Способы и системы с использованием ионофоров для контроля контаминации при ферментации газообразных субстратов
Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены способ (варианты) и ферментационная система (варианты) для анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта. Способ включает введение газообразного субстрата в биореактор, введение в биореактор ионофора и проведение ферментации субстрата с формированием жидкого продукта. Система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата, ферментационный бульон в сосуде, канал подачи ионофора и канал сбора жидкости. Причем ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию вид микроорганизмов и конкурирующий вид микроорганизмов. Ионофор обладает селективностью с ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта конкурирующим видом микроорганизмов-ацетогенов или гомоацетогенов. Изобретения обеспечивают уменьшение влияния конкурирующих микроорганизмов. 4 н. и 111 з.п. ф-лы, 5 пр., 1 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] По настоящей патентной заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США № 62/438211, зарегистрированной 22 декабря 2016 года и озаглавленной "Methods And Systems Using Ionophores To Control Contamination In Fermentation Of Gaseous Substrates", которая полностью включена в настоящий документ в качестве этой ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ
[0002] Этанол является основным источником биотоплива во всем мире и, таким образом, новые способы производства биоэтанола являются высокоценными. Как правило, различные виды биотоплива, и более конкретно, биоэтанол, получают посредством ферментации сахаров, получаемых, например, из кукурузы, пшеницы и сахарного тростника. Этот процесс является высоковостребованным, так как использование или преобразование биомассы является возобновляемым и потенциально экологически безопасным источником производства энергии. Однако количество легко ферментируемых углеводов является ограниченным вследствие конкуренции с производством продуктов питания, за доступность земли и воды и вследствие других факторов.
[0003] Высокоэффективной альтернативой производству этанола посредством ферментации углеводов, таких как глюкоза и сахароза, является ферментация синтетического газа (сингаза). Ферментация сингаза представляет собой микробиологический процесс, при котором первичные источники углерода и энергии получают из сингаза. Как правило, обозначаемые как ацетогены, эти микроорганизмы используют находящиеся в сингазе небольшие химические структурные блоки в восстановительном пути ацетил-КоА (путь Вуда-Льюнгдаля) для производства этанола и/или уксусной кислоты.
[0004] Как правило, сингаз получают посредством газификации углесодержащих материалов, реформинга природного газа и/или биогаза из анаэробных ферментеров или различными промышленными способами. Как правило, сингаз получают посредством газификации углесодержащих материалов, реформинга природного газа и/или биогаза из анаэробных ферментеров или различными промышленными способами. Как правило, газообразный субстрат содержит монооксид углерода, водород и диоксид углерода и, как правило, содержит другие компоненты, такие как водяной пар, азот, метан, аммиак и сероводород. Ферментация сингаза преимущественно приводит к образованию этанола и уксусной кислоты. Этот процесс требует значительных количеств водорода и монооксида углерода. Сбалансированные химические уравнения для общего преобразования монооксида углерода, диоксида углерода и водорода в этанол и уксусную кислоту являются следующими:
Продукция этанола
Продукция уксусной кислоты
Как продемонстрировано посредством сбалансированных химических уравнений, в качестве основного источника углерода можно использовать как монооксид углерода, так и диоксид углерода, чему способствуют электроны, продуцируемые монооксидом углерода и водородом.
[0005] Одной из общих проблем, с которыми сталкивается коммерческая установка непрерывного действия для биоконверсии сингаза в этанол и/или уксусную кислоту, является контаминация ферментационного бульона нежелательной популяцией микроорганизмов. Эти контаминирующие микроорганизмы преобразуют компоненты сингаза или продукты и/или побочные продукты ацетогенной биоконверсии в нежелательные кислородсодержащие органические соединения. Также контаминирующие организмы потенциально могут использовать питательные компоненты среды для выращивания, конкурируя с требуемым организмом. Уменьшение количества или удаление контаминирующих микроорганизмов из биореакторов промышленного масштаба может являться сложным и дорогостоящим. Профилактические меры, такие как очистка паром, часто оказываются безуспешными вследствие неполной очистки. Кроме того, контаминация может происходить из материалов, добавляемых в биореактор при биоконверсии. Кроме того, если в коммерческом биореакторе произошла контаминация, биореактор необходимо выключить, его содержимое выгрузить с соответствующей обработкой отходов, а биореактор перезагрузить. Этот процесс является дорогим и неэффективным.
[0006] Способы уменьшения количества или удаления конкурирующих микроорганизмов, таких как метаногены или бутирогены, которые устойчивы или размножаются в условиях, необходимых для ферментации сингаза, являются очень желательными. Настоящее изобретение относится к разработке нового способа уменьшения влияния конкурирующих микроорганизмов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В одном из аспектов изобретение относится к способу ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (c) проведение ферментации субстрата с формированием жидкого продукта, где основным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат. Следует понимать, что этапы способа можно проводить в любой последовательности или одновременно.
[0008] В другом аспекте изобретение относится к способу ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород, где биореактор содержит ферментационный бульон, содержащий осуществляющие ферментацию виды; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (c) проведение ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где основным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат. Следует понимать, что этапы способа можно проводить в любой последовательности или одновременно.
[0009] В другом аспекте изобретение относится к способу анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (c) проведение ферментации субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида с формированием жидкого продукта, где первичным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат. Следует понимать, что этапы способа можно проводить в любой последовательности или одновременно.
[0010] В другом аспекте изобретение относится к способу анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (b) введение в реактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (c) проведение ферментации газообразного субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида с формированием жидкого продукта. Следует понимать, что этапы способа можно проводить в любой последовательности или одновременно.
[0011] В другом аспекте изобретение относится к ферментационной системе для ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где система содержит: (a) сосуд для ферментации; (b) канал подачи газообразного субстрата для введения газообразного субстрата в сосуд для ферментации; (c) водный ферментационный бульон, находящийся в сосуде для ферментации, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (d) канал подачи ионофора, сообщающийся с сосудом для ферментации, для введения в сосуд ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор выбирают по минимальному ингибированию роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (e) канал сбора жидкости для сбора жидкого продукта после проведения ферментации газообразного субстрата. Следует понимать, что компоненты системы можно подводить и/или собирать в любом последовательном порядке или одновременно.
[0012] В другом аспекте изобретение относится к ферментационной системе для ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где система содержит: (a) сосуд для ферментации; (b) канал подачи газа для введения в сосуд для ферментации газообразного субстрата, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород; (c) водный ферментационный бульон, находящийся в сосуде для ферментации, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (d) канал подачи ионофора, сообщающийся с сосудом для ферментации, для введения в сосуд ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор выбирают по минимальному ингибированию роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (e) канал сбора жидкости для сбора жидкого продукта после проведения ферментации газообразного субстрата. Следует понимать, что компоненты системы можно подводить и/или собирать в любом последовательном порядке или одновременно.
