生物燃料物質及生物化學物質的制備方法

專利名稱：生物燃料物質及生物化學物質的制備方法
技術領域：
本發明涉及生物燃料物質及生物化學物質的制備方法，特別是，涉及可在制備エ 程中較大地減少原料和能源費用的經濟性的并是環保的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法。
背景技術：
為了將微生物在特殊的環境下人工培養，需在培養基中添加多種營養成分。該微生物的營養成分需求根據微生物的種類各不相同。因此，為了滿足上述微生物的營養成分需求，一般情況下使用添加有無機鹽、氨基酸、維生素、蛋白胨(ρ印tone)、玉米漿(corn steep liquor)、酵母提取物(yeast extract)等的多種培養基。微生物培養基可大致分為合成培養基(synthetic medium)和復合培養基(complex medium)。合成培養基含有類似無機鹽、氨基酸、維生素等化學性成分被明確地說明的營養成分；復合培養基含有類似蛋白胨、玉米漿、酵母提取物等化學性成分沒有被明確地說明的營養成分。為了開發合成培養基，如上所述，由于根據微生物的種類所需的營養成分各不相同，因此需要先進行查明微生物所需的所有營養成分的工作。為此，一般情況下，在將所有種類的氨基酸和維生素添加至含無機鹽的培養基中制備培養基后，在所述的培養基中培養微生物來確認該微生物是否成長。當微生物的成長被確認時，在所述的添加至培養基的營養成分中重新制備ー種營養成分被清除的培養基后，在所述的特定營養成分被清除的培養基中培養微生物來確認該微生物是否成長。當微生物的成長被確認時，在所述的添加至培養基的營養成分中再重新制備其他的一種營養成分被清除的培養基。與此相反，當微生物的成長沒有被確認時，將被清除的營養成分定義為合成培養基制備中必須添加的必須營養成分，并在隨后的培養基制備中必須添加。至今為止，一般反復執行上述的方法來進行查明微生物培養中所需的所有營養成分的工作，從而來開發合成培養基(aiang et al., App. Microbiol. Biotechnol. ,51 :407，1997)。但是，所述的方法，即，單一除去法(single omission technique)作為反復試驗的方法需要大量的時間、人力、研究費用。最近，用于補充單ー除去法的統計性培養基開發方法正被研究者提出，但成功的概率十分低，沒有廣泛地被實際使用。利用如上所述的單一除去法及統計性方法來將微生物培養所需的營養成分全部確認后，對于每一個營養成分，為了促進微生物成長，必須確認所需的須添加至培養基中的最適當的營養成分的量。特別是，相當數量的微生物具備在含有所有氨基和維生素的合成培養基中也不能成長的缺點。因此，多數的微生物相對合成培養基，在含有作為復合培養基的營養成分來添加的蛋白胨和酵母提取物等的培養基中更能促進成長。此外，由于化學上的成分被明確地說明的合成培養基的制備中所添加的氨基酸或維生素的價格十分貴，因此，在通過微生物培養產業性地大量生產生物燃料物質及化學物質中使用含有上述物質的合成培養基具有一定的局限性。在通過微生物培養的生物燃料物質及生物化學物質的制備中，雖然化學性成分沒有被說明，但添加有含微生物培養所需的所有營養成分的蛋白胨、玉米漿、酵母提取物等的復合培養基正被廣泛使用。蛋白胨作為蛋白質被分解的物質，由于肽酶被重新轉換成氨基酸，可在微生物培養中作為氮源來使用。但是，為了通過產業性規模的微生物培養生產生物燃料物質及化學物質而使用蛋白胨同樣是十分貴的物質。玉米漿在玉米濕磨(corn wet-milling)工程中作為以副產物產生的物質，價格較低，因此作為微生物培養的重要營養成分被廣泛地使用(Liggett et al. , Bacteriol. Rev. , 12 :297,1948 ； Liggett et al.，Bacteriol. Rev.，12 :300,1948)。此外，玉米漿不僅是用于微生物培養的氮源，還具有除了含有維生素和氨基酸以外還含有其他多種營養成分的優點(Atkinson et al. ， Biochemical Engineering and Biotechnology HanabooK, me Nature Press， NY,57,1983 ；Miller et al.，Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology, American Society of Microbiology, Washington DC，122，1986 ；Akhtar et al.