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由非纤维素生物质产生丁醇的方法

由非纤维素生物质产生丁醇的方法

本发明提供了根据衍生自非纤维素生物质的消化的材料的

发酵回收丁醇并优选地增加其产生的速率和/或产量的方法。

【专利说明】由非纤维素生物质产生丁醇的方法

[0001]相关申请的交叉引用

[0002]本申请要求于2011年12月14日提交的美国临时专

利申请61/570639的优先权，其公开内容全文以引用方式并

入。

【背景技术】

[0003]非纤维素生物质变成在开发可持续能源的努力中越

来越重要的燃料产生来源。丁醇是作为构建单元化学物质和

潜在“普适性(drop-1n)”运输燃料的高价值分子。丁醇由

于其更高的能量密度和更低的水吸收而具有下列除由乙醇

所提供的那些优点之外作为运输燃料的附加优点。虽然目前

由原油产生两种类型的丁醇(1-丁醇和异丁醇)，但也可使用

玉米衍生的糖和可能的纤维素衍生的糖经由发酵来产生丁

醇。然而，技术和经济挑战限制了由发酵工艺大规模产生丁

醇。

[0004]这些挑战之一为在发酵工艺结束时丁醇的低效价。丁

醇对于形成丁醇的微生物是高度毒性的。因此，相比于酵母

发酵液体培养基中的12-20重量％乙醇，最终丁醇浓度常常

仅为1-2重量％。这减少了丁醇从发酵液体培养基中的回收。

此外，丁醇具有比水(100°C)更高的沸点(1-丁醇为117°C，

异丁醇为108°C)，使得其难以通过蒸馏经济地分离。当使

用标准蒸馏工艺进行丁醇回收时，丁醇的低发酵效价和较高

沸点导致显著更高的能量消耗，如下列文献中所

述:Kraemer等人,“Separationofbutanolfrom

acetone-butano1-ethanolfermentationbyahybrid

extraction-distillationprocess(通过混合萃取-蒸馏工

艺从丙酮_丁醇-乙醇发酵中分离丁醇)”，Computer

AidedChemicalEngineering《计算机辅助化学设计》，

28:7-12(2010)；Lee等人，“FermentativeButanol

ProductionbyClostridia(通过梭菌进行的发酵性丁醇生

产)”，BiotechnologyandBioengineering《生物技术与生物

工程》，101:209-228(2008)；以及Ezeji等人，

“BioproductionofButanolfromBiomass:fromGenesto

Bioreactors(由生物质进行的丁醇的生物制备:从基因到生

物反应器)”，CurrentOpinioninBiotechnology《生物技

术新见》，18:220-227(2007)。为使生物丁醇生产经济上

可行，需要一种高性价比的回收工艺。

【发明内容】

[0005]持续需要有效且高效的方法来由非纤维素生物质获

得燃料。本公开提供了从衍生自非纤维素生物质消化的材料

的发酵回收丁醇并优选地增加其产生的速率和/或产量的方

法。更具体地，在某些实施例中，本公开提供了通过膜溶剂

萃取进行的丁醇富集。

[0006]在一个实施例中，产生丁醇的方法包括:将包含得自

非纤维素生物质的碳水化合物的水性混合物引入发酵罐中；

使该水性混合物发酵以提供第一发酵液体培养基，该发酵液

体培养基包含:用于产生丁醇的微生物；来自非纤维素生物

质的碳水化合物；和丁醇；以及通过经第一多孔膜的第一液

-液萃取用第一溶剂萃取剂从第一发酵液体培养基至少部分

地萃取丁醇，以提供第一萃取物和第二发酵液体培养基。在

该方法中，第一溶剂萃取剂包含具有7至12个碳原子的直

链或支化醇。作为该方法的结果，第二发酵液体培养基具有

比第一发酵液体培养基更低的丁醇浓度。第一液-液萃取在

包括下述物质的液-液萃取元件中进行:多个第一层对，每个

第一层对包括:第一聚合物微孔膜；和以第一流动方向取向

的第一流动通道层，所述第一流动通道层具有设置在液-液

萃取元件的第一相对侧上的第一流体入口和第一流体出口；

以及多个第二层对，其中至少一个第二层对设置在两个第一

层对之间并且至少一个第一层对设置在两个第二层对之间

以便形成层叠堆，每个第二层对包括:第二聚合物微孔膜；

和以第二流动方向取向的第二流动通道层，所述第二流动方

向不同于所述第一