DK159326B - Fremgangsmaade til fremstilling af butanol ved kontinuerlig fermentering - Google Patents

Description

i

DK 159326 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af butanol ved kontinuerlig fermentering af et carbonhydratholdigt substrat med en stamme af Clostridium acetobutylicum, adsorption af det dannede butanol på et butanol-adsorberende materiale, og isolering af buta-nolet fra det butanol-adsorberende materiale ved de-5 sorption.

Fermentering af carbonhydrater til dannelse af butanol og acetone ved hjælp af Clostridium acetobutylicum (i det følgende forkortet til C. acetobutylicum) blev beskrevet 10 af Weizmann i US Patentskrift nr. 1 315 585. I mange år blev denne proces anvendt til fremstilling af acetone og butanol, samtidig med at der opstod visse mængder ethanol som biprodukt.

Den mikrobiologiske proces blev senere erstattet af kemiske processer, som gav de samme produkter ud fra fossilt brændstof som råmaterialer. Den gradvise udtømning af oliekilderne med deraf følgende prisforhøjelse for petrokemiske råvarer har medført fornyet interesse for 20 fermenteringsreaktionen ud fra carbonhydrater, der jo er regenererbare råmateri aler.

Et problem, som man er stødt på ved tidligere teknisk fremstilling af butanol ved fermenteringsprocessen, var nc den lange tid, som gik, før mikroorganismen begyndte at producere væsentlige mængder butanol. Ved de kendte processer har man typisk anvendt en moderkultur, som var opbevaret i form af sporer. For at begynde en fermentering blev sporerne indført i et vandigt medium indeholdende ΟΛ forskellige næringsmidler, udsat for et termisk chock og derefter ført gennem tre væskestadier i beholdere af stigende størrelse, før de blev anvendt til podning af fermenteringstanken. Denne proces krævede ca. tre dage til udvikling af podemateriale plus yderligere to til tre 35 dage til fuldstændig fermentering.

DK 159326 B

2

Et andet problem ved portionsfermentering var instabiliteten af mikroorganismen i butanolkoncentrationer over 1 vægt-%. Cellerne havde tilbøjelighed til at dø hurtigt efter at koncentrationen af produktet nåede denne 5 værdi. Der kunne derfor kun opnås lave koncentrationer af produktet i gæringsvæsken. En sådan proces kræver en stor fermenteringskapacitet for at producere praktiske mængder opløsningsmiddel, og det er kostbart at genvinde opløsningsmidler fra fermenteringsvæsken på grund af deres 10 lave koncentrationer.

Forskellige forskere har foreslået at gennemføre en kontinuerlig proces, hvorved nogle af de ved portionsmetoden tilknyttede vanskeligheder kunne overvindes. Ved 15 en sådan proces ville det være mere effektivt at anvende fermenteringsapparatet eller fermentoren ved eliminering af den uproduktive tid mellem portionerne, når fermentoren skulle tømmes, renses, fyldes, steriliseres og afkøles. Tidligere har sådanne processer kun opnået ringe 20 udbredelse som følge af ustabiliteten af kulturen, forureningsproblemer eller lav volumetrisk produktivitet af butanol.

Udtrykket "volumetrisk produktivitet" anvendes i denne 25 beskrivelse til at angive mængden af et produkt, der produceres i en kontinuerlig fermentering pr. rumfangsenhed af fermentationsvæsken pr. tidsenhed. Den angives sædvanligvis i g pr. liter-time, forkortet til g/l-t.

30 En rapport over kontinuerlig fermentering af butanol er udgivet af Dyr, et al., i: Continuous Culture of Microorganisms (Prague Symposium), pp. 210-227, Prague: Czechoslovakia Academy of Sciences (1958). Ved hjælp af et flertrins-fermenteringsapparat og ved at indstille for-35 tyndingshastigheden, lykkedes det ifølge rapporten at overvinde nogle af problemerne for kultur-ustabilitet, men den højeste koncentration for butanol, som blev rap-

DK 159326 B

3 porteret, svarer til en volumetrisk produktivitet på kun 0,24 g/l-t for systemet.

