RU2785987C2 - Alkane acid extraction - Google Patents
Alkane acid extraction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785987C2 RU2785987C2 RU2020127717A RU2020127717A RU2785987C2 RU 2785987 C2 RU2785987 C2 RU 2785987C2 RU 2020127717 A RU2020127717 A RU 2020127717A RU 2020127717 A RU2020127717 A RU 2020127717A RU 2785987 C2 RU2785987 C2 RU 2785987C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hexanoic acid
- ester
- acid
- extractant
- alkane
- Prior art date
Links
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title abstract description 44
- 239000002253 acid Substances 0.000 title description 107
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N n-hexanoic acid Natural products CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract description 90
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N Caprylic acid Natural products CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 89
- GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N benzyl(trichloro)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CC1=CC=CC=C1 GONOPSZTUGRENK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 87
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 49
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 41
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 38
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 19
- ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphine oxide Chemical group CCCCCCCCP(=O)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 70
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 49
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 45
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 38
- 241000186570 Clostridium kluyveri Species 0.000 claims description 37
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 35
- DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N alpha-n-hexadecene Natural products CCCCCCCCCCCCCCCC DCAYPVUWAIABOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- -1 alkyl phosphine oxide Chemical compound 0.000 claims description 17
- 230000037361 pathway Effects 0.000 claims description 16
- 241001611022 Clostridium carboxidivorans Species 0.000 claims description 10
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 10
- DCAYPVUWAIABOU-NJFSPNSNSA-N hexadecane Chemical group CCCCCCCCCCCCCCC[14CH3] DCAYPVUWAIABOU-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 204
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 57
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 51
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 45
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 37
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000000047 product Substances 0.000 description 27
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 27
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 22
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 22
- BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N tetradecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC BGHCVCJVXZWKCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 19
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 19
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 description 18
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 18
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 17
- ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzoic acid Chemical compound NC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- NDJKXXJCMXVBJW-UHFFFAOYSA-N heptadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC NDJKXXJCMXVBJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 15
- 241000186566 Clostridium ljungdahlii Species 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 12
- 229930003779 Vitamin B12 Natural products 0.000 description 11
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M cobalt(2+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+2].N#[C-].[N-]([C@@H]1[C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP(O)(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 11
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 11
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 11
- ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N pyridoxine hydrochloride Chemical compound Cl.CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 235000019171 pyridoxine hydrochloride Nutrition 0.000 description 11
- 239000011764 pyridoxine hydrochloride Substances 0.000 description 11
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 11
- DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M thiamine hydrochloride Chemical compound Cl.[Cl-].CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 235000019190 thiamine hydrochloride Nutrition 0.000 description 11
- 239000011747 thiamine hydrochloride Substances 0.000 description 11
- 235000019163 vitamin B12 Nutrition 0.000 description 11
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 11
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M potassium acetate Chemical compound [K+].CC([O-])=O SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 9
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011665 D-biotin Substances 0.000 description 8
- 235000000638 D-biotin Nutrition 0.000 description 8
- IFQSXNOEEPCSLW-DKWTVANSSA-N L-cysteine hydrochloride Chemical compound Cl.SC[C@H](N)C(O)=O IFQSXNOEEPCSLW-DKWTVANSSA-N 0.000 description 8
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 8
- 229960004050 aminobenzoic acid Drugs 0.000 description 8
- FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L calcium D-pantothenic acid Chemical compound [Ca+2].OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O.OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L 0.000 description 8
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 8
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 8
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 8
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 8
- 229960004172 pyridoxine hydrochloride Drugs 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 7
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 7
- 238000005160 1H NMR spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 6
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 6
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 6
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 238000012764 semi-quantitative analysis Methods 0.000 description 6
- OIIWPAYIXDCDNL-UHFFFAOYSA-M sodium 3-(trimethylsilyl)propionate Chemical compound [Na+].C[Si](C)(C)CCC([O-])=O OIIWPAYIXDCDNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 5
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 5
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 5
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 5
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 5
- ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N Leucine Natural products CC(C)CC(N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 5
- ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N Proline Natural products OC(=O)C1CCCN1 ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N Serine Natural products OCC(N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N Threonine Natural products CC(O)C(N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004473 Threonine Substances 0.000 description 5
- KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N Valine Natural products CC(C)C(N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 5
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229930182817 methionine Natural products 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 235000011056 potassium acetate Nutrition 0.000 description 5
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 4
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 4
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- 229910019931 (NH4)2Fe(SO4)2 Inorganic materials 0.000 description 3
- ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-M 4-aminobenzoate Chemical compound NC1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 241001464894 Blautia producta Species 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001112696 Clostridia Species 0.000 description 3
- 241001528480 Cupriavidus Species 0.000 description 3
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 3
- PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N Resazurin Chemical compound C1=CC(=O)C=C2OC3=CC(O)=CC=C3[N+]([O-])=C21 PLXBWHJQWKZRKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 3
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 3
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 3
- 229940068840 d-biotin Drugs 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 3
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 3
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 3
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 3
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-N lipoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019136 lipoic acid Nutrition 0.000 description 3
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 3
- 229940014662 pantothenate Drugs 0.000 description 3
- 239000011713 pantothenic acid Substances 0.000 description 3
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 3
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 3
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 3
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- 229960002663 thioctic acid Drugs 0.000 description 3
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940011671 vitamin b6 Drugs 0.000 description 3
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 2
- 241001523626 Arxula Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 2
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 2
- 241001656809 Clostridium autoethanogenum Species 0.000 description 2
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 2
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 2
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000193459 Moorella thermoacetica Species 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 2
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- 241000204649 Thermoanaerobacter kivui Species 0.000 description 2
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FBUKVWPVBMHYJY-UHFFFAOYSA-N nonanoic acid Chemical compound CCCCCCCCC(O)=O FBUKVWPVBMHYJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N octadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N pentadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N tridecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCC IIYFAKIEWZDVMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SZHOJFHSIKHZHA-UHFFFAOYSA-N tridecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC(O)=O SZHOJFHSIKHZHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZDPHROOEEOARMN-UHFFFAOYSA-N undecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCC(O)=O ZDPHROOEEOARMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene-2-carboxamide Chemical compound C1=CC=C2SC(C(=O)N)=CC2=C1 GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 1-dibutylphosphorylbutane Chemical compound CCCCP(=O)(CCCC)CCCC MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LAIZULYZLIEMOR-UHFFFAOYSA-N 1-phosphorosooctane Chemical compound CCCCCCCCP=O LAIZULYZLIEMOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWJNQYPJQDRXPH-UHFFFAOYSA-N 2-cyanobenzohydrazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=CC=C1C#N TWJNQYPJQDRXPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AWQSAIIDOMEEOD-UHFFFAOYSA-N 5,5-Dimethyl-4-(3-oxobutyl)dihydro-2(3H)-furanone Chemical compound CC(=O)CCC1CC(=O)OC1(C)C AWQSAIIDOMEEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001112780 Acetoanaerobium Species 0.000 description 1
- 241001468161 Acetobacterium Species 0.000 description 1
- 241000511218 Acetobacterium carbinolicum Species 0.000 description 1
- 241000511216 Acetobacterium malicum Species 0.000 description 1
- 241000511222 Acetobacterium wieringae Species 0.000 description 1
- 241001468163 Acetobacterium woodii Species 0.000 description 1
- 241000204392 Acetonema longum Species 0.000 description 1
- 241000590020 Achromobacter Species 0.000 description 1
- 241000266272 Acidithiobacillus Species 0.000 description 1
- 241000726119 Acidovorax Species 0.000 description 1
- 241000588986 Alcaligenes Species 0.000 description 1
- 241001534860 Alkalibaculum bacchi Species 0.000 description 1
- 241000207208 Aquifex Species 0.000 description 1
- 241000205042 Archaeoglobus fulgidus Species 0.000 description 1
- 241000186063 Arthrobacter Species 0.000 description 1
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 241000589941 Azospirillum Species 0.000 description 1
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000589173 Bradyrhizobium Species 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241001656810 Clostridium aceticum Species 0.000 description 1
- 241000328950 Clostridium drakei Species 0.000 description 1
- 241000193161 Clostridium formicaceticum Species 0.000 description 1
- 241001256038 Clostridium ljungdahlii DSM 13528 Species 0.000 description 1
- 241001611023 Clostridium ragsdalei Species 0.000 description 1
- 241000186587 Clostridium scatologenes Species 0.000 description 1
- 241000186226 Corynebacterium glutamicum Species 0.000 description 1
- 241000252867 Cupriavidus metallidurans Species 0.000 description 1
- 241001528539 Cupriavidus necator Species 0.000 description 1
- ZAQJHHRNXZUBTE-WUJLRWPWSA-N D-xylulose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H](O)C(=O)CO ZAQJHHRNXZUBTE-WUJLRWPWSA-N 0.000 description 1
- 241000235035 Debaryomyces Species 0.000 description 1
- 241000235036 Debaryomyces hansenii Species 0.000 description 1
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N Decanoic acid Natural products CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001600129 Delftia Species 0.000 description 1
- 241001600125 Delftia acidovorans Species 0.000 description 1
- 241001180360 Derxia Species 0.000 description 1
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 description 1
- 241000592830 Desulfotomaculum kuznetsovii Species 0.000 description 1
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N Disodium Chemical class [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100030787 ERI1 exoribonuclease 2 Human genes 0.000 description 1
- 241000380130 Ehrharta erecta Species 0.000 description 1
- 241001379910 Ephemera danica Species 0.000 description 1
- 241000588722 Escherichia Species 0.000 description 1
- IYXGSMUGOJNHAZ-UHFFFAOYSA-N Ethyl malonate Chemical compound CCOC(=O)CC(=O)OCC IYXGSMUGOJNHAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186398 Eubacterium limosum Species 0.000 description 1
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 1
- 241000589989 Helicobacter Species 0.000 description 1
- 241000605016 Herbaspirillum Species 0.000 description 1
- 101000938751 Homo sapiens ERI1 exoribonuclease 2 Proteins 0.000 description 1
- 241000605233 Hydrogenobacter Species 0.000 description 1
- 241000426592 Hydrogenobaculum Species 0.000 description 1
- 241000216643 Hydrogenophaga Species 0.000 description 1
- 241001223144 Hydrogenophilus Species 0.000 description 1
- 241000921809 Hydrogenothermus Species 0.000 description 1
- 241001137856 Hydrogenovibrio Species 0.000 description 1
- 241001357511 Ideonella sp. Species 0.000 description 1
- 241000235644 Issatchenkia Species 0.000 description 1
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 description 1
- 241001138401 Kluyveromyces lactis Species 0.000 description 1
- 241000235058 Komagataella pastoris Species 0.000 description 1
- 241000399138 Kyrpidia Species 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 241000186673 Lactobacillus delbrueckii Species 0.000 description 1
- 241000194036 Lactococcus Species 0.000 description 1
- 241000134732 Metallosphaera Species 0.000 description 1
- 241000202987 Methanobrevibacter Species 0.000 description 1
- 241001139408 Methanosarcina acetivorans C2A Species 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 241000178985 Moorella Species 0.000 description 1
- 241000186544 Moorella thermoautotrophica Species 0.000 description 1
- TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N Myristic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCC(O)=O TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021360 Myristic acid Nutrition 0.000 description 1
- 241000187654 Nocardia Species 0.000 description 1
- 241000121201 Oligotropha Species 0.000 description 1
- 241001509483 Oxobacter pfennigii Species 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 241001057811 Paracoccus <mealybug> Species 0.000 description 1
- 241000372441 Pelomonas Species 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- 241000829202 Pharus <Mollusca> Species 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 241000235648 Pichia Species 0.000 description 1
- 241000235645 Pichia kudriavzevii Species 0.000 description 1
- 241000512220 Polaromonas Species 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 1
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 description 1
- 241000187603 Pseudonocardia Species 0.000 description 1
- 241000589180 Rhizobium Species 0.000 description 1
- 241000316848 Rhodococcus <scale insect> Species 0.000 description 1
- 241000190932 Rhodopseudomonas Species 0.000 description 1
- 241000190967 Rhodospirillum Species 0.000 description 1
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 description 1
- 241001194719 Sporomusa aerivorans Species 0.000 description 1
- 241000204376 Sporomusa ovata Species 0.000 description 1
- 241000543642 Sporomusa silvacetica Species 0.000 description 1
- 241000217849 Sporomusa sphaeroides Species 0.000 description 1
- 241000204379 Sporomusa termitida Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 244000057717 Streptococcus lactis Species 0.000 description 1
- 235000014897 Streptococcus lactis Nutrition 0.000 description 1
- 241000187747 Streptomyces Species 0.000 description 1
- 241001509489 Terrisporobacter glycolicus Species 0.000 description 1
- 241000186582 Terrisporobacter mayombei Species 0.000 description 1
- 241000191001 Thiocapsa Species 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 241000589886 Treponema Species 0.000 description 1
- 241001478283 Variovorax Species 0.000 description 1
- 241000589506 Xanthobacter Species 0.000 description 1
- 241000235013 Yarrowia Species 0.000 description 1
- 241000235015 Yarrowia lipolytica Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 241001621904 [Clostridium] methoxybenzovorans Species 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N alpha-ethylcaproic acid Natural products CCCCC(CC)C(O)=O OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 238000010352 biotechnological method Methods 0.000 description 1
- 238000013452 biotechnological production Methods 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical class C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 1
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- NWOGWXZLSXEADL-UHFFFAOYSA-N hexyl(oxido)phosphanium Chemical compound CCCCCC[PH2]=O NWOGWXZLSXEADL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- YAQXGBBDJYBXKL-UHFFFAOYSA-N iron(2+);1,10-phenanthroline;dicyanide Chemical compound [Fe+2].N#[C-].N#[C-].C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1.C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 YAQXGBBDJYBXKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229940038384 octadecane Drugs 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002903 organophosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019161 pantothenic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 238000005504 petroleum refining Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009331 reductive pathway Effects 0.000 description 1
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 235000011044 succinic acid Nutrition 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid group Chemical group C(CCC(=O)O)(=O)O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940070710 valerate Drugs 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к способу экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды. В частности, в способе применяют смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и по меньшей мере одного алкана.The present invention relates to a method for extracting an alkanoic acid and/or its ester from an aqueous medium. In particular, a mixture of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and at least one alkane is used in the process.
Уровень техники изобретенияState of the art invention
Алкановые кислоты представляют собой карбоновые кислоты, в которых атом кислорода (=O) замещен двумя атомами водорода в соответствующем алкане, и функциональная группа OH замещена другим атомом H при том же атоме углерода. Алкановые кислоты характеризуются в данной области техники несколькими функциями. Например, их можно применять при получении полимеров, фармацевтических веществ, растворителей и пищевых добавок. Alkanoic acids are carboxylic acids in which the oxygen atom (=O) is replaced by two hydrogen atoms in the corresponding alkane and the OH functional group is replaced by another H atom on the same carbon atom. Alkanoic acids are characterized in the art by several functions. For example, they can be used in the preparation of polymers, pharmaceuticals, solvents and food additives.
Хорошо известный способ получения и экстрагирования алкановых кислот предусматривает гидролиз и декарбоксилирование малоновых сложных эфиров. Малоновый сложный эфир подвергают омылению с помощью водного раствора гидроксида натрия, что приводит к образованию водного раствора динатриевой соли и этанола. Солевой раствор затем обрабатывают сильной минеральной кислотой с получением натриевой соли минеральной кислоты и с осаждением дикарбоновой кислоты в виде твердого вещества. Для последующего выделения дикарбоновой кислоты применяют простые процедуры разделения, такие как фильтрация или экстракция. Натриевую соль отбрасывают в виде отходов. Выделенную кислоту дополнительно высушивают и нагревают до температуры, достаточной для обеспечения прохождения реакции декарбоксилирования. Данная процедура является длительной, требует многочисленных стадий, в результате ее осуществления образуются отходы, и она является трудоемкой в отношении оборудования. A well-known method for the preparation and extraction of alkanoic acids involves the hydrolysis and decarboxylation of malonic esters. The malonic ester is saponified with aqueous sodium hydroxide to form an aqueous solution of the disodium salt and ethanol. The brine is then treated with a strong mineral acid to give the sodium salt of the mineral acid and precipitate the dicarboxylic acid as a solid. For subsequent isolation of the dicarboxylic acid, simple separation procedures such as filtration or extraction are used. The sodium salt is discarded as waste. The recovered acid is further dried and heated to a temperature sufficient to allow the decarboxylation reaction to proceed. This procedure is lengthy, requires multiple steps, generates waste, and is labor intensive in terms of equipment.
Другой способ экстрагирования алкановых кислот, таких как муравьиная, уксусная, пропионовая, молочная, янтарная и лимонная кислоты, представляет собой экстракцию с высаливанием. В данном способе применяют систему, состоящую из этанола и сульфата аммония. Параметры системы, влияющие на эффективность экстракции, включают длину линии, соотношение фазовых объемов, концентрацию кислоты, температуру, pH системы и т. п. Хотя показано, что эффективность экстракции алкановых кислот повышалась с применением данного способа, различные вовлеченные параметры делают способ слишком сложным для промышленного применения. Another method for extracting alkanoic acids such as formic, acetic, propionic, lactic, succinic and citric acids is salting out extraction. In this method, a system consisting of ethanol and ammonium sulfate is used. System parameters that affect extraction efficiency include line length, phase volume ratio, acid concentration, temperature, system pH, etc. Although extraction efficiency of alkanoic acids has been shown to improve using this method, the various parameters involved make the process too complex to handle. industrial application.
В CA1167051 раскрыт способ экстрагирования или извлечения некоторых карбоновых кислот, таких как уксусная кислота и муравьиная кислота. Однако, способ требует применения высоких значений температуры и специального оборудования для стадий противоточного теплообмена.CA1167051 discloses a process for extracting or recovering certain carboxylic acids such as acetic acid and formic acid. However, the method requires the use of high temperatures and special equipment for the countercurrent heat exchange steps.
Соответственно, в данной области техники существует необходимость в более дешевом и более эффективном способе экстракции для экстрагирования алкановых кислот, в частности алкановых кислот, полученных в промышленном масштабе. Кроме того, существует необходимость в способе экстракции алкановых кислот, который можно применять вместе с биотехнологическим способом получения алкановых кислот.Accordingly, there is a need in the art for a cheaper and more efficient extraction process for extracting alkanoic acids, in particular industrial scale alkanoic acids. In addition, there is a need for an alkanoic acid extraction process that can be used in conjunction with a biotechnological process for producing alkanoic acids.