[0013] В другом аспекте изобретение относится к ферментационной системе для анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где система содержит: (a) сосуд для ферментации; (b) канал подачи газообразного субстрата для введения в сосуд для ферментации газообразного субстрата; (c) водный ферментационный бульон, находящийся в сосуде для ферментации, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (d) канал подачи ионофора, сообщающийся с сосудом для ферментации, для введения в сосуд ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (e) канал сбора жидкости для сбора жидкого продукта после проведения ферментации газообразного субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида. Следует понимать, что компоненты системы можно подводить и/или собирать в любом последовательном порядке или одновременно.
[0014] В другом аспекте изобретение относится к ферментационной системе для анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где система содержит: (a) сосуд для ферментации; (b) канал подачи газа для введения в сосуд для ферментации газообразного субстрата, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород; (c) водный ферментационный бульон, находящийся в сосуде для ферментации, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (d) канал подачи ионофора, сообщающийся с сосудом для ферментации, для введения в сосуд ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (e) канал сбора жидкости для сбора жидкого продукта после проведения ферментации газообразного субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида. Следует понимать, что компоненты системы можно подводить и/или собирать в любом последовательном порядке или одновременно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] Фигура 1 представляет собой схематическое изображение устройства подачи ионофора при биоконверсии газообразного субстрата с формированием жидкого продукта.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] В вариантах осуществления изобретения предоставлен способ ферментации газообразного субстрата с получением жидкого продукта и система для проведения этого способа. В определенных вариантах осуществления способ включает использование для ферментации газообразного субстрата, например, сингаза, с формированием жидкого продукта, такого как спирт или кислота, осуществляющих ферментацию видов. Процесс ферментации часто загрязняют один или несколько конкурирующих видов, которые могут быть вредны для производства жидкости, например, процесса продукции этанола и/или уксусной кислоты. В настоящем изобретении используют неожиданный подход специфического подавления конкурирующих видов с использованием ионофора для селективного нарушения ионных градиентов, используемых конкурирующими видами.
[0017] Выявлено, что внутриклеточный механизм продукции аденозинтрифосфата ("АТФ"), используемый конкурирующими видами, немного отличается от механизмов, используемых осуществляющими ферментацию видами. Например, но не ограничиваясь какой-либо теорией, осуществляющие ферментацию виды используют для продукции АТФ градиенты протонов, тогда как конкурирующие виды используют градиенты других ионов, такие как градиенты натрия или калия. Ионофор выбирают по селективному нарушению ионных градиентов, используемых конкурирующими видами.
[0018] В одном из вариантов осуществления изобретение относится к способу ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (c) проведение ферментации субстрата с формированием жидкого продукта, где первичным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат.
[0019] В определенных вариантах осуществления способ анаэробной ферментации газообразного субстрата представляет собой непрерывный способ. Как используют в настоящем документе, "непрерывный способ" относится к способу ферментации, который включает непрерывную подачу питательной среды, подачу субстрата, продукцию клеток в биореакторе, удаление клеток из биореактора и удаление продукта. В определенных вариантах осуществления непрерывные подача, удаление или продукция клеток могут происходить в одном и том же или в различных потоках. В определенных вариантах осуществления непрерывный процесс приводит к достижению в биореакторе стационарного состояния. Как используют в настоящем документе, "стационарное состояние" относится ко всем переменным процесса (т.е., скоростям подачи и концентрациям субстратов, поддерживаемых в биореакторе, концентрации клеток в биореакторе и удалению клеток из биореактора, удалению продукта из биореактора, а также переменным среды, таким как температуры и давление), являющимся постоянными с течением времени. В стационарных условиях скорость рассеиваемого потока, выходящего из инжектора, часто находится в диапазоне от 0,5 до 5 метров в секунду, а отношение газа к движущей жидкости находится в диапазоне от 1:1 до 3:1 фактических кубических метров на кубический метр подвижной жидкости.
[0020] В определенных вариантах осуществления способ анаэробной ферментации газообразного субстрата включает введение газообразного субстрата в биореактор. Биореактор может представлять собой любой подходящий биореактор любого подходящего размера. В некоторых случаях биореактор содержит ферментационный бульон. Ферментационный бульон может представлять собой любой подходящий ферментационный бульон, и его можно добавлять в биореактор в любом подходящем количестве.
[0021] В определенных вариантах осуществления ферментационный бульон содержит водную суспензию микроорганизмов и различные добавки к среде. Как правило, подходящие микроорганизмы живут и растут в анаэробных условиях, что означает, что растворенный кислород в ферментационном бульоне по существу отсутствует. Различные добавки к водному ферментационному бульону могут включать буферные средства, металлические микроэлементы, витамины, соли и т.д. Различные корректировки ферментационного бульона могут в разное время обеспечивать различные условия, такие как условия роста и отсутствия роста, что влияет на продуктивность организмов. Условия и содержание подходящего водного ферментационного бульона для биоконверсии CO и H2/CO2 с использованием анаэробных микроорганизмов описаны в патенте США № 7704723.
[0022] В различных вариантах осуществления среда необязательно дополнительно содержит одно или несколько составляющих, выбранных из группы, состоящей из витаминов, минералов, металлов и их сочетаний.
[0023] В предпочтительных вариантах осуществления ферментационный бульон поддерживают в условиях анаэробной ферментации, включающих подходящую температуру, например, от 25°C до 60°C, часто в диапазоне приблизительно от 30° до 40°C. Условия ферментации, включая плотность микроорганизмов и состав водного ферментационного бульона предпочтительно являются достаточными для достижения требуемой эффективности конверсии водорода и монооксида углерода.