En anden metode, som er foreslået for at undgå de med 5 kontinuerlig fermentering knyttede kultur-instabilitetsproblemer, er anvendelsen af sporer eller ikke-voksende celler af mikroorganismen, immobiliseret i en gel, jfr. Håggstrom, et al., International ansøgning PCT/SE80/00231. Selv om denne teknik tilvejebringer 10 midler for at udføre en kontinuerlig fermentering i forholdsvis lang tid, anvender den et kostbart materiale og en kompliceret proces til immobilisering af mikroorganismen. Den rapporterede volumetriske produktivitet for butanol ved denne metode er ca. 0,33 g/l-t.

15

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse har det vist sig, at det er muligt at undgå de til portionsprocessen knyttede problemer og at udføre fermenteringen kontinuerligt i mange dage uden svækkelse af kulturen.

20 Den omhandlede fremgangsmåde kan desuden udføres i forbindelse med råmaterialer, som er let tilgængelige ved vådformaling af majs eller andre kornprodukter, og der produceres butanol med langt højere volumetrisk produktivitet. Endvidere opnås ved fremgangsmåden ifølge 25 opfindelsen en økonomisk fordelagtig koncentrering og udvinding af det ved fermenteringen dannede butanol.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte, 30 fremstilles butanol ved kontinuerlig fermentering af et carbonhydrat med en stamme af C. acetobutylicum. Processen omfatter en kontinuerlig produktion af podemateriale af den nævnte mikroorganisme i et fortyndingsforhold, som medfører en minimal kontakt mellem butanol og pode-35 materiale til opnåelse af en høj population af sunde celler af mikroorganismen i podematerialet. Podematerialet indføres kontinuerligt i et fermenteringsmedium. En

DK 159326 B

4 del af dette recirkuleres kontinuerligt gennem et butanol-adsorberende materiale med tilstrækkelig hastighed til at holde butanol-koncentrationen under 1 vægt-% i fermenteringsmediet. Derefter isoleres butanolet ved 5 desorption fra materialet, hvorpå det er adsorberet.

Ved den omhandlede fermenteringsproces anvendes en stamme af C. acetobutylicum til dannelse af butanol og mindre mængder af acetone og andre opløsningsmidler. I alminde-10 lighed kan anvendes en vilkårlig stamme af C. acetobutylicum, som primært danner butanol. En til udøvelse af opfindelsen egnet stamme er C. acetobutylicum, ATCC 4259, som kan fremskaffes fra American Type Culture Collection, Rockville, Maryland. En foretrukken stamme til anvendelse 15 ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er den asporogene stamme af C. acetobutylicum ATCC 39236, som beskrives i enkeltheder i DK-patentansøgning nr. 5267/83.

Som carbonhydrat kan der ved fremgangsmåden ifølge op-20 findelsen anvendes en vilkårlig type, som forgæres af C. acetobutylicum. Sådanne carbonhydrater omfatter opløse- --------- liggjort stivelse og sukkersirup samt glucose eller saccharose i ren eller rå tilstand. Fermenteringsmediet skal også indeholde næringsstoffer og andre vækst-25 faktorer, der kræves til vækst og reproduktion af den anvendte mikroorganisme.

Et til gennemførelse af den kontinuerlige fremgangsmåde ifølge opfindelsen egnet medium er en vandig opløsning af 30 stivelseshydrolysat med lavt D.E. (dextrose-ækvivalent), hvortil der er sat en lille mængde (fra 0,5% til 2% efter vægt, baseret på tørstof) af majsstøbevæske. Stivelseshydrolysat med lavt D.E. (mellem 5 og 20 D.E.), som fremstilles ved partiel hydrolyse af stivelse, er 35 tilgængeligt på markedet fra møllerierne. Det samme gælder majsstøbevæske, som produceres ved støbning af majs i en fortyndet opløsning af svovldioxid. Når det

DK 159326 B

5 anvendte medium til udførelse af den kontinuerlige fermentering kun består af stivelseshydrolysat med lavt D.E. og majsstøbevæske, forbedres væksten af mikroorganismen ved periodisk tilsætning til fermentoren 5 af en opslæmning af majs-gluten. Denne opslæmning samt de andre to ingredienser er let tilgængelige råmaterialer, som fås ved vådformaling af majs og således udgør en økonomisk og regenererbar kilde for carbonhydratet og alle andre næringsstoffer, som er nødvendige for væksten 10 af mikroorganismer.

Fermenteringsprocessen ifølge den foreliggende opfindelse startes ved podning af et sterilt medium i en reaktor ved hjælp af en podekultur af en stamme af C. acetobutylicum.