，Tapi J. 80 :161,1997)。在微生物培養中玉米漿雖然是價格低廉優選的營養成分，但與蛋白胨或酵母提取液相比，具有需在培養基中添加相對較多的量的缺點。此外，在玉米漿中存在抑制微生物成長的成分，因此，將相同量的酵母提取液添加至培養基中吋，相對來說，微生物的成長速度、微生物濃度、以及要生產的目標物質的生產性十分低(Amartey et al., Bullet. Chem. Technol.，Macedonia，19 :65，2000 ；Silveira et al.，Appl. Microbiol. Biotechnol.，55 :442，2001 ；Underwood et al. , Appl.Environ. Microbiol.，70 :2734)。經許多研究者的研究，酵母提取液被確認為是用于微生物培養的最優選的營養成分，特別是，通過研究報告(Laube et al. , Biotechnol. Lett. ,6 :535,1984 ；Bibal et al. ,Appl. Microbiol. Biotechnol. ,30 :630,1989 ；Aeschlimann et al. ,Appl. Microbiol. Biotechnol. ,32 :398,1990 ；Norton et al. , J. Dairy Sci. ,77 :2494,1994 ；Kazamias et al. , Appl. Environ. Microbiol. ,61:2425,1995 ；Potvin et al. , J. Microbiol. Methods, 29 :153,1997 ；afrncova et al. , Biotechnol. Lett. ,21 :337,1999 ；Bury et al. , Czech J. Food Sci. ,19 :166，2001)，其可促進微生物成長，從而較大地提高通過微生物培養來生產的目標物質的生產性。此外，酵母提取液中含有相當數量的碳水化合物及溶解性糖， 不僅在微生物培養中作為營養成分，同時也提供給碳源(Revillion et al. , Braz. Arch. Biol. Technol. ,46 :121,2003 ；Ojokoh et al. , Afr. J. Biotechnol. ,4 :1281,2005) 由于酵母提取液的該優秀性，酵母提取液在食品產業中也作為添加物被廣泛地使用。一般情況下，酵母提取液通過在啤酒和面包制造中使用的酵母的一種釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中人工培養菌株后通過自體溶解(autolysis)工程被制造。但是，由于通過所述的工程被制造的酵母提取液價格十分貴，因此，作為用于當前產業性規模中的生物燃料物質及化學物質生產的微生物培養的營養成分來使用吋，事實上并不適合。實際上，通過研究報告(Mulligan et al.，Biotechnol. Bioeng. ,38 :1173，1991)，在將 2g/L 的酵母提取液作為營養成分添加來生產乳酸吋，酵母提取液費用要占到整個乳酸生產費用的32%。有關通過微生物培養的生物燃料物質和化學物質生產的研究可分為低價格碳源及培養基開發、發酵工程開發、分離及精煉工程開發、優秀的菌株開發等。當前，通過產業性規模的微生物培養的生物燃料物質及化學物質生產主要是使用添加有玉米漿、酵母提取液、蛋白胨等營養成份的復合培養基。如上所述，玉米漿雖然價格低廉但抑制微生物成長， 從而不能保障要生產的目標物質的生產性。與此相反，酵母提取液和蛋白胨作為營養成分，雖然優秀但價格貴，不能確保經濟性。因此，為了產業性規模中的生物燃料物質及化學物質生產，需要ー種在保障生產性的同時也能保障經濟性，且價格低廉并充分含有優秀的營養成分的培養基的開發。用于將微生物發酵工程中產生的副產物再利用的研究正在通過一部分研究者被進行，因此開發了一種將在實際醇的發酵工程中產生的沒有被發酵的固體殘留碳水化合物在污泥槽中重新加水分解來作為碳源再提供至相同的乙醇發酵槽中來使用的工程(美國專利4，578，353)。此外，還開發了將2個醇發酵槽連接，在各自的發酵槽中將以副產物產生的有機酸和氣體成分選擇性地分離，從而來重新使用的工程(PCT專利WO 2008/115080)。 但是，所述的工程只是選擇性地重新使用作為原料物質被提供的物質，或是在發酵槽中經微生物以副產物產生的物質中的一部分成分，因此是十分局限性的方法。