Описание изобретенияDescription of the invention
В настоящем изобретении предпринята попытка решить указанные выше проблемы путем обеспечения способов экстрагирования алкановых кислот и/или их сложного эфира, которые являются более эффективными и более дешевыми, нежели современные способы, доступные из уровня техники. Настоящее изобретение также предусматривает способы экстрагирования алкановых кислот и/или их сложного эфира, которые можно применять в сочетании с биотехнологическим способом получения алкановых кислот и/или их сложного эфира. The present invention attempts to solve the above problems by providing extraction methods for alkanoic acids and/or their ester that are more efficient and less expensive than the current methods available in the prior art. The present invention also provides methods for extracting alkanoic acids and/or their ester, which can be used in combination with a biotechnological process for the production of alkanoic acids and/or their ester.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды, при этом способ включает In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a method for extracting an alkanoic acid and/or an ester thereof from an aqueous medium, the method comprising
(a) приведение алкановой кислоты и/или ее сложного эфира в водной среде в контакт с по меньшей мере одним экстрагентом на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды в экстрагент, (a) contacting the alkanoic acid and/or its ester in an aqueous medium with at least one extractant for a period of time sufficient to extract the alkanoic acid and/or its ester from the aqueous medium into the extractant,
(b) отделение экстрагента с экстрагированной алкановой кислотой и/или ее сложным эфиром от водной среды,(b) separating the extractant with the extracted alkanoic acid and/or its ester from the aqueous medium,
где экстрагент предусматриваетwhere the extractant provides
- смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и по меньшей мере одного алкана, где алкан содержит по меньшей мере 12 атомов углерода.- a mixture of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and at least one alkane, where the alkane contains at least 12 carbon atoms.
В частности, способ экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает увеличение выхода относительно количества используемых экстрагирующих веществ. Например, менее 50% по весу экстрагента можно применять для экстрагирования того же количества алкановых кислот и/или их сложного эфира, как если бы применяли только чистые алканы. Следовательно, с малым объемом экстрагента можно экстрагировать больший выход алкановых кислот и/или их сложных эфиров. Экстрагент также не является пагубным для микроорганизмов. Соответственно, экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения может присутствовать при получении алкановой кислоты и/или ее сложного эфира биотехнологическим путем. Кроме того, по меньшей мере в тех случаях, когда алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту, она легко может быть отделена от экстрагента согласно любому аспекту настоящего изобретения путем перегонки. Причина состоит в том, что гексановая кислота минимально подвергается перегонке при значительно более низкой точке кипения, нежели экстрагент, и после отделения посредством перегонки экстрагент легко можно рециклировать.In particular, the extraction process according to any aspect of the present invention provides for an increase in yield relative to the amount of extractives used. For example, less than 50% by weight of the extractant can be used to extract the same amount of alkanoic acids and/or their ester as if only pure alkanes were used. Therefore, with a small volume of extractant, a higher yield of alkanoic acids and/or their esters can be extracted. The extractant is also not harmful to microorganisms. Accordingly, an extractant according to any aspect of the present invention may be present in the biotechnological production of an alkanoic acid and/or its ester. In addition, at least in cases where the alkanoic acid is hexanoic acid, it can be easily separated from the extractant according to any aspect of the present invention by distillation. The reason is that hexanoic acid undergoes minimal distillation at a much lower boiling point than the extractant, and after separation by distillation, the extractant can be easily recycled.
Способ согласно любому аспекту настоящего изобретения может представлять собой способ экстрагирования по меньшей мере одной выделенной алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды. Выделенная алкановая кислота и/или ее сложный эфир могут относиться к по меньшей мере одной алкановой кислоте и/или ее сложному эфиру, которые можно отделять от среды, в которой алкановая кислота и/или ее сложный эфир были получены. В одном примере алкановую кислоту и/или ее сложный эфир можно получать в водной среде (например, среде для ферментации, где алкановая кислота и/или ее сложный эфир продуцируются специфическими клетками из источника углерода). Выделенная алкановая кислота и/или ее сложный эфир могут относиться к алкановой кислоте и/или ее сложному эфиру, экстрагированным из водной среды. В частности, стадия экстрагирования предусматривает отделение избыточной воды от водной среды, что приводит, таким образом, к образованию смеси, содержащей экстрагированную алкановую кислоту и/или ее сложный эфир.The method according to any aspect of the present invention may be a method for extracting at least one isolated alkanoic acid and/or its ester from an aqueous medium. The isolated alkanoic acid and/or its ester can refer to at least one alkanoic acid and/or its ester, which can be separated from the medium in which the alkanoic acid and/or its ester was obtained. In one example, the alkanoic acid and/or its ester can be produced in an aqueous medium (eg, a fermentation medium where the alkanoic acid and/or its ester is produced by specific cells from a carbon source). Isolated alkanoic acid and/or its ester may refer to an alkanoic acid and/or its ester extracted from an aqueous medium. In particular, the extraction step involves the separation of excess water from the aqueous medium, thus leading to the formation of a mixture containing the extracted alkanoic acid and/or its ester.
Экстрагент также можно называть «средой для экстракции». Среду для экстракции можно применять для экстрагирования/выделения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, полученных в соответствии с любым способом по настоящему изобретению из водной среды, в которой алкановая кислота и/или ее сложный эфир первоначально были получены. В конце стадии экстрагирования избыточную воду из водной среды можно удалять, с получением таким образом экстрагента, содержащего экстрагированную алкановую кислоту и/или ее сложный эфир. Экстрагент может предусматривать комбинацию соединений, которая может приводить к эффективным способам экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды. В частности, экстрагент может содержать (i) по меньшей мере алкан, содержащий по меньшей мере 12 атомов углерода, и (ii) по меньшей мере одну молекулу алкилфосфиноксида. С помощью среды для экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения можно эффективно экстрагировать алкановую кислоту и/или ее сложный эфир в экстрагент, представляющий собой смесь алкана и алкилфосфиноксида. Данный экстрагент, предусматривающий смесь алкилфосфиноксида и по меньшей мере одного алкана, может считаться подходящим для способа согласно любому аспекту настоящего изобретения, поскольку смесь эффективно работает при экстрагировании необходимой алкановой кислоты и/или ее сложного эфира в присутствии среды для ферментации. В частности, смесь алкилфосфиноксида и по меньшей мере одного алкана может рассматриваться как действующая лучше, нежели любой в настоящее время известный из уровня техники способ экстракции алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, поскольку она не требует любого специального оборудования для осуществления, и с ней относительно просто получать высокий выход продукта. The extractant may also be referred to as "extraction medium". The extraction medium can be used for extracting/isolation of the alkanoic acid and/or its ester obtained in accordance with any method of the present invention from the aqueous medium in which the alkanoic acid and/or its ester was originally obtained. At the end of the extraction step, excess water from the aqueous medium can be removed, thus obtaining an extractant containing the extracted alkanoic acid and/or its ester. The extractant may include a combination of compounds that can lead to efficient methods for extracting the alkanoic acid and/or its ester from an aqueous medium. In particular, the extractant may contain (i) at least an alkane containing at least 12 carbon atoms, and (ii) at least one alkyl phosphine oxide molecule. Using the extraction medium according to any aspect of the present invention, the alkanoic acid and/or its ester can be efficiently extracted into an extractant which is a mixture of an alkane and an alkyl phosphine oxide. This extractant, comprising a mixture of an alkyl phosphine oxide and at least one alkane, may be considered suitable for the process of any aspect of the present invention since the mixture works effectively in extracting the desired alkanoic acid and/or its ester in the presence of a fermentation medium. In particular, a mixture of an alkyl phosphine oxide and at least one alkane can be considered to work better than any method currently known in the art for the extraction of an alkanoic acid and/or its ester, since it does not require any special equipment to carry out, and with it it is relatively easy to obtain a high yield of the product.
Алкан может содержать по меньшей мере 12 атомов углерода. В частности, алкан может содержать порядка 12-18 атомов углерода. В одном примере алкан может быть выбран из группы, состоящей из додекана, тридекана, тетрадекана, пентадекана, гексадекана, гептадекана и октадекана. В дополнительном примере экстрагент может предусматривать смесь алканов. An alkane may contain at least 12 carbon atoms. In particular, an alkane may contain on the order of 12-18 carbon atoms. In one example, the alkane may be selected from the group consisting of dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, and octadecane. In an additional example, the extractant may include a mixture of alkanes.
Алкилфосфиноксиды имеют общую формулу OPX3, где X представляет собой алкил. Подходящие алкилфосфиноксиды согласно любому аспекту настоящего изобретения включают алкильную группу, состоящую из линейного, разветвленного или циклического углеводорода, при этом углеводород состоит из от 1 до приблизительно 100 атомов углерода и от 1 до приблизительно 200 атомов водорода. В частности, «алкил», используемый по отношению к алкилфосфиноксиду согласно любому аспекту настоящего изобретения, может относиться к углеводородной группе, имеющей от 1 до 20 атомов углерода, часто от 4 до 15 атомов углерода или от 6 до 12 атомов углерода, и которая может состоять из прямых цепей, циклических звеньев, разветвленных цепей или их смесей. Алкилфосфиноксид может иметь от одной до трех алкильных групп при каждом атоме фосфора. В одном примере алкилфосфиноксид имеет три алкильные группы при атоме P. В некоторых примерах алкильная группа может содержать атом кислорода вместо одного атома углерода алкильной группы C4-C15 или C6-C12, при условии, что атом кислорода не присоединен к атому P алкилфосфиноксида. Как правило, алкилфосфиноксид выбран из группы, состоящей из триоктилфосфиноксида, трибутилфосфиноксида, гексилфосфиноксида, октилфосфиноксида и их смесей. Alkyl phosphine oxides have the general formula OPX 3 where X is alkyl. Suitable alkyl phosphine oxides according to any aspect of the present invention include an alkyl group consisting of a linear, branched or cyclic hydrocarbon, wherein the hydrocarbon consists of from 1 to about 100 carbon atoms and from 1 to about 200 hydrogen atoms. In particular, "alkyl" as used in relation to an alkyl phosphine oxide according to any aspect of the present invention may refer to a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, often 4 to 15 carbon atoms or 6 to 12 carbon atoms, and which may consist of straight chains, cyclic links, branched chains or mixtures thereof. The alkyl phosphine oxide may have from one to three alkyl groups at each phosphorus atom. In one example, the alkyl phosphine oxide has three alkyl groups at the P atom. In some examples, the alkyl group may contain an oxygen atom instead of one carbon atom of the C4-C15 or C6-C12 alkyl group, provided that the oxygen atom is not attached to the P atom of the alkyl phosphine oxide. Typically, the alkylphosphine oxide is selected from the group consisting of trioctylphosphine oxide, tributylphosphine oxide, hexylphosphine oxide, octylphosphine oxide, and mixtures thereof.
Еще более конкретно алкилфосфиноксид может представлять собой триоктилфосфиноксид (TOPO). Триоктилфосфиноксид (TOPO) представляет собой фосфорорганическое соединение формулы OP(C8H17)3. По меньшей мере один алкилфосфиноксид, предпочтительно триоктилфосфиноксид (TOPO), может присутствовать в среде для экстракции вместе с по меньшей мере одним алканом. В частности, смесь по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана, содержащего по меньшей мере 12 атомов углерода, может предусматривать весовое соотношение, составляющее от приблизительно 1:100 до 1:10, по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), относительно алкана. Более конкретно весовое соотношение по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана в среде для экстракции согласно любому аспекту настоящего изобретения может составлять приблизительно 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:25, 1:20, 1:15 или 1:10. Еще более конкретно весовое соотношение по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может быть выбрано в диапазоне от 1:90 до 1:10, от 1:80 до 1:10, от 1:70 до 1:10, от 1:60 до 1:10, от 1:50 до 1:10, от 1:40 до 1:10, от 1:30 до 1:10 или от 1:20 до 1:10. Весовое соотношение по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может составлять от 1:40 до 1:15 или от 1:25 до 1:15. В одном примере весовое соотношение по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана может составлять приблизительно 1:15. В примере алкан может представлять собой гексадекан, и, следовательно, весовое соотношение по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и гексадекана может составлять приблизительно 1:15. Even more specifically, the alkylphosphine oxide may be trioctylphosphine oxide (TOPO). Trioctylphosphine oxide (TOPO) is an organophosphorus compound of the formula OP(C 8 H 17 ) 3 . At least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), may be present in the extraction medium along with at least one alkane. In particular, a mixture of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and an alkane containing at least 12 carbon atoms, may include a weight ratio of from about 1:100 to 1:10, of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), relative to the alkane. More specifically, the weight ratio of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and alkane in the extraction medium according to any aspect of the present invention may be about 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:25, 1:20, 1:15 or 1:10. Even more specifically, the weight ratio of at least one alkyl phosphine oxide, preferably trioctyl phosphine oxide (TOPO), and the alkane may be selected in the range of 1:90 to 1:10, 1:80 to 1:10, 1:70 to 1:10 , 1:60 to 1:10, 1:50 to 1:10, 1:40 to 1:10, 1:30 to 1:10, or 1:20 to 1:10. The weight ratio of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and alkane may be from 1:40 to 1:15 or from 1:25 to 1:15. In one example, the weight ratio of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and alkane may be approximately 1:15. In an example, the alkane may be hexadecane and therefore the weight ratio of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and hexadecane may be approximately 1:15.
Термин «приблизительно», используемый в данном документе, относится к изменениям в пределах 20 процентов. В частности, термин «приблизительно», используемый в данном документе, относится к +/- 20%, более конкретно +/-10%, еще более конкретно +/- 5% от данного измерения или значения.The term "approximately" as used in this document refers to changes within 20 percent. In particular, the term "about" as used herein refers to +/- 20%, more specifically +/-10%, even more specifically +/- 5% of a given measurement or value.
На стадии (a) согласно любому аспекту настоящего изобретения алкановую кислоту и/или ее сложный эфир в водной среде можно приводить в контакт с экстрагентом на протяжении времени, достаточного для экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды в экстрагент. Специалист в данной области техники может быть способен определить количество времени, необходимого для достижения равновесия распределения, и надлежащее скопление пузырьков, которое может понадобиться для оптимизации способа экстракции. В некоторых примерах необходимое время может зависеть от количества алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, которое можно экстрагировать. В частности, время, необходимое для экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из водной среды в экстрагент, может занимать только несколько минут. В примерах, в которых экстракцию проводят по мере прохождения ферментации, время для экстракции эквивалентно времени ферментации. In step (a), according to any aspect of the present invention, the alkanoic acid and/or its ester in an aqueous medium may be contacted with an extractant for a time period sufficient to extract the alkanoic acid and/or its ester from the aqueous medium into the extractant. One of skill in the art may be able to determine the amount of time required to reach distribution equilibrium and the proper bubble buildup that may be needed to optimize the extraction process. In some examples, the time required may depend on the amount of alkanoic acid and/or its ester that can be extracted. In particular, the time required for extracting the alkanoic acid and/or its ester from the aqueous medium into the extractant may take only a few minutes. In examples in which the extraction is carried out as the fermentation progresses, the time for extraction is equivalent to the fermentation time.
Соотношение применяемого экстрагента и количества алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, подлежащих экстрагированию, может изменяться в зависимости от того, насколько быстро следует проводить экстракцию. В одном примере количество экстрагента равняется количеству водной среды, содержащей алкановую кислоту и/или ее сложный эфир. После стадии приведения экстрагента в контакт с водной средой две фазы (водную и органическую) разделяют с применением любых средств, известных из уровня техники. В одном примере две фазы можно разделять с применением разделительной воронки. Две фазы также можно разделять с применением смесителей-отстойников, пульсационных колонок и т. п. В одном примере, в котором алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту, отделение экстрагента от гексановой кислоты можно проводить с применением перегонки с учетом того, что гексановая кислота подвергается перегонке при значительно более низкой точке кипения, нежели экстрагент. Специалист в данной области техники сможет выбрать наилучший способ отделения среды для экстракции от необходимой алкановой кислоты и/или ее сложного эфира на стадии (b) в зависимости от характеристик алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, которые необходимо экстрагировать. В частности, стадия (b) согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает извлечение алкановой кислоты из стадии (a). Приведение алкановой кислоты в контакт с органическим экстрагентом приводит к образованию двух фаз, две фазы (водную и органическую) разделяют с применением любых средств, известных из уровня техники. В одном примере две фазы можно разделять с применением разделительной воронки. Две фазы также можно разделять с применением смесителей-отстойников, пульсационных колонок, разделения по температуре и т. п. В одном примере, в котором алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту, отделение экстрагента от гексановой кислоты можно проводить с применением перегонки с учетом того, что гексановая кислота подвергается перегонке при значительно более низкой точке кипения, нежели экстрагент. Специалист в данной области техники сможет выбрать наилучший способ отделения экстрагента от необходимой алкановой кислоты в зависимости от характеристик алкановой кислоты, которую необходимо извлечь. The ratio of the extractant used and the amount of alkanoic acid and/or its ester to be extracted may vary depending on how fast the extraction is to be carried out. In one example, the amount of extractant is equal to the amount of an aqueous medium containing alkanoic acid and/or its ester. After the step of bringing the extractant into contact with an aqueous medium, the two phases (aqueous and organic) are separated using any means known in the art. In one example, the two phases can be separated using a separating funnel. The two phases can also be separated using mixer-settlers, pulse columns, etc. In one example, in which the alkanoic acid is hexanoic acid, the separation of the extractant from the hexanoic acid can be carried out using distillation, taking into account that hexanoic acid is distilled at a much lower boiling point than the extractant. The person skilled in the art will be able to select the best method for separating the extraction medium from the desired alkanoic acid and/or its ester in step (b) depending on the characteristics of the alkanoic acid and/or its ester to be extracted. In particular, step (b) according to any aspect of the present invention provides for the recovery of the alkanoic acid from step (a). Bringing the alkanoic acid into contact with an organic extractant results in the formation of two phases, the two phases (aqueous and organic) are separated using any means known in the art. In one example, the two phases can be separated using a separating funnel. The two phases can also be separated using mixer-settlers, pulse columns, temperature separation, and the like. hexanoic acid is distilled at a much lower boiling point than the extractant. One skilled in the art will be able to select the best method for separating the extractant from the desired alkanoic acid depending on the characteristics of the alkanoic acid to be recovered.
Стадия (b) предпочтительно оканчивается органическим абсорбентом, доступным снова для рециклизации или повторного применения, предпочтительно на стадии (0) (см. ниже). Step (b) preferably ends with an organic absorbent available again for recycling or reuse, preferably in step (0) (see below).