15 Fermenteringen bringes til at forløbe, indtil der er opnået en god cellevækst. Reaktoren drives derefter kontinuerligt, idet sterilt medium strømmer ind i reaktoren og medium plus celler strømmer ud af reaktoren og ind i fermenteringsreaktoren. På denne måde dannes et pode-20 materiale, som føres kontinuerligt ind i fermenterings reaktoren, hvor butanol-produktionen finder sted.

Den kontinuerlige podemateriale-dannende reaktor drives med et fortyndingsforhold, som forhindrer ophobning af 25 opløsningsmidler i mediet og producerer sunde celler af kulturen under ringe berøring med butanol. I den foreliggende beskrivelse angiver betegnelsen "fortyndingsforhold" den værdi, som fås ved at dividere strømningshastigheden for mediet gennem reaktoren i rumfangsenheder 30 pr. time med reaktorens driftsrumfang, målt i samme rumfangsenheder. Dimensionen er pr. time.

Når den podede materiale-producerende reaktor drives ved et fortyndingsforhold på 0,2 til 0,5 pr. time, dannes 35 sunde celler med ringe kontakt med butanol kontinuerligt, og de føres fra reaktorbeholderen til fermenteringsreaktoren, hvor produktionen af opløsningsmiddel fortsæt-

6 DK 159326 B

ter. Fermenteringsreaktoren drives også kontinuerligt, men ved meget lavere fortyndingsforhold end i den beholder, hvor podematerialet produceres.

5 Det hensigtsmæssige fortyndingsforhold i fermenteringsreaktoren afhænger af koncentrationen af carbonhydrat i fermenteringsmediet og af den hastighed, ved hvilken mediet recirkuleres gennem det butanol-adsorberende materiale. Til opnåelse af en effektiv fermentering indstil-10 les fortyndingen og recirkuleringshastigheden således, at carbonhydratet i det væsentlige forbruges helt. I eksemplerne blev fortyndingsforholdet opretholdt konstant på 0,03 pr. time, og recirkuleringshastigheden blev varieret med koncentrationen af carbonhydratet i mediet.

15

Det er muligt at køre den kontinuerlige produktion af podemateriale i to eller flere reaktionsbeholdere, som drives kontinuerligt i serie. Den væsentlige betingelse er, at ethvert af disse podemateriale-producerende be-20 holdere må drives med et sådant fortyndingsforhold, at sunde og kraftigt voksende celler dannes på kontinuerlig måde med mindst mulig berøring med butanol.

Dannelse af podemateriale og produktion af opløsnings-25 middel udføres ved en temperatur mellem 34 0C og 40 °C og en pH-værdi på mellem 4,5 og 5,5. Reaktionerne udføres under anaerobe betingelser under anvendelse af et medium, som har været steriliseret med varme eller på anden i og for sig kendt måde. Den kontinuerlige fermenterings-30 reaktor tilsluttes et apparat, såsom en kolonne, der indeholder et materiale, der absorberer butanol. Gærings-væske fra reaktoren recirkuleres gennem dette apparat og tilbage til reaktoren på kontinuerlig måde til fjernelse af en væsentlig del af butanolet fra gæringsvæsken.

35 Gæringsvæsken føres gennem det adsorberende materiale med en sådan hastighed, at butanolkoncentrationen i fermenteringsreaktoren opretholdes på et niveau under 1 vægt-%,

7 DK 159326 B

fortrinsvis under 0,8 vægt-%.

Adsorptionsmaterialet, der anvendes i det nævnte apparat, som er tilsluttet fermenteringsreaktoren, kan være et 5 vilkårligt materiale, der adsorberer butanol uden iøvrigt at indvirke på fermenteringsreaktionen. Det er således kendt, at aktivkul adsorberer butanol. Dette materiale blev ifølge US patentskrift nr. 2 474 170 anvendt til at fjerne opløsningsmidlet fra filtreret væske efter fermen-10 tering. Yamazaki et al., Nippon Nogei Kagaku Kaisha, 32, 758-770 (1958), har rapporteret, at ophængning af en sæk med aktivkul i en gæringsvæske har kunnet anvendes til omdannelse af sukker til butanol. Det har dog ifølge en rapport fra Massachusetts Institute of Technology 15 (Alcohol Fuels Process R/D Newsletter, pp. 38-39, Winter 1980) vist sig, at carbonet øver indflydelse på fermenteringen og er uønsket til dette formål.