將化石資源作為原料來使用而生產的燃料物質和化學物質不同，生物燃料物質及生物化學物質是通過將可完全循環的生物學性資源生物質作為原料物質來使用從而可獲得的燃料物質和化學物質。最近，為了克服由于化石燃料耗竭的能源危機和溫室氣體帶來的氣候變化的環境危機，對可實現資源和ニ氧化碳的完全循環(Carbon Neutral or Carbon Zero)的環保生物燃料物質及生物化學物質的需求正在不斷増大。特別是，對于搬運和儲存較容易且適合作為輸送燃料的類似乙醇和丁醇的生物燃料物質備受矚目。至今為止，生物燃料物質及生物化學物質大部分是通過將玉米或小麥等淀粉加水分解而獲得的葡萄糖或甘蔗中所包含的蔗糖(Sucrose)的微生物發酵被生產的。但是，由于連續的谷物價格上升，以及將糧食資源用于燃料物質和化學物質的生產中具有倫理性的問題，因此，為了將地球上最豐富的非食用生物學性資源木質纖維生物質 (lignocellulosic Biomass)作為原料物質來使用，從而有效地生產燃料物質和化學物質的研究正在全世界被廣泛地進行。木質纖維生物質可大致分為木質生物質(woody biomass)和草質生物質(grassy biomass)，此類物質以纖維素(cellulose)、半纖維素(hemicellulose)、木質素(Iignin) 為主要成份來構成。木質纖維生物質在經過利用酸、鹽基、蒸氣等的物理化學性電處理工程后，通過加水分解酵素，最終，纖維素轉換成含有葡萄糖的6碳糖，且半纖維素與6碳糖一起轉換成含有木糖(xylose)、阿拉伯糖(arabinose)等的5碳糖。幾乎所有的微生物具備在發酵過程中將6碳糖葡萄糖作為碳源和能源資源來使用的能力，但一部分微生物不具備將 5碳糖葡萄糖作為碳源和能源資源來使用的能力。因此，在通過微生物發酵的生物燃料物質及生物化學物質生產中，由于不具備使用上述的5碳糖的能力，或是明顯能力較低，不能使用從木質纖維生物質可獲取的在整個糖中約占35%的5碳糖，從而造成巨大的原料物質價格上升，較難確保經濟性。此外，存在于發酵后所產生的廢液中的5碳糖使化學需氧量及生物需氧量(chemical oxygen demand, biological oxygen demand)急劇地增加，因此需要用于處理該問題的新廢水處理工程因此，需要開發ー種可有效地使用來源于木質纖維生物質的5碳糖和6碳糖，同時可經濟性并環保地生產生物燃料物質及生物化學物質的制備方法。

發明內容
技術課題
本發明提供ー種具有可節省原料物質和培養基制備費用的，并可節省巨大的能源費用的環保型經濟性的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法。技術方案根據本發明的一個實施例的生物燃料物質的制備方法，其包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；培養接種有所述第1微生物的培養基。根據本發明的另ー個實施例的生物燃料物質的制備方法，其包括以下步驟從5 碳糖和6碳糖的混合物使6碳糖發酵來生成乙醇發酵液；將所述乙醇發酵液分離精煉；準備培養基，所述培養基包含在所述分離精煉的步驟中所生成的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第1微生物的培養基。其中，所述5碳糖和6碳糖的混合物為含有糖的混合物，所述糖是通過將從由木質纖維生物質和纖維生物質組成的群中選擇出來的ー個以上進行物理化學性預處理以及糖化工程被生成的。所述發酵廢物包含從由6碳糖和5碳糖組成的群中選擇出來的ー個以上的糖，所述6碳糖包含葡萄糖(glucose)、半乳糖(galactose)、和甘露糖(marmose)等，且，所述5碳糖包含木糖 (xylose)和阿拉伯糖(arabinose)等。根據本發明的另ー個實施例的生物燃料物質的制備方法，其中，所述第1微生物包含從由酵母、梭菌屬(Clostridium)、大腸菌、芽抱桿菌屬(Bacillus)、厭氧粘細菌(Anaeromyxobacter)、產堿桿菌 ill (Alcaligenes)、擬桿囷屬(Bacteroiaes)、塊希氏菌屬(Escnerichia)、學し桿菌J禺(Lactobacillus；、學し球困屬(Lactococcus)、畢赤酵母屬(Pichia)、假單胞菌屬(I^seudomonas)、羅爾斯頓菌屬(Ralstonia)、紅球菌屬(Rhodococcus)、酵母囷屬(Saccharomycesノ、鏈 # 菌ノ禹(Streptomycesノ、棲熱菌屬(Thermus)、棲熱袍菌屬(Thermotoga)、嗜熱菌(Thermoanaerobacter)、克雷イ白菌屬 (Klebsiella)、鏈％菌禾斗(Streptomycetaceae)、放線菌禾斗(Actinomycetaceae)、ロ」.