[0024] Ферментационный бульон может иметь любой подходящий pH. Например, ферментационный бульон может иметь pH приблизительно 1 или более, например, приблизительно 1,5 или более, приблизительно 2 или более, приблизительно 2,5 или более, приблизительно 3 или более, приблизительно 3,5 или более, приблизительно 4 или более, приблизительно 4,5 или более, приблизительно 5 или более, приблизительно 5,5 или более или приблизительно 6 или более. Альтернативно или кроме того, ферментационный бульон может иметь pH приблизительно 9 или менее, например, приблизительно 8,5 или менее, приблизительно 8 или менее, приблизительно 7,5 или менее, приблизительно 7 или менее, или приблизительно 6,5 или менее. Таким образом, ферментационный бульон может иметь рН, ограниченный любыми двумя из указанных выше конечных точек, приведенных для ферментационного бульона. Например, ферментационный бульон может иметь pH приблизительно от 1 до приблизительно 9, например, приблизительно от 1,5 до приблизительно 9, приблизительно от 2 до приблизительно 9, приблизительно от 2,5 до приблизительно 9, приблизительно от 3 до приблизительно 9, приблизительно от 3,5 до приблизительно 9, приблизительно от 4 до приблизительно 9, приблизительно от 4,5 до приблизительно 9, приблизительно от 5 до приблизительно 9, приблизительно от 5,5 до приблизительно 9, приблизительно от 6 до приблизительно 9, приблизительно от 6 до приблизительно 8,5, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 6 до приблизительно 7,5, приблизительно от 6 до приблизительно 7, приблизительно от 4 до приблизительно 7, приблизительно от 7 до приблизительно 9, приблизительно от 2 до приблизительно 7, приблизительно от 2,5 до приблизительно 7, приблизительно от 3,5 до приблизительно 7, приблизительно от 4 до приблизительно 7, приблизительно от 4,5 до приблизительно 7, приблизительно от 5 до приблизительно 7, приблизительно от 5,5 до приблизительно 7, приблизительно от 6 до приблизительно 7, приблизительно от 6,5 до приблизительно 7, приблизительно от 2 до приблизительно 6, приблизительно от 2,5 до приблизительно 6, приблизительно от 3 до приблизительно 6, приблизительно от 3,5 до приблизительно 6, приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 4,5 до приблизительно 6, приблизительно от 5,5 до приблизительно 6.
[0025] В определенных вариантах осуществления скорость подачи сырьевого газа в стационарных условиях в ферментационный биореактор предпочтительно является такой, что скорость переноса монооксида углерода и водорода в жидкую фазу соответствует скорости биоконверсии монооксида углерода и водорода. На скорость, с которой может происходить потребление монооксида углерода и водорода влияет природа микроорганизма, концентрация микроорганизма в ферментационном бульоне и условия ферментации. Так как скорость переноса монооксида углерода и водорода в водный ферментационный бульон является рабочим параметром, важными являются условия, влияющие на скорость переноса, такие как площадь поверхности раздела между газовой и жидкой фазами и движущие силы. Предпочтительно сырьевой газ вводят в биореактор в форме микропузырьков. Часто диаметр микропузырьков находится в диапазоне 0,01 до 0,5, предпочтительно от 0,02 до 0,3 миллиметра.
[0026] В определенных вариантах осуществления биореакторная установка для биоконверсии сингаза может содержать один или несколько биореакторов, которые в отношении потока газа могут являться параллельными или последовательными. Каждый биореактор может иметь любую подходящую конструкцию; однако предпочтительно конструкция и принцип действия обеспечивают высокую конверсию монооксида углерода и водорода в оксигенированное органическое соединение. Реакторы для ферментации в качестве неограничивающих примеров включают барботажные колоночные реакторы; петлевые реакторы со струйным смешиванием; реакторы с механическим перемешиванием; реакторы с орошаемым слоем; биопленочные реакторы, включая мембранные биореакторы; и реакторы со статическими смесителями, включая в качестве неограничивающих примеров трубчатые реакторы. Вследствие экономии капитальных затрат и эксплуатации предпочтительны биореакторы с глубокими резервуарами. Вне зависимости от типа биореактора с глубоким резервуаром, особенно когда используют микропузырьки, способствующие стабильной дисперсии пузырьков в водном бульоне, существуют токи перемешивания, которые не только обеспечивают относительно однородный состав водной фазы, но также увеличивают время контакта между пузырьками газа и водным бульоном.
[0027] Как правило, обедненная субстратом газовая фаза, выходящая из водного ферментационного бульона, содержит небольшую фракцию водорода и оксидов углерода, введенных в биореакторную установку в виде сырьевого газа. Часть обедненной газовой фазы, где используют сингаз после парового реформинга или автотермального реформинга с подачей кислорода, особенно парового или автотермального реформинга содержащего метан газа составляют инертные газы, такие как азот и преимущественно метан. Обедненная газовая фаза также может содержать содержащие серу соединения, водяной пар, спирт и т.п. испаряющиеся из водного ферментационного бульона.
[0028] В некоторых вариантах осуществления в биореактор можно периодически или непрерывно добавлять один или несколько потоков воды, питательных веществ или вспомогательных веществ и микроорганизмов. Периодически или непрерывно из биореактора для выделения продукта отбирают часть водного ферментационного бульона. Выделение продукта может состоять из известных установок для удаления остаточного клеточного материала, отделения и выделения жидких продуктов из ферментационной жидкости, возвращения удаленной ферментационной жидкости и очистки потоков отходов и материалов. Подходящие установки могут включать фильтры, центрифуги, циклонные фильтры, дистилляционные колонны, мембранные системы и другое оборудование для разделения. В патенте США № 8211679 продемонстрирована установка для выделения продукта из биореактора, посредством которой выделяют продукт этанол из биореактора.
[0029] В определенных вариантах осуществления среда дополнительно содержит один или несколько витаминов. Витамин может представлять собой любой подходящий витамин. В определенных вариантах осуществления витамин содержит питательное вещество, которое способствует росту по меньшей мере одного из осуществляющих ферментацию видов. Иллюстративный, но неограничивающий список витаминов включает K-Ca-пантотенат, холинхлорид, фолиевую кислоту, инозитол, никотинамид, никотиновую кислоту, пантотеновую кислоту, пиридоксаль HCl, пиридоксин HCl, пиридоксамин, рибофлавин, типмин HCl, биотин, витамин B12, парааминобензойную кислоту, ниацин, аскорбиновую кислота, кальциферол, менадион и витамин A.
[0030] Каждый из одного или нескольких витаминов может находиться в среде в любой подходящей концентрации. Среда может содержать приблизительно 1 мкг/кг или более каждого из одного или нескольких витаминов, например, приблизительно 10 мкг/кг или более, приблизительно 50 мкг/кг или более, приблизительно 100 мкг/кг или более, приблизительно 250 мкг/кг или более, приблизительно 500 мкг/кг или более, или приблизительно 1000 мкг/кг или более. Альтернативно или кроме того, среда может содержать приблизительно 20000 мг/кг или менее одного или нескольких витаминов, например, приблизительно 15000 мг/кг или менее, приблизительно 12500 мг/кг или менее, приблизительно 10000 мг/кг или менее, приблизительно 8000 мг/кг или менее, приблизительно 6000 мг/кг или менее, приблизительно 4000 мг/кг или менее, приблизительно 3000 мг/кг или менее, или приблизительно 2000 мг/кг или менее. Таким образом, среда может содержать каждый из одного или нескольких витаминов в количестве, ограниченном любыми двумя из указанных выше конечных точек. Например, среда может содержать приблизительно от 1 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг каждого из одного или нескольких витаминов, приблизительно от 10 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 50 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 100 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 250 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 500 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 3000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 4000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 6000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 8000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 10000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 12500 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 15000 мг/кг или приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 20000 мг/кг.
