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TW201534733A - 在厭氧發酵中之導電度的控制 - Google Patents

在厭氧發酵中之導電度的控制 Download PDF

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TW201534733A
TW201534733A TW103119910A TW103119910A TW201534733A TW 201534733 A TW201534733 A TW 201534733A TW 103119910 A TW103119910 A TW 103119910A TW 103119910 A TW103119910 A TW 103119910A TW 201534733 A TW201534733 A TW 201534733A
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Peter Simpson Bell
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Ineos Bio Sa
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Abstract

提供有效用於控制含CO之氣態基質之發酵期間的培養基導電度，同時供給大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY之方法。該方法包含(includes)平衡培養基導電度、比碳攝入或細胞密度位準。

Description

在厭氧發酵中之導電度的控制
本申請案主張2013年6月10日提申之美國臨時專利申請案第61/833,189號的權益，以及其之整體併入本文以作為參考資料。
發明領域
提供一種用於控制合成氣發酵期間之導電度以及維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY之方法。更明確言之，用於控制導電度之方法包含(includes)平衡培養基導電度、比碳攝入(specific carbon uptake)，或細胞密度。
發明背景
厭氧微生物可經由氣態基質的發酵而從一氧化碳(CO)生產乙醇。使用得自梭菌屬(Clostridium)的厭氧微生物發酵可生產乙醇及其它有用的產品。舉例言之，美國專利案第5,173,429號描述一種從合成氣生產乙醇及乙酸鹽的厭氧乙酸生成性微生物俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC編號49587。美國專利案第5,807,722號描述一種使用俊達氏梭菌ATCC編號55380將廢氣轉換成有機酸類及醇類之方法及裝置。美國專利案第6,136,577號描述一種 使用俊達氏梭菌ATCC編號55988及55989將廢氣轉換成乙醇之方法及裝置。
乙酸生成性細菌要求恆定的營養素進料用以獲得穩定的效能及乙醇生產力。高位準的生產力可能需要使用更濃縮的培養基來提供有效量的營養素。使用更濃縮的培養基會導致發酵肉湯的離子強度較高。較高的離子強度對培養表現造成不利的效應。
發明概要
提供有效用於控制含CO之氣態基質之發酵期間的培養基導電度，同時供給大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY之方法。該方法包含(includes)平衡培養基導電度、比碳攝入(specific carbon uptake)或細胞密度位準。
一種用於發酵含一氧化碳(CO)的氣態基質之方法，其包含(include)提供該含CO的氣態基質給發酵培養基。於一個態樣中，該方法包含(include)根據SCU=SCUmax-F*導電度的公式，來維持導電度對比碳攝入(按毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞計之SCU)的關係，其中SCUmax=0至3且F=0至1。該發酵培養基具有大約30mS/cm或更小的導電度，以及該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY。
一種用於發酵含CO的氣態基質之方法，其包含(include)提供該含CO的氣態基質給發酵培養基以及發酵合成氣。該方法進一步包含(include)根據y=-6.0327x+12.901 的公式，來維持導電度(y)對比氣體進料速率(x)，直到達到目標細胞密度，其中x為大約0.2至大約0.7毫莫耳/分鐘/克細胞。於另一個態樣中，該方法包含(include)維持細胞密度在目標細胞密度之上，以及維持大約30mS/cm或更小的導電度。該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY。
一種含CO的氣態基質之發酵方法包含(include)導入該含CO的氣態基質至包含(include)發酵培養基之反應器容器內，以及發酵該含CO的氣態基質。於本發明的一個態樣中，該發酵培養基內至少一個或更多個氯陰離子(chloride ions)係用選自於以下所組成之群組中之一離子、以有效提供大約30mS/cm或更小的導電度的量予以取代：氫氧根(hydroxide)、醋酸根(acetate)、碳酸根(carbonate)、碳酸氫根(bicarbonate)，及其混合物。該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY。
該方法的幾個態樣之上述和其他態樣、特徵及優點從下列圖示會更顯而易見。
圖1闡明於1x生產培養基以及25ml/min的合成氣進料速率中，俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)的生長情形。
圖2闡明於1x生產培養基以及35ml/min的合成氣進料速率中，俊達氏梭菌的生長情形。
圖3闡明於1x生產培養基以及40ml/min的合成 氣進料速率中，俊達氏梭菌的生長情形。
圖4闡明於1x生產培養基以及45ml/min的合成氣進料速率中，俊達氏梭菌的生長情形。
圖5闡明於1x生產培養基以及50ml/min的合成氣進料速率中，俊達氏梭菌的生長情形。
圖6闡明於1x生產培養基以及50ml/min的合成氣進料速率加上較高的起始接種體，俊達氏梭菌的生長情形。
圖7闡明於1.5x生產培養基以及45ml/min的合成氣進料速率加上較高的起始接種體，俊達氏梭菌的生長情形。
圖8闡明於1.5x生產培養基以及35ml/min的合成氣進料速率加上較高的起始接種體，俊達氏梭菌的生長情形。
圖9闡明於1.5x生產培養基以及30ml/min的合成氣進料速率加上較高的起始接種體，俊達氏梭菌的生長情形。
圖10闡明於1.5x生產培養基以及20ml/min的合成氣進料速率加上較高的起始接種體，俊達氏梭菌的生長情形。
圖11顯示生長於含氯化銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖12顯示生長於含氯化銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力(specific ethanol productivity)。