啉桿菌 (Colinebacterium)、發酵單胞菌屬(Zymomonas)、放線桿菌屬(Actinobacillus)、厭氧螺菌屬(Anaerobiospirillum)、曼海姆菌(Mannheimia)組成的群中選擇出來的ー個以上。其中，將接種有所述第1微生物的培養基以在由分批(batch)培養、流加式(fed-batch)培養、和連續(continuous)培養組成的群中選擇出來的至少ー個以上的方法來培養。并可進一歩包括以下步驟將培養接種有所述第1微生物的培養基后所生成的生物燃料物質分離及精煉。其中，所述生物燃料物質為能夠以燃料使用的生物氣體、醇、烷烴類化合物、和烯烴類化合物。其中，所述生物氣體包含甲烷和氫，所述醇包含乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醛根據本發明的一個實施例的生物化學物質的制備方法，包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物；將第2微生物接種于所述培養基中；培養接種有所述第2微生物的培養基。根據本發明的另ー個實施例的生物化學物質的制備方法，包括以下步驟從5碳糖和6碳糖的混合物使6碳糖發酵來生成乙醇發酵液；將所述乙醇發酵液分離精煉；準備培養基，所述培養基包含在所述分離精煉的步驟中所生成的發酵廢物；將第2微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第2微生物的培養基。其中，所述5碳糖和6碳糖的混合物是通過將從由木質纖維生物質和纖維生物質組成的群中選擇出來的ー個以上進行物理化學性預處理以及糖化工程被生成的混合物質。所述發酵廢物包含從由6碳糖和5碳糖組成的群中選擇出來的ー個以上的糖，所述6碳糖包含葡萄糖(glucose)、半乳糖(galactose)、和甘露糖(marmose)等，且，所述5碳糖包含木糖Uylose)和阿拉伯糖(arabinose)等。根據本發明的另ー個實施例的生物化學物質的制備方法，其中，所述第2微生物包含從由酵母、梭菌屬(Clostridium)、大腸菌、芽抱桿菌屬(Bacillus)、厭氧粘細菌(Anaeromyxobacter)、產堿桿菌 ill (Alcaligenes)、擬桿囷屬(Bacteroiaes)、塊希氏菌屬(Escnerichia)、學し桿菌J禺(Lactobacillus；、學し球困屬(Lactococcus)、畢赤酵母屬(Pichia)、假單胞菌屬(I^seudomonas)、羅爾斯頓菌屬(Ralstonia)、紅球菌屬(Rhodococcus)、酵母囷屬(Saccharomycesノ、鏈 Sp 菌 ノ禹(Streptomycesノ、棲熱菌屬(Thermus)、棲熱袍菌屬(Thermotoga)、嗜熱菌(Thermoanaerobacter)、克雷イ白菌屬 (Klebsiella)、鏈％菌禾斗(Streptomycetaceae)、放線菌禾斗(Actinomycetaceae)、ロ」.啉桿菌 (Colinebacterium)、發酵單胞菌屬(Zymomonas)、放線桿菌屬(Actinobacillus)、厭氧螺菌屬(Anaerobiospirillum)、曼海姆菌(Mannheimia)組成的群中選擇出來的ー個以上。其中，所述生物化學物質包含從由氨基酸、有機酸、酵素、生物降解高分子、醇組成的群中選擇出來的ー個以上。所述氨基酸包含甲硫氨酸和蘇氨酸。所述有機酸包含從由乳酸、丁酸、丁ニ酸、和羥基丙酸組成的群中選擇出來的ー個以上。所述生物降解高分子包含生物聚酷。技術效果根據本發明的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法，由于將醇生產工程中產生的發酵廢物作為用于微生物培養的培養基來使用，可低廉并環保地制備生物燃料物質及生物化學物質。此外，由于將醇生產工程中產生的發酵廢物作為用于微生物培養的培養基來使用，可減少通常要添加至微生物培養基中的各種化學物質及營養成分的添加量，或是不添加。此外，可減少通常使用的葡萄糖，蔗糖，丙三醇等碳源的添加量。此外，由于在醇蒸餾過程中微生物被消毒，因此可節省通常在微生物培養基的消毒過程中所消耗的巨大的能源費