[0031] В определенных вариантах осуществления среда дополнительно содержит один или несколько минералов. Как правило, минерал необходим для поддержания метаболических процессов осуществляющих ферментацию видов. Минерал может представлять собой любой подходящий минерал. Иллюстративный, но неограничивающий список минералов включает любой из азота (например, аммония или аммиака), кальция, хлорида, железа, йода, калия, молибдена, магния, серы (например, сульфида, сульфата, сульфита, тиосульфата или бисульфат), фосфора (например, фосфата) и натрия. В определенных вариантах осуществления минерал предоставлен в форме соединения или соли.
[0032] Каждый из одного или нескольких минералов может присутствовать в среде в любой подходящей концентрации. Среда может содержать приблизительно 0,1 мг/кг или более каждого из одного или нескольких минералов в виде соединения/соли, например, приблизительно 1 мг/кг или более, приблизительно 5 мг/кг или более, приблизительно 10 мг/кг или более, приблизительно 15 мг/кг или более, приблизительно 20 мг/кг или более, приблизительно 25 мг/кг или более, приблизительно 50 мг/кг или более, приблизительно 100 мг/кг или более, приблизительно 250 мг/кг или более, приблизительно 500 мг/кг или более или приблизительно 1000 мг/кг или более. Альтернативно или кроме того, среда может содержать приблизительно 20000 мг/кг или менее одного или нескольких минералов, например, приблизительно 15000 мг/кг или менее, приблизительно 12500 мг/кг или менее, приблизительно 10000 мг/кг или менее, приблизительно 8000 мг/кг или менее, приблизительно 6000 мг/кг или менее, приблизительно 4000 мг/кг или менее, приблизительно 3000 мг/кг или менее или приблизительно 2000 мг/кг или менее. Таким образом, среда может содержать каждый из одного или нескольких минералов в количестве, ограниченном любыми двумя из указанных выше конечных точек. Например, среда может содержать приблизительно от 0,1 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг каждого из одного или нескольких минералов, приблизительно от 1 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 5 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 10 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 15 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 20 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 25, мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 50 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 100 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 250 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 500 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 3000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 4000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 6000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 8000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 10000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 12500 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 15000 мг/кг или приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 20000 мг/кг.
[0033] В определенных вариантах осуществления среда дополнительно содержит один или несколько металлов. Как правило, металл необходим для поддержания метаболических процессов осуществляющих ферментацию видов. Металл может представлять собой любой широко распространенный металл. Как правило, металл является биологически значимым. Иллюстративный, но неограничивающий список металлов включает литий, марганец, кобальт, никель, медь, галлий, мышьяк, селен, алюминий, кремний, фосфор, молибден, цирконий, серебро, палладий, цинк, вольфрам и кадмий. В определенных вариантах осуществления металл предоставлен в форме соединения или соли.
[0034] Каждый из одного или нескольких металлов может присутствовать в среде в любой подходящей концентрации. Среда может содержать приблизительно 0,1 мг/кг или более каждого из одного или нескольких металлы в виде соединения/соли, например, приблизительно 1 мг/кг или более, приблизительно 5 мг/кг или более, приблизительно 10 мг/кг или более, приблизительно 15 мг/кг или более, приблизительно 20 мг/кг или более, приблизительно 25 мг/кг или более, приблизительно 50 мг/кг или более, приблизительно 100 мг/кг или более, приблизительно 250 мг/кг или более, приблизительно 500 мг/кг или более или приблизительно 1000 мг/кг или более. Альтернативно или кроме того, среда может содержать приблизительно 20000 мг/кг или менее одного или нескольких металлов, например, приблизительно 15000 мг/кг или менее, приблизительно 12500 мг/кг или менее, приблизительно 10000 мг/кг или менее, приблизительно 8000 мг/кг или менее, приблизительно 6000 мг/кг или менее, приблизительно 4000 мг/кг или менее, приблизительно 3000 мг/кг или менее или приблизительно 2000 мг/кг или менее. Таким образом, среда может содержать каждый из одного или нескольких металлы в количестве, ограниченном любыми двумя из указанных выше конечных точек. Например, среда может содержать приблизительно от 0,1 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг каждого из одного или нескольких металлы, приблизительно от 1 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 5 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 10 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 15 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 20 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 25, мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 50 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 100 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 250 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 500 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 3000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 4000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 6000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 8000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 10000 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 12500 мг/кг, приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 15000 мг/кг или приблизительно от 1000 мг/кг до приблизительно 20000 мг/кг.
[0035] Газообразный субстрат может представлять собой любой подходящий газообразный субстрат. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат содержит один или несколько газов, выбранных из группы, состоящей из монооксида углерода, диоксида углерода и водорода. В предпочтительном варианте осуществления газообразный субстрат представляет собой сингаз. Как используют в настоящем документе, "сингаз" относится к газообразному субстрату, содержащему монооксид углерода, диоксид углерода и водород. Газообразный субстрат необязательно может содержать водяной пар, азот, метан, аммиак и сульфид водорода. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат представляет собой первичный источник углерода для дного или нескольких спиртов или кислот.
[0036] Газообразный субстрат можно получать любым подходящим способом. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат получают посредством газификации твердого субстрата. Твердый субстрат может представлять собой любой подходящий тверд субстрат, который можно газифицировать. Как правило, твердый субстрат выбран из группы, состоящей из биомассы, щепы, муниципальных твердых частиц, угля и их сочетания. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат получают посредством реформимнга газообразного предшественника. Газообразный предшественник может представлять собой любой подходящий газообразный предшественник, который можно подвергнуть реформингу. В определенных вариантах осуществления при реформинге газообразного субстрата используют пар. В определенных вариантах осуществления газообразный предшественник представляет собой метан.