Алкановая кислота и/или ее сложный эфир могут быть выбраны из группы, состоящей из алкановых кислот с 2–16 атомами углерода. В частности, алкановая кислота может быть выбрана из группы, состоящей из этановой кислоты, пропионовой кислоты, бутановой кислоты, пентановой кислоты, гексановой кислоты, гептановой кислоты, октановой кислоты, нонановой кислоты, декановой кислоты, ундекановой кислоты, додекановой кислоты, тридекановой кислоты, миристиновой кислоты, пентадекановой кислоты и пальмитиновой кислоты. Более конкретно, алкановая кислота может быть выбрана из группы, состоящей из алкановых кислот с 4–16, 4–14, 4–12, 4–10, 5–16, 5–14, 5–12, 5–10, 6–16, 6–14, 6–12 или 6–10 атомами углерода. Еще более конкретно, алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту. The alkanoic acid and/or its ester may be selected from the group consisting of alkanoic acids with 2-16 carbon atoms. In particular, the alkanoic acid may be selected from the group consisting of ethanoic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tridecanoic acid, myristic acid. acids, pentadecanoic acid and palmitic acid. More specifically, the alkanoic acid may be selected from the group consisting of alkanoic acids with 4-16, 4-14, 4-12, 4-10, 5-16, 5-14, 5-12, 5-10, 6- 16, 6–14, 6–12, or 6–10 carbon atoms. Even more specifically, alkanoic acid is hexanoic acid.
Сложноэфирная часть сложного эфира алкановой кислоты предпочтительно выбрана из группы, состоящей из метила, этила, изопропила, пропила, и изобутила, и бутила.The ester moiety of the alkanoic acid ester is preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, isopropyl, propyl, and isobutyl, and butyl.
В некоторых примерах микроорганизмы, способные продуцировать алкановую кислоту и/или ее сложный эфир, можно культивировать с любыми культуральной средой, субстратами, условиями и способами, в общем известными из уровня техники для культивирования бактерий. Это обеспечивает получение алкановой кислоты и/или ее сложного эфира с применением биотехнологического способа. В зависимости от микроорганизма, который применяют для получения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, изменяются подходящие среда для роста, значение pH, температура, скорость перемешивания, уровень инокулята и/или аэробные, микроаэробные или анаэробные условия. Специалист в данной области техники узнает другие условия, необходимые для осуществления способа согласно любому аспекту настоящего изобретения. В частности, условия в контейнере (например, ферментере) можно изменять в зависимости от применяемых микроорганизмов. Изменение условий таким образом, чтобы они подходили для оптимального функционирования микроорганизмов, находится в пределах знаний специалиста в данной области техники.In some examples, microorganisms capable of producing alkanoic acid and/or its ester can be cultured with any of the culture media, substrates, conditions, and methods generally known in the art for bacterial culture. This enables the production of alkanoic acid and/or its ester using a biotechnological process. Depending on the microorganism used to produce the alkanoic acid and/or its ester, suitable growth media, pH, temperature, stirring speed, inoculum level and/or aerobic, microaerobic or anaerobic conditions vary. One skilled in the art will recognize other conditions necessary to carry out the method according to any aspect of the present invention. In particular, the conditions in the container (eg fermenter) can be varied depending on the microorganisms used. Changing the conditions so that they are suitable for the optimal functioning of the microorganisms is within the knowledge of a person skilled in the art.
В одном примере способ согласно любому аспекту настоящего изобретения можно осуществлять в водной среде со значением pH от 5 до 8 или от 5,5 до 7. Давление может составлять от 1 до 10 бар. Микроорганизмы можно культивировать при температуре, находящейся в диапазоне от приблизительно 20°C до приблизительно 80°C. В одном примере микроорганизм можно культивировать при 37°C. In one example, the method according to any aspect of the present invention can be carried out in an aqueous medium with a pH value of from 5 to 8 or from 5.5 to 7. The pressure can be from 1 to 10 bar. Microorganisms can be cultured at a temperature ranging from about 20°C to about 80°C. In one example, the microorganism can be cultured at 37°C.
В некоторых примерах для роста микроорганизма и для продуцирования им алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, водная среда может содержать любые питательные вещества, ингредиенты и/или добавки, подходящие для выращивания микроорганизма или для стимулирования продуцирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. В частности, водная среда может содержать по меньшей мере одно из следующего: источников углерода, источников азота, таких как аммонийная соль, дрожжевой экстракт или пептон; минералов; солей; кофакторов; буферных средств; витаминов и любых других компонентов и/или экстрактов, которые могут стимулировать рост бактерий. Подлежащая применению культуральная среда должна соответствовать требованиям конкретных штаммов. Описания культуральных сред для различных микроорганизмов приведено в «Manual of Methods for General Bacteriology». In some examples, for the growth of a microorganism and for its production of an alkanoic acid and/or its ester, the aqueous medium may contain any nutrients, ingredients and/or additives suitable for growing the microorganism or for promoting the production of an alkanoic acid and/or its ester. In particular, the aqueous medium may contain at least one of the following: carbon sources, nitrogen sources such as ammonium salt, yeast extract or peptone; minerals; salts; cofactors; buffer funds; vitamins and any other ingredients and/or extracts that may stimulate bacterial growth. The culture medium to be used must meet the requirements of the particular strains. Descriptions of culture media for various microorganisms are given in the "Manual of Methods for General Bacteriology".
Соответственно, способ экстракции алкановой кислоты и/или ее сложного эфира согласно любому аспекту настоящего изобретения можно применять вместе с любым биотехнологическим способом получения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. Это особенно преимущественно поскольку, как правило, во время процесса ферментации с получением алкановой кислоты и/или ее сложного эфира с применением биологических способов, алкановую кислоту и/или ее сложный эфир будут оставлять для сбора в водной среде, и после достижения определенных значений концентрации в среде для ферментации как раз целевой продукт (алкановые кислоты и/или их сложный эфир) может подавлять активность и продуктивность микроорганизма. Таким образом, это ограничивает общий выход процесса ферментации. При применении данного способа экстракции алкановые кислоты и/или их сложный эфир экстрагируют по мере их продуцирования, таким образом снижая существенно ингибирование конечным продуктом.Accordingly, the method for extracting alkanoic acid and/or its ester according to any aspect of the present invention can be used in conjunction with any biotechnological method for producing alkanoic acid and/or its ester. This is especially advantageous since, as a rule, during the fermentation process to obtain an alkanoic acid and/or its ester using biological methods, the alkanoic acid and/or its ester will be left to be collected in an aqueous medium, and after reaching certain concentration values in in the fermentation medium, it is the target product (alkanoic acids and/or their ester) that can inhibit the activity and productivity of the microorganism. Thus, this limits the overall yield of the fermentation process. Using this extraction method, alkanoic acids and/or their ester are extracted as they are produced, thus significantly reducing the inhibition of the final product.
Способ согласно любому аспекту настоящего изобретения также является более эффективным и сокращающим затраты, чем традиционные способы удаления алкановых кислот и/или их сложного эфира, в частности, из способа ферментации по мере их продуцирования, поскольку не существует первичного упора на перегонку и/или осаждение с извлечением алкановых кислот и/или их сложного эфира. Способ перегонки или осаждения может приводить к более высоким производственным затратам, более низкому выходу и более высокой степени образования отходов производства, следовательно снижая общую эффективность способа. С помощью способа согласно любому аспекту настоящего изобретения предпринимают попытки преодолеть эти недостатки.The process according to any aspect of the present invention is also more efficient and cost-saving than conventional methods for removing alkanoic acids and/or their ester, in particular from a fermentation process as they are produced, since there is no primary focus on distillation and/or precipitation with recovering alkanoic acids and/or their ester. The distillation or precipitation process can lead to higher production costs, lower yields, and higher waste generation, hence reducing the overall efficiency of the process. With the method according to any aspect of the present invention attempts are made to overcome these shortcomings.
В одном примере алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту. В данном примере гексановую кислоту можно получать из синтез-газа. In one example, the alkanoic acid is hexanoic acid. In this example, hexanoic acid can be obtained from synthesis gas.
Синтез-газ можно превращать в гексановую кислоту в присутствии по меньшей мере одного вида ацетогенной бактерии и/или окисляющей водород бактерии. В частности, можно применять любой способ, известный из уровня техники. Гексановую кислоту можно получать из синтез-газа с помощью по меньшей мере одного рода прокариот. В частности, род прокариот может быть выбран из группы, состоящей из рода Escherichia, такого как Escherichia coli; из рода Clostridia, такого как Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans или Clostridium kluyveri; из рода Corynebacteria, такого как Corynebacterium glutamicum; из рода Cupriavidus, такого как Cupriavidus necator или Cupriavidus metallidurans; из рода Pseudomonas, такого как Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida или Pseudomonas oleavorans; из рода Delftia, такого как Delftia acidovorans; из рода Bacillus, такого как Bacillus subtillis; из рода Lactobacillus, такого как Lactobacillus delbrueckii; или из рода Lactococcus, такого как Lactococcus lactis. The synthesis gas can be converted to hexanoic acid in the presence of at least one acetogenic bacterium and/or hydrogen oxidizing bacterium. In particular, any method known from the prior art can be used. Hexanoic acid can be produced from synthesis gas using at least one kind of prokaryotes. In particular, the genus of prokaryotes may be selected from the group consisting of the genus Escherichia, such as Escherichia coli; from the genus Clostridia such as Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans or Clostridium kluyveri; from the genus Corynebacteria such as Corynebacterium glutamicum; from the genus Cupriavidus such as Cupriavidus necator or Cupriavidus metallidurans; from the genus Pseudomonas such as Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida or Pseudomonas oleavorans; from the genus Delftia such as Delftia acidovorans; from the genus Bacillus such as Bacillus subtillis; from the genus Lactobacillus such as Lactobacillus delbrueckii; or from the genus Lactococcus such as Lactococcus lactis.
В другом примере гексановую кислоту можно получать из синтез-газа с помощью по меньшей мере одного рода эукариот. Род эукариот, применяемый в способе по настоящему изобретению, может быть выбран из рода Aspergillus, такого как Aspergillus niger; из рода Saccharomyces, такого как Saccharomyces cerevisiae; из рода Pichia, такого как Pichia pastoris; из рода Yarrowia, такого как Yarrowia lipolytica; из рода Issatchenkia, такого как Issatchenkia orientalis; из рода Debaryomyces, такого как Debaryomyces hansenii; из рода Arxula, такого как Arxula adenoinivorans; или из рода Kluyveromyces, такого как Kluyveromyces lactis.In another example, hexanoic acid can be produced from synthesis gas using at least one eukaryotic genus. The genus of eukaryotes used in the method of the present invention may be selected from the genus Aspergillus, such as Aspergillus niger; from the genus Saccharomyces such as Saccharomyces cerevisiae; from the genus Pichia such as Pichia pastoris; from the genus Yarrowia such as Yarrowia lipolytica; from the genus Issatchenkia such as Issatchenkia orientalis; from the genus Debaryomyces such as Debaryomyces hansenii; from the genus Arxula such as Arxula adenoinivorans; or from the genus Kluyveromyces such as Kluyveromyces lactis.
Более конкретно, гексановую кислоту можно получать из синтез-газа с помощью любого способа, раскрытого в Steinbusch, 2011, Zhang, 2013, Van Eerten-Jansen, M. C. A. A, 2013, Ding H. et al, 2010, Barker H.A., 1949, Stadtman E.R., 1950, Bornstein B. T., et al., 1948 и т. п. Еще более конкретно, гексановую кислоту можно получать из синтез-газа в присутствии по меньшей мере Clostridium kluyveri. More specifically, hexanoic acid can be produced from synthesis gas using any of the methods disclosed in Steinbusch, 2011, Zhang, 2013, Van Eerten-Jansen, M. C. A. A, 2013, Ding H. et al, 2010, Barker H. A., 1949, Stadtman E.R., 1950, Bornstein B.T., et al., 1948, etc. Even more specifically, hexanoic acid can be produced from synthesis gas in the presence of at least Clostridium kluyveri.
Термин «ацетогенные бактерии», используемый в данном документе, относится к микроорганизму, который способен осуществлять путь Вуда-Льюнгдаля и, таким образом, способен превращать CO, CO2 и/или водород в ацетат. Эти микроорганизмы включают микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не осуществляют путь Вуда-Льюнгдаля, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. Такие микроорганизмы включают без ограничения клетки E. coli. Эти микроорганизмы также могут быть известны как карбоксидотрофные бактерии. В настоящее время, из уровня техники известен 21 род различных ацетогенных бактерий (Drake et al., 2006), и они также могут включать некоторые Clostridia (Drake & Kusel, 2005). Эти бактерии способны использовать диоксид углерода или монооксид углерода в качестве источника углерода с водородом в качестве источника энергии (Wood, 1991). Кроме того, спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, а также многочисленные гексозы также могут быть применены в качестве источника углерода (Drake et al., 2004). Восстановительный путь, который ведет к образованию ацетата, называется путем ацетил-CoA или Вуда-Льюнгдаля. В частности, ацетогенные бактерии могут быть выбраны из группы, состоящей из Acetoanaerobium notera (ATCC 35199), Acetonema longum (DSM 6540), Acetobacterium carbinolicum (DSM 2925), Acetobacterium malicum (DSM 4132), вида Acetobacterium № 446 (Morinaga et al., 1990, J. Biotechnol., Vol. 14, p. 187-194), Acetobacterium wieringae (DSM 1911), Acetobacterium woodii (DSM 1030), Alkalibaculum bacchi (DSM 22112), Archaeoglobus fulgidus (DSM 4304), Blautia producta (DSM 2950, ранее Ruminococcus productus, ранее Peptostreptococcus productus), Butyribacterium methylotrophicum (DSM 3468), Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 и DSM 23693), Clostridium carboxidivorans (DSM 15243), Clostridium coskatii (ATCC № PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (DSM 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757), Clostridium species ATCC 29797 (Schmidt et al., 1986, Chem. Eng. Commun., Vol. 45, p. 61-73), Desulfotomaculum kuznetsovii (DSM 6115), Desulfotomaculum thermobezoicum подвида thermosyntrophicum (DSM 14055), Eubacterium limosum (DSM 20543), Methanosarcina acetivorans C2A (DSM 2834), Moorella sp. HUC22-1 (Sakai et al., 2004, Biotechnol. Let., Vol. 29, p. 1607-1612), Moorella thermoacetica (DSM 521, ранее Clostridium thermoaceticum), Moorella thermoautotrophica (DSM 1974), Oxobacter pfennigii (DSM 322), Sporomusa aerivorans (DSM 13326), Sporomusa ovata (DSM 2662), Sporomusa silvacetica (DSM 10669), Sporomusa sphaeroides (DSM 2875), Sporomusa termitida (DSM 4440) и Thermoanaerobacter kivui (DSM 2030, ранее Acetogenium kivui).The term "acetogenic bacteria" as used herein refers to a microorganism that is capable of performing the Wood-Ljungdal pathway and thus is capable of converting CO, CO 2 and/or hydrogen to acetate. These microorganisms include microorganisms which, in their wild-type form, do not follow the Wood-Ljungdahl pathway but have acquired this trait through genetic modification. Such microorganisms include, without limitation, E. coli cells. These microorganisms may also be known as carboxydotrophic bacteria. Currently, 21 genera of various acetogenic bacteria are known in the art (Drake et al., 2006), and these may also include some Clostridia (Drake & Kusel, 2005). These bacteria are able to use carbon dioxide or carbon monoxide as a carbon source with hydrogen as an energy source (Wood, 1991). In addition, alcohols, aldehydes, carboxylic acids, as well as numerous hexoses can also be used as a carbon source (Drake et al., 2004). The reductive pathway that leads to the formation of acetate is called the acetyl-CoA or Wood-Ljungdahl pathway. In particular, the acetogenic bacteria may be selected from the group consisting of Acetoanaerobium notera (ATCC 35199), Acetonema longum (DSM 6540), Acetobacterium carbinolicum (DSM 2925), Acetobacterium malicum (DSM 4132), Acetobacterium spp. No. 446 (Morinaga et al. , 1990, J. Biotechnol., Vol. 14, pp. 187-194), Acetobacterium wieringae (DSM 1911), Acetobacterium woodii (DSM 1030), Alkalibaculum bacchi (DSM 22112), Archaeoglobus fulgidus (DSM 4304), Blautia producta ( DSM 2950, formerly Ruminococcus productus, formerly Peptostreptococcus productus), Butyribacterium methylotrophicum (DSM 3468), Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 and DSM 23693), Clostridium carboxidivorans (DSM 15243), Clostridium coskati No. PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (DSM 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI- 2 (ATCC 55380), Clos tridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757), Clostridium species ATCC 29797 (Schmidt et al., 198 Chem. Eng. Commun., Vol. 45, p. 61-73), Desulfotomaculum kuznetsovii (DSM 6115), Desulfotomaculum thermobezoicum subsp. thermosyntrophicum (DSM 14055), Eubacterium limosum (DSM 20543), Methanosarcina acetivorans C2A (DSM 2834), Moorella sp. HUC22-1 (Sakai et al., 2004, Biotechnol. Let., Vol. 29, p. 1607-1612), Moorella thermoacetica (DSM 521, formerly Clostridium thermoaceticum), Moorella thermoautotrophica (DSM 1974), Oxobacter pfennigii (DSM 322 ), Sporomusa aerivorans (DSM 13326), Sporomusa ovata (DSM 2662), Sporomusa silvacetica (DSM 10669), Sporomusa sphaeroides (DSM 2875), Sporomusa termitida (DSM 4440), and Thermoanaerobacter kivui (DSM 2030, formerly Acetogenium kivui).
Более конкретно, можно применять штамм ATCC BAA-624 Clostridium carboxidivorans. Еще более конкретно, можно применять бактериальный штамм Clostridium carboxidivorans, помеченный «P7» и «P11», который описан, например, в U.S. 2007/0275447 и U.S. 2008/0057554.More specifically, Clostridium carboxidivorans strain ATCC BAA-624 can be used. Even more specifically, a bacterial strain of Clostridium carboxidivorans labeled "P7" and "P11" which is described in, for example, U.S. 2007/0275447 and U.S. 2008/0057554.