圖13顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖14顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖15顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖16顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖17顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖18顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖19顯示生長於含碳酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖20顯示生長於含碳酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖21顯示生長於含碳酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖22顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖23顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖24顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖25顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖26顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖27顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖28闡明逐步增加培養基的導電度對於俊達氏梭菌的效能之效應。
圖29闡明逐步增加培養基的導電度對於俊達氏梭菌的效能之效應。
圖30顯示在俊達氏梭菌發酵期間，比CO進料速率和導電度之間的關係。
圖31顯示在俊達氏梭菌發酵期間，比碳攝入和導電度之間的關係。
在各圖示中，相對應之參考字母代表相對應之元件。熟習此技術領域者應瞭解到圖示中之元件僅用於簡化且清楚說明，並不一定照實際規格畫出。例如，在圖示中某些元件尺寸可能被放大，相對於其他元件，以幫助瞭解本發明方法與裝置之各種態樣。同時，在工業上常見中可使用但非必須之常見但已知之元件，經常未被指出，這是為了使各觀點之透視圖較不複雜。
較佳實施例之詳細說明
下列說明並非解譯為限制性意義，而是僅僅為了 描述例示性具體例之一般性原理的目的。本發明之範圍須參考申請專利範圍決定。
如此處描述，於生物反應器內使用培養基及乙酸生成性細菌進行的合成氣發酵，係有效用以提供合成氣中的一氧化碳轉換成醇類及其它產物。控制導電度、導電度，及細胞密度係有效用以提供高度生產力位準。於此態樣中，醇生產力可以STY(以克乙醇/(升‧日)表示的時空產率(space time yield))表示。於此態樣中，該方法係有效用以提供至少大約10克乙醇/(升‧日)之STY(時空產率)。可能的STY值包含(includes)大約10克乙醇/(升‧日)至大約200克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升‧日)至大約160克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升‧日)至大約120克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約10克乙醇/(升‧日)至大約80克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約20克乙醇/(升‧日)至大約140克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約20克乙醇/(升‧日)至大約100克乙醇/(升‧日)，於另一個態樣中，大約40克乙醇/(升‧日)至大約140克乙醇/(升‧日)，以及於另一個態樣中，大約40克乙醇/(升‧日)至大約100克乙醇/(升‧日)。
定義
除非另行定義，否則於本案全文說明書中使用於本文揭示之下列術語定義如後及包含(includes)如下定義之單數型或複數型：修飾任何數量之術語「大約」係指於實際狀況下， 例如，於實驗室中、於試驗工廠中、或生產設施中所遭遇的數量變異。舉例而言，於混合物中採用之各成分或測量值的數量或數量由「大約」修飾時包括於測量製造廠或實驗室中之實驗條件所典型採用的變異程度及審慎程度。舉例而言，當用「大約」修飾產品組分的量時包括於工廠或實驗室之多個實驗中各批次間的變異及分析方法所特有的變異。無論是否用「大約」修飾，該數量包括該等量之相當量。此處所述用「大約」修飾之任何數量也可以如同未用「大約」修飾一樣地使用於本揭示內。
「導電度」及「平均導電度」係指導電的能力。水能導電的原因在於水含有攜帶電荷的溶解固體。舉例言之，氯陰離子(chloride)、硝酸根及硫酸根攜帶陰電荷，而鈉、鎂及鈣攜帶正電荷。此等溶解固體影響水的導電能力。導電度係藉探頭量測，探頭係在二電極間施加電壓。電壓降係用以測量水的電阻，然後換算成導電度。平均導電度可藉已知技術及方法量測。平均導電度度量之若干實例係提供於ASTM D1125，「Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water」，及「Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater」，1999年，美國公共衛生署、美國自來水廠、水環境聯盟，二文件皆係爰引於此並融入本說明書的揭示。
術語「合成氣」或是「合成氣體」表示給予含有不等量之一氧化碳及氫氣之氣體混合物的合成氣體的名稱。製造方法之實例包括天然氣或烴類之蒸汽重組以製造氫氣、 煤炭的氣化以及某些類型的垃圾資源回收氣化設施。該名稱係來自於其等可用作為產生合成天然氣(SNG)的中間產物及用於製造氨或甲醇。合成氣為可燃性且常常使用作為燃料來源或是使用作為其它化學品製造上的中間產物。
「發酵」、「發酵方法」或是「發酵反應」等詞意圖涵蓋該方法之生長時期及產物生物合成時期。於一個態樣中，發酵係指一氧化碳轉化成醇類。
術語「細胞密度」係指每單位體積發酵肉湯的微生物細胞之質量，舉例而言，克/升。於本態樣中，該方法及培養基係有效用以提供至少大約1.0克/升之細胞密度。
術語「細胞再循環」係指微生物細胞從發酵肉湯中分離及回送全部或部分該等分離的微生物細胞返回發酵器。一般而言，使用過濾裝置來達成分離。
術語「發酵器」、「反應器容器」或「生物反應器」包含(includes)由一個或多個容器及/或塔或管路配置所組成的發酵裝置，包含(includes)連續攪拌槽反應器(CSTR)、制動化細胞反應器(ICR)、滴流床反應器(TBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)、泡罩塔、氣舉發酵器、膜反應器諸如中空纖維膜生物反應器(HFMBR)、靜態混合器，或是適用於氣-液接觸的其它容器或其它裝置。含CO之基質含CO之基質可包含(includes)任何含括CO的氣體。於此態樣中，含有CO的氣體可包含(includes)合成氣、工業氣體，及其等之混合物。
