FI81607C - Framstaellning av butanol medelst foerbaettrat jaesningsfoerfarande. - Google Patents

Description

1 31607

Butanolin valmistaminen parannetulla käymismenetelmä11 ä

Keksintö koskee parannettua menetelmää butanolin valmistamiseksi käymismenetelmällä, jota ohjataan hiili-5 monoksidin avulla siten, että muita liuottimia syntyy entistä vähemmän.

Hiilihydraattien käymisen butanoliksi ja asetoniksi Clostridium acetobltylicumin (josta tämän jälkeen käytetään lyhennystä C. acetobutylicum) avulla teki tunnetuk-10 si Weizmann US-patentissaan 1 315 585. Tätä menetelmää käytettiin monen vuoden ajan asetonin ja butanolin valmistamiseksi, ja sivutuotteena saatiin jonkin verran etanolia.

Lopulta mikrobinen menetelmä korvattiin kemialli-15 silla menetelmillä, joilla saadaan samat tuotteet käyttäen raaka-aineina halpoja fossiilisia polttoaineita. Kuitenkin fossiilisten polttoainevarojen asteittainen hupeneminen, josta on ollut seurauksena petrokemiallisten raaka-aineiden hintojen nousu, on herättänyt uudelleen kiinnostuksen 20 käymisreaktioon, joka käyttää uudistuvia raaka-aineita, hiilihydraattej a.

Aikaisemmin valmistettaessa butanolia kaupallisesti käymismenetelmällä saatiin sivutuotteena suhteellisen suuri määrä halvempaa liuotinta, asetonia. Lisäksi vapau-25 tui suuri määrä vetykaasua. Näiden sivutuotteiden muodostuminen kuluttaa hiilihydraattia, joka muussa tapauksessa voitaisiin muuttaa arvokkaammaksi butanoliksi. Siksi menetelmää voitaisiin parantaa, jos löydettäisiin keinot, joilla sivutuotteiden, asetonin ja vedyn muodostumista 30 voitaisiin vähentää, ja siten kasvattaa butanolisaantoa.

Vuonna 1937 Simon Ja Weizmann kertoivat yrityksestä muuttaa C. acetobytulicumin avulla tapahtuvaa käymistä hiilimonoksidin avulla; Enzymologia, 4 (1937), ss. 169 -188. He kertoivat, että 5-% viljamäskisuspension käymi-35 sessä ei tapahtunut muutosta johdettaessa hiilimonoksidia käymisseoksen läpi. Simon ilmoitti myöhemmin (Arch. Bio- 2 81607 chem., 13 (1947), ss. 237 - 243), että tämä epäonnistuminen vaikuttamisessa 5-% viljamäskin käymiseen johtuu ilmeisesti mekaanisista tekijöistä. Kun käyminen suoritetaan laimeammassa mäskissä tai yksinkertaisempia sokerilajeja 5 sisältävässä seoksessa, käyminen estyy melkein kokonaan, kun hiilimonoksidivirta johdetaan seoksen läpi. Simon eristi myös bakteerisoluja 24 tuntia käyneestä seoksesta, ja hän havaitsi, että ne kykenivät käyttämään glukoosia hiilimonoksidi-kaasukehässä. Näissä olosuhteissa käymis-10 tuotteena saatiin yksinomaan raseemista maitohappoa.

Nyt on yllättäen huomattu, että jos hiilimonoksidia laimennetaan riittävästi, sillä on aivan toisenlainen vaikutus hiilihydraattien käymiseen C. acetobutylicumin avulla. Kun käymisen annetaan tapahtua sopivasti laimennetun 15 hiilimonoksidin läsnäollessa, asetonin ja vedyn muodostu minen vähenee ja butanolin tuotto kasvaa. Lisäksi jos käy-misseos sisältää voihappoa, hiilimonoksidi lisää voimakkaasti sen muuttumista butanoliksi.