Det har ifølge den foreliggende opfindelse vist sig, at 20 granulært aktiveret carbon er velegnet til adsorption af butanol ved den omhandlede fremgangsmåde. Andre mulige adsorptionsmidler er molekylsigter og adsorberende harpikser. Et særligt velegnet adsorptionsmiddel er aktiveret carbon af typen PCP Pittsburgh, 12-30 mesh (US 25 standardsigte med sigteåbninger på 1,68 til 0,59 mm), der forhandles af the Calgon Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania.

En periodisk omvending af strømningsretningen for fermen-30 teringsvæsken gennem apparatet indeholdende det adsorberende materiale hjælper med til at opretholde en god strømning gennem apparatet. På denne måde vil hovedparten af de celler, der er ophobet i adsorptionsmaterialet, returneres til fermenteringsreaktoren.

Ved at føre fermenteringsvæsken gennem det adsorberende materiale fjernes butanol og andre stoffer, som er 35

DK 159326 B

8 giftige over for C. acetobutylicum. På denne måde fremmes en kraftig gæring med næsten fuldstændig fermentering af carbonhydrat, selv om det er til stede i koncentrationer så høje som 15% i mediet.

5

Anvendelsen af et butanol adsorberende materiale, såsom aktivkul, til fjernelse af butanolet og andre opløsningsmidler fra fermenteringsvæsken muliggør også en økonomisk metode til fjernelse af butanolet. Når carbonet er mættet 10 med butanol, kan butanolet desorberes fra carbonet ved hjælp af acetone eller andre dampe.

Afløb fra den kontinuerlige fermenteringsreaktor, som indeholder små mængder butanol og andre opløsningsmidler, 15 kan behandles på konventionel måde for udvinding af disse materialer.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal i det efterfølgende beskrives nærmere ved hjælp af nogle eksempler.

20 Alle angivne dele er efter vægt, og det samme gælder procentmængder, med mindre andet er direkte angivet.

Koncentrationen af opløsningsmiddel blev bestemt ved hjælp af højtryksvæskechromatografi (HPLC). Komponenterne 25 blev analyseret chromatografisk ved eluering med 0,006 N H2®^4 ^ra en kationbytterharpiks på hydrogenform. De elu-erede komponenter blev bestemt ved hjælp af et differens-refraktometer, optegnet på en skriver og opmålt ved hjælp af en elektronisk integrator. Arealet under kurven, som 30 repræsenterer koncentrationen af hver komponent, er angivet som procent af det totale areal. Den generelle procedure er angivet i "Analysis of Carbohydrate Mixtures by Liquid Chromatography", Am. Soc. Brew. Chem. Proc., 1973, pp. 43-46. Separationerne udførtes på en 31 cm HPX-35 87 kolonne på hydrogenform fra Bio-Rad Laboratories,

Richmond, California.

DK 159326 B

9

Restindholdet af carbonhydrat (RTC) i gæringsvæsken blev målt ved phenol/svovlsyre-metoden. Denne er beskrevet i enkeltheder af Dubois et al., "Colorimetric Method Determination of Sugars and Related Substances" Anal. Chem., 5 28, 350-356 (1956).

EKSEMPEL 1

En kultur af C. acetobutylicum, ATCC 4259, blev rekvi-10 reret fra the American Type Culture Collection, Rockville, Maryland, og opbevaret i sporuleret tilstand på en blanding af jord, sand og calciumcarbonat. Et podemateriale til start af en kontinuerlig kultur blev udviklet i 125 ml konisk kolbe indeholdende 75 ml vandigt 15 medium, der på basis af tørstof indeholdt 6% af et 10 D.E. stivelseshydrolysat (fra Grain Processeing Company, Muscatine, Iowa, som Maltrin M-100) og 0,75%, baseret på tørstof, af majsstøbevæske fra the Corn Product Unit af CPC International Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 20 Code E801). pH-værdien af mediet blev indstillet til 6,6 med 4 N NaOH-opløsning, før den blev steriliseret ved opvarmning i en autoklav ved 121 °C i 20 minutter. Det afkølede sterile medium i podekolben blev podet med 5 ml varmebehandlet suspension af sporer af kulturen inde-25 holdende samme medium. Varmebehandlingen blev udført ved først at opslæmme ca. 0,5 g af en jord-spore-suspension i 10 ml af podemediet. Suspensionen blev derefter anbragt i kogende vand i 90 sekunder og hurtigt afkølet til stuetemperatur. Podekolben med podemediet blev dyrket i et 30 anaerobt skab i 21 timer ved 35 °C.

