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通過(guò)多步閃蒸從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法
閱讀：278發(fā)布：2022-10-16
專利匯可以提供通過(guò)多步閃蒸從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及采用 真空 蒸發(fā) 從 發(fā)酵 液中去除丁醇和其它產(chǎn)物醇的方法。用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法包括以下步驟：(a)蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：(i)通過(guò)一次或多次預(yù)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及(ii)通過(guò)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；其中所述蒸氣流包含選自產(chǎn)物醇、 水 和二 氧 化 碳 的一種或多種組分；以及(b)從一股或多股蒸氣流或其一部分中回收產(chǎn)物醇。，下面是通過(guò)多步閃蒸從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：
(a)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：
(i)通過(guò)一次或多次預(yù)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及
(ii)通過(guò)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；
其中所述蒸氣流包含選自產(chǎn)物醇、水和二氧化碳的一種或多種組分；以及
(b)從所述一股或多股蒸氣流或其一部分中回收產(chǎn)物醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閃蒸的壓力低于所述一次或多次預(yù)閃蒸的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產(chǎn)物醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個(gè)容器中進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括
在真空條件下使所述一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及
蒸餾包含一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和二氧化碳的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流的所述步驟在約20℃至約100℃的溫度下發(fā)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括
處理由通過(guò)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分而形成的蒸氣流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中處理所述蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述蒸氣流的處理選自冷凝、壓縮、吸收、制冷以及它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括
壓縮所述殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和二氧化碳。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流的產(chǎn)物醇含量低于步驟(a)(ii)的蒸氣流的產(chǎn)物醇含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括
使所述壓縮蒸氣流與發(fā)酵液接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括
蒸餾所述液體流以回收產(chǎn)物醇。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一次或多次預(yù)閃蒸在預(yù)閃蒸槽中發(fā)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述預(yù)閃蒸槽為噴霧塔。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發(fā)生。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述發(fā)酵液中培養(yǎng)微生物以制備產(chǎn)物醇。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，所述方法還包括
用微量營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充所述發(fā)酵液。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述微量營(yíng)養(yǎng)素包含腐蝕性產(chǎn)品。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括
通過(guò)用抗微生物劑處理所述發(fā)酵液或其料流來(lái)防止發(fā)酵中的污染。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括
提供包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液；
從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，由此產(chǎn)生(i)包含可發(fā)酵碳源的水溶液和(ii)包含固體的濕餅共產(chǎn)物；以及
在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加所述水溶液，由此制備產(chǎn)物醇。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述不溶解固體通過(guò)以下方法從原料漿液中分離：潷析器碗離心、三相離心、盤(pán)疊離心、過(guò)濾離心、潷析器離心、過(guò)濾、真空過(guò)濾、帶式過(guò)濾器、壓濾、使用篩網(wǎng)的過(guò)濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括
在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液，由此制備產(chǎn)物醇。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，所述方法還包括
在一次或多次預(yù)閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述發(fā)酵液中分離。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中以使對(duì)微生物的剪切損壞最小化的流速?gòu)乃霭l(fā)酵容器中去除發(fā)酵液。
30.一種用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：
(a)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：
(i)任選地在第一壓力P1下在第一預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；
(ii)在第二壓力P2下在第二預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及
(iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；
其中所述一股或多股蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和二氧化碳；以及
(b)從所述一股或多股蒸氣流中回收產(chǎn)物醇。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第三壓力P3低于所述第二壓力P2。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產(chǎn)物醇。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個(gè)容器中進(jìn)行。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括
在真空條件下使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到所述吸收液體中以形成吸收液相；以及
蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和二氧化碳的至少一部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流的所述步驟在約20℃至約100℃的溫度下發(fā)生。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括
處理由通過(guò)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分而形成的蒸氣流。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中處理所述蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述蒸氣流的處理選自冷凝、壓縮、吸收、制冷以及它們的組合。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括
壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和二氧化碳。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流的產(chǎn)物醇含量低于步驟(a)(ii)的蒸氣流的產(chǎn)物醇含量。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，所述方法還包括
使所述壓縮蒸氣流與發(fā)酵液接觸。
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括
蒸餾所述液體流以回收產(chǎn)物醇。
45.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第一預(yù)閃蒸或第二預(yù)閃蒸在預(yù)閃蒸槽中發(fā)生。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述預(yù)閃蒸槽為噴霧塔。
47.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發(fā)生。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
49.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括在所述發(fā)酵液中培養(yǎng)微生物以制備產(chǎn)物醇。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，所述方法還包括
用微量營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充所述發(fā)酵液。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中所述微量營(yíng)養(yǎng)素包含腐蝕性產(chǎn)品。
53.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括
通過(guò)用抗微生物劑處理所述發(fā)酵液或其料流來(lái)防止發(fā)酵中的污染。
54.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括
提供包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液；
從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，由此產(chǎn)生(i)包含可發(fā)酵碳源的水溶液和(ii)包含固體的濕餅共產(chǎn)物；以及在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加所述水溶液，由此制備產(chǎn)物醇。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中所述不溶解固體通過(guò)以下方法從原料漿液中分離：潷析器碗離心、三相離心、盤(pán)疊離心、過(guò)濾離心、潷析器離心、過(guò)濾、真空過(guò)濾、帶式過(guò)濾器、壓濾、使用篩網(wǎng)的過(guò)濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。
56.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，所述方法還包括
在發(fā)酵容器中將包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液添加到包含微生物的發(fā)酵液中，由此制備產(chǎn)物醇。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，所述方法還包括
在所述第一預(yù)閃蒸、第二預(yù)閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述發(fā)酵液中分離。
58.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中以使對(duì)微生物的剪切損壞最小化的流速?gòu)乃霭l(fā)酵容器中去除發(fā)酵液。
59.一種用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：
(a)引導(dǎo)氣體進(jìn)入所述發(fā)酵液，其中產(chǎn)物醇的一部分轉(zhuǎn)移到所述氣體中；
(b)從發(fā)酵液中去除氣體以回收所述產(chǎn)物醇；
(c)從發(fā)酵容器中去除發(fā)酵液的一部分；
(d)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：
(i)任選地在第一壓力P1下在第一預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；
(ii)在第二壓力P2下在第二預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及
(iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；
其中所述一股或多股蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和二氧化碳；以及
(e)從所述一股或多股蒸氣流中回收產(chǎn)物醇。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中所述第三壓力P3低于所述第二壓力P2。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，所述方法還包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產(chǎn)物醇。
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個(gè)容器中進(jìn)行。
64.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，所述方法還包括
在真空條件下使所述一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到所述吸收液體中以形成吸收液相；以及
蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和二氧化碳的至少一部分。
65.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流的所述步驟在約20℃至約100℃的溫度下發(fā)生。
66.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中所述第一預(yù)閃蒸或第二預(yù)閃蒸在預(yù)閃蒸槽中發(fā)生。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述預(yù)閃蒸槽為噴霧塔。
68.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發(fā)生。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
70.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，所述方法還包括在所述發(fā)酵液中培養(yǎng)微生物以制備所述產(chǎn)物醇。
71.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
72.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，所述方法還包括
在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液，由此制備產(chǎn)物醇。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，所述方法還包括
在所述第一預(yù)閃蒸、第二預(yù)閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述發(fā)酵液中分離。
74.一種用于回收產(chǎn)物醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括選自發(fā)酵容器、預(yù)閃蒸槽、閃蒸槽、滌氣器、蒸發(fā)系列和蒸餾塔的一個(gè)或多個(gè)組件。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)系列包括四(4)主體設(shè)置雙(2)效應(yīng)或雙(2)主體設(shè)置四(4)效應(yīng)。
76.根據(jù)權(quán)利要求74所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)閃蒸槽和/或閃蒸槽為噴霧塔。
77.根據(jù)權(quán)利要求74所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括選自啤酒塔、精餾器、再沸器、冷凝器和壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)組件。
78.一種組合物，所述組合物包含通過(guò)權(quán)利要求1、30和59中任一項(xiàng)所述的方法回收的產(chǎn)物醇。
79.一種組合物，所述組合物包含通過(guò)權(quán)利要求25或54所述的方法制備的濕餅。
80.一種動(dòng)物飼料，所述動(dòng)物飼料包含權(quán)利要求79所述的組合物。
通過(guò)多步閃蒸從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及從發(fā)酵液中去除丁醇和其它產(chǎn)物醇的方法。
背景技術(shù)
[0003] 有利的丁醇發(fā)酵方法可包括通過(guò)微生物將糖向丁醇完全或基本上完全轉(zhuǎn)化，而不達(dá)到高于微生物的丁醇耐受性的閾值的丁醇滴度，該高于微生物的丁醇耐受性的閾值的丁醇滴度可引起丁醇制備速率降到不可取的預(yù)設(shè)速率以下。雖然將糖載量限制到使分批發(fā)酵不需要在高于耐受性水平的丁醇濃度下操作的水平是可能的，但是這個(gè)方法具有缺點(diǎn)，因?yàn)槭芟薜奶禽d量可導(dǎo)致降低的主要生產(chǎn)能力和稀溶液，這對(duì)方法來(lái)說(shuō)可能是經(jīng)濟(jì)上不可取的。因此，需要一種方法，通過(guò)該方法在發(fā)酵中將丁醇含量限制在等于或低于耐受性水平，同時(shí)糖載量不受考慮耐受性水平的限制。
[0004] 通過(guò)其可使制備丁醇的發(fā)酵方法更有效的一種方法可以為在丁醇從發(fā)酵培養(yǎng)基(或發(fā)酵液)中形成時(shí)，例如通過(guò)蒸發(fā)處理將其去除，使得不達(dá)到制備丁醇的微生物的耐受性水平，使得發(fā)酵容器能夠承載高載量的糖。此類“原位產(chǎn)物去除”(“ISPR”)方法描述于例如PCT國(guó)際公布WO2009/079362；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0035398；和美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0211348中。
[0005] 因?yàn)榘l(fā)酵依賴于微生物，所以關(guān)于微生物的任何溫度限制均可以考慮。為了在可接受的溫度下操作蒸發(fā)過(guò)程，必須考慮冷卻和冷凝包含產(chǎn)物醇的蒸氣流，或在真空下操作的成本和實(shí)用性。與化學(xué)過(guò)程中排熱相關(guān)聯(lián)的成本可為工廠位置和年度時(shí)間的函數(shù)。在許多地理區(qū)域，不可能確保在需要從蒸氣流中排熱的溫度下進(jìn)行有效的或可操作的冷卻。
[0006] 向換熱器提供冷凍水以實(shí)施冷凝，這顯著地增加了冷卻介質(zhì)的成本。一種替代形式可以為將蒸氣流壓縮至稍高的壓力以使冷凝能夠在更高溫度下進(jìn)行。所述使用溴化鋰以及類似吸濕溶液吸收乙醇和水蒸氣的方法可能不足以吸收蒸氣流中的二氧化碳或高級(jí)醇。
[0007] 此外，無(wú)論使用何種方法，均將存在殘余的氣體流(例如，發(fā)酵液中的二氧化碳)，所述殘余的氣體流必須在釋放到大氣中之前被壓縮。雖然真空閃蒸代表了可通過(guò)其從發(fā)酵過(guò)程中去除丁醇的有效方式，但是需要對(duì)所得的包含丁醇或其它產(chǎn)物醇的低壓蒸氣流的處理進(jìn)行改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
[0008] 本文所述的方法可用于制備產(chǎn)物醇(例如，乙醇、丁醇)的發(fā)酵，因?yàn)槠谕诎l(fā)酵期間去除這些醇以減弱對(duì)發(fā)酵中微生物的生產(chǎn)能力和/或活性的影響。本文提供的方法在發(fā)酵期間提供有效的產(chǎn)物回收并具有對(duì)發(fā)酵條件的最小影響。
[0009] 本發(fā)明涉及用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：(a)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：(i)通過(guò)一次或多次預(yù)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及(ii)通過(guò)閃蒸蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；其中所述蒸氣流包含選自醇、水和二氧化碳的一種或多種組分；以及(b)從一股或多股蒸氣流或其一部分中回收產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，閃蒸的壓力可低于一種或多種預(yù)閃蒸的壓力。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。在一些實(shí)施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個(gè)容器中進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實(shí)施例中，一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸可在真空條件下進(jìn)行。
[0010] 在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括處理由通過(guò)閃蒸蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分而形成的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，可處理蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，所述蒸氣流的處理可通過(guò)壓縮、冷凝、吸收、制冷或它們的組合進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。在一些實(shí)施例中，所述壓縮蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳。在一些實(shí)施例中，所述壓縮蒸氣流的產(chǎn)物醇含量可低于所述蒸氣流(例如，本文所述的步驟(a)(ii)的蒸氣流)的產(chǎn)物醇含量。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使壓縮蒸氣流與發(fā)酵液接觸。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)酵液可以為來(lái)自發(fā)酵容器或一次或多次預(yù)閃蒸的發(fā)酵液。
[0011] 本發(fā)明還涉及用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：(a)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中所述蒸發(fā)包括：(i)任選地在第一壓力P1下在第一預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；(ii)在第二壓力P2下在第二預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及(iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；其中所述一股或多股蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳；以及(b)從所述一股或多股蒸氣流中回收產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，第三壓力P3可低于第二壓力P2。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。在一些實(shí)施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟可在單個(gè)容器中進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實(shí)施例中，一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸可在真空條件下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括處理由通過(guò)閃蒸蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分而形成的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，可處理蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，蒸氣流的處理可通過(guò)壓縮和/或冷凝進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，蒸氣流的處理可通過(guò)吸收進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，蒸氣流的處理可通過(guò)制冷進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。在一些實(shí)施例中，所述壓縮蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳。在一些實(shí)施例中，所述壓縮蒸氣流的產(chǎn)物醇含量可低于所述蒸氣流(例如，本文所述的步驟(a)(ii)的蒸氣流)的產(chǎn)物醇含量。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使壓縮蒸氣流與發(fā)酵液接觸。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)酵液可以為來(lái)自發(fā)酵容器或一次或多次預(yù)閃蒸的發(fā)酵液。
[0012] 本發(fā)明還涉及用于從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的方法，所述方法包括：(a)引導(dǎo)氣體進(jìn)入所述發(fā)酵液，其中產(chǎn)物醇的一部分轉(zhuǎn)移到氣體中；(b)從發(fā)酵液中去除氣體以回收所述產(chǎn)物醇；(c)從發(fā)酵容器中去除發(fā)酵液的一部分；(d)至少部分地蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發(fā)包括：(i)任選地在第一壓力P1下在第一預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；(ii)在第二壓力P2下在第二預(yù)閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；以及(iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發(fā)所述發(fā)酵液或其一部分；其中所述一股或多股蒸氣流包含產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳；以及(e)從所述一股或多股蒸氣流中回收產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，第三壓力P3可低于第二壓力P2。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括通過(guò)使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。在一些實(shí)施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟可在單個(gè)容器中進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產(chǎn)物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實(shí)施例中，一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸可在真空條件下進(jìn)行。
[0013] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，所述冷凝溶液可包含產(chǎn)物醇。在本文所述方法的一些實(shí)施例中，蒸發(fā)發(fā)酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流的所述步驟可在約20℃至約100℃的溫度下發(fā)生。
[0014] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，所述方法還可包括在發(fā)酵液中培養(yǎng)微生物以制備產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，微生物可以為耐熱微生物。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括用微量營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充發(fā)酵液。在一些實(shí)施例中，所述微量營(yíng)養(yǎng)素可包含腐蝕性產(chǎn)品。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括通過(guò)用抗微生物劑處理所述發(fā)酵液或其流來(lái)防止發(fā)酵中的污染。
[0015] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，所述方法還包括提供包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液；從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，從而產(chǎn)生(i)包含可發(fā)酵碳源的水溶液和(ii)包含不溶解固體的濕餅共產(chǎn)物；以及在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加所述水溶液，由此制備產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，所述不溶解固體通過(guò)以下方法從原料漿液中分離：潷析器碗離心、三相離心(例如， )、盤(pán)疊離心、過(guò)濾離心、潷析器離心、過(guò)濾、真空過(guò)濾、帶式過(guò)濾器、壓濾、使用篩網(wǎng)的過(guò)濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。
[0016] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，所述方法還可包括在發(fā)酵容器中向包含微生物的發(fā)酵液中添加包含可發(fā)酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液，由此制備產(chǎn)物醇。在一些實(shí)施例中，所述方法還可包括在一次或多次預(yù)閃蒸或閃蒸之前，將不溶解固體的至少一部分從發(fā)酵液中分離。例如，可在第一預(yù)閃蒸或第二預(yù)閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從發(fā)酵液中分離。
[0017] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，一次或多次預(yù)閃蒸可在預(yù)閃蒸槽中發(fā)生。例如，在一些實(shí)施例中，第一預(yù)閃蒸和/或第二預(yù)閃蒸可在預(yù)閃蒸槽中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸槽可為噴霧塔。在一些實(shí)施例中，閃蒸可在閃蒸槽中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，閃蒸槽可為噴霧塔。
[0018] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，所述方法還可包括蒸餾液體流以回收產(chǎn)物醇。
[0019] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，可以使對(duì)微生物的剪切損壞最小化的流速?gòu)陌l(fā)酵容器中去除發(fā)酵液。
[0020] 本發(fā)明還涉及用于回收產(chǎn)物醇的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括選自發(fā)酵容器、預(yù)閃蒸槽、閃蒸槽、滌氣器、蒸發(fā)系列和蒸餾塔的一個(gè)或多個(gè)組件。在一些實(shí)施例中，所述蒸發(fā)系列包括四(4)主體設(shè)置雙(2)效應(yīng)或雙(2)主體設(shè)置四(4)效應(yīng)。在一些實(shí)施例中，所述預(yù)閃蒸槽和/或閃蒸槽可為噴霧塔。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括選自啤酒塔、精餾器、再沸器、冷凝器和壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)組件。
[0021] 本發(fā)明涉及包含通過(guò)本文所述方法回收的產(chǎn)物醇的組合物。本發(fā)明涉及包含由本文所述方法產(chǎn)生的濕餅的組合物。本發(fā)明還涉及包含所述濕餅組合物的動(dòng)物飼料。附圖說(shuō)明
[0022] 并入本文并成為說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了本發(fā)明，并且與說(shuō)明書(shū)一起進(jìn)一步用來(lái)解釋本發(fā)明的原理并使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。
[0023] 圖1A-C示意性地示出了可用于實(shí)踐根據(jù)本文所述實(shí)施例的所述方法的示例性系統(tǒng)。
[0024] 圖2A和2B示意性地示出用于制備產(chǎn)物醇的示例性工藝流程圖。
[0025] 圖3是本文所提供的方法的實(shí)施例的示例性流程圖。
[0026] 圖4是本文所提供的方法的實(shí)施例的示例性流程圖。
[0027] 圖5是本文所提供的方法的實(shí)施例的示例性流程圖。
[0028] 圖6是可與本文所述方法一起使用的蒸發(fā)系列的例子。