Keksinnön mukaiselle parannetulle menetelmälle bu-20 tanolin valmistamiseksi, jossa vesipitoisessa alustassa olevia hiilihydraatteja fermentoidaan mikro-organismilla Clostidium acetobutylicum, edullisesti kannalla ATCC 4259 tai ATCC 39236, on tunnusomaista, että käyminen suoritetaan kaasun läsnäollessa, joka sisältää hiilimonoksidia, 25 jonka osapaine on noin 0,05 atm - 0,3 atm, ja butanoli otetaan talteen. Näin saadaan suurempi butanolisaanto ja pienempiä määriä muita aineita, kuten vetyä ja asetonia verrattuna tilanteeseen ilman hiilimonoksidia.

Lisäksi tässä kuvataan menetelmä butanolin valmis-30 tamiseksi fermentoimalla Clostridium acetobutylicumin avulla hiiliyhdisteitä, joiden seassa on voihappoa, jolloin parannus käsittää käymisen vesipitoisessa alustassa, johon on liuennut riittävä pitoisuus hiilimonoksidia, jolloin voihapon muuttuminen liuottimiksi lisääntyy verrat-35 tuna tilanteeseen ilman hiilimonoksidia.

li 3 81607

Yleensä voidaan käyttää mitä tahansa C. acetobutyl-lcum-kantaa, joka tuottaa pääasiassa butanolia. Käyttökelpoinen kanta sovellettaessa tätä keksintöä käytäntöön on C. acetobutylicum-kanta ATCC 4259, jota on saatavissa Ame-5 rican Type Culture Collection'ista, Rockwille, Maryland.

Keksinnön käytön kannalta paras kanta on itiötön C. acetobutylicum-kanta ATCC 39236, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti FI-patentissa 72 138.

Keksintöä käytäntöön sovellettaessa voidaan käyt-10 tää mitä tahansa hiilihydraattia, jota valittu C. acetobutylicum-kanta pystyy käyttämään. Näihin hiilihydraattiläh-teisiin kuuluvat tärkkelysliuokset ja nestesokeri samoin kuin glukoosi ja sakkaroosi puhdistettuina tai raakasokereina. Käymisseoksen tulisi sisältää myös ravinteita ja 15 muita kasvutekijöitä, joita käytetty mikro-organismi tarvitsee kasvuun ja lisääntymiseen.

Jos C. acetobutylicum-kanta on ATCC 4259 tai ATCC 39236, keksinnön mukaisen käymismenetelmän suorittamiseen soveltuu seos, joka käsittää alhaisen D.E.-arvon (dekst-20 roosiekvivalentti) omaavan tärkkelyshydrolysaatin vesi- liuosta, johon on lisätty pieni määrä viljan liotuslientä (0,5 - 2 paino-%, kuiva-aineeksi laskettuna). Käymisseok-seen voidaan lisätä myös pieni määrä viljan sitkoainetta. Alhaisen D.E.-arvon (n. 5 D.E. - n. 20 D.E. ) omaavia tärk-25 kelyshydrolysaatteja, jotka on valmistettu tärkkelyksen osittaisella hydrolyysillä, on helposti saatavissa viljan jauhatusta suorittavista teollisuuslaitoksista. Samoin viljan liotuslientä, joka on valmistettu siten, että viljaa on liotettu laimeassa rikkihapokkeessa, on saatavissa 30 teollisuuslaitoksilta, jotka suorittavat viljan märkäjau hatusta.

