KR20170010385A - 피루베이트 유래 생성물의 생성 및 제어를 위한 발효 공정 - Google Patents

피루베이트 유래 생성물의 생성 및 제어를 위한 발효 공정 Download PDF

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Abstract

초산생성 일산화탄소영양 미생물에 의한 CO 함유 기질의 발효 동안 피루베이트 유래 생성물을 생성하고 제어하는 방법이 개발되었다. 상기 방법은 비타민 B1, 비타민 B5, 비타민 B7 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 영양소의 농도를 미생물의 세포 소요량 초과로 증가시키는 단계를 포함한다. 농도가 증가할 때, 2,3-뷰탄다이올(2,3-BDO)의 생성이 증가하지만, 다른 대사물질의 생성은 실제로 변하지 않는다. 효과는 가역적이어서, 농도가 증가할 때, 2,3-BDO의 생성은 또한 감소한다. 이것은 에탄올:2,3-BDO의 비율이 4:1로부터 1:2로 변할 수 있는 원하는 값으로 제어하게 한다.

Description

피루베이트 유래 생성물의 생성 및 제어를 위한 발효 공정{FERMENTATION PROCESS FOR THE PRODUCTION AND CONTROL OF PYRUVATE-DERIVED PRODUCTS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 5월 21일자로 출원된 미국 출원 제14/283,287호(이의 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 액체 영양소 배지 중에 주요 영양소의 농도의 조정을 통한 발효 시스템의 대사물질 프로필을 변경하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 발효 공정에서 2,3-뷰탄다이올의 생성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.
수송을 위한 생체연료는 가솔린에 대한 매력적인 대체물이고, 저농도 블렌드로서 연료 시장을 신속히 침투하고 있다. 천연 식물 공급원으로부터 유도된 생체연료는 화석 자원(예컨대, 가솔린)으로부터 유도된 것보다 더 환경에서 지속 가능하고, 이의 사용은 연료 연소의 결과로서 대기로 방출되는 소위 화석 이산화탄소(CO2) 가스의 수준의 감소를 허용한다. 또한, 생체연료는 많은 지형에서 지방적으로 제조될 수 있고, 수입되는 화석 에너지 자원에 대한 의존성을 감소시키도록 작용할 수 있다. 생체연료로서 사용하기에 적합한 알코올은 에탄올, 뷰탄올 및 2,3-뷰탄다이올을 포함한다.
에탄올은 세계에 걸쳐 주요 수소 농후 액체 수송 연료가 신속히 되고 있다. 2002년에 에탄올의 세계 소비량은 108억 갤런으로 추정된다. 연료 에탄올 산업에 대한 세계 시장은 유럽, 일본, 미국 및 여러 개발도상국에서 증가하는 에탄올의 관심으로 인해 미래에 빠르게 성장할 것으로 또한 예측된다.
1,2-뷰탄다이올, 1,3-뷰탄다이올, 1,4-뷰탄다이올 및 2,3-뷰탄다이올을 포함하는 뷰탄다이올은 에탄올에 비해 다양한 이점을 가지는 것으로 생각될 수 있다. 에탄올과 같이, 뷰탄다이올은 자동차 연료 첨가제로서 직접적으로 사용될 수 있다. 이것은 다수의 다른 가능하게 더 높은 값 및/또는 더 높은 에너지 생성물로 비교적 쉽게 또한 변환될 수 있다. 예를 들어, 2,3-뷰탄다이올은 2단계 공정에서 8개 탄소 이합체로 용이하게 전환될 수 있고, 이 이합체는 항공 연료로서 사용될 수 있다.
2,3-뷰탄다이올은 이의 이작용성 골격으로부터 이의 다양성을 얻고, 즉 2 하이드록실기는 이웃자리 C 원자에 위치하여, 분자가 뷰타다이엔, 뷰타다이온, 아세토인, 메틸에틸 케톤 등과 같은 물질로 꽤 쉽게 변환되게 허용한다. 이 화학 화합물은 넓은 범위의 산업적으로 제조된 화학물질을 제조하도록 기본 분자로서 사용된다.
또한, 2,3-뷰탄다이올은 내부 연소 엔진에서 연료로서 사용될 수 있다. 이것은 여러 방식으로 에탄올보다는 가솔린에 더 유사하다. 환경에서 지속 가능한 연료의 제조 및 적용의 관심이 강화되면서, 2,3-뷰탄다이올(대개 바이오-뷰탄올이라 칭해짐)을 제조하기 위한 생물학적 과정의 관심이 증가하였다.
일산화탄소(CO)는 유기 재료, 예컨대 석탄 또는 오일 및 오일 유래 생성물의 불완전 연소의 주요 부산물이다. 전구체를 함유하는 탄소의 완전 연소가 유일한 최종 생성물로서 CO2 및 물을 생성하지만, 여러 산업 공정은 승온을 필요로 하여 CO2에 비해 일산화탄소의 빌드 업을 선호한다. 일 예는 철강 산업이고, 여기서 원하는 철강 품질을 생성하기 위해 고온이 필요하다. 예를 들어, 호주에서의 철강 산업은 매년 500,000톤 초과의 CO를 생성하고 대기로 방출하는 것으로 보고된다.
더욱이, CO는 또한 합성가스의 주요 성분이고, 여기서 다양한 양의 CO 및 H2가 탄소 함유 연료의 기화에 의해 생성된다. 예를 들어, 합성가스는, 연료 및 더 복잡한 화학물질의 제조를 위한 전구체를 생성하기 위해, 폐목재 및 수목의 유기 바이오매스(biomass)를 크래킹함으로써 제조될 수 있다.
대기로의 CO의 방출은 상당한 환경 영향을 가질 수 있다. 또한, 배출 세금이 부과되는 것이 필요할 수 있어서, 산업 플랜트에 비용을 증가시킨다. CO가 반응성 에너지 풍부 분자이므로, 이것은 다양한 화학물질의 제조를 위한 전구체 화합물로서 사용될 수 있다. 그러나, 이 귀중한 공급원료는 2,3-뷰탄다이올을 제조하기 위해 사용되지 않았다.
2,3-뷰탄다이올이 탄수화물 함유 공급원료의 미생물 발효에 의해 제조될 수 있다는 것이 입증되었다(Syu MJ, Appl Microbiol Biotechnol 55: 10-18 (2001), Qin et al, Chinese J Chem Eng 14(1): 132-136 (2006)). 2,3-뷰탄다이올은 작물, 예컨대 사탕무, 옥수수, 밀 및 사탕수수로부터의 바이오매스의 미생물 발효에 의해 또한 제조될 수 있다. 그러나, 이 탄수화물 공급물 스톡의 비용은 인간 식품 또는 동물 공급물로서 이의 가치에 의해 영향을 받고, 2,3-뷰탄다이올 제조를 위한 전분 또는 수크로스 생성 작물의 경작은 모든 지형에서 경제적으로 지속 가능하지 않다. 따라서, 더 적은 비용의 및/또는 더 풍부한 탄소 자원을 2,3-뷰탄다이올로 전환하기 위한 기술을 개발하는 것이 중요하다.
CO를 함유하는 가스 기질의 미생물 발효에 의한 2,3-뷰탄다이올의 생성이 입증되었다. 그러나, 이 공정에 의한 2,3-뷰탄다이올의 생성은 2차 생성물이다. 에탄올을 포함하는 다른 생성물의 생성은 발효에 선호된다. 뷰탄다이올은 이러한 발효에서 생성된 다른 생성물보다 더 높은 가치를 가진다. 2,3-뷰탄다이올의 생성이 증가하는 방식으로 발효에 영향을 미칠 수 있는 것이 바람직하다. 증가한 2,3-뷰탄다이올 생산성이 미생물 배양에 의한 수소 소비율에 의해 영향을 받는다는 것이 이전에 밝혀졌다(WO2012131627).
경제적으로 유리한 방식으로 산업 가스 기질로부터 가치있는 생성물을 제조하는 능력을 증가시키고자 하는 수요가 당해 분야에 남아 있다. 일산화탄소영양 박테리아에 의한 가스 기질의 발효에서 일상적으로 생성된, 다른 생성물의 생성에 비해, 2,3-뷰탄다이올의 생성을 증가시키고자 하는 수요가 존재한다.
본 발명은 당해 분야에서의 수요에 대한 반응을 제공한다. 본 발명은 가스 기질의 미생물 발효에 의한 피루베이트 유래 생성물의 생성을 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명은 아세틸-coA 유래 생성물에 비해 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법을 추가로 제공한다. 특정한 실시형태에서, 다른 발효 생성물, 예컨대 에탄올 및 아세트산에 비해 2,3-뷰탄다이올의 생성을 증가시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 제1 양태에서, 미생물 발효 동안 피루베이트로의 탄소의 플럭스(flux)를 증가시키는 방법이 제공되되, 상기 방법은,
a) 액체 영양소 배지 중에 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물(acetogenic carboxydotrophic microorganism)의 배양물을 포함하는 생물반응기로 CO를 함유하는 가스 기질을 제공하여 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물 및 적어도 아세틸-CoA 유래 생성물을 생성하는 단계; 및
b) 피루베이트로의 탄소의 플럭스가 증가하도록 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도를 적어도 1종의 초산생성 미생물의 세포 소요량을 넘는 농도로 증가시키는 단계로서, 상기 영양소는
1) 비타민 B1;
2) 비타민 B5; 및
3) 비타민 B7로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 증가시키는 단계를 포함한다.
특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도는 증가하여 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시킨다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도의 증가는 생물반응기 내의 바이오매스 밀도를 추가로 증가시킨다.
특정한 실시형태에서, 비타민 B1, B5 또는 B7, 또는 이들의 혼합물의 농도는 액체 영양소 배지 중에 증가한다. 특정한 실시형태에서, 비타민 B1, B5 또는 B7, 또는 이들의 혼합물의 농도는 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량을 넘어 증가한다. 특정한 실시형태에서, 비타민 B1, B5, 또는 B7, 또는 이들의 혼합물의 농도는 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량을 초과하여 적어도 2배 증가한다. 특정한 실시형태에서, 비타민 B1, B5 또는 B7, 또는 이들의 혼합물의 농도는 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량을 초과하여 적어도 10배 증가한다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B1, B5 또는 B7, 또는 이들의 혼합물의 농도의 증가는 생물반응기에서 바이오매스 밀도를 증가시키지 않는다.
일 실시형태에서, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물은 2,3-뷰탄다이올(2,3-BDO)이다. 대안적으로, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물은 락테이트, 숙시네이트, 메틸 에틸 케톤(MEK), 2-뷰탄올, 프로판다이올, 2-프로판올, 아이소프로판올, 아세토인, 아이소뷰탄올, 시트라말레이트, 뷰타다이엔 및 폴리 락트산(PLA)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 적어도 1종의 아세틸-CoA 유래 생성물은 에탄올, 아세트산, 아세톤, 뷰탄올, 아이소뷰틸렌, 3-하이드록시 프로피오네이트(3HP) 및 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가의 실시형태에서, 적어도 1종의 아세틸-CoA 유래 생성물은 에탄올이다.