合成氣可以從任何已知的來源提供。於一個態樣 中，合成氣可源自於含碳材料的氣化。氣化涉及於氧氣限制供應情況下的生質之部分燃燒。所得的氣體主要包含(includes)一氧化碳(CO)及氫氣(H2)。於本態樣中，合成氣將含有至少大約10莫耳% CO，於一個態樣中，至少大約20莫耳%，於一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，於另一個態樣中，大約20至大約100莫耳% CO，於另一個態樣中，大約30至大約90莫耳% CO，於另一個態樣中，大約40至大約80莫耳% CO，以及於另一個態樣中，大約50至大約70莫耳% CO。適當的氣化方法及裝置之若干實例係提供於美國專利申請案61/516,667、61/516,704及61/516,646之內，各案皆係於2011年4月6日提出申請，以及美國專利申請案13/427,144、13/427,193及13/427,247之內，各案皆係於2012年3月22日提出申請，以及此等之全體均併入本文以作為參考。
於另一個態樣中，該方法可應用以支援從氣態基質諸如高體積含CO工業烟道氣製造醇。於一些態樣中，含括CO的氣體係衍生自含碳廢物，例如工業廢氣或得自其它廢物的氣化。如此，該方法表示捕集碳的有效方法，否則該碳將排放入環境內。工業烟道氣之實例包含(includes)含鐵金屬產品製造、非鐵金屬產品製造、石油精煉製程、煤氣化、生質氣化、發電、炭黑製造、氨製造、甲醇製造，及焦煤製造期間產生的氣體。
取決於含CO之基質的組成，該含CO之基質可以直接提供給發酵方法或是可以進一步修飾以含括適當的H2 對CO莫耳比。於一個態樣中，提供給發酵器的含CO之基質具有大約0.2或更大的H2對CO莫耳比，於另一個態樣中，大約0.25或更大，以及於另一個態樣中，大約0.5或更大。於另一個態樣中，提供給發酵器的含CO之基質可以包含(includes)大約40或更大的CO加上H2莫耳百分比及大約30或更小的莫耳百分比之CO，於另一個態樣中，大約50或更大的CO加上H2莫耳百分比及大約35或更小的莫耳百分比之CO，以及於另一個態樣中，大約80或更大的CO加上H2莫耳百分比及大約20或更小的莫耳百分比之CO。
於一個態樣中，該含CO之基質主要包含(includes)一氧化碳(CO)及氫氣(H2)。於本態樣中，該含CO之基質將含有至少大約10莫耳% CO，於一個態樣中，至少大約20莫耳%，於一個態樣中，大約10至大約100莫耳%，於另一個態樣中，大約20至大約100莫耳% CO，於另一個態樣中，大約30至大約90莫耳% CO，於另一個態樣中，大約40至大約80莫耳% CO，以及於另一個態樣中，大約50至大約70莫耳% CO。該含CO之基質將具有至少大約0.75之CO/CO2比，於另一個態樣中，至少大約1.0，以及於另一個態樣中，至少大約1.5。
於一個態樣中，氣體分離器係裝配成實質分離至少一部分的氣流，其中該部分包含(includes)一種或更多種組分。舉例而言，該氣體分離器可由含有下列組分之氣流分離CO2：CO、CO2、H2，其中該CO2可通過一種CO2消除器，而該氣流之剩餘物(含有CO及H2)可通過一種生物反應 器。可以使用本技藝已知的各種氣體分離器。於本態樣中，提供至發酵器的合成氣將具有大約10莫耳%或更少的CO2，於另一個態樣中，大約1莫耳%或更少的CO2，以及於另一個態樣中，大約0.1莫耳%或更少的CO2。
某些氣流可包含(includes)高濃度的CO和低濃度的H2。於一個態樣中，希望可以使基質流的組成最佳化，俾以達到更高效率的醇生產及/或整體的碳捕集。舉例而言，可以在該基質流通過生物反應器之前，增加該基質流內H2的濃度。
依據本發明的特定態樣，可以將來自二種或更多種來源的物流組合及/或摻合以產生所欲的及/或最佳化的基質流。舉例而言，可以將一種含有高濃度的CO之物流，例如來自轉爐煉鋼廠的排氣，與一種含有高濃度的H2之物流，例如來自煉鋼廠煉焦爐的廢氣，進行組合。
取決於含CO的氣態基質之組成，也可能期望在導入發酵之前，處理該基質以去除任何非期望的雜質，諸如粉塵粒子。舉例言之，該氣態基質可使用已知的方法過濾或刷洗。
生物反應器設計及操作
發酵器設計之說明係描述於美國專利申請案13/471,827及13/471,858之內，二者皆係於2012年5月15日提申，及2012年5月16日提申之美國專利申請案13/473,167之內，此等之全體均併入本文以作為參考。
依據一個態樣，發酵方法始於添加培養基至反應 器容器內。培養基組成之若干實例係描述於2012年5月22日提申之美國專利申請案61/650,098及61/650,093之內，及2001年7月23日提申之美國專利案7,285,402之內，此等之全體均併入本文以作為參考。培養基可以予以滅菌以去除非所欲的微生物，以及於反應器內接種所欲的微生物。並不總是需要滅菌。
於一個態樣中，使用的微生物包含乙酸生成菌。有用的乙酸生成性細菌包含梭菌(Clostridium)屬，諸如俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株，包含述於WO 2000/68407、EP 117309、美國專利案5,173,429、5,593,886及6,368,819、WO 1998/00558及WO 2002/08438者；自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國，DSMZ之DSM 10061及DSM 19630)菌株，包含WO 2007/117157及WO 2009/151342所述之該等；以及拉格拉式梭菌(Clostridium ragsdalei)(P11，ATCC BAA-622)及巴奇產鹼(Alkalibaculum bacchi)(CP11，ATCC BAA-1772)菌株，包含分別述於美國專利案第7,704,723號及「得自生質產生的合成氣體之生物燃料及生物製品」，Hasan Atiyeh，於阿拉巴馬州EPSCoR年度州會議，2010年4月29日提出之該等；以及於美國專利申請案第2007/0276447號內所述之羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)(ATCC PTA-7827)。其它適合的微生物包含莫雷拉氏菌(Moorella)屬的該等，包含(includes)莫雷拉氏菌種HUC22-1，以及羧基嗜熱菌(Carboxydothermus)屬的該等。此等參考文獻各自係併入本 文以作為參考。可以使用二種或更多種微生物之混合培養物。