Keksinnön mukainen käymismenetelmä aloitetaan viemällä C. acetobutylicum-kannan solut steriilille kasvualustalle siirrosta tuottavaan reaktoriin. Käymisen an-35 netaan jatkua niin kauan, että hyvä solukasvusto on muodostunut. Näitä soluja voidaan siirrostaa käymisseokseen, * 81607 jota käytetään liuottimen valmistamiseen. Vaihtoehtoisesti näitä soluja voidaan käyttää siirrostamaan jatkuva viljely, joka suoritetaan kemostaatissa, joka toimii jatkuvatoimisena siirroksenvalmistusreaktorina. Jatkuvatoimista 5 siirroksenvalmistusreaktoria ajetaan sellaisella laimen nussuhteella, että liuottimien muodostuminen kasvualustalla estyy, ja viljelmästä saadaan voimakkaita ja terveitä soluja, jotka ovat vain vähän alttiina butanolille. Tämä toteutetaan huolellisella laimennussuhteen valinnalla. 10 Tällaisen reaktorin kuvauksessa sanalla "laimennussuhde" tarkoitetaan arvoa, joka saadaan kun alustan virtausnopeus reaktorin läpi tilavuusyksikkönä tunnissa jaetaan reaktorin käyttötilavuudella mitattuna samoissa tilavuus-yksiköissä. Laimennussuhteen yksikkö on 1/tunti.

15 Siirrosten valmistaminen ja liuottimen tuotanto suoritetaan lämpötilavälillä n. 34 - n. 40°C ja pH-arvon ollessa noin 4,5 - 6,5. Reaktiot suoritetaan hapettomissa olosuhteissa käyttäen alustaa, joka on steriloitu kuumentamalla tai muilla käymistaidon tuntemilla menetelmillä. 20 Menetelmässä käytetyn hiilimonoksidin ei tarvitse olla puhdasta, mutta se ei saisi sisältää epäpuhtauksia, jotka reagoivat C. acetobutylicumin kanssa tai estävät sen avulla tapahtuvaa käymistä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetty hiilimonoksidi on laimennettu muilla kaa-25 suilla, kuten typellä, vedyllä ja hiilidioksidilla, jotka eivät reagoi C. acetobutylicumin kanssa eivätkä estä sen avulla tapahtuvaa käymistä. Hiilimonoksidin laimennukseen sopiva kaasu on kaupallisesti saatavissa oleva hapeton kaasuseos, joka sisältää noin 90 % typpeä, 5 % vetyä ja 5% 30 hiilidioksidia, ja jota on saatavissa Mathaeson Compa nyltä, Joliet, Illinois.

Keksintöä sovellettaessa käymisen annetaan tapahtua vesipitoisessa alustassa, joka on tasapainossa hiilimonoksidia sisältävän kaasun kanssa, jossa hiilimonoksidin osa-35 paine on noin 0,05 - 0,3 atm. Alempiakin hiilimonoksidin osapaineita voidaan käyttää, mutta vaikutus käymistuottei-

II

5 81 607 siin on tällöin vähäisempi. Suurempia hiilimonoksidin osa-paineita voidaan myös käyttää, mutta tällöin käyminen ja solujen kasvu hidastuu siinä määrin, ettei niin kannata tehdä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä edullisin kaasun 5 hiilimonoksidiosapaine on noin 0,1 - 0,2 atm.

Sovellettaessa keksinnön mukaisia hiilimonoksidilla moduloituja käymisprosesseja, käyminen voidaan suorittaa millä tahansa tavalla niin, että hiilimonoksidia sisältävä kaasu on välittömässä kosketuksessa käymisseoksen kanssa. 10 Tämä saadaan aikaan kuplittamalla hiilimonoksidia sisältävää kaasua käymisseoksen läpi tai sekoittamalla seosta suljetussa astiassa, jonka kaasutila sisältää halutun pi-toista kaasua.

Myös muita käyttäjien tuntemia biokemiallisissa 15 menetelmissä rutiininomaisesti käytettyjä menetelmiä kaasun ja nesteen välisen kosketuksen aikaansaamiseksi voidaan käyttää.

Keksinnön mukaisen hiilimonoksidilla moduloidun käymismenetelmän odottamaton etu on se, että sillä saadaan 20 lisättyä voihapon muuttumista liuottimiksi. Tämä havaitaan, kun osa käymisseoksen hiiltä sisältävästä raaka-aineesta on voihappoa. Tämä huomio on tärkeä, sillä voihap-poa saadaan sivutuottena muista käymisreaktioista.

Seuraavat esimerkit kertovat lisää keksinnön sisäl-25 löstä. Ellei erityisesti toisin mainita, kaikki käytetyt osuudet ovat paino-osuuksia ja prosenttiluvut painoprosentteja.