제2 양태에서, 본 발명은 미생물 발효에 의해 생성된 에탄올에 대한 2,3-뷰탄다이올의 비율을 증가시키는 방법을 제공하되, 상기 방법은,
a) 액체 영양소 배지 중에 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 배양물을 포함하는 생물반응기로 CO를 함유하는 가스 기질을 제공하여 적어도 2,3-뷰탄다이올 및 에탄올을 생성하는 단계; 및
b) 2,3-뷰탄다이올 대 에탄올의 비율이 증가하도록 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도를 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 세포 소요량을 넘는 농도로 증가시키는 단계로서, 상기 영양소는
1) 비타민 B1;
2) 비타민 B5;
3) 비타민 B7 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 증가시키는 단계를 포함한다.
특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 증가는, 2,3-BDO의 생성을 증가시킴으로써, 에탄올:2,3-뷰탄다이올의 비율을 감소시킨다. 특정한 실시형태에서, 에탄올 대 2,3-BDO의 비율은 4:1로부터 1:2로 변한다.
특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도는, 미생물이 매일 적어도 5g/ℓ 또는 매일 적어도 10g/ℓ 또는 매일 적어도 20g/ℓ 또는 매일 적어도 30g/ℓ의 생성률로 2,3-뷰탄다이올을 생성하도록 증가한다.
특정한 실시형태에서, 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐(Clostridium), 모렐라(Moorella), 옥소박터(Oxobacter), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 아세토박테륨(Acetobacterium), 유박테륨(Eubacterium) 또는 뷰티리박테륨(Butyribacterium)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다양한 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리듐 리융달리(Clostridium ljungdahli), 클로스트리듐 카복시디보란스(Clostridium carboxidivorans), 클로스트리듐 드라케이(Clostridium drakei), 클로스트리듐 스카톨로게네스(Clostridium scatologenes), 클로스트리듐 아세티쿰(Clostridium aceticum), 클로스트리듐 포르미코아세티쿰(Clostridium formicoaceticum), 클로스트리듐 마그눔(Clostridium magnum), 뷰티리박테륨 메틸로트르포이쿰(Butyribacterium methylotrphoicum), 아세토박테륨 우디(Acetobacterium woodii), 알칼리바쿨룸 바치(Alkalibaculum bacchi), 블라우티아 프로덕타(Blautia producta), 유박테륨 리모숨(Eubacterium limosum), 모렐라 써모아세티카(Moorella thermoacetica), 스포로무사 오바타(Sporomusa ovata), 스포로무사 실바세티카(Sporomusa silvacetica), 스포로무사 스파에로이데스(Sporomusa sphaeroides), 옥소박터 프페니기(Oxobacter pfennigii) 및 써모아나에로박터 키우비(Thermoanaerobacter kiuvi)를 포함하는 군으로부터 선택된다.
특정한 실시형태에서, 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄 또는 클로스트리듐 리융달리이다. 특정한 일 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄이다. 특정한 실시형태에서, 박테륨은 수탁 번호 DSM10061, DSM19630 또는 DSM23693의 확인 특징을 가진다. 이 박테리아는 독일 생물 재료 자원 센터(German Resource Centre for Biological Material: DSMZ)(이의 주소는 독일 브라운슈바이크 D-38124, 7 B, 인호펜슈트라쎄 DSMZ GmbH임)에 기탁되어 있다.
본 발명은 또한 출원의 명세서에서 언급되거나 표시된 부분, 구성요소 또는 특징을, 개별적으로 또는 총체적으로, 임의의 상기 부분, 구성요소 또는 특징 또는 이들 중 2개 이상의 모든 조합으로 포함하고, 본 발명이 속하는 당해 분야에서 공지된 등가물을 가지는 특정한 정수가 본 명세서에 언급된 경우, 이러한 공지된 등가물은, 개별적으로 기재된 것처럼, 본 명세서에 포함된 것으로 간주된다.
모든 이의 신규한 양태에서 고려되어야 하는, 본 발명의 이들 양태 및 다른 양태는 하기 설명으로부터 명확할 것이고, 이것은 첨부된 도면을 참조하여 오직 예로서 제공되고, 여기서,
도 1은 클로스트리듐 아우토에타노게늄에서의 에탄올 및 2,3-뷰탄다이올 생성 경로의 도식적 표현을 제공하고, 비타민 B1, B5 및 B7이 보조인자로서 사용되는 경우를 예시한다.
도 2는 실시예 3으로부터의 대사물질 및 바이오매스 농도의 도면을 제시한다.
도 3은 실험 3에 대한 가스 흡수 프로필을 보여주는 도면을 제시한다.
도 4는 실시예 5에 대한 시간에 따른 대사물질 및 바이오매스 농도의 도면을 제시한다.
도 5는 실시예 5에 대한 가스 흡수를 보여주는 도면을 제시한다.
본 발명자들은 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 배양에 의해 생성된 대사 생성물을 제어하는 방법을 고안하였다. 특히, 본 발명은 적어도 1종의 일산화탄소영양 초산생성 미생물에 의한 가스 CO 기질의 미생물 발효에 의해 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법을 제공한다.
정의
정의 "2,3-뷰탄다이올" 또는 2,3-BDO는, 라세미체, 부분적으로 입체이성질체로 순수한 및/또는 실질적으로 입체이성질체로 순수한 형태의, (R,R), (S,S) 및 메소 형태를 포함하는, 화합물의 모든 입체이성질체 및 부분입체이성질체 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
정의 "생물반응기"는, 연속식 교반 탱크 반응기(Stirred Tank Reactor: CSTR), 부동화 세포 반응기(Immobilized Cell Reactor: ICR), 삼상층 반응기(Trickle Bed Reactor: TBR), 버블 칼럼, 가스 리프트 발효기(Gas Lift Fermenter), 정적 혼합기, 순환 루프 반응기, 막 반응기, 예컨대 중공 섬유 막 생물반응기(Hollow Fibre Membrane Bioreactor: HFM BR) 또는 가스-액체 접촉에 적합한 다른 용기 또는 다른 장치를 포함하는, 하나 이상의 용기 및/또는 탑(tower) 또는 배관 배열로 이루어진 발효 장치를 포함한다. 이하 기재된 바대로, 몇몇 실시형태에서, 생물반응기는 제1 성장 반응기, 및 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 그러므로, 생물반응기 또는 발효 반응에 대한 일산화탄소를 함유하는 기질과 같은 기질의 첨가를 언급할 때, 이것은 적절한 경우 이들 반응기들 중 어느 하나 또는 둘 다에 대한 첨가를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
정의 "영양소"는 미생물의 대사 경로에서 사용될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예시적인 영양소는 칼륨, B 비타민, 미량 금속 및 아미노산을 포함한다.
정의 "가스 기질" 및/또는 "기질"은 발효에서 탄소 공급원 및 임의로 에너지원으로서 미생물에 의해 사용된 화합물 또는 구성요소를 함유하는 임의의 가스를 포함한다. 가스 기질은 상당한 비율의 임의의 CO, CO2, H2 또는 이들의 혼합물을 통상적으로 함유할 것이다.
정의 "일산화탄소를 함유하는 기질" 및 유사한 용어는 예를 들어 성장 및/또는 발효를 위한 박테리아의 하나 이상의 균주에 일산화탄소가 이용 가능한 임의의 기질을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"일산화탄소를 함유하는 가스 기질"은 일정한 수준의 일산화탄소를 함유하는 임의의 가스를 포함한다. 가스 기질은 통상적으로 주요 비율의 CO, 바람직하게는 적어도 15용적% 내지 95용적%의 CO를 함유할 것이다.
"CO2를 함유하는 기질"은 일정한 수준의 이산화탄소를 함유하는 임의의 기질 스트림을 포함한다. 그러나, 가스 기질이 대안적인 형태로 제공될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, CO2를 함유하는 가스 기질은 액체 중에 용해된 채 제공될 수 있다. 본질적으로, 액체는 이산화탄소 함유 가스에 의해 포화되고, 이후 이 액체는 생물반응기에 첨가된다. 이것은 표준 방법론을 이용하여 달성될 수 있다. 예로서, 마이크로버블 분산 생성기(Hensirisak et. al. Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101. Number 3 / October . 2002)가 사용될 수 있다. 추가의 예로서, CO2 및 H2를 함유하는 가스 기질은 고체 지지체에 흡착될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바대로 정의 "생성물"은 미생물 발효에 의해 생성된 물질을 포함하도록 의도된다. 생성물은 알코올, 산 또는 다른 화학물질을 포함할 수 있다. 생성물은 미생물 발효 공정에 의해 생성된 가스를 또한 포함할 수 있다.
용어 "효율을 증가시키는", "증가한 효율" 등은, 발효 공정과 관련하여 사용될 때, 발효를 촉매화하는 미생물의 성장 속도, 상승한 뷰탄다이올 농도에서의 성장 및/또는 생성물 생성 속도, 소비된 기질의 용적마다 생성된 원하는 생성물의 용적, 원하는 생성물의 생성의 속도 또는 생성의 수준, 및 발효의 다른 부산물과 비교하여 생성된 원하는 생성물의 상대 비율 중 하나 이상을 증가시키는 것을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
용어 "생산성" 또는 "생성의 속도"는 생성물의 용적측정 생산성이다. 연속식 시스템에서, 용적측정 생산성은 생성물의 정상 상태 농도 및 액체 보유 시간의 비율로서 계산된다. 배취 시스템에서, 용적측정 생산성은 배취 시스템에서 상기 농도를 생성하는 데 필요한 농도 및 시간으로서 계산된다. 용적측정 생산성은 g/ℓ/일로서 보고된다.
문맥이 달리 요구하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 구절 "발효하는", "발효 공정" 또는 "발효 반응" 및 기타는 공정의 성장 단계 및 생성물 생합성 단계 둘 다를 포함하도록 의도된다.
정의 "피루베이트 유래 생성물" 또는 "피루베이트로부터 유도된 생성물" 또는 본 명세서에서 사용되는 유사한 용어는 피루베이트 전구체를 가지는 발효 생성물을 포함하도록 의도된다. 이 생성물은 2,3-뷰탄다이올, 락테이트, 숙시네이트, 메틸 에틸 케톤(MEK), 2-뷰탄올, 프로판다이올, 2-프로판올, 아이소프로판올, 아세토인, 아이소-뷰탄올, 시트라말레이트, 뷰타다이엔 및 폴리 락트산(PLA)을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
정의 "아세틸 coA 유래 생성물" 또는 "아세틸 coA부터 유도된 생성물" 또는 본 명세서에서 사용되는 유사한 용어는 아세틸 coA 전구체를 가지는 발효 생성물을 포함하도록 의도된다. 이 생성물은 에탄올, 아세트산, 아세톤, 뷰탄올, 아이소뷰틸렌, 3-하이드록시 프로피오네이트(3HP) 및 지방산을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
하기하는 설명에서, 2,3-BDO는 피루베이트 유래 생성물의 예로서 사용되지만, 에탄올은 아세틸 coA 유래 생성물의 예로서 사용된다. 본 발명이 이 2개의 특정한 생성물로 제한되지 않지만, 상기 열거된 모든 피루베이트 및 아세틸 coA 유래 생성물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
에탄올 및 아세테이트와 같은 생성물을 생성하기 위해 일산화탄소를 함유하는 가스 기질의 미생물 발효를 위한 공정은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 이러한 공정은 CO를 함유하는 산업 폐가스로부터 상업적으로 유용한 연료를 생성하는 수단을 제공한다. 이 공정은 일반적으로 액체 영양소 배지 중에 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 배양물을 포함하는 생물반응기로 CO를 함유하는 가스 기질을 공급하는 단계를 포함한다. 가스 기질은 알코올, 산 및 이들의 혼합물을 생성하기 위해 혐기성으로 발효된다. 생물반응기에서 사용된 액체 영양소 배지는 통상적으로 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 성장을 지지하고, 알코올을 생성하기 위해 1종 이상의 미생물의 대사 경로에 사용되는 다양한 영양소를 함유한다. 이러한 영양소의 예는 MgCl, CaCl, KCl, H3PO4, Fe, Ni, Zn, Mn, B, W, Se 등을 포함한다.