有用的細菌之若干實例包含凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌(Acetoanaerobium woodii)、巴奇產鹼菌(Alkalibaculum bacchi)CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)P262(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 10061)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM23693)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 24138)、羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskati)(ATCC PTA-10522)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)O-52(ATCC 55889)、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ之DSM 525)、拉格拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌(Thermoanaerobacter kivui)，及其之混合物。
發酵應該希望在合適所欲的發酵發生的條件下(諸如CO-往-乙醇)進行。應該考慮的反應條件包含壓力、溫度、氣體流動速率、液體流動速率、培養基pH、培養基氧化還原電位、攪拌速率(設若使用連續攪拌槽反應器)、接種體位準、最大氣態基質濃度以確保液相內的CO不受限制，以及最大產物濃度以避免產物抑制作用。
本發明的方法可以用來保持微生物培養物的活 力，其中該微生物培養物侷限於CO內，以便CO轉移至溶液內的速率低於培養物的攝入速率。當沒有持續提供含CO之基質至微生物培養物時，可能出現此等狀態；質量轉移率很低；或者基質流內沒有足夠的CO來保持最理想的溫度下培養物的活力。於此等具體例中，微生物培養物會快速地耗盡液體營養素培養基內溶解的CO，以及變成受限的基質，因無法足够快地進一步提供基質。
起動：當接種時，建立有效用以供應微生物的初始族群之起始的進料氣體供應速率。分析流出物氣體來決定流出物氣體之含量。氣體分析的結果用來控制進料氣體速率。於此態樣中，該方法係可以提供大約0.5至大約0.9之計算的CO濃度對起始細胞密度比，於另一個態樣中，大約0.6至大約0.8，於另一個態樣中，大約0.5至大約0.7，以及於另一個態樣中，大約0.5至大約0.6。
於另一個態樣中，一種發酵方法包含(includes)提供係有效用以提供該發酵培養基大約0.15mM至大約0.70mM之起始計算的CO濃度，的量之合成氣給發酵培養基，於另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.50mM，於另一個態樣中，大約0.15mM至大約0.35mM，於另一個態樣中，大約0.20mM至大約0.30mM，以及於另一個態樣中，大約0.23mM至大約0.27mM。當與開始的細胞密度比較時，該方法係有效用以增加細胞密度。
於一態樣中，一種用於發酵含CO的氣態基質之方法，其包含(includes)提供該含CO的氣態基質給發酵培養 基，以及根據SCU=SCUmax-F*導電度的公式，來維持導電度對比碳攝入(按毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞計之SCU)，其中SCUmax=0至3且F=0至1。圖31透過圖闡明此方程式。於此態樣中，該發酵培養基具有大約30mS/cm或更小的導電度，以及於其他態樣中，可以具有如本文所述的導電度。於另一個態樣中，F(F為線的斜率)可以為0至1，於另一個態樣中，0.05至1，於另一個態樣中，0.1至1，於另一個態樣中，0.2至1，於另一個態樣中，0.3至1，於另一個態樣中，0.4至1，以及於另一個態樣中，0.5至1。
於一態樣中，該方法包含(includes)根據y=-10.109x+14.2的公式，來維持導電度(y)對比氣體進料速率(x)，直到達到目標細胞密度。圖30透過圖闡明此方程式。於此態樣中，該發酵培養基具有大約30mS/cm或更小的導電度，以及於其他態樣中，可以具有如本文所述的導電度。於此態樣中，x為大約0.2至大約0.7毫莫耳/分鐘/克細胞。於另一個態樣中，x為大約0.3至大約0.6毫莫耳/分鐘/克細胞，以及於另一個態樣中，x為大約0.4至大約0.5毫莫耳/分鐘/克細胞。
於另一個態樣中，該方法係有效用以提供大約3至大約30g/L之目標細胞密度，於另一個態樣中，大約4至大約25g/L，於另一個態樣中，大約5至大約25g/L，於另一個態樣中，大約7至大約25g/L，於另一個態樣中，大約10至大約25g/L，於另一個態樣中，大約12至大約20g/L，以及於另一個態樣中，大約15至大約20g/L之目標細胞密 度。
起動後：當達到所欲的位準時，從反應器中撤出液相及細胞物質及補充培養基。該方法係有效用以增加細胞密度至大約2.0克/升或更大，於另一個態樣中，大約2至大約30克/升，於另一個態樣中，大約2至大約25克/升，於另一個態樣中，大約2至大約20克/升，於另一個態樣中，大約2至大約10克/升，於另一個態樣中，大約2至大約8克/升，於另一個態樣中，大約3至大約30克/升，於另一個態樣中，大約3至大約6克/升，以及於另一個態樣中，大約4至大約5克/升。
當達到目標細胞密度時，該方法係有效用以維持細胞密度。可經由細胞再循環來維持細胞密度。該方法可使用細胞再循環來增加或減少反應器內之細胞濃度。於本態樣中，來自反應器之液態流出物送至細胞分離器以分離細胞及滲透液(permeate)。細胞可送回反應器。可經由再循環過濾裝置來控制細胞密度。生物反應器及細胞再循環之若干實例係描述於2011年6月30日提申之美國申請案61/571,654及61/571,565，2011年9月13日提申之美國申請案61/573,845，2012年5月15日提申之美國申請案13/471,827及13/471,858，以及2012年5月16日提申之美國專利案13/473,167之內，此等之全體均併入本文中以作為參考。
於一態樣中，該方法係有效用以維持大約25%或更大之H2轉化。於另一個態樣中，該方法係有效用以維持大約25%至大約95%之H2轉化，於另一個態樣中，大約30% 至大約90%，於另一個態樣中，大約35%至大約85%，於另一個態樣中，大約40%至大約80%，於另一個態樣中，大約40%至大約70%，於另一個態樣中，大約40%至大約60%，以及於另一個態樣中，大約40%至大約50%之H2轉化。
於另一個態樣中，該方法係有效用以維持落在大約0.001至大約10毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞內的範圍之CO攝入(CO uptake)。