Liuottimien pitoisuudet määritettiin korkean erotuskyvyn nestekromatografian (HPCL) avulla. Komponentit 30 analysoitiin kromatografisesti eluoimalla 0,006N H2S04:lla (0,003M H2S04) kationinvaihtohartsista, joka on vetymuo-dossa. Eluoituneet komponentit todetaan differentiaali-refraktiometrillä, signaali piirretään piirturilla ja pitoisuudet saadaan elektronisen integraattorin avulla. Käy-35 rän alapuolelle jäävä pinta-ala, joka edustaa kunkin komponentin pitoisuutta, ilmoitetaan prosentteina kokonais- 6 81 607 pinta-alasta. Yleinen menetelmä on esitetty julkaisussa "Aanalysis of Carbohydrate Mixtures by Liquid Chromato-grahpy" (hiilihydraattiseosten analysointi nestekromato-grafian avulla), Am. Soc. Brew. Chem. Proc. (1973), ss. 43 5 - 46. Erottaminen oli tehty 0,3048 metrisessä HPX-87-ko- lonnissa, joka oli vetymuodossa, ja jota on saatavissa Bio-Rad Laboratories'ista, Richmond, Kalifornia.

Esimerkki 1

Esimerkissä käytettiin C. acetobutylicum-viljelmää 10 ATCC 39236, jota on saatavissa American Type Culture Collection' ista, Rockwille, Maryland. Jatkuvan viljelmän aloittamiseen tarvittava siirrosviljelmä kasvatettiin 125 ml:n kartiopullossa, jossa oli 100 ml vesipitoista alustaa, joka sisälsi kuiva-aineesta laskettuna 10 paino-% 10 15 D.E.:n tärkkelyshydrolysaattia (saatavissa Grain Process ing Company'stä, Muscatine, Iowa, kauppanimellä Maltrin M-100) ja 1 paino-% kuiva-aineesta viljan liotuslientä (saatavissa Corn Products Unit of CPC International Inc.:stä, Englewood Cliffs, New Jersey, koodilla E801). 20 Seoksen pH säädettiin arvoon 6,2 väkevällä NH4OH-liuoksella ennen kuin seos sterilisoitiin kuumentamalla autoklaavissa 121°C:ssa 20 minuutin ajan. Siirrospullossa olevaan jäähtyneeseen, steriiliin alustaan siirrostettiin 5 ml suspensiota, joka sisälsi viljelmän soluja samassa alustassa. 25 Siirrospulloa, jossa siirrostettu alusta oli, inkuboitiin hapettomassa kammiossa 35°C:ssa 21 tuntia.

Siirrospullosta saadulla viljelmällä siirrostettiin jatkuva käymisprosessi, joka suoritettiin hapettomissa olosuhteissa tavallisessa kahden litran New Brunswick Bio-30 flown Model C-30 kemostaatissa, jossa on pohjasta sekoit tava magneettisekoitin. Käymisprosessiin käytetty vesipitoinen alusta sisälsi 6 paino-% kuiva-aineesta 10 D.E.:n tärkkelyshydrolysaattia ja 0,075 paino-% kuiva-aineesta viljan liotuslientä, jonka pH oli säädetty välille 5,0 -35 5,1 4N NaOH:lla. Käyttötilavuus oli 725 ml. Käymisastia täytettiin aluksi kasvualustalla, jota oli ensin kuplitet- 7 81 607 tu hapettomalla C02:lla 30 minuutin ajan ja pH oli sitten säädetty välille 6,1 - 6,2 väkevällä ammoniumhydroksidil-la. Sitten seokseen siirrostettiin siirrosviljelmä ja sitä sekoitettiin nopeudella 200 kierrosta minuutissa 37°C:ssa 5 4 tuntia, ennen kuin virtaus käymisastiaan sisään ja siitä ulos aloitettiin. Tätä siirrosviljelmäkemostaattia käytettiin laimennusuhteen arvolla 0,25/tunti. Silloin kun jatkuvatoimisen fermenttorin solut kasvoivat nopeasti käymisen asidogeenisessä vaiheessa, ne siirrostettiin esimerkin 10 käymisseokseen.