2,3-BDO가 에탄올과 함께 다양한 농도(보통 에탄올보다 훨씬 더 낮은 농도)에서 생성될 수 있는 것으로 또한 공지되어 있다. 소정의 경우에, 가능한 많이 2,3-BDO를 생성하는 것이 바람직할 수 있지만, 다른 경우에, 가능한 많이 에탄올을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명자들은 액체 영양소 배지 중의 특정한 영양소의 농도를 증가시키는 것이, 발효의 시작 시 또는 발효 동안 차후에, 발효의 대사물질 프로필을 변경하여서, 피루베이트 유래 생성물, 예를 들어 2,3-BDO의 생성이 증가하지만, 에탄올과 같은 아세틸 coA 유래 생성물의 생성에 실제로 영향을 미치지 않는다는 것을 발견하였다. 효과가 2,3-BDO 및 에탄올에 의해 주로 관찰되지만, 다른 피루베이트 유래 생성물 및 아세틸 coA 유래 생성물이 유사하게 영향을 받지 않을 것이라는 것은 의문을 가질 이유가 없다. 성장 및 생성물 생성에 필요한 세포 소요량의 과량으로 공급될 때 피루베이트 유래 생성물을 증가시키는 것으로 밝혀진 특정한 영양소는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
1) 비타민 B1;
2) 비타민 B5;
3) 비타민 B7 및 이들의 혼합물.
본 발명의 일 실시형태는 액체 영양소 배지 중의 B 비타민 농도를 일산화탄소영양 초산생성 미생물의 세포 소요량 위로 조정하는, 예를 들어 증가시키는 단계를 포함한다. 클로스트리듐 아우토에타노게늄의 대사를 위해 2개의 필수 B 비타민인, 비타민 B1 및 B5의 수준을 증가시키는 것은 2,3-BDO의 생성을 증가시키는 효과를 가진다. 이 비타민은 아세틸 CoA, 피루베이트 및 아세토락테이트를 포함하는 2,3-BDO 생성에서 중간체의 생합성에 포함된 효소를 위한 중요한 보조인자로서 확인되었다. 보조인자로서의 B 비타민의 역할은 도 1에 예시되어 있다.
일산화탄소영양 미생물, 예컨대 클로스트리듐 리융달리가 성장을 위해 비타민 B5의 50㎍/g의 생성된 바이오매스를 요한다는 것이 당해 분야에 교시되어 있다(예를 들어, WO 2002/08438). 액체 영양소 배지 중의 비타민 B5 또는 B1의 농도를 세포 소요량 위로 2배 내지 80배(또는 초과) 증가시킴으로써, 피루베이트 유래 생성물의 생성이 증가한다는 것이 입증되었다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B5의 농도는 세포 소요량의 2배 내지 80배, 또는 2배 내지 60배, 또는 2배 내지 40배, 또는 2배 내지 30배, 또는 2배 내지 20배, 또는 2배 내지 10배, 또는 4배 내지 80배, 또는 4배 내지 60배, 또는 4배 내지 40배, 또는 4배 내지 30배, 또는 4배 내지 20배, 또는 4배 내지 15배, 또는 4배 내지 10배, 또는 8배 내지 80배, 또는 8배 내지 60배 또는 8배 내지 40배, 또는 8배 내지 30배, 또는 8배 내지 20배, 또는 15배 내지 80배, 또는 15배 내지 60배, 또는 15배 내지 40배, 또는 15배 내지 30배, 또는 25배 내지 80배 또는 25배 내지 60배, 또는 25배 내지 40배, 또는 80배 또는 40 내지 60배 증가할 수 있다. 실제 농도의 면에서, 본 발명의 광범위한 실시형태는 액체 영양소 배지 중의 비타민 B5 농도가 100㎍/g의 생성된 바이오매스 내지 4000㎍/g의 생성된 바이오매스인 것이다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B5의 농도는 100 내지 3000, 또는 100 내지 2000, 또는 100 내지 1500, 또는 100 내지 1000, 또는 200 내지 4000, 또는 200 내지 3000, 또는 200 내지 2000, 또는 200 내지 1500, 또는 200 내지 1000, 또는 400 내지 4000, 또는 400 내지 3000, 또는 400 내지 2000, 또는 400 내지 1500, 또는 600 내지 4000, 또는 600 내지 3000, 또는 600 내지 2000㎍/g의 생성된 바이오매스이다.
비타민 B1의 경우에, 본 발명의 광범위한 실시형태는 액체 영양소 배지 중의 비타민 B1 농도가 세포 소요량의 2배 내지 30배, 또는 2배 내지 20배, 또는 2배 내지 10배, 또는 4배 내지 30배, 또는 4배 내지 20배, 또는 4배 내지 15배, 또는 6배 내지 30배, 또는 6배 내지 20배, 또는 6배 내지 15배, 또는 8배 내지 30배, 또는 8배 내지 20배, 또는 10배 내지 30배, 또는 15배 내지 30배, 또는 20배 내지 30배 증가한 것이다. 실제 농도의 면에서, 본 발명의 광범위한 실시형태는 액체 영양소 배지 중의 비타민 B1 농도가 20 내지 500㎍/g의 생성된 바이오매스인 것이다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B1의 농도는 20 내지 400, 또는 20 내지 300, 또는 20 내지 200, 또는 40 내지 500, 또는 40 내지 300, 또는 40 내지 200, 또는 60 내지 500, 또는 60 내지 400, 또는 60 내지 300, 또는 60 내지 200, 또는 100 내지 500, 또는 100 내지 400, 또는 100 내지 300, 또는 100 내지 200㎍/g의 생성된 바이오매스로 변할 수 있다.
본 발명자들은 액체 영양소 배지 중의 비타민 B7의 농도를 증가시키는 것이 2,3-BDO 생성을 증가시킨다는 것을 입증하였다. 이 증가는 대사 전구체의 이용 가능성의 증가로 인한다. 비타민 B7은 아세틸-CoA 카복실라제 및 피루베이트 카복실라제의 활성에 필요하다. 놀랍게도, 본 발명자들은 비타민 B7의 농도를 증가시킴으로써, B7이 미생물의 세포 소요량에 과량으로 제공되도록, 2,3-BDO의 생성이 증가한다는 것을 밝혀냈다. 흥미롭게도, B7의 증가는 바이오매스 생성 또는 CO 흡수에 영향을 미치지 않는 것으로 입증되었다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B7의 농도는 세포 소요량의 2배 내지 30배, 또는 2배 내지 20배, 또는 2배 내지 15배, 또는 2배 내지 10배, 또는 4배 내지 20배, 또는 4배 내지 15배, 또는 4배 내지 10배 증가할 수 있다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B7의 농도는 100 내지 4000, 또는 100 내지 3000, 또는 100 내지 2000, 또는 100 내지 1500, 또는 100 내지 1000, 또는 200 내지 4000, 또는 200 내지 3000, 또는 200 내지 2000, 또는 200 내지 1500, 또는 200 내지 1000, 또는 400 내지 4000, 또는 400 내지 3000, 또는 400 내지 2000, 또는 400 내지 1500, 또는 600 내지 4000, 또는 600 내지 3000, 또는 600 내지 2000㎍/g의 생성된 바이오매스로 변할 수 있다. 특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 비타민 B7의 농도의 증가는 2,3-BDO 대신에 에탄올:2,3-BDO의 비율을 개선한다.
임의의 B 비타민이 (상기 기재된 바대로) 세포 소요량 위로 증가할 때, 피루베이트 유래 생성물, 예를 들어 2,3-BDO의 생성 및 농도가 증가하지만, 아세틸 coA 유래 생성물, 예를 들어 에탄올의 생성 또는 농도는 실제로 영향을 받지 않았다. 따라서, 본 발명의 또 다른 양태는 에탄올:2,3-BDO의 비율이 B 비타민 중 적어도 1종의 농도를 상기 기재된 범위 내로 조정함으로써 소정의 값 또는 범위로 제어될 수 있다는 것이다. 따라서, 에탄올:2,3-BDO 비율은, 더 높은 B 비타민 농도에서 달성되는, 더 낮은 비율로, 4:1 내지 1:2, 또는 4:1 내지 1:1, 또는 4:1 내지 2:1, 또는 3:1 내지 1:2, 또는 3:1 내지 1:1, 또는 3:1 내지 2:1로 변할 수 있다(더 높은 2,3-BDO 농도/생성).
특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소 농도는 발효 공정의 시작 시 세포 소요량 위로 증가하고, 과량의 농도로, 즉 공정에 걸쳐 세포 소요량 위로 유지된다. 대안적으로, 발효 공정은 표준 농도의 영양소를 포함하는 액체 영양소 배지를 사용하여 시작되고, 영양소의 농도는 발효 공정 동안 특정한 시점에서 세포 소요량 위의 원하는 농도로 증가한다. 적어도 1종의 영양소의 농도가 세포 소요량 초과의 농도로부터 세포 소요량의 것으로 또는 이들 사이에서의 어딘가로 감소할 때, 2,3-BDO의 생성은 감소한다는 것이 또한 발견되었다. 농도가 세포 소요량 농도로 감소하는 경우에, 2,3-BDO 생성은 실질적으로 초기 생성으로 복귀한다. 따라서, 본 발명은 전체 발효 공정 동안 또는 다양한 기간 동안 피루베이트 유래 생성물, 예를 들어 2,3-BDO 및 아세틸 coA 유래 생성물, 예를 들어 에탄올의 생성을 맞추게 한다. 이것은 발효의 생성물, 예를 들어 2,3-BDO 및 에탄올이 다른 화학물질, 예컨대 뷰타다이엔 또는 연료, 예를 들어 제트 연료를 생성하기 위해 사용되는 경우 특히 중요하다.
초산생성 일산화탄소영양 미생물에 의한 CO를 함유하는 가스 기질의 발효는 비교적 높은 농도에서 1차 발효 생성물로서 에탄올을 생성하고, 비교적 저농도의 2,3-BDO를 생성한다. 따라서, 에탄올:2,3-뷰탄다이올의 비율을 감소시키는 방법, 즉 비타민 B1, 비타민 B5 또는 비타민 B7 중 적어도 1종의 농도를 이의 세포 소요량 초과로 증가시킴으로써 가스 CO 기질의 미생물 발효에 의해 생성된 2,3-BDO 농도를 증가시키는 방법이 제공된다. 비타민 B1, 비타민 B5 및 비타민 B7의 농도는 개별적으로 또는 임의의 조합으로 변할 수 있다. 즉, 비타민 B5 단독은 증가할 수 있고, 비타민 B1 단독은 증가할 수 있고, 기타 등등이다. 대안적으로, 비타민 B5 및 비타민 B1은 비타민 B7을 일정하게 유지시키면서 증가할 수 있고; 비타민 B7 및 비타민 B5는 비타민 B1을 일정하게 유지시키면서 증가할 수 있거나, 비타민 B1 및 B7은 비타민 B5를 일정하게 유지시키면서 증가할 수 있다. 훨씬 또 다른 실시형태에서, B 비타민 중 모든 3개는 이의 세포 소요량 초과로 증가한다.