Другим особенно подходящим видом бактерий может являться Clostridium ljungdahlii. В частности, штаммы, выбранные из группы, состоящей из Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii COL и Clostridium ljungdahlii O-52, могут быть использованы при превращении синтез-газа в гексановую кислоту. Эти штаммы, например, описаны в WO 98/00558, WO 00/68407, ATCC 49587, ATCC 55988 и ATCC 55989.Another particularly suitable bacterial species may be Clostridium ljungdahlii. In particular, strains selected from the group consisting of Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii COL and Clostridium ljungdahlii O-52 can be used in the conversion of synthesis gas to hexanoic acid. These strains are, for example, described in WO 98/00558, WO 00/68407, ATCC 49587, ATCC 55988 and ATCC 55989.
Ацетогенные бактерии можно применять совместно с окисляющими водород бактериями. В одном примере для получения гексановой кислоты из синтез-газа можно применять как ацетогенные бактерии, так и окисляющие водород бактерии. В другом примере для метаболизирования синтез-газа с получением гексановой кислоты из синтез-газа можно применять только ацетогенные бактерии. В еще другом примере в данной реакции можно применять исключительно окисляющие водород бактерии. Acetogenic bacteria can be used in conjunction with hydrogen oxidizing bacteria. In one example, both acetogenic bacteria and hydrogen oxidizing bacteria can be used to produce hexanoic acid from synthesis gas. In another example, only acetogenic bacteria can be used to metabolize syngas to produce hexanoic acid from syngas. In yet another example, only hydrogen-oxidizing bacteria can be used in this reaction.
Окисляющие водород бактерии могут быть выбраны из группы, состоящей из Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. O1, Kyrpidia, Metallosphaera, Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema, Variovorax, Xanthobacter и Wautersia.Hydrogen oxidizing bacteria may be selected from the group consisting of Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenovibrio Hydrogenophaga, Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, , Ideonella sp. O1, Kyrpidia, Metallosphaera, Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema, Variovorax, Xanthobacter and Wautersia.
При получении гексановой кислоты из синтез-газа можно применять комбинацию бактерий. Может присутствовать более одного вида ацетогенных бактерий в комбинации с одним или несколькими видами окисляющих водород бактерий. В другом примере может присутствовать, тем не менее, более одного типа ацетогенных бактерий. В еще одном примере может присутствовать, тем не менее, более одного вида окисляющих водород бактерий. Гексановая кислота, также известная как капроновая кислота, характеризуется общей формулой C5H11COOH. In the production of hexanoic acid from synthesis gas, a combination of bacteria can be used. More than one species of acetogenic bacteria may be present in combination with one or more species of hydrogen-oxidizing bacteria. In another example, however, more than one type of acetogenic bacteria may be present. In another example, however, more than one species of hydrogen-oxidizing bacteria may be present. Hexanoic acid, also known as caproic acid, has the general formula C 5 H 11 COOH.
В частности, способ получения гексановой кислоты может включать стадию:In particular, the process for producing hexanoic acid may include the step of:
- приведения синтез-газа в контакт с по меньшей мере одним видом бактерий, способных к осуществлению пути Вуда-Льюнгдаля и этанол-карбоксилатного ферментационного пути с получением гексановой кислоты.- bringing the synthesis gas into contact with at least one species of bacteria capable of implementing the Wood-Ljungdal pathway and the ethanol-carboxylate fermentation pathway to produce hexanoic acid.
Термин «приведение в контакт», используемый в данном документе, означает осуществление прямого контакта между алкановой кислотой и/или ее сложным эфиром в среде со средой для экстракции на стадии (a) и/или прямого контакта между микроорганизмом и синтез-газом. Например, клетка и среда, содержащая источник углерода, могут быть в различных отделениях. В частности, источник углерода может быть в газообразном состоянии и добавляться к среде, содержащей клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения. The term "contacting" as used herein means direct contact between the alkanoic acid and/or its ester in the medium with the extraction medium in step (a) and/or direct contact between the microorganism and the synthesis gas. For example, the cell and the medium containing the carbon source may be in different compartments. In particular, the carbon source may be in a gaseous state and added to the environment containing cells according to any aspect of the present invention.
В одном примере получение гексановой кислоты из синтез-газа может предусматривать применение ацетогенных бактерий совместно с бактерией, способной к продуцированию гексановой кислоты с использованием этанол-карбоксилатного ферментационного пути окисляющих водород бактерий. В одном примере для получения гексановой кислоты из синтез-газа можно применять как ацетогенные бактерии, так и окисляющие водород бактерии. Например, Clostridium ljungdahlii можно применять одновременно с Clostridium kluyveri. В другом примере для метаболизирования синтез-газа с получением гексановой кислоты из синтез-газа можно применять только ацетогенные бактерии. В данном примере ацетогенные бактерии могут быть способны к осуществлению как этанол-карбоксилатного ферментационного пути, так и пути Вуда-Льюнгдаля. В одном примере ацетогенные бактерии могут представлять собой C. carboxidivorans, которые могут быть способны к осуществлению как пути Вуда-Льюнгдаля, так и этанол-карбоксилатного ферментационного пути. In one example, the production of hexanoic acid from synthesis gas may involve the use of acetogenic bacteria in conjunction with a bacterium capable of producing hexanoic acid using the ethanol-carboxylate fermentation pathway of hydrogen-oxidizing bacteria. In one example, both acetogenic bacteria and hydrogen oxidizing bacteria can be used to produce hexanoic acid from synthesis gas. For example, Clostridium ljungdahlii can be used simultaneously with Clostridium kluyveri. In another example, only acetogenic bacteria can be used to metabolize syngas to produce hexanoic acid from syngas. In this example, acetogenic bacteria may be capable of performing both the ethanol-carboxylate fermentation pathway and the Wood-Ljungdahl pathway. In one example, the acetogenic bacteria may be C. carboxidivorans, which may be capable of both the Wood-Ljungdahl pathway and the ethanol-carboxylate fermentation pathway.
Этанол-карбоксилатный ферментационный путь подробно описан в по меньшей мере Seedorf, H., et al., 2008. Организм может быть выбран из группы, состоящей из Clostridium kluyveri, C. carboxidivorans и т. п. Такие микроорганизмы включают микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не осуществляют этанол-карбоксилатный ферментационный путь, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. В частности, микроорганизм может представлять собой Clostridium kluyveri.The ethanol-carboxylate fermentation pathway is described in detail in at least Seedorf, H., et al., 2008. The organism may be selected from the group consisting of Clostridium kluyveri, C. carboxidivorans, and the like. Such microorganisms include microorganisms that in their the wild-type form does not carry out the ethanol-carboxylate fermentation pathway, but acquired this trait as a result of genetic modification. In particular, the microorganism may be Clostridium kluyveri.
В одном примере бактерии, применяемые согласно любому аспекту настоящего изобретения, выбраны из группы, состоящей из Clostridium kluyveri и C. carboxidivorans.In one example, the bacteria used in accordance with any aspect of the present invention are selected from the group consisting of Clostridium kluyveri and C. carboxidivorans.
В частности, клетки приводят в контакт с источником углерода, который включает моносахариды (такие как глюкоза, галактоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза или ксилулоза), дисахариды (такие как лактоза или сахароза), олигосахариды и полисахариды (такие как крахмал или целлюлоза), субстраты с одним атомом углерода и/или их смеси. Более конкретно, клетки приводят в контакт с источником углерода, содержащим CO и/или CO2, с получением алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. In particular, cells are brought into contact with a carbon source that includes monosaccharides (such as glucose, galactose, fructose, xylose, arabinose or xylulose), disaccharides (such as lactose or sucrose), oligosaccharides and polysaccharides (such as starch or cellulose), substrates with one carbon atom and/or mixtures thereof. More specifically, the cells are brought into contact with a carbon source containing CO and/or CO 2 to obtain an alkanoic acid and/or its ester.
Применительно к источнику субстратов, содержащих диоксид углерода и/или монооксид углерода, специалист в данной области техники поймет, что существует множество возможных источников для обеспечения CO и/или CO2 в качестве источника углерода. Можно увидеть, что на практике в качестве источника углерода по настоящему изобретению можно применять любой газ или любую смесь газов, которые способны предоставить микроорганизмам достаточные количества углерода, так чтобы мог быть образован ацетат и/или этанол из источника CO и/или CO2. With regard to the source of substrates containing carbon dioxide and/or carbon monoxide, the person skilled in the art will understand that there are many possible sources for providing CO and/or CO 2 as a carbon source. It can be seen that any gas, or any mixture of gases, which is capable of providing sufficient amounts of carbon to the microorganisms so that acetate and/or ethanol can be formed from the source of CO and/or CO 2 can be used as the carbon source of the present invention in practice.
Как правило, для клетки по настоящему изобретению источник углерода предусматривает по меньшей мере 50% по весу, по меньшей мере 70% по весу, в частности по меньшей мере 90% по весу CO2 и/или CO, где доли в процентах по весу - % относятся ко всем источникам углерода, которые доступны для клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения. Может быть предусмотрен источник, представляющий собой углеродный материал. Typically, for a cell of the present invention, the carbon source provides at least 50% by weight, at least 70% by weight, in particular at least 90% by weight of CO 2 and/or CO, where the percentages by weight are % refer to all carbon sources that are available to the cell according to any aspect of the present invention. A source may be provided which is a carbon material.
Примеры источников углерода в газообразных формах включают отработанные газы, такие как синтез-газ, топочный газ и газы от переработки нефтепродуктов, полученные при дрожжевой ферментации или ферментации с помощью клостридий. Эти отработанные газы образуются при газификации содержащих целлюлозу материалов или газификации угля. В одном примере эти отработанные газы не обязательно получают в виде побочных продуктов других процессов, но могут специально получать для применения со смешанной культурой по настоящему изобретению.Examples of carbon sources in gaseous forms include waste gases such as synthesis gas, flue gas, and gases from petroleum refining from yeast fermentation or clostridia fermentation. These waste gases are generated during the gasification of cellulose-containing materials or the gasification of coal. In one example, these waste gases are not necessarily obtained as by-products of other processes, but may be specifically obtained for use with the mixed culture of the present invention.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения источником углерода может быть синтез-газ, в том числе для получения ацетата и/или этанола, применяемых на стадии (0) (см. ниже) согласно любому аспекту настоящего изобретения. Синтез-газ можно, например, получать в виде побочного продукта газификации угля. Соответственно, микроорганизм согласно любому аспекту настоящего изобретения может быть способен к превращению вещества, которое представляет собой отходы производства, в ценный ресурс.According to any aspect of the present invention, the carbon source may be synthesis gas, including for the production of acetate and/or ethanol used in step (0) (see below) according to any aspect of the present invention. Synthesis gas can, for example, be obtained as a by-product of coal gasification. Accordingly, a microorganism according to any aspect of the present invention may be capable of converting a waste material into a valuable resource.
В другом примере синтез-газ может быть побочным продуктом газификации широкодоступных, недорогих сельскохозяйственных сырьевых материалов для применения со смешанной культурой по настоящему изобретению с получением замещенных и незамещенных органических соединений. In another example, synthesis gas may be a by-product of the gasification of widely available, inexpensive agricultural raw materials for use with the mixed crop of the present invention to produce substituted and unsubstituted organic compounds.
Существуют многочисленные примеры сырьевых материалов, которые можно превращать в синтез-газ, поскольку почти все формы растительности могут быть использованы для этой цели. В частности, сырьевые материалы выбраны из группы, состоящей из многолетних трав, таких как мискантус, остатков кукурузы, отходов переработки, таких как опилки, и т. п.There are numerous examples of raw materials that can be converted into synthesis gas, since almost all forms of vegetation can be used for this purpose. In particular, the raw materials are selected from the group consisting of perennial grasses such as miscanthus, corn residues, processing residues such as sawdust, and the like.
В целом, синтез-газ можно получать в устройстве для газификации сухой биомассы в основном за счет пиролиза, частичного окисления и парового риформинга, где первичными продуктами синтез-газа являются CO, H2 и CO2. Синтез-газ также может быть продуктом электролиза CO2. Специалист в данной области техники узнает подходящие условия для проведения электролиза CO2 для получения синтез-газа, содержащего СО в требуемом количестве.In general, synthesis gas can be produced in a dry biomass gasifier mainly by pyrolysis, partial oxidation and steam reforming, where the primary products of the synthesis gas are CO, H 2 and CO 2 . Synthesis gas can also be a CO 2 electrolysis product. One skilled in the art will recognize suitable conditions for carrying out electrolysis of CO 2 to produce synthesis gas containing CO in the desired amount.
Как правило, часть синтез-газа, полученного в процессе газификации, сначала обрабатывают, чтобы оптимизировать значения выхода продукта и предотвратить образование смолы. Крекинг нежелательных смолы и CO в синтез-газе можно выполнять с использованием извести и/или доломита. Эти процессы подробно описаны, например, в Reed, 1981. Typically, a portion of the synthesis gas produced from the gasification process is first treated to optimize yield values and prevent tar formation. Cracking of unwanted tar and CO in the synthesis gas can be done using lime and/or dolomite. These processes are described in detail, for example, in Reed, 1981.
Общая эффективность, производительность по алкановой кислоте и/или ее сложному эфиру и/или общий захват углерода в способе по настоящему изобретению могут зависеть от стехиометрии CO2, CO и H2 в непрерывном газовом потоке. Подводимые непрерывные газовые потоки могут состоять из CO2 и H2. В частности, в непрерывном газовом потоке диапазон концентраций CO2 может составлять приблизительно 10–50%, в частности 3% по весу, и H2 будет в пределах от 44% до 84%, в частности от 64 до 66,04%, по весу. В другом примере непрерывный газовый поток также может предусматривать инертные газы, подобные N2, вплоть до концентрации N2, составляющей 50% по весу.The overall efficiency, productivity for alkanoic acid and/or its ester and/or overall carbon uptake in the process of the present invention may depend on the stoichiometry of CO 2 , CO and H 2 in the continuous gas stream. The continuous gas streams supplied may consist of CO 2 and H 2 . In particular, in a continuous gas stream, the CO 2 concentration range may be approximately 10-50%, in particular 3% by weight, and H 2 will be in the range from 44% to 84%, in particular from 64 to 66.04%, according to weight. In another example, the continuous gas stream may also include inert gases like N 2 up to an N 2 concentration of 50% by weight.
Смеси источников можно использовать в качестве источника углерода.Mixtures of sources can be used as a carbon source.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения восстановитель, например водород, можно подавать вместе с источником углерода. В частности, этот водород можно подавать, когда подают и/или используют С и/или CO2. В одном примере газообразный водород является частью синтез-газа, присутствующего согласно любому аспекту настоящего изобретения. В другом примере, где газообразного водорода в синтез-газе недостаточно для способа по настоящему изобретению, можно подавать дополнительный газообразный водород.According to any aspect of the present invention, a reducing agent, such as hydrogen, may be supplied along with the carbon source. In particular, this hydrogen can be supplied when C and/or CO 2 are supplied and/or used. In one example, hydrogen gas is part of the synthesis gas present according to any aspect of the present invention. In another example, where hydrogen gas in the synthesis gas is insufficient for the process of the present invention, additional hydrogen gas may be supplied.
В одном примере алкановая кислота представляет собой гексановую кислоту. Более конкретно, источник углерода, содержащий CO и/или CO2, контактирует с клетками в непрерывном газовом потоке. Еще более конкретно, непрерывный газовый поток содержит синтез-газ. Эти газы можно подавать, например, с применением отдельных сопел, которые открываются в водную среду, фритт, мембран внутри трубы подачи газа в водную среду и т. п.In one example, the alkanoic acid is hexanoic acid. More specifically, a carbon source containing CO and/or CO 2 is contacted with the cells in a continuous gas stream. Even more specifically, the continuous gas stream contains synthesis gas. These gases can be supplied, for example, using separate nozzles that open into the aqueous medium, frits, membranes inside the gas supply pipe to the aqueous medium, and the like.
Специалист в данной области техники поймет, что может быть необходимо контролировать состав и скорости потока струй через определенные промежутки времени. Контроль состава потока может быть достигнут путем изменения пропорций составляющих его струй для достижения целевого или требуемого состава. Состав и скорость потока смешанного потока можно контролировать любыми средствами, известными из уровня техники. В одном примере систему адаптируют для непрерывного контроля скоростей потока и составов по меньшей мере двух струй и объединения их для получения единой смешанной струи субстрата в непрерывном газовом потоке оптимального состава и средств для прохождения оптимизированного потока субстрата в ферментер.One skilled in the art will appreciate that it may be necessary to control the composition and flow rates of the jets at certain time intervals. Control of the composition of a stream can be achieved by changing the proportions of its constituent jets to achieve a target or desired composition. The composition and flow rate of the mixed stream can be controlled by any means known in the art. In one example, the system is adapted to continuously control the flow rates and compositions of at least two jets and combine them to produce a single mixed substrate jet in a continuous gas stream of optimal composition and a means to pass the optimized substrate stream to the fermenter.
Термин «водный раствор» или «среда» включает любой раствор, содержащий воду, в основном воду, в качестве растворителя, который можно применять для сохранения клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения по меньшей мере временно в метаболически активном и/или жизнеспособном состоянии, и содержит, если такое необходимо, любые дополнительные субстраты. Специалисту в данной области техники известны способы получения многочисленных водных растворов, обычно называемых средами, которые можно применять для сохранения культуры и/или клеток, например LB-среда в случае E. coli, можно применять ATCC1754-среду в случае C. ljungdahlii. Преимущественным является применение в качестве водного раствора минимальной среды, т. е. среды с достаточно простым составом, которая содержит только минимальный набор солей и питательных веществ, необходимых для сохранения клетки в метаболически активном и/или жизнеспособном состоянии, в отличие от сложных сред, во избежание необязательных загрязнений продуктов нежелательными побочными продуктами. Например, в качестве минимальной среды можно применять среду M9. Клетки инкубируют с источником углерода достаточно долго для получения необходимого продукта. Например, в течение по меньшей мере 1, 2, 4, 5, 10 или 20 часов. Выбранная температура должна быть такой, чтобы клетки согласно любому аспекту настоящего изобретения оставались каталитически компетентными и/или метаболически активными, например от 10 до 42°C, предпочтительно от 30 до 40°C, в частности от 32 до 38°C в случае, если клетка представляет собой клетку C. ljungdahlii. Водная среда согласно любому аспекту настоящего изобретения также предусматривает среду, в которой получают алкановую кислоту и/или ее сложный эфир. В основном это относится к среде, в которой раствор содержит в основном воду. В одном примере водная среда, в которой клетки используют для получения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, представляет собой именно ту среду, которая контактирует со средой для экстракции с целью экстракции алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. The term "aqueous solution" or "medium" includes any solution containing water, mainly water, as a solvent, which can be used to maintain a cell according to any aspect of the present invention at least temporarily in a metabolically active and/or viable state, and contains if necessary, any additional substrates. The person skilled in the art is aware of methods for preparing numerous aqueous solutions, commonly referred to as media, which can be used to preserve the culture and/or cells, eg LB medium in the case of E. coli, ATCC1754 medium can be used in the case of C. ljungdahlii. It is preferable to use a minimal medium as an aqueous solution, i.e. a medium with a fairly simple composition, which contains only the minimum set of salts and nutrients necessary to maintain the cell in a metabolically active and / or viable state, in contrast to complex media, in avoiding unnecessary contamination of products with unwanted by-products. For example, the M9 environment can be used as the minimum environment. Cells are incubated with a carbon source long enough to obtain the desired product. For example, for at least 1, 2, 4, 5, 10, or 20 hours. The selected temperature should be such that the cells according to any aspect of the present invention remain catalytically competent and/or metabolically active, for example from 10 to 42°C, preferably from 30 to 40°C, in particular from 32 to 38°C in case the cell is a C. ljungdahlii cell. The aqueous medium according to any aspect of the present invention also provides for a medium in which the alkanoic acid and/or its ester is prepared. It mainly refers to a medium in which the solution contains mainly water. In one example, the aqueous medium in which the cells are used to produce the alkanoic acid and/or its ester is the one that is contacted with the extraction medium to extract the alkanoic acid and/or its ester.
