それらの産生源は、例えば、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿４１５９１１、ＮＣ＿０００９１３）、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３４９３１８、ＮＣ＿００３０３０）、Ｂ．サブチリス（Ｂ．ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ１３７０５、Ｚ９９１１３）、およびエロモナス・キャビエ（Ａｅｒｏｍｏｎａｓ  ｃａｖｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＢＡＡ２１８１６、Ｄ８８８２５）である。
【０２１１】
「ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼ」という用語は、クロトニル−ＣｏＡからブチリル−ＣｏＡへの変換を触媒する酵素を表す。ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼの例は、ＮＡＤＨ依存性、ＮＡＤＰＨ依存性、またはフラビン依存性であってよく、それぞれ、Ｅ．Ｃ．１．３．１．４４、Ｅ．Ｃ．１．３．１．３８、およびＥ．Ｃ．１．３．９９．２に分類されうる。ブチリル−ＣｏＡデヒドロゲナーゼは、多数の産生源から得ることができ、それらの産生源は、例えば、Ｃ．アセトブチリウム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿３４７１０２、ＮＣ＿００３０３０）、ユーグレナ・グラシリス（Ｅｕｇｌｅｎａ  ｇｒａｃｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：Ｑ５ＥＵ９０）、ＡＹ７４１５８２）、ストレプトマイセス・コリヌス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｌｌｉｎｕｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ９２８９０、Ｕ３７１３５）、およびストレプトマイセス・セリカラー（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク番号：ＣＡＡ２２７２１、ＡＬ９３９１２７）である。
【０２１２】
「ブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼ」という用語は、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨを補助因子として用いて、ブチリル−ＣｏＡからブチルアルデヒドへの変換を触媒する酵素を表す。ＮＡＤＨを優先するブチルアルデヒドデヒドロゲナーゼは、Ｅ．Ｃ．１．２．１．５７として知られており、例えば、クロストリジウム・ベエイジェリンキー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ）（ジェンバンク番号：ＡＡＤ３１８４１、ＡＦ１５７３０６）およびＣ．アセトブチリカム（Ｃ．ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）（ジェンバンク番号：ＮＰ．ｓｕｂ．−−１４９３２５、ＮＣ．ｓｕｂ．−−００１９８８）から得ることができる。
【０２１３】
「イソブチリル−ＣｏＡムターゼ」という用語は、ブチリル−ＣｏＡからイソブチリル−ＣｏＡへの変換を触媒する酵素を表す。この酵素は補酵素Ｂ１２を補助因子として用いる。イソブチリル−ＣｏＡムターゼの例は、酵素番号５．４．９９．１３で知られている。こうした酵素は、ストレプトマイセス・シンナモネンシス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ｃｉｎｎａｍｏｎｅｎｓｉｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＣ０８７１３、Ｕ６７６１２；ＣＡＢ５９６３３、ＡＪ２４６００５）、Ｓ．セリカラー（Ｓ．ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）（ジェンバンク番号：ＣＡＢ７０６４５、ＡＬ９３９１２３；ＣＡＢ９２６６３、ＡＬ９３９１２１）、およびストレプトミセス・アベルミティリス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ  ａｖｅｒｍｉｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＮＰ＿８２４００８、ＮＣ＿００３１５５；ＮＰ＿８２４６３７、ＮＣ＿００３１５５）を含む（ただし、これらに限定されない）、多数のストレプトマイセス属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）に見いだされる。
【０２１４】
「アセト乳酸デカルボキシラーゼ」という用語は、アルファ−アセトラクテートからアセトインへの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アセト乳酸デカルボキシラーゼの例は、ＥＣ４．１．１．５として知られており、例えば、バシラス・サチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ２２２２３、Ｌ０４４７０）、クレブシエラ・テリゲナ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｔｅｒｒｉｇｅｎａ）（ジェンバンク番号：ＡＡＡ２５０５４、Ｌ０４５０７）およびクレブシエラ・ニューモニエ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＡＡＵ４３７７４、ＡＹ７２２０５６）から得ることができる。
【０２１５】
「アセトインアミナーゼ」または「アセトイントランスアミナーゼ」という用語は、アセトインから３−アミノ−２−ブタノールへの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アセトインアミナーゼは、補助因子であるピリドキサール５’−ホスフェートまたはＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨを利用することができる。得られる生成物は、３位で（Ｒ）または（Ｓ）の立体配置（ｓｔｅｒｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を有しうる。ピリドキサールホスフェート依存性酵素は、アミノ供与体としてアラニンまたはグルタメートなどのアミノ酸を使用することができる。ＮＡＤＨ依存性およびＮＡＤＰＨ依存性の酵素は、第２基質としてアンモニアを使用できる。ＮＡＤＨ依存性アセトインアミナーゼ（アミノアルコールデヒドロゲナーゼとしても知られる）の好適な例は、Ｉｔｏ，ｅｔ  ａｌ．（例えば、米国特許第６，４３２，６８８号明細書を参照）によって記載されている。ピリドキサール依存性アセトインアミナーゼの例には、Ｓｈｉｎ  ａｎｄ  Ｋｉｍ（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．６７：２８４８−２８５３、２００２）が記載している、アミン：ピルベートアミノトランスフェラーゼ（アミン：ピルベートトランスアミナーゼとも呼ばれる）がある。
【０２１６】
「アセトインキナーゼ」という用語は、アセトインからホスホアセトイン（ｐｈｏｓｐｈｏａｃｅｔｏｉｎ）への変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アセトインキナーゼは、反応において、ホスフェート供与体としてＡＴＰ（アデノシン三リン酸）またはホスホエノールピルビン酸を利用することができる。例えば、似たような基質であるジヒドロキシアセトンに対する類似の反応を触媒する酵素には、ＥＣ２．７．１．２９と知られる酵素（例えば、Ｇａｒｃｉａ−Ａｌｌｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４３：１３０３７−１３０４６，２００４を参照）がある。
【０２１７】
「アセトインホスフェートアミナーゼ（ａｃｅｔｏｉｎ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ａｍｉｎａｓｅ）」という用語は、ホスホアセトインから３−アミノ−２−ブタノールＯ−ホスフェート（３−ａｍｉｎｏ−２−  ｂｕｔａｎｏｌ  Ｏ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）への変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アセトインホスフェートアミナーゼは、補助因子であるピリドキサール５’−ホスフェート、ＮＡＤＨまたはＮＡＤＰＨを使用できる。得られる生成物は、３位で（Ｒ）または（Ｓ）立体配置を有しうる。ピリドキサールホスフェート依存性酵素は、アラニンまたはグルタメートなどのアミノ酸を使用することができる。ＮＡＤＨ依存性およびＮＡＤＰＨ依存性の酵素は、第２基質としてアンモニアを使用できる。ホスホアセトインでのこの反応を触媒する酵素に関する報告はないが、似たような基質であるセリノールホスフェート（ｓｅｒｉｎｏｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）に対する類似反応を行わせるために提案されているピリドキサールホスフェート依存性酵素がある（例えば、Ｙａｓｕｔａ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ．６７：４９９９−５００９，２００１を参照）。