특정한 실시형태에서, 액체 영양소 배지 중의 상기 영양소 중 적어도 1종의 농도는 세포 소요량 초과로 증가하여서, 미생물은 매일 5g/ℓ 초과, 또는 매일 10g/ℓ 초과, 또는 매일 20g/ℓ 초과의 생성률로 2,3-뷰탄다이올을 생성한다.
특정한 실시형태에서, 미생물은 매일 10g/ℓ 초과, 또는 매일 15g/ℓ 초과, 또는 매일 20g/ℓ 초과, 또는 매일 30g/ℓ 초과, 또는 매일 40g/ℓ 초과의 생성률로 에탄올을 생성하도록 CO를 사용할 수 있다.
상기 방법의 특정한 실시형태에서, 발효 공정은 연속식 공정이다. 상기 방법의 일 실시형태에서, 2개의 생물반응기 시스템은 2,3-뷰탄다이올 및 에탄올의 생성에 사용된다. 일 실시형태에서, 다수의 반응기 시스템을 사용한다.
발효는 임의의 적합한 생물반응기, 예컨대 부동화 세포 반응기, 가스 리프트 반응기, 버블 칼럼 반응기(BCR), 막 반응기, 예컨대 중공 섬유 막 생물반응기(HFMBR) 또는 삼상층 반응기(TBR)에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 생물반응기는 미생물이 배양되는 제1 성장 반응기, 및 성장 반응기로부터의 발효 브로쓰가 공급될 수 있고, 대부분의 발효 생성물(예를 들어, 에탄올 및 아세테이트)이 생성될 수 있는 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 본 발명의 생물반응기는 CO, CO2, H2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 가스 기질을 수용하도록 적합화된다.
초산생성 일산화탄소영양 박테륨은 클로스트리듐, 모렐라, 옥소박터, 펩토스트렙토코커스, 아세토박테륨, 유박테륨, 또는 뷰티리박테륨으로부터 선택된다. 다양한 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄, 클로스트리듐 리융달리, 클로스트리듐 카복시디보란스, 클로스트리듐 드라케이, 클로스트리듐 스카톨로게네스, 클로스트리듐 아세티쿰, 클로스트리듐 포르미코아세티쿰, 클로스트리듐 마그눔, 뷰티리박테륨 메틸로트르포이쿰, 아세토박테륨 우디, 알칼리바쿨룸 바치, 블라우티아 프로덕타, 유박테륨 리모숨, 모렐라 써모아세티카, 스포로무사 오바타, 스포로무사 실바세티카, 스포로무사 스파에로이데스, 옥소박터 프페니기 및 써모아나에로박터 키우비로 이루어진 군으로부터 선택된다.
특정한 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄 또는 클로스트리듐 리융달리이다. 특정한 일 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄이다. 특정한 실시형태에서, 클로스트리듐 아우토에타노게늄은 독일 생물 재료 자원 센터(DSMZ, 수탁 번호 DSM10061 또는 DSM19630 또는 DSM 23693를 가짐)에 기탁된 균주의 확인 특징을 가지는 클로스트리듐 아우토에타노게늄이다.
본 명세서에 기재된 현재 바람직한 실시형태에 대한 다양한 변화 및 변형이 당해 분야의 당업자에게 명확한 것에 주목해야 한다. 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 그리고 이의 수반된 이점을 줄이지 않으면서 이러한 변화 및 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 변화 및 변형이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
발효
상기 기재된 바대로, 본 발명에서 사용하기에 적합한 박테륨의 예는 WO 00/68407, EP 117309, 미국 특허 제5,173,429호, 제5,593,886호 및 제6,368,819호, WO 98/00558 및 WO 02/08438에 기재된 것을 포함하는 클로스트리듐 리융달리, 클로스트리듐 카복시디보란스(Liou et al, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: pp 2085-2091) 및 클로스트리듐 아우토에타노게늄(Abrini et al, Archives of Microbiology 161: pp 345-351)의 균주와 같은 클로스트리듐 속의 것을 포함한다. 다른 적합한 박테리아는 모렐라 종 HUC22-1을 포함하는 모렐라 속의 것(Sakai et al, Biotechnology Letters 29: pp 1607-1612), 및 카복시독소무스 속의 것(Svetlichny, V.A., et al. (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254-260)을 포함한다. 이들 공보의 각각의 개시내용은 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다. 또한, 다른 일산화탄소영양 혐기성 박테리아는 당해 분야의 당업자에 의해 본 발명의 공정에서 사용될 수 있다. 2개 이상의 박테리아의 혼합 배양이 본 발명의 공정에서 사용될 수 있다는 것이 본 개시내용의 의 고려 시 또한 이해될 것이다.
본 발명의 방법에서 사용된 박테리아의 배양은 혐기성 박테리아를 사용한 기질을 배양하고 발효하기 위해 당해 분야에 공지된 임의의 수의 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 예시적인 기법은 하기 "실시예" 부문에 제공된다. 추가의 예로서, 발효를 위해 가스 기질을 사용하는 하기 논문에 일반적으로 기재된 이 공정을 이용할 수 있다: (i) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations resources. Conservation and Recycling, 5; 145-165; (ii) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605-614; (iii) K. T. Klasson, et al. (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14; 602-608; (iv) J. L. Vega, et al. (1989). Study of Gaseous Substrate Fermentation: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Biotech. Bioeng. 34. 6. 785-793; (vi) J. L. Vega, et al. (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774-784; (vii) J. L. Vega, et al. (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3. 149-160(이들 모두 본 명세서에 참조문헌으로 포함됨).
일 실시형태에서, 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄, 클로스트리듐 리융달리, 클로스트리듐 라그스달레이, 클로스트리듐 카복시디보란스, 클로스트리듐 드라케이, 클로스트리듐 스카톨로게네스, 클로스트리듐 아세티쿰, 클로스트리듐 포르미코아세티쿰, 클로스트리듐 마그눔을 포함하는 일산화탄소영양 클로스트리디아의 군으로부터 선택된다. 추가의 실시형태에서, 미생물은 종 씨. 아우토에타노게늄, 씨. 리융달리 및 씨. 라그스달레이 및 관련 단리물을 포함하는 일산화탄소영양 클로스트리디아의 클러스터 유래이다. 이들은 균주 씨. 아우토에타노게늄 JAI-1T(DSM10061)(Abrini, Naveau, & Nyns, 1994), 씨. 아우토에타노게늄 LBS1560(DSM19630)(WO/2009/064200), 씨. 아우토에타노게늄 LBS1561(DSM23693), 씨. 리융달리 PETCT(DSM13528 = ATCC 55383)(Tanner, Miller, & Yang, 1993), 씨. 리융달리 ERI-2(ATCC 55380)(미국 특허 제5,593,886호), 씨. 리융달리 C-01(ATCC 55988)(미국 특허 제6,368,819호), 씨. 리융달리 O-52(ATCC 55989)(미국 특허 제6,368,819호), 씨. 라그스달레이 P11T(ATCC BAA-622)(WO 2008/028055), 관련 단리물, 예컨대 "씨. 코스카티(coskatii)"(US20110229947) 및 "클로스트리듐 종"(Tyurin & Kiriukhin, 2012), 또는 돌연변이 균주, 예컨대 씨. 리융달리 OTA-1(Tirado-Acevedo O. Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridium ljungdahlii. PhD thesis, North Carolina State University, 2010)을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이 균주는 클로스트리디알 rRNA 클러스터 I 내의 서브클러스터를 형성하고, 이의 16S rRNA 유전자는 대략 30%의 유사한 낮은 GC 함량으로 99% 초과로 동일하다. 그러나, DNA-DNA 재회합 및 DNA 핑거프린팅 실험은 이들 균주들이 구별되는 종에 속한다는 것을 보여준다(WO 2008/028055).
상기 언급된 클러스터의 모든 종은 유사한 형태 및 크기를 가지고(대수 성장 세포는 0.5-0.7 x 3-5㎛임), 중온성이고(30 내지 37℃의 최적 성장 온도) 및 엄격한 혐기성 생물이다(Abrini et al., 1994; Tanner et al., 1993)(WO 2008/028055). 게다가, 이들이 모두 동일한 주요 계통발생 특질, 예컨대 동일한 pH 범위(pH 4 내지 7.5, 5.5 내지 6의 최적 초기 pH), 유사한 성장 속도로 CO 함유 가스에서 강한 독립영양 성장, 및 주요 발효 최종 생성물로서 에탄올 및 아세트산에 의한 유사한 대사 프로필, 및 소정의 조건 하에 형성된 소량의 2,3-뷰탄다이올 및 락트산(Abrini et al., 1994;
Figure pct00001
et al., 2011; Tanner et al., 1993)(WO 2008/028055)을 공유한다. 인돌 생성은 또한 모든 3개의 종에 의해 관찰된다. 그러나, 종은 다양한 당(예를 들어, 람노스, 아라비노스), 산(예를 들어, 글루코네이트, 시트레이트), 아미노산(예를 들어, 아르기닌, 히스티딘), 또는 다른 기질(예를 들어, 베타인, 뷰탄올)의 기질 이용에서 분화한다. 게다가, 몇몇 종은 소정의 비타민(예를 들어, 티아민, 바이오틴)에 영양요구체인 것으로 밝혀졌지만, 다른 것은 아니다. 가스 흡수를 담당하는 우드-리융달리 경로 유전자의 조직화 및 수는 핵산 및 아미노산 서열의 차이에도 불구하고 모든 종에서 동일한 것으로 밝혀졌다(
Figure pct00002
et al., 2011). 또한, 상응하는 알코올로의 카복실산의 환원은 이 유기체의 범위에서 나타났다(Perez, Richter, Loftus, & Angenent, 2012). 이 특질은 따라서 씨. 아우토에타노게늄 또는 씨. 리융달리와 같은 하나의 유기체에 특별하지 않고, 그러나 오히려 일산화탄소영양, 에탄올 합성 클로스트리디아에 대해 일반적인 특질이고, 이 균주에 걸쳐 유사한 메커니즘 일이 예상될 수 있지만, 성능의 차이가 있을 수 있다(Perez et al., 2012).
발효는 임의의 적합한 생물반응기에서 수행될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 생물반응기는 미생물이 배양되는 제1 성장 반응기, 및 성장 반응기로부터의 발효 브로쓰가 공급되고 대부분의 발효 생성물(예를 들어, 에탄올 및 아세테이트)이 생성되는 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다.
CO 함유 기질
일산화탄소를 함유하는 기질, 바람직하게는 일산화탄소를 함유하는 가스 기질은 본 발명의 발효 반응에서 사용된다. 가스 기질은 산업 공정의 부산물로서, 또는 몇몇 다른 공급원, 예컨대 연소 엔진(예를 들어, 자동차) 배기 흄으로부터 얻어진 폐가스일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 산업 공정은 예컨대 제강 공장에서 수행된 제1철 금속 생성물 생성, 비-제1철 생성물 생성, 석유 정련 공정, 석탄의 기화, 전기 전력 생성, 카본 블랙 생성, 암모니아 생성, 메탄올 생성 및 코크스 생성으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이 실시형태에서, CO 함유 가스는 임의의 편리한 방법을 이용하여 대기로 방출되기 전에 산업 공정으로부터 포획된다.