ο同吋，由于從木質纖維生物質中生成的5碳糖和6碳糖都可被有效地用于微生物發酵工程中，因此可較大地較少原料物質費用。因此，根據本發明的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法，制備中所需的原料物質及能源費用可被較大地較少。此外，由于將醇發酵工程中產生的廢物再利用并使用 6碳糖和5碳糖，因此可同時獲得環境保護和節省資源的效果。本發明提供ー種可有效地利用木質纖維生物質，并且不僅可節約工程過程中所需的能源，還能節約廢水處理費用、附加營養素所需費用等的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法。


圖1是示出根據本發明的一個實施例的生物燃料物質及生物化學物質制備方法的流程圖。
圖 2 是比較丙酮丁醇梭菌 ATCC824 (Clostridium acetobutylicum ATCC 824)菌株丁醇生產量的圖。圖 3 是比較丙酮丁醇梭菌 ATCC824 (Clostridium acetobutylicum ATCC 824)菌株丁醇生產量的圖。圖 4 是比較丙酮丁醇梭菌 ATCC824 (Clostridium acetobutylicum ATCC 824)菌株丁醇生產量的圖。圖 5 是比較拜氏梭菌 NCIMB8052 (Clostridium beijerinckii NCIMB 8052)菌株丁醇生產量的圖。圖 6 是比較釀酒酵母 ATC(^601 (Saccharomyces cerevisiae ATCC 2601)菌株乙
醇生產量的圖。圖 7 是比較酪丁酸梭菌 ATCC25755 (Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755)菌
株丁酸生產量的圖。圖8是比較嗜酸乳桿菌NCFM(Lactobacillus acidophilus NCFM)乳酸生產量的圖。圖 9 是比較丁 ニ 酸放線桿菌 ATCC55618 (Actinobacillus succinogenes ATCC55618)菌株丁ニ酸生產量的圖。圖10是比較E. coli菌株3-羥基丙酸生產量的圖。圖11是示出根據本發明的一個實施例的生物燃料物質及生物化學物質制備方法的流程圖。圖12是比較拜氏梭菌ATCC35702菌株丁醇生產量的圖。圖13是比較酪丁酸梭菌ATCC25755菌株丁酸生產量的圖。
具體實施例方式雖然用于將微生物發酵工程中產生的副產物再利用的研究正在進行中，但只是涉及將以副產物產生的物質中的一部分成分選擇性地分離來重新使用的方法，且，至今為止， 還沒有關于將在醇生產工程中產生的發酵廢物本身作為用于微生物培養的培養基來使用的生物燃料物質及生物化學物質的制備方法。以下參照附圖對本發明進行詳細說明。根據本發明的一個實施例的生物燃料物質的制備方法，包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所產生的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第1微生物的培養基。根據本發明的另ー個實施例的生物化學物質的制備方法，包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所產生的發酵廢物；將第2微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第2微生物的培養基。圖1是示出根據本發明的一個實施例的生物燃料物質及生物化學物質制備方法的流程圖。在乙醇發酵器中通過微生物發酵獲得發酵液。雖然多種微生物具有生產乙醇的能力，但當前主要在產業中使用的微生物為釀酒酵母，其是酵母中的ー種。在乙醇發酵中可使用多種碳源。通過生物質預處理，將可生成乙醇的微生物接種至含有生產的碳源的培養基中之后，執行分批培養、流加式培養、和連續培養的發酵工程。
將獲得的發酵液送至蒸餾塔中，在蒸餾塔中蒸餾乙醇，并將乙醇回收至乙醇儲存槽中。通過將培養基的溫度上升至80°C -90°C，來蒸餾具有約95%純度的乙醇，從而進行一次回收。為了生產更高純度的乙醇，需要附加的脫水工程。在一般的乙醇發酵工程中二氧化碳氣體以副產物產生，可將其捕集/壓縮來用于飲料或其他エ業。將乙醇回收至乙醇儲存槽后會產生剩余的發酵廢物。在80°C -90°C的高溫的乙醇蒸餾工程中，死滅的微生物、沒有被加水分解的固態的殘留碳水化合物、以及沒有發酵的糖以發酵廢物產生。所述發酵廢物包括在醇生產工程中將可生產醇的微生物接種至含有碳源的培養基中后通過發酵工程生產醇時所產生的發酵廢物。為了作為用于農業或林業作物的肥料來使用，所述發酵廢物可直接撒在耕作物上或作為家畜飼料來使用。