於另一個態樣中，該方法係有效用以維持落在大約0.001至大約5毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞內的範圍之CO攝入，於另一個態樣中，大約0.001至大約4毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.001至大約3毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.001至大約2毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.001至大約1毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約9毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約5毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約4毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約3毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約2毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約0.05至大約1毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約1至大約8毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約1至大約5毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約1至大約4毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，於另一個態樣中，大約1至大約3毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞，以及於另一個態樣中，大約1至大約2毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞。
於一態樣中，該方法係有效用以提供大約5至大約99%之CO轉化。於另一個態樣中，CO轉化為大約10至大約90%，於另一個態樣中，大約20至大約80%，於另一個態樣中，大約30至大約70%，於另一個態樣中，大約40至大約60%，於另一個態樣中，大約50至大約95%，於另一個態樣中，大約60至大約95%，於另一個態樣中，大約70至大約95%，於另一個態樣中，大約80至大約95%。
培養基導電度的控制
使用調配成具有低導電度的培養基及/或經由稀釋來調整培養基的導電度係有效用以控制培養基的導電度。於一態樣中，該方法係有效用以提供大約30mS/cm或更小的平均導電度，於另一個態樣中，大約25mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約20mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約16mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約12mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約8mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約6.5mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約6.0mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約5.5mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約5.0mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約4.7mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約4.5mS/cm或更小，於另一個態樣中，大約4.0mS/cm至大約6.5mS/cm，於另一個態樣中，大約5.0mS/cm至大約6.0mS/cm，以及於另一個態樣中，大約4.0mS/cm至大約5.0mS/cm的導電度。
依據一個態樣，發酵方法始於添加適當的培養基至反應器容器內。反應器容器內含的液體可包含任何類型的適當營養培養基或發酵培養基。營養培養基會包含有效用 以許可所使用的微生物生長的維生素及礦物質。適用於使用CO作為碳源用於乙醇發酵的厭氧培養基是已知的。合宜的發酵培養基的一個實例係描述於美國專利案第7,285,402號，該案係爰引於此並融入本說明書的揭示。其它合宜培養基的實例係描述於美國專利申請案第61/650,098及61/650,093號，二案均於2012年5月22日提申，且該二案皆係爰引於此並融入本說明書的揭示。於一個態樣中，所使用的培養基包含約0.01克/升或以下的酵母萃取物及約0.01克/升或以下的碳水化合物。
氯陰離子(chloride ions)之取代：於一態樣中，該方法藉由以非氯陰離子取代培養基內的氯陰離子，來提供具有小於大約30mS/cm的平均導電度培養基。更明確言之，氯化銨可以用選自於以下所組成之群組中之一氮源來取代：氫氧化銨、乙酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨以及其混合物。
於一態樣中，該培養基包含(includes)至少一個或更多個氮源、至少一個或更多個磷源以及至少一個或更多個鉀源。該培養基可包含該三者中之任一者、該三者中之任一項組合，以及於一重要態樣中，包含全部三者。磷源可包含選自於由磷酸、磷酸銨、磷酸鉀，及其混合物所組成之群組中之一磷源。鉀源可包含選自於由氯化鉀、磷酸鉀、硝酸鉀、硫酸鉀，以及其混合物所組成之群組中之一鉀源。
於一個態樣中，培養基包含(includes)鐵、鎢、鎳、鈷、鎂、硫以及噻胺中之一者或多者。培養基可以包含(includes)此等組分中之任一者、任一種組合，及於一個重 要態樣中，包含此等組分之全體。鐵源可以包含選自於由氯化亞鐵、硫酸亞鐵、及其混合物所組成之群組中之一鐵源。鎢源可以包含選自於由鎢酸鈉、鎢酸鈣、鎢酸鉀、及其混合物所組成之群組中之一鎢源。鎳源可以包含選自於由氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、及其混合物所組成之群組中之一鎳源。鈷源可以包含選自於由氯化鈷、氟化鈷、溴化鈷、碘化鈷、及其混合物所組成之群組中之一鈷源。鎂源可以包含選自於由氯化鎂、硫酸鎂、磷酸鎂、硝酸鎂、及其混合物所組成之群組中之一鎂源。硫源可以包含半胱胺酸、硫化鈉、及其混合物。
各個成分之濃度如下：
方法操作維持pH於約4.2至約4.8之範圍內。培養基包含(includes)少於約0.01克/升的酵母萃取物及少於約0.01克/升的碳水化合物。
於另一個態樣中，該方法係經由稀釋培養基來控制培養基的導電度。於此態樣中，一旦發酵達到大約30mS/cm的導電度，該方法包含(include)添加有效用以降低培養基導電度的量之水或是低導電度的培養基至發酵中。
實施例 實施例1：導電度對於生長的效能
俊達氏梭菌係於生物反應器(紐布朗威(New Brunswick)百歐佛(BioFlo)I或IIc)內生長。進行下列調整：藉由調整生長培養基的強度來調整培養物的導電度，舉例而言所有組分的濃度，但是生長培養基內的維生素增加1.5倍，以使培養物的導電度從大概7mS增加至大概9.5mS。
所有的實驗均以0.38(+/- 0.02)或0.48g/L之起始細胞密度來開始。
各實驗之起始氣體流動速率在實驗從頭到尾均維持不變。當CO轉化值於成功的起動後達到平線區時，使用反應器參數來計算相關條件之KLa。
合成氣組成為30% CO、15% H2、10% CO2以及45% N2。