В частности, смесь микроорганизма и источника углерода согласно любому аспекту настоящего изобретения можно применять в любом известном биореакторе или ферментере для осуществления любого аспекта настоящего изобретения. В одном примере полный способ согласно любому аспекту настоящего изобретения, который начинается с получения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира и оканчивается экстракцией алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, происходит в одном контейнере. Следовательно может не быть стадии разделения между стадией получения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира и стадией экстрагирования алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. Это сохраняет время и затраты. В частности, во время процесса ферментации микроорганизм можно выращивать в водной среде и в присутствии среды для экстракции. Таким образом, способ согласно любому аспекту настоящего изобретения предусматривает однореакторное устройство для получения алкановых кислот и/или их сложного эфира. Кроме того, поскольку алкановую кислоту и/или ее сложный эфир экстрагируют по мере продуцирования, никакого ингибирования конечным продуктом не происходит, что обеспечивает поддержание выхода алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. Дополнительную стадию разделения можно проводить с удалением алкановой кислоты и/или ее сложного эфира. Можно применять любой способ разделения, известный из уровня техники, такой как с использованием воронки, колонки, перегонки и т. п. Оставшиеся экстрагент и/или клетки затем можно рециклировать.In particular, the mixture of microorganism and carbon source according to any aspect of the present invention can be used in any known bioreactor or fermenter to carry out any aspect of the present invention. In one example, the complete process according to any aspect of the present invention, which begins with the preparation of the alkanoic acid and/or its ester and ends with the extraction of the alkanoic acid and/or its ester, takes place in a single container. Therefore, there may not be a separation step between the step of obtaining the alkanoic acid and/or its ester and the step of extracting the alkanoic acid and/or its ester. This saves time and costs. In particular, during the fermentation process, the microorganism can be grown in an aqueous medium and in the presence of an extraction medium. Thus, the method according to any aspect of the present invention provides a one-pot device for the production of alkanoic acids and/or their ester. In addition, since the alkanoic acid and/or its ester is extracted as it is produced, no inhibition by the final product occurs, which ensures that the yield of the alkanoic acid and/or its ester is maintained. An additional separation step may be carried out to remove the alkanoic acid and/or its ester. Any separation method known in the art can be used, such as using a funnel, column, distillation, etc. The remaining extractant and/or cells can then be recycled.
В другом примере способ экстракции может происходить в качестве отдельной стадии и/или в другом реакторе. После осуществления ферментации, при которой уже получили необходимую алкановую кислоту и/или ее сложный эфир, подлежащие экстрагированию, экстрагент согласно любому аспекту настоящего изобретения можно добавлять к среде для ферментации или среду для ферментации можно добавлять в реактор, содержащий экстрагент. Затем можно экстрагировать необходимую алкановую кислоту и/или ее сложный эфир с помощью любого способа разделения, известного из уровня техники, такого как с использованием воронки, колонки, перегонки и т. п. Оставшийся экстрагент затем можно рециклировать.In another example, the extraction process may take place as a separate step and/or in a different reactor. After a fermentation has been carried out that has already produced the desired alkanoic acid and/or its ester to be extracted, the extractant according to any aspect of the present invention may be added to the fermentation medium, or the fermentation medium may be added to the reactor containing the extractant. The desired alkanoic acid and/or its ester can then be extracted using any separation method known in the art, such as using a funnel, column, distillation, etc. The remaining extractant can then be recycled.
Другое преимущество способа заключается в том, что экстрагент можно рециклировать. Следовательно, как только алкановую кислоту и/или ее сложный эфир отделяют от среды для экстракции, среду для экстракции можно рециклировать и повторно применять, снижая количество отходов.Another advantage of the process is that the extractant can be recycled. Therefore, once the alkanoic acid and/or its ester is separated from the extraction medium, the extraction medium can be recycled and reused, reducing waste.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрено применение смеси по меньшей мере одного алкилфосфиноксида, предпочтительно триоктилфосфиноксида (TOPO), и алкана для экстрагирования алкановой кислоты из водной среды, при этом алкан содержит по меньшей мере 12 атомов углерода. В частности, алкан может содержать от 12 до 18 атомов углерода. Более конкретно, алкан может представлять собой гексадекан. Еще более конкретно, алкановая кислота и/или ее сложный эфир выбраны из группы, состоящей из алкановых кислот с 4–16 атомами углерода. В одном примере алкановая кислота может представлять собой гексановую кислоту. According to another aspect of the present invention, the use of a mixture of at least one alkylphosphine oxide, preferably trioctylphosphine oxide (TOPO), and an alkane is contemplated for extracting an alkanoic acid from an aqueous medium, the alkane having at least 12 carbon atoms. In particular, an alkane may contain from 12 to 18 carbon atoms. More specifically, the alkane may be hexadecane. Even more specifically, the alkanoic acid and/or its ester is selected from the group consisting of alkanoic acids with 4-16 carbon atoms. In one example, the alkanoic acid may be hexanoic acid.
В предпочтительном способе в соответствии с настоящим изобретением этанол и/или ацетат применяют в качестве исходного материала.In a preferred process according to the present invention, ethanol and/or acetate is used as starting material.
С помощью такого предпочтительного способа в соответствии с настоящим изобретением экстрагируют алкановую кислоту и/или ее сложный эфир, полученные из этанола и/или ацетата, и он включает стадию (0) перед стадией (a):With such a preferred method according to the present invention, the alkanoic acid and/or its ester derived from ethanol and/or acetate is extracted and includes step (0) before step (a):
(1) приведение этанола и/или ацетата в контакт с по меньшей мере одним видом микроорганизмов, способных к осуществлению удлинения углеродной цепи в водной среде с получением алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из этанола и/или ацетата.(1) contacting ethanol and/or acetate with at least one species of microorganism capable of performing carbon chain extension in an aqueous medium to produce alkanoic acid and/or its ester from ethanol and/or acetate.
В соответствии с предпочтительным способом в соответствии с настоящим изобретением водную среду после стадии (b) разделения алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, можно рециклировать обратно на стадию (0). Данная стадия рециклизации предусматривает рециклизацию и повторное применение микроорганизмов, поскольку экстрагент в соответствии с настоящим изобретением является нетоксичным для микроорганизмов. Данная стадия рециклизации водной среды в способе в соответствии с настоящим изобретением обладает дополнительным преимуществом обеспечения возможности подвергать остаток алкановой кислоты и/или ее сложного эфира, который не был экстрагирован в первую очередь со стадий (a) и (b) в первом цикле, экстрагированию в течение дополнительного времени или столько раз, сколько рециклируют водную среду.According to a preferred process according to the present invention, the aqueous medium after separation step (b) of the alkanoic acid and/or its ester can be recycled back to step (0). This recycling step involves the recycling and reuse of microorganisms, since the extractant according to the present invention is non-toxic to microorganisms. This aqueous medium recycling step in the process of the present invention has the additional advantage of being able to subject the residue of the alkanoic acid and/or its ester that was not extracted in the first place from steps (a) and (b) in the first cycle to extraction in for additional time or as many times as the aqueous medium is recycled.
Микроорганизм на (0), способный к осуществлению удлинения углеродной цепи с получением алкановой кислоты, может представлять собой любой организм, который может быть способен к удлинению углеродной цепи (см. Jeon et al. Biotechnol Biofuels (2016) 9:129). Путь удлинения углеродной цепи также раскрыт в Seedorf, H., et al., 2008. Микроорганизмы согласно любому аспекту настоящего изобретения также могут предусматривать микроорганизмы, которые в их форме дикого типа не способны к удлинению углеродной цепи, но приобрели этот признак в результате генетической модификации. В частности, вид микроорганизмов на (0) может быть выбран из группы, состоящей из Clostridium carboxidivorans, Clostridium kluyveri и C. pharus. В частности, микроорганизм согласно любому аспекту настоящего изобретения может представлять собой Clostridium kluyveri.The microorganism at (0) capable of performing carbon chain extension to produce alkanoic acid can be any organism that can be capable of carbon chain extension (see Jeon et al. Biotechnol Biofuels (2016) 9:129). The carbon chain extension pathway is also disclosed in Seedorf, H., et al., 2008. Microorganisms according to any aspect of the present invention may also include microorganisms that, in their wild-type form, are not capable of carbon chain extension, but have acquired this trait through genetic modification. . In particular, the species of microorganisms on (0) may be selected from the group consisting of Clostridium carboxidivorans, Clostridium kluyveri and C. pharus. In particular, the microorganism according to any aspect of the present invention may be Clostridium kluyveri.
На стадии (0) согласно любому аспекту настоящего изобретения этанол и/или ацетат приводят в контакт с по меньшей мере одним видом микроорганизмов, способных к осуществлению удлинения углеродной цепи с получением алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из этанола и/или ацетата. В одном примере источником углерода может быть этанол в комбинации с по меньшей мере одним другим источником углерода, выбранным из группы, состоящей из ацетата, пропионата, бутирата, изобутирата, валерата и гексаноата. В частности, источником углерода может быть этанол и ацетат. В другом примере источником углерода может быть комбинация пропионовой кислоты и этанола, ацетата и этанола, изомасляной кислоты и этанола или масляной кислоты и этанола. В одном примере углеродным субстратом может быть этанол сам по себе. В другом примере углеродным субстратом может быть ацетат сам по себе. In step (0), according to any aspect of the present invention, ethanol and/or acetate is contacted with at least one species of microorganism capable of carrying out carbon chain extension to form an alkanoic acid and/or its ester from ethanol and/or acetate. In one example, the carbon source may be ethanol in combination with at least one other carbon source selected from the group consisting of acetate, propionate, butyrate, isobutyrate, valerate, and hexanoate. In particular, the carbon source may be ethanol and acetate. In another example, the carbon source may be a combination of propionic acid and ethanol, acetate and ethanol, isobutyric acid and ethanol, or butyric acid and ethanol. In one example, the carbon substrate may be ethanol itself. In another example, the carbon substrate may be acetate itself.
Источник ацетата и/или этанола может изменяться в зависимости от доступности. В одном примере этанол и/или ацетат может быть продуктом ферментации синтез-газа или любого углевода, известного из уровня техники. В частности, источник углерода для получения ацетата и/или этанола может быть выбран из группы, состоящей из спиртов, альдегидов, глюкозы, сахарозы, фруктозы, декстрозы, лактозы, ксилозы, пентозы, полиола, гексозы, этанола и синтез-газа. Смеси источников можно использовать в качестве источника углерода.The source of acetate and/or ethanol may vary depending on availability. In one example, ethanol and/or acetate can be a fermentation product of synthesis gas or any carbohydrate known in the art. In particular, the carbon source for the production of acetate and/or ethanol may be selected from the group consisting of alcohols, aldehydes, glucose, sucrose, fructose, dextrose, lactose, xylose, pentose, polyol, hexose, ethanol, and synthesis gas. Mixtures of sources can be used as a carbon source.
Еще более конкретно, источником углерода может быть синтез-газ. Синтез-газ можно превращать в этанол и/или ацетат в присутствии по меньшей мере одного вида ацетогенных бактерий.Even more specifically, the carbon source may be synthesis gas. The synthesis gas can be converted to ethanol and/or acetate in the presence of at least one species of acetogenic bacteria.
В одном примере получение алкановой кислоты и/или ее сложного эфира из ацетата и/или этанола, который получен из синтез-газа, может предусматривать применение ацетогенных бактерий совместно с микроорганизмом, способным к удлинению углеродной цепи. Например, Clostridium ljungdahlii можно применять одновременно с Clostridium kluyveri. В другом примере одиночная клетка ацетогенных бактерий может быть способна к активности обоих организмов. Например, ацетогенные бактерии могут представлять собой C. carboxidivorans, которые могут быть способны к осуществлению как пути Вуда-Льюнгдаля, так и пути удлинения углеродной цепи. In one example, the preparation of an alkanoic acid and/or its ester from acetate and/or ethanol, which is obtained from synthesis gas, may involve the use of acetogenic bacteria in conjunction with a microorganism capable of carbon chain extension. For example, Clostridium ljungdahlii can be used simultaneously with Clostridium kluyveri. In another example, a single cell of acetogenic bacteria may be capable of the activity of both organisms. For example, acetogenic bacteria may be C. carboxidivorans, which may be capable of both the Wood-Ljungdahl pathway and the carbon chain extension pathway.
Этанол и/или ацетат, применяемые на стадии (0) согласно любому аспекту настоящего изобретения, могут быть продуктом ферментации синтез-газа или могут быть получены с помощью других способов. Этанол и/или ацетат затем можно приводить в контакт с микроорганизмом на стадии (0). The ethanol and/or acetate used in step (0) according to any aspect of the present invention may be a synthesis gas fermentation product or may be produced by other means. Ethanol and/or acetate can then be brought into contact with the microorganism in step (0).
Термин «приведение в контакт», используемый в данном документе, означает осуществление прямого контакта между микроорганизмом и этанолом и/или ацетатом. В одном примере этанол представляет собой источник углерода и приведение в контакт на стадии (0) предусматривает приведение этанола в контакт с микроорганизмом из стадии (0). Контакт может являться прямым контактом или непрямым, что может предусматривать отделение мембраной или т. п. клеток от этанола, или случаи, когда клетки и этанол могут содержаться в двух различных отделениях и т. д. Например, на стадии (a) алкановая кислота и/или ее сложный эфир и экстрагент могут быть в различных отделениях. The term "bringing into contact", as used in this document, means the implementation of direct contact between the microorganism and ethanol and/or acetate. In one example, ethanol is the carbon source and contacting in step (0) involves bringing the ethanol into contact with the microorganism from step (0). The contact may be direct contact or indirect, which may involve the separation of cells from ethanol by a membrane or the like, or cases where cells and ethanol may be contained in two different compartments, etc. For example, in step (a), alkanoic acid and /or its ester and extractant may be in different compartments.
Согласно любому аспекту настоящего изобретения, где экстракцию проводят на стадии (a) по мере прохождения ферментации на стадии (0), время экстракции может быть эквивалентным времени ферментации.According to any aspect of the present invention where the extraction is carried out in step (a) as the fermentation progresses in step (0), the extraction time may be equivalent to the fermentation time.
ПримерыExamples
Вышеизложенное описывает предпочтительные варианты осуществления, которые, как будет понятно специалистам в данной области техники, могут подвергаться изменениям или модификациям при разработке, конструировании или эксплуатации без отклонения от объема формулы изобретения. Подразумевается, что эти изменения, например, охвачены объемом формулы изобретения.The foregoing describes preferred embodiments, which, as will be appreciated by those skilled in the art, may be subject to change or modification during development, construction, or operation without departing from the scope of the claims. It is understood that these changes, for example, are covered by the scope of the claims.
Пример 1Example 1
Получение с помощью Clostridium kluyveri масляной кислоты из ацетата и этанола Preparation of butyric acid from acetate and ethanol with Clostridium kluyveri
Для биологического превращения этанола и ацетата в масляную кислоту применяли бактерию Clostridium kluyveri. Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.For the biological conversion of ethanol and acetate to butyric acid, the bacterium Clostridium kluyveri was used. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 100 мл среды DMSZ52 (pH = 7,0; 10 г/л K-ацетата, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 x 7H2O, 1 г/л дрожжевого экстракта, 0,50 мг/л резазурина, 10 мкл/л HCl (25%, 7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 x 4H2O, 70 мкг/л ZnCl2 x 7H2O, 100 мкг/л MnCl2 x 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 x 6H2O, 2 мкг/л CuCl2 x 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 x 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 x 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 x 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 x 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 0,25 г/л цистеин-HCl x H2O, 0,25 г/л Na2S x 9H2O) в колбе объемом 250 мл инокулировали 5 мл замороженной криокультуры Clostridium kluyveri и инкубировали при 37°C в течение 144 ч. до OD600 нм > 0,2.For pre-culture 100 ml DMSZ52 medium (pH = 7.0; 10 g/l K-acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 x 7H 2 O, 1 g/l yeast extract, 0.50 mg/l resazurin, 10 µl/l HCl (25%, 7.7 M), 1, 5 mg/l FeCl 2 x 4H 2 O, 70 µg/l ZnCl 2 x 7H 2 O, 100 µg/l MnCl 2 x 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 x 6H 2 O, 2 µg/l CuCl 2 x 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 x 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 x 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 x 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 x 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride, 200 µg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 0.25 g/l cysteine-HCl x H 2 O, 0.25 g/l Na 2 S x 9H 2 O) in a 250 ml flask was inoculated with 5 ml of frozen Clostridium kluyveri cryoculture and incubated at 37°C for 144 h up to OD 600 nm > 0.2.
Для получения основной культуры 200 мл свежей среды DMSZ52 в колбе объемом 500 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Данную растущую культуру инкубировали при 37°C в течение 27 ч. до OD600 нм > 0,6. Затем суспензию клеток центрифугировали, промывали с помощью буфера для получения (pH 6,0; 8,32 г/л K-ацетата, 0,5 г/л этанола) и снова центрифугировали.To obtain the main culture, 200 ml of fresh DMSZ52 medium in a 500 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. This growing culture was incubated at 37°C for 27 hours until OD 600 nm > 0.6. The cell suspension was then centrifuged, washed with preparation buffer (pH 6.0; 8.32 g/l K-acetate, 0.5 g/l ethanol) and centrifuged again.