但是，當將發酵廢物直接撒在耕作物上吋，具有土壌和水質污染的危險性，而作為飼料來使用吋，由于需要將發酵廢物重新在高溫中去除水分來回收被濃縮的殘留固體物質，因此用于去除水分的巨大的能源費用被消耗。由于蒸餾過程后產生發酵廢物中充分存在微生物培養基所需要的營養成分，將其直接作為培養基來使用吋，可較大地節省通常在培養基準備階段中所必需添加至培養基中的營養成分的費用。由于能夠將發酵廢物中存在的殘留糖作為碳源來使用，同樣可節省微生物培養所需的碳源的費用。此外， 在高溫的蒸餾過程中，由于微生物被消毒，將所述的發酵廢物直接作為培養基來使用吋，由于高溫中的培養基不需要消毒過程，因此可節省培養基消毒過程中所消耗的巨大的能源費用。將所述發酵廢物送至固體/液體分離裝置中，只將固體成分被分離的液體發酵廢物送至生物燃料物質及生物化學物質發酵器中，或是不送至固體/液體分離裝置中，將包含所有固體和液體成分的發酵廢物按原樣送至生物燃料物質及生物化學物質發酵器中，作為本發明的生物燃料物質及生物化學物質的制備中的培養基來準備。可選擇地，可將水、碳源、和營養成分等附加地加入生物燃料物質及生物化學物質發酵器中。作為碳源，可使用適用于葡萄糖或微生物培養的所有碳源。作為營養成分，包含添加至培養基后可促進微生物成長的所有物質。將可生成生物燃料物質及生物化學物質的微生物接種至所述培養基中。在可生成生物燃料物質的第1微生物及可生成生物化學物質的第2微生物中包含酵母、梭菌屬(Clostridiumフ、^:1 ■、オ3 禾干Iin禹(Bacillus) > Μ lif (Anaeromyxobacter； > 產堿桿囷屬(Alcaligenes)、擬桿菌屬(Bacteroides)、±矣希氏囷.屬(Escherichia；、 乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、畢赤酵母屬(Pichia)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、羅爾斯頓菌屬(Ralstonia)、紅球菌屬(Rhodococcus)、酵母菌屬(Saccharomyces)、鏈霉菌屬(Str印tomyces)、棲熱菌屬(Thermus)、棲熱袍菌屬 (Thermotoga)、嗜熱菌(Thermoanaerobacter)、克雷伯菌屬(Klebsiella)、鏈霉菌科 (Streptomycetaceae; > 1 1 (Actinomycetaceae; > nj |f |if (Colinebacterium) > 發酵單胞菌屬(Zymomonas)、放線桿菌屬(Actinobacillus)、厭氧螺菌屬 (Anaerobiospirillum)、曼海姆菌(Mannheimia)等，并包含上述菌的野生型菌株、突然異變菌株及再組合菌株。將接種有所述微生物的培養基通過分批培養、流加式培養、和連續培養等方法來培養。在通過微生物培養來生成生物燃料物質及生物化學物質之后，將生成的生物燃料物質及生物化學物質分離及精煉從而進行回收。生物燃料物質不僅其生物燃料本身可被使用，生物燃料物質中添加的添加劑也可被使用，且生物燃料物質中包含生物氣體、醇、烷烴類化合物、和烯烴類化合物等。生物氣體包含甲烷和氫；醇包含從由乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、 己醛等。生物化學物質作為在化學物質制造過程中的原料物質或以原料物質中添加的添加劑來使用的物質，包含通過微生物培養可生產的氨基酸、有機酸、酵素、生物降解高分子、醇等。氨基酸包含甲硫氨酸和蘇氨酸；有機酸包含從由乳酸、丁酸、丁ニ酸、和羥基丙酸等；生物降解高分子包含生物聚酷。根據本發明的一個實施例，將從木質纖維生物質提取的糖的主要構成成分5碳糖和6碳糖經聯合發酵工程來有效地制備生物燃料物質及生物化學物質。圖11是示出根據本發明的一個實施例的生物燃料物質及生物化學物質制備方法的流程圖。參照圖11，將木質纖維生物質通過物理化學性方法預處理后，利用酵素來加水分解，從而獲得5碳糖和6碳糖的混合糖化液。通過乙醇發酵消耗6碳糖，并將其分離精煉從而獲得乙醇。發酵后通過蒸餾清除乙醇并使用含有剰余的5碳糖的發酵廢物來制備生物燃料物質及生物化學物質。作為可靈活使用5碳糖的工程有丁醇發酵工程、丁酸或丁ニ酸發酵工程等，在該工程中可添加5碳糖來提供碳源和營養成分。由于一般商用的乙醇酵母不能將5碳糖作為碳源來使用，或是使用能力較低，因此，為了使用剰余的5碳糖，需要基因制造的附加的菌株開發。同吋，在可消耗5碳糖的生物燃料物質生產菌株或生物化學物質生產菌株大部分為6碳糖和5碳糖同時存在的情況下， 在全部消耗6碳糖之前不消耗5碳糖，或是以單一碳源只存在5碳糖吋，由于在混合的糖化液中以明顯的速度消耗5碳糖，因此在同時產生5碳糖和6碳糖的木質纖維生物質糖化液的使用中具有一定的困難。本發明通過如上所述的連鎖工程連續地消耗6碳糖和5碳糖，從而有效地靈活使用木質纖維生物質，且不僅可節約工程過程中所消耗的能源，還可節約添加營養源所需的