[0029] 圖7是可與本文所述方法一起使用的蒸發(fā)系列的例子。
[0030] 圖8示出了可與本文所述方法一起使用的回收處理的例子。
[0031] 圖9示出了本文所述方法的總體處理流程的例子。
[0032] 圖10示出了由發(fā)酵制備產(chǎn)物醇到回收產(chǎn)物醇的例子。
[0033] 圖11示出了可與本文所述方法一起使用的回收處理的例子。
[0034] 圖12示意性地示出了用于原料制備的示例性方法。
[0035] 圖13示出了消毒劑對(duì)細(xì)胞活性的效應(yīng)。
[0036] 圖14示出了丁醇發(fā)酵和閃蒸過(guò)程中的葡萄糖吸收率和細(xì)胞生長(zhǎng)率。
[0037] 圖15示出了在時(shí)間零點(diǎn)下引發(fā)閃蒸時(shí)動(dòng)態(tài)模型的輸出。
具體實(shí)施方式
[0038] 本文提供的方法可通過(guò)以下具體實(shí)施方式和構(gòu)成本專利申請(qǐng)一部分的附圖獲得充分了解。附圖說(shuō)明旨在幫助理解本文所述的方法而不應(yīng)理解為限制性的。此外，在附圖說(shuō)明中提出了方法條件，這些條件以例子形式提供，并且對(duì)這些條件的變型在本方面的精神內(nèi)。
[0039] 除非另行定義，否則本文所用的所有科技術(shù)語(yǔ)的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的一樣。如發(fā)生矛盾，以本專利申請(qǐng)(包括其定義)為準(zhǔn)。此外，除非上下文另有所需，單數(shù)術(shù)語(yǔ)將包括復(fù)數(shù)并且復(fù)數(shù)術(shù)語(yǔ)將包括單數(shù)。為所有目的，所有的出版物、專利以及本文提及的其它參考資料均全文以引用方式并入本文。
[0040] 為了進(jìn)一步限定本發(fā)明，本文提供了以下術(shù)語(yǔ)和定義。
[0041] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”、“具有”或“含有”或它們的任何其它變型將被理解為是指包括指定的整數(shù)或整數(shù)組但不排除任何其它整數(shù)或整數(shù)組。例如，包含一系列元素的組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備不必僅限于那些元素，而可以包括其它未明確列出的元素，或此類組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備固有的元素。此外，除非有相反的明確說(shuō)明，“或”是指包含性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下中任一者均滿足條件A或B：A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)以及A和B都是真的(或存在的)。
[0042] 如本文所用，如整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語(yǔ)“由...組成”或諸如“由...組成”的不同時(shí)態(tài)的變型表明包括任何列舉的整數(shù)或整數(shù)組，但是無(wú)附加整數(shù)或整數(shù)組可加入到指定的方法、結(jié)構(gòu)或組合物中。
[0043] 如本文所用，如整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語(yǔ)“基本上由...組成”或諸如“基本上由...組成”的不同時(shí)態(tài)的變型表明包括任何列舉的整數(shù)或整數(shù)組，并且任選地包括未顯著改變指定的方法、結(jié)構(gòu)或組合物的基本或新穎特性的任何列舉的整數(shù)或整數(shù)組。
[0044] 同樣，涉及元素或組分的例子的數(shù)目(即次數(shù))在本發(fā)明元素或組分前的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”旨在是非限制性的。因此，應(yīng)將“一個(gè)”或“一種”理解為包括一個(gè)或至少一個(gè)，并且元素或組分的詞語(yǔ)單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)形式，除非有數(shù)字明顯表示單數(shù)。
[0045] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”或“本發(fā)明”為非限制性術(shù)語(yǔ)，并且不旨在意指本發(fā)明的任何單獨(dú)實(shí)施例，而是涵蓋如專利申請(qǐng)所述的所有可能的實(shí)施例。
[0046] 如本文所用，修飾本發(fā)明的成分或反應(yīng)物的量使用的術(shù)語(yǔ)“約”是指可以通過(guò)例如以下方式而發(fā)生的用數(shù)字表示的量的變化：在真實(shí)世界中用于產(chǎn)生濃縮物或溶液的一般測(cè)定和液體處理操作；通過(guò)這些操作中非故意的誤差；通過(guò)用于制備組合物或執(zhí)行方法的成分的制造、來(lái)源或純度中的差異；等。術(shù)語(yǔ)“約”還涵蓋由于相對(duì)于由特定起始混合物所得的組合物的不同平衡條件而不同的量。無(wú)論是否通過(guò)術(shù)語(yǔ)“約”來(lái)修飾，權(quán)利要求包括量的等同量。在一個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)“約”指在報(bào)告數(shù)值的10％范圍內(nèi)，或者在報(bào)告數(shù)值的5％范圍內(nèi)。
[0047] 如本文所用，“生物質(zhì)”指包含可水解多糖的天然產(chǎn)物，所述可水解多糖提供可發(fā)酵糖，包括來(lái)源于天然來(lái)源諸如玉米、甘蔗、小麥、纖維素或木質(zhì)纖維素材料以及包含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、低聚糖、二糖和/或單糖以及它們的混合物的材料的任何糖和淀粉。生物質(zhì)也可包含附加組分諸如蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)。生物質(zhì)可來(lái)源于單一來(lái)源，或者生物質(zhì)可包括來(lái)源于多于一種來(lái)源的混合物；例如，生物質(zhì)可包括玉米棒和玉米秸稈的混合物，或草和葉的混合物。生物質(zhì)包括但不限于生物能作物、農(nóng)業(yè)殘余物、市政固體垃圾、工業(yè)固體垃圾、來(lái)自造紙業(yè)的淤渣、庭院垃圾、廢棄糖、木材和林業(yè)垃圾。生物質(zhì)的例子包括但不限于：玉米粒、玉米棒、農(nóng)作物殘余物諸如玉米殼、玉米秸稈、草、小麥、黑麥、小麥秸稈、大麥、大麥秸稈、干草、稻稈、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱、大豆、乳清、乳清滲透物、從谷物研磨中獲得的組分、樹(shù)、枝、根、葉、木屑、鋸末、灌木和灌叢、蔬菜、水果、花、動(dòng)物糞肥以及它們的混合物。例如，醪、果汁、糖蜜或水解產(chǎn)物可通過(guò)本領(lǐng)域已知的用于出于發(fā)酵目的處理生物質(zhì)的任何處理方法，諸如研磨、處理和/或液化來(lái)由生物質(zhì)形成，并且包含可發(fā)酵糖，并且可包含一定量水。例如，可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法處理纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以獲得包含可發(fā)酵糖的水解產(chǎn)物(參見(jiàn)，例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0031918，其以引用方式并入本文)。纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶促糖化通常利用酶聚生體來(lái)降解纖維素和半纖維素以產(chǎn)生包含糖的水解產(chǎn)物，所述糖包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。適用于纖維素和/或木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的糖化酶參見(jiàn)Lynd等人(Microbiol.Mol.Biol.Rev.66：506-577，2002)。
[0048] 如本文所用，“真空閃蒸”或“閃蒸”是指工藝步驟，由此使液體流經(jīng)受壓力的下降(例如，保持在真空下)。所述液體流可來(lái)自發(fā)酵容器或單獨(dú)的容器如預(yù)閃蒸槽。壓力下降使得一部分液體流蒸發(fā)成氣相。經(jīng)受該步驟的液體流可被稱為“經(jīng)閃蒸的”或“經(jīng)部分蒸發(fā)的”或“經(jīng)蒸發(fā)的”。在一些實(shí)施例中，可將來(lái)自發(fā)酵容器的液體流傳遞至可保持在真空下的單獨(dú)的容器中(其可以為多級(jí)蒸餾塔或單級(jí)槽)。在一些實(shí)施例中，液體流可以為發(fā)酵容器中的發(fā)酵液。在一些實(shí)施例中，閃蒸可在發(fā)酵容器中進(jìn)行。
[0049] 在一些實(shí)施例中，其中“閃蒸”在多級(jí)蒸餾塔中進(jìn)行，閃蒸還可被稱為“蒸餾”或“閃蒸蒸餾”。
[0050] 如本文所用，“閃蒸槽”或“閃蒸容器”是指其中至少一部分液體流閃蒸成氣相的物理位置。
[0051] 如本文所用，“預(yù)閃蒸”是指閃蒸步驟之前的工藝步驟，由此使液體流經(jīng)受壓力的下降(例如，保持在真空下)。壓力下降使得一部分液體流蒸發(fā)成氣相。所述液體流可來(lái)自發(fā)酵容器或單獨(dú)的容器諸如預(yù)閃蒸槽。經(jīng)歷該步驟的液體流可被稱為“經(jīng)預(yù)閃蒸的”。在一些實(shí)施例中，可具有兩個(gè)或更多個(gè)預(yù)閃蒸步驟。
[0052] 如本文所用，“預(yù)閃蒸槽”或“預(yù)閃蒸容器”是指其中至少一部分液體流蒸發(fā)成氣相的物理位置。
[0053] 如本文所用，“吸收液體”是指在過(guò)程中引入的液體，其能夠吸收閃蒸期間產(chǎn)生的氣相中的任何部分。
[0054] 如本文所用，“發(fā)酵”是指工藝步驟，由此，碳底物可通過(guò)微生物的作用轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，諸如產(chǎn)物醇。
[0055] 如本文所用，“發(fā)酵液”或“發(fā)酵液體”是指任何以下物質(zhì)的混合物：水、糖、溶解的固體、懸浮的固體、產(chǎn)生醇的微生物、產(chǎn)物醇以及發(fā)酵容器中容納的材料的所有其它組分，其中產(chǎn)物醇通過(guò)在微生物的存在下使糖反應(yīng)生成醇、水和二氧化碳(CO2)而制得。有時(shí)，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“發(fā)酵培養(yǎng)基”和“發(fā)酵混合物”可與“發(fā)酵液”同義使用。
[0056] 如本文所用，“發(fā)酵容器”是指在其中進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)，由此由可發(fā)酵碳源(例如，糖)制成產(chǎn)物醇諸如丁醇的容器。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵反應(yīng)可在一個(gè)或多個(gè)發(fā)酵容器中進(jìn)行。術(shù)語(yǔ)“發(fā)酵罐”可與“發(fā)酵容器”同義使用。
[0057] 如本文所用，“可發(fā)酵碳源”是指能夠被本文所公開(kāi)的微生物代謝以制備產(chǎn)物醇的碳源。適宜的可發(fā)酵碳源包括但不限于單糖，諸如葡萄糖或果糖；二糖諸如乳糖或蔗糖；低聚糖；多糖諸如淀粉或纖維素；C5糖諸如木糖和阿拉伯糖；碳底物諸如甲烷；以及它們的混合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“可發(fā)酵碳源”有時(shí)可與“碳底物”或“可發(fā)酵碳底物”同義地使用。碳源可來(lái)源于生物質(zhì)。
[0058] 如本文所用，“原料”是指發(fā)酵過(guò)程中的進(jìn)料，所述進(jìn)料包含具有或不具有不溶解固體的可發(fā)酵碳源，并且如果適用，所述進(jìn)料在通過(guò)進(jìn)一步加工(諸如通過(guò)液化、糖化或其它方法)已經(jīng)從淀粉中釋放可發(fā)酵碳源或從復(fù)糖降解中獲取可發(fā)酵碳源之前或之后包含可發(fā)酵碳源。原料包括或可來(lái)源于生物質(zhì)。合適的原料包括但不限于黑麥、小麥、大麥、玉米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料以及它們的混合物。
[0059] 如本文所用，“糖”是指低聚糖、二糖和/或單糖。術(shù)語(yǔ)“糖類”還包括碳水化合物，包括淀粉、葡聚糖、糖原、纖維素、戊聚糖以及糖。
[0060] 如本文所用，“可發(fā)酵糖”是指能夠被本文所公開(kāi)的微生物代謝以制備產(chǎn)物醇的一種或多種糖。
[0061] 如本文所，“不溶解固體”指原料的不可發(fā)酵部分，其不溶解在液相中，例如胚芽、纖維和谷蛋白。例如，所述原料的不可發(fā)酵的部分包括保持為固體并且可從發(fā)酵液吸收液體的原料的部分。
[0062] 如本文所用，“干酒糟及可溶物”(Dried Distillers′ Grains with Solubles，DDGS)指來(lái)自原料或生物質(zhì)發(fā)酵的共產(chǎn)物或副產(chǎn)物(例如，制備產(chǎn)物醇的發(fā)酵谷物或谷物混合物)。在一些實(shí)施例中，DDGS還可以指由制備產(chǎn)物醇(例如，乙醇、丁醇、異丁醇等)的過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)物飼料。
[0063] 如本文所用，“液化容器”指在其中進(jìn)行液化的容器。液化是其中低聚糖從原料中釋放出來(lái)的過(guò)程。在其中原料是玉米的實(shí)施例中，低聚糖在液化期間從玉米淀粉內(nèi)容物中釋放出來(lái)。
[0064] 如本文所用，“產(chǎn)物醇”指在發(fā)酵過(guò)程中能夠由微生物產(chǎn)生的任何醇，所述微生物利用生物質(zhì)作為可發(fā)酵碳底物的來(lái)源。產(chǎn)物醇包括但不限于，C1至C8烷基醇、C1至C8烷醇的異構(gòu)體以及它們的混合物。在一些實(shí)施例中，產(chǎn)物醇是C2-C8烷基醇。在其它實(shí)施例中，產(chǎn)物醇是C2至C5烷基醇或C3至C6烷基醇。應(yīng)當(dāng)理解，C1至C8烷基醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇。同樣地，C2至C8烷基醇包括但不限于乙醇、丙醇、丁醇和戊醇?！按肌痹诒疚闹幸灿糜谥府a(chǎn)物醇。術(shù)語(yǔ)“發(fā)酵醇”可與產(chǎn)物醇同義使用。
[0065] 如本文所用，“丁醇”指以單獨(dú)或其混合物形式的丁醇異構(gòu)體1-丁醇(1-BuOH)、2-丁醇(2-BuOH)、叔丁醇(t-BuOH)和/或異丁醇(iBuOH或i-BuOH，也稱為2-甲基-1-丙醇)。
[0066] 如本文所用，“羧酸”指具有一般化學(xué)式-COOH的任何有機(jī)化合物，其中碳原子通過(guò)雙鍵與氧原子鍵合形成羰基(-C＝O)，并且通過(guò)單鍵與羥基(-OH)鍵合。羧酸可為質(zhì)子化羧酸的形式、羧酸鹽形式(例如銨鹽、鈉鹽或鉀鹽)或質(zhì)子化羧酸與羧酸鹽的混合物的形式。術(shù)語(yǔ)羧酸可描述單獨(dú)的化學(xué)物質(zhì)(例如油酸)或羧酸的混合物，其可通過(guò)例如水解生物質(zhì)來(lái)源的脂肪酸酯或甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯和磷脂產(chǎn)生。
[0067] 如本文所用，“重組微生物”是指已經(jīng)使用分子生物技術(shù)進(jìn)行工程化的微生物(例如細(xì)菌、酵母)?？扇芜x地工程化所述微生物以表達(dá)代謝途徑，和/或可任選地工程化所述微生物以減少或消除非期望的產(chǎn)物和/或提高期望代謝物的效率。例如，重組微生物可經(jīng)工程化以表達(dá)生物合成途徑，從而產(chǎn)生醇諸如丁醇。
[0068] 如本文所用，“滴度”是指由每升發(fā)酵培養(yǎng)基通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生的特定醇(例如，乙醇、丁醇)的總量。
[0069] 如本文所用，“速率”是指滴度除以發(fā)酵時(shí)間。
[0070] 如本文所用，“收率”是指每克消耗的葡萄糖產(chǎn)生的總產(chǎn)物醇克數(shù)。
[0071] 如本文所用，關(guān)于工藝物流或其組分的“主要部分”是指至少約50％的指定工藝物流或其指定組分。在一些實(shí)施例中，主要部分可包含至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、或至少約95％的或指定的工藝物流或其指定組分。如本文所用，關(guān)于工藝物流或其組分的“主要部分”是指至少約50％的指定工藝物流或其指定組分。在一些實(shí)施例中，主要部分可包含至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、或至少約
95％的或指定的工藝物流或其指定組分。
95％的或指定的工藝物流或其指定組分。
[0072] 如本文所用，關(guān)于工藝物流的“部分”或“其部分”是指保留物流組合物的任何物流部分，包括整個(gè)物流以及物流的任何一種或多種組分、包括物流的所有組分。
[0073] 產(chǎn)物醇諸如乙醇和丁醇可使用發(fā)酵工藝來(lái)制備。為了開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)酵工藝，在開(kāi)發(fā)該工藝時(shí)可考慮所有如下多個(gè)因素，諸如，培育可制備產(chǎn)物醇的微生物(“生物催化劑”)、能夠被微生物代謝的碳源、從發(fā)酵液中回收產(chǎn)物醇、共產(chǎn)物形成以及污染的可能性。
[0074] 在培育可制備產(chǎn)物醇的微生物時(shí)，發(fā)酵期間產(chǎn)物醇的積聚可能對(duì)微生物有毒并潛在地影響微生物的性能。即，發(fā)酵的終產(chǎn)物(例如，產(chǎn)物醇)可抑制微生物的生長(zhǎng)速率和生產(chǎn)率并可能導(dǎo)致較低的細(xì)胞密度。處理毒性的一種選擇是例如通過(guò)添加水來(lái)稀釋發(fā)酵液。然而，加載在發(fā)酵過(guò)程中的附加的水可降低主要生產(chǎn)能力并可能需要進(jìn)一步處理和加工，包括需要附加的設(shè)備諸如發(fā)酵罐、泵、混合槽、儲(chǔ)存槽、換熱器、蒸餾塔等，以及附加的成本。
[0075] 耐產(chǎn)物醇(例如，乙醇、丁醇)的微生物可改善細(xì)胞活性以及發(fā)酵過(guò)程的速率、滴度和收率。具有改善的產(chǎn)物醇耐受性的微生物可通過(guò)多種方法諸如篩選法來(lái)識(shí)別。例如，可在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物的樣品，并且當(dāng)微生物達(dá)到某個(gè)生長(zhǎng)期時(shí)，可將產(chǎn)物醇添加到生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。例如，可將濃度增加的產(chǎn)物醇添加到生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。微生物可繼續(xù)生長(zhǎng)一段時(shí)間，然后與產(chǎn)物醇接觸數(shù)次以對(duì)增加的產(chǎn)物醇耐受性進(jìn)行選擇。然后可將微生物分離以分出對(duì)例如濃度增加的產(chǎn)物醇具有耐受性的單個(gè)菌株(參見(jiàn)，例如，美國(guó)專利7,659,104和7,541,173；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2008/0138870；其全部公開(kāi)內(nèi)容全文并入本文)。
[0076] 耐產(chǎn)物醇的微生物可通過(guò)基因修飾法諸如基因突變來(lái)產(chǎn)生，所述基因突變包括，例如化學(xué)誘變、通過(guò)突變基因誘變、用紫外線或X-射線照射以及轉(zhuǎn)座子插入。與未修飾的微生物相比，這些修飾的微生物可具有改善的產(chǎn)物醇耐受性?？筛纳飘a(chǎn)物醇耐受性的基因修飾的例子包括但不限于如下基因的表達(dá)和/或修飾：relA、spoT和dksA基因(描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0203139中，其以引用方式并入本文)、延伸酶基因(Yazawa等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.91：1593-1600，2011)、熱激蛋白(HSPs)以及與類脂和脂肪酸代謝和細(xì)胞膜組成相關(guān)聯(lián)的基因(參見(jiàn)，例如Ma等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.，87：829-845，2010)。
[0077] 微生物的代謝途徑也可經(jīng)基因修飾以制備產(chǎn)物醇。這些途徑也可經(jīng)修飾以減少或去除非期望的代謝物，從而改善產(chǎn)物醇的收率。例如，利用微生物發(fā)酵制備丁醇以及制備丁醇的微生物公開(kāi)于例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0092957；2007/0259410；2007/0292927；2008/0182308；2008/0274525；2009/0305363；以及2009/0305370中，上述專利文獻(xiàn)以引用方式并入本文。在一些實(shí)施例中，微生物包括丁醇生物合成途徑或丁醇異構(gòu)體諸如1-丁醇、2-丁醇或異丁醇的生物合成途徑。在一些實(shí)施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼至少一個(gè)、至少兩個(gè)、至少三個(gè)或至少四個(gè)多肽，所述多肽催化途徑中底物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。
[0078] 此外，具有一定程度耐熱性從而更耐受升高的發(fā)酵或加工溫度的微生物對(duì)于總體過(guò)程效率也可能是有益的。如果微生物可耐受更高的溫度，則發(fā)酵工藝步驟諸如糖化以及回收工藝步驟諸如真空提取(真空閃蒸)可在更高溫度下進(jìn)行。例如，真空閃蒸可在約25℃至約60℃的溫度下進(jìn)行而不具有對(duì)耐熱微生物和/或糖化酶的負(fù)面效應(yīng)。在一些實(shí)施例中，真空閃蒸可在約20℃至約100℃的溫度下進(jìn)行。另外，可減少能量消耗。為了解釋說(shuō)明，原料的液化可在大于80℃的溫度下進(jìn)行，并且在添加發(fā)酵液之前，將液化的原料冷卻至約30-35℃(就酵母而言的典型的溫度范圍)將是必要的。使用可耐受更高溫度(例如，約40-50℃)的微生物，可降低總體能量消耗，因?yàn)橐夯脑蟽H需要被冷卻至約40-50℃，即，冷卻可能需要更低的能量需求。
[0079] 如果微生物耐受更高的溫度，則也可最小化污染的可能性。例如，細(xì)菌污染可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)這些營(yíng)養(yǎng)素而影響可供給制備產(chǎn)物醇的微生物的營(yíng)養(yǎng)素。此外，這些細(xì)菌污染可產(chǎn)生不利于制備產(chǎn)物醇的微生物的生長(zhǎng)的副產(chǎn)物(例如，乳酸)。因此，在使細(xì)菌污染最小化的溫度下進(jìn)行發(fā)酵過(guò)程，但是對(duì)耐熱的制備產(chǎn)物醇的微生物沒(méi)有影響的能力將是成本上有效的。
[0080] 耐熱微生物的例子包括東方伊薩酵母(Issatchenkia orientalis)、馬克斯克魯維酵母(Kluyveromyces marxianus)、脆壁克魯維酵母(Kluyveromyces fragilis)、多形漢遜酵母(Hansenula polymorpha)(參見(jiàn)，例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0045562；；Ballesteros等人，Appl Biochem Biotechnol.28-29：307-315，1991；Edgardo等人，Enzyme Microb.Technol.43：120-123，2008)。微生物還可被基因修飾成耐熱的，例如通過(guò)基因修飾微生物以表達(dá)應(yīng)激相關(guān)基因，諸如涉及泛素化過(guò)程的基因編碼蛋白質(zhì)(參見(jiàn)，例如，Shahsavarani等人，Biotechnol.Adv.(2011)doi：10.1016/jbiotechadv.2011.09.002)[0081] 這些耐熱微生物還可被基因修飾成表達(dá)制備產(chǎn)物醇的生物合成途徑，諸如丁醇生物合成途徑(參見(jiàn)，例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0092957；2007/0259410；2007/0292927；
2008/0182308；2008/0274525；2009/0305363；以及2009/0305370，上述專利文獻(xiàn)以引用方式并入本文)。
2008/0182308；2008/0274525；2009/0305363；以及2009/0305370，上述專利文獻(xiàn)以引用方式并入本文)。
[0082] 如本文所述，本發(fā)明涉及利用發(fā)酵工藝制備產(chǎn)物醇諸如乙醇和丁醇。發(fā)酵是酶催化途徑，其中糖分子在一系列氧化和還原反應(yīng)中被微生物代謝分解。作為可發(fā)酵碳源適用于發(fā)酵的糖可得自多種農(nóng)作物及廢料諸如甘蔗、甘蔗汁、糖蜜，糖用甜菜、玉米、玉米漿、木薯、甘薯、甜高粱、菊芋、初級(jí)澄清池淤渣、新聞紙、硬紙板、棉絨、稻稈、稻殼和玉米釜餾物。就纖維素類生物質(zhì)諸如農(nóng)業(yè)殘余物、林業(yè)殘余物、廢紙和庭院垃圾而言，這些材料中的纖維素和半纖維素(其為由糖分子組成的長(zhǎng)鏈聚合物)可在約240℃的溫度下用稀酸水解處理以水解纖維素和半纖維素，從而將分子分解成能夠容易地發(fā)酵的較小級(jí)分。作為另外一種選擇，纖維素酶可用于將纖維素水解成葡萄糖用于直接發(fā)酵。
[0083] 除了可發(fā)酵碳源之外，如本文所述方法中所用，發(fā)酵液(或發(fā)酵培養(yǎng)基)還可包含各種營(yíng)養(yǎng)素和/或微量營(yíng)養(yǎng)素。通常用于發(fā)酵過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)素和/或微量營(yíng)養(yǎng)素中包括氮、礦物質(zhì)、微量元素和維生素以及生長(zhǎng)因子。具體地講，微量營(yíng)養(yǎng)素可包括鉻、銅、鐵、鋰、鎂、錳、鉬、鉀、釩和鋅。在一些實(shí)施例中，這些微量營(yíng)養(yǎng)素可作為用于發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕的副產(chǎn)物來(lái)提供。例如，發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備可由不銹鋼構(gòu)成，并且不銹鋼的腐蝕可導(dǎo)致元素諸如鉻、鎳和鐵釋放入發(fā)酵液中，其繼而可被用作微生物的微量營(yíng)養(yǎng)素源。發(fā)酵液也可用氣體諸如氧氣來(lái)補(bǔ)充，其可提高產(chǎn)物醇的產(chǎn)量。
[0084] 合適的生長(zhǎng)因子包括維生素、嘌呤、嘧啶、核苷酸、核苷、氨基酸、脂肪酸、甾醇和聚胺。氮可得自如下源，諸如氣態(tài)氨；銨鹽諸如硫酸銨或磷酸氫二銨；硝酸鹽；尿素；氮的有機(jī)形式諸如肽和氨基酸的混合物(其繼而可得自水解的植物蛋白材料諸如玉米漿、酪蛋白水解產(chǎn)物、大豆粉、大麥芽、玉米蛋白粉、亞麻籽粉、乳清粉、甜菜和甘蔗糖蜜、大米和小麥粉以及酵母提取物)；以及蛋白胨，其為來(lái)源于肉類、酪蛋白、明膠、角蛋白、花生、大豆粉、棉籽和向日葵籽的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。
[0085] 合適的礦物質(zhì)和元素通常包括磷[例如，(NH4)2HPO4]、鉀(例如，KCl)、鎂、硫(例如，MgSO4.7H2O)、鈉、氯、鈷、鎳(例如，NiCl2)、鐵(例如，F(xiàn)eCl2.H2O)、鋅(例如，ZnCl2)、錳、鈣(例如，CaCl2)、銅(例如，CuSO4.5H2O)和鉬(例如，Na2MoO4)。合適的維生素通常包括核黃素、煙酸、泛酸、葉酸、膽堿、肌醇、生物素、吡多醇和硫胺。
[0086] 可添加到發(fā)酵液中的其它試劑包括，例如，增強(qiáng)產(chǎn)物醇的相對(duì)揮發(fā)性的甘油或任何其它生物相容性化合物。在一些實(shí)施例中，這些生物相容性化合物可具有親水性。此外，可將化合物諸如過(guò)氧化物或其它非揮發(fā)性氧化劑添加到發(fā)酵液中。
[0087] 在一些實(shí)施例中，可將抗微生物劑添加到發(fā)酵容器中以使污染最小化。抗微生物劑的例子包括但不限于抗生素諸如紅霉素、泰樂(lè)菌素和維及霉素，源自啤酒花的抗TM TM菌劑諸如IsoStab 和LactoStab ，和/或消毒劑諸如 和
在一些實(shí)施例中，可用抗生素、源自啤酒花的抗菌劑、消毒劑、酸處理、氨、
尿素、過(guò)氧化氫和/或二氧化氯處理發(fā)酵液或料流。在一些實(shí)施例中，可在再循環(huán)至發(fā)酵容器中之前處理所述發(fā)酵液或料流用于另一次發(fā)酵循環(huán)?？刮⑸飫?duì)微生物的影響可使用實(shí)例5中所述的方法進(jìn)行分析。
在一些實(shí)施例中，可用抗生素、源自啤酒花的抗菌劑、消毒劑、酸處理、氨、
尿素、過(guò)氧化氫和/或二氧化氯處理發(fā)酵液或料流。在一些實(shí)施例中，可在再循環(huán)至發(fā)酵容器中之前處理所述發(fā)酵液或料流用于另一次發(fā)酵循環(huán)?？刮⑸飫?duì)微生物的影響可使用實(shí)例5中所述的方法進(jìn)行分析。
[0088] 在一些實(shí)施例中，可通過(guò)測(cè)量和監(jiān)測(cè)相對(duì)條件和變量來(lái)控制發(fā)酵過(guò)程，所述相對(duì)條件和變量可包括但不限于下列中的一個(gè)或多個(gè)：溫度、壓力、氣體流速、液體入口和出口流速、培養(yǎng)物含量、培養(yǎng)物體積、培養(yǎng)物重量、培養(yǎng)物粘度、攪拌功率、攪拌速度、發(fā)泡、溶解氧濃度、溶解氧張力、溶解的CO2濃度、氧化還原電勢(shì)、pH、電導(dǎo)率、離子強(qiáng)度、稀釋率、碳水化合物濃度、總蛋白質(zhì)濃度、維生素濃度、核酸濃度、總細(xì)胞計(jì)數(shù)、活細(xì)胞計(jì)數(shù)、生物質(zhì)濃度、細(xì)胞大小、細(xì)胞年齡、倍增時(shí)間、基質(zhì)吸收率或產(chǎn)物形成速率。反應(yīng)條件和變量的測(cè)量可使用諸如以下的分析方法進(jìn)行：高效液相色譜法、核磁共振、流式細(xì)胞術(shù)、熒光法、流動(dòng)注射分析、質(zhì)譜法、氣相色譜法或紅外光譜法。發(fā)酵條件諸如壓力、溫度和pH對(duì)微生物的影響可使用實(shí)例1至4中所述的方法進(jìn)行分析。
[0089] 此外，可使用在線測(cè)量或?qū)崟r(shí)測(cè)量監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程，并且這些測(cè)量可用于改善整個(gè)發(fā)酵過(guò)程。為優(yōu)化發(fā)酵條件，可進(jìn)行發(fā)酵液中產(chǎn)物醇的原位測(cè)量，使得ISPR方法可被優(yōu)化。例如，可將發(fā)酵液中的產(chǎn)物醇濃度的實(shí)時(shí)測(cè)量與預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，并且可調(diào)節(jié)產(chǎn)物醇去除的速率。例如，可將產(chǎn)物醇去除的速率調(diào)節(jié)成使產(chǎn)物醇對(duì)微生物的毒性效應(yīng)最小化。
實(shí)時(shí)過(guò)程測(cè)量可用于調(diào)節(jié)發(fā)酵液的去除流速以匹配產(chǎn)物醇的生成。以這種方式，ISPR方法可以在維持整個(gè)發(fā)酵中發(fā)酵液中的低產(chǎn)物醇設(shè)定點(diǎn)所需的速率下進(jìn)行。該方法的一個(gè)有益效果是微生物經(jīng)歷對(duì)潛在破壞性溫度和壓力極限的最少暴露。使用過(guò)程測(cè)量以調(diào)節(jié)ISPR方法速率的另一個(gè)有益效果是節(jié)能的可能性。例如，根據(jù)ISPR方法的設(shè)計(jì)，在產(chǎn)物醇生產(chǎn)率增加時(shí)，可根據(jù)需要在線引入一個(gè)或多個(gè)ISPR處理單元以在發(fā)酵液中維持期望的產(chǎn)物醇設(shè)定點(diǎn)。
實(shí)時(shí)過(guò)程測(cè)量可用于調(diào)節(jié)發(fā)酵液的去除流速以匹配產(chǎn)物醇的生成。以這種方式，ISPR方法可以在維持整個(gè)發(fā)酵中發(fā)酵液中的低產(chǎn)物醇設(shè)定點(diǎn)所需的速率下進(jìn)行。該方法的一個(gè)有益效果是微生物經(jīng)歷對(duì)潛在破壞性溫度和壓力極限的最少暴露。使用過(guò)程測(cè)量以調(diào)節(jié)ISPR方法速率的另一個(gè)有益效果是節(jié)能的可能性。例如，根據(jù)ISPR方法的設(shè)計(jì)，在產(chǎn)物醇生產(chǎn)率增加時(shí)，可根據(jù)需要在線引入一個(gè)或多個(gè)ISPR處理單元以在發(fā)酵液中維持期望的產(chǎn)物醇設(shè)定點(diǎn)。
[0090] 實(shí)時(shí)測(cè)量也可用于在ISPR處理后監(jiān)控可再循環(huán)的發(fā)酵液中的產(chǎn)物醇濃度。該測(cè)量可影響ISPR方法的有效運(yùn)行以及發(fā)酵條件。這些測(cè)量允許優(yōu)化整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的ISPR單元操作并提供ISPR方法的任何干擾的早期指示，例如，可再循環(huán)的發(fā)酵液中產(chǎn)物醇濃度的增加(例如，高于期望的設(shè)定點(diǎn))
[0091] 過(guò)程測(cè)量還可用于改善ISPR方法的效率和操作。例如，發(fā)酵液中產(chǎn)物醇的生產(chǎn)率的實(shí)時(shí)測(cè)量可用于調(diào)節(jié)發(fā)酵液至預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽的流速。又如，可使用實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控吸收液體。這些測(cè)量可用于調(diào)節(jié)吸收液體的流速以及監(jiān)控吸收液體的再生和可能抑制吸收的發(fā)酵過(guò)程的副產(chǎn)物的生成。實(shí)時(shí)測(cè)量可用于監(jiān)控二氧化碳與吸收液體的反應(yīng)、碳酸氫鹽的生成以及吸收液體的再生。二氧化碳和碳酸氫鹽的實(shí)時(shí)測(cè)量的例子描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0035398中，其以引用方式并入本文。碳酸氫鹽測(cè)量可用于調(diào)節(jié)吸收單元和吸收液體再生單元的操作。
[0092] 用于進(jìn)行發(fā)酵的方法的類型可以為分批、補(bǔ)料分批型，其中將無(wú)菌培養(yǎng)基連續(xù)地或定期地添加到接種的發(fā)酵批次中，并且發(fā)酵液的體積隨每次培養(yǎng)基的添加而增加，或者連續(xù)型，其中無(wú)菌培養(yǎng)基持續(xù)進(jìn)料至發(fā)酵容器并持續(xù)取出發(fā)酵產(chǎn)物，因此發(fā)酵體積保持不變。
[0093] 所述發(fā)酵可在約20℃至60℃的范圍內(nèi)，在約25℃至約50℃的范圍內(nèi)，在約25℃至約42℃的范圍內(nèi)，或在約28℃至約35℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)酵可以在約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃或約60℃的溫度下。pH常常是一定程度地酸性，其中最佳的pH通常在約4.5至約6.5范圍內(nèi)，但通常具有對(duì)較低pH諸如約3或約2的耐受性。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵可在約7、約8、約9、約10或約11的pH下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵可在約2至約7或更高的范圍內(nèi)的pH下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵可在約大氣壓下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵可在約0.9atm、約1.0atm、約2.0atm、約3.0atm、約4.0atm或約5.0atm(如，約13psia至約75psia)的壓力下進(jìn)行。