[0037] Газообразный субстрат можно добавлять на любом этапе процесса ферментации. В определенных вариантах осуществления введение газообразного субстрата может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. Как используют в настоящем документе, "непрерывный" относится к процедуре, процессу или действию, которые являются стационарными и непрерывными. Как используют в настоящем документе, "периодический" относится процедуре, процессу или действию, которые на определенное время прекращают и начинают снова. Как используют в настоящем документе, "полунепрерывный" относится к процедуре, процессу или действию, у которых на определенное время изменяют скорость, а затем возвращаются к требуемой скорости. В некоторых случаях газообразный субстрат является очищенным. Как используют в настоящем документе, "очищенный" относится к удалению частиц, загрязнений или нежелательных газов. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат является частично окисленным.
[0038] В определенных вариантах осуществления ферментационный бульон содержит один или несколько микроорганизмов. Микроорганизм может представлять собой любой подходящий микроорганизм. В некоторых случаях микроорганизм представляет собой один или несколько осуществляющих ферментацию видов, конкурирующих видов или их сочетания.
[0039] В некоторых случаях микроорганизм представляет собой по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов. Осуществляющий ферментацию вид может представлять собой любой подходящий осуществляющий ферментацию вид. В определенных вариантах осуществления осуществляющий ферментацию вид представляет собой фиксирующий C1 организм. В определенных вариантах осуществления осуществляющий ферментацию вид представляет собой ацетоген, гомоацетоген или их сочетания. Как правило, осуществляющий ферментацию вид использует для продукции аденозинтрифосфата ("АТФ") градиенты водорода.
[0040] Как правило, осуществляющий ферментацию вид выбран из Acetitomaculum ruminis, Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetohalobium arabaticum, Acetobacterium woodii, Acetobacterium carbinolicum, Acetobacterium malicum, Acetobacterium wieringae, Acetobacterium psammolithicum, Acetobacterium fimetarium, Acetobacterium paludosum, Acetobacterium tundrae, Acetobacterium bakii, Acetonema longum, Alkalibaculum bacchi, Blautia coccoides, Blautia hydrogenotrophica, Blautia producta, Blautia schenckii, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylieum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium difficile, Clostridium drakei, Clostridium formicaceticum, Clostridium glycolicum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium mayombei, Clostridium methoxybenzovorans, Clostridium pasteurianum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eschericichia coli, Eubacterium aggregans, Eubacterium limosum, Fuchsiella alkaliacetigena, Geobacter sulfurreducens, Holophaga foetida, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Moorella mulderi, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Sporomusa paucivorans, Sporomusa sphaeroides, Sporomusa malonica, Sporomusa termitida, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa acidovorans, Sporomusa rhize, Thermoanaerobacter kivui, Thermoacetogenium phaeum, Treponema primitia и их сочетаний.
[0041] В некоторых случаях микроорганизм представляет собой по меньшей мере один конкурирующий вид. Конкурирующий вид может представлять собой любой конкурирующий вид. Как правило, конкурирующий вид рассматривают как загрязнитель. Конкурирующий вид для продукции АТФ может использовать любой подходящий ионный градиент. В определенных вариантах осуществления конкурирующий вид использует для продукции АТФ градиенты натрия и/или калия.
[0042] Как правило, конкурирующие вид выбран из Acetitomaculum ruminis, Acetoanaerobium noterae, Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetohalobium arabaticum, Acetobacterium woodii, Acetobacterium carbinolicum, Acetobacterium malicum, Acetobacterium wieringae, Acetobacterium psammolithicum, Acetobacterium fimetarium, Acetobacterium paludosum, Acetobacterium tundrae, Acetobacterium bakii, Acetonema longum, Alkalibaculum bacchi, Blautia coccoides, Blautia hydrogenotrophica, Blautia producta, Blautia schenckii, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylieum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium difficile, Clostridium drakei, Clostridium formicaceticum, Clostridium glycolicum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium mayombei, Clostridium methoxybenzovorans, Clostridium pasteurianum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eschericichia coli, Eubacterium aggregans, Eubacterium limosum, Fuchsiella alkaliacetigena, Geobacter sulfurreducens, Holophaga foetida, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Moorella mulderi, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Sporomusa paucivorans, Sporomusa sphaeroides, Sporomusa malonica, Sporomusa termitida, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa acidovorans, Sporomusa rhize, Thermoanaerobacter kivui, Thermoacetogenium phaeum, Treponema primitia и их сочетания.
[0043] Следует понимать, что в определенных вариантах осуществления один или несколько микроорганизмов рассматривают как желательные осуществляющие ферментацию виды, что приводит к тому, что все другие микроорганизмы становятся конкурирующими видами. В другом варианте осуществления как желательные осуществляющие ферментацию виды рассматривают другие один или несколько микроорганизмов, что приводит к тому, что все другие микроорганизмы становятся конкурирующими видами. Следует понимать, что в определенных условиях среды определенный микроорганизм представляет собой осуществляющий ферментацию вид, а в других условиях среды, указанный микроорганизм является конкурирующим видом.
[0044] Биореактор дополнительно содержит один или несколько ионофоры. Ионофор может представлять собой любой подходящий ионофор. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, ионофор способствует ослаблению конкурирующих видов, ингибируя продукцию АТФ. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, продукция АТФ лимитируется регуляцией ионных градиентов. Ионофор может регулировать любой ионный градиент. Например, ионофор может регулировать градиенты H+, градиенты Li+, градиенты Na+, градиенты K+, градиенты Mg2+, градиенты Ca2+, градиенты NH4+ и их сочетания. В предпочтительных вариантах осуществления ионофор селективно воздействует на градиенты Na+, градиенты K+ и их сочетания.
[0045] Ионофор может представлять собой любую молекулу, способному к обратимому связыванию иона. В определенных вариантах осуществления ионофор представляет собой ионофор на основе простого краун-эфира. В определенных вариантах осуществления ионофор представляет собой антибиотик. Как правило, ионофор выбран из группы, состоящей из 12-краун-4, 15-краун-6, 18-краун-6, дибензо-18-краун-6 и диаза-18-краун-6, A23187, 4-бром-A23187, аламетицин, беауверицин, бапта(AM), кальцимицин, цезомицин, карбонилцианид-м-хлорфенилгидразон, CA 1001, энниатин, грамицидин A, геллебрин, иономицин, лазалоцид, монезин, нигерицин, нонактин, фенамилметансульфонат, салиномицин, тетоназин, ETH2120, ETH 227, ETH 157, 2,3:11,12-дидекалинo-16-краун-5, DD-16-C-5, ETH 4120, сложный бис[(12-краун-4)метиловый эфир додецилметилмалоновой кислоты], бис[(12-краун-4)метил]-2,2-дидодецилмалонат, сложный тетраэтиловый эфир 4-трет-бутилкаликс[4]арентетрауксусной кислоты, BME 44, валиномицин и их сочетания.