【０２１８】
「アミノブタノールホスフェートホスホリアーゼ（ａｍｉｎｏｂｕｔａｎｏｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｐｈｏｓｐｈｏｌｙａｓｅ）」（「アミノアルコールＯ−ホスフェートリアーゼ（ａｍｉｎｏ  ａｌｃｏｈｏｌ  Ｏ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）」とも呼ばれる）という用語は、３−アミノ−２−ブタノールＯ−ホスフェートから２−ブタノンへの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アミノブタノールホスフェートホスホ−リアーゼは、補助因子のピリドキサール５’−ホスフェートを利用することができる。似たような基質である１−アミノ−２−プロパノールホスフェートでの類似反応を触媒する酵素に関する報告がある（例えば、Ｊｏｎｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ  Ｊ．１３４：１６７−１８２，１９７３を参照）。米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書は、生物であるエルウィニア・カロトボーラ（Ｅｒｗｉｎｉａ  ｃａｒｏｔｏｖｏｒａ）からのアミノブタノールホスフェートホスホリアーゼを記載している。
【０２１９】
「アミノブタノールキナーゼ（ａｍｉｎｏｂｕｔａｎｏｌ  ｋｉｎａｓｅ）」という用語は、３−アミノ−２−ブタノールから３−アミノ−２ブタノールＯ−ホスフェート（３−ａｍｉｎｏ−２ｂｕｔａｎｏｌ  Ｏ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）への変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。アミノブタノールキナーゼは、ホスフェート供与体としてＡＴＰを利用することができる。３−アミノ−２−ブタノールでのこの反応を触媒する酵素に関する報告はないが、似たような基質であるエタノールアミンおよび１−アミノ−２−プロパノールでの類似反応を触媒する酵素に関する報告はある（Ｊｏｎｅｓ，ｅｔ  ａｌ．，ｓｕｐｒａ）。米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書は、実施例１４で、エルウィニア・カロトボーラ（Ｅｒｗｉｎｉａ  ｃａｒｏｔｏｖｏｒａ）の亜種アトロセプティカ（Ａｔｒｏｓｅｐｔｉｃａ）のアミノアルコールキナーゼについて記載している。
【０２２０】
「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」としても知られる）という用語は、アセトインから２，３−ブタンジオールへの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。ブタンジアールデヒドロゲナーゼ（Ｂｕｔａｎｅｄｉａｌ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｓ）は、アルコールデヒドロゲナーゼの広範なファミリーのサブセットである。ブタンジオールデヒドロゲナーゼ酵素は、アルコール生成物において（Ｒ）または（Ｓ）立体配置の生成特異性を有しうる。（Ｓ）特異性ブタンジオールデヒドロゲナーゼは、ＥＣ１．１．１．７６として知られており、例えば、クレブシエラ・ニューモニエ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＢＢＡ１３０８５、Ｄ８６４１２）から得ることができる。（Ｒ）特異性ブタンジオールデヒドロゲナーゼは、ＥＣ１．１．１．４として知られており、例えば、バチルス・セレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｅｒｅｕｓ）（ジェンバンク番号ＮＰ８３０４８１、ＮＣ＿００４７２２；ＡＡＰ０７６８２、ＡＥ０１７０００）、およびラクトコッカス・ラクティス（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｔｉｓ）（ジェンバンク番号ＡＡＫ０４９９５、ＡＥ００６３２３）から得ることができる。
【０２２１】
「ブタンジオールデヒドラターゼ」（「ジアールデヒドラターゼ（ｄｉａｌ  ｄｅｈｙｄｒａｔａｓｅ）」または「プロパンジオールデヒドラターゼ」としても知られる）という用語は、２，３−ブタンジオールから２−ブタノンへの変換を触媒する酵素活性を有するポリペプチドを表す。ブタンジオールデヒドラターゼは、補助因子のアデノシルコバラミン（補酵素ＢｗまたはビタミンＢ１２としても知られる。ただし、ビタミンＢ１２は、補酵素Ｂ１２ではない他の形態のコバラミンを表すこともある）を利用することができる。アデノシルコバラミン依存性酵素は、ＥＣ４．２．１．２８として知られており、例えば、クレブシエラ・オキシトカ（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｏｘｙｔｏｃａ）（ジェンバンク番号：ＡＡ０８０９９（アルファサブユニット）、Ｄ４５０７１；ＢＡＡ０８１００（ベータサブユニット）、Ｄ４５０７１；およびＢＢＡ０８１０１（ガンマサブユニット）、Ｄ４５０７１（３つのサブユニットはすべて活性に必要とされる）、およびクレブシエラ肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ  ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）（ジェンバンク番号：ＡＡＣ９８３８４（アルファサブユニット）、ＡＦ１０２０６４；ジェンバンク番号：ＡＡＣ９８３８５（ベータサブユニット）、ＡＦ１０２０６４、ジェンバンク番号：ＡＡＣ９８３８６（ガンマサブユニット）、ＡＦ１０２０６４）から得ることができる。他の好適なジアールデヒドラターゼとしては、サルモネラ・チフィムリウム（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ  ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ）（ジェンバンク番号：ＡＡＢ８４１０２（大きなサブユニット）、ＡＦ０２６２７０；ジェンバンク番号：ＡＡＢ８４１０３（中くらいのサブユニット）、ＡＦ０２６２７０；ジェンバンク番号：ＡＡＢ８４１０４（小さなサブユニット）、ＡＦ０２６２７０）；およびラクトバチルス・コリノイデス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏｌｌｉｎｏｉｄｅｓ）（ジェンバンク番号：ＣＡＣ８２５４１（大きなサブユニット）、ＡＪ２９７７２３；ジェンバンク番号：ＣＡＣ８２５４２（中くらいのサブユニット）；ＡＪ２９７７２３；ジェンバンク番号：ＣＡＤ０１０９１（小さなサブユニット）、ＡＪ２９７７２３）から得ることができるＢ１２依存性ジアールデヒドラターゼ；およびラクトバチラス・ブレビス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｂｒｅｖｉｓ）（特に、菌株ＣＮＲＺ７３４およびＣＮＲＺ７３５。例えば、Ｓｐｅｒａｎｚａ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．４５：３４７６−３４８０，１９９７を参照）からの酵素、および対応する酵素をコードするヌクレオチド配列があるが、これらに限定されない。ジアールデヒドラターゼ遺伝子の分離方法は、当該技術分野において周知である（例えば、米国特許第５，６８６，２７６号明細書）。
【０２２２】
「ピルビン酸デカルボキシラーゼ」という用語は、ピルビン酸の脱炭酸を触媒してアセトアルデヒドおよび二酸化炭素にする酵素を表す。ピルビン酸デヒドロゲナーゼは、酵素番号４．１．１．１で知られている。こうした酵素は、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（ジェンバンク番号：ＣＡＡ９７５７５、ＣＡＡ９７７０５、ＣＡＡ９７０９１）を含め、多数の酵母菌に見いだされる。
【０２２３】