費用等。以下，通過實施例對本發明進行更詳細的說明。實施例作為用于具體說明本發明， 本發明的范圍并不受實施例所限制。實施例發酵廢物回收及成分分析從韓國CHANGHAE乙醇股份公司的商業用乙醇生產エ廠獲得發酵廢物，該公司生產產業性規模的乙醇。韓國CHANGHAE乙醇股份公司在乙醇生產菌株釀酒酵母中培養菌株來生產約100g/L的乙醇后，將所述發酵培養液在80°C -90°C中一次蒸餾，從而獲得具有 95%以上純度的商業用乙醇來進行銷售。在所述商業用乙醇生產エ廠中，乙醇被蒸餾及產生后，將含有固體成分的發酵廢物本身回收來用于以下的實施例。將發酵廢物在4°C，12，OOOrpm中10分鐘離心分離后，使用氣相色譜法(GC)和液相色譜法(HPLC)來分析存在于上清液中的乙醇、乙酸、葡萄糖濃度。此外，在以下的實施例中，同樣使用氣相色譜法(GC)和液相色譜法(HPLC)來分析通過微生物培養來生產的乙醇、 丁醇、丁酸、乳酸的濃度。同吋，固體成分中存在的淀粉，是將IOOmL的5% HCl添加至50mL 的試料中，在95°C下進行2. 5小時的酸糖化后冷卻來形成的。所述的酸糖化液以NaOH中和后，將其通過液相色譜法(HPLC)來分析，從而測定出發酵廢物中存在的總糖量。蛋白質濃度是使用從阿德里奇化學(Sigma-Aldrich)公司購買的全蛋白試劑裝(Total Protein Kit, Cat. No. TP0200)來進行了分析。通過上述分析方法分析了韓國CHANGHAE乙醇股份公司エ廠中回收的發酵廢物， 其特性在表1中被顯示出。表 權利要求
1.ー種生物燃料物質的制備方法，包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；培養接種有所述第1微生物的培養基。
2.如權利要求1所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述發酵廢物，是將清除固體成分的發酵廢物或不清除固體成分的發酵廢物直接或自體溶解處理后來利用的。
3.如權利要求1所述的生物燃料物質的制備方法，包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物或將發酵廢物自體溶解來準備的廢物；在將所述第1微生物接種于所述培養基中之前，額外地加入從由水、碳源、和營養成分組成的群中選擇出來的ー個以上。
4.ー種生物燃料物質的制備方法，包括以下步驟從5碳糖和6碳糖的混合物使6碳糖發酵來生成乙醇發酵液；將所述乙醇發酵液分離精煉；準備培養基，所述培養基包含在所述分離精煉的步驟中所生成的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第1微生物的培養基。
5.如權利要求4所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述5碳糖和6碳糖的混合物為含有糖的混合物，所述糖是通過將從由木質纖維生物質和纖維生物質組成的群中選擇出來的ー個以上進行物理化學性預處理以及糖化工程被生成的。
6.如權利要求4所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述發酵廢物包含從由6碳糖和5碳糖組成的群中選擇出來的ー個以上的糖，所述6碳糖包含葡萄糖、半乳糖、和甘露糖， 且，所述5碳糖包含木糖和阿拉伯糖。
7.如權利要求1或4所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述第1微生物包含從由酵母、梭菌屬、大腸菌、芽抱桿菌屬、厭氧粘細菌、產堿桿菌屬、擬桿菌屬、埃希氏菌屬、乳桿菌屬、乳球菌屬、畢赤酵母屬、假單胞菌屬、羅爾斯頓菌屬、紅球菌屬、酵母菌屬、鏈霉菌屬、 棲熱菌屬、棲熱袍菌屬、嗜熱菌、克雷伯菌屬、鏈霉菌科、放線菌科、可啉桿菌、發酵單胞菌屬、放線桿菌屬、厭氧螺菌屬、曼海姆菌組成的群中選擇出來的ー個以上。
8.如權利要求1或4所述的生物燃料物質的制備方法，其中，將接種有所述第1微生物的培養基以在由分批培養、流加式培養、和連續培養組成的群中選擇出來的至少ー個以上的方法來培養。