특정한 실시형태에서, CO를 함유하는 기질은 철강 생성 공정으로부터 유래한다. 제철 공정에서, 철광석은 깨지고 분쇄되고, 소결 또는 펠렛화와 같이 전처리되고, 이후 블라스트 퍼니스(blast furnace: BF)를 통과하고, 여기서 이것은 제련된다. 제련 공정에서, 코크스는 탄소의 공급원으로서 작용하고, 이것은 철광석을 환원시키는 환원제로서 작용한다. 코크스는 재료를 가열하고 용융하기 위한 열원으로서 작용한다. 뜨거운 금속은 뜨거운 금속의 표면에 대해 순수한 산소의 고속 제트를 주입함으로써 기본적 산소 퍼니스(basic oxygen furnace: BOF)에서 탈탄된다. 산소는 뜨거운 금속에서 탄소와 직접적으로 반응하여 일산화탄소(CO)를 생성한다. 따라서, 높은 CO 함량을 가지는 가스 스트림은 BOF로부터 배기된다. 본 발명의 소정의 실시형태에 따르면, 이 스트림은 하나 이상의 발효 반응을 공급하도록 사용된다. 그러나, 당해 분야의 당업자에게 의해 명확한 것처럼, CO는 제철 공정 내에 그 외 제조될 수 있고, 본 발명의 다양한 실시형태에 따르면, 이러한 대안적인 공급원은 BOF로부터의 배기 가스 대신에 또는 이것과 조합되어 사용될 수 있다. 공급원(즉, 제철 공정 내의 특정한 단계)에 따라, 이로써 배기된 가스의 CO 함량은 변할 수 있다. 또한, 특히 배취 프로세싱 플랜트에서 이러한 스트림 중 하나 이상에서 휴식이 있는 기간이 존재할 수 있다.
통상적으로, 제강 공장 탈탄 공정으로부터 배기된 스트림은 고농도의 CO 및 저농도의 H2를 포함한다. 이러한 스트림이 적은 처리로 또는 추가의 처리 없이 생물반응기로 직접적으로 통과할 수 있지만, 더 높은 효율의 알코올 생성 및/또는 전체 탄소 포획을 달성하기 위해 기질 스트림의 조성을 최적화하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스트림이 생물반응기로 통과하기 전에 기질 스트림 내의 H2의 농도는 증가할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시형태에 따르면, 2개 이상의 공급원으로부터의 스트림은 바람직한 및/또는 최적화된 기질 스트림을 생성하기 위해 조합되고/되거나 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 고농도의 CO, 예컨대 제강 공장 컨버터로부터의 배기물질을 포함하는 스트림은 고농도의 H2, 예컨대 제강 공장 코크스 오븐으로부터의 배출 가스를 포함하는 스트림과 조합될 수 있다.
제철 공정의 초기 단계는 통상적으로 코코스를 사용한 철광석의 환원을 포함한다. 코크스는 철광석을 용융시키고 환원시키도록 사용된 고체 탄소 연료 공급원이고, 통상적으로 제강 공장에서 현장 제조된다. 코크스 제조 공정에서, 역청탄은 일련의 오븐으로 공급되고, 이 오븐은 밀봉되고 통상적으로 14 내지 36시간 지속하는 사이클로 산소의 부재 하에 고온으로 가열된다. 오븐에 남은 고체 탄소는 코크스이다. 이것은 급랭 탑으로 가고, 여기서 이것은 물의 분무 또는 불활성 가스(질소)의 순환에 의해 냉각되고, 이후 스크리닝되고 블라스트 퍼니스로 이송된다.
이 공정 동안 제조된 휘발성 화합물은, 가스가 오븐을 가열하기 위한 연료로서 사용되기 전에, 타르, 암모니아, 나프탈렌, 페놀, 경질 오일 및 황을 제거하도록 일반적으로 프로세싱된다. 코크스 제조의 결과로서 제조된 가스는 통상적으로 높은 H2 함량(통상적인 조성: 55%의 H2, 25%의 CH4, 6%의 CO, 3%의 N2, 2%의 기타 탄화수소)을 가진다. 그러므로, 코크스 오븐 가스의 적어도 일부는 알코올 생산성 및/또는 전체 탄소 포획을 개선하기 위해 CO를 함유하는 스트림과의 블렌딩을 위해 발효 공정으로 우회될 수 있다. 배양에 독성일 수 있는 부산물을 제거하기 위해 코크스 오븐 가스가 발효기로 통과하기 전에 이 가스를 처리하는 것이 필요할 수 있다.
다른 실시형태에서, CO를 함유하는 기질은 탄화수소의 증기 개질로부터 유래할 수 있다. 탄화수소, 예컨대 천연 가스 탄화수소는 하기에 따라 CO 및 H2를 생성시키도록 고온에서 개질될 수 있다:
Figure pct00003
예로서, 증기 메탄 개질은 증기를 메탄과 반응시켜 니켈 촉매의 존재 하에 승온(700-1100℃)에서 CO 및 H2를 제조하는 단계를 포함한다. 생성된 스트림(전환된 매 1㏖의 CH4에 대해 1㏖의 CO 및 3㏖의 H2를 포함)은 발효기로 직접적으로 통과하거나, 또 다른 공급원으로부터의 기질 스트림과 블렌딩되어서, 발효 공정에서 에탄올 생산성 및/또는 전체 탄소 포획을 증가시킬 수 있다. 메탄올과 같은 알코올은 유사한 방식으로 사용될 수 있는 CO2 및 H2를 생성하기 위해 또한 개질될 수 있다.
몇몇 실시형태에서, CO 함유 가스 기질은 오일 개질장치로부터의 유기물 예컨대 메탄, 에탄, 프로판, 석탄, 천연 가스, 원유, 저품질 잔류물(석유 코크스 또는 펫코크(petcoke)를 포함), 고체 도시 폐기물 또는 바이오매스의 기화로부터 공급된다. 바이오매스는 식료품, 예컨대 사탕수수로부터의 당, 또는 옥수수 또는 곡물로부터의 전분, 또는 임업 산업에 의해 생성된 비식품 바이오매스 폐기물의 추출 및 프로세싱 동안 얻어진 부산물을 포함한다. 임의의 이들 탄소질 재료는 기화되어, 즉 산소에 의해 부분적으로 연소되어서, 합성 가스(상당한 양의 H2 및 CO를 함유하는 합성가스)를 생성할 수 있다. 기화 공정은 통상적으로 더 적은 양의 CO2, H2S, 메탄 및 다른 불활성 물질과 함께 0.4:1 내지 1.2:1의 H2 대 CO의 몰 비로 합성 가스를 생성한다. 생성된 가스의 비율은 당해 분야에 공지되고 WO200701616에 자세히 기재된 바대로 변할 수 있다. 그러나, 예로서, 하기 기화장치 조건은 CO:H2 생성물 비율: 공급원료 조성(특히 C:H 비율), 조작 압력, 온도 프로필(생성물 혼합물의 급랭에 영향을 미침) 및 사용된 산화제(공기, 산소 농후 공기, 순수한 O2 또는 증기; 여기서 증기는 더 높은 CO:H2 비율을 생성하는 경향이 있음)를 조정함으로써 변경될 수 있다. 따라서, 기화장치의 조작 조건은, 발효 공정에서 증가한 알코올 생산성 및/또는 전체 탄소 포획을 위한 최적화된 또는 원하는 조성물을 제공하기 위해, 하나 이상의 다른 스트림에 의한 블렌딩 또는 발효에 바람직한 조성을 가지는 기질 스트림을 제공하도록 조정될 수 있다.
CO 함유 스트림을 생성하기 위한, 합성가스의 생성과 같은, 가스의 개질 또는 바이오매스의 기화는 미국 특허 출원 공보 제US2013/0210096A1호; 제US2013/0203143A1호; 제US2013/0045517A1호 및 미국 특허 제8,376,736호(이들 모두 그 전문이 참고로 포함됨)에 기재되어 있다.
일산화탄소를 함유하는 가스 기질의 조성물에 따라, 이것을 발효로 도입하기 전에 이것을 처리하여 임의의 원치않는 불순물, 예컨대 먼지 입자를 제거하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 예를 들어, 가스 기질은 공지된 방법을 이용하여 여과되거나 스크러빙될 수 있다.
CO 함유 기질은 통상적으로 주요 비율의 CO, 예컨대 적어도 15 내지 100용적%의 CO, 15 내지 70용적%의 CO, 40 내지 95용적%의 CO, 40 내지 60용적%의 CO, 및 45 내지 55용적%의 CO를 함유할 것이다. 특정한 실시형태에서, 기질은 25, 또는 30, 또는 35, 또는 40, 또는 45, 또는 50용적%의 CO, 또는 55용적%의 CO, 또는 60용적%의 CO를 포함한다. 특히 H2 및 CO2가 또한 존재할 때, 6%와 같은 더 낮은 농도의 CO를 가지는 기질이 또한 적절할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 기질은 5 내지 70용적%의 CO를 포함한다.
CO를 함유하는 가스 스트림의 공급원과 무관하게, 이것은 다수의 다른 가스, 예컨대 CO2, H2, N2, CH4 등을 보통 함유할 것이다. 예를 들어 CO2는 1 내지 80용적%, 또는 1 내지 30용적%, 또는 5 내지 30용적%의 농도로 존재할 수 있다. 광범위한 실시형태에서, 생물반응기로 통과한 기질은 통상적으로 20 내지 80%의 CO, 0 내지 30%의 H2 및 0 내지 40%의 CO2의 농도를 가질 것이다.
통상적으로, 일산화탄소는 가스 상태에서 발효 반응에 첨가될 것이다. 그러나, 본 발명은 이 상태의 기질의 첨가에 제한되는 것으로 생각되지 않아야 한다. 예를 들어, 일산화탄소는 액체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 액체는 일산화탄소 함유 가스에 의해 포화되고, 이후 이 액체는 생물반응기에 첨가될 수 있다. 이것은 표준 방법론을 이용하여 달성될 수 있다. 예로서, 마이크로버블 분산 생성기(Hensirisak et. al. Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology Volume 101. Number 3 / October. 2002)를 사용할 수 있다.
또한, 기질 스트림의 CO 농도(또는 가스 기질 내의 CO 분압)를 증가시키고 따라서 CO가 기질인 발효 반응의 효율을 증가시키는 것이 대개 바람직하다. 가스 기질 내의 CO 분압의 증가가 발효 배지로의 CO 질량 이동을 증가시킨다. 발효 반응을 공급하기 위해 사용된 가스 스트림의 조성은 그 반응의 효율 및/또는 비용에 상당한 영향을 가질 수 있다. 예를 들어, O2는 혐기성 발효 공정의 효율을 감소시킬 수 있다. 발효 후에 또는 전에 발효 공정의 단계에서 원치않는 또는 불필요한 가스의 프로세싱은 이러한 단계에서 부담을 증가시킬 수 있다(예를 들어, 가스 스트림은 생물반응기에 진입하기 전에 압축되는 경우, 발효에서 필요하지 않은 가스를 압축하기 위해 불필요한 에너지가 사용될 수 있다). 따라서, 기질 스트림, 특히 산업 공급원으로로부터 유래한 기질 스트림을 처리하여, 원치않는 성분을 제거하고 바람직한 성분의 농도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
기질 스트림으로부터의 원치않는 가스 성분의 제거는 종래의 기법, 예컨대 극저온 분별화, 분자 체질, 흡착, 압력 전환 흡착, 또는 흡수에 의해 수행될 수 있다. 어떤 공정이 사용되든, 가스 분리는 가스 스트림으로부터 하기 성분 중 하나 이상의 적어도 일부를 단리하도록 수행될 수 있다: H2, O2, CO2 및 CO. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 실시형태에 따른 가스 분리는 가스 스트림(예를 들어, N2, O2)으로부터 하나 이상의 부분을 제거하도록 사용될 수 있어서, 나머지가 예컨대 생물반응기에서 더 효율적으로 사용될 수 있다.