本明細書に記載のイソブタノール生合成経路を含む宿主細胞は、１つまたは複数の更なる修飾をさらに含みうることが理解されるであろう。米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書（これを援用する）は、細胞質ゾルに局在化するアセト乳酸合成酵素を発現しかつピルビン酸デカルボキシラーゼ活性が実質的になくなるよう酵母菌を操作することにより、ピルベートからアセトラクテートへの変換が増大することを開示している。実施形態によっては、宿主細胞は、グリセロール−３−ホスフェートデヒドロゲナーゼ活性を減少させる修飾および／またはピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも１種の遺伝子の破損、またはピルビン酸デカルボキシラーゼ遺伝子発現を制御する調節エレメントをコードする少なくとも１種の遺伝子の破損（米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書（本明細書に援用する）に記載）、エントナー・ドゥドロフ経路によって炭素フラックスが増大するようにするかまたは等価物バランス（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ  ｂａｌａｎｃｅ）を減少させる宿主細胞の修飾（米国特許出願公開第２０１０／０１２０１０５号明細書（これを本明細書に援用する）に記載）を含む。他の修飾は、ピルベートを利用する生合成経路中のステップを触媒するポリペプチドをコードする少なくとも１種のポリヌクレオチドを組み込むことを含む。更なる修飾としては、アセト乳酸レダクターゼ（ａｃｅｔｏｌａｃｔａｔｅ  ｒｅｄｕｃｔａｓｅ）活性を有するポリペプチドをコードする内在性ポリヌクレオチドにおける少なくとも１つの削除、変異、および／または置換がある。複数の実施形態において、アセト乳酸レダクターゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）のＹＭＲ２２６Ｃ（ジェンバンク番号ＥＪＳ４４１８１）またはそのホモログである。更なる修飾としては、アルデヒドデヒドロゲナーゼおよび／またはアルデヒドオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする内在性ポリヌクレオチド内での削除、変異、および／または置換がある。実施形態によっては、アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドは、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）からのＡＬＤ６またはそのホモログである。グルコース発現を少なくする効果を有する遺伝子修飾（酵母産生宿主がｐｄｃ−である）は、米国特許出願公開第２０１１／０１２４０６０号明細書（これを本明細書に援用する）に記載されている。実施形態によっては、削除されるかまたはダウンレギュレーションされるピルビン酸デカルボキシラーゼは、ＰＤＣ１、ＰＤＣ５、ＰＤＣ６、およびこれらの組合せからなる群から選択される。ピルビン酸デカルボキシラーゼの例としては、サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）からのＰｄｃ１（ジェンバンク番号ＣＡＡ９７５７５）、Ｐｄｃ５（ジェンバンク番号ＣＡＡ９７７０５）、およびＰｄｃ６（ジェンバンク番号ＣＡＡ９７０９１）；カンジダ・グラブラタ（Ｃａｎｄｉｄａ  ｇｌａｂｒａｔａ）からのピルビン酸デカルボキシラーゼ（ジェンバンク番号ＣＡＧ６２６６７）；ピキア・スティピティス（Ｐｉｃｈｉａ  ｓｔｉｐｉｔｉｓ）からのＰｄｃ１（ジェンバンク番号ＡＡＣ０３１６４）およびＰｄｃ２（ジェンバンク番号ＥＡＺ６３６８２）；クルイベロミセス・ラクチス（Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ  ｌａｃｔｉｓ）からのピルビン酸デカルボキシラーゼ（ジェンバンク番号ＣＡＡ５９９５３）；ヤロウイア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ  ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）からのピルビン酸デカルボキシラーゼ（ジェンバンク番号ＣＡＧ８０８３５）；シゾサッカロミセス・ポンベ（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｐｏｍｂｅ）からのピルビン酸デカルボキシラーゼ（ジェンバンク番号ＣＡＡ９０８０７）；およびザイゴサッカロミセス・ロキシ−（Ｚｙｇｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｒｏｕｘｉｉ）からのピルビン酸デカルボキシラーゼ（ジェンバンク番号ＣＡＲ２８３３３）があるが、これらに限定されない。実施形態によっては、宿主細胞は、グリセルアルデヒド−３−ホスフェートからグリセラート１，３，ビスホスフェート（ｇｌｙｃｅｒａｔｅ  １，３，  ｂｉｓｐｈｏｓｐｈａｔｅ）への変換を触媒するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの削除またはダウンレギュレーションを含む。実施形態によっては、この反応を触媒する酵素は、グリセルアルデヒド−３−リン酸デヒドロゲナーゼである。
【０２２４】
実施形態によっては、任意の特定の核酸分子またはポリペプチドは、本明細書に記載したヌクレオチド配列またはポリペプチド配列に、少なくとも８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％だけ等しいものであってよい。当該技術分野において知られている「同一性パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ  ｉｄｅｎｔｉｔｙ）」という用語は、２つ以上のポリペプチド配列または２つ以上のポリヌクレオチド配列の間の関係であり、それらの配列を比較することによって求められる。当技術分野においては、「同一性」は、場合によっては、ポリペプチド配列間またはポリヌクレオチド配列間の配列の類似度をも意味し、そのような配列の列と列との間での突き合わせによって求められる。「同一性」および「類似性」は、以下に開示されている方法（それらに限定されない）を含む周知の方法で容易に計算できる：１．）Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｌｅｓｋ，Ａ．Ｍ．，Ｅｄ．）Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮＹ（１９８８）；  ２．）Ｂｉｏｃｏｍｐｕｔｉｎｇ：Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ（Ｓｍｉｔｈ，Ｄ．Ｗ．，Ｅｄ．）Ａｃａｄｅｍｉｃ：ＮＹ（１９９３）；  ３．）Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｄａｔａ，Ｐａｒｔ  Ｉ（Ｇｒｉｆｆｉｎ，Ａ．Ｍ．，ａｎｄ  Ｇｒｉｆｆｉｎ，Ｈ．Ｇ．，Ｅｄｓ．）Ｈｕｍａｎｉａ：ＮＪ（１９９４）；  ４．）Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ（ｖｏｎ  Ｈｅｉｎｊｅ，Ｇ．，Ｅｄ．）Ａｃａｄｅｍｉｃ（１９８７）；および５．）Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｐｒｉｍｅｒ（Ｇｒｉｂｓｋｏｖ，Ｍ．ａｎｄ  Ｄｅｖｅｒｅｕｘ，Ｊ．，Ｅｄｓ．）Ｓｔｏｃｋｔｏｎ：ＮＹ（１９９１）。
【０２２５】