生物反應器運轉#1：此實驗係使用1x生長培養基及25ml/min的合成氣進料速率。如圖1所示，在大約20小時的起 始緩慢期之後，細菌以大約20小時的倍增時間開始增多。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。(D CO：反應器肉湯內溶解CO的濃度，CD：細胞密度，SCU比CO攝入(specific CO uptake)。)
生物反應器運轉#2：此實驗係使用1x生長培養基及35ml/min的合成氣進料速率。如圖2所示，在大約36小時的起始緩慢期之後，細菌係以大約20小時的倍增時間開始增多。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。
生物反應器運轉#3：此實驗係使用1x生長培養基以及40ml/min的合成氣進料速率。如圖3所示，在大約45小時的起始緩慢期之後，細菌以大約20小時的倍增時間開始增多。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。
生物反應器運轉#4：此實驗係使用1x生長培養基以及45ml/min的合成氣進料速率。如圖4所示，在大約50小時的起始緩慢期之後，細菌以大約20小時的倍增時間開始增多。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.17mmol。
生物反應器運轉#5：此實驗係使用1x生長培養基及50ml/min的合成氣進料速率。如圖5所示，培養物甚至在接種之後大約70小時還繼續在緩慢期。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.23mmol。
生物反應器運轉#6：此實驗係使用1x生長培養基 及50ml/min的合成氣進料速率。此實驗以4.8g/L的細菌接種體開始。如圖6所示，在大約10小時的起始緩慢期之後，細菌以大約20小時的倍增時間開始增多。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.12mmol。
生物反應器運轉#7：此實驗係使用1.5x生長培養基及45ml/min的合成氣進料速率。此實驗以3.8g/L的細菌接種體開始。如圖7所示，細菌細胞密度隨時間而減少。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.25mmol。
生物反應器運轉#8：此實驗係使用1.5x生長培養基及35ml/min的合成氣進料速率。此實驗以3.8g/L的細菌接種體開始。如圖8所示，細菌細胞密度隨時間而減少。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。
生物反應器運轉#9：此實驗使用1.5x生長培養基及30ml/min的合成氣進料速率。此實驗以3.8g/L的細菌接種體開始。如圖9所示，細菌細胞密度隨時間而減少。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。
生物反應器運轉#10：此實驗使用1.5x生長培養基及20ml/min的合成氣進料速率。此實驗以3.8g/L的細菌接種體開始。如圖10所示，細菌細胞密度隨時間而上升，以及達到大約20小時的倍增時間。反應器肉湯內計算的溶解CO極大值為大約0.22mmol。
實施例2：於任擇的氮源上生長
俊達氏梭菌C-01於具有下列培養基之生物反應器(BioFlo/CelliGen 115)內生長。
關於各實驗，培養基省略掉NH4Cl，以及用以下所述之含氮化合物中之一者的莫耳當量取代。
將此等培養基的pH調整為~4.0-4.4。亦使用0.25M(24.02g/L)與0.125M(12.01g/L)濃度二者作為7.7% NaHCO3之取代物，來測試作為鹼溶液的碳酸銨。
圖11顯示生長於含氯化銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖12顯示生長於含氯化銨的培養基中生長之俊 達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖13顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖14顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖15顯示生長於含l-離胺酸的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖16顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖17顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖18顯示生長於含乙酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖19顯示生長於含碳酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖20顯示生長於含碳酸銨的培養基中之CL的比乙醇生產力。
圖21顯示生長於含碳酸銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖22顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之俊達氏梭菌的比碳攝入。
圖23顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之CL的比乙醇生產力。
圖24顯示生長於碳酸銨作為鹼的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
圖25顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊 達氏梭菌的比碳攝入。
圖26顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊達氏梭菌的比乙醇生產力。
圖27顯示生長於具有碳酸氫銨的培養基中之俊達氏梭菌的導電度。
結果總結於下列表中。
比碳攝入和比乙醇生產力
發酵器培養基的導電度(mS/cm)
銨離子濃度
結果顯示可以使用含氮的化合物，尤其是含銨離子的該等，作為氯化銨的取代物。培養基內使用的L-離胺酸作為氮源並沒有成功獲得高的效能。使用離胺酸導致比碳攝入(SCU)和比乙醇生產力(SEP)二者起始的增加，但是最後導致該等度量二者顯著的減少。SCU之原始數值減少58%，而SEP之原始數值減少47%。平均的SCU減少26%，顯著的變化。平均的SEP增加12%，但是因為有非常大的標準差，此增加非統計顯著的。細胞密度在實驗過程期間從2.03g/l減少到1.02g/l。導電度之原始數值減少71%，從8.07mS/cm到2.30mS/cm，且在實驗時程期間平均為3.291mS/cm。此實驗大多的時間內，導電度係小於3.0mS/cm。
培養基內作為氮源的乙酸銨導致平均SCU僅僅11%稍微的增加，該值非統計顯著的。然而，SCU之原始數值從實驗的開始減少到結束(0.943 vs.0.830)，12%的下降。SEP的平均當與基線平均比較時，顯著增加37%。SEP之原始數值在實驗期間從6.43增加到8.57，增加25%。此實驗期間的導電度減少58%，最低值達3.32mS/cm，(使用離胺酸實驗起始的數值作為PP-A1培養基導電度之基線值)，且平 均值為4.027mS/cm。此實驗的大多數，導電度值係小於4.0。