흡착은 고체 또는 액체의 표면에서 가스, 액체 또는 용질의 축적이다. 흡수는 하나의 물질, 예컨대 고체 또는 액체가 이의 분자 사이의 극미한 기공 또는 공간을 통해 또 다른 물질, 예컨대 액체 또는 가스를 흡수하는 과정이다.
압력 전환 흡착(pressure swing adsorption: PSA)은 고압 하에 압력 용기에 함유된 고정층에서의 적합한 흡착제를 통한 흡착에 의해 동반된 불순물을 제거하기 위해 가스의 정제를 위해 사용될 수 있는 단열 공정이다. 흡착제의 재생은 향류 감압에 의해 그리고 저압에서 이전에 회수된 거의 생성물 품질 가스에 의해 퍼징함으로써 성취된다. 생성물의 연속식 흐름을 얻기 위해, 바람직하게는 적어도 2개의 흡착장치가 제공되어서, 적어도 1개의 흡착장치는 가스 스트림(예컨대, 폐기물/배기/바이오가스 가스 스트림)을 수용하고, 실제로 원하는 순도의 생성물을 생성한다. 동시에, 감압, 퍼징 및 다시 흡착 압력으로의 재가압의 후속 단계는 다른 흡착장치(들)에 의해 실행된다. 일반 흡착제는 흡착하고 제거하고자 하는 불순물의 유형에 따라 당해 분야의 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 적합한 흡착제는 제올라이트 분자체, 활성탄, 실리카 겔 또는 활성화 알루미나를 포함한다. 흡착제 층의 조합은 서로의 상부에 사용될 수 있고, 이로써 흡착장치 내용물을 다수의 구별되는 구역으로 분할한다. 압력 전환 흡착은 매개변수에서의 흔들리는 변환, 예컨대 압력, 온도, 흐름 및 가스 및 흡착 상의 조성을 포함한다.
PSA를 사용한 가스의 정제 또는 분리는 보통 거의 주변 공급물 가스 온도에서 발생하고, 이로써 제거하고자 하는 성분은 선택적으로 흡착된다. 흡착은 유사한 주변 온도에서 흡착제의 재생이 가능하게 하도록 충분히 이상적으로 가역적이어야 한다. PSA는 CO, CO2 및 H2를 포함하는 가장 흔한 가스의 처리 및/또는 정제에 사용될 수 있다. 압력 전환 흡착 기법의 예는 문헌[Ruthven, Douglas M. et al, 1993 Pressure Swing Adsorption, John Wiley and Sons]에 자세히 기재되어 있다.
분자체는 가스 및 액체에 대한 흡착제로서 사용되는 정확하고 균일한 크기의 아주 작은 기공을 함유하는 재료이다. 기공을 통과하기에 충분히 작은 분자가 흡착되지만, 더 큰 분자는 그렇지 않다. 분자체는 일반 필터와 유사하지만, 분자 수준으로 조작된다. 분자체는 대개 알루미노실리케이트 광물, 점토, 다공성 유리, 미세다공성 챠콜, 제올라이트, 활성탄, 또는 질소 및 물과 같은 작은 분자가 확산할 수 있는 개방 구조를 가지는 합성 화합물로 이루어진다. 분자체를 재생하기 위한 방법은 (예를 들어, 농축기에서의) 압력 변화 및 가열 및 캐리어 가스에 의한 퍼징을 포함한다.
막은 예를 들어 질소 및 메탄과 같은 가스로부터 수소를 분리하기 위해, 수소를 회수하기 위해, 바이오가스로부터 메탄을 분리하기 위해, 또는 수증기, CO2, H2S 또는 휘발성 유기 액체를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 다공성 및 비다공성 막을 포함하는 상이한 막은, 본 개시내용의 고려 시 당해 분야의 당업자에게 명확한 것처럼, 원하는 목적을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 팔라듐 막은 단독으로 H2의 수송을 허용한다. 특정한 실시형태에서, CO2는 CO2 투과성 막을 이용하여 스트림으로부터 분리될 수 있다. 스트림으로부터 분리된 CO2는 CO2 제거장치, 예컨대 이전에 기재된 기화장치를 통과할 수 있다.
극저온 분별화는 가스 스트림을 압축하고 이것을 증류에 의한 분리를 허용하기에 충분히 낮은 온도로 냉각시키는 것을 포함한다. 이것은 예를 들어 CO2를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 소정의 성분(예를 들어, 물)은 극저온 분별화를 수행하기 전에 스트림으로부터 통상적으로 제거된다.
CO 및/또는 CO2 농후 혐기성 스트림을 생성하기 위해 가스 스트림으로부터 산소를 제거하기 위해 동일한 기법이 또한 사용될 수 있다. 또한, 산소는 예를 들어 연소 배기 가스를 조건적(facultative) 호기성 미생물, 감소한 탄소 기질, 및 미생물에 필요한 영양소를 함유하는 밀봉된 발효기로 통과시킴으로써 생물학적으로 제거될 수 있다. 조건적 호기성 미생물은 CO 및/또는 CO2 농후 혐기성 스트림을 생성하도록 산소를 소비할 수 있다.
가스 스트림으로부터 O2를 분리하거나 제거하기 위한 대안적인 방법은 당해 분야에 또한 널리 공지되어 있다. 그러나, 예로서, 산소는 뜨거운 구리 또는 촉매 컨버터를 사용하여 단순히 감소 및/또는 제거될 수 있다.
가스의 특정한 공급원에 대한 가스 분리 공정의 맞춤은 달리 상업적으로 실행 불가능한 바이오전환 공정이 상업적으로 실행 가능하게 만들 수 있다. 예를 들어, 차 배기 스트림으로부터의 CO의 적절한 분리에 의해, 사용 가능한 에너지원은 스트림으로부터 얻어질 수 있고, 원치않는 가스 방출은 감소할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가스 기질은 CO 및 H2를 함유하는 합성가스를 포함하고, 가스 분리는 스트림으로부터 수소를 제거하도록 수행되어서, 이것은 단리되고 발효 공정 밖에서 연료로서 사용될 수 있다. CO는 발효 반응을 공급하도록 사용될 수 있다.
발효 공정에서 사용된 발효 브로쓰의 pH는 필요한 바대로 조정될 수 있다. 적절한 pH는, 본 발명이 속하는 당해 분야의 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 사용된 영양소 배지 및 미생물과 관련하여 특정한 발효 반응에 필요한 조건에 의존할 것이다. 바람직한 일 실시형태에서, 클로스트리듐 아우토에타노게늄을 사용하는 CO 함유 가스 기질의 발효에서, pH는 대략 4.5 내지 6.5로 조정될 수 있다. 추가의 예는 아세트산의 생성을 위한 모렐라 써모아세티카를 사용한 pH 5.5 내지 6.5, 뷰탄올의 생성을 위한 클로스트리듐 아세토뷰틸리쿰을 사용한 pH 4.5 내지 6.5, 수소의 생성을 위한 카복시독소무스 하이그로게나포르만스를 사용한 pH 7을 포함한다. 당해 분야의 당업자는 원하는 pH에서 생물반응기를 유지시키기 위한 적합한 수단을 알 것이다. 그러나, 예로서, 수성 염기, 예컨대 NaOH 및 수성 산, 예컨대 H2SO4는 발효 배지의 pH를 상승시키고 낮추고 원하는 pH를 유지시키기 위해 사용될 수있다.
본 발명의 추가적인 이익은, 발효 반응에서의 이의 사용 전에 폐가스에서 수행된 오직 최소의 스크러빙 및/또는 다른 처리 공정이 존재하거나 이들이 없으므로, 가스가 산업 공정으로부터 생긴 추가적인 재료를 함유할 것이고, 추가적인 재료가 발효 반응에 대한 공급원료로서 적어도 부분적으로 사용될 수 있다는 것이다.
스트림의 블렌딩
발효 반응의 효율, 알코올 생성 및/또는 전체 탄소 포획을 개선하기 위해 CO 및 H2를 함유하는 개질된 기질 스트림을 하나 이상의 추가의 스트림과 블렌딩하는 것이 바람직할 수 있다. 이론에 구속되고자 바라지 않으면서, 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 일산화탄소영양 박테리아는 하기에 따라 CO를 에탄올로 전환된다:
Figure pct00004
그러나, H2의 존재 하에, 전체 전환은 하기와 같을 수 있다:
Figure pct00005
따라서, 높은 CO 함량을 가지는 스트림이 CO 및 H2를 함유하는 개질된 기질 스트림과 블렌딩되어 CO:H2 비율을 증가시켜 발효 효율을 최적화할 수 있다. 예로서, 산업 폐스트림, 예컨대 제강 공장으로부터의 배출 가스는 높은 CO 함량을 가지지만, 최소 H2를 포함하거나 이것을 포함하지 않는다. 그러므로, CO 및 H2를 함유하는 하나 이상의 스트림을 CO를 함유하는 폐스트림과 블렌딩한 후, 블렌딩된 기질 스트림을 발효기에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 발효의 전체 효율, 알코올 생산성 및/또는 전체 탄소 포획은 블렌딩된 스트림 내에 CO 및 H2의 화학량론에 따라 달라질 것이다. 그러나, 특정한 실시형태에서, 블렌딩된 스트림은 하기 몰 비로 CO 및 H2를 실질적으로 포함할 수 있다: 20:1, 10:1, 5:1, 3:1, 2:1, 1:1 또는 1:2.
또한, 발효의 상이한 단계에서 CO 및 H2, 특히 비율을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 비교적 높은 H2 함량(예컨대, 1:2 CO:H2)을 가지는 기질 스트림은 시작 동안 발효 단계 및/또는 신속한 미생물 성장의 단계로 제공될 수 있다. 그러나, 성장 단계가 느려질 때, 배양이 실질적으로 고정적인 미생물 밀도에서 유지되도록, CO 함량이 증가할 수 있다(예컨대, 적어도 1:1 또는 2:1 이상, 여기서 H2 농도는 0 이상일 수 있음).
스트림의 블렌딩은, 특히 CO를 함유하는 폐스트림이 성질상 간헐적인 경우에, 추가의 이점을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, CO를 함유하는 간헐적 폐스트림은 CO 및 H2를 함유하는 실질적으로 연속적인 개질된 기질 스트림과 블렌딩되고 발효기로 제공될 수 있다. 본 발명의 특정한 실시형태에서, 실질적으로 연속적인 블렌딩된 스트림의 조성 및 흐름 속도는 발효기로의 실질적으로 연속적인 조성 및 흐름 속도의 기질 스트림의 제공을 유지시키기 위해 간헐적 스트림에 따라 변할 수 있다.