[0094] 就本文所述的工藝和方法而言，可在發(fā)酵液中培養(yǎng)微生物直至獲得被稱為“生長(zhǎng)期”(或“增殖期”)的某個(gè)細(xì)胞密度。此外，發(fā)酵可在有氧、微氧或厭氧條件下，并在具有或不具有攪拌的情況下進(jìn)行。例如，厭氧條件為缺乏氧氣的那些條件，有氧條件為包含氧氣的那些條件，并且微氧條件為氧氣以低于存在于空氣中的含量存在的那些條件。培養(yǎng)物的生長(zhǎng)可通過(guò)測(cè)量通常在600nm波長(zhǎng)下的光密度來(lái)監(jiān)控。
[0095] 微生物可通過(guò)包括絮凝、離心、沉降和/或過(guò)濾在內(nèi)的多種方式從發(fā)酵液中去除。這可以在發(fā)酵液循環(huán)至預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽中之前或之后進(jìn)行。在進(jìn)一步需要的情況下，微生物可再循環(huán)至發(fā)酵液。微生物的循環(huán)利用產(chǎn)生高生物質(zhì)濃度，這可減少將基質(zhì)轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物所需的時(shí)間并提高生產(chǎn)能力。在一些實(shí)施例中，可在發(fā)酵過(guò)程中的任何時(shí)間將新鮮的發(fā)酵培養(yǎng)基和/或微生物添加到發(fā)酵容器中。
[0096] 在一些實(shí)施例中，微生物可通過(guò)各種固定或封裝技術(shù)來(lái)固定或封裝，所述固定或封裝技術(shù)包括但不限于，例如截留在凝膠基質(zhì)中、共價(jià)結(jié)合至各種載體材料的表面或吸附到載體上。例如，微生物可使用藻酸鹽、藻酸鈣或聚丙烯酰胺凝膠來(lái)固定或封裝，或通過(guò)在各種高表面積載體基質(zhì)諸如硅藻土(diatomite)、硅藻土(celite)、硅藻土(diatomaceous earth)、硅膠、塑料或樹(shù)脂上誘導(dǎo)生物膜形成來(lái)固定或封裝。經(jīng)固定的細(xì)胞可用于固定床或流化床反應(yīng)器。固定或封裝可提高生產(chǎn)能力諸如比體積生產(chǎn)能力、代謝率、產(chǎn)物醇收率、產(chǎn)物醇耐受性。
[0097] 在一些實(shí)施例中，可攪拌發(fā)酵液以維持微生物懸浮，或可使發(fā)酵液通過(guò)減壓裝置諸如閥門、噴嘴或噴孔，所述裝置可使微生物經(jīng)受剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力可導(dǎo)致細(xì)胞損壞諸如細(xì)胞壁損壞、形態(tài)變化、改變細(xì)胞代謝和降低細(xì)胞活性。為了測(cè)定剪切應(yīng)力對(duì)微生物的影響，可對(duì)多個(gè)因素進(jìn)行評(píng)估，所述因素包括，例如漿液粘度、流速、能量耗散率和暴露時(shí)間(參見(jiàn)，例如，Lange等人，J.Chem.Technol.Biotechnol.，76：501-505，2001；Katherine Smart，Brewing Yeast Fermentation Performance，第4章(第二版，2003)；El-Temtamy等人，Eur.J.Appl.Microbiol.Biotechnol.，15：156-160，1982)?；趯?duì)這些因素的評(píng)估，可將設(shè)備操作參數(shù)諸如泵和攪拌器速度、槽占有時(shí)間、噴嘴尺寸、壓力變化和流速(m/s)調(diào)節(jié)成對(duì)微生物的剪切損壞最小化。此外，固定和包封可使剪切對(duì)微生物的影響最小化。
[0098] 在發(fā)酵期間，可使發(fā)酵液經(jīng)受高壓和低壓的交替循環(huán)。在低壓循環(huán)期間，可在發(fā)酵液中形成氣體/蒸氣氣泡，并且當(dāng)發(fā)酵液經(jīng)受高壓循環(huán)時(shí)，這些氣泡可破裂(稱為“氣穴現(xiàn)象”)氣體/蒸氣氣泡的破裂可產(chǎn)生強(qiáng)剪切力，所述強(qiáng)剪切力可能對(duì)微生物造成損壞(例如，細(xì)胞破碎)。為最小化高/低壓循環(huán)的影響，可將發(fā)酵設(shè)備例如減壓裝置設(shè)計(jì)成防止氣穴現(xiàn)象發(fā)生?？衫萌鏒oulah等人，(Biotechnol.Bioeng.19：649-660，1977)和Baranov等人(Technol.Physics 52：927-933，2007)中所述的氣穴流動(dòng)模型分析氣穴過(guò)程。在一些實(shí)施例中，在減壓之前，微生物可例如通過(guò)離心或膜過(guò)濾從發(fā)酵液中分離，并且所述微生物可再循環(huán)至發(fā)酵容器中用于另一個(gè)發(fā)酵循環(huán)。
[0099] 在所述方法的另一個(gè)實(shí)施例中，可在發(fā)酵容器中的產(chǎn)物醇濃度達(dá)到某個(gè)濃度范圍時(shí)，在達(dá)到某個(gè)速率或滴度時(shí)或在發(fā)酵開(kāi)始時(shí)，引發(fā)產(chǎn)物醇的去除。例如，可在丁醇的濃度為至少約5g/L至至少約40g/L時(shí)引發(fā)丁醇從發(fā)酵容器中的去除，這可能導(dǎo)致丁醇對(duì)微生物的抑制作用降低。在一些實(shí)施例中，丁醇的濃度可以為至少約50g/L、至少約60g/L或更高。繼而，產(chǎn)物醇的抑制作用的降低可導(dǎo)致改善的發(fā)酵過(guò)程的生長(zhǎng)、速率、滴度和/或收率。在其它實(shí)施例中，可將發(fā)酵容器中的產(chǎn)物醇維持在預(yù)定閾值以下。預(yù)定閾值可取決于所述微生物對(duì)產(chǎn)物醇的耐受性。在一些實(shí)施例中，所述閾值可以小于約20g/L。在其它實(shí)施例中，所述閾值可以低于約8g/L、低于約10g/L、低于約15g/Lg/L、低于約25g/L、低于約30g/L或低于約40g/L。使用本文所述的方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地測(cè)量微生物的耐受性閾值以確定可引發(fā)產(chǎn)物醇去除的時(shí)間。
[0100] 在發(fā)酵過(guò)程中的預(yù)定時(shí)間點(diǎn)，可根據(jù)預(yù)定計(jì)劃表間歇地或在發(fā)酵過(guò)程中連續(xù)地從發(fā)酵液中回收產(chǎn)物醇。在從發(fā)酵液中回收產(chǎn)物醇之后，殘余的發(fā)酵液可再循環(huán)回發(fā)酵容器中以繼續(xù)發(fā)酵過(guò)程。根據(jù)需要，可將附加的培養(yǎng)基組分諸如葡萄糖或其它可發(fā)酵碳源和營(yíng)養(yǎng)素添加到發(fā)酵容器中。
[0101] 引發(fā)產(chǎn)物醇的去除可對(duì)微生物的活性和發(fā)酵過(guò)程的經(jīng)濟(jì)型運(yùn)行具有影響。例如，引發(fā)產(chǎn)物醇去除太早可導(dǎo)致能量的過(guò)度消耗并且還可使微生物暴露于不必要的應(yīng)力。相似地，引發(fā)產(chǎn)物醇去除太晚可導(dǎo)致由于微生物暴露于過(guò)高濃度的產(chǎn)物醇中而抑制微生物生長(zhǎng)和發(fā)酵。因此，當(dāng)發(fā)酵液中的產(chǎn)物醇濃度達(dá)到一定量時(shí)，可引發(fā)產(chǎn)物醇從發(fā)酵液中的去除。
[0102] 引發(fā)產(chǎn)物醇去除的最佳時(shí)間還可例如通過(guò)建模(例如，動(dòng)態(tài)建模)來(lái)確定。開(kāi)發(fā)用于產(chǎn)物醇去除的模型可考慮的因素包括但不限于微生物生長(zhǎng)速率、葡萄糖消耗速率和產(chǎn)物醇收率。還可考慮用于該模型的其它因素包括恒化器數(shù)據(jù)、分批循環(huán)數(shù)據(jù)或商業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)(例如，由于發(fā)酵容器污染導(dǎo)致的收率損失)。動(dòng)態(tài)建模可使用例如 (Corporation，Redmond，WA)、 (The MathWorks，Inc.，Natwick，MA)和 Aspen Custom 或Aspen Plus (Aspen Technology，Inc.，Burlington，
MA)進(jìn)行；并且動(dòng)態(tài)建模的例子描述于例如Nandong等人，Chemical Product and Process Modeling 1：Article 8，2006中。
MA)進(jìn)行；并且動(dòng)態(tài)建模的例子描述于例如Nandong等人，Chemical Product and Process Modeling 1：Article 8，2006中。
[0103] 通過(guò)從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇(例如，原位產(chǎn)物去除)可使產(chǎn)物醇的抑制作用最小化?？墒褂萌缦录夹g(shù)從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇，所述技術(shù)諸如液-液萃取、汽提、吸附、離子液體、全蒸發(fā)、相分離、超臨界萃取、滲透萃取、真空發(fā)酵、反向滲透或這些技術(shù)的組合。在一些實(shí)施例中，產(chǎn)物醇可從發(fā)酵液中連續(xù)地去除。
[0104] 真空閃蒸(或閃蒸發(fā)酵)是從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇的另一種方式。該技術(shù)提供從發(fā)酵液或水溶液中回收產(chǎn)物醇諸如丁醇的經(jīng)濟(jì)型方法。
[0105] 一般來(lái)講，在真空閃蒸中，將發(fā)酵液循環(huán)至產(chǎn)物醇在其中蒸發(fā)的閃蒸槽(例如，真空室)中。例如，在閃蒸槽中，閃蒸的發(fā)酵液可形成富含產(chǎn)物醇的蒸氣流和至少部分地消耗了產(chǎn)物醇的液體流(例如，塔底流出物)?？蛇M(jìn)一步處理蒸氣流用于回收產(chǎn)物醇。可部分地消耗產(chǎn)物醇的液體流可返回到發(fā)酵容器中。真空閃蒸可以為批量處理、分批補(bǔ)料處理或連續(xù)處理。
[0106] 如本文所述，汽提是可用于從發(fā)酵液或其它水溶液中去除產(chǎn)物醇的另一種技術(shù)。該技術(shù)減少了產(chǎn)物醇的抑制作用并且不損害微生物也不從發(fā)酵液中去除營(yíng)養(yǎng)素?？蓪怏w(例如，二氧化碳、氧氣、氮?dú)?、氫氣、空?噴入發(fā)酵液中以去除產(chǎn)物醇。然后，揮發(fā)性產(chǎn)物醇和其它氣體(包括噴射氣體以及在發(fā)酵期間產(chǎn)生的任何氣體)可被部分冷凝并從冷凝器中回收，并且氣體可再循環(huán)至發(fā)酵液中(參見(jiàn)圖1A)。在一些實(shí)施例中，發(fā)酵液可從發(fā)酵容器中去除并進(jìn)料至汽提塔(或分離器)，并且然后至冷凝器中，從而從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇。經(jīng)汽提的發(fā)酵液可再循環(huán)至發(fā)酵容器中(參見(jiàn)圖1B)。汽提器可以為例如連續(xù)的汽提塔或填充床汽提塔。氣體還可使用其它方式諸如將發(fā)酵液或水溶液加熱至介于約20℃至約100℃之間以使氣體蒸發(fā)來(lái)去除(即，脫氣或剝離)。此外，氣體可通過(guò)將發(fā)酵液或水溶液的壓力減小至低于大氣壓(即，介于約0.3psia至約10psia之間)以使氣體蒸發(fā)或通過(guò)吸收來(lái)自發(fā)酵液或水溶液的氣體或這些技術(shù)的組合來(lái)去除。經(jīng)汽提的氣體還可例如通過(guò)使用滌氣器、吸收或冷凝進(jìn)一步處理，以從氣體中去除任何產(chǎn)物醇。
[0107] 在一些實(shí)施例中，汽提可與真空閃蒸聯(lián)合使用。通過(guò)在蒸發(fā)產(chǎn)物醇之前去除氣體，所述氣體在閃蒸回收產(chǎn)物醇時(shí)不被處理，并因此不變成由閃蒸處理產(chǎn)生的蒸氣流的一部分。另外，蒸發(fā)的產(chǎn)物醇的體積較小并更容易處理。參見(jiàn)圖1C，氣體可噴入發(fā)酵容器中并然后離開(kāi)(a)發(fā)酵容器至冷凝器中。發(fā)酵液或其一部分(b)可被引導(dǎo)至閃蒸槽用于蒸發(fā)從而產(chǎn)生包含產(chǎn)物醇的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，閃蒸槽可在低于發(fā)酵容器的壓力下運(yùn)行(例如，大氣壓)。蒸氣流(c)可被遞送至冷凝器中并最終用于進(jìn)一步處理和回收產(chǎn)物醇、水和二氧化碳。未蒸發(fā)的并且現(xiàn)在部分消耗了產(chǎn)物醇的發(fā)酵液的部分(d)可返回到發(fā)酵容器中。在一些實(shí)施例中，可處理或中和發(fā)酵液以去除可能對(duì)發(fā)酵具有不利影響的組分，并且處理過(guò)的發(fā)酵液可再循環(huán)至發(fā)酵容器中。
[0108] 另外，本文提供方法，通過(guò)所述方法使用真空閃蒸處理離開(kāi)發(fā)酵容器的發(fā)酵液。真空閃蒸可在單級(jí)閃蒸槽中進(jìn)行。作為另外一種選擇或與之聯(lián)合使用，可在多級(jí)蒸餾塔中在條件下進(jìn)行真空閃蒸，所述條件使得閃蒸的發(fā)酵液形成富含產(chǎn)物醇的蒸氣流和基本上消耗了產(chǎn)物醇的塔底流出物。在一些實(shí)施例中，來(lái)自閃蒸的發(fā)酵液的蒸氣流可在比它能夠自身冷凝的溫度更高的溫度下被吸收到第二液體流中。
[0109] 如本文所述方法的一個(gè)實(shí)施例，包含產(chǎn)物醇、氣體(例如，二氧化碳)、發(fā)酵液的其它組分并且可包含微生物的發(fā)酵液的料流可從發(fā)酵容器中去除，并被引導(dǎo)至汽提塔(或分離器)中，其中氣體從發(fā)酵液中去除并且產(chǎn)物醇保留在發(fā)酵液中。去除氣體之后，發(fā)酵液可被引導(dǎo)至閃蒸槽中并部分地蒸發(fā)以產(chǎn)生包含水和產(chǎn)物醇的蒸氣流。所述蒸氣流可包含介于約1重量％至約95重量％的產(chǎn)物醇。蒸發(fā)可在約20℃至約100℃的溫度和真空條件(例如，約0.3psia至約10psia的壓力)下進(jìn)行。例如，蒸發(fā)可在約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃、約65℃、約70℃、約80℃、約90℃、約95℃或約100℃的溫度下；并且在約0.3psia、約0.4psia、約0.5psia、約1.0psia、約2.0psia、約3.0psia、約4.0psia、約5psia或約10psia的壓力下進(jìn)行?？蓪⒂砂l(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的熱量用作用于閃蒸槽中蒸發(fā)的熱源?？蓪㈤W蒸槽維持在低于大氣壓下。未蒸發(fā)并且部分消耗了產(chǎn)物醇的發(fā)酵液或其部分可返回至發(fā)酵容器中?？蓪⒄魵饬饕龑?dǎo)至蒸氣冷凝器中用于冷凝，然后將冷凝的溶液引導(dǎo)至分離器中以回收產(chǎn)物醇。
[0110] 為了有利于冷凝，可使蒸氣流與冷凝溶液接觸。在一些實(shí)施例中，冷凝溶液可以在小于約30℃的溫度下。在一些實(shí)施例中，蒸氣流的溫度可與冷凝溶液的溫度相差至少約1℃至至少約20℃。在一些實(shí)施例中，蒸氣流的溫度可與冷凝溶液的溫度相差至少約1℃、至少約2℃、至少約3℃、至少約4℃、至少約5℃、至少約6℃、至少約7℃、至少約8℃、至少約9℃、至少約10℃、至少約11℃、至少約12℃、至少約13℃、至少約14℃、至少約15℃、至少約16℃、至少約17℃、至少約18℃、至少約19℃或至少約20℃。在一些實(shí)施例中，冷凝溶液可包含產(chǎn)物醇或另一種烷基醇。在一些實(shí)施例中，可用冷凝溶液對(duì)蒸氣流進(jìn)行噴灑(例如，噴霧嘴)。例如，可使包含產(chǎn)物醇的發(fā)酵液(或水溶液)經(jīng)受閃蒸(例如，減壓)以形成包含產(chǎn)物醇的蒸氣流。然后可使該蒸氣流與包含產(chǎn)物醇或另一種烷基醇的冷凝溶液接觸以形成包含產(chǎn)物醇的冷凝物。冷凝物中的產(chǎn)物醇濃度可大于發(fā)酵液中的產(chǎn)物醇濃度。在一些實(shí)施例中，可將包含產(chǎn)物醇的冷凝物用作冷凝溶液，并且在一些實(shí)施例中，在與蒸氣流接觸之前，可使用例如換熱器或蒸發(fā)冷卻使該冷凝物冷卻。在另一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生蒸氣流的發(fā)酵液(或水溶液)的蒸發(fā)以及蒸氣流的冷凝可在單個(gè)容器中進(jìn)行。
[0111] 在一些實(shí)施例中，冷凝物可形成富產(chǎn)物醇液相和貧產(chǎn)物醇液相(或富水液相)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可將富產(chǎn)物醇液相和富水液相分離，并且可從富產(chǎn)物醇液相和富水液相兩者中回收產(chǎn)物醇。富水液相的一部分可返回至發(fā)酵容器中或可用作冷凝溶液。
[0112] 在一些實(shí)施例中，可使發(fā)酵液或其一部分中的產(chǎn)物醇的濃度增加至至少產(chǎn)物醇在發(fā)酵液中的飽和濃度(例如飽和點(diǎn))。即，使發(fā)酵液或其一部分中的產(chǎn)物醇的濃度增加至至少產(chǎn)物醇的飽和點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，使發(fā)酵液或其一部分中的水的濃度降低至至少產(chǎn)物醇在發(fā)酵液中的飽和度的濃度。飽和濃度的點(diǎn)可取決于發(fā)酵液的條件(例如，溫度、壓力)。在一些實(shí)施例中，增加發(fā)酵液或其一部分中的產(chǎn)物醇的濃度是指相對(duì)于發(fā)酵液或其一部分中的產(chǎn)物醇的初始(或起始)濃度，發(fā)酵液或其一部分中的產(chǎn)物醇的濃度增加。
[0113] 在本文所述的工藝和方法的一些實(shí)施例中，發(fā)酵液或其至少一部分可從發(fā)酵容器中轉(zhuǎn)移至第二容器或“閃蒸容器”中，并且可通過(guò)真空閃蒸至少部分地蒸發(fā)。在其它實(shí)施例中，發(fā)酵液或其至少一部分可在約20℃至約100℃的溫度下并在真空條件(例如，約0.3psia至約10psia)下部分地蒸發(fā)。例如，蒸發(fā)可在約20℃、約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、約60℃、約65℃、約70℃、約80℃、約90℃、約95℃或約100℃的溫度下；并且在約0.3psia、約0.4psia、約0.5psia、約1.0psia、約2.0psia、約
3.0psia、約4.0psia、約5psia或約10psia的壓力下進(jìn)行。由蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸氣流可包含水、產(chǎn)物醇和二氧化碳。在一些實(shí)施例中，蒸氣流可與吸收液體接觸以形成吸收液相(參見(jiàn)，例如WO 2011/100299和美國(guó)專利公布2012/0211348，其全部公開(kāi)內(nèi)容以引用方式全文并入本文)。在一些實(shí)施例中，吸收溫度可大于蒸發(fā)溫度。例如，吸收溫度可比所述蒸發(fā)溫度大約5℃、約10℃、約15℃、約20℃、約25℃、約30℃或約35℃。在一些實(shí)施例中，所述吸收壓力可大于蒸發(fā)壓力。例如，所述吸收壓力可比蒸發(fā)壓力大約1psia、約2psia、約3psia、約
4psia、約5psia、約10psia或約15psia。
3.0psia、約4.0psia、約5psia或約10psia的壓力下進(jìn)行。由蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸氣流可包含水、產(chǎn)物醇和二氧化碳。在一些實(shí)施例中，蒸氣流可與吸收液體接觸以形成吸收液相(參見(jiàn)，例如WO 2011/100299和美國(guó)專利公布2012/0211348，其全部公開(kāi)內(nèi)容以引用方式全文并入本文)。在一些實(shí)施例中，吸收溫度可大于蒸發(fā)溫度。例如，吸收溫度可比所述蒸發(fā)溫度大約5℃、約10℃、約15℃、約20℃、約25℃、約30℃或約35℃。在一些實(shí)施例中，所述吸收壓力可大于蒸發(fā)壓力。例如，所述吸收壓力可比蒸發(fā)壓力大約1psia、約2psia、約3psia、約
4psia、約5psia、約10psia或約15psia。
[0114] 在一些實(shí)施例中，吸收液體可優(yōu)選吸收來(lái)自蒸氣流的產(chǎn)物醇的一部分。在一些實(shí)施例中，吸收液體可吸收二氧化碳。吸收液體最小化對(duì)溫度降低(例如冷卻)的需要并減少可需要增加壓力(例如再壓縮)的蒸氣流的部分。可調(diào)節(jié)吸收液體以優(yōu)化蒸氣流的某些組分的去除。例如，包含2-乙基己醇和二醇的吸收液體可用于回收來(lái)自蒸氣流的產(chǎn)物醇和水的大部分。此外，來(lái)自這一吸收的熱量可提供至少一部分蒸發(fā)熱。
[0115] 在一些實(shí)施例中，與吸收液體的接觸在接近于閃蒸操作壓力的亞大氣壓下進(jìn)行，并且在一些實(shí)施例中，所有蒸氣流基本上被吸收?？稍诖祟惙椒ㄖ羞B接閃蒸和吸收單元以最小化兩種操作之間的壓降。
[0116] 為了回收所述產(chǎn)物醇，從吸收液體中去除吸收的熱，例如通過(guò)經(jīng)冷卻器的循環(huán)除熱。在此實(shí)施例中，可使用比不用吸收液體冷凝蒸汽流將需要的廉價(jià)的冷卻介質(zhì)(例如，使用發(fā)酵液體)，從循環(huán)流體中去除熱。所述冷卻可經(jīng)由空氣冷卻器或由冷卻水回路運(yùn)行或直接使用例如河水的換熱器進(jìn)行。需要再循環(huán)的吸收液體的量取決于吸收裝置中可能允許的溫度上升，所述吸收裝置可以為吸收器、吸收塔(例如多級(jí)吸收塔)、噴霧塔、噴射式-文丘里管滌氣器、攪拌槽、液環(huán)真空泵、噴射器或能夠使蒸氣和液體接觸的任何此類裝置或設(shè)備。例如在多級(jí)吸收塔中，上部溫度受在吸收壓力下的溶液蒸氣壓的限制，而下部溫度受冷卻介質(zhì)(例如冷卻水)溫度的限制。
[0117] 就本文提供的方法而言，蒸氣流與吸收液體的接觸可在真空下進(jìn)行，并且可在約0.3psia至約3psia的壓力下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，接觸可在約0.3psia、約0.4psia、約
0.5psia、約0.6psia、約0.7psia、約0.8psia、約0.9psia、約1psia、約2psia或約0.3psia的壓力下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，接觸可在小于約3psia，或者小于約2psia的壓力下進(jìn)行。
所述接觸可在約25℃至約60℃的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，接觸可在約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃或約60℃的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，蒸發(fā)步驟和接觸步驟在相同的壓力或基本上相同的壓力下進(jìn)行。
0.5psia、約0.6psia、約0.7psia、約0.8psia、約0.9psia、約1psia、約2psia或約0.3psia的壓力下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，接觸可在小于約3psia，或者小于約2psia的壓力下進(jìn)行。
所述接觸可在約25℃至約60℃的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，接觸可在約25℃、約30℃、約35℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃或約60℃的溫度下進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，蒸發(fā)步驟和接觸步驟在相同的壓力或基本上相同的壓力下進(jìn)行。
[0118] 合適的吸收液體包括但不限于，有機(jī)液體、有機(jī)胺和離子液體以及上述物質(zhì)的生物衍生液體或它們的混合物(參見(jiàn)，例如，WO 2011/100299和美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0211348，其全部公開(kāi)內(nèi)容以引用方式全文并入本文)。例如，可用作吸收液體的有機(jī)液體包括乙二醇、乙二醇一甲醚、二甘醇、丙二醇、雙丙二醇、聚乙二醇、聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、1，3-丙二醇或它們的混合物?？捎米魑找后w的有機(jī)胺包括單乙醇胺(MEA)、2-氨基2-甲基丙醇(AMP)、甲基氨基丙胺(MAPA)、哌嗪、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、二乙氨基乙醇(DEEA)、二異丙基胺(DIPA)、氨基乙氧基乙醇(AEE)、二甲基氨基丙醇(DIMAP)以及甲基二乙醇胺(MDEA)、它們的任何混合物或它們的任何水溶液。在一些實(shí)施例中，吸收液體胺與蒸氣流中的二氧化碳的摩爾比為至少約1.01至約2，即，所述摩爾比大于約1。
[0119] 合適的離子液體的例子包括美國(guó)專利申請(qǐng)公布2010/0143993、2010/0143994以及2010/0143995中描述的那些，上述文獻(xiàn)以引用方式并入本文。吸收液體的其它例子包括2-乙基己醇(2-EH)，異月桂醇，異鯨蠟醇，油醇，苯酚，甘油，脂肪酸、脂肪酸酯，脂肪醇，酸，醇，酰胺諸如但不限于二烷基乙酰胺、N，N-雙(2-乙基己基)乙酰胺以及二異丁基異丁酰胺，酯，酮，碳酸鹽，磷酸鹽諸如但不限于三丁基磷酸鹽和三異丁基磷酸鹽，鹽溶液諸如鹽水、碳酸鉀以及它們的混合物。脂肪酸、脂肪酸酯和脂肪醇可來(lái)源于玉米油、大豆油或蓖麻油。
[0120] 在一些實(shí)施例中，在開(kāi)始將所述蒸氣流吸收到所述吸收液體中時(shí)，溫度可大于在不存在所述吸收液體的情況下開(kāi)始冷凝所述蒸氣流時(shí)的溫度。開(kāi)始吸收或冷凝時(shí)的溫度可使用標(biāo)準(zhǔn)氣-液平衡方法，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行評(píng)估，所述方法基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過(guò)從所述方法中直接測(cè)量。在一些實(shí)施例中，在開(kāi)始將蒸氣流吸收到吸收液體相中時(shí)，溫度可比在不存在吸收液體的情況下開(kāi)始冷凝蒸氣流時(shí)的溫度大至少約2℃；至少約3℃；至少約5℃；至少約10℃；至少約15℃；至少約20℃；或至少約30℃。
[0121] 在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收溫度可高于蒸發(fā)溫度。例如，吸收溫度可比所述蒸發(fā)溫度高約5℃、約10℃、約15℃、約20℃、約25℃、約30℃、約35℃。在一些實(shí)施例中，所述吸收壓力可高于蒸發(fā)壓力。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)例如蒸氣再壓縮增加吸收壓力。例如，所述吸收壓力可比蒸發(fā)壓力高約1psia、約2psia、約3psia、約4psia、約5psia、約10psia或約15psia。
[0122] 應(yīng)當(dāng)理解，將盡可能多的蒸氣流吸收到吸收液體中是有益的。在一些實(shí)施例中，吸收液體可吸收至少約50％的蒸氣流。在一些實(shí)施例中，至少約55％、至少約60％、至少約65％、至少約70％、至少約75％、至少約80％、至少約85％、至少約90％、至少約95％或至少約99％的蒸氣流可被吸收到吸收液體中。在一些實(shí)施例中，在產(chǎn)物醇為丁醇的情況下，蒸氣流可包含約50-80質(zhì)量％的水、約10-40質(zhì)量％的丁醇和約0-20質(zhì)量％的二氧化碳。
應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)在蒸氣流中形成低濃度的二氧化碳可使得吸收、冷凝和類似的過(guò)程更加容易。還應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)形成丁醇與二氧化碳的高質(zhì)量比可使得吸收、冷凝和類似的過(guò)程更加容易。該發(fā)酵容器排氣的比率為大約1至2份丁醇對(duì)100份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到1至5份丁醇對(duì)1份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到5至30份丁醇對(duì)1份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到10至100份丁醇對(duì)1份二氧化碳。
應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)在蒸氣流中形成低濃度的二氧化碳可使得吸收、冷凝和類似的過(guò)程更加容易。還應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)形成丁醇與二氧化碳的高質(zhì)量比可使得吸收、冷凝和類似的過(guò)程更加容易。該發(fā)酵容器排氣的比率為大約1至2份丁醇對(duì)100份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到1至5份丁醇對(duì)1份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到5至30份丁醇對(duì)1份二氧化碳。在一些實(shí)施例中，該比率可增加到10至100份丁醇對(duì)1份二氧化碳。
[0123] 在其中將產(chǎn)物醇吸收到所述吸收液體中的一些實(shí)施例中，可從吸收液體中回收所述產(chǎn)物醇，使得所述吸收液體同時(shí)再生和再循環(huán)?？墒褂靡韵路椒ㄍ瓿苫厥蘸驮偕?，所述方法包括：將所述吸收液體泵入蒸餾塔中，所述蒸餾塔包括汽提段和任選地精餾段；蒸餾所述吸收液體，使得產(chǎn)生底部液體產(chǎn)物和頂部蒸氣產(chǎn)物；以及回收所述底部產(chǎn)物，其包含來(lái)自所述蒸餾塔的水和吸收液體?？墒褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)預(yù)熱蒸餾塔的供料以減少蒸餾塔底部所需的能量輸入。在一些實(shí)施例中，所述蒸餾塔可處于等于或高于大氣壓的壓力下。
[0124] 本發(fā)明還將參照附圖加以描述。有時(shí)，文本和附圖中所提及的術(shù)語(yǔ)諸如“冷凝(condense)”和“冷凝(condensation)”，“壓縮(compress)”和“壓縮(compression)”，或“發(fā)酵(fermentation)”或“發(fā)酵容器(fermentation vessel)”可同義使用。本文所述的方法還可包括用于通過(guò)發(fā)酵制備發(fā)酵產(chǎn)物諸如產(chǎn)物醇的方法。例如，可將包含一種或多種可發(fā)酵碳源和微生物的原料引入發(fā)酵容器中。所述微生物可代謝一種或多種可發(fā)酵碳源以制備產(chǎn)物醇諸如丁醇。如下文所述，在一些實(shí)施例中，在引入發(fā)酵容器中之前，可使原料液化以產(chǎn)生原料漿液；并且在一些實(shí)施例中，可將所述原料漿液分離以產(chǎn)生液相和固相。在一些實(shí)施例中，可將所述原料干磨或濕磨。在一些實(shí)施例中，同步糖化和發(fā)酵可在發(fā)酵容器中發(fā)生。由發(fā)酵方法制得的產(chǎn)物醇可利用本文所述以及如圖所示的方法回收。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的，可以多種方式修改本文所述的方法以優(yōu)化用于制備產(chǎn)物醇的發(fā)酵方法。
[0125] 圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于制備產(chǎn)物醇諸如乙醇或丁醇的示例性工藝流程圖。在發(fā)酵100中制備產(chǎn)物醇期間，可從發(fā)酵液中去除產(chǎn)物醇以使產(chǎn)物醇對(duì)微生物的毒性效應(yīng)最小化。例如，可將發(fā)酵期間產(chǎn)生的蒸氣流102排放到例如滌氣器系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)酵批次完成時(shí)，可將發(fā)酵容器100的全部?jī)?nèi)容物101轉(zhuǎn)移到啤酒塔中，用于從發(fā)酵液中分離剩余的產(chǎn)物醇。
[0126] 通過(guò)使發(fā)酵液的料流通過(guò)閃蒸系統(tǒng)循環(huán)，可在整個(gè)發(fā)酵批次中連續(xù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物醇去除。閃蒸系統(tǒng)可用于從發(fā)酵液中蒸發(fā)產(chǎn)物醇。發(fā)酵液104可轉(zhuǎn)移至預(yù)閃蒸110?？蓮陌l(fā)酵容器100的任何平面中取出發(fā)酵液104?？稍陬A(yù)閃蒸110中使用減壓以從發(fā)酵液中去除不可冷凝物106諸如二氧化碳。預(yù)閃蒸的目的是減小不可冷凝物的體積，所述不可冷凝物可通過(guò)下游冷凝器和壓縮機(jī)處理。預(yù)閃蒸可通過(guò)使發(fā)酵液104通過(guò)換熱器，將蒸汽注入閃蒸槽或通過(guò)任何其它方式來(lái)加熱。預(yù)閃蒸可通過(guò)注入另外的不可冷凝氣體增強(qiáng)?？稍趬嚎s160中將蒸氣流106壓縮至高于大氣壓(圖2A)或可將蒸氣流106引導(dǎo)至滌氣器系統(tǒng)中(圖2B)。壓縮160可以為預(yù)閃蒸中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。可將來(lái)自預(yù)閃蒸110的液體流105轉(zhuǎn)移至閃蒸
120。閃蒸的壓力可在低于預(yù)閃蒸壓力的壓力下操作。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸的壓力可以為約3psia至約25psia。在一些實(shí)施例中，可具有一次或多次預(yù)閃蒸。熱量可通過(guò)在進(jìn)入閃蒸120之前使液體流105通過(guò)換熱器，將蒸汽608和/或熱水712直接添加到閃蒸120中或通過(guò)其它方式而施加到閃蒸中?？稍O(shè)計(jì)并操作閃蒸以防止微生物由于暴露于過(guò)高溫度而滅活。如果微生物在50℃下保持活性并持續(xù)一段時(shí)間(參見(jiàn)，例如，實(shí)例2)，可接受的暴露時(shí)間和溫度可例如通過(guò)在暴露于例如約30℃至50℃或更高的溫度的溫度梯度(例如，約
60℃、70℃、80℃、90℃或95℃)之后一小時(shí)內(nèi)測(cè)量微生物活性的變化來(lái)確定。給定使微生物暴露于升高的溫度而不使所述微生物滅活大于約10％、或大于約5％、或大于約1％的時(shí)間長(zhǎng)度，閃蒸的溫度可盡可能地高。
120。閃蒸的壓力可在低于預(yù)閃蒸壓力的壓力下操作。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸的壓力可以為約3psia至約25psia。在一些實(shí)施例中，可具有一次或多次預(yù)閃蒸。熱量可通過(guò)在進(jìn)入閃蒸120之前使液體流105通過(guò)換熱器，將蒸汽608和/或熱水712直接添加到閃蒸120中或通過(guò)其它方式而施加到閃蒸中?？稍O(shè)計(jì)并操作閃蒸以防止微生物由于暴露于過(guò)高溫度而滅活。如果微生物在50℃下保持活性并持續(xù)一段時(shí)間(參見(jiàn)，例如，實(shí)例2)，可接受的暴露時(shí)間和溫度可例如通過(guò)在暴露于例如約30℃至50℃或更高的溫度的溫度梯度(例如，約
60℃、70℃、80℃、90℃或95℃)之后一小時(shí)內(nèi)測(cè)量微生物活性的變化來(lái)確定。給定使微生物暴露于升高的溫度而不使所述微生物滅活大于約10％、或大于約5％、或大于約1％的時(shí)間長(zhǎng)度，閃蒸的溫度可盡可能地高。
[0127] 閃蒸可通過(guò)注入下游步驟中產(chǎn)生的過(guò)程蒸汽而直接加熱，所述下游步驟包括吸收再生、吸收液體冷卻、精制和蒸發(fā)器(例如，稀釜餾物蒸發(fā)器)。閃蒸可通過(guò)注入由基本上不含產(chǎn)物醇的工藝用水與精制區(qū)中真空塔的冷凝器之間的熱交換產(chǎn)生的亞大氣壓蒸汽來(lái)直接加熱。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，閃蒸可通過(guò)經(jīng)由料流712注入來(lái)自精制系列(例如，來(lái)自側(cè)汽提塔的底部)的基本上不含產(chǎn)物醇的熱水來(lái)加熱(參見(jiàn)圖8)。在一些實(shí)施例中，熱水的溫度可以大于閃蒸的溫度。所述熱水可包含例如小于0.05重量％的產(chǎn)物醇?？蓪崴⑷氲?a href='/zhuanli/list-18142-1.html' target='_blank'>擋板下，使得熱水在與發(fā)酵液混合之前通過(guò)閃蒸局部閃蒸并冷卻。熱水可以維持全發(fā)酵容器中的恒定含量的速率注入。閃蒸還可通過(guò)注入熱水和蒸汽的混合物來(lái)加熱，由此選擇熱水的量以維持恒定的發(fā)酵液體積并且選擇蒸汽的量以在制備產(chǎn)物醇的速率下蒸發(fā)所述產(chǎn)物醇，從而在基于微生物活性所選擇的目標(biāo)下，使產(chǎn)物醇濃度保持恒定。蒸汽和熱水的組合可通過(guò)加熱來(lái)自精制系列或稀釜餾物蒸發(fā)器的水與精制系列或吸收再生系統(tǒng)中的冷凝蒸氣來(lái)產(chǎn)生。