En kontinuerlig fermentering blev udført i tre trin under anaerobe betingelser. Fermentorerne i første og andet trin var 2 liter beholdere af typen New Brunswick 35 Bioflow, Model C-30, indeholdende en nedefra drevet magnetisk omrører. Fermentoren i tredje trin var en 14 liter beholder med magnetisk omrører. De effektive rum-

DK 159326 B

10 fang var henholdsvis 725 ml , 1450 ml og 9,5 liter af de tre fermentorer. Hver fermentor blev omrørt ved en hastighed på 200 omdr./min. Det anvendte vandige medium indeholdt 7,5% baseret på tørstof, af 10 D.E.

5 stivelseshydrolysat og 0,75%, baseret på tørstof, af majsstøbevæske, indstillet på en pH-værdi på 5,0-5,1 med 4 N NaOH. Fermenteringen blev igangsat ved podning af fermentoren i første trin med 75 ml podekultur efter først at have fyldt den med vækstmedium, udskyllet med 10 C02 (anaerob kvalitet) i 30 minutter og indstillet på en pH-værdi på 6,1 til 6,2 med koncentreret ammoniumhydroxid. Fermentoren i første trin blev opretholdt ved 37 °C i 4 timer efter podning, før strømningen af medium ind og ud i fermentoren blev påbegyndt. Den totale mængde 15 blanding, som strømmede fra fermentoren i første trin, blev ført ind i fermentoren i næste trin, som forud var fyldt med 850 ml sterilt medium med samme sammensætning som det i den første fermentor indførte medium. Frisk sterilt medium blev også indført i fermentoren i andet 20 trin med samme hastighed som den, hvormed afløbet fra første trins fermentor blev indført. Afløbet fra fermentoren i andet trin blev ført ind i fermentoren i tredje trin. Temperaturen af alle fermentorerne blev indstillet på 37 ± 1 °C. pH-værdien i fermentoren i første trin blev 25 indstillet ved tilsætning af ammoniumhydroxid således, at pH-værdien ikke faldt under 5,0, og pH-værdien af fermentoren i andet trin blev indstillet ved tilsætning af 4 N NaOH således, at pH-værdien ikke faldt under 5,0. pH-værdien blev ikke indstillet i fermentoren i tredje trin.

30 Efter at fermentoren i tredje trin var fyldt til det ønskede niveau (9,5 liter) med afløb fra fermentoren i andet trin, fik dyrkningsvæsken lov til at løbe herfra med samme hastighed, som væsken indførtes med fra fermentoren i andet trin. Strømningshastigheden blev således 35 indstillet, at fortyndingsforholdet i fermentorerne i første og andet trin (som producerede podemateriale) var omkring 0,45 pr. time, medens forholdet i fermentorerne i 11

DK 159326 B

tredje trin var omkring 0,031 pr. time. Disse strømningsforhold gjorde det muligt at benytte fermentoren i andet trin til at føde to fermentorer i tredje trin.

5 Mediet i en fermentor i tredje trin blev suppleret ved tilsætning hver 24. time af en 10% vandig opslæmning, der på basis af tørstof indeholdt 25 g majsgluten. Denne opslæmning blev indstillet på en pH-værdi på 5,2 med 4 N NaOH og steriliseret før tilsætningen.

10

Med periodiske mellemrum blev prøver af væske fra begge fermentorer i tredje trin centrifugeret til fjernelse af faste stoffer, og de fraskilte væsker blev analyseret. Resultaterne fremgår af tabel I, som viser, at butanol 15 er dannet i begge fermentorer, og at fermentoren indeholdende tilsat gluten har et lidt lavere restindhold af carbonhydrat.