當使用碳酸銨作為培養基內的氮源時，觀察到SCU及SEP二者顯著的增加。SCU增加19%及SEP增加57%。SCU及SEP之原始數值在實驗期間分別減少15%及23%。此實驗期間的導電度減少46%，最低值達4.33mS/cm，且平均值為4.839mS/cm。
亦測試碳酸銨作為氮源，此係藉由培養基省略碳酸銨化合物卻使用其作為鹼溶液來進行。此供應碳酸銨的方法導致SCU(19%)及SEP(41%)相對於基線為全面顯著的增加。使用二個不同濃度的碳酸銨，0.25M及0.125M，以及各者有微小差異的結果。各濃度產出比反應器基線顯著更高的SCU及SEP。各鹼濃度導致二個測量的度量稍微小有差異的數值，但是此等測量值的標準差彼此重疊。二種鹼溶液的導電度減少71%(0.25M)及78%(0.125M)，達到各別的最低值2.34mS/cm及1.77mS/cm。平均各別為3.065mS/cm及1.982mS/cm。在碳酸銨鹼作為鹼的實驗之前和實驗期間，測量反應器內的銨離子濃度。此等實驗結果顯示在實驗期間供應過量的銨離子(50-62%)至反應器。
亦測試碳酸氫銨作為培養基的添加劑。實驗資料顯示SCU及SEP二者均有顯著的增加。平均SCU增加超過基線19%，以及平均SEP增加超過基線53%。此實驗期間的導電度減少50%，最低值達4.02mS/cm，且平均值為4.3mS/cm。亦監測此實驗階段的銨離子濃度。數值顯示反應器內的該 離子超過26%。
實施例3：逐步增加培養基的滲透壓對於培養物的效能之效應
俊達氏梭菌C-01於具有下列培養基之生物反應器(BioFlo/CelliGen 115)內生長。每克細胞之平均培養基流為1mL/g/分鐘。
於此21天的實驗期間，使用NaCl來增加培養物肉湯的導電度。每次添加NaCl係以給予的間隔，依據下列時間表顯示於圖28內。
每次添加之後的NaCl濃度。
培養物的導電度隨著每次添加NaCl而升高。在實驗從頭到尾均測量培養物活性的指標，比碳攝入(SCU)。圖28顯示，隨著每次NaCl添加，SCU會減少一段時間，但是在短暫的適應期後會恢復。
圖28可以劃分成三個感興趣的區域；0-500hrs(1)，500-1100hrs(2)，以及1100-1200hrs。導電度小於15mS/cm之區域1，顯示出添加NaCl對SCU影響較小：SCU只有小小的損失然後完全地恢復。導電度超過15mS/cm之區域2，顯示出添加NaCl對於SCU影響較高。於最後一區內，當導電度升高到大約30mS/cm或是更高時，培養物會喪失活性。
實施例4：快速增加滲透壓對於培養物的效能之效應
俊達氏梭菌C-01於具有如實施例3所述之相同的培養基之生物反應器(BioFlo/CelliGen 115)內生長。每克細胞之平均培養基流為1.1mL/g/分鐘。
於此10天的實驗期間，依據下列時間表，以如同實施例3的NaCl濃度增加速度二倍的速度，來增加肉湯內的 NaCl濃度。
每次添加之後的NaCl濃度。
圖29顯示培養物於不同導電度的SCU。如同實施例3，一旦培養物的導電度到達大約30mS/cm，培養物會喪失其之活性。
實施例5：CO進料速率對於導電度之效應
俊達氏梭菌C-01於具有如實施例3所述之相同的培養基之生物反應器(BioFlo/CelliGen 115)內生長。
藉由調整生長培養基的強度來調整培養物的導電度，例如像所有組分的濃度，但是生長培養基內的維生素增加1.5倍及2倍，以使培養物的導電度從~7mS各別增加至~9.5mS及~12mS。
實驗係以0.38(+/- 0.02)或是0.785g/L之起始細胞密度來開始。合成氣組成為30% CO、15% H2、CO210%以及45% N2。以各個給定的培養物導電度來進行幾次起動實驗，以決定給定的培養物導電度適合的(能實際使用的)比氣體進料速率。在此等實驗的整個期間，決定給定的培養物導電度適合的氣體進料速率。如同圖30中所闡釋的，繪製出適合的/功能的CO進料速率對培養物導電度的圖，該 處y=-6.0327x+12.901
比CO進料速率=每克細胞之CO莫耳量
適合的/功能的CO進料速率=C-01能於40小時之內加倍的CO進料速率。
雖然此處揭示之本發明已經利用特定具體例、實施例及其應用作說明，但是熟習此技藝者可未悖離如申請專利範圍陳述之本發明之範圍而於其中做出多項修改以及變化。

Claims (21)

  1. 一種用於發酵含CO(一氧化碳)的氣態基質之方法，其包含：提供該含CO的氣態基質給發酵培養基；根據SCU=SCUmax-F*導電度的公式，來維持導電度對比碳攝入(按毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞計之SCU)的關係，其中SCUmax=0至3且F=0至1。
  2. 如請求項1之方法，其中該發酵培養基具有大約30mS/cm或更小的導電度。
  3. 如請求項1之方法，其中該F為0.05至1.0。
  4. 如請求項1之方法，其中該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY(時空產率)。
  5. 如請求項1之方法，其中該含CO的氣態基質有大約0.75或更大的CO/CO2比。
  6. 如請求項1之方法，其中該發酵包含使該含CO的氣態基質與一個或多個乙酸生成性細菌接觸。
  7. 如請求項6之方法，其中該乙酸生成性細菌係選自於以下所構成的群組：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌(Acetoanaerobium woodii)、巴奇產鹼菌(Alkalibaculum bacchi)CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌P262(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 10061)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 23693)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 24138)、羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskati)(ATCC PTA-10522)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌O-52(ATCC 55889)、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ之DSM 525)、拉格拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌(Thermoanaerobacter kivui)，及其之混合物。
  8. 一種用於發酵含CO的氣態基質之方法，其包含：提供該含CO的氣態基質給發酵培養基；發酵合成氣；根據y=-6.0327x+12.901的公式，來維持導電度(y)對比氣體進料速率(x)，直到達到目標細胞密度，其中x為大約0.2至大約0.7毫莫耳/分鐘/克細胞；以及維持細胞密度在目標細胞密度之上，以及維持大約30mS/cm或更小的導電度，其中該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該目標細胞密度為大約3至大約30g/L。