[0046] Ионофор можно добавлять на любом этапе процесса ферментации. Например, ионофор можно добавлять до ферментационного бульона, одновременно с ферментационным бульоном или после ферментационного бульона. В определенных вариантах осуществления введение ионофора может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. В некоторых случаях ионофор вводят с использованием жидкой подкормки. В определенных вариантах осуществления ионофор растворяют в жидкой подкормке и/или ферментационном бульоне. Жидкую подкормку можно добавлять в биореактор в любом подходящем количестве.
[0047] Жидкая подкормка может содержать приблизительно 100 мМ ионофор или менее, например, приблизительно 90 мМ или менее, приблизительно 80 мМ или менее, приблизительно 70 мМ или менее, приблизительно 60 мМ или менее, или приблизительно 50 мМ или менее. Альтернативно или кроме того, жидкая подкормка может содержать приблизительно 0,1 мкм ионофор или более, например, приблизительно 0,25 мкм или более, приблизительно 0,5 мкм или более, приблизительно 1 мкм или более, приблизительно 5 мкм или более, приблизительно 10 мкм или более, или приблизительно 20 мкм или более. Таким образом, жидкая подкормка может содержать ионофор в концентрации, ограниченной любыми двумя из указанных выше конечных точек. Жидкая подкормка может содержать приблизительно от 0,1 мкм до приблизительно 50 мМ ионофора, например, приблизительно от 0,25 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 0,5 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 1 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 5 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 10 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 50 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 100 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 90 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 80 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 70 мМ, приблизительно от 20 мкм до приблизительно 60 мМ или приблизительно от 0,1 мкм до приблизительно 100 мМ ионофора.
[0048] В некоторых случаях ионофор является иммобилизованным. Ионофоры можно иммобилизовать любым подходящим способом иммобилизации. В некоторых случаях ионофоры иммобилизованы в пористой частице. В определенных вариантах осуществления иммобилизацию осуществляют с использованием электрической силы между ионофором и пористой частицей. В определенных вариантах осуществления иммобилизованный ионофор можно удалять посредством центрифугирования.
[0049] В некоторых случаях ионофор неполностью растворим в жидкой подкормке и/или ферментационном бульоне. В определенных вариантах осуществления ионофор формирует в жидкой подкормке и/или ферментационном бульоне коллоидную суспензию. В других вариантах осуществления ионофор образует хелат с одним или несколькими ионами металлов. Хелатирующий ионофор может быть растворим или нерастворим в жидкой подкормке и/или ферментационном бульоне. В определенных вариантах осуществления хелатирующий ионофор неполностью растворим в жидкой подкормке и/или ферментационном бульоне. В определенных вариантах осуществления неполностью растворимый ионофор можно удалять посредством центрифугирования.
[0050] Каждый из одного или нескольких ионофоров может присутствовать в ферментационном бульоне в любой подходящей концентрации. Ферментационный бульон может содержать приблизительно 1 мкг/кг или более каждого из одного или нескольких ионофоров, например, приблизительно 10 мкг/кг или более, приблизительно 50 мкг/кг или более, приблизительно 100 мкг/кг или более, приблизительно 250 мкг/кг или более, приблизительно 500 мкг/кг или более или приблизительно 1000 мкг/кг или более. Альтернативно или кроме того, ферментационный бульон может содержать приблизительно 20000 мг/кг или менее одного или нескольких ионофоров, например, приблизительно 15000 мг/кг или менее, приблизительно 12500 мг/кг или менее, приблизительно 10000 мг/кг или менее, приблизительно 8000 мг/кг или менее, приблизительно 6000 мг/кг или менее, приблизительно 4000 мг/кг или менее, приблизительно 3000 мг/кг или менее или приблизительно 2000 мг/кг или менее. Таким образом, ферментационный бульон может содержать каждый из одного или нескольких ионофоров в количестве, ограниченный любыми два из указанных выше конечных точек. Например, ферментационный бульон может содержать приблизительно от 1 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг каждого из одного или нескольких ионофоров, приблизительно от 10 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 50 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 100 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 250 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 500 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 2000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 3000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 4000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 6000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 8000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 10000 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 12500 мг/кг, приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 15000 мг/кг или приблизительно от 1000 мкг/кг до приблизительно 20000 мг/кг.
[0051] В определенных вариантах осуществления ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами. Как используют в настоящем документе, "минимальное ингибирование" относится к осуществляющим ферментацию видам, сохраняющим по меньшей мере приблизительно 75% роста и/или продукции жидкого продукта относительно эквивалентной системы с отсутствием ионофора. В определенных вариантах осуществления осуществляющие ферментацию виды сохраняют по меньшей мере приблизительно 85% роста и/или продукции жидкого продукта относительно эквивалентной системы с отсутствием ионофора. В предпочтительных вариантах осуществления осуществляющие ферментацию виды сохраняют по меньшей мере приблизительно 90% роста и/или продукции жидкого продукта относительно эквивалентной системы с отсутствием ионофора. В определенных вариантах осуществления осуществляющие ферментацию виды сохраняют 100% роста и/или продукции жидкого продукта относительно эквивалентной системы с отсутствием ионофора (т.е., минимальное ингибирование включает отсутствие ингибирования осуществляющих ферментацию видов).
[0052] В определенных вариантах осуществления ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом. Как используют в настоящем документе, "предпочтительное ингибирование" относится к ионофору, ингибирующему рост и/или продукцию нежелательного продукта конкурирующими видами в отношении по меньшей мере приблизительно 2:1 относительно роста и продукции осуществляющих ферментацию видов. Например, осуществляющие ферментацию виды сохраняют по меньшей мере приблизительно 75% роста и/или продукции жидкого продукта, а конкурирующие виды ограничены менее чем приблизительно 50% роста и продукции нежелательного продукта относительно эквивалентной системы с отсутствием ионофора. В определенных вариантах осуществления ионофор ингибирует рост и/или продукцию нежелательного продукта конкурирующими видами в отношении по меньшей мере приблизительно 4:1 относительно роста и продукции осуществляющих ферментацию видов. В предпочтительных вариантах осуществления ионофор ингибирует рост и/или продукцию нежелательного продукта конкурирующими видами в отношении по меньшей мере приблизительно 10:1 относительно роста и продукции осуществляющих ферментацию видов.