20 25 30 35

DK 159326 B

Kontinuerlig fermentation (tre trin) TABEL 1 12 5

Fermentor med Fermentor uden tilsat gluten tilsat gluten I-1-1-1-1-1-1-1 10 |tid I |RTC a) IButanol | |RTCa) IButanol | |timer | pH [(mg/ml)|(g/100 ml)| pH |(mg/ml)|(g/100 ml)| I 21 I4.8 I 67.3 I 0.01 |4.6 | 59.3 | 0.02 | I 27 |4.5 I 61.6 I 0.03 |4.2 | 62.7 | 0.05 | 15 | 48 |4.8 | 54.6 | 0.40 |4.8 | 43.3 | 0.10 | I 71 15.0 I 39.5 I 0.74 |4.9 | 48.3 | 0.53 | I 93 15.1 I 31.0 I 0.92 15.0 | 48.2 | 0.70 | I 99 15.0 I 26.7 I 0.97 15.1 | 39.3 | 0.73 | I 117 |4.9 I 24.3 | 1.01 j5.1 | 35.2 | 0.80 | 20 I 123 14.9 I 21.6 | 1.01 [5.1 | 34.4 | 0.88 | I 141 |4.7 I 26.0 I 0.88 [5.1 I 32.8 | 0.93 | I 146 14.7 I 28.2 | 0.83 15.1 | 30.2 | 0.93 |

I-1_I_I_I_I_I_I

25 a) RTC = total restcarbonhydrat.

Efter at den kontinuerlige fermentering havde forløbet i 146 timer, blev en del af gæringsvæsken fra fermentoren i tredje trin, indeholdende tilsat gluten, ført opad gennem 30 ca. 2,1 kg aktivkul i en cylindrisk kolonne af rustfrit stål, 122 cm lang og med en indvendig diameter på 7,29 cm. Passagen skete med en hastighed på ca. 720 ml pr. time gennem kolonnen, idet afløbet fra oven blev ført tilbage til fermentoren med samme hastighed. Det i 35 kolonnen benyttede kul var aktivkul af typen PCB, 12-30 mesh (USA sigtestandard med sigteåbninger 1,68 mm til 0,59 mm), der forhandles af the Calgon Corporation, 13

DK 159326 B

Pittsburgh, Pennsylvania. Hver anden time blev retningen af strømmen af gæringsvæske gennem kolonnen med aktivkul vendt om i 12 minutter og opretholdt med en hastighed på 50 ml pr. minut for at sende celler, som måtte være 5 ophobet ved bunden af kolonnen, tilbage til fermentoren.

Når kullet i kolonnen blev mættet med butanol, blev den udskiftet med en kolonne indeholdende frisk kul. Den anden fermentor i tredje trin blev kørt uden en kolonne med aktivkul. Forsøgsresultaterne er angivet i tabel II, hvor 10 tiden er den, som er forløbet fra starten af den oprindelige fermentering.

Disse resultater viser, at recirkulering af gæringsvæsken gennem en carbonkolonne er effektiv til at reducere 15 butanolkoncentrationen i væsken. Endvidere ses, at fermenteringen i fermentoren med recirkuleret væske gennem carbonkolonnen giver en mere fuldstændig udnyttelse af carbonhydratet end ved fermentering i fermentoren uden carbonkolonnen, selv om begge fermentorer drives med 20 samme fortyndingsforhold.

25 30 35

Kontinuerlig fermentation (tre trin)

DK 159326 B

TABEL II

14 5

Fermentor med Fermentor uden carbonkolonne carbonkolonne I-1-1-1-1-1-1-1

Itid I |RTC 1 |Butanol2 | |RTC1 |Butanol | 10 |timer | pH |(mg/ml)|(g/100 ml)| pH |(mg/ml)|(g/100 ml)| I-1-1-1-1-1-1-1 I171 I4.7 I 21.3 I 0.35 |5.0 | 24.6 | 1.06 | I195 I4.5 I 12.6 | 0.46 |4.8 | 22.3 | 1.00 | 1220.5 14.7 I 2.2 | 0.43 |4.7 | 35.7 | 0.71 | 15 |260 |4.7 | 1.9 I 0.38 |4.9 | 22.4 | 1.01 | 1290.5 15.2 1 1.5 | 0.56 |4.8 | 25.0 | 0.97 | 1332 14.9 I 1.7 I 0.43 |4.9 | 24.2 | 0.92 | 1356 15.0 I 2.5 I 0.39 |4.9 | 24.2 | 0.99 | I_I_J_I_I-1_I-1 20 RTC = total restcarbonhydrat.

2

Strøm af fermenteringsvæske gennem carbonkolonne begyndt.