[0128] 直接加熱的閃蒸系統(tǒng)可包括不具有內(nèi)部構(gòu)件或僅具有蒸汽噴霧器作為內(nèi)部構(gòu)件的真空額定壓力容器。直接加熱的閃蒸系統(tǒng)可以為抗污染蒸餾塔，其包括設(shè)計(jì)成在低壓降下操作的盤(pán)式塔。直接加熱的閃蒸系統(tǒng)可以為噴霧塔或擋板塔。
[0129] 閃蒸可通過(guò)與氣體、冷凝蒸氣或液體交換來(lái)間接加熱。閃蒸可用吸收液體間接加熱，例如在吸收液體具有比閃蒸更高溫度的情況下(參見(jiàn)，例如描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0162953和2011/0162954中的方法，所述專利文獻(xiàn)以引用方式并入本文)。閃蒸可通過(guò)在該過(guò)程的其它部分中將來(lái)自真空塔的蒸氣冷凝來(lái)間接加熱。閃蒸可通過(guò)將壓縮蒸氣冷凝來(lái)間接加熱，所述壓縮蒸氣在從閃蒸蒸氣冷凝器中吸收熱的制冷劑回路中產(chǎn)生。閃蒸可通過(guò)將閃蒸蒸氣壓縮至更高壓力并冷凝間接交換器的熱側(cè)中的所述蒸氣來(lái)間接加熱。閃蒸的進(jìn)料可通過(guò)在換熱器中與閃蒸殘?jiān)粨Q來(lái)預(yù)熱。在一些實(shí)施例中，閃蒸殘?jiān)墒褂昧硪粺嵩粗T如蒸汽加熱器而維持在更高的溫度。在一些實(shí)施例中，閃蒸塔底流出物的一部分可通過(guò)換熱器再循環(huán)以從所述過(guò)程的另一部分中吸收熱，并注回到閃蒸中。
[0130] 間接加熱的閃蒸可以為類似于乙醇工廠稀釜餾物蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，其被修改使得蒸氣速度不致使過(guò)量液體泡沫形成并且表面積足以確保足夠的熱傳遞。此類閃蒸的進(jìn)料可進(jìn)料至蒸發(fā)器之上的擋板塔或其它抗污染逆流塔，所述塔也接收來(lái)自蒸發(fā)器的蒸氣。
[0131] 閃蒸可通過(guò)利用本文所述工藝和方法的任何組合的直接和間接加熱的組合來(lái)加熱。閃蒸可通過(guò)將來(lái)自稀釜餾物蒸發(fā)器系列的蒸汽608(參見(jiàn)圖7)或精制系列中的冷凝器生成的蒸汽冷凝，以及通過(guò)直接注入熱水來(lái)間接加熱。此外，預(yù)閃蒸也可通過(guò)利用本文所述工藝和方法的任何組合的直接和間接加熱的組合來(lái)加熱。
[0132] 不必要從閃蒸中去除所有夾帶的液體。來(lái)自閃蒸的流動(dòng)可以為垂直上升或垂直落下。如果垂直落下，則可以脫離液體的方式使蒸氣流動(dòng)方向改變?yōu)榇怪鄙仙?/div>
[0133] 對(duì)于真空系統(tǒng)的多個(gè)壓力級(jí)的每一個(gè)均可提供預(yù)閃蒸或閃蒸。例如，運(yùn)行一次預(yù)閃蒸或閃蒸的壓力可以為水封液環(huán)泵如Roots鼓風(fēng)機(jī)中產(chǎn)生的真空，所述泵在對(duì)應(yīng)于液體密封的蒸氣壓的真空下，在可用冷卻水的溫度加上2℃至10℃的容差下操作，以從含產(chǎn)物醇的冷凝物中間接熱傳遞。相比于離心式壓縮機(jī)，液環(huán)泵的購(gòu)買和操作可以是經(jīng)濟(jì)的。另外的節(jié)約措施可通過(guò)將產(chǎn)生比液環(huán)泵中可達(dá)到的更低的入口壓力的離心式壓縮機(jī)排氣但是釋放到液環(huán)泵的吸入口中來(lái)實(shí)現(xiàn)。此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還可評(píng)價(jià)可通過(guò)在所述液環(huán)泵的壓力和大氣閃蒸的壓力中間的壓力下運(yùn)行一次或多次預(yù)閃蒸或閃蒸而實(shí)現(xiàn)的投資和運(yùn)行成本節(jié)約的潛力。這可顯著減小低壓液環(huán)泵的尺寸。每個(gè)預(yù)閃蒸或閃蒸塔板之后均具有液體排放的可變面積孔，這對(duì)于防止通過(guò)孔上游的懸浮固體跨接而阻塞可能是必要的。就微生物而言，使剪切暴露或壓力從大氣壓降低的速率最小化可能不需要特殊設(shè)計(jì)。合適的裝置包括具有可膨脹彈性體內(nèi)襯的閥或蝶閥?？蓛?yōu)選可膨脹內(nèi)襯以有利于就地清洗(CIP)。當(dāng)上游閃蒸槽中的懸浮固體含量超過(guò)指示跨接可能性的目標(biāo)時(shí)，可根據(jù)需要“撞擊”這些閥。
[0134] 參見(jiàn)圖2A，可將包含產(chǎn)物醇和水的、來(lái)自閃蒸120的蒸氣流107轉(zhuǎn)移至冷凝130?？墒褂帽脤?lái)自閃蒸120的液體流(或回流管線)103返回至發(fā)酵100。所述泵可以為設(shè)置在閃蒸系統(tǒng)下方的離心泵。泵的進(jìn)料管可設(shè)計(jì)成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。循環(huán)回路可以有利于發(fā)酵批次之間的清潔的方式構(gòu)造。例如，循環(huán)回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點(diǎn)排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構(gòu)造。來(lái)自閃蒸120的回流管線103可在距閃蒸的進(jìn)料管至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵
100。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
100。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0135] 冷凝130可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷卻水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。包含二氧化碳、產(chǎn)物醇和水的殘余的未冷凝蒸氣流108可通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)使用可引發(fā)部分冷凝的級(jí)間冷卻進(jìn)行壓縮。
來(lái)自冷凝130的蒸氣流108可進(jìn)入壓縮140并被壓縮至亞大氣壓或至至少大于預(yù)閃蒸110壓力的壓力。壓縮140可以為閃蒸中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮140的蒸氣流111可進(jìn)入冷凝
150(圖2A)或來(lái)自壓縮140的蒸氣流111可進(jìn)入預(yù)閃蒸110(圖2B)。冷凝150可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可將來(lái)自冷凝150的蒸氣流112轉(zhuǎn)移至壓縮160。在壓縮160中，可將料流106和
112壓縮至大氣壓或高于大氣壓?？蓪嚎s160的料流(或出口)114轉(zhuǎn)移至冷凝170。冷凝170可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蓪?lái)自冷凝130的液體冷凝物109、來(lái)自冷凝150的液體冷凝物
113和/或來(lái)自冷凝170的液體冷凝物116混合以形成料流117，并可通過(guò)泵送將料流117轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇(圖2A)。如圖2B中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)泵送將來(lái)自冷凝130的液體冷凝物109轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇?？蓪?lái)自冷凝
170的蒸氣流115送入滌氣器系統(tǒng)中(圖2A)。
來(lái)自冷凝130的蒸氣流108可進(jìn)入壓縮140并被壓縮至亞大氣壓或至至少大于預(yù)閃蒸110壓力的壓力。壓縮140可以為閃蒸中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮140的蒸氣流111可進(jìn)入冷凝
150(圖2A)或來(lái)自壓縮140的蒸氣流111可進(jìn)入預(yù)閃蒸110(圖2B)。冷凝150可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可將來(lái)自冷凝150的蒸氣流112轉(zhuǎn)移至壓縮160。在壓縮160中，可將料流106和
112壓縮至大氣壓或高于大氣壓?？蓪嚎s160的料流(或出口)114轉(zhuǎn)移至冷凝170。冷凝170可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蓪?lái)自冷凝130的液體冷凝物109、來(lái)自冷凝150的液體冷凝物
113和/或來(lái)自冷凝170的液體冷凝物116混合以形成料流117，并可通過(guò)泵送將料流117轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇(圖2A)。如圖2B中所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)泵送將來(lái)自冷凝130的液體冷凝物109轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇?？蓪?lái)自冷凝
170的蒸氣流115送入滌氣器系統(tǒng)中(圖2A)。
[0136] 圖3代表本文所述的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，初始預(yù)閃蒸可在等于或高于大氣壓下進(jìn)行，以去除一些二氧化碳從而防止壓縮該體積的需要，并顯著降低壓縮設(shè)備的成本。
[0137] 可將發(fā)酵期間產(chǎn)生的蒸氣流202排放到滌氣器系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)酵完成時(shí)，可將發(fā)酵200的全部?jī)?nèi)容物201轉(zhuǎn)移到啤酒塔中用于從發(fā)酵液中分離剩余的產(chǎn)物醇。
[0138] 通過(guò)使發(fā)酵液的料流通過(guò)閃蒸系統(tǒng)循環(huán)，可在整個(gè)發(fā)酵中連續(xù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物醇去除。如果從發(fā)酵容器200的底部或下半部中取出發(fā)酵液204，則可在壓力P1(例如，至少約
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I(或第一預(yù)閃蒸)210中從發(fā)酵液中閃蒸二氧化碳，以允許二氧化碳205通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮270中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 210的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱量來(lái)提高。
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I(或第一預(yù)閃蒸)210中從發(fā)酵液中閃蒸二氧化碳，以允許二氧化碳205通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮270中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 210的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱量來(lái)提高。
[0139] 二氧化碳蒸氣的附加的預(yù)閃蒸可在亞大氣壓下實(shí)現(xiàn)以減少加載在產(chǎn)物醇蒸氣冷凝器上的二氧化碳，從而改善產(chǎn)物醇蒸氣冷凝器的效率。來(lái)自預(yù)閃蒸I 210的料流206可轉(zhuǎn)移至壓力P2(例如，至少約3psia至約12psia)下的預(yù)閃蒸II(或第二預(yù)閃蒸)220。預(yù)閃蒸II 220中可使用減壓以從發(fā)酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳(例如，P2可以低于P1)。預(yù)閃蒸II可通過(guò)使發(fā)酵液通過(guò)換熱器，將料流注入預(yù)閃蒸槽或通過(guò)本文所述的任何其它方式來(lái)加熱?？蓪⒄魵饬?07轉(zhuǎn)移至壓縮270并可壓縮至高于大氣壓。壓縮270可以為預(yù)閃蒸II 220中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。可將來(lái)自預(yù)閃蒸II 220的液體流208轉(zhuǎn)移至閃蒸
230中。
230中。
[0140] 閃蒸可用于從發(fā)酵液中蒸發(fā)產(chǎn)物醇。閃蒸的壓力P3(例如，至少約0.3psia至約10psia)可在低于預(yù)閃蒸II的壓力(P2)的壓力下操作。閃蒸系統(tǒng)可通過(guò)本文所述方法中任一種加熱，其包括經(jīng)由料流712來(lái)自蒸餾區(qū)的熱水和/或經(jīng)由料流608來(lái)自蒸發(fā)區(qū)的蒸汽(參見(jiàn)圖7和8)?？蓪a(chǎn)物醇和水、來(lái)自閃蒸230的蒸氣流209轉(zhuǎn)移至冷凝240?？墒褂帽脤?lái)自閃蒸230的液體流(或回流管線)203返回至發(fā)酵200。所述泵可以為設(shè)置在閃蒸系統(tǒng)下方的離心泵。泵的進(jìn)料管可設(shè)計(jì)成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。
循環(huán)回路可以有利于發(fā)酵批次之間的清潔的方式構(gòu)造。循環(huán)回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點(diǎn)排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構(gòu)造。來(lái)自閃蒸230的回流管線203可在從進(jìn)料管到閃蒸至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵200。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
循環(huán)回路可以有利于發(fā)酵批次之間的清潔的方式構(gòu)造。循環(huán)回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點(diǎn)排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構(gòu)造。來(lái)自閃蒸230的回流管線203可在從進(jìn)料管到閃蒸至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵200。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0141] 冷凝240可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。包含二氧化碳、產(chǎn)物醇和/或水的殘余的未冷凝蒸氣流211可通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)使用可引發(fā)部分冷凝的級(jí)間冷卻進(jìn)行壓縮。來(lái)自冷凝240的蒸氣流211可進(jìn)入壓縮250并可被壓縮至亞大氣壓。壓縮250可以為閃蒸230中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮250的蒸氣流213可進(jìn)入冷凝260。冷凝260可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蓪?lái)自冷凝260的蒸氣流214轉(zhuǎn)移至壓縮270。在壓縮270中，可將料流207和214壓縮至高于大氣壓。可將壓縮270的料流(或出口)216轉(zhuǎn)移至冷凝280。冷凝280可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蓪?lái)自冷凝240的液體冷凝物212、來(lái)自冷凝260的液體冷凝物215和/或來(lái)自冷凝280的液體冷凝物218混合以形成料流219。料流219可通過(guò)泵送轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇?？蓪?lái)自冷凝280的蒸氣流217送入滌氣器系統(tǒng)中。
[0142] 圖4示出本發(fā)明的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，閃蒸設(shè)備可用于在壓縮步驟之間冷卻和冷凝蒸氣。壓縮和冷凝的熱量也可提供預(yù)閃蒸步驟所需熱量的至少一些。
[0143] 可將發(fā)酵期間產(chǎn)生的蒸氣流302排放到滌氣器系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)酵批次完成時(shí)，可將發(fā)酵300的全部?jī)?nèi)容物301轉(zhuǎn)移到啤酒塔中用于從發(fā)酵液中分離剩余的產(chǎn)物醇。
[0144] 通過(guò)使發(fā)酵液的料流通過(guò)閃蒸系統(tǒng)循環(huán)，可在整個(gè)發(fā)酵中連續(xù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物醇去除。如果從發(fā)酵容器300的底部或下半部中取出發(fā)酵液304，則可在壓力P1(例如，至少約
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I 310中從發(fā)酵液中閃蒸二氧化碳，以允許二氧化碳305通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮320和340中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 310的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱來(lái)提高。另外，熱量可由壓縮320的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸I 310的蒸氣流306的部分冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸I 310的全部必需的熱量。
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I 310中從發(fā)酵液中閃蒸二氧化碳，以允許二氧化碳305通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮320和340中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 310的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱來(lái)提高。另外，熱量可由壓縮320的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸I 310的蒸氣流306的部分冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸I 310的全部必需的熱量。
[0145] 二氧化碳蒸氣的附加的預(yù)閃蒸可在亞大氣壓下實(shí)現(xiàn)以減少加載在產(chǎn)物醇蒸氣冷凝器360上的二氧化碳，從而提高產(chǎn)物醇蒸氣冷凝器的效率。料流307可被轉(zhuǎn)移至壓力P2(例如，至少約3psia至約12psia)下的預(yù)閃蒸II330。預(yù)閃蒸II 330中可使用減壓以從發(fā)酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳(例如，P2可以低于P1)。預(yù)閃蒸II可通過(guò)使發(fā)酵液通過(guò)換熱器，將蒸汽注入閃蒸槽中或通過(guò)本文所述的任何其它方式來(lái)加熱。另外，熱量可由壓縮340的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸II 330的蒸氣流309的部分冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸II 330的全部必需的熱量。在壓縮320中，可將蒸氣流308壓縮至高于大氣壓。壓縮320可以為預(yù)閃蒸II 330中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮320的蒸氣流306可進(jìn)入預(yù)閃蒸I
310用于冷卻和冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸I 310中的脫氣發(fā)酵液混合?？蓪?lái)自預(yù)閃蒸II
330的液體流311轉(zhuǎn)移至閃蒸350中。在一些實(shí)施例中，壓縮320和340可在單個(gè)多級(jí)壓縮裝置中進(jìn)行。
310用于冷卻和冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸I 310中的脫氣發(fā)酵液混合?？蓪?lái)自預(yù)閃蒸II
330的液體流311轉(zhuǎn)移至閃蒸350中。在一些實(shí)施例中，壓縮320和340可在單個(gè)多級(jí)壓縮裝置中進(jìn)行。
[0146] 閃蒸可用于從發(fā)酵液中蒸發(fā)產(chǎn)物醇。閃蒸350的壓力P3(例如，至少約0.3psia至約10psia)可以低于預(yù)閃蒸II 330的壓力(P2)。閃蒸系統(tǒng)可通過(guò)本文所述方法中任一種加熱，其包括經(jīng)由料流712來(lái)自蒸餾區(qū)的熱水和/或經(jīng)由料流608來(lái)自蒸發(fā)區(qū)的蒸汽(參見(jiàn)圖7和8)?？蓪a(chǎn)物醇和水、來(lái)自閃蒸350的蒸氣流312轉(zhuǎn)移至冷凝360。可使用泵使來(lái)自閃蒸350的液體流303返回至發(fā)酵300。所述泵可以為設(shè)置在閃蒸系統(tǒng)下方的離心泵。泵的進(jìn)料管可設(shè)計(jì)成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。循環(huán)回路可以有利于發(fā)酵批次之間的清潔的方式構(gòu)造。循環(huán)回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點(diǎn)排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構(gòu)造。來(lái)自閃蒸350的回流管線
303可在距閃蒸的進(jìn)料管至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵300。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
303可在距閃蒸的進(jìn)料管至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵300。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0147] 冷凝360可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。液體冷凝物314可通過(guò)泵送轉(zhuǎn)移至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇。包含二氧化碳、產(chǎn)物醇和/或水的殘余的未冷凝蒸氣流313可通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)使用可引發(fā)部分冷凝的級(jí)間冷卻進(jìn)行壓縮。壓縮340可以為閃蒸350中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮340的蒸氣流309可進(jìn)入預(yù)閃蒸II 330用于冷卻和部分冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸II 330中的脫氣發(fā)酵液混合。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸I 310、預(yù)閃蒸II 330和/或閃蒸350可以為噴霧塔。在一些實(shí)施例中，進(jìn)入噴霧塔的液體流和蒸氣流可順流或逆流接觸。
[0148] 圖5示出本發(fā)明的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，產(chǎn)物醇的去除可通過(guò)閃蒸和吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如利用吸收液體以吸收閃蒸期間產(chǎn)生的蒸氣相的任何部分。在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，可通過(guò)蒸餾從發(fā)酵液中回收任何剩余的產(chǎn)物醇。在發(fā)酵400中制備產(chǎn)物醇期間，可將產(chǎn)物醇從發(fā)酵液中去除以改善發(fā)酵條件，導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)增加和產(chǎn)物醇的產(chǎn)量增加。
[0149] 可將發(fā)酵期間產(chǎn)生的蒸氣流402排放到滌氣器系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)酵批次完成時(shí)，可將發(fā)酵400的全部?jī)?nèi)容物401轉(zhuǎn)移到啤酒塔中用于從發(fā)酵液中分離剩余的產(chǎn)物醇。
[0150] 通過(guò)使發(fā)酵液的料流通過(guò)閃蒸系統(tǒng)循環(huán)，可在整個(gè)發(fā)酵中連續(xù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物醇去除。如果從發(fā)酵容器400的底部或下半部中取出發(fā)酵液404，則可在壓力P1(例如，至少約
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I 410中從發(fā)酵液中閃蒸出二氧化碳，以允許二氧化碳
405通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮420和440中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 410的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱來(lái)提高。另外，熱量可由壓縮420的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸I 410的蒸氣流406的部分冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸I 410的全部必需的熱。
10psia至約25psia)下在預(yù)閃蒸I 410中從發(fā)酵液中閃蒸出二氧化碳，以允許二氧化碳
405通過(guò)滌氣器系統(tǒng)大氣排放，同時(shí)減少后續(xù)壓縮420和440中處理的二氧化碳的體積。預(yù)閃蒸I 410的效果可通過(guò)用不可冷凝氣體吹掃或通過(guò)使用本文所述方式中任一種添加熱來(lái)提高。另外，熱量可由壓縮420的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸I 410的蒸氣流406的部分冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸I 410的全部必需的熱。
[0151] 二氧化碳蒸氣的附加的預(yù)閃蒸可在亞大氣壓下實(shí)現(xiàn)以減少加載在產(chǎn)物醇蒸氣吸收/冷凝460上的二氧化碳，從而提高產(chǎn)物醇蒸氣冷凝器的效率?？蓪⒘狭?07轉(zhuǎn)移至壓力P2(例如，至少約3psia至約12psia)下的預(yù)閃蒸II 430。預(yù)閃蒸II 430中可使用減壓以從發(fā)酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳(例如，P2可以低于P1)。預(yù)閃蒸II可通過(guò)使發(fā)酵液通過(guò)換熱器，將蒸汽注入閃蒸槽中或通過(guò)本文所述的任何其它方式來(lái)加熱。另外，熱量可由壓縮440的熱量和進(jìn)入預(yù)閃蒸II 430的蒸氣流409的冷凝提供，其可提供預(yù)閃蒸II 430的全部必需的熱量。在壓縮420中，可將蒸氣流408壓縮至高于大氣壓。壓縮420可以為預(yù)閃蒸II 430中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮420的蒸氣流406可進(jìn)入預(yù)閃蒸I
410用于冷卻和部分冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸I 410中的脫氣發(fā)酵液混合?？蓪?lái)自預(yù)閃蒸II 430的液體流411轉(zhuǎn)移至閃蒸450中。在一些實(shí)施例中，壓縮420和440可在單個(gè)多級(jí)壓縮裝置中進(jìn)行。
410用于冷卻和部分冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸I 410中的脫氣發(fā)酵液混合?？蓪?lái)自預(yù)閃蒸II 430的液體流411轉(zhuǎn)移至閃蒸450中。在一些實(shí)施例中，壓縮420和440可在單個(gè)多級(jí)壓縮裝置中進(jìn)行。
[0152] 閃蒸可用于從發(fā)酵液中蒸發(fā)產(chǎn)物醇。閃蒸450的壓力P3(例如，至少約0.3psia至約10psia)可以低于預(yù)閃蒸II 430的壓力(P2)。閃蒸系統(tǒng)可通過(guò)本文所述方法中任一種加熱，其包括經(jīng)由料流712來(lái)自蒸餾區(qū)的熱水和/或經(jīng)由料流608來(lái)自蒸發(fā)區(qū)的蒸汽(參見(jiàn)圖7和8)?？蓪a(chǎn)物醇和水、來(lái)自閃蒸450的蒸氣流412轉(zhuǎn)移至吸收/冷凝460?？墒褂帽檬箒?lái)自閃蒸450的液體流403返回至發(fā)酵400。所述泵可以為設(shè)置在閃蒸系統(tǒng)下方的離心泵。泵的進(jìn)料管可設(shè)計(jì)成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。循環(huán)回路可以有利于發(fā)酵批次之間的清潔的方式構(gòu)造。循環(huán)回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點(diǎn)排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構(gòu)造。來(lái)自閃蒸450的回流管線403可在距閃蒸的進(jìn)料管至少一個(gè)半徑的位置處進(jìn)入發(fā)酵400。為此可將現(xiàn)有循環(huán)回路改裝。如果需要的話，可在循環(huán)回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0153] 蒸氣的吸收/冷凝460可通過(guò)吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如利用描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0162953和2011/0162954中的方法，上述文獻(xiàn)以引用方式并入本文。在本文所述的工藝和方法的一個(gè)實(shí)施例中，吸收劑或冷卻的冷凝物的并流噴霧或并流噴霧接觸器可用于離析蒸氣?？蓪?lái)自吸收/冷凝460的液體流414轉(zhuǎn)移至借助于泵的冷卻470中。冷卻470的冷卻源可以為適當(dāng)冷的冷卻水或可以為冷凍水。料流415可分離成至少兩個(gè)料流，例如返回至吸收/冷凝460的料流416以及可轉(zhuǎn)移至蒸餾區(qū)以從吸收劑中分離產(chǎn)物醇的料流
417。未吸收的蒸氣流413可離開(kāi)吸收/冷凝460并進(jìn)入壓縮440。壓縮440可以為閃蒸
450中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮440的蒸氣流409可進(jìn)入預(yù)閃蒸II 430用于冷卻和冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸II 430中的脫氣發(fā)酵液混合。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸I 410、預(yù)閃蒸II
430和/或閃蒸450可以為噴霧塔。在一些實(shí)施例中，進(jìn)入噴霧塔的液體流和蒸氣流可順流或逆流接觸。
417。未吸收的蒸氣流413可離開(kāi)吸收/冷凝460并進(jìn)入壓縮440。壓縮440可以為閃蒸
450中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮440的蒸氣流409可進(jìn)入預(yù)閃蒸II 430用于冷卻和冷凝。冷凝物可與預(yù)閃蒸II 430中的脫氣發(fā)酵液混合。在一些實(shí)施例中，預(yù)閃蒸I 410、預(yù)閃蒸II
430和/或閃蒸450可以為噴霧塔。在一些實(shí)施例中，進(jìn)入噴霧塔的液體流和蒸氣流可順流或逆流接觸。
[0154] 在本文所述的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例中，蒸發(fā)系列可用于以從發(fā)酵過(guò)程期間生成的稀釜餾物中去除水。圖6示出了蒸發(fā)系列的典型構(gòu)造，其包括四(4)主體設(shè)置雙(2)效應(yīng)。該構(gòu)造可在多個(gè)現(xiàn)有乙醇工廠中采用。前四個(gè)塔板(1-4)可在近一個(gè)氣壓(P1-4)下操作，后四個(gè)塔板(5-8)在接近更低的壓力(P5-8)下操作(例如，P5-8低于P1-4)。在該構(gòu)造中，稀釜餾物501進(jìn)入第一塔板蒸發(fā)器并且來(lái)自鍋爐502(或其它未示出的熱源)的蒸汽進(jìn)入塔板1-4。所述蒸汽和稀釜餾物可間接接觸以將熱從冷凝蒸汽轉(zhuǎn)移至沸騰的稀釜餾物?？蓪?lái)自蒸發(fā)的前四個(gè)塔板(1-4)的蒸汽冷凝物混合并經(jīng)由料流503返回至鍋爐。稀釜餾物可在部分水在蒸發(fā)系列的每個(gè)塔板中蒸發(fā)時(shí)被濃縮。濃縮的釜餾物可從每個(gè)塔板的底部去除并進(jìn)料至后續(xù)塔板蒸發(fā)器的頂部。由稀釜餾物的濃縮制得的蒸汽離開(kāi)前四個(gè)塔板(1-4)并可用作后四個(gè)塔板(5-8)的熱源。釜餾物的濃度通過(guò)塔板增加直至作為漿液505離開(kāi)塔板8。來(lái)自塔板5-8的冷凝物504可用于煮水。在一些實(shí)施例中，冷凝物可通過(guò)廢水處理工藝處理以去除揮發(fā)性有機(jī)化合物、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)堿度等。在一些實(shí)施例中，冷凝物可以厭氧水處理工藝處理以使揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成生物氣和類似燃料。在一些實(shí)施例中，冷凝物可以有氧水處理工藝處理以使揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成二氧化碳。通過(guò)釜餾物在塔板5-8中濃縮所蒸發(fā)的蒸汽506可用于在蒸餾區(qū)中加熱。
[0155] 圖7示出了可用于本文所述的方法和工藝的蒸發(fā)系列的另一個(gè)實(shí)施例。在該蒸發(fā)系列構(gòu)造中，雙(2)主體四(4)效應(yīng)系統(tǒng)可用于濃縮稀釜餾物。該構(gòu)造的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可從來(lái)自鍋爐的輸入蒸汽中回收更多能量。稀釜餾物601進(jìn)入第一塔板蒸發(fā)器。稀釜餾物持續(xù)通過(guò)串聯(lián)的所有八個(gè)蒸發(fā)器塔板并且所得的漿液作為料流607離開(kāi)。將來(lái)自鍋爐的蒸汽602進(jìn)料至前兩個(gè)塔板(1和2)。所述蒸汽和稀釜餾物可間接接觸以將熱從冷凝蒸汽中轉(zhuǎn)移至沸騰的稀釜餾物。在一個(gè)實(shí)施例中，在塔板1和2中從稀釜餾物中蒸發(fā)的水可用于加熱塔板3和4，在塔板3和4中從稀釜餾物中蒸發(fā)的水可用于加熱塔板5和6，并且在塔板5和6中從稀釜餾物中蒸發(fā)的水可用于加熱塔板7和8。在另一個(gè)實(shí)施例中，塔板7和8的壓力(Pd)可低于塔板5和6的壓力(Pc)，所述塔板5和6的壓力可以為比塔板3和4(Pb)更低的壓力，所述塔板3和4的壓力可以為比塔板1和2(Pa)更低的壓力(例如，Pd＜Pc＜Pb＜Pa)?？蓪?lái)自塔板1和2的蒸汽冷凝物混合并經(jīng)由料流603返回至鍋爐?？蓪?lái)自塔板3-8的冷凝物604、605和606用于煮水并經(jīng)由泵送轉(zhuǎn)移。在一些實(shí)施例中，來(lái)自塔板3-8的冷凝物或其部分可通過(guò)廢水處理工藝處理以去除揮發(fā)性有機(jī)化合物(例如，丁酸)、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)堿度等。在一些實(shí)施例中，冷凝物或其部分可以厭氧水處理工藝處理以將揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成生物氣和類似燃料。在一些實(shí)施例中，冷凝物或其部分可以有氧水處理工藝處理以將揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成二氧化碳。離開(kāi)塔板7和8的所得的蒸汽608可處于低壓(Pd)(如，相比于四(4)主體設(shè)置雙(2)效應(yīng)的P5-8)，并且可用于直接加熱閃蒸槽。低壓蒸汽也可使熱應(yīng)力對(duì)微生物的影響最小化。