[0053] В различных вариантах осуществления ионофор ограничивает уровень конкурирующих видов, предотвращая рост конкурирующих видов, уничтожая конкурирующие виды и/или выключая функции конкурирующих видов. В определенных вариантах осуществления присутствие ионофора приводит к получению ферментационного бульон по существу не содержащего конкурирующих видов относительно эквивалентного ферментационного бульон с отсутствием ионофора. Как используют в настоящем документе, "по существу не содержащий" относится к менее 10% конкурирующих видов относительно ферментационного бульона с отсутствием ионофора. В определенных вариантах осуществления "по существу не содержащий" относится к менее 1% конкурирующих видов относительно эквивалентного ферментационного бульона с отсутствием ионофора. В предпочтительных вариантах осуществления "по существу не содержащий" относится к следовым количествам конкурирующих видов относительно эквивалентного ферментационного бульона с отсутствием ионофора.
[0054] В некоторых случаях биореактор дополнительно содержит одно или несколько добавлений оснований. Основание может представлять собой любое подходящее основание. Как правило, основание выбрано из группы, состоящей из гидроксида лития, гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида магния, гидроксида кальция, карбоната лития, бикарбоната литий, карбоната натрия, бикарбоната натрия, карбоната калия и бикарбоната калия. В предпочтительных вариантах осуществления основание включает гидроксидные ионы.
[0055] В определенных вариантах осуществления в способе ферментации газообразного субстрата формируется жидкий продукт. Как правило, жидкий продукт содержит одно или несколько соединений, выбранных из группы, состоящей из спиртов, кислот и их сочетаний. В определенных вариантах осуществления жидкий продукт представляет собой один или несколько спиртов. Спирт может представлять собой любой подходящий спирт. Как правило, спирт выбран из группы, состоящей из этанола, н-пропанола, изо-пропанола, н-бутанола, изо-бутанола, н-пентанола, н-гексанола и их сочетаний. В определенных вариантах осуществления жидкий продукт представляет собой одну или несколько кислот. Кислоты могут представлять собой любые подходящие кислоты. Как правило, кислота выбрана из группы, состоящей из уксусной кислоты, пропионовой кислоты, бутановой кислоты, пентановой кислоты, гексановой кислоты и их сочетаний.
[0056] В некоторых случаях жидкий продукт продуцирует микроорганизм в ферментационном бульоне, что приводит к ферментационной смеси. В определенных вариантах осуществления из биореактора отбирают часть ферментационной смеси, и жидкий продукт отделяют от ферментационного бульона. Разделение можно проводить любым подходящим способом. В определенных вариантах осуществления жидкий продукт отделяют посредством возгонки. Необязательно ферментационную смесь можно обрабатывать. В некоторых случаях обработка включает центрифугирование для восстановления ионофоров. В определенных вариантах осуществления обработка включает удаление твердых веществ с восстановлением ионофоров.
[0057] В определенных вариантах осуществления способ ферментации включает ферментационный бульон, один или несколько осуществляющих ферментацию видов, газообразный субстрат и один или несколько ионофоров.
[0058] В определенных вариантах осуществления способ ферментации включает ферментационный бульон, среду, один или несколько осуществляющих ферментацию видов, газообразный субстрат, один или несколько ионофоров.
[0059] В определенных вариантах осуществления способ ферментации включает ферментационный бульон, один или несколько осуществляющих ферментацию видов, один или несколько конкурирующих видов, газообразный субстрат и один или несколько ионофоров.
[0060] В определенных вариантах осуществления способ ферментации включает ферментационный бульон, среду, один или несколько осуществляющих ферментацию видов, один или несколько конкурирующих видов, газообразный субстрат и один или несколько ионофоров.
[0061] В определенных вариантах осуществления pH ферментационного бульона составляет приблизительно от 1 до приблизительно 6, приблизительно от 2 до приблизительно 6,5, приблизительно от 3 до приблизительно от 5, 5 до приблизительно 7 или приблизительно от 7 до приблизительно 9.
[0062] В одном из вариантов осуществления ионофор воздействует на протонные градиенты.
[0063] В определенных вариантах осуществления ионофор воздействует на градиенты натрия.
[0064] В определенных вариантах осуществления ионофор воздействует на градиенты калия.
[0065] В определенных вариантах осуществления ионофор воздействует на градиенты натрия и градиенты калия.
[0066] В определенных вариантах осуществления ионофор воздействует на градиенты Li+, градиенты Mg2+, градиенты Ca2+ или градиенты NH4+.
[0067] В определенных вариантах осуществления один или несколько осуществляющих ферментацию родов могут представлять собой Clostridium.
[0068] В определенных вариантах осуществления конкурирующие рода могут представлять собой Moorella или Methanococcus.
[0069] Изобретение также относится к ферментационной системе для ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где система содержит: (a) сосуд для ферментации; (b) канал подачи газообразного субстрата для введения в сосуд для ферментации газообразного субстрата; (c) водный ферментационный бульон, находящийся в сосуде для ферментации, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (d) канал подачи ионофора, сообщающийся с сосудом для ферментации, для введения в сосуд ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор выбирают по минимальному ингибированию роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (e) канал сбора жидкости для сбора жидкого продукта после проведения ферментации газообразного субстрата.
[0070] В определенных вариантах осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации. Сосуд для ферментации может представлять собой любой подходящий сосуд для ферментации, способный обеспечивать рост одного или нескольких осуществляющих ферментацию видов. В определенных вариантах осуществления сосуд для ферментации представляет собой биореактор. Сосуд для ферментации дополнительно содержит водный ферментационный бульон содержащий один или несколько микроорганизмов.
[0071] В определенных вариантах осуществления ферментационная система содержит канал подачи газообразного субстрата. Как правило, канал подачи газообразного субстрата используют для введения газообразного субстрата с сосуд для ферментации. В определенных вариантах осуществления газообразный субстрат можно добавлять на любом этапе процесса ферментации. В определенных вариантах осуществления канал подачи газообразного субстрата дополнительно содержит клапан для сосуда для ферментации. Клапан может представлять собой любой подходящий клапан, способный регулировать непрерывное, полунепрерывное или периодическое введение газообразного субстрата.
[0072] В определенных вариантах осуществления ферментационная система содержит канал подачи ионофора. Канал подачи ионофора используют для введения в сосуд для ферментации ионофора по меньшей мере одного типа. Ионофор можно добавлять на любом этапе процесса ферментации. В определенных вариантах осуществления введение ионофора может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. В определенных вариантах осуществления по каналу подачи ионофора в сосуд для ферментации дополнительно вводят среду. В определенных вариантах осуществления канал подачи ионофора дополнительно содержит клапан для сосуда для ферментации. Клапан может представлять собой любой подходящий клапан, способный регулировать непрерывное, полунепрерывное или периодическое введение ионофора.