Tätä esimerkkiä varten käymisliemi valmistettiin käyttäen 50 g/1 tärkkelyshydrolysaattia, 6,24 g/1 viljan liuotuslientä ja 4 g/1 viljan sitkoainetta. Alustaan lisättiin natriumasetaattia sellainen määrä, että asetaat-15 tipitoisuus on sama kuin silloin kun etikkahappopitoisuus on 5 g/1. Käymisreaktiot suoritettiin suljetuissa seerumi-ampulleissa, joiden tilavuus oli 160 ml. Jokaiseen ampulliin laitettiin 10 ml käymisseosta ja 10 ml siirrosta.

Ampullin kaasutilassa oleva kaasu koostui seuraa-20 vista kaasuista: CO (0,1 atm), N2 (0,8 atm), C02 (0,05 atm) ja H2 (0,05 atm). Vertailukoe suoritettiin siten, että alkutilanteessa kaasutila sisälsi kaasuja N2 0,9 atm, C02 0,05 atm ja H2 0,05 atm, eikä kaasutila sisältänyt lainkaan CO:ia. Alkutilanteessa käymisliemen pH oli 5,45 ja pulloja 25 ravisteltiin 200 kertaa minuutissa 48 tuntia lämpötilassa 35 ± 1°C. Käymisen loputtua kaasut vapautettiin varovasti ampulleista ja kerättiin happameksi tehtyyn suolaveteen. Kaasutilavuus mitattiin, ja kaasun koostumus määritettiin kaasukromatograafilla. Nesteestä analysoitiin orgaaniset 30 hapot ja liuottimet korkean erotuskyvyn nestekromatograa-filla. Nesteen hiilihydraattipitoisuuden määrittämiseksi seoksesta otettu näyte hydrolysoitiin ensin glukoamylaa-silla, minkä jälkeen hiilihydraattipitoisuus mitattiin dekstroosiksi laskettuna YSI-glukoosianalysaattorilla 35 (saatavissa Yellow Springs Instrument Company’stä, Yellow Springs, Ohio). Esimerkistä ja vertailukokeesta saaduista β 81607 tuloksista, jotka on esitetty taulukossa I, nähdään, että orgaanisten happojen kulutus sekä butanolin (BuOH) ja etanolin (EtOH) tuotanto kasvaa ja asetonin ja vedyn tuotanto vähenee, kun käymisreaktioon käytetyissä ampulleissa on 5 hiilimonoksidia.

Il 9 81607

μ 2“ I

μ h es <D "v o o μ o ». «·

On'-' O H

3 X Eh £ ^ K in σ> iH o 00 v s \ μ n o O) u μ x jC o (D O „ * -

ga CO (M rH

•H ffl ^ rH rH

μ μ 0 μ 3 c

•HO «C

J μ CO M

Q) CO * * m rt *£> <

Λ rt CO

S * m o μ , a " - -g g, r 0 \ > Ä O rH μ X o> x — h μ ä <s o 1 ! £ o s ” * X X o.

μ a μ ίο jg co co ωχ: v .

O Tf ^ μ μ μ v. μ μ Ο» Μ 10 ~ X ~ Λ (0 μ β co e·' η η co c ω » ν -0 3 0 3 ^· μ Ο >1 3 ο μ Λ «η μ μ μ μ μ Ο μ ο η χ co co μ μ X (0 Λ μ μ 0) <0 e*» x α ό μ o Hi ^ rt 8