[0156] 在本文所述的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例中，可使用圖8所示的方法從發(fā)酵液中回收產(chǎn)物醇。在發(fā)酵結(jié)束時(shí)，可使用啤酒塔700從剩余的發(fā)酵液中回收產(chǎn)物醇。發(fā)酵液(101、201、301、401；參見(jiàn)圖2至5)可進(jìn)入啤酒塔700，所述啤酒塔形成產(chǎn)物醇/水塔頂共沸物701，所述共沸物隨后可被送至冷凝710。來(lái)自蒸發(fā)系統(tǒng)(506；參見(jiàn)圖6)的低壓蒸汽用于經(jīng)由702提供直接接觸加熱，以在塔頂蒸餾產(chǎn)物醇/水共沸物701。可將冷凝的產(chǎn)物醇和水706轉(zhuǎn)移至潷析770。可將來(lái)自啤酒塔700的底物703送至分離720以將稀釜餾物(501、601；參見(jiàn)圖6和7)與酒糟固體705分離，所述酒糟固體可被送至酒糟干燥器以產(chǎn)生干酒糟。在干燥器之后，可將來(lái)自蒸發(fā)的漿液(505、607；參見(jiàn)圖6和7)添加到酒糟中以制備干酒糟及可溶物(DDGS)。分離720可以為離心機(jī)、過(guò)濾器或可用于將液體與固體分離的任何其它裝置。
[0157] 潷析770可用于從富含產(chǎn)物醇的料流中分離產(chǎn)物醇相和水相。潷析770入口的物質(zhì)可以是蒸餾塔塔頂物質(zhì)(例如，來(lái)自啤酒塔的706、來(lái)自側(cè)塔的711、來(lái)自精餾塔的716)以及來(lái)自閃蒸系統(tǒng)的冷凝物(109、117、219、314、417；參見(jiàn)圖2至5)。可將潷析770中產(chǎn)生的蒸氣流721排放至滌氣器系統(tǒng)中。在一些實(shí)施例中，潷析770可在亞大氣壓下操作并且真空泵可用于將蒸氣流721引導(dǎo)至滌氣器系統(tǒng)中。
[0158] 可將來(lái)自潷析770的水相708送至側(cè)塔730(以及料流16；參見(jiàn)圖11)。側(cè)塔可用于在水從塔底部釋放用于該過(guò)程的其它部分之前回收可溶于水相中的產(chǎn)物醇。來(lái)自側(cè)塔730底部的熱水還可用于經(jīng)由料流712向閃蒸槽提供熱(參見(jiàn)圖2至5)，其還補(bǔ)充閃蒸過(guò)程中損失的水并有利于控制發(fā)酵容器中發(fā)酵液的含量。側(cè)塔730的低壓蒸汽熱707可由醪蒸煮過(guò)程來(lái)提供(參見(jiàn)圖10中的料流918)。產(chǎn)物醇/水共沸物709可在塔頂蒸餾至冷凝
740。冷凝物711可進(jìn)入潷析770。
740。冷凝物711可進(jìn)入潷析770。
[0159] 可將來(lái)自潷析770的產(chǎn)物醇相714送至精餾器750(以及料流15；參見(jiàn)圖11)。精餾器750可在從精餾器750的底部釋放純化的產(chǎn)物醇之前去除任何可溶于產(chǎn)物醇相中的水。水可以產(chǎn)物醇/水塔頂共沸物715的形式去除并送至冷凝760?？蓪⒗淠?16轉(zhuǎn)移至潷析770?？捎瞄g接加熱的再沸器780加熱精餾器750。再沸器780可以為釜型、熱虹吸管或通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所考慮的任何其它設(shè)計(jì)。精餾塔底物的一部分可經(jīng)由料流717進(jìn)入再沸器780中。來(lái)自再沸器780的蒸氣流719可進(jìn)入精餾器750的底部。底部側(cè)流718可被冷卻并送入產(chǎn)物儲(chǔ)罐中。料流718的冷卻可與其它料流熱集成，例如可經(jīng)由換熱器將來(lái)自718的熱轉(zhuǎn)移至料流714。冷凝760可與其它設(shè)備和/或裝置熱集成。例如，冷凝760可向蒸發(fā)系列提供熱。
[0160] 圖9描繪了如本文所述以及如圖2至8中所示的方法的總體流程(例如，不同區(qū)域或過(guò)程之間的材料、蒸汽和水)。如圖2至5所示，發(fā)酵區(qū)800包括發(fā)酵和閃蒸系統(tǒng)。如圖9所示，料流109、117、219、314、417、101、201、301和401以及料流15和16(參見(jiàn)圖11)，全部均將材料從發(fā)酵區(qū)800轉(zhuǎn)移至所述過(guò)程的蒸餾區(qū)810。產(chǎn)物醇718可從蒸餾區(qū)810中去除。來(lái)自蒸餾區(qū)810的水可通過(guò)由712和805轉(zhuǎn)移而用于發(fā)酵區(qū)800。共產(chǎn)物DDGS 705可離開(kāi)蒸餾區(qū)810?？蓪?lái)自蒸餾區(qū)810的稀釜餾物(501、601；如圖6和7所示)轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)區(qū)820?？蓪?lái)自蒸發(fā)區(qū)820的冷凝水804用于發(fā)酵區(qū)800，例如，在醪蒸煮過(guò)程中或以發(fā)酵容器的補(bǔ)充用水形式?？蓪⒄舭l(fā)區(qū)820中產(chǎn)生的過(guò)程蒸汽608轉(zhuǎn)移至發(fā)酵區(qū)800或?qū)⒄舭l(fā)區(qū)820中產(chǎn)生的過(guò)程蒸汽506轉(zhuǎn)移至蒸餾區(qū)810。蒸汽還可在動(dòng)力室830中產(chǎn)生以向任何處理區(qū)提供熱量?？山?jīng)由料流801將燃料諸如天然氣進(jìn)料至動(dòng)力室830以在鍋爐中燃燒用于產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)生的蒸汽806可離開(kāi)動(dòng)力室830并可經(jīng)由502和/或602遞送至蒸發(fā)區(qū)820，經(jīng)由802遞送至蒸餾區(qū)810，或經(jīng)由803遞送至發(fā)酵區(qū)800。
[0161] 圖10示出由發(fā)酵制備乙醇到通過(guò)蒸餾回收所述乙醇。乙醇可通過(guò)在發(fā)酵900中發(fā)酵糖來(lái)制備。糖可來(lái)源于任何生物質(zhì)源，其包括玉米、甘蔗、纖維素或木質(zhì)纖維素材料?？蓪l(fā)酵期間產(chǎn)生的氣體901排放到滌氣器系統(tǒng)中?？蓪l(fā)酵液902轉(zhuǎn)移到啤酒塔910中。來(lái)自蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽903可進(jìn)入啤酒塔910。乙醇和水可在啤酒塔910內(nèi)蒸發(fā)，并且可將蒸發(fā)的料流904從塔頂送至精餾器920中。精餾器920可用于濃縮乙醇。啤酒塔910的塔底流出物915為全釜餾物，其主要包含固體和水。來(lái)自精餾器920的乙醇和水的共沸物905可從塔頂蒸發(fā)至冷凝930?？蓪⒕s器920的塔底流出物906轉(zhuǎn)移至側(cè)塔970用于回收乙醇。來(lái)自醪蒸煮過(guò)程的閃蒸蒸氣918可用于向側(cè)塔970提供能量。可將來(lái)自側(cè)塔970的頂部的蒸氣流916轉(zhuǎn)移至精餾器920的底部。側(cè)塔970的底物917形成可重新用于所述過(guò)程中的lutter水?？蓪?lái)自冷凝930的蒸氣流907轉(zhuǎn)移至壓縮940。壓縮940產(chǎn)生用于蒸餾處理的真空。將壓縮940的輸出物909轉(zhuǎn)移至閃蒸960?？蓪?lái)自冷凝930的液體冷凝物的一部分以回流形式轉(zhuǎn)移至精餾器920的頂部并且可將另一部分908轉(zhuǎn)移至分子篩系統(tǒng)950。
在分子篩系統(tǒng)950中，剩余的水可從乙醇914中去除。在分子篩系統(tǒng)950的再生期間，蒸氣流911可離開(kāi)分子篩系統(tǒng)950，并可在進(jìn)入閃蒸960之前冷凝(未示出)。離開(kāi)閃蒸960的蒸氣流912主要為二氧化碳，并且離開(kāi)閃蒸960的液體913包含乙醇和水并可再循環(huán)至精餾器920中用于回收乙醇。
在分子篩系統(tǒng)950中，剩余的水可從乙醇914中去除。在分子篩系統(tǒng)950的再生期間，蒸氣流911可離開(kāi)分子篩系統(tǒng)950，并可在進(jìn)入閃蒸960之前冷凝(未示出)。離開(kāi)閃蒸960的蒸氣流912主要為二氧化碳，并且離開(kāi)閃蒸960的液體913包含乙醇和水并可再循環(huán)至精餾器920中用于回收乙醇。
[0162] 圖11代表本文所述的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，用于閃蒸的冷凝可使用噴霧冷凝器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蓪?lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的冷凝的液體潷出以分離水相和有機(jī)相。可以蒸餾方式在精餾塔中純化富含產(chǎn)物醇的相?？蓪⒏凰嗟囊徊糠掷鋮s以用作噴霧冷凝器中的冷凝流體，并且可將富水相的另一部分送至蒸餾用于產(chǎn)物醇去除。
[0163] 可將來(lái)自預(yù)閃蒸1000的料流1轉(zhuǎn)移至閃蒸1010中。蒸氣流2可被轉(zhuǎn)移至壓縮1050并可被壓縮至高于大氣壓。壓縮1050可以為預(yù)閃蒸1000中的真空源。真空和壓縮可通過(guò)例如真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。
[0164] 閃蒸1010可用于從發(fā)酵液中蒸發(fā)產(chǎn)物醇。閃蒸1010的壓力可在低于預(yù)閃蒸1000的壓力的壓力下操作。閃蒸1010可通過(guò)本文所述方法中任一種加熱，其包括經(jīng)由料流712來(lái)自蒸餾區(qū)的熱水和/或經(jīng)由料流608來(lái)自蒸發(fā)區(qū)的蒸汽(參見(jiàn)圖7和8)。可將包含產(chǎn)物醇和水、來(lái)自閃蒸1010的蒸氣流3轉(zhuǎn)移至冷凝1020?？墒褂帽檬箒?lái)自閃蒸1010的液體流(或尾料，未示出)返回到發(fā)酵容器中。
[0165] 冷凝1020可例如用換熱器或噴霧冷凝器來(lái)實(shí)現(xiàn)。包含二氧化碳、產(chǎn)物醇和水的殘余的未冷凝的蒸氣流4可通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)使用可引發(fā)部分冷凝的級(jí)間冷卻進(jìn)行壓縮?？山?jīng)由泵送將來(lái)自冷凝1020的冷凝物流14轉(zhuǎn)移至潷析1070。來(lái)自冷凝1020的蒸氣流4可進(jìn)入壓縮1030并可被壓縮至亞大氣壓。壓縮1030可以為閃蒸1010中的真空源。真空和壓縮可例如通過(guò)真空泵、壓縮機(jī)、蒸汽噴射或本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的其它方式實(shí)現(xiàn)。來(lái)自壓縮1030的蒸氣流5可進(jìn)入冷凝1040。冷凝1040可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可用例如冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？山?jīng)由泵送將來(lái)自冷凝1040的冷凝物流7轉(zhuǎn)移至潷析1070?？蓪?lái)自冷凝1040的蒸氣流6轉(zhuǎn)移至壓縮1050。在壓縮1050中，可將料流6和2壓縮至高于大氣壓?？蓪嚎s1050的輸出物8轉(zhuǎn)移至冷凝1060。冷凝1060可例如用熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。冷卻可用例如冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^(guò)泵送將液體冷凝物11轉(zhuǎn)移至潷析1070?？蓪?lái)自冷凝1060的蒸氣流9送入滌氣器系統(tǒng)中。
[0166] 可經(jīng)由料流17將在潷析1070中收集的任何蒸氣排放到滌氣器系統(tǒng)中?？蓪?lái)自潷析1070的富醇相15送至蒸餾處理區(qū)用于回收產(chǎn)物醇。料流15可直接進(jìn)入精餾塔(參見(jiàn)圖8)。可經(jīng)由料流16將來(lái)自潷析1070的富水相的一部分送至蒸餾處理，以回收產(chǎn)物醇和水用于再循環(huán)利用。料流16可直接進(jìn)入側(cè)汽提塔(參見(jiàn)圖8)。來(lái)自潷析1070的富水相的另一部分可經(jīng)由料流12通過(guò)冷卻1080再循環(huán)至冷凝1020。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)自冷卻1080的冷卻液體13可被噴入冷凝1020中以冷凝閃蒸蒸氣的一部分。冷凝1020中僅利用來(lái)自潷析1070的富水相利用了水的相對(duì)高的熱容量，從而使料流12、13和14的流量要求最小化。
[0167] 在另一個(gè)實(shí)施例中，可利用多于一個(gè)的潷析步驟分離來(lái)自不同冷凝步驟的冷凝物。在另一個(gè)實(shí)施例中，可將混合相返回至冷凝1020中。
[0168] 用于本文所述方法的設(shè)備可以多種方式配置。例如，閃蒸槽和/或冷凝器可部分地包括在頂部流體連接的多個(gè)平行垂直柱。所述柱可具有內(nèi)部構(gòu)件(例如，噴霧嘴、人字紋、除霧器)以促進(jìn)傳質(zhì)和傳熱并減少夾帶。所述柱可以為例如10、12或14英尺直徑或適用于車間制造和用卡車或鐵軌或其它標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸方式運(yùn)輸至發(fā)酵工廠現(xiàn)場(chǎng)的其它直徑。所述柱可受多道流動(dòng)構(gòu)造阻擋。柱可被評(píng)定為全真空，并且可增強(qiáng)真空等級(jí)。所述柱可焊接不銹鋼或類似非腐蝕性合金構(gòu)造，并且可具有容易排水和清潔的碟形底部。
[0169] 可在一個(gè)或多個(gè)柱的中間的上方引入發(fā)酵液，并且可在這些柱的中間的下方引入以蒸汽和/或熱水形式的熱量。消耗產(chǎn)物醇的發(fā)酵液可在這些柱的底部收集并從那里流入泵中。蒸氣可從進(jìn)料發(fā)酵液的柱中穿過(guò)到達(dá)充當(dāng)接觸冷凝器的其它柱中。冷卻的冷凝物可以一種或多種含量噴射到這些其它柱中以冷凝產(chǎn)物醇與水的一部分。該冷凝物可在這些柱的底部收集并從那里流入冷凝泵中。冷凝物或冷凝物的一部分可潷出以將富含產(chǎn)物醇的層與富含水的層分離。可將富產(chǎn)物醇相和富水相泵送至精制系列中用于回收產(chǎn)物醇，并使基本上不含產(chǎn)物醇的水再循環(huán)。可將冷凝物或其一部分冷卻并泵送回冷凝柱中。在一些實(shí)施例中，可將富含水的層或其部分冷卻并泵送回冷凝柱中。蒸氣可從擋板或其它用于在低壓降下分離蒸氣與液體的系統(tǒng)下方離開(kāi)冷凝柱，或可將蒸氣引導(dǎo)至壓縮機(jī)。
[0170] 冷卻后，可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)壓縮和/或冷卻塔板將剩余的蒸氣壓縮并冷卻直至達(dá)到適用于釋放至滌氣器的壓力。冷卻水可被引入任一個(gè)冷卻器塔板中。壓縮機(jī)入口處的產(chǎn)物醇與二氧化碳的比率可以為，例如約2至約20，約3至約20，或約7至約20。
[0171] 在一些實(shí)施例中，可在包括至少一個(gè)滌氣器的滌氣器系統(tǒng)中進(jìn)一步處理由閃蒸和預(yù)閃蒸蒸氣的處理獲得的一股或多股蒸氣流以及從其它處理區(qū)(例如，蒸餾、蒸發(fā)、發(fā)酵排氣)獲得的蒸氣流。處理中產(chǎn)生的蒸氣流的組分可以為發(fā)酵期間形成的二氧化碳。根據(jù)環(huán)境溫度和壓力條件，這些蒸氣流還可包含不同量的產(chǎn)物醇和其它揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)?？赡苡欣氖鞘菇?jīng)由這些蒸氣流離開(kāi)所述過(guò)程的VOC含量最小化，例如，以符合對(duì)產(chǎn)物醇的工業(yè)化制造所規(guī)定的管制排放限制。此外，將產(chǎn)物醇排放至大氣環(huán)境中可能導(dǎo)致收益損失。使用本文所述并且例如如圖2B和4所示的方法，可減少蒸氣流的VOC含量。
[0172] 使排放的VOC的含量最小化的一種方式是通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)滌氣器將來(lái)自蒸氣流的VOC的一部分吸收到水中，導(dǎo)致滌氣器塔底流出物包含水。通常，滌氣器塔底流出物用于補(bǔ)充醇制備過(guò)程中損失的水。例如，大量水可通過(guò)干燥酒糟以可溶物而損失，并且滌氣器塔底流出物可用于補(bǔ)充這種水損失。進(jìn)入滌氣器的水(例如，滌氣器水)可包含新鮮水和已經(jīng)處理過(guò)的水?！靶迈r水”是來(lái)自外部源，即醇制備過(guò)程之外的水。在一些情況下，可產(chǎn)生過(guò)量滌氣器塔底流出物從而形成不能容易處理去除的廢料流?？上拗七M(jìn)入滌氣器的新鮮水流量以防止生成廢料流。
[0173] 因此，能夠從蒸氣流中去除的VOC部分可受到進(jìn)入滌氣器的有限流量的新鮮水中能夠吸收的量限制。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，滌氣器水的吸收容量可通過(guò)使用添加劑來(lái)增加。這些添加劑可例如至少部分地溶于水。這些添加劑可具有降低VOC的蒸氣壓力、降低VOC的揮發(fā)性和/或增加VOC的溶解度的效果。在一些實(shí)施例中，添加劑可與滌氣器水一起或獨(dú)立地添加到滌氣器系統(tǒng)中。在一些實(shí)施例中，添加劑可以為生物相容的。在另一個(gè)實(shí)施例中，添加劑可與燃料產(chǎn)物相容。添加劑的一個(gè)例子為甘油。在另一個(gè)實(shí)施例中，添加劑可以為如本文和WO 2011/100299以及美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0211348中所述的吸收液體，上述專利文獻(xiàn)的全部公開(kāi)內(nèi)容全文并入本文。在一些實(shí)施例中，可處理滌氣器塔底流出物以回收其中的添加劑或吸收液體以及任何產(chǎn)物醇和VOC。
[0174] 在一些實(shí)施例中，可例如使用換熱器、使用冷卻水、制冷系統(tǒng)，或通過(guò)蒸發(fā)冷卻來(lái)冷卻滌氣器水，以增加滌氣器水的吸收容量。在一些實(shí)施例中，可將滌氣器塔底流出物的一部分冷卻和/或冷凍并再循環(huán)至滌氣器；以及在一些實(shí)施例中，該再循環(huán)部分可與滌氣器水混合并且可在進(jìn)入滌氣器之前進(jìn)一步冷卻或冷凍。在一些實(shí)施例中，可進(jìn)一步處理該再循環(huán)部分以去除VOC并在進(jìn)入滌氣器之前進(jìn)一步冷卻或冷凍。例如，該再循環(huán)部分可在塔(諸如側(cè)汽提塔)中蒸餾。
[0175] 在一些實(shí)施例中，進(jìn)入滌氣器的水或其至少一部分可以由在所述過(guò)程另一部分中生成的水流(諸如來(lái)自蒸發(fā)系列的冷凝物)的一部分提供。在一些實(shí)施例中，可將一股或多股蒸氣流壓縮至高于大氣壓的壓力并在高壓下在滌氣器中處理以進(jìn)一步提高滌氣器水的產(chǎn)物醇吸收效率。
[0176] 在一些實(shí)施例中，滌氣器可例如通過(guò)冷卻夾套進(jìn)行外部冷卻。在一些實(shí)施例中，可將滌氣器的滌氣器塔底流出物引入另一個(gè)滌氣器中。滌氣器可提供約五個(gè)、約十個(gè)、約十五個(gè)或更多個(gè)理論接觸塔板，并且在一些實(shí)施例中，可以為逆流。
[0177] 在本文所述的工藝和方法的另一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)使產(chǎn)物醇去除速率改變成與整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵容器中的生產(chǎn)速率匹配而使能量消耗最小化。此外，輸入閃蒸中的熱量可根據(jù)發(fā)酵容器中變化的產(chǎn)物醇生產(chǎn)速率而改變。當(dāng)產(chǎn)物醇產(chǎn)量在發(fā)酵過(guò)程結(jié)束時(shí)減少時(shí)，可降低閃蒸系統(tǒng)的蒸汽速率以節(jié)約能源并改善本文所述方法的經(jīng)濟(jì)性。另外，數(shù)學(xué)建?？梢杂糜趦?yōu)化本文所述工藝和方法的各種參數(shù)。例如，閃蒸的循環(huán)速率可通過(guò)開(kāi)發(fā)用于發(fā)酵循環(huán)的數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化，所述數(shù)學(xué)模型包括解釋能量成本和供能系統(tǒng)容量的術(shù)語(yǔ)。
[0178] 優(yōu)化本文所述方法中能量消耗的另一種方式為熱集成。例如，能量(例如，熱)可以提供熱來(lái)操作閃蒸這種方式來(lái)級(jí)聯(lián)。提供該能量的經(jīng)濟(jì)型方式為對(duì)精制系列中的一個(gè)或多個(gè)真空塔的塔頂餾分使用冷凝，以在換熱器諸如提供有含水冷凝物的釜式再沸器中生成亞大氣壓蒸汽。提供能量的另一種方式是提供來(lái)自蒸發(fā)器系列的亞大氣壓蒸汽的一部分以操作閃蒸。這些加熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備不暴露于發(fā)酵液，從而不需要在每次發(fā)酵循環(huán)之后就地清潔。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于這些熱傳遞裝置可被系統(tǒng)中的所有發(fā)酵容器共享。
[0179] 在本文所述方法的一些實(shí)施例中，閃蒸處理可生成濕二氧化碳、腐蝕性的酸性氣體；并且用于發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)造(例如，發(fā)酵容器、預(yù)閃蒸和閃蒸槽、滌氣器、冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、蒸餾塔等)的材料(例如，不銹鋼)可能非常易受二氧化碳腐蝕和溶蝕影響。為減少濕二氧化碳的腐蝕性效應(yīng)，可添加生物相容性抗蝕劑以保護(hù)發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備的金屬表面。此外，將濕二氧化碳流的速度維持在等于或低于指定的流速(例如，m/s)可使?jié)穸趸嫉母g效應(yīng)最小化。例如，在預(yù)閃蒸、閃蒸和/或使發(fā)酵液再循環(huán)至發(fā)酵容器之前，從各種料流中去除濕二氧化碳也可以為減少濕二氧化碳腐蝕效應(yīng)的方式。使腐蝕效應(yīng)最小化的其它方式包括但不限于將管道組件(例如，彎管、三通、彎頭、閥、泵等)設(shè)計(jì)成減少可導(dǎo)致腐蝕和溶蝕的亂流的出現(xiàn)，在這些組件的構(gòu)造中使用抗腐蝕材料和/或?qū)@些組件施加涂層(例如，環(huán)氧樹(shù)脂、硅或聚合物合金涂層)；以及表面處理諸如機(jī)械處理(例如，拋光)、化學(xué)處理(例如，燒灼、鈍化)以及電化學(xué)處理(例如，電拋光)。
[0180] 發(fā)酵系統(tǒng)設(shè)備還易受污染影響。例如，真空系統(tǒng)(例如，預(yù)閃蒸和閃蒸槽)的閥、法蘭、接頭等可能易受滲漏的影響，使得空氣未消毒，從而使得不期望的微生物進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)。為減少污染風(fēng)險(xiǎn)，可將發(fā)酵系統(tǒng)的組件設(shè)計(jì)成消除接頭和法蘭，例如使用焊接構(gòu)造和/或平滑的導(dǎo)通孔。還可安裝漏氣的擋板，諸如用清洗口包圍法蘭以監(jiān)控任何滲漏。此外，可在發(fā)酵期間維持單菌條件，以確保最少的污染以及如果污染發(fā)生則將其抑制。就地清潔(CIP)和就地消毒(SIP)系統(tǒng)也可用于自動(dòng)清潔和滅菌而不進(jìn)行大量拆卸和組裝工作。在一個(gè)實(shí)施例中，可將CIP系統(tǒng)設(shè)計(jì)成允許工廠的一個(gè)區(qū)域關(guān)閉并清潔同時(shí)其它區(qū)域繼續(xù)工作。
[0181] 本文所述的方法提供具有改善的產(chǎn)物醇生產(chǎn)收率的發(fā)酵方法。如本文所討論的，由微生物利用發(fā)酵制備產(chǎn)物醇可能由于所述微生物的產(chǎn)物醇毒性閾值而效率低下。本文所提供的方法提供有效的方式，通過(guò)該方式可將產(chǎn)物醇從發(fā)酵過(guò)程中去除，導(dǎo)致發(fā)酵液中的產(chǎn)物醇濃度降低。降低的產(chǎn)物醇濃度使得所述產(chǎn)物醇對(duì)微生物的毒性效應(yīng)最小化，并因此導(dǎo)致提高的產(chǎn)物醇制備收率。
[0182] 氣體閃蒸期間存在的固體可導(dǎo)致發(fā)泡和/或污染以及固體和/或液體夾帶有氣體。在發(fā)酵之前或在預(yù)閃蒸或閃蒸之前從原料中去除固體可減少固體從預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽中加載，并可減少發(fā)泡的機(jī)會(huì)。在一些實(shí)施例中，可在預(yù)閃蒸或閃蒸之前去除微生物和/或固體。微生物和/或固體可使用例如過(guò)濾、離心和可用于分離的任何其它方式去除。
[0183] 防止泡沫離開(kāi)閃蒸槽的附加方式包括但不限于用于使泡沫破裂的機(jī)械裝置諸如爐管出口，防止泡沫形成的多級(jí)閃蒸，使用消泡劑，將液體噴入閃蒸槽的頂部以使泡沫破裂，或?qū)⒁衙摎獾脑傺h(huán)液體培養(yǎng)基噴入閃蒸槽的頂部。
[0184] 作為本文所述方法的實(shí)施例的一個(gè)例子，發(fā)酵可通過(guò)將原料直接引入發(fā)酵容器中引發(fā)。適合的原料包括但不限于黑麥、小麥、玉米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、大麥、纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料或它們的混合物。在一些實(shí)施例中，可將所述原料干磨或濕磨。參見(jiàn)圖12，在一些實(shí)施例中，在引入發(fā)酵20之前，可將原料42液化以產(chǎn)生原料漿液45，所述原料漿液可包含不溶解的固體和糖(例如，可發(fā)酵碳源)。原料的液化可通過(guò)任何已知的液化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述液化方法包括但不限于酸處理、酸-酶處理、酶處理(例如，α-淀粉酶)或它們的組合。在一些實(shí)施例中，液化可在液化容器中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，可在液化40中添加酶44(例如，α-淀粉酶)。
[0185] 可將原料漿液45引導(dǎo)至分離50中以從原料漿液45中分離出不溶解的固體。分離可通過(guò)多種裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括但不限于潷析器碗離心、三相離心(例如，)、盤(pán)疊離心、過(guò)濾離心、潷析器離心、過(guò)濾、真空過(guò)濾、帶式過(guò)濾器、壓濾、使用篩網(wǎng)的過(guò)濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。對(duì)于去除不溶解的固體的方法和系統(tǒng)的說(shuō)明，參見(jiàn)，例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0164302，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。原料漿液45的分離產(chǎn)生液相55和固相
52(例如，不溶解的固體)。液相55可被添加到發(fā)酵20中，并且固相52(或“濕餅”)可被進(jìn)一步處理。濕餅52可包括糖與水的一部分。
52(例如，不溶解的固體)。液相55可被添加到發(fā)酵20中，并且固相52(或“濕餅”)可被進(jìn)一步處理。濕餅52可包括糖與水的一部分。
[0186] 作為加工濕餅52的一個(gè)例子，可用水洗滌濕餅52以回收存在于濕餅中的糖(例如，低聚糖)，并且可將回收的糖和水再循環(huán)至液化40。洗滌之后，可進(jìn)一步處理濕餅52以例如形成動(dòng)物飼料(例如，DDGS)。
[0187] 在一些實(shí)施例中，可將微生物直接添加到發(fā)酵20中，或微生物可在增殖30中增殖，隨后可添加到發(fā)酵20中。在一些實(shí)施例中，增殖可在增殖容器中發(fā)生?？捎糜谶@些處理的微生物的例子在本文中有所描述。
[0188] 在一些實(shí)施例中，可向發(fā)酵20中添加原料42和/或液相55至預(yù)定含量。例如，可添加原料42和/或液相55直至其達(dá)到發(fā)酵容器20的攪拌槳。然后可激活攪拌器并可向發(fā)酵20中添加增殖30的內(nèi)容物。在一些實(shí)施例中，可將原料42和/或液相55進(jìn)料至發(fā)酵20直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在一些實(shí)施例中，原料42和/或液相55可通過(guò)外部冷卻回路循環(huán)以維持低于例如35℃或任何其它控制點(diǎn)的溫度。
[0189] 在一些實(shí)施例中，同步糖化和發(fā)酵可在發(fā)酵20中發(fā)生。可使用工業(yè)上通常利用的任何已知的糖化方法，所述方法包括但不限于酸處理、酸-酶處理或酶處理。在一些實(shí)施例中，可將酶22諸如葡糖淀粉酶引入發(fā)酵20中以將存在于原料42和/或液相55中的低聚糖形式的糖降解成單糖。在一些實(shí)施例中，糖化可在單獨(dú)的糖化容器中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，糖化可在原料漿液45的分離50之前或在原料漿液的分離50之后發(fā)生。
[0190] 在一些實(shí)施例中，可將料流25(例如，發(fā)酵液)從發(fā)酵20中釋放并轉(zhuǎn)移到預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽用于回收產(chǎn)物醇。釋放的料流25可包含微生物和固體，其可例如通過(guò)離心或過(guò)濾從料流25中分離。然后，微生物可再循環(huán)至發(fā)酵20，這隨時(shí)間推移可提高產(chǎn)物醇的生產(chǎn)率，從而導(dǎo)致產(chǎn)物醇的生產(chǎn)效率提高。此外，在將料流25轉(zhuǎn)移至預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽之前去除微生物可使閃蒸條件(例如，壓力和溫度)對(duì)微生物的影響最小化，導(dǎo)致改善的活性?？墒刮⑸锓祷刂涟l(fā)酵容器用于另一個(gè)發(fā)酵循環(huán)。
[0191] 在本文所述方法的另一個(gè)實(shí)施例中，作為實(shí)現(xiàn)改善的細(xì)胞密度和改善的發(fā)酵速率的方式，可在閃蒸發(fā)酵中采用細(xì)胞循環(huán)利用。在本文所述的方法中，可在將發(fā)酵液轉(zhuǎn)移到預(yù)閃蒸槽或閃蒸槽之前從發(fā)酵液中去除微生物，并使其返回至發(fā)酵容器中用于另一個(gè)發(fā)酵循環(huán)。微生物可例如通過(guò)離心或膜過(guò)濾與其它發(fā)酵組分分離而再循環(huán)。在一些實(shí)施例中，可用酸處理微生物以調(diào)理微生物用于另一次發(fā)酵循環(huán)。該酸洗可在單獨(dú)的槽(例如，再循環(huán)利用槽)中進(jìn)行。作為另外一種選擇，微生物(例如酵母)可與其它發(fā)酵組分分離、干燥并作為共產(chǎn)物銷售。
[0192] 可以多種方式將由本文所述經(jīng)由發(fā)酵工藝制備產(chǎn)物醇的方法產(chǎn)生的各種料流混合以產(chǎn)生多種共產(chǎn)物。例如，可以產(chǎn)生某些動(dòng)物物種(例如，奶牛)的定制飼料產(chǎn)品這種方式將各種料流混合并加工。如本文所述，可將酒糟固體與漿液混合以產(chǎn)生干酒糟及可溶物(DDGS)。
[0193] 通過(guò)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的醇產(chǎn)物具有多種應(yīng)用，例如，作為試劑、溶劑和燃料。通過(guò)受權(quán)利要求書(shū)保護(hù)的方法制備的丁醇可被直接用作燃料(例如，生物燃料)、燃料添加劑、用于制備可被用作柴油或生物柴油燃料的酯的醇、塑料工業(yè)中的原料化學(xué)品、配制產(chǎn)品諸如化妝品中的成分和化學(xué)中間體。丁醇還可被用作油漆、涂料、清漆、樹(shù)脂、樹(shù)膠、染料、脂肪、蠟類、樹(shù)脂、紫膠、橡膠和生物堿的溶劑。因此，本發(fā)明提供了制備醇，包括丁醇的替代性方法，其可支持對(duì)這些工業(yè)化學(xué)品的高需求。
[0194] 重組微生物和生物合成途徑
[0195] 不受理論的束縛，據(jù)信本文所述方法可與任何產(chǎn)生醇的微生物、尤其是以高于其耐受性水平的滴度制備醇的重組微生物結(jié)合使用。
[0196] 產(chǎn)生醇的微生物是本領(lǐng)域已知的。例如，通過(guò)甲烷氧化菌(methanotrophic bacteria)(例如發(fā)孢甲基彎菌(Methylosinus trichosporium))發(fā)酵氧化甲烷以制備甲醇，并使甲醇(C1烷基醇)接觸羧酸和能夠酯化羧酸與甲醇的催化劑形成羧酸甲醇酯。酵母菌株CEN.PK113-7D(CBS 8340，Centraal Buro voor Schimmelculture；van Dijken等人，Enzyme Microb.Techno.26：706-714，2000)能夠產(chǎn)生乙醇，并且使乙醇與羧酸以及能夠酯化羧酸和乙醇的催化劑接觸形成乙酯。
[0197] 產(chǎn)生醇的重組微生物也是本領(lǐng)域已知的(例如，Ohta等人，Appl.Environ.Microbiol.57：893-900，1991；Underwood等人，Appl.Environ.Microbiol.68：1071-1081，2002；Shen 和 Liao，Metab.Eng.10：312-320，2008；Hahnai 等 人，Appl.Environ.Microbiol.73：7814-7818，2007；美國(guó)專利5,514,583；美國(guó)專利5,712,133；PCT專利申請(qǐng)公布WO 1995/028476；Feldmann等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.，38：354-361，1992；
Zhang等人，Science 267：240-243，1995；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0031918 A1；美國(guó)專利
7,223,575；美國(guó)專利7,741,119；美國(guó)專利7,851,188；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0203099 A1；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0246846 A1；和PCT專利申請(qǐng)公布WO 2010/075241，它們?nèi)恳砸梅绞讲⑷氡疚?。
Zhang等人，Science 267：240-243，1995；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0031918 A1；美國(guó)專利
7,223,575；美國(guó)專利7,741,119；美國(guó)專利7,851,188；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0203099 A1；美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0246846 A1；和PCT專利申請(qǐng)公布WO 2010/075241，它們?nèi)恳砸梅绞讲⑷氡疚?。