[0073] В определенных вариантах осуществления ферментационная система дополнительно содержит канал сбора жидкости. В определенных вариантах осуществления канал сбора жидкости используют для сбора жидкого продукта из сосуда для ферментации. В предпочтительном варианте осуществления жидкий продукт собирают после проведения ферментации газообразного субстрата.
[0074] В некоторых случаях ферментационная система дополнительно содержит канал подачи среды. Канал подачи среды используют для добавления среды в сосуд для ферментации. В определенных вариантах осуществления введение среды может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. В определенных вариантах осуществления канал подачи среды дополнительно содержит клапан для сосуда для ферментации. Клапан может представлять собой любой подходящий клапан, способный регулировать непрерывное, полунепрерывное или периодическое введение ионофора.
[0075] В некоторых случаях ферментационная система дополнительно содержит канал подачи основания. Канал подачи основания используют для добавления одного или нескольких оснований в сосуд для ферментации. В определенных вариантах осуществления введение основания может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. В определенных вариантах осуществления канал подачи основания дополнительно содержит клапан для сосуда для ферментации. Клапан может представлять собой любой подходящий клапан, способный регулировать непрерывное, полунепрерывное или периодическое введение основания.
[0076] В некоторых случаях ферментационная система дополнительно содержит канал подачи противовспенивателя. Канал подачи противовспенивателя используют для добавления одного или нескольких противовспенивателей в сосуд для ферментации. В определенных вариантах осуществления введение противовспенивателя может быть непрерывным, периодическим, полунепрерывным или их сочетаниями. В определенных вариантах осуществления канал подачи противовспенивателя дополнительно содержит клапан для сосуда для ферментации. Клапан может представлять собой любой подходящий клапан, способный регулировать непрерывное, полунепрерывное или периодическое введение противовспенивателя.
[0077] В некоторых случаях ферментационная система дополнительно содержит перегонное устройство. В определенных вариантах осуществления перегонное устройство может сообщаться с сосудом для ферментации для получения части ферментационной смеси, отбираемой из биореактора. Как правило, перегонное устройство адаптировано для отделения жидкого продукта от ферментационной смеси посредством возгонки. В предпочтительных вариантах осуществления посредством перегонного устройства удаляют жидкий продукт при сохранении непрерывного способа процесса ферментации.
[0078] В одном из вариантов осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата и канал подачи ионофора.
[0079] В одном из вариантов осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата, канал подачи ионофора и канал сбора жидкости.
[0080] В одном из вариантов осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата, канал подачи ионофора, канал сбора жидкости и перегонное устройство.
[0081] В одном из вариантов осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата, канал подачи ионофора, канал сбора жидкости, перегонное устройство и канал подачи среды.
[0082] В одном из вариантов осуществления ферментационная система содержит сосуд для ферментации, канал подачи газообразного субстрата, канал подачи ионофора, канал сбора жидкости, перегонное устройство, канал подачи основания, канал подачи противовспенивателя и канал подачи среды.
[0083] Отдельные компоненты процесса ферментации, например, ферментационный бульон, среда, компоненты среды, газообразный субстрат, основание, ионофор, осуществляющие ферментацию виды и конкурирующие виды, являются такими, как определено параметрами, указанными в настоящем документе.
[0084] Количества отдельных компонентов процесса ферментации, например, количества компонентов среды, количество газообразного субстрата и количество основания, являются такими, как определено концентрациями, указанными в настоящем документе.
[0085] Изобретение дополнительно проиллюстрировано приводимыми ниже иллюстративными вариантами осуществления. Однако изобретение не ограничено этими приводимыми ниже варианты осуществления.
[0086] (1) Способ ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит осуществляющие ферментацию виды; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования жидкого продукта осуществляющими ферментацию видами; и (c) проведение ферментации субстрата с формированием жидкого продукта, где первичным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат.
[0087] (2) Способ ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород, где биореактор содержит ферментационный бульон, содержащий осуществляющие ферментацию виды; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с минимальным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта осуществляющими ферментацию видами; и (c) проведение ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где первичным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат.
[0088] (3) Способ анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (b) введение в биореактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (c) проведение ферментации субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида с формированием жидкого продукта, где первичным источником углерода для ферментируемого продукта является газообразный субстрат.
[0089] (4) Способ анаэробной ферментации газообразного субстрата с формированием жидкого продукта, где способ включает: (a) введение газообразного субстрата в биореактор, где газообразный субстрат содержит по меньшей мере одно из следующих составляющих: монооксид углерода, диоксид углерода и водород, где биореактор содержит ферментационный бульон, где ферментационный бульон содержит по меньшей мере две категории микроорганизмов, где одна категория включает по меньшей мере один из осуществляющих ферментацию видов, а другая категория включает по меньшей мере один конкурирующий вид; (b) введение в реактор ионофора по меньшей мере одного типа, где ионофор обладает селективностью с предпочтительным ингибированием роста и/или формирования нежелательного продукта по меньшей мере одним конкурирующим видом; и (c) проведение ферментации газообразного субстрата под воздействием по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида с формированием жидкого продукта.
[0090] (5) Способ по варианту осуществления (4), где конкурирующий вид является контаминантом, а один осуществляющий ферментацию вид является фиксирующим C1 микроорганизмом.
[0091] (6) Способ по варианту осуществления (4) или (5), дополнительно включающий введение среды в биореактор.
[0092] (7) Способ по варианту осуществления (6), где среда содержит одно или несколько из следующих составляющих: по меньшей мере один витамин, по меньшей мере один минерал и по меньшей мере один металл.
[0093] (8) Способ по варианту осуществления (7), где среда содержит витамин по меньшей мере одного типа.
[0094] (9) Способ по варианту осуществления (8), где витамин по меньшей мере одного типа содержит питательное вещество, выбранное для увеличения роста по меньшей мере одного осуществляющего ферментацию вида.
[0095] (10) Способ по любому из вариантов осуществления (7)-(9), где среда содержит по меньшей мере один металл.
[0096] (11) Способ по варианту осуществления (10), где металл содержит один или несколько из следующих: литий, марганец, кобальт, никель, медь, галлий, мышьяк, селен, алюминий, кремний, фосфор, молибден, цирконий, серебро, палладий, цинк, вольфрам и кадмий.
[0097] (12) Способ по любому из вариантов осуществления (7)-(11), где среда содержит по меньшей мере один минерал.
[0098] (13) Способ по варианту осуществления (1