  10. 如請求項8之方法，其中該方法係有效用以維持大約25%或更大之H2轉化。
  11. 如請求項8之方法，其中該方法係有效用以維持在大約0.001至大約10毫莫耳/分鐘/克乾燥細胞的範圍內之CO攝入(CO uptake)。
  12. 如請求項8之方法，其中該含CO的氣態基質有大約0.75或更大的CO/CO2比。
  13. 如請求項8之方法，其中該發酵包含(includes)使該含CO的氣態基質與一個或多個乙酸生成性細菌接觸。
  14. 如請求項13之方法，其中該乙酸生成性細菌係選自於以下所構成的群組：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌(Acetoanaerobium woodii)、巴奇產鹼菌(Alkalibaculum bacchi)CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌P262(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 10061)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 23693)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 24138)、羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskati)(ATCC PTA-10522)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌O-52(ATCC 55889)、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ之DSM 525)、拉格拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌(Thermoanaerobacter kivui)，及其之混合物。
  15. 一種含CO的氣態基質之發酵方法，該方法包含：導入該含CO的氣態基質至包含(include)發酵培養基之反應器容器內，以及發酵該含CO的氣態基質；其中該發酵培養基內至少一個或更多個氯離子係用選自於以下所組成之群組中之一離子、以有效提供大約30mS/cm或更小的導電度的量予以取代：氫氧根 (hydroxide)、醋酸根(acetate)、碳酸根(carbonate)、碳酸氫根(bicarbonate)，及其混合物，其中該方法有效用於維持大約10克乙醇/(升‧日)或更大的STY。
  16. 如請求項1或15之發酵方法，其中該發酵培養基包含(includes)選自於以下所組成之群組中之氮源：氫氧化銨、乙酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨及其混合物。
  17. 如請求項15之方法，其中該合成氣有大約0.75或更大的CO/CO2比。
  18. 如請求項15之發酵方法，其中該發酵包含(includes)使該合成氣與一個或多個乙酸生成性細菌接觸。
  19. 如請求項18之發酵方法，其中該乙酸生成性細菌係選自於以下所構成的群組：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、潮濕厭氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍迪厭氧醋菌(Acetoanaerobium woodii)、巴奇產鹼菌(Alkalibaculum bacchi)CP11(ATCC BAA-1772)、產生性布洛堤菌(Blautia producta)、嗜甲醇丁酸桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下厭氧卡拉菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、乙醯丁酸梭菌(Clostridium acetobutylicum)、乙醯丁酸梭菌P262(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(Clostridium autoethanogenum)(德國DSMZ之DSM 19630)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 10061)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 23693)、自行乙醇生成梭菌(德國DSMZ之DSM 24138)、羧基梭菌(Clostridium carboxidivorans)P7(ATCC PTA-7827)、克氏梭菌(Clostridium coskati)(ATCC PTA-10522)、德可氏梭菌(Clostridium drakei)、俊達氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)PETC(ATCC 49587)、俊達氏梭菌ERI2(ATCC 55380)、俊達氏梭菌C-01(ATCC 55988)、俊達氏梭菌O-52(ATCC 55889)、美格氏梭菌(Clostridium magnum)、巴斯德氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ之DSM 525)、拉格拉氏梭菌(Clostridium ragsdali)P11(ATCC BAA-622)、煎盤梭菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭菌(Clostridium ultunense)、庫茲氏脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、黏液真桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、乙酸甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋莫雷拉氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱莫雷拉氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼氧菌(Oxobacter pfennigii)、產生性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、產生性魯米諾球菌(Ruminococcus productus)、凱伍厭氧嗜熱菌 (Thermoanaerobacter kivui)，及其之混合物。
  20. 如請求項15之發酵方法，其中該方法係有效用以提供大約2.0g/L或更大的細胞密度。
  21. 如請求項15之發酵方法，其中該方法係有效用以提供大約5至大約99%的CO轉化。
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