25

Den kontinuerlige fermentering kørte med godt resultat i 40 dage. Når carbonhydratkoncentrationen i de til fermentorerne tilførte medium blev forøget til 10% og 15%, blev strømningshastigheden gennem carbonkolonnen forøget til 30 henholdsvis 840 ml/time og 1500 ml/time. Ved en koncentration på 15% carbonhydrat forbrugte fermenteringen, der var forbundet med carbonkolonnen, mere end 90% af carbonhydratet, svarende til en volumetrisk produktivitet på ca. 0,9 g/l-time, medens fermenteringen uden denne 35 kolonne kun forbrugte ca. 30% af carbonhydratet med en volumetrisk produktivitet på 0,3 g/l-time.

EKSEMPEL 2 15

Den generelle proces fra eksempel 1 blev gentaget med den ændring, at den kontinuerlige fermentering blev udført i 5 et system med to trin, og koncentrationen af stivelses-hydrolysatet i mediet blev forøget til 10%. Fermentorens første trin var en 2 liters standardbeholder af typen New Brunswick Bioflow, Model C-30 med et effektivt rumfang på 1450 ml, og fermentoren i andet trin var en 14 liter 10 beholder med et effektivt rumfang på 9,5 liter. Fortyndingsforholdet i fermentoren i første trin blev holdt på 0,23 pr. time, medens fortyndings forholdet i andet trin var 0,031 pr. time. En opslæmning af 10% majsstivelse blev sat til fermentoren i andet trin med en 15 hastighed på ca. 20 ml/time. Gæringsvæsken i den ene fermentor i andet trin blev recirkuleret gennem en kolonne med aktivkul som beskrevet i eksempel 1. Ca. 900 ml/time blev ført ind i kolonnen, 600 ml/time af væske fra kolonnen blev returneret til fermentoren, og resten blev 20 bortkastet. Butanolkoncentrationen i fermentoren i første trin overskred aldrig 0,05 g/100 ml. Der var meget lidt butanol i afløbet fra carbonkolonnen. Analyser af den filtrerede væske fra fermentoren i andet trin, angivet i tabel III, viser at den kontinuerlige proces kan gennem-25 føres under anvendelse af kun et enkelt trin til udvikling af podemateriale.

30 35

TABEL III

Kontinuerlig fermentering (to trin)

DK 159326 B

16 5 I-1-i-1-1 I Tid I IRTCa ^ IButanol | j (timer) | pH |(mg/ml) |(g/lOO ml) j 1-1-1-1-1 10 I 48 | 4.4 | 114.5 | 0.20 | I 76 I 4.9 I 88.0 I 0.61 | I 100 I 4.9 I 73.9 I 0.86 | I 124 I 4.9 I 56.0 | 0.79 | I 170 I 4.8 I 25.5 | 1.23 | 15 | 220 | 5.0 | 54.8 | 0.93 | | 262 | 4.9 | 30.9 | 0.86 | | 286 | 5.0 | 11.1 I 0.98 | [ 310 I 5.1 I 4.9 I 0.93 | I 316 I 5.1 I 7.2 I 0.93 | 20 I 337 I 5.0 I 4.1 | 0.88 | I 358 I 5.0 I 5.4 I 0.80 |

I_I_I_I_I

a) RTC = total restcarbonhydrat.

25

Det fremgår af det ovenfor anførte, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen medfører en forbedret volumetrisk produktivitet af butanol ved fermenteringen.

30 35

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af butanol ved kontinuerlig fermentering af et carbonhydratholdigt substrat med en stamme af Clostridium acetobutylicum, adsorption af det dannede butanol på et butanol-adsorberende materiale og isolering af butanolet fra det butanol-adsorberende materiale ved desorption, kendetegnet ved, at der kontinuerligt produceres podemateriale af den nævnte mikroorganisme i en separat reaktionsbeholder ved et fortyndingsforhold på 0,2-0,5/t, at podematerialet kontinuerligt indføres i et fermenteringsmedium, hvis pH-værdi opretholdes i området 4,5-5,5 medens temperaturen holdes på 34-40 °C, og at en del af fermenteringsmediet recirkuleres gennem et butanol-adsorberende materiale med tilstrækkelig hastighed til at opretholde butanol-koncentrationen i fermenteringsmediet under 1 vægt-%.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at podematerialet produceres kontinuerligt i to reaktionsbeholdere, som er anbragt i serie.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det butanol-adsorberende materiale er gra-nulært aktiveret carbon.