同一性を求める方法は、試験する配列間で最高の一致をもたらすように設計される。同一性および類似性を求める方法は、公的に入手可能なコンピュータプログラムに基づいて分類される。配列アラインメントおよび同一性パーセントの計算は、ＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクス計算スーツのＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）プログラム（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）を用いて実施できる。配列のマルチプルアラインメントは、「Ｃｌｕｓｔａｌアラインメント方法」を用いて実施されるが、この方法は、Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｖと名付けられたアラインメント方法（Ｈｉｇｇｉｎｓ  ａｎｄ  Ｓｈａｒｐ，ＣＡＢＩＯＳ．５：１５１−１５３，１９８９；Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｓｃｉ．８：１８９−１９１，１９９２に開示）に対応する「Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｖアラインメント方法」を含め、アルゴリズムの幾つかの異なるものを包含する。またそれは、ＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクス計算スーツのＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）プログラム（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．）の中にある。マルチプルアラインメントの場合、デフォルト値は、ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝１０およびＧＡＰ  ＬＥＮＧＴＨ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝１０に対応する。Ｃｌｕｓｔａｌ法を用いたペアワイズアラインメントおよびタンパク質配列の同一性パーセントの計算でのデフォルト・パラメータは、ＫＴＵＰＬＥ＝１、ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝３、ＷＩＮＤＯＷ＝５およびＤＩＡＧＯＮＡＬＳ  ＳＡＶＥＤ＝５である。核酸の場合、これらのパラメータは、ＫＴＵＰＬＥ＝２、ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝５、ＷＩＮＤＯＷ＝４およびＤＩＡＧＯＮＡＬＳ  ＳＡＶＥＤ＝４である。Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｖプログラムを用いて配列のアラインメントを行った後、同じプログラムの「配列距離（ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅｓ）」表を見て「同一性パーセント」を得ることが可能である。さらに「Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗアラインメント法」が入手可能であるが、これは、Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗと名付けられたアラインメント法（Ｈｉｇｇｉｎｓ  ａｎｄ  Ｓｈａｒｐ，ＣＡＢＩＯＳ．５：１５１−１５３（１９８９）；Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｏｍｐｕｔ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｓｃｉ．８：１８９−１９１，１９９２）に対応しており、ＬＡＳＥＲＧＥＮＥバイオインフォマティクス計算スーツのＭｅｇＡｌｉｇｎ（商標）ｖ６．１  プログラム（ＤＮＡＳＴＡＲ  Ｉｎｃ．）の中にある。マルチプルアラインメントのデフォルト・パラメータ（ＧＡＰ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝１０、ＧＡＰ  ＬＥＮＧＴＨ  ＰＥＮＡＬＴＹ＝０．２、Ｄｅｌａｙ  Ｄｉｖｅｒｇｅｎ  Ｓｅｑｓ（％）＝３０、ＤＮＡ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｗｅｉｇｈｔ＝０．５、Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｍａｔｒｉｘ＝Ｇｏｎｎｅｔ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＤＮＡ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｍａｔｒｉｘ＝ＩＵＢ  ）。Ｃｌｕｓｔａｌ  Ｗプログラムを用いて配列のアラインメントを行った後、同じプログラムの「配列距離」表を見て「同一性パーセント」を得ることが可能である。
【０２２６】
標準組換えＤＮＡおよび分子クローニングの技法は、当該技術分野において周知であり、Ｓａｍｂｒｏｏｋ，ｅｔ  ａｌ．（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．，Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．ａｎｄ  Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ；Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ，１９８９，ここでは、Ｍａｎｉａｔｉｓと呼ぶ）およびＡｕｓｕｂｅｌ，ｅｔ  ａｌ．（Ａｕｓｕｂｅｌ，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，ｐｕｂ．ｂｙ  Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃ．ａｎｄ  Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９８７）によって説明されている。ブタノール生合成経路を含む微生物を構築する方法の例は、例えば、米国特許第７，８５１，１８８号明細書、米国特許出願公開第２００７／００９２９５７号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２５９４１０号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２９２９２７号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１８２３０８号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２７４５２５号明細書；米国特許出願公開第２００９／０１５５８７０号明細書；米国特許出願公開第２００９／０３０５３６３号明細書；および米国特許出願公開第２００９／０３０５３７０号明細書に記載されており、それぞれの内容全体を本明細書に援用する。
【０２２７】
本発明の様々な実施形態を本明細書に記載したが、それらは単なる例として示したものであり、限定するものではなことを理解すべきである。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、それらに対して形態および詳細に関する様々な変更を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の幅広さと範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、請求項およびそれらに相当するものにしたがってのみ定義されるべきである。
【０２２８】
本明細書で挙げた刊行物、特許、および特許出願はすべて、本発明が関係する当業者の技術レベルを示しており、またそれらを本明細書に援用するが、それは、それぞれの個別の刊行物、特許または特許出願を本明細書に具体的かつ個別に示して援用することに相当するものである。
【実施例】
【０２２９】
以下の非限定実施例は、本発明の更なる説明となるであろう。以下の実施例は、供給原料としてトウモロコシを含むが、本発明から逸脱することなく、サトウキビなどの他のバイオマス源を供給原料に使用できることを理解すべきである。さらに、以下の実施例はエタノールおよびブタノールが関係しているが、本発明から逸脱することなく、他のアルコールを製造することができる。
【０２３０】
実施例１〜５に記載の分析法および方法を使用して、細胞生存率に対するある特定の発酵条件およびプロセス条件（例えば、圧力、温度、ｐＨなど）の影響を測定することができる。
【０２３１】
実施例１．細胞生存率に対する真空の影響
炭水化物源から生成物アルコールを産生するように設計されたサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）株を、シードフラスコ（ｓｅｅｄ  ｆｌａｓｋｓ）内で凍結培養物から増殖させて０．５５〜１．１ｇ／Ｌ  ｄｃｗにした。培養物は、３００ｒｐｍで回転する培養器において２３〜２６℃で増殖させた。凍結培養物はあらかじめ−８０℃で貯蔵した。
【０２３２】
微生物の生存率に対する真空の影響を試験する一連の比較例を実施した。グルコース利用率、光学濃度（ＯＤ）、および細胞計数を用いて、微生物の健康状態を判定した。
【０２３３】
ＹＳＩ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ２７００  Ｓｅｌｅｃｔ（商標）Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて、グルコース濃度を測定した。発酵試料を、１３，２００ｒｐｍで２分間、１．７ｍＬの微小遠心管に入れて遠心分離し、水性上澄みのグルコース濃度を分析した。
【０２３４】
光学濃度は、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｈｅｌｉｏｓ  Ａｌｐｈａ分光光度計を用いて測定した。測定は、典型的には６００ナノメートルの波長で行った。