배지
에탄올 및/또는 아세테이트 발효에 대한 1종 이상의 미생물 및 기질의 성장이 발생하기 위해, 기질 이외에, 적합한 영양소 배지가 생물반응기로 공급될 필요가 있는 것으로 이해될 것이다. 영양소 배지는 사용된 미생물의 성장을 허용하기에 충분한 비타민 및 미네랄과 같은 성분을 함유할 것이다. 오직 예로서, 클로스트리듐 아우토에타노게늄의 성장에 적합한 혐기성 배지는 예를 들어 문헌[Abrini et al (Clostridium autoethanogenum, sp. Nov., An Anaerobic Bacterium That Produces Ethanol From Carbon Monoxide; Arch . Microbiol., 161: 345-351 (1994))]에 기재된 바대로 당해 분야에 공지되어 있다. 이하 본 명세서에서 "실시예" 부문은 적합한 배지의 추가의 예를 제공한다.
생물반응기
발효는 임의의 적합한 생물반응기, 예컨대 부동화 세포 반응기, 가스 리프트 반응기, 버블 칼럼 반응기(BCR), 막 반응기, 예컨대 중공 섬유 막 생물반응기(HFM BR) 또는 삼상층 반응기(TBR)에서 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 생물반응기는 미생물이 배양되는 제1 성장 반응기, 및 성장 반응기로부터의 발효 브로쓰가 공급될 수 있고 대부분의 발효 생성물(예를 들어, 에탄올 및 아세테이트)이 생성될 수 있는 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다. 본 발명의 생물반응기는 CO2, H2 및 임의로 CO 함유 기질을 수용하도록 적합화된다.
발효 조건
가스 기질로부터의 에탄올 및 다른 알코올의 생성을 위한 공정이 공지되어 있다. 예시적인 공정은 예를 들어 WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/064200, US 제6,340,581호, US 제6,136,577호, US 제5,593,886호, US 제5,807,722호 및 US 제5,821,111호(이들 각각은 본 명세서에 참조문헌으로 포함됨)에 기재된 것을 포함한다.
발효는 바람직하게는 기질이 에탄올 및/또는 아세테이트 발효가 발생하게 하는 적절한 조건 하에 수행되어야 한다. 고려되어야 하는 반응 조건은 온도, 압력, 배지 흐름 속도, pH, 배지 산화환원 전위, 교반 속도(연속식 교반 탱크 반응기를 사용하는 경우), 접종원 수준, 최대 기질 농도 및 기질 수준이 제한이 되지 않게 보장하기 위한 생물반응기로의 기질의 도입의 속도, 및 생성물 저해를 피하기 위한 최대 생성물 농도를 포함한다.
최적 반응 조건은 사용된 특정한 미생물에 따라 부분적으로 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 발효가 대기압보다 높은 압력에서 수행되는 것이 바람직하다. 증가한 압력에서의 조작은 기상으로부터 액상(여기서, 이것은 에탄올의 생성을 위한 탄소 공급원으로서 미생물에 의해 채워질 수 있음)으로의 CO 이동의 상당한 속도 증가를 허용한다. 이것은 결국 생물반응기가 대기압보다는 승온에서 유지될 때 보유 시간(유입 가스 흐름 속도로 나눈 생물반응기 내의 액체 용적으로 정의됨)이 감소할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 소정의 생성물로의 CO 전환 속도가 부분적으로 기질 보유 시간의 함수이고, 원하는 보유 시간을 달성하는 것이 결국 생물반응기의 필요한 용적을 지시하므로, 가압 시스템의 사용은 필요한 생물반응기의 용적, 및 결과적으로 발효 설비의 자본 비용을 크게 감소시킬 수 있다. 미국 특허 제5,593,886에 제공된 예에 따라, 반응기 용적은 반응기 조작 압력의 증가에 선형 비례하여 감소할 수 있고, 즉 10의 대기 압력에서 조작되는 생물반응기는 1의 대기 압력에서 조작되는 생물반응기의 용적의 오직 1/10을 필요로 한다.
승온에서 생성물로의 가스 발효를 수행하는 것이 이익은 그 외 또한 기재되어 있다. 예를 들어, WO 02/08438은 각각 150g/ℓ/일 및 369g/ℓ/일의 에탄올 생산성을 제공하는 200kPag(29psig) 및 520 kPag(75psig)의 압력 하에 수행된 에탄올로의 가스 발효를 기재한다. 그러나, 대기압에서 유사한 배지 및 유입 가스 조성물을 사용하여 수행된 예의 발효는 매일 리터마다 10배 내지 20배 덜 에탄올을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 발효 공정은 대기압(0kPag) 내지 600kPag에 수행될 수 있다.
CO를 함유하는 기질의 혐기성 발효에 적합한 발효 조건의 예는 WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925 및 WO2009/064200에 기재되어 있다. 여기 보고된 발효 조건은 본 발명의 방법에 따라 용이하게 변형될 수 있는 것으로 인식된다.
발효 생성물
피루베이트 유래 생성물 및 아세틸 coA 유래 생성물 둘 다 생성된 바대로 사용될 수 있고, 이들은 플라스틱, 의약품 및 농약의 제조와 같은 다른 화학물질의 제조에서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 발효 생성물은 가솔린 범위 탄화수소(8 탄소), 디젤 탄화수소(12 탄소) 또는 제트 연료 탄화수소(12 탄소)를 제조하도록 사용된다. 에탄올 및 아세테이트는 이후 에스터를 포함하는 화학 생성물을 제조하도록 함께 반응할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 발효에 의해 생성된 에탄올 및 아세테이트는 에틸 아세테이트를 제조하도록 함께 반응한다. 에틸 아세테이트는 다른 공정의 호스트, 예컨대 표면 코팅 및 희석제를 포함하는 용매의 제조를 위해, 및 의약품 및 향료 및 에센스의 제조에서 중요할 수 있다.
2,3-BDO의 경우에, 이것은 8-탄소 이합체로 전환될 수 있고, 이것은 항공 연료로서 사용될 수 있다. 2,3-BDO는 뷰텐(들), 뷰타다이엔, 메틸 에틸 케톤(MEK) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로 또한 전환될 수 있다. 다양한 화학 화합물로의 2,3-BDO의 전환은 미국 특허 제8,658,408호에 개시되어 있다.
본 발명은 또한 발효에 의해 생성된 탄화수소 생성물의 적어도 일부가 증기 개질 공정에서 재사용된다는 것을 제공한다. CH4 이외의 탄화수소가 H2 및 CO를 생성하기 위해 촉매 위로 증기와 반응할 수 있으므로 이것이 수행될 수 있다. 특정한 실시형태에서, 에탄올은 증기 개질 공정을 위한 공급원료로서 사용되도록 재순환될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 탄화수소 공급원료 및/또는 생성물은 예비 개질장치를 통과한 후 증기 개질 공정에서 사용된다. 예비 개질장치의 통과는 증기 개질 공정의 증기 개질 단계를 부분적으로 완료하고, 이것은 수소 생성의 효율을 증가시키고, 증기 개질 퍼니스의 감소한 역량을 감소시킬 수 있다.
생성물 회수
발효 반응의 생성물은 공지된 방법을 이용하여 회수될 수 있다. 예시적인 방법은 WO07/117157, WO08/115080, US 제6,340,581호, US 제6,136,577호, US 제5,593,886호, US 제5,807,722호 및 US 제5,821,111호에 기재된 것을 포함한다. 그러나, 간단하게, 예로서 에탄올은 분별 증류 또는 증발, 및 추출성 발효와 같은 방법에 의해 발효 브로쓰로부터 회수될 수 있다.
발효 브로쓰로부터의 에탄올의 증류는 에탄올과 물의 공비 혼합물(즉, 95%의 에탄올과 5%의 물)을 생성시킨다. 무수 에탄올은, 당해 분야에 또한 널리 공지된, 분자체 에탄올 탈수 기술의 사용을 통해 후속하여 얻어질 수 있다.
추출성 발효 절차는 희석 발효 브로쓰로부터 에탄올을 회수하기 위해 발효 유기체에 낮은 독성 위험을 제시하는 수혼화성 용매의 사용을 수반한다. 예를 들어, 올레일 알코올은 이 유형의 추출 공정에서 사용될 수 있는 용매이다. 올레일 알코올은 발효기로 연속적으로 도입되고, 이때 이 용매는 상승하여 발효기의 상부에서 층을 형성하고, 이것은 원심분리를 통해 연속하여 추출되고 공급된다. 물 및 세포는 이후 올레일 알코올로부터 용이하게 분리되고, 발효기로 반환되지만, 에탄올 적재(laden) 용매는 플래시 기화 유닛으로 공급된다. 대부분의 에탄올은 기화되고 응축되지만, 올레일 알코올은 비휘발성이고, 발효에서 재사용을 위해 회수된다.
발효 반응에서 부산물로서 생성될 수 있는 아세테이트는 또한 일 수 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
실시예 1 - 2,3- BDO 생성에서 대한 비타민 B5 농도 증가의 효과
이 실험은 상기 기재된 일반 발효 공정에 따라 수행되었다. 발효 실험의 과정 동안, 가스 흐름 및 교반은 아세테이트를 최소화하고 에탄올 생성을 최대화하도록 증가하였다. 희석률 및 박테리아 희석률은 5.0일째에 이것이 각각 1.8 일-1 및 0.85 일- 1이도록 조정되었다. 이 값은 발효의 나머지 동안 유지되었다. 6.0일 내지 8.0일에, 안정한 데이터는 198㎍/g의 생성된 세포의 B5 공급물 속도로 달성되었다. 이 안정한 기간 동안 달성된 결과는 표 2에 요약되어 있다.
Figure pct00008
8.1일에, 모든 다른 조작 매개변수를 동일하게 유지하면서 배지 중의 비타민 B5의 농도는 10배 증가하였다. 이 시간 동안, 바이오매스 생성률은 약간 감소하여서, 따라서 비타민 B5 공급물 속도는 2180㎍/g의 생성된 세포로 단지 10배 초과로 증가하였다. 비타민 B5 농도의 증가 후, 다른 매개변수가 안정하게 있으면서 특정한 2,3-BDO 생성률 및 농도는 증가하였다. 결과가 하기 표 3에 요약되어 있다.
Figure pct00009
다른 대사물질, 예를 들어 에탄올 및 바이오매스의 생성률이 동일하게 있지만, 오직 특정한 2,3-BDO 생성률 및 2,3-BDO의 농도가 증가하면서, 이것은 놀라운 결과이다.
실시예 3 - 2,3- BDO 생성에 대한 발효의 시작으로부터 비타민 B5의 증가의 효과
상기 실시예는 과량의 B5 비타민이 발효에 걸쳐 발효 배지에 존재할 때의 결과와 비교될 수 있다. 이 발효 실험 동안, 가스 및 교반은 아세테이트를 최소화하고 에탄올 생성을 최대화하도록 증가하였다. 희석률 및 박테리아 희석률은 4.0일째에 각각 1.7일-1 및 0.65일-1로 조정되었다. 이 경우에, 2,3-BDO 농도는 2:1의 에탄올:2,3-BDO 비율(도 2), 및 9.4㏖/ℓ/일의 CO 흡수(도 3)로 9g/ℓ에 도달하였다. 발효에 걸친 B5 비타민의 공급물 속도는 2000㎍/g 초과의 생성된 세포였다. 6.0 내지 7.0일 동안에, 바이오매스 및 2,3-BDO 생성이 골라지면서, B5 비타민의 공급물 속도는 2011㎍/g의 생성된 세포였다. 특정한 2,3-BDO 생성률은 g-바이오매스마다 1.2g/일이고, 특정한 에탄올 생성률은 g-바이오매스마다 2.4g/일이었다.