[0198] 能夠制備產(chǎn)物醇諸如乙醇和丁醇的合適的重組微生物是本領(lǐng)域已知的，并且能夠制備產(chǎn)物醇的某些合適的微生物在本文中有所描述。在一些實(shí)施例中，所述微生物可為細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、絲狀真菌或酵母。能夠經(jīng)由生物合成途徑制備產(chǎn)物醇的合適的微生物包括下列中的一個(gè)成員：梭菌屬(Clostridium)、發(fā)酵單胞菌屬(Zymomonas)、埃希氏菌屬(Escherichia)、沙門氏菌屬(Salmonella)、沙雷氏菌(Serratia)、歐文氏菌屬(Erwinia)、克雷伯氏菌屬(Klebsiella)、志賀氏菌屬(Shigella)、紅球菌屬(Rhodococcus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、乳桿菌(Lactobacillus)、腸球菌屬(Enterococcus)、產(chǎn)堿桿菌屬(Enterococcus)、克雷伯氏菌屬(Klebsiella)、類芽孢桿菌(Paenibacillus)、節(jié)桿菌(Arthrobacter)、棒狀桿菌(Corynebacterium)、短桿菌屬(Brevibacterium)、裂殖酵母(Schizosaccharomyces)、克魯維酵母屬(Kluyveromyces)、耶氏酵母屬(Yarrowia)、畢赤酵母屬(Pichia)、接合酵母屬(Zygosaccharomyces)、德巴利氏酵母屬(Debaryomyces)、假絲酵母屬(Candida)、酒香酵母屬(Brettanomyces)、管囊酵母屬(Pachysolen)、漢遜酵母屬(Hansenula)、伊薩酵母屬Issatchenkia、絲孢酵母屬(Trichosporon)、Yamadazyma或酵母屬(Saccharomyces)。在一些實(shí)施例中，重組微生物可選自大腸桿菌(Escherichia coli)、真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes eutrophus)、地衣芽孢桿菌屬(Bacillus lichenifonnis)、浸麻類芽孢桿菌(Paenibacillus macerans)、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)、惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)、屎腸球菌(Enterococcus faecium)、鶉雞腸球菌(Enterococcus gallinarium)、糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、薩納瑞西斯假絲酵母(Candida sonorensis)、methanosorbosa假絲酵母(Candida methanosorbosa)、乳酸克魯維酵母(Kluyveromyces lactis)、馬克斯克魯維酵母(Kluyveromyces marxtanus)、耐熱克魯維酵母(Kluyveromyces thermotolerans)、東方伊薩酵母(Issatchenkia orientalis)、漢遜德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)和啤酒糖酵母(Saccharomyces cerevisiae)。在一些實(shí)施例中，重組微生物為酵母。在一些實(shí)施例中，所述重組微生物為克拉布特里陽(yáng)性(crabtree-positive)酵母，其選自酵母屬(Saccharomyces)、接合酵母屬(Zygosaccharomyces)、裂殖酵母屬(Schizosaccharomyces)、德克酵母屬(Dekkera)、球擬酵母屬(Torulopsis)、酒香酵母屬(Brettanomyces)、以及假絲酵母屬(Candida)的一些菌種。克拉布特里陽(yáng)性酵母的菌種包括但不限于，啤酒糖酵母、克魯維酵母(Saccharomyces kluyveri)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)、貝 酵母(Saccharomyces bayanus)、mikitae酵母(Saccharomyces mikitae)、奇異酵母(Saccharomyces paradoxus)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)、芽殖酵母(Saccharomyces castelli)、克魯維酵母(Saccharomyces kluyveri)、魯氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)、拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailli)和光滑假絲酵母(Candida glabrata)。此外，通過(guò)本文所述方法識(shí)別的耐產(chǎn)物醇微生物也可適用于基因修飾以制備產(chǎn)物醇。
[0199] 在一些實(shí)施例中，所述宿主細(xì)胞是啤酒糖酵母。啤酒糖酵母為本領(lǐng)域所已知并可購(gòu)自多種來(lái)源，包括但不限于美國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(Rockville，MD)、Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)真菌生物多樣性中心、LeSaffre、Gert Strand AB、Ferm Solutions、North American Bioproducts、Martrex和Lallemand。啤酒糖酵母包括但不限于BY4741、CEN.PK 113-7D、Ethanol 酵母、Ferm 酵母、 XR酵母、Gert Strand Prestige Batch Turbo alcohol酵母、Gert Strand Pot DistillersTM TM
酵母、Gert Strand Distillers Turbo酵母、FerMax Green酵母、FerMax Gold酵母、酵母、BG-1、PE-2、CAT-1、CBS7959、CBS7960和CBS7961。
酵母、Gert Strand Distillers Turbo酵母、FerMax Green酵母、FerMax Gold酵母、酵母、BG-1、PE-2、CAT-1、CBS7959、CBS7960和CBS7961。
[0200] 在一些實(shí)施例中，微生物可被固定或封裝。例如，微生物可使用藻酸鹽、藻酸鈣或聚丙烯酰胺凝膠固定或封裝，或通過(guò)在多種高表面積載體矩陣諸如硅藻土(diatomite)、硅藻土(celite)、硅藻土(diatomaceous earth)、硅膠、塑料或樹(shù)脂上誘導(dǎo)生物膜形成來(lái)固定或封裝。在一些實(shí)施例中，ISPR可與固定的或封裝的微生物聯(lián)合使用。該組合可提高生產(chǎn)能力諸如比體積生產(chǎn)能力、代謝率、產(chǎn)物醇收率、產(chǎn)物醇耐受性。此外，固定和封裝可使工藝條件諸如剪切對(duì)微生物的影響最小化。
[0201] 由微生物利用發(fā)酵產(chǎn)生丁醇以及產(chǎn)生丁醇的微生物公開(kāi)于例如美國(guó)專利7,851,188和 美 國(guó) 專 利 申 請(qǐng) 公 布2007/0092957；2007/0259410；2007/0292927；
2008/0182308；2008/0274525；2009/0155870；2009/0305363；和2009/0305370中，它們中的每個(gè)全文以引用方式并入本文。在一些實(shí)施例中，微生物可被工程化成包括生物合成途徑。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑為工程化的丁醇生物合成途徑。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑將丙酮酸轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑將丙酮酸以及氨基酸轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼至少一個(gè)、至少兩個(gè)、至少三個(gè)或至少四個(gè)多肽，所述多肽催化途徑中底物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼所有多肽，所述多肽催化途徑中底物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，催化底物以產(chǎn)生乙酰乳酸至2，3-二羥基異戊酸的轉(zhuǎn)化的多肽和/或催化底物以產(chǎn)生異丁醛至異丁醇的轉(zhuǎn)化的多肽能夠利用還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)作為輔因子。
2008/0182308；2008/0274525；2009/0155870；2009/0305363；和2009/0305370中，它們中的每個(gè)全文以引用方式并入本文。在一些實(shí)施例中，微生物可被工程化成包括生物合成途徑。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑為工程化的丁醇生物合成途徑。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑將丙酮酸轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，生物合成途徑將丙酮酸以及氨基酸轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物。在一些實(shí)施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼至少一個(gè)、至少兩個(gè)、至少三個(gè)或至少四個(gè)多肽，所述多肽催化途徑中底物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼所有多肽，所述多肽催化途徑中底物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，催化底物以產(chǎn)生乙酰乳酸至2，3-二羥基異戊酸的轉(zhuǎn)化的多肽和/或催化底物以產(chǎn)生異丁醛至異丁醇的轉(zhuǎn)化的多肽能夠利用還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)作為輔因子。
[0202] 生物合成途徑
[0203] 可被使用的用于制備異丁醇的生物合成途徑包括描述于美國(guó)專利7,851,188中的那些，該專利以引用方式并入本文。在一個(gè)實(shí)施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0204] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0205] b)乙酰乳酸至2，3-二羥基異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰羥酸還原異構(gòu)酶催化；
[0206] c)2，3-二羥基異戊酸至α-酮異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰羥酸脫水酶催化；
[0207] d)α-酮異戊酸至異丁醛的轉(zhuǎn)化，其可被例如支鏈α-酮酸脫羧酶催化；以及，[0208] e)異丁醛至異丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0209] 在另一個(gè)實(shí)施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0210] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0211] b)乙酰乳酸至2，3-二羥基異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如酮醇酸還原異構(gòu)酶催化；
[0212] c)2，3-二羥基異戊酸至a-酮異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如二羥基酸脫水酶催化；
[0213] d)α-酮異戊酸至纈氨酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如轉(zhuǎn)氨酶或纈氨酸脫氫酶催化；
[0214] e)纈氨酸至異丁胺的轉(zhuǎn)化，其可被例如纈氨酸脫羧酶催化；
[0215] f)異丁胺至異丁醛的轉(zhuǎn)化，其可被例如ω轉(zhuǎn)氨酶催化；以及，
[0216] g)異丁醛到異丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0217] 在另一個(gè)實(shí)施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0218] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0219] b)乙酰乳酸至2，3-二羥基異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰羥酸還原異構(gòu)酶催化；
[0220] c)2，3-二羥基異戊酸至α-酮異戊酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰羥酸脫水酶催化；
[0221] d)α-酮異戊酸至異丁酰-CoA的轉(zhuǎn)化，其可被例如支鏈酮酸脫氫酶催化；
[0222] e)異丁酰-CoA至異丁醛的轉(zhuǎn)化，其可被例如?；胰┟摎涿复呋?；以及，[0223] f)異丁醛到異丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0224] 用于制備可使用的1-丁醇的生物合成途徑包括在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2008/0182308中描述的那些，該文獻(xiàn)以引用的方式并入本文。在一個(gè)實(shí)施例中，1-丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0225] a)乙酰-CoA至乙酰乙酰-CoA的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰-CoA乙酰轉(zhuǎn)移酶催化；
[0226] b)乙酰乙酰-CoA至3-羥丁酰-CoA的轉(zhuǎn)化，其可被例如3-羥丁酰-CoA脫氫酶催化；
[0227] c)3-羥丁酰-CoA至巴豆酰-CoA的轉(zhuǎn)化，其可被例如巴豆酸酶催化；
[0228] d)巴豆酰-CoA至丁酰-CoA的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁酰-CoA脫氫酶催化；
[0229] e)丁酰-CoA至丁醛的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁醛，脫氫酶催化；以及，
[0230] f)丁醛至1-丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0231] 用于制備可使用的2-丁醇的生物合成途徑包括在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0259410和美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0155870中描述的那些，它們以引用的方式并入本文。在一個(gè)實(shí)施例中，2-丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0232] a)丙酮酸至α-乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0233] b)α-乙酰乳酸至乙偶姻的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0234] c)乙偶姻至3-氨基-2-丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙偶姻胺化酶催化；
[0235] d)3-氨基-2-丁醇至3-氨基-2-丁醇磷酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如氨基丁醇激酶催化；
[0237] f)2-丁酮至2-丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0238] 在另一個(gè)實(shí)施例中，2-丁醇生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0239] a)丙酮酸至α-乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0240] b)α-乙酰乳酸至乙偶姻的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0241] c)乙偶姻至2，3-丁二醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁二醇脫氫酶催化；
[0242] d)2，3-丁二醇至2-丁酮的轉(zhuǎn)化，其可被例如二醇脫水酶催化；以及，[0243] e)2-丁酮至2-丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0244] 用于制備可使用的2-丁醇的生物合成途徑包括在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0259410和美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0155870中描述的那些，它們以引用的方式并入本文。在一個(gè)實(shí)施例中，2-丁酮生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0245] a)丙酮酸至α-乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0246] b)α-乙酰乳酸至乙偶姻的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0247] c)乙偶姻至3-氨基-2-丁醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙偶姻胺化酶催化；
[0248] d)3-氨基-2-丁醇至3-氨基-2-丁醇磷酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如氨基丁醇激酶催化；以及，
[0249] e)3-氨基-2-丁醇磷酸至2-丁酮的轉(zhuǎn)化，其可被例如氨基丁醇磷酸磷酸化酶催化。
[0250] 在另一個(gè)實(shí)施例中，2-丁酮生物合成途徑包括下列底物至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：
[0251] a)丙酮酸至α-乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0252] b)α-乙酰乳酸至乙偶姻的轉(zhuǎn)化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0253] c)乙偶姻至2，3-丁二醇的轉(zhuǎn)化，其可被例如丁二醇脫氫酶催化；
[0254] d)2，3-丁二醇至2-丁酮的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化，其可被例如二醇脫水酶催化。
[0255] 術(shù)語(yǔ)“乙酰羥酸合酶”、“乙酰乳酸合酶”和“乙酰乳酸合成酶”(縮寫(xiě)為“ALS”)在本文中互換使用，指催化丙酮酸轉(zhuǎn)化成乙酰乳酸和二氧化碳的酶。已知乙酰乳酸合酶的例子為EC編號(hào)2.2.1.6(Enzyme Nomenclature 1992，Academic Press，San Diego)。這些未經(jīng)修飾的酶可得自多種來(lái)源，包括但不限于枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB15618、Z99122，分別是NCBI(National Center for Biotechnology Information)氨基酸序列、NCBI核苷酸序列)、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)(基因庫(kù)編號(hào)：AAA25079、M73842)和乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)(基因庫(kù)編號(hào)：AAA25161、L16975)。
[0256] 術(shù)語(yǔ)“酮醇酸還原異構(gòu)酶”(“KARI”)、“乙酰羥酸異構(gòu)還原酶”和“乙酰羥酸還原異構(gòu)酶”將互換使用并且是指能夠催化(S)-乙酰乳酸轉(zhuǎn)化成2，3-二羥基異戊酸的反應(yīng)的酶。KARI酶的例子可歸類為EC編號(hào)EC1.1.1.86(Enzyme Nomenclature 1992，Academic Press，San Diego)，并且得自多種微生物，包括但不限于大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_418222、NC_000913)、啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：NP_013459，NC_001144)、海沼甲烷球菌(Methanococcus maripaludis)(基因庫(kù)編號(hào)：CAF30210、BX957220)和枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB14789、Z99118)。KARIs包括Anaerostipes caccaeKARI變體“K9G9”和“K9D3”(參見(jiàn)美國(guó)專利申請(qǐng)公布2012/0149080，其以引用方式并入本文)。酮醇酸還原異構(gòu)酶在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2008/0261230、2009/0163376和2010/0197519以及PCT專利申請(qǐng)公布WO 2011/041415中有所描述，它們以引用的方式并入本文。本文所述的KARI的例子為來(lái)源于乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、霍亂弧菌(Vibrio cholera)、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)PAO1和熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)PF5突變體的那些。在一些實(shí)施例中，KARI利用NADH。在一些實(shí)施例中，KARI利用還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。
[0257] 術(shù)語(yǔ)“乙酰羥酸脫水酶”和“二羥基酸脫水酶”(“DHAD”)是指催化2，3-二羥基異戊酸轉(zhuǎn)化成α-酮異戊酸的酶。已知乙酰羥酸脫水酶的例子為EC編號(hào)EC 4.2.1.9。此類酶可得自多種微生物，包括但不限于大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：YP_026248、NC000913)、啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：NP_012550、NC 001142)、海沼甲烷球菌(M.maripaludis)(基因庫(kù)編號(hào)：CAF29874、BX957219)、枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB14105、Z99115)、乳酸乳球菌(L.lactis)和粗糙脈孢菌(N.crassa)。以引用的方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)公布2010/0081154和美國(guó)專利7,851,188描述了二羥基酸脫水酶(DHAD)，其包括來(lái)自變異鏈球菌(Streptococcus mutans)的DHAD。
[0258] 術(shù)語(yǔ)“支鏈α-酮酸脫羧酶”、“α-酮酸脫羧酶”、“α-酮異戊酸脫羧酶”或“2-酮異戊酸脫羧酶”(“KIVD”)是指催化α-酮異戊酸轉(zhuǎn)化成異丁醛和二氧化碳的酶。已知支鏈α-酮酸脫羧酶的例子為EC編號(hào)4.1.1.72，并且得自許多來(lái)源，包括但不限于乳酸乳球菌(Lactococcus)(基因庫(kù)編號(hào)：AAS49166、AY548760；CAG34226、AJ746364，鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhimurium)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_461346、NC_003197)，丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_149189、NC_001988)，溶酪大球菌(M.caseolyticus)和格雷氏李斯特菌(L.grayis)。
[0259] 術(shù)語(yǔ)“支鏈醇脫氫酶”(“ADH”)是指催化異丁醛轉(zhuǎn)化成異丁醇的酶。已知支鏈醇脫氫酶的例子是EC編號(hào)1.1.1.265，但是所述酶也可被歸類為其它醇脫氫酶(具體地講，EC 1.1.1.1或1.1.1.2)。醇脫氫酶可為NADPH依賴型或NADH依賴型。這些酶可得自多種來(lái)源，包括但不限于啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：NP_010656、NC_001136、NP_014051、NC_001145)、大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_417484、NC_000913)，丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_349892、NC_003030；NP_349891、NC_003030)。以引用方式并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0269823描述了SadB，來(lái)源于木糖氧化無(wú)色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)的醇脫氫酶(ADH)。醇脫氫酶還包括馬肝ADH和印度拜耶林克氏菌(Beijerinkia indica)ADH(如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0269199中所述，其以引用方式并入本文)。
[0260] 術(shù)語(yǔ)“丁醇脫氫酶”是指多肽(或多種多肽)，其具有催化異丁醛轉(zhuǎn)化成異丁醇或催化2-丁酮和2-丁醇的轉(zhuǎn)化的酶活性。丁醇脫氫酶是乙醇脫氫酶大家族中的一個(gè)子集。丁醇脫氫酶可以為NAD-(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)或NADP-依賴型。NAD-依賴型酶已知為EC 1.1.1.1并且可得自例如赤紅球菌(Rhodococcus ruber)(基因庫(kù)編號(hào)：CAD36475、AJ491307)。NADP-依賴型酶已知為EC 1.1.1.2并且可得自例如強(qiáng)烈火球菌(Pyrococcus furiosus)(基因庫(kù)編號(hào)：AAC25556、AF013169)。另外，丁醇脫氫酶得自大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP 417484、NC_000913)并且環(huán)己醇脫氫酶得自不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter sp.)(基因庫(kù)編號(hào)：AAG10026、AF282240)。術(shù)語(yǔ)“丁醇脫氫酶”也指催化丁醛轉(zhuǎn)化成1-丁醇的酶，其使用NADH或NADPH作為輔因子。丁醇脫氫酶得自例如丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_149325、NC_001988；注釋：這種酶同時(shí)具有醛和醇脫氫酶活性)；NP_349891、NC_003030；和NP_349892、NC_003030)和大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_417-484、NC_000913)。
[0261] 術(shù)語(yǔ)“支鏈酮酸脫氫酶”是指催化α-酮異戊酸轉(zhuǎn)化成異丁酰-CoA(異丁酰-輔酶+A)的酶，通常使用NAD 作為電子受體。已知支鏈酮酸脫氫酶的例子為編號(hào)為EC 1.2.4.4。
此類支鏈酮酸脫氫酶由四個(gè)亞基構(gòu)成，并且來(lái)自所有亞基的序列可得自多種微生物，包括但不限于枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB14336、Z99116；CAB14335、Z99116；CAB14334、Z99116；和CAB14337、Z99116)和惡臭假單胞菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAA65614、M57613；
AAA65615、M57613；AAA65617、M57613；和AAA65618、M57613)。
此類支鏈酮酸脫氫酶由四個(gè)亞基構(gòu)成，并且來(lái)自所有亞基的序列可得自多種微生物，包括但不限于枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB14336、Z99116；CAB14335、Z99116；CAB14334、Z99116；和CAB14337、Z99116)和惡臭假單胞菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAA65614、M57613；
AAA65615、M57613；AAA65617、M57613；和AAA65618、M57613)。
[0262] 術(shù)語(yǔ)“酰化乙醛脫氫酶”指催化異丁酰-CoA轉(zhuǎn)化成異丁醛的酶，其通常使用NADH或NADPH作為電子供體。已知?；胰┟摎涿傅睦訛镋C編號(hào)1.2.1.10和1.2.1.57。此類酶得自多種來(lái)源，包括但不限于拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)(基因庫(kù)編號(hào)：AAD31841、AF157306)、丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_149325、NC_001988；NP_149199、NC_001988)、惡臭假單胞菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAA89106、U13232)和嗜熱棲熱菌(Thermus thermophilus)(基因庫(kù)編號(hào)：YP_145486、NC_006461)。
[0263] 術(shù)語(yǔ)“轉(zhuǎn)氨酶”指催化α-酮異戊酸轉(zhuǎn)化成L-纈氨酸的酶，其使用丙氨酸或谷氨酸作為胺供體。已知轉(zhuǎn)氨酶的例子為EC編號(hào)2.6.1.42和2.6.1.66。這些酶可得自多個(gè)來(lái)源。依賴丙氨酸的酶的來(lái)源的例子包括但不限于大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：YP_026231、NC_000913)和地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)(基因庫(kù)編號(hào)：YP_093743、NC_006322)。依賴谷氨酸的酶的來(lái)源的例子包括但不限于大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：YP_026247、NC_000913)、啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：NP_012682、NC_001142)和嗜熱堿甲烷桿菌(Methanobacterium thermoautotrophicum)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_276546、NC_000916)。
[0264] 術(shù)語(yǔ)“纈氨酸脫氫酶”指催化α-酮異戊酸轉(zhuǎn)化成L-纈氨酸的酶，其通常使用NAD(P)H作為電子供體并用氨作為胺供體。已知纈氨酸脫氫酶的例子為EC編號(hào)1.4.1.8和1.4.1.9并且此類酶可得自多個(gè)來(lái)源，包括但不限于天藍(lán)色鏈霉菌(Streptomyces coelicolor)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_628270、NC_003888)和枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB14339、Z99116)。
[0265] 術(shù)語(yǔ)“纈氨酸脫羧酶”指催化L-纈氨酸轉(zhuǎn)化成異丁胺和二氧化碳的酶。已知纈氨酸脫羧酶的例子為EC編號(hào)4.1.1.14。此類酶存在于鏈霉菌屬(Streptomyces)中，例如生綠鏈霉菌(Streptomyces viridifaciens)(基因庫(kù)編號(hào)：AAN10242、AY116644)。
[0266] 術(shù)語(yǔ)“ω轉(zhuǎn)氨酶”是指催化異丁胺轉(zhuǎn)化成異丁醛的酶，其使用合適的氨基酸作為胺供體。已知ω轉(zhuǎn)氨酶的例子為EC編號(hào)2.6.1.18，并且其得自許多來(lái)源，包括但不限于反硝化產(chǎn)堿菌(Alcaligenes denitri?cans)(AAP92672、AY330220)、富養(yǎng)羅爾斯通氏菌(Ralstonia eutropha)(基因庫(kù)編號(hào)：YP_294474、NC_007347)、沙雷菌(Shewanella oneidensis)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_719046、NC_004347)和惡臭假單胞菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAN66223、AE016776)。
[0267] 術(shù)語(yǔ)“乙酰-CoA乙酰轉(zhuǎn)移酶”是指催化兩分子乙酰-CoA轉(zhuǎn)化成乙酰乙酰-CoA和輔酶A(CoA)的酶。乙酰-CoA乙酰轉(zhuǎn)移酶的例子是具有對(duì)短鏈?；?CoA和乙酰-CoA的底物偏好(在正向上反應(yīng))的乙酰-CoA乙酰轉(zhuǎn)移酶，并且該酶歸類為E.C.2.3.1.9[Enzyme Nomenclature 1992，Academic Press，San Diego]；但是具有更廣泛底物范圍的酶(E.C.2.3.1.16)也將具有功能。乙酰-CoA乙酰轉(zhuǎn)移酶得自多種來(lái)源，例如，大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_416728、NC_000913；NCBI氨基酸序列、NCBI核苷酸序列)、丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_349476.1，NC_003030；NP_149242、NC_001988，枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_390297、NC_000964)和啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：NP_015297、NC_001148)。
[0268] 術(shù)語(yǔ)“3-羥丁酰-CoA脫氫酶”是指催化乙酰乙酰-CoA轉(zhuǎn)化成3-羥丁酰-CoA的酶。3-羥丁酰-CoA脫氫酶可為NADH依賴型的、具有對(duì)(S)-3-羥丁酰-CoA或(R)-3-羥丁酰-CoA的底物偏好的酶。例子可分別歸類為E.C.1.1.1.35和E.C.1.1.1.30。另外，3-羥丁酰-CoA脫氫酶可為NADPH-依賴型的、具有對(duì)(S)-3-羥丁酰-CoA或(R)-3-羥丁酰-CoA的底物偏好的酶，并且其可分別歸類為E.C.1.1.1.157和E.C.1.1.1.36。3-羥丁酰-CoA脫氫酶得自多種來(lái)源，例如，丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_349314、NC_003030)、枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAB09614、U29084)、富養(yǎng)羅爾斯通氏菌(基因庫(kù)編號(hào)：YP_294481、NC_007347)和真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAA21973、J04987)。
[0269] 術(shù)語(yǔ)“巴豆酸酶”是指催化3-羥丁酰-CoA轉(zhuǎn)化成巴豆酰-CoA和H2O的酶。巴豆酸酶的例子可具有對(duì)(S)-3-羥丁酰-CoA或(R)-3-羥丁酰-CoA的底物偏好并可分別歸類為E.C.4.2.1.17和E.C.4.2.1.55。巴豆酸酶得自多種來(lái)源，例如，大腸桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_415911、NC_000913)，丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_349318、NC_003030)、枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB13705、Z99113)和豚鼠氣單胞菌(Aeromonas caviae)(基因庫(kù)編號(hào)：
BAA21816、D88825)。
BAA21816、D88825)。
[0270] 術(shù)語(yǔ)“丁酰-CoA脫氫酶”指催化巴豆酰-CoA轉(zhuǎn)化成丁酰-CoA的酶。丁酰-CoA脫氫酶的例子可為NADH-依賴型的、NADPH-依賴型的或黃素-依賴型的，并且可分別歸類為E.C.1.3.1.44、E.C.1.3.1.38和E.C.1.3.99.2。丁酰-CoA脫氫酶得自多種來(lái)源，例如丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP_347102、NC_003030)、小眼蟲(chóng)(Euglena gracilis)(基因庫(kù)編號(hào)：Q5EU90)、AY741582)、山丘鏈霉菌(Streptomyces collinus)(基因庫(kù)編號(hào)：AAA92890、U37135)和天藍(lán)色鏈霉菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAA22721、AL939127)。