Для получения культуры для продуцирования 200 мл буфера для получения в колбе объемом 500 мл инокулировали промытыми клетками из основной культуры до OD600 нм, составляющей 0,2. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали в течение 71 ч. при 37°C и 100 об./мин. на открытой водяной бане со встряхиванием. Образцы отбирали в начале и в конце периода культивирования. Их тестировали в отношении оптической плотности, значения pH и различных аналитов (тестировали с помощью ЯМР). To obtain a production culture, 200 ml of production buffer in a 500 ml flask was inoculated with washed cells from the main culture to an OD of 600 nm of 0.2. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated for 71 hours at 37°C and 100 rpm. in an open water bath with shaking. Samples were taken at the beginning and at the end of the culture period. They were tested for optical density, pH value and various analytes (tested by NMR).
Из результатов видно, что в фазе получения количество ацетата снижалось от 5,5 г/л до 5,0 г/л, и количество этанола снижалось от 0,5 г/л до 0,0 г/л. Кроме того, концентрация масляной кислоты повышалась от 0,05 г/л до 0,8 г/л, и концентрация гексановой кислоты повышалась от 0,005 г/л до 0,1 г/л.It can be seen from the results that in the production phase, the amount of acetate decreased from 5.5 g/l to 5.0 g/l, and the amount of ethanol decreased from 0.5 g/l to 0.0 g/l. In addition, the concentration of butyric acid increased from 0.05 g/L to 0.8 g/L, and the concentration of hexanoic acid increased from 0.005 g/L to 0.1 g/L.
Пример 2Example 2
Получение с помощью Clostridium kluyveri гексановой кислоты из ацетата и этанола Preparation of hexanoic acid from acetate and ethanol with Clostridium kluyveri
Для биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту применяли бактерию Clostridium kluyveri. Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.For the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid, the bacterium Clostridium kluyveri was used. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 100 мл среды DMSZ52 (pH = 7,0; 10 г/л K-ацетата, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 x 7H2O, 1 г/л дрожжевого экстракта, 0,50 мг/л резазурина, 10 мкл/л HCl (25%, 7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 x 4H2O, 70 мкг/л ZnCl2 x 7H2O, 100 мкг/л MnCl2 x 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 x 6H2O, 2 мкг/л CuCl2 x 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 x 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 x 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 x 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 x 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 0,25 г/л цистеин-HCl x H2O, 0,25 г/л Na2S x 9H2O) в колбе объемом 250 мл инокулировали 5 мл замороженной криокультуры Clostridium kluyveri и инкубировали при 37°C в течение 144 ч. до OD600 нм > 0,2.For pre-culture 100 ml DMSZ52 medium (pH = 7.0; 10 g/l K-acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 x 7H 2 O, 1 g/l yeast extract, 0.50 mg/l resazurin, 10 µl/l HCl (25%, 7.7 M), 1, 5 mg/l FeCl 2 x 4H 2 O, 70 µg/l ZnCl 2 x 7H 2 O, 100 µg/l MnCl 2 x 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 x 6H 2 O, 2 µg/l CuCl 2 x 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 x 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 x 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 x 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 x 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride, 200 µg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 0.25 g/l cysteine-HCl x H 2 O, 0.25 g/l Na 2 S x 9H 2 O) in a 250 ml flask was inoculated with 5 ml of frozen Clostridium kluyveri cryoculture and incubated at 37°C for 144 h up to OD 600 nm > 0.2.
Для получения основной культуры 200 мл свежей среды DMSZ52 в колбе объемом 500 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Данную растущую культуру инкубировали при 37°C в течение 27 ч. до OD600 нм > 0,6. Затем суспензию клеток центрифугировали, промывали с помощью буфера для получения (pH 6,0; 0,832 г/л K-ацетата, 5,0 г/л этанола) и снова центрифугировали.To obtain the main culture, 200 ml of fresh DMSZ52 medium in a 500 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. This growing culture was incubated at 37°C for 27 hours until OD 600 nm > 0.6. The cell suspension was then centrifuged, washed with preparation buffer (pH 6.0; 0.832 g/l K-acetate, 5.0 g/l ethanol) and centrifuged again.
Для получения культуры для продуцирования 200 мл буфера для получения в колбе объемом 500 мл инокулировали промытыми клетками из основной культуры до OD600 нм, составляющей 0,2. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали в течение 71 ч. при 37°C и 100 об./мин. на открытой водяной бане со встряхиванием. Образцы отбирали в начале и в конце периода культивирования. Их тестировали в отношении оптической плотности, значения pH и различных аналитов (тестировали с помощью ЯМР). To obtain a production culture, 200 ml of production buffer in a 500 ml flask was inoculated with washed cells from the main culture to an OD of 600 nm of 0.2. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated for 71 hours at 37°C and 100 rpm. in an open water bath with shaking. Samples were taken at the beginning and at the end of the culture period. They were tested for optical density, pH value and various analytes (tested by NMR).
Из результатов видно, что в фазе получения количество ацетата снижалось от 0,54 г/л до 0,03 г/л, и количество этанола снижалось от 5,6 г/л до 4,9 г/л. Кроме того, концентрация масляной кислоты повышалась от 0,05 г/л до 0,28 г/л, и концентрация гексановой кислоты повышалась от 0,03 г/л до 0,79 г/л.It can be seen from the results that in the production phase, the amount of acetate decreased from 0.54 g/l to 0.03 g/l, and the amount of ethanol decreased from 5.6 g/l to 4.9 g/l. In addition, the concentration of butyric acid increased from 0.05 g/L to 0.28 g/L, and the concentration of hexanoic acid increased from 0.03 g/L to 0.79 g/L.
Пример 3Example 3
Получение с помощью Clostridium kluyveri гексановой кислоты из масляной кислоты и этанола Preparation of hexanoic acid from butyric acid and ethanol with Clostridium kluyveri
Для биологического превращения этанола и масляной кислоты в гексановую кислоту применяли бактерию Clostridium kluyveri. Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.For the biological conversion of ethanol and butyric acid to hexanoic acid, the bacterium Clostridium kluyveri was used. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 100 мл среды DMSZ52 (pH = 7,0; 10 г/л K-ацетата, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 x 7H2O, 1 г/л дрожжевого экстракта, 0,50 мг/л резазурина, 10 мкл/л HCl (25%, 7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 x 4H2O, 70 мкг/л ZnCl2 x 7H2O, 100 мкг/л MnCl2 x 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 x 6H2O, 2 мкг/л CuCl2 x 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 x 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 x 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 x 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 x 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 0,25 г/л цистеин-HCl x H2O, 0,25 г/л Na2S x 9H2O) в колбе объемом 250 мл инокулировали 5 мл замороженной криокультуры Clostridium kluyveri и инкубировали при 37°C в течение 144 ч. до OD600 нм > 0,3.For pre-culture 100 ml DMSZ52 medium (pH = 7.0; 10 g/l K-acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 x 7H 2 O, 1 g/l yeast extract, 0.50 mg/l resazurin, 10 µl/l HCl (25%, 7.7 M), 1, 5 mg/l FeCl 2 x 4H 2 O, 70 µg/l ZnCl 2 x 7H 2 O, 100 µg/l MnCl 2 x 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 x 6H 2 O, 2 µg/l CuCl 2 x 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 x 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 x 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 x 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 x 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride, 200 µg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 0.25 g/l cysteine-HCl x H 2 O, 0.25 g/l Na 2 S x 9H 2 O) in a 250 ml flask was inoculated with 5 ml of frozen Clostridium kluyveri cryoculture and incubated at 37°C for 144 h up to OD 600 nm > 0.3.
Для получения основной культуры 200 мл свежей среды DMSZ52 в колбе объемом 500 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Данную растущую культуру инкубировали при 37°C в течение 25 ч. до OD600 нм > 0,4. Затем суспензию клеток центрифугировали, промывали с помощью буфера для получения (pH 6,16; 4,16 г/л K-ацетата, 10,0 г/л этанола) и снова центрифугировали.To obtain the main culture, 200 ml of fresh DMSZ52 medium in a 500 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. This growing culture was incubated at 37°C for 25 hours until OD 600 nm > 0.4. The cell suspension was then centrifuged, washed with preparation buffer (pH 6.16; 4.16 g/l K-acetate, 10.0 g/l ethanol) and centrifuged again.
Для получения культур для продуцирования 200 мл буфера для получения в колбе объемом 500 мл инокулировали промытыми клетками из основной культуры до OD600 нм, составляющей 0,2. В первой культуре в начале добавляли 1,0 г/л масляной кислоты в буфер для получения, во второй культуре не добавляли масляную кислоту в буфер для получения. Культуры закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали в течение 71 ч. при 37°C и 100 об./мин. на открытой водяной бане со встряхиванием. Образцы отбирали в начале и в конце периода культивирования. Их тестировали в отношении оптической плотности, значения pH и различных аналитов (тестировали с помощью ЯМР). For production cultures, 200 ml of production buffer in a 500 ml flask was inoculated with washed cells from the main culture to an OD of 600 nm of 0.2. In the first culture, 1.0 g/L butyric acid was added to the preparation buffer at the beginning, in the second culture, no butyric acid was added to the preparation buffer. The cultures were stoppered with butyl rubber and incubated for 71 hours at 37°C and 100 rpm. in an open water bath with shaking. Samples were taken at the beginning and at the end of the culture period. They were tested for optical density, pH value and various analytes (tested by NMR).
Из результатов видно, что в фазе получения дополненной масляной кислотой культуры количество ацетата снижалось от 3,1 г/л до 1,1 г/л, и количество этанола снижалось от 10,6 г/л до 7,5 г/л. Кроме того, концентрация масляной кислоты повышалась от 1,2 г/л до 2,2 г/л, и концентрация гексановой кислоты повышалась от 0,04 г/л до 2,30 г/л.It can be seen from the results that in the butyric acid supplemented culture phase, the amount of acetate decreased from 3.1 g/L to 1.1 g/L, and the amount of ethanol decreased from 10.6 g/L to 7.5 g/L. In addition, the concentration of butyric acid increased from 1.2 g/L to 2.2 g/L, and the concentration of hexanoic acid increased from 0.04 g/L to 2.30 g/L.
В фазе получения недополненной культуры количество ацетата снижалось от 3,0 г/л до 1,3 г/л, и количество этанола снижалось от 10,2 г/л до 8,2 г/л. Кроме того, концентрация масляной кислоты повышалась от 0,1 г/л до 1,7 г/л, и концентрация гексановой кислоты повышалась от 0,01 г/л до 1,40 г/л.In the undersupplemented phase, acetate decreased from 3.0 g/L to 1.3 g/L and ethanol decreased from 10.2 g/L to 8.2 g/L. In addition, the concentration of butyric acid increased from 0.1 g/L to 1.7 g/L, and the concentration of hexanoic acid increased from 0.01 g/L to 1.40 g/L.
Пример 4Example 4
Культивирование Clostridium kluyveri в присутствии декана и TOPO Cultivation of Clostridium kluyveri in the presence of Dean and TOPO
Бактерию DSM555 Clostridium kluyveri (German DSMZ) культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты для культивирования добавляли смесь декана с триоктилфосфиноксидом (TOPO). Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium DSM555 Clostridium kluyveri (German DSMZ) was cultured for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid for cultivation, a mixture of decane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was added. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 250 мл среды Veri01 (pH 7,0; 10 г/л ацетата калия, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 X 7H2O, 10 мкл/л HCl (7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 X 4H2O, 36 мкг/л ZnCl2, 64 мкг/л MnCl2 X 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 X 6H2O, 1,2 мкг/л CuCl2 X 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 X 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 X 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 X 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 X 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 65 мг/л глицина, 24 мг/л гистидина, 64,6 мг/л изолейцина, 93,8 мг/л лейцина, 103 мг/л лизина, 60,4 мг/л аргинина, 21,64 мг/л L-цистеин-HCl, 21 мг/л метионина, 52 мг/л пролина, 56,8 мг/л серина, 59 мг/л треонина, 75,8 мг/л валина) инокулировали 10 мл живой культуры Clostridium kluyveri до стартовой OD600 нм, составляющей 0,1.For pre-culture 250 ml Veri01 medium (pH 7.0; 10 g/l potassium acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 X 7H 2 O, 10 µl/l HCl (7.7 M), 1.5 mg/l FeCl 2 X 4H 2 O, 36 µg/l ZnCl 2 , 64 µg /l MnCl 2 X 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 X 6H 2 O, 1.2 µg/l CuCl 2 X 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 X 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 X 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 X 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 X 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride , 200 μg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 65 mg/l glycine, 24 mg/l histidine, 64.6 mg/l isoleucine, 93, 8 mg/l leucine, 103 mg/l lysine, 60.4 mg/l arginine, 21.64 mg/l L-cysteine-HCl, 21 mg/l methionine, 52 mg/l proline, 56.8 mg/l serine, 59 mg/l threonine, 75.8 mg/l valine) were inoculated with 10 ml of a live culture of Clostridium kluyveri until starting OD 600 nm component 0.1.
Культивирование проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч. со 100% CO2 во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 671 ч. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 6,2 с помощью автоматического добавления 100 г/л раствора NaOH. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе.The cultivation was carried out in a 1000 ml pressure-resistant glass flask at 37°C, 150 rpm. and ventilation intensity of 1 l/h. with 100% CO 2 in a shaker in an open water bath for 671 h. The gas was released into the headspace of the product in the reactor. The pH was maintained at 6.2 by automatic addition of 100 g/l NaOH solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor.
Для получения основной культуры 100 мл свежей среды Veri01 в колбе объемом 250 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Добавляли дополнительный 1 мл смеси 6% (вес/вес) TOPO в декане. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали при 37°C и 150 об./мин. во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 43 ч. в атмосфере 100% CO2. To obtain the main culture, 100 ml of fresh Veri01 medium in a 250 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. An additional 1 ml of a mixture of 6% (w/w) TOPO in decane was added. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated at 37°C and 150 rpm. in a shaker in an open water bath for 43 hours in an atmosphere of 100% CO 2 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several samples of 5 ml were taken to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования концентрация бутирата повышалась от 0,14 г/л до 2,12 г/л, и концентрация гексанoата повышалась от 0,22 г/л до 0,91 г/л, при этом концентрация этанола снижалась от 15,04 до 11,98 г/л, и концентрация ацетата снижалась от 6,01 до 4,23 г/л. During the main cultivation, the concentration of butyrate increased from 0.14 g/l to 2.12 g/l, and the concentration of hexanoate increased from 0.22 g/l to 0.91 g/l, while the concentration of ethanol decreased from 15.04 to 11.98 g/l, and the concentration of acetate decreased from 6.01 to 4.23 g/l.
OD600 нм снижалась за это время от 0,111 до 0,076.OD 600 nm decreased during this time from 0.111 to 0.076.
Пример 5Example 5
Культивирование Clostridium kluyveri в присутствии тетрадекана и TOPO Cultivation of Clostridium kluyveri in the presence of tetradecane and TOPO
Бактерию Clostridium kluyveri культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты для культивирования добавляли смесь тетрадекана с триоктилфосфиноксидом (TOPO). Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium Clostridium kluyveri was cultivated for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid for cultivation, a mixture of tetradecane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was added. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Предварительное культивирование Clostridium kluyveri проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл в 250 мл среды EvoDM24 (pH 5,5; 0,429 г/л Mg-ацетата, 0,164 г/л Na-ацетата, 0,016 г/л Ca-ацетата, 2,454 г/л K-ацетата, 0,107 мл/л H3PO4 (8,5%), 0,7 г/л ацетата NH4, 0,35 мг/л Co-ацетата, 1,245 мг/л Ni-ацетата, 20 мкг/л d-биотина, 20 мкг/л фолиевой кислоты, 10 мкг/л пиридоксин-HCl, 50 мкг/л тиамин-HCl, 50 мкг/л рибофлавина, 50 мкг/л никотиновой кислоты, 50 мкг/л Ca-пантотената, 50 мкг/л витамина B12, 50 мкг/л п-аминобензоата, 50 мкг/л липоевой кислоты, 0,702 мг/л (NH4)2Fe(SO4)2 x 4H2O, 1 мл/л KS-ацетата (93,5 мМ), 20 мл/л этанола, 0,37 г/л уксусной кислоты) при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч., со смесью, содержащей 25% CO2 и 75% N2, во встряхивателе на открытой водяной бане. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 5,5 с помощью автоматического добавления 2,5 M раствора NH3. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе и поддержанием OD600 нм, составляющей ~1,5.Clostridium kluyveri was pre-cultured in a 1000 ml pressure-resistant glass flask in 250 ml EvoDM24 medium (pH 5.5; 0.429 g/l Mg-acetate, 0.164 g/l Na-acetate, 0.016 g/l Ca-acetate, 2.454 g/l K-acetate, 0.107 ml/l H 3 PO 4 (8.5%), 0.7 g/l NH 4 acetate, 0.35 mg/l Co-acetate, 1.245 mg/l Ni-acetate, 20 μg/l d-biotin, 20 μg/l folic acid, 10 μg/l pyridoxine-HCl, 50 μg/l thiamine-HCl, 50 μg/l riboflavin, 50 μg/l nicotinic acid, 50 μg/l Ca- pantothenate, 50 µg/l vitamin B12, 50 µg/l p-aminobenzoate, 50 µg/l lipoic acid, 0.702 mg/l (NH4) 2 Fe(SO 4 ) 2 x 4H 2 O, 1 ml/l KS-acetate (93.5 mM), 20 ml/l ethanol, 0.37 g/l acetic acid) at 37°C, 150 rpm. and a ventilation rate of 1 l/h with a mixture containing 25% CO 2 and 75% N 2 in a shaker in an open water bath. The gas was released into the headspace above the product in the reactor. The pH was maintained at 5.5 by automatic addition of 2.5 M NH 3 solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor and maintenance of OD 600 nm component ~1.5.