μ X

X 3 X μ ra § s § ο μ ο «ο μ ο μ μ μ (0 μ α (0 (0 0) χ μ w ω > 10 81607

Esimerkki 2

Menettelytapa oli muuten samanlainen kuin esimerkissä 1, mutta natriumasetaattia ei lisätty käymisseok-seen. Sen seurauksena seoksessa ei ollut etikkahappoa käy-5 misen alkaessa. Jokainen käymisreaktloon käytetty ampulli sisälsi 20 ml käymisseosta ja 2 ml siirrosta. Voihappoa lisättiin niin paljon, että voihappopitoisuus alussa oli 4,4 g/1, ja käymisen annettiin jatkua 72 tunnin ajan. Tuloksista, jotka on esitetty taulukossa II, nähdään, että 10 voihapon kulutus sekä butanolin ja etanolin tuotanto kasvaa ja asetonin tuotanto vähenee, kun käymisreaktioon käytetyissä ampulleissa on hiilimonoksidia.

li 11 81607 js S S' C* O CS vv

P f* «H O

— u

rH

O» JS O ^ w X V v O CS 'ί 04

P 3 fv P rH

O) CQ

E

•H

P iH

4-» C JS

0 0 rH in 3 P es -h a) v# in j o <

JS O' CO

es o' es' fv . a "v τι a js «f s H 0 CO v v —. > JS O S' s H O) M w

OP JS

J* 0 I eri *ί x a to es

3 (O X O Cv N <S

h x j* a 3 -HO.

to P CO JS

H M JS

o o o

•H rH

P \ p o» m to v^ Jtf -v λ to -h to es o

i-l CO (0 0 N V V

0 3 0 3 0* rH rH

>1 3 O P

js co μ p

P -rl P O

h o co .se _ -η p je co .e o o

•H -H 0) CO V V

X O. O H O CO CO

in in

<D

P X

§ 3 I k rH -rl 3 C -v Φ v Λ CO β E E O Po

CO H o P P U

10 P U CO CO <D

χ p ta > 12 81 607

Esimerkki 3

Menettelytapa oli muuten samanlainen kuin esimerkissä 2, mutta ampullit sisälsivät 30 ml käymisseosta ja 3 ml siirrosta. Tässä kokeessa käymisessä vapautuneet kaa-5 sut päästettiin ulos 24 tunnin välein Ja hiilimonoksidia puhallettiin sisään sellainen määrä, että hiilimonoksidin osapaine säilyi 0,1 atm:h suuruisena. Toisessa kokeessa hiilimonoksidin osapaine nostettiin 0,15 atm:iin 24 tunnin jälkeen, ja tämä paine palautettiin taas, kun kokeen 10 alusta oli kulunut 48 tuntia lisäämällä taas hiilimonoksidia. Lähtöaineseosten ja 72 tunnin jälkeen saatujen lopputuotteiden analyysitulokset näille kahdelle esimerkille ja vertailukokeelle, johon ei oltu lisätty hiilimonoksidia, on esitetty taulukossa III. Näistä tuloksista nähdään, 15 että kun hiilimonoksidia on läsnä, butanolin ja etanolin tuotanto kasvaa ja asetonin tuotanto vähenee.

Il 13 81 607 j i rv tv 7ί «SM «s 2 o «· «· § £ o o o 3 «

ffl IS

" 0) D>

- Λ VO ° 00 "T

Ä « ' * O

o N »H N o a

Pr» a bl to »c

H

\ _ tv O CO O

O) * £ * - * w Q t# m co

3 M H P P P

P O tv 3

m C

g 3 P d .μ P 3

P G X

O o XX

3 ** 00 03 P + P ® (S * jw rv co (N in *2.

< O)

P

r* P

O o O) P

(S » - » w (0 lO^fvH O p .1° h p a h Zj

m o a -v. _ Ti 'O

m > e oi ä co 9 £ o o ^ - 2 ij

V 3 P

3 Λ P

H - Ä 3 ^ 3 P p H P 3

^ I 0) C

p p £ 2 P \ P Sd P O) M 3 3 (0 w X «v XX P Λί

<0 P <0 CO CO

in M M G N

Ό 3 O 3 tv O O O H

>i 3 O P _ J 10 l-l P o p p p ο £ H o M Jtf _ £ ppämjC·^ ^ ^ 2 P P O) (0 » «· - <0