[0271] 術(shù)語(yǔ)“丁醛脫氫酶”是指催化丁酰-CoA轉(zhuǎn)化成丁醛的酶，該酶使用NADH或NADPH作為輔因子。已知具有對(duì)NADH的偏好性的丁醛脫氫酶為E.C.1.2.1.57并且得自例如拜氏梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAD31841、AF157306)和丙酮丁醇梭菌(基因庫(kù)編號(hào)：NP.sub.--149325、NC.sub.--001988)。
[0272] 術(shù)語(yǔ)“異丁酰-CoA變位酶”指催化丁酰-CoA轉(zhuǎn)化成異丁酰-CoA的酶。這種酶使用輔酶B12作為輔因子。已知異丁酰-CoA變位酶的例子為EC編號(hào)5.4.99.13。這些酶存在于多種鏈霉菌屬中，包括但不限于肉桂地鏈霉菌(Streptomyces cinnamonensis)(基因庫(kù)編號(hào)：AAC08713、U67612；CAB59633、AJ246005)、天藍(lán)色鏈霉菌(基因庫(kù)編號(hào)：CAB70645、AL939123；CAB92663、AL939121)和阿維鏈霉菌(Streptomyces avermitilis)(基因庫(kù)編號(hào)：NP_824008、NC_003155；NP_824637、NC_003155)。
[0273] 術(shù)語(yǔ)“乙酰乳酸脫羧酶”指具有催化α-乙酰乳酸轉(zhuǎn)化成乙偶姻的酶活性的多肽(或多種多肽)。已知乙酰乳酸脫羧酶的例子為EC 4.1.1.5并且可例如來(lái)自枯草芽孢桿菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAA22223、L04470)、土生克雷伯氏菌(Klebsiella terrigena)(基因庫(kù)編號(hào)：AAA25054、L04507)和肺炎克雷伯氏菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAU43774、AY722056)。
[0274] 術(shù)語(yǔ)“乙偶姻胺化酶”或“乙偶姻轉(zhuǎn)氨酶”指具有催化乙偶姻轉(zhuǎn)化成3-氨基-2-丁醇的酶活性的多肽(或多種多肽)。乙偶姻胺化酶可利用輔因子5′-磷酸吡哆醛或NADH或NADPH。所得產(chǎn)物可在3-位點(diǎn)具有(R)或(S)立體化學(xué)構(gòu)型。依賴磷酸吡哆醛的酶可使用氨基酸諸如丙氨酸或谷氨酸作為氨基供體。依賴NADH-和NADPH-的酶可使用氨作為第二底物。NADH依賴的乙偶姻胺化酶，也稱為氨基醇脫氫酶的合適的例子，由Ito等人進(jìn)行了描述(例如，參見(jiàn)美國(guó)專利6,432,688)。依賴吡哆醛的乙偶姻胺化酶的例子是胺：丙酮酸氨基轉(zhuǎn)移酶(也稱為胺：丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶)，如Shin和Kim所述(J.Org.Chem.67：2848-2853，2002)。
[0275] 術(shù)語(yǔ)“乙偶姻激酶”指具有催化乙偶姻轉(zhuǎn)化成磷酸乙偶姻的酶活性的多肽(或多種多肽)。乙偶姻激酶可利用ATP(三磷酸腺苷)或磷酸烯醇式丙酮酸作為反應(yīng)的磷酸供體。對(duì)類似底物二羥基丙酮催化類似反應(yīng)的酶包括例如已知為EC 2.7.1.29的酶(參見(jiàn)，例如，Garcia-Alles等人，Biochemistry 43：13037-13046，2004)。
[0276] 術(shù)語(yǔ)“乙偶姻磷酸胺化酶”指具有催化磷酸乙偶姻轉(zhuǎn)化成3-氨基-2-丁醇鄰位磷酸的酶活性的多肽(或多種多肽)。乙偶姻磷酸胺化酶可利用輔因子5′-磷酸吡哆醛、NADH或NADPH。所得產(chǎn)物可在3-位點(diǎn)具有(R)或(S)立體化學(xué)構(gòu)型。依賴磷酸吡哆醛的酶可使用氨基酸諸如丙氨酸或谷氨酸。依賴NADH-和NADPH-的酶可使用氨作為第二底物。雖然沒(méi)有對(duì)催化這種磷酸乙偶姻反應(yīng)的酶的報(bào)道，但是有一種磷酸吡哆醛-依賴型的酶，提出其對(duì)相似的底物絲氨醇磷酸進(jìn)行相似的反應(yīng)(參見(jiàn)，例如，Yasuta等人，Appl.Environ.Microbial.67：4999-5009，2001)。
[0277] 術(shù)語(yǔ)“氨基丁醇磷酸磷酸裂解酶”，也稱為“氨基醇鄰位磷酸裂解酶”，指具有催化3-氨基-2-丁醇鄰位磷酸轉(zhuǎn)化成2-丁酮的酶活性的多肽(或多種多肽)。氨基丁醇磷酸磷酸裂解酶可利用輔因子5′-磷酸吡哆醛。有對(duì)催化相似底物1-氨基-2-丙醇磷酸的類似反應(yīng)的酶的報(bào)道(參見(jiàn)，例如Jones等人，Biochem.J.134：167-182，1973)。美國(guó)專利申請(qǐng)公布2007/0259410描述了來(lái)自生物胡蘿卜軟腐歐文氏菌(Erwinia carotovora)的氨基丁醇磷酸磷酸裂解酶。
[0278] 術(shù)語(yǔ)“氨基丁醇激酶”指具有催化3-氨基2-丁醇轉(zhuǎn)化成3-氨基-2-丁醇鄰位磷酸的酶活性的多肽(或多種多肽)。氨基丁醇激酶可利用ATP作為磷酸供體。雖然沒(méi)有對(duì)催化這種3-氨基-2-丁醇反應(yīng)的酶的報(bào)道，但是報(bào)道了催化相似底物膽胺和1-氨基-2-丙醇的相似反應(yīng)的酶(Jones等人，出處同上)。美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0155870在實(shí)例14中描述了胡蘿卜軟腐歐文氏菌黑脛亞種(Erwinia carotovora subsp.Atroseptica)的氨基醇激酶。
[0279] 術(shù)語(yǔ)“丁二醇脫氫酶”也稱為“乙偶姻還原酶”，指具有催化乙偶姻轉(zhuǎn)化成2，3-丁二醇的酶活性的多肽(或多種多肽)。丁二醛脫氫酶是乙醇脫氫酶大家族中的一個(gè)子集。丁二醇脫氫酶對(duì)于在醇類產(chǎn)物中的(R)-或(S)-立體化學(xué)構(gòu)型產(chǎn)生可具有特異性。(S)-特異性丁二醇脫氫酶已知為EC 1.1.1.76并且可例如來(lái)自肺炎克雷伯氏菌(基因庫(kù)編號(hào)：
BBA13085、D86412)。(R)-特異性丁二醇脫氫酶已知為EC 1.1.1.4并且可例如來(lái)自蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)(基因庫(kù)編號(hào)NP 830481、NC_004722；AAP07682、AE017000)和乳酸乳球菌(基因庫(kù)編號(hào)AAK04995、AE006323)。
BBA13085、D86412)。(R)-特異性丁二醇脫氫酶已知為EC 1.1.1.4并且可例如來(lái)自蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)(基因庫(kù)編號(hào)NP 830481、NC_004722；AAP07682、AE017000)和乳酸乳球菌(基因庫(kù)編號(hào)AAK04995、AE006323)。
[0280] 術(shù)語(yǔ)“丁二醇脫水酶”，也稱為“二醇脫水酶”或“丙二醇脫水酶”，是指具有催化2，3-丁二醇轉(zhuǎn)化成2-丁酮的酶活性的多肽(或多種多肽)。丁二醇脫水酶可利用輔因子腺苷鈷胺素(也稱為輔酶Bw或維生素B12；但是維生素B12也可指不是輔酶B12的其它形式的鈷胺素)。腺苷鈷胺素-依賴型酶已知為EC 4.2.1.28并且可得自例如產(chǎn)酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)(基因庫(kù)編號(hào)：AA08099(α亞基)、D45071；BAA08100(β亞基)、D45071；和BBA08101(γ亞基)、D45071(所有三個(gè)亞基是活性所需的)和肺炎克雷伯氏菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAC98384(α亞基)，AF102064；基因庫(kù)編號(hào)：AAC98385(β亞基)、AF102064，基因庫(kù)編號(hào)：AAC98386(γ亞基)、AF102064)。其它合適的二醇脫水酶包括但不限于B12-依賴型二醇脫水酶，其得自鼠傷寒沙門氏菌(基因庫(kù)編號(hào)：AAB84102(大亞基)、AF026270；基因庫(kù)編號(hào)：AAB84103(中亞基)、AF026270；基因庫(kù)編號(hào)：AAB84104(小亞基)、AF026270)；和丘狀菌桿菌(Lactobacillus collinoides)(基因庫(kù)編號(hào)：CAC82541(大亞基)、AJ297723；
基因庫(kù)編號(hào)：CAC82542(中亞基)；AJ297723；基因庫(kù)編號(hào)：CAD01091(小亞基)、AJ297723)；
和來(lái)自短乳桿菌(Lactobacillus brevis)(尤其是菌株CNRZ 734和CNRZ735；參見(jiàn)，例如，Speranza等人，J.Agric.Food Chem.45：3476-3480，1997)的酶，以及編碼相應(yīng)酶的核苷酸序列。二醇脫水酶基因分離方法是本領(lǐng)域?yàn)槿藗兯熘?例如美國(guó)專利5,686,276)。
基因庫(kù)編號(hào)：CAC82542(中亞基)；AJ297723；基因庫(kù)編號(hào)：CAD01091(小亞基)、AJ297723)；
和來(lái)自短乳桿菌(Lactobacillus brevis)(尤其是菌株CNRZ 734和CNRZ735；參見(jiàn)，例如，Speranza等人，J.Agric.Food Chem.45：3476-3480，1997)的酶，以及編碼相應(yīng)酶的核苷酸序列。二醇脫水酶基因分離方法是本領(lǐng)域?yàn)槿藗兯熘?例如美國(guó)專利5,686,276)。
[0281] 術(shù)語(yǔ)“丙酮酸脫羧酶”是指催化丙酮酸脫羧成乙醛和二氧化碳的酶。丙酮酸脫氫酶已知為EC編號(hào)4.1.1.1。這些酶存在于多種酵母中，包括啤酒糖酵母(基因庫(kù)編號(hào)：CAA97575、CAA97705、CAA97091)。
[0282] 應(yīng)當(dāng)理解，如本文所提供的包括異丁醇生物合成途徑的宿主細(xì)胞還可包含一種或多種附加的修改。美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0305363(以引用方式并入)公開(kāi)了通過(guò)工程化酵母以表達(dá)定位于胞質(zhì)的乙酰乳酸合酶和基本去除丙酮酸脫羧酶活性而提高的丙酮酸至乙酰乳酸的轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，宿主細(xì)胞包括如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2009/0305363(以引用的方式并入本文)所述的修飾以降低甘油-3-磷酸脫氫酶活性和/或破壞至少一個(gè)編碼具有丙酮酸脫羧酶活性的多肽的基因或破壞至少一個(gè)編碼控制丙酮酸脫羧酶基因表達(dá)的調(diào)控元件的基因，包括如美國(guó)專利申請(qǐng)公布2010/0120105(以引用的方式并入本文)所述對(duì)宿主細(xì)胞的修飾以提供通過(guò)恩特納-道德洛夫途徑(Entner-Doudoroff Pathway)的提高的碳流量或降低的等效平衡。其他修改包括編碼催化利用丙酮酸的生物合成途徑中的步驟的多肽的至少一種多核苷酸的整合。其他修改包括編碼具有乙酰乳酸還原酶活性的多肽的內(nèi)源性多核苷酸中的至少一個(gè)缺失、突變和/或替換。在實(shí)施例中，具有乙酰乳酸還原酶活性的多肽為啤酒糖酵母的YMR226C(基因庫(kù)編號(hào)EJS44181)或其同源物。附加的修改包括編碼具有乙醛脫氫酶和/或醛氧化酶活性的多肽的內(nèi)源性多核苷酸中的缺失、突變和/或替換。在一些實(shí)施例中，具有乙醛脫氫酶活性的多肽是來(lái)自啤酒糖酵母的ALD6。其中酵母制備宿主細(xì)胞是pdc-的具有減少葡萄糖阻遏效應(yīng)的基因修飾在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0124060中有所描述，該文獻(xiàn)以引用的方式并入本文。在一些實(shí)施例中，缺失或減量調(diào)節(jié)的丙酮酸脫羧酶選自：PDC1、PDC5、PDC6以及它們的組合。丙酮酸脫羧酶的例子包括但不限于來(lái)自啤酒糖酵母的Pdc1(基因庫(kù)編號(hào)CAA97575)、Pdc5(基因庫(kù)編號(hào)CAA97705)以及Pdc6(基因庫(kù)編號(hào)CAA97091)；來(lái)自光滑假絲酵母丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAG62667)；
來(lái)自樹(shù)干畢赤酵母(Pichia stipites)的Pdc1(基因庫(kù)編號(hào)AAC03164)和Pdc2(基因庫(kù)編號(hào)EAZ63682)；來(lái)自乳酸克魯維酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAA59953)；來(lái)自解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAG80835)；來(lái)自粟酒裂殖酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAA90807)；和來(lái)自魯氏接合酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編碼CAR28333)。在一些實(shí)施例中，宿主細(xì)胞含有缺失或減量調(diào)節(jié)的多核苷酸，其編碼催化3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)化成1，3-二磷酸甘油酸的多肽。在一些實(shí)施例中，催化這種反應(yīng)的酶是3-磷酸甘油醛脫氫酶。
來(lái)自樹(shù)干畢赤酵母(Pichia stipites)的Pdc1(基因庫(kù)編號(hào)AAC03164)和Pdc2(基因庫(kù)編號(hào)EAZ63682)；來(lái)自乳酸克魯維酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAA59953)；來(lái)自解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAG80835)；來(lái)自粟酒裂殖酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編號(hào)CAA90807)；和來(lái)自魯氏接合酵母的丙酮酸脫羧酶(基因庫(kù)編碼CAR28333)。在一些實(shí)施例中，宿主細(xì)胞含有缺失或減量調(diào)節(jié)的多核苷酸，其編碼催化3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)化成1，3-二磷酸甘油酸的多肽。在一些實(shí)施例中，催化這種反應(yīng)的酶是3-磷酸甘油醛脫氫酶。
[0283] 在一些實(shí)施例中，任一個(gè)特定核酸分子或多肽可至少80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％與本文所述的核苷酸序列或多肽序列相同。如本領(lǐng)域所熟知的，術(shù)語(yǔ)“百分比同一性”是兩條或更多條多肽序列之間或兩條或更多條多核苷酸序列之間的關(guān)系，該關(guān)系通過(guò)對(duì)序列進(jìn)行比較確定。本領(lǐng)域中“同一性”也意為多肽或多核苷酸序列之間的序列關(guān)聯(lián)度，視情況而定，如由此類序列字符串的匹配來(lái)測(cè)定?！巴恍浴焙汀跋嗨菩浴笨扇菀椎赝ㄟ^(guò)已知方法計(jì)算出來(lái)，所述的方法包括但不限于下列文獻(xiàn)中所公開(kāi)的那些：
1.)Computational Molecular Biology(Lesk，A.M.編輯)Oxford University：NY(1988)；
2.)Biocomputing：Informatics and Genome Projects(Smith，D.W. 編 輯 )Academic：
NY(1993)；3.)Computer Analysis of Sequence Data，Part I(Grif?n，A.M.和Grif?n，H.G. 編 輯 )Humania：NJ(1994)；4.)Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje，G.編輯)Academic(1987)；以及5.)Sequence Analysis Primer(Gribskov，M.和Devereux，J.編輯)Stockton：NY(1991)。
1.)Computational Molecular Biology(Lesk，A.M.編輯)Oxford University：NY(1988)；
2.)Biocomputing：Informatics and Genome Projects(Smith，D.W. 編 輯 )Academic：
NY(1993)；3.)Computer Analysis of Sequence Data，Part I(Grif?n，A.M.和Grif?n，H.G. 編 輯 )Humania：NJ(1994)；4.)Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje，G.編輯)Academic(1987)；以及5.)Sequence Analysis Primer(Gribskov，M.和Devereux，J.編輯)Stockton：NY(1991)。
[0284] 設(shè)定確定同一性的方法來(lái)用于給出待測(cè)試序列之間的最佳匹配。確定同一性和相似性的方法在可公開(kāi)獲得的計(jì)算機(jī)程序中編成了代碼。序列比對(duì)和百分比同一性計(jì)算可以用LASERGENE生物信息學(xué)計(jì)算軟件包(LASERGENE bioinformatics computing TMsuite(DNASTAR Inc.，Madison，WI))中的MegAlign 程序進(jìn)行。序列的多重比對(duì)使用“Clustal比對(duì)方法”進(jìn)行，該方法涵蓋若干個(gè)不同的算法，包括對(duì)應(yīng)于稱為Clustal V的比對(duì)方法的“Clustal V比對(duì)方法”(公開(kāi)于Higgins和Sharp，CABIOS.5：151-153，1989；
Higgins等人，Comput.Appl.Biosci.8：189-191(1992))中，并且可以在LASERGENE生物信TM
息學(xué)計(jì)算軟件包(DNASTAR Inc.)中的MegAlign 程序中找到的比對(duì)方法。對(duì)于多重比對(duì)，默認(rèn)值對(duì)應(yīng)于GAPPENALTY＝10以及GAP LENGTH PENALTY＝10。用Clustal方法進(jìn)行成對(duì)比對(duì)和蛋白質(zhì)序列的百分比同一性計(jì)算的默認(rèn)參數(shù)為KTUPLE＝1、GAPPENALTY＝3、WINDOW＝5以及DIAGONALS SAVED＝5。對(duì)于核酸，這些參數(shù)為KTUPLE＝2、GAP PENALTY＝5、WINDOW＝4以及DIAGONALSSAVED＝4。在使用Clustal V程序進(jìn)行序列比對(duì)后，通過(guò)查看同一程序中的“序列距離”表格有可能獲得“百分比同一性”。此外，也可以使用“Clustal W比對(duì)方法”，該方法對(duì)應(yīng)于稱為Clustal W的比對(duì)方法(描述于Higgins和Sharp，CABIOS.5：
151-153，1989；Higgins等人，Comput.Appl.Biosci.8：189-191，(1992))，并且可以在TM
LASERGENE生物信息學(xué)計(jì)算軟件包(DNASTAR Inc.)中的MegAlign v6.1程序中找到的比對(duì)方法。用于多重比對(duì)的默認(rèn)參數(shù)(GAP PENALTY＝10、GAP LENGTH PENALTY＝0.2、Delav Divergen Seqs(％)＝30、DNA轉(zhuǎn)換權(quán)重(DNA Transition Weight)＝0.5、蛋白質(zhì)權(quán)重矩陣(Protein Weight Matrix)＝Gonnet系列和DNA權(quán)重矩陣(DNA Weight Matrix)＝IUB)。在使用Clustal W程序進(jìn)行序列比對(duì)后，通過(guò)查看在同一程序中的“序列距離”表有可能獲得“百分比同一性”。
Higgins等人，Comput.Appl.Biosci.8：189-191(1992))中，并且可以在LASERGENE生物信TM
息學(xué)計(jì)算軟件包(DNASTAR Inc.)中的MegAlign 程序中找到的比對(duì)方法。對(duì)于多重比對(duì)，默認(rèn)值對(duì)應(yīng)于GAPPENALTY＝10以及GAP LENGTH PENALTY＝10。用Clustal方法進(jìn)行成對(duì)比對(duì)和蛋白質(zhì)序列的百分比同一性計(jì)算的默認(rèn)參數(shù)為KTUPLE＝1、GAPPENALTY＝3、WINDOW＝5以及DIAGONALS SAVED＝5。對(duì)于核酸，這些參數(shù)為KTUPLE＝2、GAP PENALTY＝5、WINDOW＝4以及DIAGONALSSAVED＝4。在使用Clustal V程序進(jìn)行序列比對(duì)后，通過(guò)查看同一程序中的“序列距離”表格有可能獲得“百分比同一性”。此外，也可以使用“Clustal W比對(duì)方法”，該方法對(duì)應(yīng)于稱為Clustal W的比對(duì)方法(描述于Higgins和Sharp，CABIOS.5：
151-153，1989；Higgins等人，Comput.Appl.Biosci.8：189-191，(1992))，并且可以在TM
LASERGENE生物信息學(xué)計(jì)算軟件包(DNASTAR Inc.)中的MegAlign v6.1程序中找到的比對(duì)方法。用于多重比對(duì)的默認(rèn)參數(shù)(GAP PENALTY＝10、GAP LENGTH PENALTY＝0.2、Delav Divergen Seqs(％)＝30、DNA轉(zhuǎn)換權(quán)重(DNA Transition Weight)＝0.5、蛋白質(zhì)權(quán)重矩陣(Protein Weight Matrix)＝Gonnet系列和DNA權(quán)重矩陣(DNA Weight Matrix)＝IUB)。在使用Clustal W程序進(jìn)行序列比對(duì)后，通過(guò)查看在同一程序中的“序列距離”表有可能獲得“百分比同一性”。
[0285] 標(biāo)準(zhǔn)重組DNA和分子克隆技術(shù)是本領(lǐng)域所熟知的并且在如下文獻(xiàn)中有更全面的描述：Sambrook等人(Sambrook，J.，F(xiàn)ritsch，E.F.和Maniatis，T.(Molecular Cloning：A Laboratory Manual；Cold Spring Harbor Laboratory Press，Cold Spring Harbor，1989，此處稱為Maniatis)以及Ausubel等人(Ausubel等人，Current Protocols in Molecular Biology，由Greene Publishing Assoc.and Wiley-Interscience出版，1987)。包括丁醇生物合成途徑的構(gòu)造微生物的方法的例子公開(kāi)于例如美國(guó)專利7,851,188和美國(guó)專利申 請(qǐng) 公 布 2007/0092957；2007/0259410；2007/0292927；2008/0182308；2008/0274525；2009/0155870；2009/0305363；和2009/0305370中，它們每個(gè)全文以引用方式并入本文。
[0286] 盡管本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例已如本文所述，但是應(yīng)當(dāng)理解它們僅僅以舉例的方式存在，并且不受限制。對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是能夠在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍下能夠?qū)ζ溥M(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的多種變型。因此，本發(fā)明的廣度和范圍應(yīng)不受任何上述示例性實(shí)施例的限制，但應(yīng)僅僅根據(jù)以下權(quán)利要求及其等同物限定。
[0287] 在本說(shuō)明書(shū)中提及的所有公布、專利和專利申請(qǐng)均指示本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的技術(shù)水平，并且以引用方式并入本文至如同每個(gè)單獨(dú)的公布、專利或?qū)＠暾?qǐng)被具體且單獨(dú)地指明為以引用方式并入的相同程度。
[0288] 實(shí)例
[0289] 以下非限制性實(shí)例將進(jìn)一步示出本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，雖然以下實(shí)例涉及用玉米作為原料，但是其它生物質(zhì)源諸如甘蔗可用作原料而不背離本發(fā)明。此外，雖然以下實(shí)例涉及乙醇和丁醇，但是可制備其它醇而不背離本發(fā)明。
[0290] 實(shí)例1-5所述的測(cè)定和方法可用于確定某些發(fā)酵條件和工藝條件(例如，壓力、溫度、pH等)對(duì)細(xì)胞活性的影響。
[0291] 實(shí)例1.真空對(duì)細(xì)胞活性的影響
[0292] 被工程化以由碳水化合物源制備產(chǎn)物醇的啤酒糖酵母菌株在接種瓶中由冷凍培養(yǎng)物生長(zhǎng)至0.55-1.1g/L干細(xì)胞重量。培養(yǎng)物在23-26℃下生長(zhǎng)于以300rpm旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)箱中。所述冷凍培養(yǎng)物原先被儲(chǔ)存在-80℃下。
[0293] 對(duì)一系列比較例進(jìn)行真空對(duì)微生物活性的影響的測(cè)試。使用葡萄糖利用率、光密度(OD)和細(xì)胞計(jì)數(shù)確定微生物的健康狀態(tài)。
[0294] 葡萄糖濃度使用YSI Life Sciences 2700 SelectTM生物化學(xué)分析儀來(lái)測(cè)量。發(fā)酵樣品在1.7mL微量離心管中以13,200rpm離心2分鐘并分析含水上清液的葡萄糖濃度。
[0295] 光密度使用Thermo Electron Corporation Helios α-分光光度計(jì)來(lái)測(cè)量。測(cè)量通常在600納米的波長(zhǎng)下進(jìn)行。
[0296] 細(xì)胞計(jì)數(shù)用Bright-LineTM血球計(jì)結(jié)合Zeiss Axioskop 40顯微鏡在40倍放大下進(jìn)行。活性通過(guò)用染色死細(xì)胞的0.08％臺(tái)盼藍(lán)NaCl溶液染色來(lái)測(cè)定。
[0297] 原始培養(yǎng)物通過(guò)在培養(yǎng)搖床(Innova 4200，New Brunswick Scienti?c，Edison，NJ)中，在30℃和250rpm下，將微生物的冷凍甘油種子原液在每2L三角燒瓶2×500mL YPD(50g/L)中培育16小時(shí)來(lái)制備。測(cè)量OD并進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)以檢測(cè)真空暴露之前原始培養(yǎng)物的活性。
[0298] 一旦進(jìn)行初始測(cè)量，就將培養(yǎng)物無(wú)菌轉(zhuǎn)移至無(wú)菌圓底反應(yīng)器中，其中經(jīng)過(guò)大約5分鐘緩慢抽真空(“慢真空”)直至其達(dá)到52-53mmHg，在此情況下將其保持15分鐘。然后將反應(yīng)器恢復(fù)到大氣壓。收集樣品用于細(xì)胞計(jì)數(shù)并接種新培養(yǎng)物(0.25mL到250mL的新鮮YPD)，以通過(guò)監(jiān)測(cè)24小時(shí)內(nèi)的生長(zhǎng)(OD)和葡萄糖消耗來(lái)測(cè)定細(xì)胞活性。結(jié)果示于表1和表2中。
[0299] 將另一原始液體培養(yǎng)基暴露于第二更快的真空中，約20秒(“快真空”)達(dá)到54mmHg，然后恢復(fù)到大氣壓。收集樣品用于細(xì)胞計(jì)數(shù)以及接種新燒瓶，以通過(guò)監(jiān)測(cè)24小時(shí)內(nèi)的生長(zhǎng)(OD)和葡萄糖消耗來(lái)測(cè)定細(xì)胞活性。結(jié)果示于表1和表2中。細(xì)胞活性通過(guò)使用臺(tái)盼藍(lán)鑒定死細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)定。在顯微鏡下檢查最終樣品的培養(yǎng)物純度。
[0300] 表1
[0301]
[0302] 表2
[0303]
[0304] 實(shí)例2.溫度對(duì)細(xì)胞活性的影響
[0305] 進(jìn)行研究以測(cè)定溫度對(duì)啤酒糖酵母菌株(NGCI-070)活性的影響。該啤酒糖酵母菌株的構(gòu)造在美國(guó)專利申請(qǐng)公布2011/0244536中有所描述，其全文并入本文。
[0306] 原始培養(yǎng)物通過(guò)在培養(yǎng)搖床(Innova 4200，New Brunswick Scienti?c，Edison，NJ)中，在30℃下，將NGCI-070的種子原液在10mL培養(yǎng)基管中培育32小時(shí)來(lái)制備。然后，用原始培養(yǎng)物的等分試樣接種包含50mL液體培養(yǎng)基的Klett燒瓶，并且所述燒瓶在培養(yǎng)搖床中于30℃下培育。使細(xì)胞生長(zhǎng)直至Klett讀數(shù)達(dá)到約220-250，然后將15mL等分試樣添加到50mL離心管中。
[0307] 將液體培養(yǎng)基(3.6mL)添加到無(wú)菌試管中并將試管在50℃水浴中預(yù)熱10分鐘。將細(xì)胞(0.4mL)添加到試管中，然后在50℃下培育并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、3、6、9和
12分鐘)。培育之后，將0.1mL細(xì)胞接種在YPD(酵母提取物-蛋白胨-右旋糖)II平板上(3g/L葡萄糖和3g/L乙醇)并將另外0.1mL細(xì)胞添加到9.9mL培養(yǎng)基中用于進(jìn)一步稀釋。
將這些稀釋物也接種在YPD II平板上。YPD平板在30℃下培育5天，然后計(jì)數(shù)。結(jié)果示于表3中。
12分鐘)。培育之后，將0.1mL細(xì)胞接種在YPD(酵母提取物-蛋白胨-右旋糖)II平板上(3g/L葡萄糖和3g/L乙醇)并將另外0.1mL細(xì)胞添加到9.9mL培養(yǎng)基中用于進(jìn)一步稀釋。
將這些稀釋物也接種在YPD II平板上。YPD平板在30℃下培育5天，然后計(jì)數(shù)。結(jié)果示于表3中。
[0308] 細(xì)胞活性也使用類似方案在60℃和70℃下進(jìn)行評(píng)估。細(xì)胞在60℃下培育0、1、2、3和4分鐘并且在70℃下培育0、15、30、45和60秒。結(jié)果示于表3中。
[0309] 表3
[0310]
[0311] 實(shí)例3.pH對(duì)細(xì)胞活性的影響
[0312] 進(jìn)行研究以測(cè)定pH對(duì)酵母菌株，啤酒糖酵母活性的影響。
[0313] 初始培養(yǎng)物通過(guò)在培養(yǎng)搖床(Innova 4200，New Brunswick Scienti?c，Edison，NJ)中，在30℃下，將酵母的種子原液在包含YPS(酵母提取物-蛋白胨-蔗糖)培養(yǎng)基的10mL管中培育24小時(shí)來(lái)制備。然后，用原始培養(yǎng)物的等分試樣接種包含100mL液體培養(yǎng)基的Klett燒瓶，并且在培養(yǎng)搖床中在30℃下培育所述燒瓶。使細(xì)胞生長(zhǎng)直至Klett讀數(shù)達(dá)到約250。
[0314] 將細(xì)胞(25mL)從Klett燒瓶中去除并添加到具有無(wú)菌攪拌棒的無(wú)菌燒杯中。用6N NaOH調(diào)節(jié)pH直至獲得期望的pH(例如，約pH 11、12或13)。然后使細(xì)胞維持在該pH并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、10、20、30分鐘)。將細(xì)胞接種在YPS瓊脂平板上并在30℃下培育2天，然后計(jì)數(shù)。結(jié)果示于表4中。
[0315] 表4
[0316]
[0317] 實(shí)例4.溫度和pH對(duì)細(xì)胞活性的影響
[0318] 進(jìn)行研究以測(cè)定溫度和pH對(duì)酵母菌株，啤酒糖酵母活性的影響。
[0319] 初始培養(yǎng)物通過(guò)在培養(yǎng)搖床(Innova 4200，New Brunswick Scienti?c，Edison，NJ)中，在30℃下，將酵母的種子原液在包含YPS培養(yǎng)基的10mL管中培育24小時(shí)來(lái)制備。然后，用原始培養(yǎng)物的等分試樣接種包含50mL液體培養(yǎng)基的Klett燒瓶，并且在培養(yǎng)搖床中于30℃下培育所述燒瓶。使細(xì)胞生長(zhǎng)直至Klett讀數(shù)達(dá)到約250。
[0320] 將YPS培養(yǎng)基的等分試樣(100mL)添加到燒杯中并用6N NaOH調(diào)節(jié)pH直至獲得期望的pH(例如，約pH 9、10或11)。利用0.2μ過(guò)濾器將培養(yǎng)基過(guò)濾滅菌，然后將等分試樣(9mL)添加到無(wú)菌管中。所述管通過(guò)在40℃水浴中溫育來(lái)預(yù)熱，然后將向每個(gè)管中添加細(xì)胞(1mL)。在40℃下培育細(xì)胞并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、2.5、5和10分鐘)。細(xì)胞也在環(huán)境溫度下培育并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、2.5、5和10分鐘)。將細(xì)胞接種在YPS平板上并在30℃下培育2天，然后計(jì)數(shù)。結(jié)果示于表5中。
[0321] 表5
[0322]
[0323]
[0324] 使用更高溫度和更高pH進(jìn)行類似實(shí)驗(yàn)。向帶有無(wú)菌攪拌棒的無(wú)菌燒瓶中的90mL YPS培養(yǎng)基中添加細(xì)胞(10mL)。用6N NaOH調(diào)節(jié)pH直至獲得期望的pH(例如，約pH 10、11或12)。然后，在50℃下培育細(xì)胞并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、2.5、7.5和15分鐘)。細(xì)胞也在環(huán)境溫度下培育并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(例如，0、5、10和20分鐘)。培育后，將細(xì)胞接種在YPS平板上并在30℃下培育2天，然后計(jì)數(shù)。結(jié)果示于表6中。
[0325] 表6
[0326]
[0327] 實(shí)例5.消毒劑對(duì)細(xì)胞活性的影響
[0328] 進(jìn)行研究以測(cè)定消毒劑對(duì)酵母菌株，啤酒糖酵母活性的影響。
[0329] 初始培養(yǎng)物通過(guò)在培養(yǎng)搖床(Innova 4200，New Brunswick Scienti?c，Edison，NJ)中，在30℃下，將酵母的種子原液在包含YPS培養(yǎng)基的10mL管中培育24小時(shí)來(lái)制備。然后，用原始培養(yǎng)物的等分試樣接種包含50mL液體培養(yǎng)基的Klett燒瓶，并且在培養(yǎng)搖床中于30℃下培育所述燒瓶。使細(xì)胞生長(zhǎng)直至Klett讀數(shù)達(dá)到約220。
[0330] 將Dey-Engley中和液體培養(yǎng)基(DE液體培養(yǎng)基)(Sigma-Aldrich Corp.，St.Louis，MO)用作中和稀釋劑。用15g/L瓊脂制備DE液體培養(yǎng)基(1L)并在121℃下滅菌15分鐘。將DE液體培養(yǎng)基/瓊脂冷卻至45℃，并將等分試樣(10mL)添加到保持在水浴中的無(wú)菌試管中。薄板也用DE液體培養(yǎng)基/瓊脂制備。
[0331] 多種消毒劑的溶液如下制備：
[0332] a) 基于碘伏的洗滌劑(Steris Corporation，Mentor，OH)：將0.938mL的 添加到最終體積為100mL的 水中(0.94％)(Millipore，
Billerica，MA)；
Billerica，MA)；
[0333] b) 過(guò)氧化合物、表面活性劑和有機(jī)酸的共混物(E.I.duPontdeNemours and Company，Wilmington，DE)：將1g 添加到最終體積為100mL的
水中(1％)；
水中(1％)；
[0334] c)70％醇溶液：將70mL乙醇添加到最終體積為100mL的 水中；