【０２３５】
Ｚｅｉｓｓ  Ａｘｉｏｓｋｏｐ  ４０顕微鏡（４０倍の倍率）と共にＢｒｉｇｈｔ−Ｌｉｎｅ（商標）血球計を用いて細胞計数を行った。死細胞を着色する０．０８％トリパンブルーＮａＣｌ溶液を用いて、細胞を着色することにより、生存率を求めた。
【０２３６】
微生物の冷凍グリセロールシードストック（ｆｒｏｚｅｎ  ｇｌｙｃｅｒｏｌ  ｓｅｅｄ  ｓｔｏｃｋ）を、２Ｌのバッフル付きフラスコ当たり２×５００ｍＬのＹＰＤ（５０ｇ／Ｌ）に入れて、３０℃および２５０ｒｐｍで１６時間、培養器シェーカー（Ｉｎｎｏｖａ  ４２００，Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）で培養して、初代培養を調製した。真空にさらす前に、ＯＤを測定し、細胞計数を実施して初代培養の生存率を検査した。
【０２３７】
最初の測定を行ったらすぐに、培養物を無菌状態で無菌丸底反応器に移し、その中でおよそ５分間かけてゆっくり真空にして（「緩速真空（Ｓｌｏｗ  Ｖａｃｕｕｍ）」）５２〜５３ｍｍＨｇにし、その状態で１５分間保持した。その後、反応器を大気圧に戻した。細胞計数のために試料を回収し、新しい培養を接種し（０．２５ｍＬを２５０ｍＬの新鮮なＹＰＤに入れる）、成長（ＯＤ）およびグルコース消費を２４時間にわたってモニターすることにより、細胞生存率を求めた。結果を表１および表２に示す。
【０２３８】
別の初代培養ブロスを、別に高速で真空にして（約２０秒間）（「高速真空（Ｆａｓｔ
Ｖａｃｕｕｍ）」）５４ｍｍＨｇに達するようにし、その後大気圧に戻した。細胞計数および新しいフラスコでの接種のために試料を回収し、成長（ＯＤ）およびグルコース消費を２４時間にわたってモニターすることにより、細胞生存率を求めた。結果を表１および表２に示す。細胞生存率は、死細胞を識別するトリパンブルーを用いて細胞計数により求めた。最終試料は、培養純度を顕微鏡で調べた。
【０２３９】
【表１】
2015501643.tif 000003
【０２４０】
【表２】
2015501643.tif 000004
【０２４１】
実施例２．細胞生存率への温度の影響
サッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）株（ＮＧＣＩ−０７０）の生存率に対する温度の影響を測定するための研究を行った。このサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）株の構築については、米国特許出願公開第２０１１／０２４４５３６号明細書（その全体を本明細書に援用する）に記載されている。
【０２４２】
ＮＧＣＩ−０７０のシードストックを、１０ｍＬの培地管内において３０℃で３２時間、培養器シェーカー（Ｉｎｎｏｖａ  ４２００，Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）で培養して、初代培養を調製した。その後、５０ｍＬのブロスを含むＫｌｅｔｔフラスコに、初代培養のアリコートを接種し、フラスコを３０℃において培養器シェーカーで保温した。Ｋｌｅｔｔの読み取り値が約２２０〜２５０に達するまで細胞を増殖させ、その後、１５ｍＬのアリコートを５０ｍＬの遠心分離管に加えた。
【０２４３】
ブロス（３．６ｍＬ）を無菌試験管に加え、その試験管を５０℃の水槽で１０分間予熱した。細胞（０．４ｍＬ）を試験管に加え、その後、細胞を５０℃で様々な時間の間（例えば、０、３、６、９、および１２分間）培養した。培養の後、０．１ｍＬの細胞をＹＰＤ（酵母エキス−ペプトン−デキストロース）ＩＩ板（３ｇ／Ｌグルコースおよび３ｇ／Ｌエタノール）に蒔き、またさらなる希釈物を得るため別の０．１ｍＬの細胞を９．９ｍＬの培地に加えた。こうした希釈物もＹＰＤＩＩ板に蒔いた。ＹＰＤ板を３０℃で５日間保温し、その後カウントした。結果を表３に示す。
【０２４４】
類似のプロトコルを用いて、６０℃および７０℃でも細胞生存率を評価した。細胞を６０℃で、０、１、２、３、および４分間、また７０℃で、０、１５、３０、４５、および６０秒間）培養した。結果を表３に示す。
【０２４５】
【表３】
2015501643.tif 000005
【０２４６】
実施例３．細胞生存率に対するｐＨの影響
酵母菌株であるサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）の生存率に対するｐＨの影響を測定するための研究を行った。
【０２４７】
ＹＰＳ（酵母エキス−ペプトン−スクロース）培地を含んでいる１０ｍＬの管中の酵母菌のシードストックを、３０℃で２４時間、培養器シェーカー（Ｉｎｎｏｖａ  ４２００，Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）で培養して、初代培養を調製した。その後、１００ｍＬのブロスを含むＫｌｅｔｔフラスコに、初代培養のアリコートを接種し、フラスコを３０℃において培養器シェーカーで保温した。Ｋｌｅｔｔの読み取り値が約２５０に達するまで細胞を増殖させた。
【０２４８】
細胞（２５ｍＬ）をＫｌｅｔｔフラスコから取り出し、無菌撹拌子付きの無菌ビーカーに入れた。所望のｐＨ（例えば、約ｐＨ１１、１２、または１３）になるまで、６Ｎ  ＮａＯＨでｐＨを調整した。その後、細胞を様々な時間の間（例えば、０、１０、２０、３０分間）、このｐＨに維持した。細胞をＹＰＳ寒天平板に蒔き、３０℃で２日間培養してから、カウントした。結果を表４に示す。
【０２４９】
【表４】
2015501643.tif 000006
【０２５０】
実施例４．細胞生存率に対する温度およびｐＨの影響
酵母菌株であるサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）の生存率に対する温度およびｐＨの影響を測定するための研究を行った。
【０２５１】
ＹＰＳ培地を含んでいる１０ｍＬの管中の酵母菌のシードストックを、３０℃で２４時間、培養器シェーカー（Ｉｎｎｏｖａ  ４２００，Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）で培養して、初代培養を調製した。その後、５０ｍＬのブロスを含むＫｌｅｔｔフラスコに、初代培養のアリコートを接種し、フラスコを３０℃において培養器シェーカーで保温した。Ｋｌｅｔｔの読み取り値が約２５０に達するまで細胞を増殖させた。
【０２５２】
ＹＰＳ培地のアリコート（１００ｍＬ）をビーカーに加え、所望のｐＨ（例えば、約ｐＨ９、１０、または１１）になるまでｐＨを６Ｎ  ＮａＯＨで調整した。培地は、０．２μフィルターを用いて濾過殺菌し、その後、アリコート（９ｍＬ）を無菌管に入れた。４０℃の水槽中で保温して管を予熱し、その後、細胞（１ｍＬ）をそれぞれの管に加えた。細胞を、４０℃で様々な時間の間（例えば、０、２．５、５、および１０分間）培養した。また細胞は、周囲温度でも様々な時間の間（例えば、０、２．５、５、および１０分間）培養した。細胞をＹＰＳ板に蒔き、３０℃で２日間培養してから、カウントした。結果を表５に示す。
【０２５３】
【表５】
2015501643.tif 000007
【０２５４】
類似の実験を、高温および高いｐＨで実施した。細胞（１０ｍＬ）を、無菌撹拌子を有する無菌フラスコ中の９０ｍＬのＹＰＳ培地に加えた。所望のｐＨ（例えば、約ｐＨ１０，１１、または１２）になるまで、６Ｎ  ＮａＯＨでｐＨを調整した。その後、細胞を５０℃で様々な時間の間（例えば、０、２．５，７．５、および１５分間）培養した。また細胞は、周囲温度でも様々な時間の間（例えば、０、５、１０、および２０分間）培養した。培養した後、細胞をＹＰＳ板に蒔き、３０℃で２日間培養してから、カウントした。結果を表６に示す。
【０２５５】
【表６】
2015501643.tif 000008
【０２５６】
実施例５．細胞生存率に対する消毒薬の影響
酵母菌株であるサッカロマイセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）の生存率に対する消毒薬の影響を測定するための研究を行った。
【０２５７】
ＹＰＳ培地を含んでいる１０ｍＬの管中の酵母菌のシードストックを、３０℃で２４時間、培養器シェーカー（Ｉｎｎｏｖａ  ４２００，Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｅｄｉｓｏｎ，ＮＪ）で培養して、初代培養を調製した。その後、５０ｍＬのブロスを含むＫｌｅｔｔフラスコに、初代培養のアリコートを接種し、フラスコを３０℃において培養器シェーカーで保温した。Ｋｌｅｔｔの読み取り値が約２２０に達するまで細胞を増殖させた。
【０２５８】
Ｄｅｙ−Ｅｎｇｌｅｙ中和ブロス（ＤＥブロス）（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）を、中和希釈剤として使用した。１５ｇ／Ｌの寒天でＤＥブロス（１Ｌ）を調製し、１２１℃で１５分間殺菌した。ＤＥブロス／寒天を４５℃まで冷却し、アリコート（１０ｍＬ）を、水槽中に維持されている無菌試験管に加えた。薄い板もＤＥブロス／寒天で作った。