Для получения основной культуры 100 мл среды Veri01 (pH 6,5; 10 г/л ацетата калия, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 X 7H2O, 10 мкл/л HCl (7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 X 4H2O, 36 мкг/л ZnCl2, 64 мкг/л MnCl2 X 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 X 6H2O, 1,2 мкг/л CuCl2 X 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 X 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 X 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 X 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 X 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 65 мг/л глицина, 24 мг/л гистидина, 64,6 мг/л изолейцина, 93,8 мг/л лейцина, 103 мг/л лизина, 60,4 мг/л аргинина, 21,64 мг/л L-цистеин-HCl, 21 мг/л метионина, 52 мг/л пролина, 56,8 мг/л серина, 59 мг/л треонина, 75,8 мг/л валина, 2,5 мл/л HCl 25%) в колбе объемом 250 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Добавляли дополнительный 1 мл смеси 6% (вес/вес) TOPO в тетрадекане. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали при 37°C и 150 об./мин. во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 47 ч. в атмосфере 100% CO2. For the main culture 100 ml Veri01 medium (pH 6.5; 10 g/l potassium acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 X 7H 2 O, 10 µl/l HCl (7.7 M), 1.5 mg/l FeCl 2 X 4H 2 O, 36 µg/l ZnCl 2 , 64 µg /l MnCl 2 X 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 X 6H 2 O, 1.2 µg/l CuCl 2 X 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 X 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 X 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 X 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 X 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride , 200 μg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 65 mg/l glycine, 24 mg/l histidine, 64.6 mg/l isoleucine, 93, 8 mg/l leucine, 103 mg/l lysine, 60.4 mg/l arginine, 21.64 mg/l L-cysteine-HCl, 21 mg/l methionine, 52 mg/l proline, 56.8 mg/l serine, 59 mg/l threonine, 75.8 mg/l valine, 2.5 ml/l HCl 25%) in a 250 ml flask were inoculated subjected to mi centrifugation of cells from pre-culture to OD 600 nm component 0.1. An additional 1 ml of a mixture of 6% (w/w) TOPO in tetradecane was added. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated at 37°C and 150 rpm. in a shaker in an open water bath for 47 hours in an atmosphere of 100% CO 2 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several samples of 5 ml were taken to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования концентрация бутирата повышалась от 0,05 г/л до 3,78 г/л, и концентрация гексанoата повышалась от 0,09 г/л до 4,93 г/л, при этом концентрация этанола снижалась от 15,52 до 9,36 г/л, и концентрация ацетата снижалась от 6,36 до 2,49 г/л. During the main cultivation, the concentration of butyrate increased from 0.05 g/l to 3.78 g/l, and the concentration of hexanoate increased from 0.09 g/l to 4.93 g/l, while the concentration of ethanol decreased from 15.52 to 9.36 g/l, and the concentration of acetate decreased from 6.36 to 2.49 g/l.
OD600 нм повышалась за это время от 0,095 до 0,685.OD 600 nm increased during this time from 0.095 to 0.685.
Пример 6Example 6
Культивирование Clostridium kluyveri в присутствии гексадекана и TOPO Cultivation of Clostridium kluyveri in the presence of hexadecane and TOPO
Бактерию Clostridium kluyveri культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты для культивирования добавляли смесь гексадекана с триоктилфосфиноксидом (TOPO). Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium Clostridium kluyveri was cultivated for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid for cultivation, a mixture of hexadecane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was added. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 250 мл среды Veri01 (pH 7,0; 10 г/л ацетата калия, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 X 7H2O, 10 мкл/л HCl (7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 X 4H2O, 36 мкг/л ZnCl2, 64 мкг/л MnCl2 X 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 X 6H2O, 1,2 мкг/л CuCl2 X 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 X 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 X 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 X 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 X 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 65 мг/л глицина, 24 мг/л гистидина, 64,6 мг/л изолейцина, 93,8 мг/л лейцина, 103 мг/л лизина, 60,4 мг/л аргинина, 21,64 мг/л L-цистеин-HCl, 21 мг/л метионина, 52 мг/л пролина, 56,8 мг/л серина, 59 мг/л треонина, 75,8 мг/л валина) инокулировали 10 мл живой культуры Clostridium kluyveri до стартовой OD600 нм, составляющей 0,1.For pre-culture 250 ml Veri01 medium (pH 7.0; 10 g/l potassium acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 X 7H 2 O, 10 µl/l HCl (7.7 M), 1.5 mg/l FeCl 2 X 4H 2 O, 36 µg/l ZnCl 2 , 64 µg /l MnCl 2 X 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 X 6H 2 O, 1.2 µg/l CuCl 2 X 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 X 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 X 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 X 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 X 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride , 200 μg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 65 mg/l glycine, 24 mg/l histidine, 64.6 mg/l isoleucine, 93, 8 mg/l leucine, 103 mg/l lysine, 60.4 mg/l arginine, 21.64 mg/l L-cysteine-HCl, 21 mg/l methionine, 52 mg/l proline, 56.8 mg/l serine, 59 mg/l threonine, 75.8 mg/l valine) were inoculated with 10 ml of a live culture of Clostridium kluyveri until starting OD 600 nm component 0.1.
Культивирование проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч. со 100% CO2 во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 671 ч. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 6,2 с помощью автоматического добавления 100 г/л раствора NaOH. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе.The cultivation was carried out in a 1000 ml pressure-resistant glass flask at 37°C, 150 rpm. and ventilation intensity of 1 l/h. with 100% CO 2 in a shaker in an open water bath for 671 h. The gas was released into the headspace of the product in the reactor. The pH was maintained at 6.2 by automatic addition of 100 g/l NaOH solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor.
Для получения основной культуры 100 мл свежей среды Veri01 в колбе объемом 250 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Добавляли дополнительный 1 мл смеси 6% (вес/вес) TOPO в гексадекане. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали при 37°C и 150 об./мин. во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 43 ч. в атмосфере 100% CO2. To obtain the main culture, 100 ml of fresh Veri01 medium in a 250 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. An additional 1 ml of a mixture of 6% (w/w) TOPO in hexadecane was added. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated at 37°C and 150 rpm. in a shaker in an open water bath for 43 hours in an atmosphere of 100% CO 2 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several samples of 5 ml were taken to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования концентрация бутирата повышалась от 0,14 г/л до 2,86 г/л, и концентрация гексанoата повышалась от 0,20 г/л до 2,37 г/л, при этом концентрация этанола снижалась от 14,59 до 10,24 г/л, и концентрация ацетата снижалась от 5,87 до 3,32 г/л. During the main cultivation, the concentration of butyrate increased from 0.14 g/l to 2.86 g/l, and the concentration of hexanoate increased from 0.20 g/l to 2.37 g/l, while the concentration of ethanol decreased from 14.59 to 10.24 g/l, and the concentration of acetate decreased from 5.87 to 3.32 g/l.
OD600 нм повышалась за это время от 0,091 до 0,256.OD 600 nm increased during this time from 0.091 to 0.256.
Пример 7Example 7
Культивирование Clostridium kluyveri в присутствии гептадекана и TOPO Cultivation of Clostridium kluyveri in the presence of heptadecane and TOPO
Бактерию Clostridium kluyveri культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты для культивирования добавляли смесь гептадекана с триоктилфосфиноксидом (TOPO). Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium Clostridium kluyveri was cultivated for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid for cultivation, a mixture of heptadecane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was added. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 250 мл среды Veri01 (pH 7,0; 10 г/л ацетата калия, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 X 7H2O, 10 мкл/л HCl (7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 X 4H2O, 36 мкг/л ZnCl2, 64 мкг/л MnCl2 X 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 X 6H2O, 1,2 мкг/л CuCl2 X 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 X 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 X 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 X 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 X 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 65 мг/л глицина, 24 мг/л гистидина, 64,6 мг/л изолейцина, 93,8 мг/л лейцина, 103 мг/л лизина, 60,4 мг/л аргинина, 21,64 мг/л L-цистеин-HCl, 21 мг/л метионина, 52 мг/л пролина, 56,8 мг/л серина, 59 мг/л треонина, 75,8 мг/л валина) инокулировали 10 мл живой культуры Clostridium kluyveri до стартовой OD600 нм, составляющей 0,1.For pre-culture 250 ml Veri01 medium (pH 7.0; 10 g/l potassium acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 X 7H 2 O, 10 µl/l HCl (7.7 M), 1.5 mg/l FeCl 2 X 4H 2 O, 36 µg/l ZnCl 2 , 64 µg /l MnCl 2 X 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 X 6H 2 O, 1.2 µg/l CuCl 2 X 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 X 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 X 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 X 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 X 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride , 200 μg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 65 mg/l glycine, 24 mg/l histidine, 64.6 mg/l isoleucine, 93, 8 mg/l leucine, 103 mg/l lysine, 60.4 mg/l arginine, 21.64 mg/l L-cysteine-HCl, 21 mg/l methionine, 52 mg/l proline, 56.8 mg/l serine, 59 mg/l threonine, 75.8 mg/l valine) were inoculated with 10 ml of a live culture of Clostridium kluyveri until starting OD 600 nm component 0.1.
Культивирование проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч. со 100% CO2 во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 671 ч. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 6,2 с помощью автоматического добавления 100 г/л раствора NaOH. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе.The cultivation was carried out in a 1000 ml pressure-resistant glass flask at 37°C, 150 rpm. and ventilation intensity of 1 l/h. with 100% CO 2 in a shaker in an open water bath for 671 h. The gas was released into the headspace of the product in the reactor. The pH was maintained at 6.2 by automatic addition of 100 g/l NaOH solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor.
Для получения основной культуры 100 мл свежей среды Veri01 в колбе объемом 250 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Добавляли дополнительный 1 мл смеси 6% (вес/вес) TOPO в гептадекане. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали при 37°C и 150 об./мин. во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 43 ч. в атмосфере 100% CO2. To obtain the main culture, 100 ml of fresh Veri01 medium in a 250 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. An additional 1 ml of a mixture of 6% (w/w) TOPO in heptadecane was added. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated at 37°C and 150 rpm. in a shaker in an open water bath for 43 hours in an atmosphere of 100% CO 2 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several samples of 5 ml were taken to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования концентрация бутирата повышалась от 0,15 г/л до 2,82 г/л, и концентрация гексанoата повышалась от 0,19 г/л до 2,85 г/л, при этом концентрация этанола снижалась от 14,34 до 9,58 г/л, и концентрация ацетата снижалась от 5,88 до 3,20 г/л. During the main cultivation, the concentration of butyrate increased from 0.15 g/l to 2.82 g/l, and the concentration of hexanoate increased from 0.19 g/l to 2.85 g/l, while the concentration of ethanol decreased from 14.34 to 9.58 g/l, and the concentration of acetate decreased from 5.88 to 3.20 g/l.
OD600 нм повышалась за это время от 0,083 до 0,363.OD 600 nm increased during this time from 0.083 to 0.363.
Пример 8Example 8
Культивирование Clostridium kluyveri в присутствии додекана и TOPO Cultivation of Clostridium kluyveri in the presence of dodecane and TOPO
Бактерию Clostridium kluyveri культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты для культивирования добавляли смесь додекана с триоктилфосфиноксидом (TOPO). Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium Clostridium kluyveri was cultivated for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid for cultivation, a mixture of dodecane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was added. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Для получения предварительной культуры 250 мл среды Veri01 (pH 7,0; 10 г/л ацетата калия, 0,31 г/л K2HPO4, 0,23 г/л KH2PO4, 0,25 г/л NH4Cl, 0,20 г/л MgSO4 X 7H2O, 10 мкл/л HCl (7,7 M), 1,5 мг/л FeCl2 X 4H2O, 36 мкг/л ZnCl2, 64 мкг/л MnCl2 X 4H2O, 6 мкг/л H3BO3, 190 мкг/л CoCl2 X 6H2O, 1,2 мкг/л CuCl2 X 6H2O, 24 мкг/л NiCl2 X 6H2O, 36 мкг/л Na2MO4 X 2H2O, 0,5 мг/л NaOH, 3 мкг/л Na2SeO3 X 5H2O, 4 мкг/л Na2WO4 X 2H2O, 100 мкг/л витамина B12, 80 мкг/л п-аминобензойной кислоты, 20 мкг/л D(+)-биотина, 200 мкг/л никотиновой кислоты, 100 мкг/л D-Ca-пантотената, 300 мкг/л гидрохлорида пиридоксина, 200 мкг/л тиамин-HCl x 2H2O, 20 мл/л этанола, 2,5 г/л NaHCO3, 65 мг/л глицина, 24 мг/л гистидина, 64,6 мг/л изолейцина, 93,8 мг/л лейцина, 103 мг/л лизина, 60,4 мг/л аргинина, 21,64 мг/л L-цистеин-HCl, 21 мг/л метионина, 52 мг/л пролина, 56,8 мг/л серина, 59 мг/л треонина, 75,8 мг/л валина) инокулировали 10 мл живой культуры Clostridium kluyveri до стартовой OD600 нм, составляющей 0,1.For pre-culture 250 ml Veri01 medium (pH 7.0; 10 g/l potassium acetate, 0.31 g/l K 2 HPO 4 , 0.23 g/l KH 2 PO 4 , 0.25 g/l NH 4 Cl, 0.20 g/l MgSO 4 X 7H 2 O, 10 µl/l HCl (7.7 M), 1.5 mg/l FeCl 2 X 4H 2 O, 36 µg/l ZnCl 2 , 64 µg /l MnCl 2 X 4H 2 O, 6 µg/l H 3 BO 3 , 190 µg/l CoCl 2 X 6H 2 O, 1.2 µg/l CuCl 2 X 6H 2 O, 24 µg/l NiCl 2 X 6H 2 O, 36 µg/l Na 2 MO 4 X 2H 2 O, 0.5 mg/l NaOH, 3 µg/l Na 2 SeO 3 X 5H 2 O, 4 µg/l Na 2 WO 4 X 2H 2 O, 100 µg/l vitamin B12, 80 µg/l p-aminobenzoic acid, 20 µg/l D(+)-biotin, 200 µg/l nicotinic acid, 100 µg/l D-Ca-pantothenate, 300 µg/l pyridoxine hydrochloride , 200 μg/l thiamine-HCl x 2H 2 O, 20 ml/l ethanol, 2.5 g/l NaHCO 3 , 65 mg/l glycine, 24 mg/l histidine, 64.6 mg/l isoleucine, 93, 8 mg/l leucine, 103 mg/l lysine, 60.4 mg/l arginine, 21.64 mg/l L-cysteine-HCl, 21 mg/l methionine, 52 mg/l proline, 56.8 mg/l serine, 59 mg/l threonine, 75.8 mg/l valine) were inoculated with 10 ml of a live culture of Clostridium kluyveri until starting OD 600 nm component 0.1.
Культивирование проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч. со 100% CO2 во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 671 ч. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 6,2 с помощью автоматического добавления 100 г/л раствора NaOH. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе.The cultivation was carried out in a 1000 ml pressure-resistant glass flask at 37°C, 150 rpm. and ventilation intensity of 1 l/h. with 100% CO 2 in a shaker in an open water bath for 671 h. The gas was released into the headspace of the product in the reactor. The pH was maintained at 6.2 by automatic addition of 100 g/l NaOH solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor.
Для получения основной культуры 100 мл свежей среды Veri01 в колбе объемом 250 мл инокулировали подвергнутыми центрифугированию клетками из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,1. Добавляли дополнительный 1 мл смеси 6% (вес/вес) TOPO в додекане. Культуру закрывали пробкой из бутилкаучука и инкубировали при 37°C и 150 об./мин. во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 43 ч. в атмосфере 100% CO2. To obtain the main culture, 100 ml of fresh Veri01 medium in a 250 ml flask were inoculated with centrifuged cells from the preculture to an OD 600 nm of 0.1. An additional 1 ml of a mixture of 6% (w/w) TOPO in dodecane was added. The culture was closed with a butyl rubber stopper and incubated at 37°C and 150 rpm. in a shaker in an open water bath for 43 hours in an atmosphere of 100% CO 2 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several samples of 5 ml were taken to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования концентрация бутирата повышалась от 0,14 г/л до 2,62 г/л, и концентрация гексанoата повышалась от 0,22 г/л до 2,05 г/л, при этом концентрация этанола снижалась от 14,62 до 10,64 г/л, и концентрация ацетата снижалась от 5,92 до 3,54 г/л. During the main cultivation, the concentration of butyrate increased from 0.14 g/l to 2.62 g/l, and the concentration of hexanoate increased from 0.22 g/l to 2.05 g/l, while the concentration of ethanol decreased from 14.62 to 10.64 g/l, and the concentration of acetate decreased from 5.92 to 3.54 g/l.
OD600 нм повышалась за это время от 0,091 до 0,259.OD 600 nm increased during this time from 0.091 to 0.259.
Пример 9Example 9
Определение коэффициента распределения гексановой кислоты между водой и смесью гексадекана и TOPODetermination of the partition coefficient of hexanoic acid between water and a mixture of hexadecane and TOPO
Во время всех стадий эксперимента отбирали образцы из обеих фаз для определения значения pH и концентрации гексановой кислоты с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC). С помощью 100 г водного раствора 5 г/кг гексановой кислоты и 33 г смеси 6% триоктилфосфиноксида (TOPO) в гексадекане заполняли разделительную воронку и смешивали в течение 1 минуты при 37°C. Затем воронку помещали в кольцо на штативе и эмульсию оставляли отстаиваться с самопроизвольным отделением. Измеряли значение pH водной фазы. Затем добавляли 1 M раствор NaOH в воронку и смешивали. Стадию разделения и отбора образцов повторяли до тех пор, пока не достигали значения pH, составляющего 6,2, в водной фазе. Отбирали образцы из обеих фаз для последующего анализа на данный момент времени. Водную фазу можно анализировать непосредственно с помощью HPLC. Для анализа органической фазы разбавленную гексановую кислоту сперва повторно экстрагировали в воду (pH 12,0 путем добавления 1 M NaOH), а затем анализировали с помощью HPLC. Коэффициент распределения KD гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в гексадекане рассчитывали из концентраций гексановой кислоты в обеих фазах.During all stages of the experiment, samples were taken from both phases to determine the pH value and the concentration of hexanoic acid using high performance liquid chromatography (HPLC). With 100 g of an aqueous solution of 5 g/kg of hexanoic acid and 33 g of a mixture of 6% trioctylphosphine oxide (TOPO) in hexadecane, a separating funnel was filled and mixed for 1 minute at 37°C. Then the funnel was placed in a ring on a tripod and the emulsion was left to settle with spontaneous separation. The pH value of the aqueous phase was measured. Then 1 M NaOH solution was added to the funnel and mixed. The separation and sampling step was repeated until a pH of 6.2 was reached in the aqueous phase. Samples were taken from both phases for subsequent analysis at this point in time. The aqueous phase can be analyzed directly with HPLC. For organic phase analysis, diluted hexanoic acid was first re-extracted into water (pH 12.0 by adding 1 M NaOH) and then analyzed by HPLC. The partition coefficient K D of hexanoic acid in water and 6% TOPO in hexadecane was calculated from the concentrations of hexanoic acid in both phases.