9.如權利要求1或4所述的生物燃料物質的制備方法，進ー步包括以下步驟將培養接種有所述第1微生物的培養基后所生成的生物燃料物質分離及精煉。
10.如權利要求1或4所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述生物燃料物質包含從由生物氣體、醇、烷烴類化合物、和烯烴類化合物組成的群中選擇出來的ー個以上。
11.如權利要求8所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述生物氣體包含甲烷和氫。
12.如權利要求8所述的生物燃料物質的制備方法，其中，所述醇包含從由乙醇、丙醇、 丁醇、戊醇、己醛組成的群中選擇出來的ー個以上。
13.—種生物化學物質的制備方法，包括以下步驟直接利用或自體溶解來準備在醇生產工程中所發生的發酵廢物；準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物或將發酵廢物自體溶解來準備的廢物；將第2微生物接種于所述培養基中；培養接種有所述第2微生物的培養基。
14.ー種生物化學物質的制備方法，包括以下步驟從5碳糖和6碳糖的混合物使6碳糖發酵來生成乙醇發酵液；將所述乙醇發酵液分離精煉；準備培養基，所述培養基包含在所述分離精煉的步驟中所生成的發酵廢物；將第2微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第2微生物的培養基。
15.如權利要求14所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述5碳糖和6碳糖的混合物是通過將從由木質纖維生物質和纖維生物質組成的群中選擇出來的ー個以上進行物理化學性預處理以及糖化工程被生成的混合物質。
16.如權利要求14所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述發酵廢物包含從由6碳糖和5碳糖組成的群中選擇出來的ー個以上的糖，所述6碳糖包含葡萄糖、半乳糖、和甘露糖，且，所述5碳糖包含木糖和阿拉伯糖。
17.如權利要求13或14所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述第2微生物包含從由酵母、梭菌屬、大腸菌、芽抱桿菌屬、厭氧粘細菌、產堿桿菌屬、擬桿菌屬、埃希氏菌屬、 乳桿菌屬、乳球菌屬、畢赤酵母屬、假單胞菌屬、羅爾斯頓菌屬、紅球菌屬、酵母菌屬、鏈霉菌屬、棲熱菌屬、棲熱袍菌屬、嗜熱菌、克雷伯菌屬、鏈霉菌科、放線菌科、可啉桿菌、發酵單胞菌屬、放線桿菌屬、厭氧螺菌屬、曼海姆菌組成的群中選擇出來的ー個以上。
18.如權利要求13或14所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述生物化學物質包含從由氨基酸、有機酸、酵素、生物降解高分子、醇組成的群中選擇出來的ー個以上。
19.如權利要求18所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述氨基酸包含甲硫氨酸和蘇氨酸。
20.如權利要求18所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述有機酸包含從由乳酸、 丁酸、丁ニ酸、和羥基丙酸組成的群中選擇出來的ー個以上。
21.如權利要求18所述的生物化學物質的制備方法，其中，所述生物降解高分子包含生物聚酷。
全文摘要
提出一種生物燃料物質和生物化學物質的制備方法，其包括以下步驟準備培養基，所述培養基包含在醇生產工程中所發生的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；培養接種有所述第1微生物的培養基。以及提出另一種生物燃料物質和生物化學物質的制備方法，其包括以下步驟從5碳糖和6碳糖的混合物使6碳糖發酵來生成乙醇發酵液；將所述乙醇發酵液分離精煉；準備培養基，所述培養基包含在所述分離精煉的步驟中所生成的發酵廢物；將第1微生物接種于所述培養基中；以及培養接種有所述第1微生物的培養基。
文檔編號C12P13/04GK102597252SQ201080040966
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月13日 優先權日2009年9月14日
發明者嚴文顥, 宋孝鶴, 崔基旭, 承度泳, 文世權, 朱莉婭·李, 樸成勛, 趙正熙, 金律 申請人:Gs加特克斯公司, 蒼海乙醇株式會社