K Λ Ό P O P P P M

in in in p

rH

Φ o

^-s ^v 0 C

p jc j: ji m

P 3 P

X N ^ H 3 i t-ι p tv »h nJ p to 3 C — 0) - » <0

M (0 gSOI o < t» o (0 H O P p W

(OPOfOMO O O) C

« P »^ W w - > <0 14 81 607

Esimerkki 4

Menettelytapa oli muuten sama kuin esimerkissä 1, mutta käymisseoksen hiilihydraattipitoisuudet olivat alussa suuremmat. Käymisseoksessa oli suunnilleen 90 g/1 5 D.E.:n tärkkelyshydrolysaattia, 12,5 g/1 viljan liuotus-lientä, johon oli lisätty 7 g/1 voihappoa. Siirros valmistettiin kasvattamalla soluja 18 tunnin ajan siirrospullona toimivassa 125 ml:n kartiopullossa, jossa oli 100 ml käy-misseosta, ja käyminen tapahtui 34°C:n lämpötilassa. Käy-10 misessä vapautuneet kaasut johdettiin ulos 24 tunnin välein, ja hiilimonoksidia lisättiin niin paljon, että sen osapaine oli edelleen 0,1 atm. 76 tunnin jälkeen käyminen oli loppunut. Tällöin käymisliemestä analysoitiin jäljelle jääneiden hiilihydraattien pitoisuus sekä liuottimien ja 15 happojen pitoisuudet. Vertailukokeet tehtiin siten, että kaasutilaan ei lisätty hiilimonoksidia. Tuloksista, jotka on esitetty taulukossa IV, nähdään, että suurempi määrä voihappoa muuttuu liuottimiksi, kun hiilimonoksidia on mukana. Lisäksi hiilimonoksidin ollessa mukana tuotettiin 20 suuremmat määrät butanolia ja etanolia kuin vertailukokeissa, vaikka vertailukokeissa kului enemmän hiilihydraatteja. Tuotetun asetonin määrä oli myös paljon pienempi silloin, kun käyminen tapahtui hiilimonoksidin läsnäollessa.

li is 81607 I .

•H - CO O' Oi N

H NN NN

0 0 * * *>

G P O O O O

(0 G p <d 3 «0 CQ 0) 0> G en oo Ό· ^ X N O O θ' O 0 ON g.

JJ ft a <2 y-*S pL* H d "v. £ 00 en rH N 0 O) 5C v v ^ »* ? W O N VO tn v*

3 f» rH H H <-t P

pm 2 Q) e e 3

H H

P -H 3 P C G *

0 0 N CO CO N

3 P N * * *» +

•HO N CO vO VO

a CO ~ < O) > ~

G ON NN C; -H

0 % * * * O) 4·* j* n (S (S tn in ^ (d X I O ^ N . <0 3 P ft H Pk H O ft \ rj T3 3 > « Dl £ OO OO 0 >,

(0 XJ SP ^ «. * * H X

h ot^c^ <5 “H

3 -H

J3 -rl

3 A

P P

P 3

lv ® C

H H P 3 p \ -h 2d p o> ω .e o co nh 3 3

«J W .¾ ^ VV VV P X

(0 -H «0 N CO N VO t>

k CD O C N C0C0 NN

>0 3 0 3 »