KD для гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в гексадекане при значении pH 6,2 составлял 4,7.The K D for hexanoic acid in water and 6% TOPO in hexadecane at pH 6.2 was 4.7.
Пример 10Example 10
Определение коэффициента распределения гексановой кислоты между водой и смесью гептадекана и TOPODetermination of the partition coefficient of hexanoic acid between water and a mixture of heptadecane and TOPO
Во время всех стадий эксперимента отбирали образцы из обеих фаз для определения значения pH и концентрации гексановой кислоты с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC). С помощью 100 г водного раствора 5 г/кг гексановой кислоты и 33 г смеси 6% триоктилфосфиноксида (TOPO) в гептадекане заполняли разделительную воронку и смешивали в течение 1 минуты при 37°C. Затем воронку помещали в кольцо на штативе и эмульсию оставляли отстаиваться с самопроизвольным отделением. Измеряли значение pH водной фазы. Добавляли 1 M раствор NaOH в воронку и смешивали. Стадию разделения и отбора образцов повторяли до тех пор, пока не достигали значения pH, составляющего 6,2, в водной фазе. Отбирали образцы из обеих фаз для последующего анализа на данный момент времени. Водную фазу можно анализировать непосредственно с помощью HPLC. Для анализа органической фазы разбавленную гексановую кислоту сперва повторно экстрагировали в воду (pH 12,0 путем добавления 1 M NaOH), а затем анализировали с помощью HPLC. Коэффициент распределения KD гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в гептадекане рассчитывали из концентраций гексановой кислоты в обеих фазах.During all stages of the experiment, samples were taken from both phases to determine the pH value and the concentration of hexanoic acid using high performance liquid chromatography (HPLC). With 100 g of an aqueous solution of 5 g/kg of hexanoic acid and 33 g of a mixture of 6% trioctylphosphine oxide (TOPO) in heptadecane, a separating funnel was filled and mixed for 1 minute at 37°C. Then the funnel was placed in a ring on a tripod and the emulsion was left to settle with spontaneous separation. The pH value of the aqueous phase was measured. Added 1 M NaOH solution to the funnel and mixed. The separation and sampling step was repeated until a pH of 6.2 was reached in the aqueous phase. Samples were taken from both phases for subsequent analysis at this point in time. The aqueous phase can be analyzed directly with HPLC. For organic phase analysis, diluted hexanoic acid was first re-extracted into water (pH 12.0 by adding 1 M NaOH) and then analyzed by HPLC. The partition coefficient K D of hexanoic acid in water and 6% TOPO in heptadecane was calculated from the concentrations of hexanoic acid in both phases.
KD для гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в гептадекане при значении pH 6,2 составлял 5,0.The K D for hexanoic acid in water and 6% TOPO in heptadecane at pH 6.2 was 5.0.
Пример 11Example 11
Определение коэффициента распределения гексановой кислоты между водой и смесью тетрадекана и TOPODetermination of the partition coefficient of hexanoic acid between water and a mixture of tetradecane and TOPO
Во время всех стадий эксперимента отбирали образцы из обеих фаз для определения значения pH и концентрации гексановой кислоты с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC). С помощью 130 г водного раствора 5 г/кг гексановой кислоты плюс 0,5 г/кг уксусной кислоты и 15 г смеси 6% триоктилфосфиноксида (TOPO) в тетрадекане заполняли разделительную воронку и смешивали в течение 1 минуты при 37°C. Затем воронку помещали в кольцо на штативе и эмульсию оставляли отстаиваться с самопроизвольным отделением. Измеряли значение pH водной фазы. Добавляли 1 M раствор NaOH в воронку и смешивали. Стадию разделения и отбора образцов повторяли до тех пор, пока не достигали значения pH, составляющего 6,2, в водной фазе. Отбирали образцы из обеих фаз для последующего анализа на данный момент времени. Водную фазу можно анализировать непосредственно с помощью HPLC. Для анализа органической фазы разбавленную гексановую кислоту сперва повторно экстрагировали в воду (pH 12,0 путем добавления 1 M NaOH), а затем анализировали с помощью HPLC. Коэффициент распределения KD гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в тетрадекане рассчитывали из концентраций гексановой кислоты в обеих фазах.During all stages of the experiment, samples were taken from both phases to determine the pH value and the concentration of hexanoic acid using high performance liquid chromatography (HPLC). A separating funnel was filled with 130 g of an aqueous solution of 5 g/kg of hexanoic acid plus 0.5 g/kg of acetic acid and 15 g of a mixture of 6% trioctylphosphine oxide (TOPO) in tetradecane and mixed for 1 minute at 37°C. Then the funnel was placed in a ring on a tripod and the emulsion was left to settle with spontaneous separation. The pH value of the aqueous phase was measured. Added 1 M NaOH solution to the funnel and mixed. The separation and sampling step was repeated until a pH of 6.2 was reached in the aqueous phase. Samples were taken from both phases for subsequent analysis at this point in time. The aqueous phase can be analyzed directly with HPLC. For organic phase analysis, diluted hexanoic acid was first re-extracted into water (pH 12.0 by adding 1 M NaOH) and then analyzed by HPLC. The partition coefficient K D of hexanoic acid in water and 6% TOPO in tetradecane was calculated from the concentrations of hexanoic acid in both phases.
KD для гексановой кислоты в системе воды и 6% TOPO в тетрадекане при значении pH 6,9 составлял 1,3.The K D for hexanoic acid in water and 6% TOPO in tetradecane at pH 6.9 was 1.3.
Пример 12Example 12
Культивирование Clostridium kluyveri с экстракцией in situ гексановой кислотыCultivation of Clostridium kluyveri with in situ extraction of hexanoic acid
Бактерию Clostridium kluyveri культивировали с целью биологического превращения этанола и ацетата в гексановую кислоту. Для экстракции in situ полученной гексановой кислоты смесь тетрадекана с триоктилфосфиноксидом (TOPO) непрерывно пропускали в процессе культивирования. Все стадии культивирования проводили в анаэробных условиях в устойчивых к давлению стеклянных колбах, которые можно герметично закрывать пробкой из бутилкаучука.The bacterium Clostridium kluyveri was cultivated for the biological conversion of ethanol and acetate to hexanoic acid. For in situ extraction of the obtained hexanoic acid, a mixture of tetradecane with trioctylphosphine oxide (TOPO) was continuously passed through during cultivation. All cultivation steps were carried out under anaerobic conditions in pressure-resistant glass flasks that can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper.
Предварительное культивирование Clostridium kluyveri проводили в устойчивой к давлению стеклянной колбе объемом 1000 мл в 250 мл среды EvoDM45 (pH 5,5; 0,004 г/л Mg-ацетата, 0,164 г/л Na-ацетата, 0,016 г/л Ca-ацетата, 0,25 г/л K-ацетата, 0,107 мл/л H3PO4 (8,5%), 2,92 г/л ацетата NH4, 0,35 мг/л Co-ацетата, 1,245 мг/л Ni-ацетата, 20 мкг/л d-биотина, 20 мкг/л фолиевой кислоты, 10 мкг/л пиридоксин-HCl, 50 мкг/л тиамин-HCl, 50 мкг/л рибофлавина, 50 мкг/л никотиновой кислоты, 50 мкг/л Ca-пантотената, 50 мкг/л витамина B12, 50 мкг/л п-аминобензоата, 50 мкг/л липоевой кислоты, 0,702 мг/л (NH4)2Fe(SO4)2 x 4 H2O, 1 мл/л KS-ацетата (93,5 мМ), 20 мл/л этанола, 0,37 г/л уксусной кислоты) при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч., со смесью, содержащей 25% CO2 и 75% N2, во встряхивателе на открытой водяной бане. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 5,5 с помощью автоматического добавления 2,5 M раствора NH3. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 2,0 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора с помощью половолоконной полиэфирсульфоновой мембраны KrosFlo® с размером пор, составляющим 0,2 мкм (Spectrumlabs, Ранчо Домингез, США), с удержанием клеток в реакторе и поддержанием OD600 нм, составляющей ~1,5.Pre-cultivation of Clostridium kluyveri was carried out in a pressure-resistant 1000 ml glass flask in 250 ml of EvoDM45 medium (pH 5.5; 0.004 g/l Mg-acetate, 0.164 g/l Na-acetate, 0.016 g/l Ca-acetate, 0 .25 g/l K-acetate, 0.107 ml/l H 3 PO 4 (8.5%), 2.92 g/l NH 4 acetate, 0.35 mg/l Co-acetate, 1.245 mg/l Ni- acetate, 20 µg/l d-biotin, 20 µg/l folic acid, 10 µg/l pyridoxine-HCl, 50 µg/l thiamine-HCl, 50 µg/l riboflavin, 50 µg/l nicotinic acid, 50 µg/l Ca-pantothenate, 50 µg/l vitamin B12, 50 µg/l p-aminobenzoate, 50 µg/l lipoic acid, 0.702 mg/l (NH4) 2 Fe(SO 4 ) 2 x 4 H 2 O, 1 ml/l KS-acetate (93.5 mM), 20 ml/l ethanol, 0.37 g/l acetic acid) at 37°C, 150 rpm. and a ventilation rate of 1 l/h with a mixture containing 25% CO 2 and 75% N 2 in a shaker in an open water bath. The gas was released into the headspace above the product in the reactor. The pH was maintained at 5.5 by automatic addition of 2.5 M NH 3 solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 2.0 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor using a KrosFlo® hollow fiber polyethersulfone membrane with a pore size of 0.2 μm (Spectrumlabs, Rancho Dominguez, USA), with retention of cells in the reactor and maintenance of OD 600 nm component ~1.5.
Для получения основной культуры 150 мл среды EvoDM39 (pH 5,8; 0,429 г/л Mg-ацетата, 0,164 г/л Na-ацетата, 0,016 г/л Ca-ацетата, 2,454 г/л K-ацетата, 0,107 мл/л H3PO4 (8,5%), 1,01 мл/л уксусной кислоты, 0,35 мг/л Co-ацетата, 1,245 мг/л Ni-ацетата, 20 мкг/л d-биотина, 20 мкг/л фолиевой кислоты, 10 мкг/л пиридоксин-HCl, 50 мкг/л тиамин-HCl, 50 мкг/л рибофлавина, 50 мкг/л никотиновой кислоты, 50 мкг/л Ca-пантотената, 50 мкг/л витамина B12, 50 мкг/л п-аминобензоата, 50 мкг/л липоевой кислоты, 0,702 мг/л (NH4)2Fe(SO4)2 x 4H2O, 1 мл/л KS-ацетата (93,5 мМ), 20 мл/л этанола, 8,8 мл раствора NH3 (2,5 моль/л), 27,75 мл/л уксусной кислоты (144 г/л))For base culture 150 ml EvoDM39 medium (pH 5.8; 0.429 g/l Mg-acetate, 0.164 g/l Na-acetate, 0.016 g/l Ca-acetate, 2.454 g/l K-acetate, 0.107 ml/l H 3 PO 4 (8.5%), 1.01 ml/l acetic acid, 0.35 mg/l Co-acetate, 1.245 mg/l Ni-acetate, 20 µg/l d-biotin, 20 µg/l folic acid, 10 µg/l pyridoxine-HCl, 50 µg/l thiamine-HCl, 50 µg/l riboflavin, 50 µg/l nicotinic acid, 50 µg/l Ca-pantothenate, 50 µg/l vitamin B12, 50 µg/l l p-aminobenzoate, 50 µg/l lipoic acid, 0.702 mg/l (NH4) 2 Fe(SO 4 ) 2 x 4H 2 O, 1 ml/l KS-acetate (93.5 mM), 20 ml/l ethanol , 8.8 ml NH 3 solution (2.5 mol/l), 27.75 ml/l acetic acid (144 g/l))
в колбе объемом 1000 мл инокулировали 100 мл клеточного бульона из предварительной культуры до OD600 нм, составляющей 0,71. in a 1000 ml flask, 100 ml of cell broth from the pre-culture was inoculated to an OD of 600 nm of 0.71.
Культивирование проводили при 37°C, 150 об./мин. и интенсивности вентиляции, составляющей 1 л/ч., со смесью 25% CO2 и 75% N2 во встряхивателе на открытой водяной бане в течение 65 ч. Газ высвобождали в свободное пространство над продуктом в реакторе. Значение pH поддерживали при 5,8 с помощью автоматического добавления 2,5 M раствора NH3. Свежую среду непрерывно подавали в реактор со степенью разбавления, составляющей 0,5 д-1, и ферментационный бульон непрерывно удаляли из реактора путем поддержания OD600 нм, составляющей ~0,5. К ферментационному бульону добавляли дополнительные 120 г смеси 6% (вес/вес) TOPO в тетрадекане. Затем данную органическую смесь непрерывно подавали в реактор и органическую фазу также непрерывно удаляли из реактора со степенью разбавления, составляющей 1 д-1.Cultivation was carried out at 37°C, 150 rpm. and a ventilation rate of 1 l/h with a mixture of 25% CO 2 and 75% N 2 in a shaker in an open water bath for 65 hours. The gas was released into the headspace in the reactor. The pH was maintained at 5.8 by automatic addition of 2.5 M NH 3 solution. Fresh medium was continuously fed into the reactor at a dilution rate of 0.5 d -1 and the fermentation broth was continuously removed from the reactor by maintaining an OD 600 nm of ~0.5. An additional 120 g of a mixture of 6% (w/w) TOPO in tetradecane was added to the fermentation broth. Then this organic mixture was continuously fed into the reactor and the organic phase was also continuously removed from the reactor with a dilution ratio of 1 d -1 .
Во время культивирования отбирали несколько образцов по 5 мл из обеих, водной и органической, фаз для определения OD600 нм, значения pH и степени образования продукта. Определение концентраций продукта выполняли с помощью полуколичественного анализа с применением 1H-ЯМР-спектроскопии. В качестве внутреннего количественного стандарта использовали триметилсилилпропионат натрия (T(M)SP). During cultivation, several 5 ml samples were taken from both the aqueous and organic phases to determine the OD 600 nm , the pH value and the degree of product formation. Determination of product concentrations was performed by semiquantitative analysis using 1H-NMR spectroscopy. Sodium trimethylsilyl propionate (T(M)SP) was used as an internal quantitative standard.
Во время основного культивирования в водной фазе достигали концентрации в равновесном состоянии, составляющей 8,18 г/л этанола, 3,20 г/л ацетата, 1,81 г/л бутирата и 0,81 г/л гексаноата. Значение OD600 нм оставалось постоянным на уровне 0,5. В органической фазе достигали концентрации в равновесном состоянии, составляющей 0,43 г/кг этанола, 0,08 г/кг ацетата, 1,13 г/кг бутирата и 8,09 г/кг гексаноата. После эксперимента клетки оставались жизнеспособными, несмотря на перенос для дополнительных этапов культивирования.During the main cultivation in the aqueous phase, a steady state concentration of 8.18 g/l ethanol, 3.20 g/l acetate, 1.81 g/l butyrate and 0.81 g/l hexanoate was reached. The OD 600 nm value remained constant at 0.5. Steady-state concentrations of 0.43 g/kg ethanol, 0.08 g/kg acetate, 1.13 g/kg butyrate and 8.09 g/kg hexanoate were reached in the organic phase. After the experiment, the cells remained viable despite being transferred to additional culture steps.
Коэффициент распределения KD субстратов и продуктов в системе водной среды и 6% TOPO в тетрадекане рассчитывали из концентраций в обеих фазах.The partition coefficient K D of the substrates and products in the aqueous medium system and 6% TOPO in tetradecane was calculated from the concentrations in both phases.
KD в равновесном состоянии составлял 0,05 для этанола, 0,03 для уксусной кислоты, 0,62 для масляной кислоты и 9,99 для гексановой кислоты.K D at equilibrium was 0.05 for ethanol, 0.03 for acetic acid, 0.62 for butyric acid and 9.99 for hexanoic acid.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP18156841 | 2018-02-15 | ||
EP18156841.1 | 2018-02-15 | ||
PCT/EP2019/053786 WO2019158683A1 (en) | 2018-02-15 | 2019-02-15 | Extraction of alkanoic acids |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020127717A3 RU2020127717A3 (en) | 2022-02-21 |
RU2020127717A RU2020127717A (en) | 2022-02-21 |
RU2785987C2 true RU2785987C2 (en) | 2022-12-15 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3816524A (en) * | 1972-08-31 | 1974-06-11 | Dow Chemical Co | Extraction of carboxylic acids from dilute aqueous solutions |
US4705894A (en) * | 1984-02-29 | 1987-11-10 | Yuanfu Su | Process for recovery of organic acids from aqueous solutions |
SU1836326A3 (en) * | 1988-12-22 | 1993-08-23 | Inst Gvido Donegani S P A | Method for separating lactic acid from aqueous medium containing this acid |
WO2009059228A2 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | University Of Maine System Board Of Trustees | Recovery of acetic acid from wood extracts |
WO2019002240A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | Process for recovering acetic acid from an aqueous stream comprising the same |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3816524A (en) * | 1972-08-31 | 1974-06-11 | Dow Chemical Co | Extraction of carboxylic acids from dilute aqueous solutions |
US4705894A (en) * | 1984-02-29 | 1987-11-10 | Yuanfu Su | Process for recovery of organic acids from aqueous solutions |
SU1836326A3 (en) * | 1988-12-22 | 1993-08-23 | Inst Gvido Donegani S P A | Method for separating lactic acid from aqueous medium containing this acid |
WO2009059228A2 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | University Of Maine System Board Of Trustees | Recovery of acetic acid from wood extracts |
WO2019002240A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | Process for recovering acetic acid from an aqueous stream comprising the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Janvit Golob et al "Extraction of acetic acid from dilute aqueous solutions with trioctylphosphine oxide" Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1981, 20, 3, 433-435. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10787688B2 (en) | Multi-stage synthesis method with synthesis gas | |
KR102646082B1 (en) | A method of producing higher alcohols | |
KR102678516B1 (en) | Extraction of Alkanoic Acids | |
CN113166785B (en) | Method for producing higher alkanones, preferably 6-undecanone and its derivatives | |
RU2785987C2 (en) | Alkane acid extraction | |
WO2020104411A1 (en) | Production and extraction of alkanoic acids | |
RU2807367C2 (en) | Extraction of aliphatic alcohols | |
JP7430244B2 (en) | Extraction of fatty alcohols | |
RU2788086C2 (en) | Method for obtaining 6-undecanone and its derivatives | |
US20240191264A1 (en) | Method for producing higher linear alkanes | |
BR102016001727B1 (en) | AEROBIC METHOD TO PRODUCE ALCOHOLS |