【０２５９】
いろいろな消毒薬溶液を以下のように調製した：
ａ）Ｗｅｓｃｏｄｙｎｅ（登録商標）（ヨードフォア系洗浄剤）（Ｓｔｅｒｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）：０．９３８ｍＬのＷｅｓｃｏｄｙｎｅ（登録商標）を加えて、最終量が１００ｍＬのＭｉｌｌｉ−Ｑ（登録商標）水（０．９４％）
（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ，Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ）にした。
ｂ）Ｖｉｒｋｏｎ（登録商標）Ｓ（過酸化物（ｐｅｒｏｘｙｇｅｎ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）と界面活性剤と有機酸とのブレンド（Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）：１ｇのＶｉｒｋｏｎ（登録商標）Ｓを加えて、最終量が１００ｍＬのＭｉｌｌｉ−Ｑ（登録商標）水（１％）にした。
ｃ）７０％アルコール溶液：７０ｍＬのエタノールを加えて、最終量が１００ｍＬのＭｉｌｌｉ−Ｑ（登録商標）水にした。
ｄ）Ｌｙｓｏｌ（登録商標）Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔ（ジデシルジモニウムクロリド（ｄｉｄｅｃｙｌｄｉｍｏｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、塩化ベンザルコニウム、オクチルジメチルアミンオキシド）（Ｒｅｃｋｉｔｔ  Ｂｅｎｃｋｉｓｅｒ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，ＮＪ）：０．７８１ｍＬのＬｙｓｏｌ（登録商標）Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔを加えて、最終量が１００ｍＬのＭｉｌｌｉ−Ｑ（登録商標）水（０．７８％）にした。
ｅ）Ｓｐｏｒｏｃｉｄｉｎ（登録商標）（緩衝フェノールおよびナトリウムフェナート）（Ｃｏｎｔｅｃ，Ｉｎｃ．，Ｓｐａｒｔａｎｂｕｒｇ，ＳＣ）：直接使用した。
【０２６０】
細胞（５ｍＬ）を、５ｍＬの無菌ＰＢＳまたは５ｍＬの消毒薬溶液と混合し、様々な時間の間（０．５、１、２．５、５、または１０分間）培養した。その後、０．１ｍＬの細胞混合物を試験管中の１０ｍＬのＤＥブロス／寒天に加えて混合し、この混合物をＤＥブロス／寒天平板に注いだ。乾燥後に、その板を逆さにして、３０℃で保温した。結果を表７および図１３に示す。黒い横棒は、この試験の最大検出限界を示す。
【０２６１】
【表７】
2015501643.tif 000009
【０２６２】
本明細書に記載のプロセスは、Ａｓｐｅｎモデリングのような計算モデリングを用いて説明することができる（例えば、米国特許第７，６６６，２８２号明細書を参照）。例えば、市販のモデリングソフトウェアであるＡｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓ（登録商標）（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）から入手可能な物理的性質データベース（ＤＩＰＰＲなど）と一緒に使用して、総合生成物アルコール（例えば、エタノール、ブタノール）発酵、精製、および水の管理プロセスのためのＡｓｐｅｎモデルを開発することができる。このプロセスモデリングは、多数の基本的な工学計算（例えば、質量とエネルギーのバランス、蒸気／液体平衡、および反応速度計算）を実行できる。Ａｓｐｅｎモデルを生成させるための入力情報として、例えば、実験データ、供給原料の含水量および組成、マッシュクッキングおよびフラッシングの温度、糖化条件（例えば、酵素供給量、デンプン変換、温度、圧力）、発酵条件（例えば、微生物供給量、グルコース変換、温度、圧力）、脱ガス処理条件、溶剤塔、事前フラッシュ塔、凝縮器、蒸発装置、遠心分離機などを挙げることができる。バッチ発酵は、平均的な組成物および流量を用いて、定常状態の連続プロセスとしてモデル化した。実施例６〜１０は、本明細書に記載のプロセスのＡｓｐｅｎモデルを表す。
【０２６３】
実施例６．エタノールの流れ図
供給原料のトウモロコシ（５３４００ｋｇ／ｈ）を発酵させて、厳密な物質およびエネルギーのバランスを保ってエタノールを製造した場合のＡｓｐｅｎモデルを開発した。このモデルでは、連続バッチ発酵を連続プロセスにおおよそ等しいものと見なした。発酵および蒸留プロセスの例を図１０に示し、蒸発トレーンの例を図６に示す。
【０２６４】
平均連続モル組成が二酸化炭素９３．６％、水４．５％およびイソブタノール１．９％でありかつ３６１ｋｇ／ｈのエタノールを含む発酵９００から、大気圧で蒸気９０１を排気した。ビール９０２を、３２℃および２ａｔｍにおいて、連続エタノール濃度が１２９ｇ／Ｌでありかつ０．３３重量％の溶解二酸化炭素を含む発酵容器９００の下部から取り出した。蒸発トレーンにより、２８０２７ｋｇ／時間の水蒸気５０６が、９４．６℃および０．８ａｔｍで発生し、これによりビール塔９１０にストリッピング蒸気９０３が供給された。８７℃および０．６ａｔｍにおいて６０４５ｋｇ／時間の流量の水蒸気９１８を、液化マッシュからフラッシュし、側塔９７０に注入して、エタノール回収のための更なるエネルギーを供給した。モル組成が二酸化炭素８８．５％、水４．８％、およびエタノール６．７％でありかつ３６ｋｇ／ｈのエタノールを含む大気圧のガス流９１２を、蒸留プロセスから排気した。スクラバーを用いて、蒸気９０１および９１２の両方（含まれる合計アルコール量は３９７ｋｇ／ｈのエタノールである）を処理した。含水率が０．０８重量％（水）である最終エタノール生成物９１４が、１７９３９ｋｇ／ｈで製造された。
【０２６５】
実施例７．熱も水も加えないブタノールの真空フラッシュ
供給原料のトウモロコシ（５３４００ｋｇ／ｈ）を発酵させて、厳密な物質およびエネルギーのバランスを保ってイソブタノールを製造した場合のＡＳＰＥＮモデルを開発した。このモデルでは、連続バッチ発酵を連続プロセスにおおよそ等しいものと見なした。この発酵プロセスの例を図２に示し、蒸発トレーンの例を図６に示し、蒸留プロセスの例を図８に示す。
【０２６６】
平均連続モル組成が二酸化炭素９４．５％、水４．７％およびイソブタノール０．８％でありかつ１２９ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む蒸気１０２を、大気圧で発酵１００から排気した。総平均流量が３６６６トン／ｈである流れ１０４を、発酵容器１００の下部から一定の３２℃および２ａｔｍで取り出したが、その流れは、平均イソブタノール濃度が３３．４ｇ／Ｌでありかつ０．２６重量％の溶解二酸化炭素を含んでいた。この流れの圧力を、事前フラッシュ１１０において断熱的に０．３ａｔｍ（約４ｐｓｉａ）まで低下させて、０．０３重量％の溶解二酸化炭素を含む流れ１０５を生じさせた。この流れの圧力を、フラッシュ１２０内において２９．７℃で断熱的に０．０４９２ａｔｍ（約０．７ｐｓｉａ）にさらに低下させて、平均イソブタノール濃度が３１．７ｇ／Ｌである流れ１０３を得た。液体の水（流れ７１２）も蒸気の水（流れ６０８）もフラッシュ１２０には加えなかった。事前フラッシュおよびフラッシュからの蒸気は、冷却仕事率（ｃｈｉｌｌｉｎｇ  ｄｕｔｙ）が２０．４ＧＪ／ｈである１つの冷蔵接触凝縮器１３０と、合計電力が６５０ｋＷである２つの遠心圧縮機１４０および１６０と、仕事率の合計が９．３ＧＪ／ｈである２つの水冷装置１５０および１７０とを含む構成を通過させて処理した。この処理の結果、６５１６ｋｇ／ｈのイソブタノールを４０．７重量％の濃度で含む総合液体凝縮物流１１７、および平均連続モル組成が二酸化炭素９２．４％、水５．５％、およびイソブタノール２．１％でありかつ３３４ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む（大気圧で排気される）蒸気流１１５が得られた。フラッシュシステムの物質収支を表８に示す。
【０２６７】
【表８】
2015501643.tif 000010
【０２６８】
７４７２ｋｇ／ｈのイソブタノールを６２．５ｇ／Ｌの濃度で含みかつ０．３１重量％の溶解二酸化炭素を含むビール１０１を、３２℃および２ａｔｍで、発酵容器１００の下部から取り出した。蒸発トレーンにより、２３１２４ｋｇ／時間の水蒸気５０６が９４．８℃および０．８ａｔｍで発生し、これにより、ビール塔７００にストリッピング蒸気７０２が供給された。８７℃および０．６ａｔｍで５９４７ｋｇ／時間の流量の水蒸気７０７を、液化マッシュからフラッシュし、側塔７３０に注入して、イソブタノール回収のための更なるエネルギーを供給した。モル組成が二酸化炭素７８．４％、水１５．７％、およびイソブタノール５．９％でありかつ４９ｋｇ／ｈのイソブタノールを含むガス流７２１を、真空ポンプによって蒸留プロセスから排気した。スクラバーを用いて、蒸気１０２、１１５、および７２１（含まれる合計アルコール量は５１２ｋｇ／ｈのイソブタノールである）を処理した。含水率が０．６重量％（水）である最終イソブタノール生成物７１８を、１４４８７ｋｇ／ｈで製造した。