>i 3 O P

G 00 k P O

P -H P φ P

<-{ o m x G vo vo in m C

P P ÄC CD vv vv (0 Ή -H φ <0 O VO vo Φ oi (0

SC ft Ό H CO 00 P CO CO CO

φ P

Φ H

X o o e P X (0

P 3 P

Ai H 3

I k «H H P CQ

3 C Φ v v (0 coco e e o o p o o (0 H O P -rl k φ -h o λ ra φ λ K P w U > (0 ie 81607

Esimerkki 5 100 ml siirrosta, joka oli valmistettu kuten esimerkissä 1, lisättiin 2 litran käymisreaktoriin, jossa oli 1 litra viljelyalustaa, joka sisälsi 60 g 10 D.E.:n tärk-5 kelyshydrolysaattia, 7,5 g viljan liotuslientä ja 5 g viljan sitkoainetta. Vertailukoetta varten tästä siirroste-tusta seoksesta poistettiin 50 ml:n annos, jonka annettiin käydä suljetussa seerumiampullissa, jossa ei ollut CO:ia. Käymisreaktoria sekoitettiin kierrosnopeudella 200 kier-10 rosta minuutissa ja liuoksen läpi kuplitettiin nopeudella 100 1/min kaasua, joka sisälsi tilavuusprosentteina 20 % CO, 30 % H2, 48 % N2 ja 2 % C02. Käymislämpötila oli 35°C.

Aluksi käymisreaktori, johon kuplitettiin hiilimonoksidia, alkoi tuottaa maitohappoa, butanolia ja eta-15 nolia. Tämän vaiheen aikana pH pidettiin arvossa noin 5 lisäämällä 4N NaOH. 50 tunnin jälkeen noin 30 % hiilihydraatista oli saavuttanut suurimman arvonsa, 6 g/1. Tämän jälkeen käyminen alkoi kuluttaa maitohappoa ja tuottaa kasvavat määrät butanolia ja etanolia. Tässä vaiheessa 20 pH:n annettiin kohota noin arvoon 6, minkä jälkeen se pi dettiin tässä arvossa lisäämällä 4N HCl:ia. 100 tunnin jälkeen maitohappopitoisuus oli laskenut alle 1 g/1. Käyminen loppui kun 190 tuntia oli kulunut, jolloin 94 % hiilihydraatista oli kulunut. Asetonia ei muodostunut käymi-25 sen missään vaiheessa. Vertailukokeessa, jossa ei ollut hiilimonoksidia kaasutilassa, ei syntynyt merkittävää määrää maitohappoa ja asetonia syntyi niin paljon, että sen pitoisuus oli 4,8 g/1. Tämä koe osoittaa, että jos käyminen C. acetobutylicumin avulla tapahtuu siten, että hiili-30 monoksidin osapaine on 0,2 atm tai suurempi, asetonia ei synny lainkaan. Se osoittaa myös, että käyminen voi tapahtua niin, että syntyy melko suuri pitoisuus maitohappoa, jonka käyminen hajottaa edelleen.

Siten on ilmeistä, että keksintö tarjoaa butanolin 35 valmistamiseksi parannetun menetelmän, joka vähentää sivu tuotteiden, asetonin ja vedyn, muodostumista. Koska kek- li 17 81607 sinnöstä on kerrottu kuvaamalla sen eri osia, on selvää, että edellä esitetyn valossa alaan perehtyneelle tulevat monet vaihtoehdot, modifikaatiot ja muunnokset Ilmeisiksi. Siten kalkki sellaiset vaihtoehdot, modifikaatiot ja muun-5 nokset katsotaan sisältyviksi liitettyjen patenttivaatimusten henkeen ja tarkoitusperiin.

Claims (6)

18 81 607

1. Parannettu menetelmä butanolin valmistamiseksi, jossa vesipitoisessa alustassa olevia hiilihydraatteja 5 fermentoidaan mikro-organismilla Clostidium acetobutylicum edullisesti kannalla ATCC 4259 tai ATCC 39236, tunnettu siitä, että käyminen suoritetaan kaasun läsnäollessa, joka sisältää hiilimonoksidia, jonka osapaine on noin 0,05 atm - 0,3 atm, ja butanoli otetaan talteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyminen suoritetaan lämpötilassa noin 34 - 40°C.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että käyminen suoritetaan pH:ssa 15 noin 4,5 - 6,5.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilihydraatit sisältävät tärkkelyshydrolysaattia, jonka D.E.-arvo on noin 5 - 20.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että vesipitoinen alusta sisältää etikkahappoa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käymisreaktion alustaan kup-litetaan hiilimonoksidia sisältävää kaasua. Il 19 81607