실시예 4 - 2,3- BDO 생성에 대한 비타민 B1 농도의 증가/감소의 효과
발효는 가스에 의한 일반 발효 공정을 이용하여 시작되고, 교반은 아세테이트를 최소화하고 에탄올 생성을 최대화하도록 증가하였다. 희석률 및 박테리아 희석률은 각각 4.0 내지 2.0일-1 및 1.2일-1로 조정되었다. 이 값은 발효의 나머지 동안 유지되었다. 10.0일 내지 14.0일에, 안정한 데이터가 달성되었고, 이 시간 동안 B1의 공급물 속도는 303㎍/g의 생성된 세포였다. 달성된 데이터는 표 4에 요약되어 있다.
Figure pct00010
14.1일에, 모든 다른 조작 매개변수가 일정하게 유지되면서, 배지 중의 B1의 농도는 특정한 B1 공급물 속도를 감소시키도록 감소하였다. 14.1일 내지 22.0일에, 2,3-BDO의 생성의 감소 및 4.7:1로부터 12:1로 증가한 에탄올:2,3BDO의 비율이 존재한다. 이 시간 동안, 특정한 B1 공급물 속도는 303㎍/g의 생성된 세포로부터 61㎍/g의 생성된 세포로 감소하였다. 결과가 표 5에 요약되어 있다.
Figure pct00011
B1 농도의 감소가 2,3-BDO의 생성을 감소시키지만, CO 흡수를 일정하게 유지시키면서 에탄올 생성은 영향을 받지 않기 때문에, 이것은 놀라운 결과이다. 성장 및 아세테이트 생성을 위한 B1의 제한 농도가 6.5㎍/g의 생성된 세포라는 것이 당해 분야에 보고되어 있다. 따라서, 세포 성장을 위한 최소 요건의 과량에서의 B1 웰의 공급은 2,3-BDO의 생성 및 에탄올:2,3-BDO의 비율을 제어하는 방식을 제공한다.
실시예 5: 2 ,3- BDO 생성에 대한 B7 농도의 증가의 효과
이 실시예에서, 2,3-BDO의 생성에 대한 B7의 영향은 일반 발효 공정에 따라 성장한 발효를 사용하여 시험되었다. 발효의 과정 동안, 가스 및 교반은 아세테이트를 최소화하고 에탄올 생성을 최대화하도록 증가하였다. 희석률 및 박테리아 희석률은 8.0일에 이것이 각각 1.8 일-1 및 0.75 일- 1이도록 조정되었다. 이 값은 발효의 나머지에 대해 유지되었다. 안정한 데이터는 90㎍/g의 생성된 세포에서 B7 공급물 속도에 의해 달성되었다. 이 시간에 달성된 결과가 하기 요약되어 있다:
Figure pct00012
8.69일에, 모든 다른 조작 매개변수가 일정하게 유지되면서, 배지 중의 B7의 농도가 10배 증가하였다. 이 시간 동안, 바이오매스 생성률은 안정하게 있어서, B7 공급물 속도는 980㎍/g의 생성된 세포로 10 초과로 증가하였다. B7 공급물의 증가 후, 특정한 2,3-BDO 생성률 및 2,3-BDO의 농도는 증가하였다. 13-14일에 얻어진 데이터가 하기 요약되어 있다:
Figure pct00013
2,3-BDO 농도가 피크에 도달하면서(14.04일), 배지 중의 B7은 10배 감소하여서, 특정한 B7 공급물 속도는 90㎍/g의 생성된 세포로 다시 감소하였다. 측정된 변수에 대한 데이터는 B7 농도의 증가 전에 관찰된 이 값과 매우 가까운 것으로 관찰되었고, 하기 요약되어 있다.
Figure pct00014
특정한 2,3-BDO 생성률 및 2,3-BDO의 농도가 임의의 다른 대사물질 및 또는 바이오매스 이외에 증가한다는 것으로서 이것은 놀라운 결과이다. 결과는 B7의 증가의 영향이 가역적이고, B7의 증가가 특정한 에탄올 생성률에 영향을 미치지 않는다는 것을 또한 보여준다. B7 농도의 변화로부터의 결과가 도 4 및 도 5에 제시되어 있다.
본 발명은 독자가 부당한 실험 없이 본 발명을 실행하게 하도록 소정의 바람직한 실시형태를 참조하여 본 명세서에 기재되어 있다. 당해 분야의 당업자는, 본 발명이 구체적으로 기재된 것 이외의 다수의 변경 및 변형으로 실행될 수 있는 것으로 이해할 것이다. 본 발명이 모든 이러한 변경 및 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 표제, 제목 등은 본 문헌의 독자의 이해를 돕도록 제공되고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 읽혀져서는 안 된다. 본 명세서에 인용된 모든 출원, 특허 및 공보의 전체 개시내용이 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다.
더 특히, 당해 분야의 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 본 발명의 실시형태의 실행은 하나 이상의 추가적인 구성요소를 포함할 수 있다. 본 발명을 이의 다양한 양태로 이해하기에 필요한 유일한 이 구성요소는 특정한 예 또는 설명에서 나타날 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 기재된 실시형태로 제한되지 않고, 하나 이상의 추가적인 단계 및/또는 하나 이상의 치환된 단계, 및/또는 하나 이상의 단계를 생략한 시스템 및/또는 방법을 포함하는, 시스템 및/또는 방법을 포함한다.
본 명세서에서의 임의의 선행 기술에 대한 언급은, 선행 기술이 어떤 국가에서 노력의 분야에서 일반 상식의 일부를 형성한다는 인식 또는 제안의 임의의 형태로서 취해지지 않고, 취해져서는 안 된다.
본 명세서 및 하기하는 임의의 청구항에 걸쳐, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 단어 "포함한다", "포함하는" 등은 배타적 의미와 반대의 포함적 의미로, 즉 "포함하지만, 이들로 제한되지는 않는"의 의미로 해석되어야 한다.

Claims (21)

  1. 미생물 발효 동안 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법으로서,
    a) 액체 영양소 배지 중에 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물(acetogenic carboxydotrophic microorganism)의 배양물을 포함하는 생물반응기로 CO를 함유하는 가스 기질을 제공하여 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물 및 적어도 아세틸-CoA 유래 생성물을 생성하는 단계; 및
    b) 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성이 증가하도록 상기 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도를 상기 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 세포 소요량을 넘는 농도로 증가시키는 단계로서, 상기 영양소는,
    1) 비타민 B1;
    2) 비타민 B5; 및
    3) 비타민 B7 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 증가시키는 단계를 포함하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  2. 미생물 발효에 의해 생성된 2,3-뷰탄다이올의 생성을 증가시키는 방법으로서,
    a) 액체 영양소 배지 중에 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 배양물을 포함하는 생물반응기로 CO를 함유하는 가스 기질을 제공하여 적어도 2,3-뷰탄다이올 및 에탄올을 생성하는 단계; 및
    b) 2,3-뷰탄다이올의 생성이 증가하도록 상기 액체 영양소 배지 중의 적어도 1종의 영양소의 농도를 상기 적어도 1종의 초산생성 일산화탄소영양 미생물의 세포 소요량을 넘는 농도로 증가시키는 단계로서, 상기 영양소는
    1) 비타민 B1;
    2) 비타민 B5;
    3) 비타민 B7 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 상기 증가시키는 단계를 포함하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비타민 B5 또는 비타민 B1의 농도는 상기 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량 위로 2배 내지 80배 증가하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 비타민 B5 또는 비타민 B1의 농도는 상기 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량 위로 2배 내지 80배 증가하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비타민 B7의 농도는 상기 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량 위로 2배 내지 30배 증가하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 비타민 B7의 농도는 상기 적어도 1종의 미생물의 세포 소요량 위로 2배 내지 30배 증가하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B1의 농도는 20 내지 500㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B1의 농도는 20 내지 500㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B5의 농도는 100 내지 4000㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B5의 농도는 100 내지 4000㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B7의 농도는 100 내지 4000㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 액체 영양소 배지 중의 상기 비타민 B7의 농도는 100 내지 4000㎍/g의 생성된 바이오매스인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 피루베이트 유래 생성물은 2,3-뷰탄다이올, 락테이트, 숙시네이트, 메틸 에틸 케톤, 2-뷰탄올, 프로판다이올, 2-프로판올, 아이소프로판올, 아세토인, 아이소뷰탄올, 시트라말레이트, 뷰타다이엔 및 폴리 락트산으로 이루어진 군으로부터 선택된, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 아세틸-CoA 유래 생성물은 에탄올인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  15. 제2항에 있어서, 상기 2,3-뷰탄다이올의 생성은 에탄올:2,3-뷰탄다이올의 비율이 4:1로부터 1:1로 변하도록 증가하는, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  16. 제2항에 있어서, 상기 2,3-뷰탄다이올의 생성은 매일 적어도 10g/ℓ인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  17. 제2항에 있어서, 상기 2,3-뷰탄다이올의 생성은 매일 적어도 20g/ℓ인, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐(Clostridium), 모렐라(Moorella), 옥소박터(Oxobacter), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 아세토박테륨(Acetobacterium), 유박테륨(Eubacterium) 또는 뷰티리박테륨(Butyribacterium)으로 이루어진 군으로부터 선택된, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  19. 제2항에 있어서, 상기 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐, 모렐라, 옥소박터, 펩토스트렙토코커스, 아세토박테륨, 유박테륨 또는 뷰티리박테륨으로 이루어진 군으로부터 선택된, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리듐 리융달리(Clostridium ljungdahli), 클로스트리듐 카복시디보란스(Clostridium carboxidivorans), 클로스트리듐 드라케이(Clostridium drakei), 클로스트리듐 스카톨로게네스(Clostridium scatologenes), 클로스트리듐 아세티쿰(Clostridium aceticum), 클로스트리듐 포르미코아세티쿰(Clostridium formicoaceticum), 클로스트리듐 마그눔(Clostridium magnum), 뷰티리박테륨 메틸로트르포이쿰(Butyribacterium methylotrphoicum), 아세토박테륨 우디(Acetobacterium woodii), 알칼리바쿨룸 바치(Alkalibaculum bacchi), 블라우티아 프로덕타(Blautia producta), 유박테륨 리모숨(Eubacterium limosum), 모렐라 써모아세티카(Moorella thermoacetica), 스포로무사 오바타(Sporomusa ovata), 스포로무사 실바세티카(Sporomusa silvacetica), 스포로무사 스파에로이데스(Sporomusa sphaeroides), 옥소박터 프페니기(Oxobacter pfennigii) 및 써모아나에로박터 키우비(Thermoanaerobacter kiuvi)로 이루어진 군으로부터 선택된, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 초산생성 일산화탄소영양 미생물은 클로스트리듐 아우토에타노게늄, 클로스트리듐 리융달리, 클로스트리듐 카복시디보란스, 클로스트리듐 드라케이, 클로스트리듐 스카톨로게네스, 클로스트리듐 아세티쿰, 클로스트리듐 포르미코아세티쿰, 클로스트리듐 마그눔, 뷰티리박테륨 메틸로트르포이쿰, 아세토박테륨 우디, 알칼리바쿨룸 바치, 블라우티아 프로덕타, 유박테륨 리모숨, 모렐라 써모아세티카, 스포로무사 오바타, 스포로무사 실바세티카, 스포로무사 스파에로이데스, 옥소박터 프페니기 및 써모아나에로박터 키우비로 이루어진 군으로부터 선택된, 적어도 1종의 피루베이트 유래 생성물의 생성을 증가시키는 방법.
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