【０２６９】
この実施例では、発酵１００で製造されたイソブタノールの約４５％が流れ１１７によって取り出され、残りのほとんどの生成物はビール１０１と一緒に出て行った。水も蒸気もフラッシュ１２０に加えなければ、発酵１００内の最大イソブタノール濃度は６０ｇ／Ｌより高かった。流れ１０４に溶解している約８７％の二酸化炭素は、事前フラッシュ１１０で放出された。エタノールが製造された実施例６よりも、ほぼ３０％多くのアルコール量が、この実施例のスクラバーに課せられた。
【０２７０】
実施例８．熱水を加えるが蒸気は加えないブタノールフラッシュ
供給原料のトウモロコシ（５３４００ｋｇ／ｈ）を発酵させて、厳密な物質およびエネルギーのバランスを保ってイソブタノールを製造した場合のＡＳＰＥＮモデルを開発した。このモデルでは、連続バッチ発酵を連続プロセスにおおよそ等しいものと見なした。この発酵プロセスの例を図２に示し、蒸発トレーンの例を図６に示し、蒸留プロセスの例を図８に示す。
【０２７１】
平均連続モル組成が二酸化炭素９４．５％、水４．７％およびイソブタノール０．８％でありかつ１１３ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む蒸気１０２を、大気圧で発酵１００から排気した。総平均流量が３９０４トン／ｈである流れ１０４を、発酵容器１００の下部から一定の３２℃および２ａｔｍで取り出したが、その流れは、平均イソブタノール濃度が３０．８ｇ／Ｌでありかつ０．２６重量％の溶解二酸化炭素を含んでいた。この流れの圧力を、事前フラッシュ１１０において断熱的に０．３ａｔｍ（約４ｐｓｉａ）まで低下させて、０．０３重量％の溶解二酸化炭素を含む流れ１０５を生じさせた。この流れの圧力を、フラッシュ１２０内において２９．８℃で断熱的に０．０４９２ａｔｍ（約０．７ｐｓｉａ）にさらに低下させて、平均イソブタノール濃度が２９．２ｇ／Ｌである流れ１０３を得た。７８．８℃の液体水７１２（９０１６ｋｇ／ｈ）をフラッシュ１２０に加えた。事前フラッシュおよびフラッシュからの蒸気は、冷却仕事率が２１．８ＧＪ／ｈである１つの冷蔵接触凝縮器１３０と、合計電力が６９１ｋＷである２つの遠心圧縮機１４０および１６０と、仕事率の合計が９．９ＧＪ／ｈである２つの水冷装置１５０および１７０とを含む構成を通過させて処理した。この処理の結果、６５８７ｋｇ／ｈのイソブタノールを３９．２重量％の濃度で含む総合液体凝縮物流１１７、および平均連続モル組成が二酸化炭素９２．４％、水５．５％、およびイソブタノール２．１％でありかつ３５４ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む（大気圧で排気される）蒸気流１１５が得られた。フラッシュシステムの質量収支を表９に示す。
【０２７２】
【表９】
2015501643.tif 000011
【０２７３】
７４２５ｋｇ／ｈのイソブタノールを５８ｇ／Ｌの濃度で含みかつ０．３１重量％の溶解二酸化炭素を含むビール１０１を、３２℃および２ａｔｍで、発酵容器１００の下部から取り出した。蒸発トレーンにより、２３１２８ｋｇ／時間の水蒸気５０６が９４．７℃および０．８ａｔｍで発生し、これによりビール塔７００にストリッピング蒸気７０２が供給された。８７℃および０．６ａｔｍで５９７８ｋｇ／時間の流量の水蒸気７０７を、液化マッシュからフラッシュし、側塔７３０に注入して、イソブタノール回収のための更なるエネルギーを供給した。モル組成が二酸化炭素７８．４％、水１５．７％、およびイソブタノール５．９％でありかつ５２ｋｇ／ｈのイソブタノールを含むガス流７２１を、真空ポンプによって蒸留プロセスから排気した。スクラバーを用いて、蒸気１０２、１１５、および７２１（含まれる合計アルコール量は５１９ｋｇ／ｈのイソブタノールである）を処理した。含水率が０．１重量％未満（水）である最終イソブタノール生成物７１８を、１４４３２ｋｇ／ｈで製造した。
【０２７４】
この実施例では、発酵１００で製造されたイソブタノールの約４５％が流れ１１７によって取り出され、残りのほとんどの生成物はビール１０１と一緒に出て行った。熱水をフラッシュタンクに加えて、発酵液体レベルの低下を遅くしたが、蒸気をフラッシュ１２０に加えることはしなかった。発酵１００内の最大イソブタノール濃度は、それでもほぼ６０ｇ／Ｌであった。流れ１０４に溶解している二酸化炭素の約８７％を、事前フラッシュ１１０で放出した。エタノールが製造された実施例６よりも、３１％多くのアルコール量が、この実施例のスクラバーに課せられた。フラッシュ凝縮器１３０の入口における流れ１０７中のイソブタノールと二酸化炭素とのモル比は、３．２である。
【０２７５】
実施例９．熱水を加え蒸気も加えるブタノールフラッシュ
供給原料のトウモロコシ（５３４００ｋｇ／ｈ）を発酵させて、厳密な物質およびエネルギーのバランスを保ってイソブタノールを製造した場合のＡＳＰＥＮモデルを開発した。このモデルでは、連続バッチ発酵を連続プロセスにおおよそ等しいものと見なした。この発酵プロセスの例を図２に示し、蒸発トレーンの例を図７に示し、蒸留プロセスの例を図８に示す。
【０２７６】
平均連続モル組成が二酸化炭素９４．８％、水４．７％およびイソブタノール０．５％でありかつ７６ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む蒸気１０２を、大気圧で発酵１００から排気した。総平均流量が３６７７トン／ｈである流れ１０４を、発酵容器１００の下部から一定の３２℃および２ａｔｍで取り出したが、その流れは、平均イソブタノール濃度が１７．４ｇ／Ｌでありかつ０．２６重量％の溶解二酸化炭素を含んでいた。この流れの圧力を、事前フラッシュ１１０において断熱的に０．３ａｔｍ（約４ｐｓｉａ）まで低下させて、０．０３重量％の溶解二酸化炭素を含む流れ１０５を生じさせた。この流れの圧力を、フラッシュ１２０内において２９．７℃で断熱的に０．０４５２ａｔｍ（約０．７ｐｓｉａ）にさらに低下させて、平均イソブタノール濃度が１４．４ｇ／Ｌである流れ１０３を得た。８４．１℃の液体水７１２（９００８ｋｇ／ｈ）および７７．２℃の１９３１９ｋｇ／ｈの水蒸気６０８をフラッシュ１２０に加えた。事前フラッシュおよびフラッシュからの蒸気は、冷却仕事率が６３．８ＧＪ／ｈである１つの冷蔵接触凝縮器１３０と、合計電力が１０３０ｋＷである２つの遠心圧縮機１４０および１６０と、仕事率の合計が１８．１ＧＪ／ｈである２つの水冷装置１５０および１７０とを含む構成を通過させて処理した。この処理の結果、１０５３１ｋｇ／ｈのイソブタノールを２６．５重量％の濃度で含む総合液体凝縮物流１１７、および平均連続モル組成が二酸化炭素９２．４％、水５．５％、およびイソブタノール２．１％でありかつ３３９ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む（大気圧で排気される）蒸気流１１５が得られた。フラッシュシステムの質量収支を表１０に示す。
【０２７７】
【表１０】
2015501643.tif 000012
【０２７８】
３，５００ｋｇ／ｈのイソブタノールを２８．７ｇ／Ｌの濃度で含みかつ０．２９重量％の溶解二酸化炭素を含むビール１０１を、３２℃および２ａｔｍで、発酵容器１００の下部から取り出した。蒸発トレーンは、７７．２℃および０．４ａｔｍにおいて１９３１９ｋｇ／時間の水蒸気６０８を発生し、それにより、蒸発エネルギーがフラッシュ１２０へ供給された。低圧蒸気７０２（１１２３９ｋｇ／ｈ）をそのプロセスで８４℃および０．５５ａｔｍにおいて廃熱から発生させ、ストリッピング蒸気としてビール塔７００で使用した。８７℃および０．６ａｔｍで５９０１ｋｇ／時間の流量の水蒸気７０７を液化マッシュからフラッシュし、側塔７３０に注入して、イソブタノール回収のための更なるエネルギーを供給した。モル組成が二酸化炭素８１．１％、水１３．７％、およびイソブタノール５．２％でありかつ４０ｋｇ／ｈのイソブタノールを含むガス流７２１を、真空ポンプによって蒸留プロセスから排気した。スクラバーを用いて、蒸気１０２、１１５、および７２１（含まれる合計アルコール量は４５５ｋｇ／ｈのイソブタノールである）を処理した。含水率が０．１重量％未満（水）である最終イソブタノール生成物７１８を、１４３６５ｋｇ／ｈで製造した。
【０２７９】
この実施例では、発酵容器内で製造されたイソブタノールの約７３％が流れ１１７によって取り出され、残りのほとんどの生成物はビール１０１と一緒に出て行った。熱水をフラッシュタンクに加えて、発酵液体レベルの低下を減少させた。蒸気をフラッシュタンクに加えて、発酵液体に含まれるイソブタノールの一部を蒸発させたので、発酵１００内の最大イソブタノール濃度は、３０ｇ／Ｌ未満であり、発酵１００内の平均イソブタノール濃度は２０ｇ／Ｌ未満であった。流れ１０４に溶解している二酸化炭素の約８７％を、事前フラッシュ１１０で放出した。エタノールが製造された実施例６よりも、１５％多くのアルコール量が、この実施例のスクラバーに課せられた。フラッシュ凝縮器１３０の入口における流れ１０７中のイソブタノールと二酸化炭素とのモル比は、５．４である。