[0335] d) 季銨類消毒劑，二癸基二甲基氯化銨和苯扎氯銨、辛基二甲基氧化胺(Reckitt Benckiser North America，Parsippany，NJ)：將0.781mL的 季銨類消毒劑添加到最終體積為100mL的 水中(0.78％)；以及
[0336] e) 緩沖苯酚和苯酚鈉(Contec，Inc.，Spartanburg，SC)：直接使用。
[0337] 將細(xì)胞(5mL)與5mL無(wú)菌PBS或5mL的消毒劑溶液混合，并且培育并持續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)(0.5、1、2.5、5或10分鐘)。然后，將0.1mL的細(xì)胞混合物添加到試管中的10mL DE液體培養(yǎng)基/瓊脂中，混合并將該混合物倒在DE液體培養(yǎng)基/瓊脂板上。干燥之后，將所述板倒置并在30℃下培育。結(jié)果示于表7和圖13中。黑條表示該測(cè)試的最大檢測(cè)限。
[0338] 表7
[0339]
[0340]
[0341] *ND：未測(cè)定
[0342] 本文所述方法可使用計(jì)算模型諸如Aspen模型來(lái)展示(參見(jiàn)，例如，美國(guó)專利7,666,282)。例如，商業(yè)建模軟件Aspen (Aspen Technology，Inc.，Burlington，MA)可與物理特性數(shù)據(jù)庫(kù)諸如購(gòu)自American Institute of Chemical Engineers，Inc.(New York，NY)的DIPPR聯(lián)合使用以開(kāi)發(fā)完整的產(chǎn)物醇(例如，乙醇、丁醇)發(fā)酵、純化和水管理方法的Aspen模型。這種過(guò)程建?？蛇M(jìn)行許多基本的工程計(jì)算，例如質(zhì)量和能量平衡，氣/液平衡以及反應(yīng)速率計(jì)算。為了生成Aspen模型，信息輸入可包括，例如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、原料的水含量和組成、醪蒸煮和閃蒸的溫度、糖化條件(例如，酶進(jìn)料、淀粉轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力)、發(fā)酵條件(例如，微生物進(jìn)料、葡萄糖轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力)、脫氣條件、溶劑柱、預(yù)閃蒸塔、冷凝器、蒸發(fā)器、離心機(jī)等。分批發(fā)酵使用平均組成和流速以穩(wěn)態(tài)、連續(xù)過(guò)程建模。實(shí)例6至
10表示本文所述方法的Aspen模型。
10表示本文所述方法的Aspen模型。
[0343] 實(shí)例6.乙醇流程圖
[0344] 開(kāi)發(fā)Aspen模型，其中在嚴(yán)格的材料和能量平衡下使作為原料的玉米發(fā)酵(53400kg/h)以制備乙醇。該模型包括作為連續(xù)處理的近似序批式發(fā)酵。發(fā)酵和蒸餾過(guò)程的實(shí)例示于圖10中并且蒸發(fā)系列的一個(gè)實(shí)例示于圖6中。
[0345] 在大氣壓下從發(fā)酵900中排放蒸氣901，所述蒸氣具有如下平均連續(xù)摩爾組成：93.6％二氧化碳、4.5％水和1.9％乙醇，并且包含361kg/h乙醇。在32℃和2atm下從發(fā)酵容器900的底部釋放啤酒902，其具有129g/L的連續(xù)乙醇濃度并且包含0.33重量％溶解的二氧化碳。在94.6℃和0.8atm下，蒸發(fā)系列產(chǎn)生28027kg/h的水蒸氣506，其提供啤酒塔910中的汽提蒸氣903。在87℃和0.6atm下流量為6045kg/h的水蒸氣918從液化醪中閃蒸并注入側(cè)塔970中以提供用于回收乙醇的附加能量。從蒸餾過(guò)程中排放大氣壓氣體流
912，其具有如下摩爾組成：88.5％二氧化碳、4.8％水和6.7％乙醇，并且包含36kg/h乙醇。
將滌氣器用于處理總醇負(fù)載為397kg/h乙醇的兩種蒸氣901和912。以17939kg/h制備具有水含量為0.08重量％水的最終乙醇產(chǎn)物914。
912，其具有如下摩爾組成：88.5％二氧化碳、4.8％水和6.7％乙醇，并且包含36kg/h乙醇。
將滌氣器用于處理總醇負(fù)載為397kg/h乙醇的兩種蒸氣901和912。以17939kg/h制備具有水含量為0.08重量％水的最終乙醇產(chǎn)物914。
[0346] 實(shí)例7.不具有熱或水添加的真空丁醇閃蒸
[0347] 開(kāi)發(fā)ASPEN模型，其中在嚴(yán)格的材料和能量平衡下使作為原料的玉米發(fā)酵(53400kg/h)以制備異丁醇。該模型包括作為連續(xù)處理的近似序批式發(fā)酵。該發(fā)酵過(guò)程的實(shí)例示于圖2中，蒸發(fā)系列的一個(gè)實(shí)例示于圖6中，并且蒸餾過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖8中。
[0348] 在大氣壓下從發(fā)酵100中排放蒸氣102，所述蒸氣具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.5％二氧化碳、4.7％水和0.8％異丁醇，并且包含129kg/h異丁醇。在恒定的32℃和
2atm下從發(fā)酵容器100的底部去除混合平均流量為3666公噸/小時(shí)的料流104，所述料流具有33.4g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。在預(yù)閃蒸110中將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流105。在29.7℃下于閃蒸120中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.0492atm(約
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為31.7g/L的料流103。不向所述閃蒸120中添加液態(tài)水(料流712)或氣態(tài)水(料流608)。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除20.4GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用650kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)9.3GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為40.7重量％的6516kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含334kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示于表8中。
2atm下從發(fā)酵容器100的底部去除混合平均流量為3666公噸/小時(shí)的料流104，所述料流具有33.4g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。在預(yù)閃蒸110中將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流105。在29.7℃下于閃蒸120中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.0492atm(約
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為31.7g/L的料流103。不向所述閃蒸120中添加液態(tài)水(料流712)或氣態(tài)水(料流608)。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除20.4GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用650kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)9.3GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為40.7重量％的6516kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含334kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示于表8中。
[0349] 表8
[0350]料流 104 106 105 712 608 107 103
溫度，℃ 32 31.6 31.6 - - 29.7 29.7
壓力，atm 2 0.3 0.3 - - 0.0492 0.0492
二氧化碳，kg/hr 8763 7634 1129 - - 1120 9
水，kg/hr 2890370 574 2889796 - - 9118 2880678
異丁醇，kg/hr 111994 431 111563 - - 6418 105145
溫度，℃ 32 31.6 31.6 - - 29.7 29.7
壓力，atm 2 0.3 0.3 - - 0.0492 0.0492
二氧化碳，kg/hr 8763 7634 1129 - - 1120 9
水，kg/hr 2890370 574 2889796 - - 9118 2880678
異丁醇，kg/hr 111994 431 111563 - - 6418 105145
[0351] 在32℃和2atm下從發(fā)酵容器100的底部釋放啤酒101，其包含濃度為62.5g/L的7472kg/h異丁醇并且包含0.31重量％溶解的二氧化碳。在94.8℃和0.8atm下，蒸發(fā)系列產(chǎn)生23124kg/h的水蒸氣506，其提供啤酒塔700中的汽提蒸氣702。在87℃和0.6atm下流量為5947kg/h的水蒸氣707從液化醪中閃蒸并注入側(cè)塔730中以提供附加的能量用于回收異丁醇。經(jīng)由真空泵從蒸餾過(guò)程中排放氣體流721，其具有如下摩爾組成：78.4％二氧化碳、15.7％水和5.9％異丁醇，并且包含49kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為
512kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14487kg/h制備水含量為0.6重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
512kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14487kg/h制備水含量為0.6重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
[0352] 在該實(shí)例中，約45％的在發(fā)酵100中產(chǎn)生的異丁醇經(jīng)由料流117去除，其中大部分剩余的產(chǎn)品保留有啤酒101。不向閃蒸120中添加水或蒸汽，發(fā)酵100中的最大異丁醇濃度為約60g/L。約87％的溶解于料流104中的二氧化碳在預(yù)閃蒸110中釋放。對(duì)該實(shí)例的滌氣器施加比制備乙醇的實(shí)例6高近30％的醇負(fù)載。
[0353] 實(shí)例8.用熱水但不添加蒸汽的丁醇閃蒸
[0354] 開(kāi)發(fā)ASPEN模型，其中在嚴(yán)格的材料和能量平衡下使作為原料的玉米發(fā)酵(53400kg/h)以制備異丁醇。該模型包含作為連續(xù)處理的近似序批式發(fā)酵。該發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖2中，蒸發(fā)系列的一個(gè)實(shí)例示于圖6中，并且蒸餾過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖8中。
[0355] 在大氣壓下從發(fā)酵100中排放蒸氣102，所述蒸氣具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.5％二氧化碳、4.7％水和0.8％異丁醇，并且包含113kg/h異丁醇。在恒定的32℃和
2atm下從發(fā)酵容器100的底部去除混合平均流量為3904公噸/小時(shí)的料流104，所述料流具有30.8g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。在預(yù)閃蒸110中將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流105。在29.8℃下在閃蒸120中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.0492atm(約
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為29.2g/L的料流103。在78.8℃下向所述閃蒸120中添加液態(tài)水712(9016kg/h)。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除21.8GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用691kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)9.9GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為39.2重量％的6587kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含354kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表9中。
2atm下從發(fā)酵容器100的底部去除混合平均流量為3904公噸/小時(shí)的料流104，所述料流具有30.8g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。在預(yù)閃蒸110中將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流105。在29.8℃下在閃蒸120中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.0492atm(約
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為29.2g/L的料流103。在78.8℃下向所述閃蒸120中添加液態(tài)水712(9016kg/h)。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除21.8GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用691kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)9.9GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為39.2重量％的6587kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含354kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表9中。
[0356] 表9
[0357]301 8.92 2940.0 01 3286113 707301
2
701 8.92 940.0 1911 3489 0156
806 - - - - -
217 8.87 1 0 5009 11
501 6.13 3.0 1021 1667113 602011
601 6.13 3.0 5018 906 234
401 23 2 6039 0728113 836011
rh
℃， mta， /gk，碳化 rh/gk rh/gk，醇
流 度 力 氧 ， 丁
料 溫 壓 二 水 異
2
701 8.92 940.0 1911 3489 0156
806 - - - - -
217 8.87 1 0 5009 11
501 6.13 3.0 1021 1667113 602011
601 6.13 3.0 5018 906 234
401 23 2 6039 0728113 836011
rh
℃， mta， /gk，碳化 rh/gk rh/gk，醇
流 度 力 氧 ， 丁
料 溫 壓 二 水 異
[0358] 在32℃和2atm下從發(fā)酵容器100的底部釋放啤酒101，其包含濃度為58g/L的7425kg/h異丁醇并包且含0.31重量％溶解的二氧化碳。在94.7℃和0.8atm下，蒸發(fā)系列產(chǎn)生23128kg/h的水蒸氣506，其提供啤酒塔700中的汽提蒸氣702。在87℃和0.6atm下流量為5978kg/h的水蒸氣707從液化醪中閃蒸并注入側(cè)塔730中以提供附加的能量用于回收異丁醇。經(jīng)由真空泵從蒸餾過(guò)程中排放氣體流721，所述氣體流具有如下摩爾組成：
78.4％二氧化碳、15.7％水和5.9％異丁醇，并且包含52kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為519kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14432kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
78.4％二氧化碳、15.7％水和5.9％異丁醇，并且包含52kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為519kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14432kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
[0359] 在該實(shí)例中，約45％的在發(fā)酵100中產(chǎn)生的異丁醇經(jīng)由料流117去除，其中大部分剩余的產(chǎn)品保留有啤酒101。向閃蒸槽中添加熱水以減少發(fā)酵液含量的下降，但是不向閃蒸120中添加蒸汽，發(fā)酵100中的最大異丁醇濃度仍然接近60g/L。約87％的溶解于料流104中的二氧化碳在預(yù)閃蒸110中釋放。對(duì)該實(shí)例的滌氣器施加比制備乙醇的實(shí)例6高31％的醇負(fù)載。在閃蒸冷凝器130入口處的料流107中，異丁醇與二氧化碳的摩爾比為3.2。
[0360] 實(shí)例9.使用熱水并添加蒸汽的丁醇閃蒸
[0361] 開(kāi)發(fā)ASPEN模型，其中在嚴(yán)格的材料和能量平衡下將作為原料的玉米發(fā)酵(53400kg/h)以制備異丁醇。該模型包括作為連續(xù)處理的近似序批式發(fā)酵。該發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖2中，蒸發(fā)系列的一個(gè)實(shí)例示于圖7中，并且蒸餾過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖8中。
[0362] 在大氣壓下從發(fā)酵100中排放蒸氣102，所述蒸氣具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.8％二氧化碳、4.7％水和0.5％異丁醇，并且包含76kg/h異丁醇。在恒定的32℃和2atm下從發(fā)酵容器100的底部去除混合平均流量為3677公噸/小時(shí)的料流104，所述料流具有17.4g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。在預(yù)閃蒸110中將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流105。在29.7℃下于閃蒸120中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.0452atm(約
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為14.4g/L的料流103。在84.1℃下向所述閃蒸120中添加液態(tài)水712(9008kg/h)并且在77.2℃下向所述閃蒸120中添加19319kg/h的水蒸氣
608。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除63.8GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用1030kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)18.1GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為26.5重量％的10531kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含339kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表10中。
0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為14.4g/L的料流103。在84.1℃下向所述閃蒸120中添加液態(tài)水712(9008kg/h)并且在77.2℃下向所述閃蒸120中添加19319kg/h的水蒸氣
608。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除63.8GJ/h冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130，兩個(gè)采用1030kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160，以及兩個(gè)總計(jì)18.1GJ/h負(fù)荷的水冷卻器150和170。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流117，其包含濃度為26.5重量％的10531kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流115，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：92.4％二氧化碳、5.5％水和2.1％異丁醇，并且包含339kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表10中。
[0363] 表10
[0364]料流 104 106 105 712 608 107 103
溫度，℃ 32 31.7 31.7 84.1 77.2 29.8 29.8
壓力，atm 2 0.3 0.3 1 0.4 0.0492 0.0492
二氧化碳，kg/hr 8914 7752 1162 0 0 1159 3
水，kg/hr 3117680 582 3117098 9008 19319 28836 3116589
異丁醇，kg/hr 58949 261 58688 0 0 10609 48079
溫度，℃ 32 31.7 31.7 84.1 77.2 29.8 29.8
壓力，atm 2 0.3 0.3 1 0.4 0.0492 0.0492
二氧化碳，kg/hr 8914 7752 1162 0 0 1159 3
水，kg/hr 3117680 582 3117098 9008 19319 28836 3116589
異丁醇，kg/hr 58949 261 58688 0 0 10609 48079
[0365] 在32℃和2atm下從發(fā)酵容器100的底部釋放啤酒101，其包含濃度為28.7g/L的3500kg/h異丁醇并且包含0.29重量％溶解的二氧化碳。在77.2℃和0.4atm下，蒸發(fā)系列產(chǎn)生19319kg/h的水蒸氣608，其向閃蒸120提供蒸發(fā)能量。在84C和0.55atm下由所述過(guò)程中的廢熱產(chǎn)生低壓蒸汽702(11239kg/h)并用作啤酒塔700中的汽提蒸氣。在87℃和0.6atm下流量為5901kg/h的水蒸氣707從液化醪中閃蒸并注入側(cè)塔730中以提供附加的能量用于回收異丁醇。經(jīng)由真空泵從蒸餾過(guò)程中排放氣體流721，其具有如下摩爾組成：
81.1％二氧化碳、13.7％水和5.2％異丁醇，并且包含40kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為455kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14365kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終乙醇產(chǎn)物718。
81.1％二氧化碳、13.7％水和5.2％異丁醇，并且包含40kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為455kg/h異丁醇的蒸氣102、115和721。以14365kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終乙醇產(chǎn)物718。
[0366] 在該實(shí)例中，約73％的在發(fā)酵容器中產(chǎn)生的異丁醇經(jīng)由料流117去除，其中大部分剩余的產(chǎn)品保留有啤酒101。向閃蒸槽中添加熱水以減少發(fā)酵液含量的下降并且因?yàn)橄蜷W蒸槽中添加蒸汽以蒸發(fā)發(fā)酵液體中包含的異丁醇的一部分，所以發(fā)酵100中的最大異丁醇濃度低于30g/L并且發(fā)酵100中的平均異丁醇濃度低于20g/L。約87％的溶解于料流104中的二氧化碳在預(yù)閃蒸110中釋放。對(duì)該實(shí)例的滌氣器施加比制備乙醇的實(shí)例6高15％的醇負(fù)載。在閃蒸冷凝器130入口處的料流107中，異丁醇與二氧化碳的摩爾比為5.4。
[0367] 實(shí)例10.在添加熱水、蒸汽并分級(jí)注入二氧化碳的情況下丁醇閃蒸
[0368] 開(kāi)發(fā)ASPEN模型，其中在嚴(yán)格的材料和能量平衡下將作為原料的玉米發(fā)酵(53400kg/h)以制備異丁醇。該模型包含作為連續(xù)處理的近似序批式發(fā)酵。該發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖4中，蒸發(fā)系列的一個(gè)實(shí)例示于圖7中，并且蒸餾過(guò)程的一個(gè)實(shí)例示于圖8中。
[0369] 在大氣壓下從發(fā)酵300中排放蒸氣302，所述蒸氣具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.7％二氧化碳、4.7％水和0.5％異丁醇，并且包含97kg/h異丁醇。在恒定的32℃和2atm下從發(fā)酵容器300的底部去除混合平均流量為3695公噸/小時(shí)的料流304，所述料流具有
22.3g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。將該料流的壓力絕熱降低至1atm(約14psia)并在噴霧塔310中與重新壓縮的閃蒸蒸氣接觸以制備包含0.13重量％溶解的二氧化碳的料流307。將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)并在噴霧塔330中與再壓縮的閃蒸蒸氣接觸以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流311。
在29.8℃下于閃蒸350中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.04635atm(約0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為19.5g/L的料流303。在84.1℃下向所述閃蒸350中添加液態(tài)水
712(9008kg/h)并且在77.2℃下向所述閃蒸350中添加15547kg/h的水蒸氣608。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除71.1GJ冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130以及兩個(gè)采用650kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流314，其包含濃度為27.8重量％的10147kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流305，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.7％二氧化碳、4.7％水和0.6％異丁醇，并且包含100kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表11中。
22.3g/L的平均異丁醇濃度并且包含0.26重量％溶解的二氧化碳。將該料流的壓力絕熱降低至1atm(約14psia)并在噴霧塔310中與重新壓縮的閃蒸蒸氣接觸以制備包含0.13重量％溶解的二氧化碳的料流307。將該料流的壓力絕熱降低至0.3atm(約4psia)并在噴霧塔330中與再壓縮的閃蒸蒸氣接觸以制備包含0.03重量％溶解的二氧化碳的料流311。
在29.8℃下于閃蒸350中將該料流的壓力進(jìn)一步絕熱降低至0.04635atm(約0.7psia)，以產(chǎn)生平均異丁醇濃度為19.5g/L的料流303。在84.1℃下向所述閃蒸350中添加液態(tài)水
712(9008kg/h)并且在77.2℃下向所述閃蒸350中添加15547kg/h的水蒸氣608。來(lái)自預(yù)閃蒸和閃蒸的蒸氣通過(guò)如下構(gòu)造處理，所述構(gòu)造包括一個(gè)去除71.1GJ冷凍負(fù)荷的制冷接觸冷凝器130以及兩個(gè)采用650kW混合功率的離心式壓縮機(jī)140和160。該處理產(chǎn)生混合液體冷凝物流314，其包含濃度為27.8重量％的10147kg/h異丁醇，以及在大氣壓下排放的蒸氣流305，所述蒸氣流具有如下平均連續(xù)摩爾組成：94.7％二氧化碳、4.7％水和0.6％異丁醇，并且包含100kg/h異丁醇。閃蒸系統(tǒng)的物料平衡示出于表11中。
[0370] 表11
[0371]料流 304 306 305 307 309 308 311 712 608 312 303
溫度，℃ 32 149.7 31.9 31.9 157.4 32.6 32.6 84.1 77.2 29.8 29.8
壓力，atm 2 1 1 1 0.3 0.3 0.3 1 0.4 0.04635 0.04635
二氧化碳，kg/hr 8738 4277 8734 4281 10g9 4277 1103 0 0 1100 3
水，kg/hr 3098680 344 177 3098847 2845 344 3101348 9008 15547 29149 3096754異丁醇，kg/hr 75637 204 100 75741 4047 204 79584 0 0 14194 65390
溫度，℃ 32 149.7 31.9 31.9 157.4 32.6 32.6 84.1 77.2 29.8 29.8
壓力，atm 2 1 1 1 0.3 0.3 0.3 1 0.4 0.04635 0.04635
二氧化碳，kg/hr 8738 4277 8734 4281 10g9 4277 1103 0 0 1100 3
水，kg/hr 3098680 344 177 3098847 2845 344 3101348 9008 15547 29149 3096754異丁醇，kg/hr 75637 204 100 75741 4047 204 79584 0 0 14194 65390
[0372] 在32℃和2atm下從發(fā)酵容器300的底部釋放啤酒301，其包含濃度為33.5g/L的4104kg/h異丁醇并且包含0.28重量％溶解的二氧化碳。在77.2℃和0.4atm下，蒸發(fā)系列產(chǎn)生15547kg/h的水蒸氣608，其向閃蒸350提供蒸發(fā)能量。在84℃和0.55atm下由所述過(guò)程中的廢熱產(chǎn)生低壓蒸汽702(11239kg/h)并用作啤酒塔700中的汽提蒸氣。在87℃和0.6atm下流量為5924kg/h的水蒸氣707從液化醪中閃蒸并注入側(cè)塔730中以提供附加的能量用于回收異丁醇。經(jīng)由真空泵從蒸餾過(guò)程中排放氣體流721，其具有如下摩爾組成：
81.1％二氧化碳、13.7％水和5.2％異丁醇，并且包含37kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為234kg/h異丁醇的蒸氣302、305和721。以14391kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
81.1％二氧化碳、13.7％水和5.2％異丁醇，并且包含37kg/h異丁醇。滌氣器用于處理總醇負(fù)載為234kg/h異丁醇的蒸氣302、305和721。以14391kg/h制備水含量小于0.1重量％水的最終異丁醇產(chǎn)物718。
[0373] 在該實(shí)例中，約70％的在發(fā)酵容器中產(chǎn)生的異丁醇經(jīng)由料流314去除，其中大部分剩余的產(chǎn)品保留有啤酒301。向閃蒸槽中添加熱水以減少發(fā)酵液含量的下降并且因?yàn)橄蜷W蒸槽中添加蒸汽以蒸發(fā)發(fā)酵液體中包含的異丁醇的一部分，所以發(fā)酵容器中的最大異丁醇濃度低于35g/L，并且發(fā)酵容器中的平均異丁醇濃度低于25g/L。約87％的溶解于料流304中的二氧化碳在進(jìn)入閃蒸350之前被釋放。對(duì)該實(shí)例的滌氣器施加比產(chǎn)生乙醇的實(shí)例
6低41％的醇負(fù)載。在閃蒸冷凝器360入口處的料流312中，異丁醇與二氧化碳的摩爾比為7.7。在對(duì)不可冷凝物(二氧化碳)的這種較高濃度比例下，異丁醇回收變得更簡(jiǎn)單。通過(guò)預(yù)閃蒸步驟使來(lái)自閃蒸的二氧化碳蒸氣的逆流級(jí)聯(lián)減少了排放到滌氣器的異丁醇的量并提供閃蒸中所需的一些能量以增加丁醇蒸發(fā)。
6低41％的醇負(fù)載。在閃蒸冷凝器360入口處的料流312中，異丁醇與二氧化碳的摩爾比為7.7。在對(duì)不可冷凝物(二氧化碳)的這種較高濃度比例下，異丁醇回收變得更簡(jiǎn)單。通過(guò)預(yù)閃蒸步驟使來(lái)自閃蒸的二氧化碳蒸氣的逆流級(jí)聯(lián)減少了排放到滌氣器的異丁醇的量并提供閃蒸中所需的一些能量以增加丁醇蒸發(fā)。
[0374] 另外，如實(shí)例所示，本文所述的方法提供將發(fā)酵容器中的產(chǎn)物醇濃度維持在可使產(chǎn)物醇對(duì)微生物的抑制作用最小化的濃度下的裝置。
[0375] 實(shí)例11.丁醇分批發(fā)酵和閃蒸處理的動(dòng)態(tài)模型
[0376] 在Microsoft Excel 3，2003 SP3(Microsoft Incorporated，Seattle Washington)中開(kāi)發(fā)異丁醇分批發(fā)酵和閃蒸處理的動(dòng)態(tài)模型。
[0377] 該模型包括對(duì)作為32℃下異丁醇濃度的函數(shù)的葡萄糖吸收率和細(xì)胞生長(zhǎng)速率測(cè)量的數(shù)據(jù)(圖14)。其還包括乙醇和水體系在相關(guān)溫度下的蒸氣液體平衡數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)與工藝設(shè)備規(guī)格結(jié)合，所述規(guī)格限定了發(fā)酵批次大小和增殖罐釋放的級(jí)分所允許的規(guī)格(細(xì)胞干重)、異丁醇單程閃蒸、閃蒸回路的循環(huán)速率以及分批循環(huán)中閃蒸開(kāi)始的時(shí)間。該模型在如下輸入條件下操作：每克進(jìn)料0.288g濕玉米、0.0155玉米水分、0.72玉米淀粉含量、378.5kg干細(xì)胞負(fù)載、12小時(shí)裝載進(jìn)料時(shí)間、807000加侖發(fā)酵容器體積、22,500加侖/分鐘通過(guò)閃蒸的循環(huán)速率以及7.5％單程丁醇去除率。圖15示出了模型的輸出，其中閃蒸在發(fā)酵循環(huán)的時(shí)間零點(diǎn)下開(kāi)始。該模型以不同的假設(shè)起始時(shí)間運(yùn)行以產(chǎn)生以下表12中的結(jié)果。
[0378] 表12
[0379]
[0380] 這些結(jié)果示出在發(fā)酵開(kāi)始之后十小時(shí)開(kāi)始閃蒸處理僅使循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)0.7小時(shí)，在發(fā)酵開(kāi)始之后二十小時(shí)開(kāi)始閃蒸處理使循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)3.4小時(shí)，并且在發(fā)酵開(kāi)始之后三十小時(shí)開(kāi)始閃蒸處理使循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)11.2小時(shí)。
[0381] 盡管本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例已如本文所述，但是應(yīng)當(dāng)理解它們僅僅以舉例的方式存在，并且不受限制。對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下能夠?qū)ζ溥M(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的多種變型。因此，本發(fā)明的廣度和范圍應(yīng)不受任何上述示例性實(shí)施例的限制，但應(yīng)僅僅根據(jù)以下權(quán)利要求及其等同物限定。
[0382] 在本說(shuō)明書(shū)中提及的所有公布、專利和專利申請(qǐng)均指示本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員的技術(shù)水平，并且以引用方式并入本文至如同每個(gè)單獨(dú)的公布、專利或?qū)＠暾?qǐng)被具體且單獨(dú)地指明為以引用方式并入的相同程度。
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