【０２８０】
実施例１０．熱水の追加、蒸気の追加、および二酸化炭素の段階的廃棄が行われるブタノールフラッシュ
供給原料のトウモロコシ（５３４００ｋｇ／ｈ）を発酵させて、厳密な物質およびエネルギーのバランスを保ってイソブタノールを製造した場合のＡＳＰＥＮモデルを開発した。このモデルでは、連続バッチ発酵を連続プロセスにおおよそ等しいものと見なした。この発酵プロセスの例を図４に示し、蒸発トレーンの例を図７に示し、蒸留プロセスの例を図８に示す。
【０２８１】
平均連続モル組成が二酸化炭素９４．７％、水４．７％およびイソブタノール０．５％でありかつ９７ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む蒸気３０２を、大気圧で発酵３００から排気した。総平均流量が３６９５トン／ｈである流れ３０４を、発酵容器３００の下部から一定の３２℃および２ａｔｍで取り出したが、その流れは、平均イソブタノール濃度が２２．３ｇ／Ｌでありかつ０．２６重量％の溶解二酸化炭素を含んでいた。この流れの圧力を、断熱的に１ａｔｍ（約１４ｐｓｉａ）まで低下させ、スプレー塔３１０において再圧縮フラッシュ蒸気と接触させて、０．１３重量％の溶解二酸化炭素を含む流れ３０７を生じさせた。この流れの圧力を、断熱的に０．３ａｔｍ（約４ｐｓｉａ）まで低下させ、スプレー塔３３０において再圧縮フラッシュ蒸気と接触させて、０．０３重量％の溶解二酸化炭素を含む流れ３１１を生じさせた。この流れの圧力を、フラッシュ３５０内において２９．８℃で断熱的に０．０４６３５ａｔｍ（約０．７ｐｓｉａ）にさらに低下させて、平均イソブタノール濃度が１９．５ｇ／Ｌである流れ３０３を得た。８４．１℃の液体水７１２（９００８ｋｇ／ｈ）および７７．２℃の１５５４７ｋｇ／ｈの水蒸気６０８を、フラッシュ３５０に加えた。事前フラッシュおよびフラッシュからの蒸気は、冷却仕事率が７１．１ＧＪ／ｈである１つの冷蔵接触凝縮器１３０と、合計電力が６５０ｋＷである２つの遠心圧縮機１４０および１６０とを含む構成を通過させて処理した。この処理の結果、１０１４７ｋｇ／ｈのイソブタノールを２７．８重量％の濃度で含む総合液体凝縮物流３１４、および平均連続モル組成が二酸化炭素９４．７％、水４．７％、およびイソブタノール０．６％でありかつ１００ｋｇ／ｈのイソブタノールを含む（大気圧で排気される)蒸気流３０５が得られた。フラッシュシステムの質量収支を表１１に示す。
【０２８２】
【表１１】
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【０２８３】
４１０４ｋｇ／ｈのイソブタノールを３３．５ｇ／Ｌの濃度で含みかつ０．２８重量％の溶解二酸化炭素を含むビール３０１を、３２℃および２ａｔｍで、発酵容器３００の下部から取り出した。蒸発トレーンは、７７．２℃および０．４ａｔｍにおいて１５５４７ｋｇ／時間の水蒸気６０８を発生し、それにより、蒸発エネルギーがフラッシュ３５０へ供給された。低圧蒸気７０２（１１２３９ｋｇ／ｈ）を、そのプロセスで８４℃および０．５５ａｔｍにおいて廃熱から発生させ、ストリッピング蒸気としてビール塔７００で使用した。８７℃および０．６ａｔｍで５９２４ｋｇ／時間の流量の水蒸気７０７を、液化マッシュからフラッシュし、側塔７３０に注入して、イソブタノール回収のための更なるエネルギーを供給した。モル組成が二酸化炭素８１．１％、水１３．７％、およびイソブタノール５．２％でありかつ３７ｋｇ／ｈのイソブタノールを含むガス流７２１を、真空ポンプによって蒸留プロセスから排気した。スクラバーを用いて、蒸気３０２、３０５、および７２１（合計アルコール量は２３４ｋｇ／ｈのイソブタノールである）を処理した。含水率が０．１重量％未満（水）である最終イソブタノール生成物７１８を、１４３９１ｋｇ／ｈで製造した。
【０２８４】
この実施例では、発酵容器内で製造されたイソブタノールの約７０％が流れ３１４によって取り出され、残りのほとんどの生成物はビール３０１と一緒に出て行った。熱水をフラッシュタンクに加えて、発酵液体レベルの低下を減少させた。蒸気をフラッシュタンクに加えて、発酵液体に含まれるイソブタノールの一部を蒸発させたので、発酵容器内の最大イソブタノール濃度は、３５ｇ／Ｌ未満であり、発酵容器内の平均イソブタノール濃度は２５ｇ／Ｌ未満であった。フラッシュ３５０へ入れる前に、流れ３０４に溶解している二酸化炭素の約８７％を放出させた。エタノールが製造された実施例６よりも４１％少ないアルコール量を、この実施例のスクラバーに課した。フラッシュ凝縮器３６０の入口における流れ３１２中のイソブタノールと二酸化炭素とのモル比は、７．７である。イソブタノールの回収は、非凝縮物質（二酸化炭素）に対してより高いこの濃度比率では、簡単になった。フラッシュスから事前フラッシュまでのステップにおいて発生する二酸化炭素蒸気の対向流の段階的過程（ｃａｓｃａｄｅ）により、スクラバーへ排気されるイソブタノールの量が減少し、またフラッシュで必要とされるエネルギーの一部が供給されて、ブタノールの蒸発が増大した。
【０２８５】
また、実施例で示したように、本明細書に記載のプロセスは、微生物に対する生成物アルコールの抑制作用を最小限に抑えることのできる濃度に、発酵容器内の生成物アルコール濃度を維持する手段を提供する。
【０２８６】
実施例１１．ブタノールのバッチ発酵およびフラッシュプロセスの動的モデル
イソブタノールのバッチ発酵およびフラッシュプロセスの動的モデルを、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｏｆｆｉｃｅ（登録商標）Ｅｘｃｅｌ  ３、２００３  ＳＰ３（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｓｅａｔｔｌｅ  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ）で開発した。
【０２８７】
このモデルに、３２℃における、イソブタノール濃度に応じて変化するグルコース取込み速度および細胞成長速度に関する測定データが組み込まれた（図１４）。これには、関連する温度でのイソブタノールと水の系に関する蒸気液体平衡データも組み込まれた。こうしたデータをプロセス装置仕様書（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と組み合わせた。この仕様書は、発酵バッチのサイズを定め、増殖タンク（細胞乾燥重量）充填量の割合、１パス当たりのフラッシュされるイソブタノール、フラッシュループの循環速度、およびフラッシュを開始したときのバッチサイクルの時間を指定できるようにするものであった。このモデルは、０．２８８ｇ（湿ったトウモロコシ）／グラム（供給量）、トウモロコシ水分０．０１５５、コーンスターチ含有量０．７２、乾燥細胞充填量３７８．５ｋｇ、充填物供給時間１２時間、発酵容器の容積８０７０００ガロン、フラッシュにおける循環速度２２，５００ガロン／分、および７．５％／パスのブタノール取り出しという入力で操作した。図１５は、発酵サイクルにおいて時間ゼロでフラッシュが開始されたモデルからの出力を示す。このモデルは、種々の想定開始時間で実行すると、以下の表１２の結果を生み出した。
【０２８８】
【表１２】
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【０２８９】
これらの結果は、発酵開始後１０時間たってフラッシュプロセスを始めるとサイクルタイムが０．７時間だけ伸び、発酵開始後２０時間たって始めるとサイクルタイムが３．４時間伸び、発酵開始後３０時間たって始めるとサイクルタイムが１１．２時間伸びることを示している。
【０２９０】
本発明の様々な実施形態を本明細書に記載したが、それらは単なる例として示したものであり、限定するものではなことを理解すべきである。本発明の範囲を逸脱することなく、それらに対して形態および詳細に関する様々な変更を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の幅広さと範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、以下の請求項およびそれらの均等物したがってのみ定義されるべきである。
【０２９１】
本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、本発明が関係する当業者の技術レベルを示しており、またそれらを本明細書に援用するが、それは、それぞれの個別の刊行物、特許または特許出願を本明細書に具体的かつ個別に示して援用することに相当する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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