利用吸附劑對通過微生物發酵制得的產物分離和精制的裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及用于通過微生物培養而生產的產物的發酵、分離和精制裝置及方法。本發明的發酵分離精制裝置及方法能夠將通過微生物培養而生產的產物以方便、連續及高效率的方式進行分離精制。
【專利說明】利用吸附劑對通過微生物發酵制得的產物分離和精制的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于對通過微生物發酵培養生產的產物進行連續分離和精制的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]丁醇可在化妝品、香水、荷爾蒙、衛生消毒劑、工業用涂覆劑、涂料添加劑、纖維、塑料單體、醫療用品、維生素、抗生素及農藥等中用作化學中間物(文獻[Durre (杜勒)，Biotechnol J (生物技術雜志)，2:1525-1534，2007])。
[0003]作為現有的丁醇的制備方法，使用梭菌(Clostridium)菌株發酵糖來生產丁醇、丙酮及乙醇的方法(文獻[美國公開專利第1315585號])一直用到80年代，但之后，一直廣為使用的是從獲得自石油的丙烯來合成丁醇的羰基合成法(0X0 process).,但是，基于石油的丁醇制備方法由于使用高溫高壓而復雜化且排出大量的有害廢棄物和二氧化碳(文獻[Tsuchida (土田)等，Ind.Eng.Chem.Res.(工業與工程化學研究)，45:8634, 2006]),近來，利用可持續性資源通過微生物的發酵以環保方式生產丁醇的要求已經再次增加。
[0004]但是，如上所述，當前大部分情況下通過化學合成法生產丁醇。由于油價上升、環境問題等原因，世界范圍內對生物丁醇研究的興趣急劇增加，但到尚不能有效地生產生物丁醇。
[0005]到目前為止，對于丁醇而言，通過發酵生產丁醇的大部分實例中使用了梭菌菌株。有這樣的實例，其中通過在載體中插入三種基因即精氨酸脫羧酶(adc)、CoA轉移酶A(CtfA)及CoA轉移酶B (CtfB)三種基因，并使用adc的啟動子以由此構建人工操縱子并且之后將這一質粒pFNK6導入到梭菌丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)ATCC824菌株中而將丙酮、丁醇及乙醇的生產率相較于野生型分別增加了 95%、37%及90% (文獻[Mermelstein (默梅爾斯坦)等，Biotechnol.Bioeng.(細胞技術和細胞工程)，42:1053,1993])。此外，還有克隆并表達乙醇/醛脫氫酶(aad)的重組菌種與野生型進行比較時產生比丙酮更高量的丁醇及乙醇的實例(文獻[Nair (奈爾)等，J.Bacteriol.(細菌學雜志)，176:871,1994])。除此之外，作為將基因功能失活的方法，還有將丁酸磷酸酶(buk)和磷酸化醋酸轉移酶(Pta)失活的實例。據報道當將buk基因失活的菌株PJC4BK發酵至pH5.0以上時，丁醇的生成量顯著增加至16.7g/L (文獻[Harris等，Biotechnol.Bioeng.,67:1,2000])。但是，據報道在將pta基因失活的菌種的實例與野生型菌種實例相比時，在溶劑生產方面沒有顯著的差異(文獻Harris等，Biotechnol.Bioeng., 67:1, 2000)。 并且,據報道利用由隨機突變誘導的突變株貝氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium beijerinckii) BAlOl菌株并將麥芽糊精(maltodextrin)作為碳源進行發酵時，生成了 18.6g/L的丁醇(文獻[Ezeji 等，Appl.Microbiol.Biotechnol.,63:653,2004])。但是，即使利用這些重組菌株的實例中，使培養基內的丁醇的生產量因作為最終產物的丁醇的毒性而非常低(20g/L或更少)，以致不可能工業利用這些重組菌株。因此，研發了用于以原位提取培養過程中生成的丁醇的多種方法以將培養基內的丁醇濃度維持在不會引起細胞毒性的水平。例如，據報道通過利用活性炭來吸附連續培養的期間生產的丁醇可提高生產率(文獻[美國登錄專利第 4520104 號])。
[0006]但是，這一方法中，活性炭只對丁醇進行選擇性的吸附且吸附的丁醇的濃度較低，以致難以回收丁醇，且活性炭的物理穩定性不足以致不可能重復利用所述活性炭。因此，存在丁醇的提取花費昂貴的缺點。丁醇的吸附量與丁醇的濃度成正比，而通過連續培養中生產的丁醇的濃度較低，因此丁醇的吸附量也非常少。由于此類問題，即使進行連續的培養工序，生產率也不超過lg/L/h。并且，由于細胞的聚集，填充有活性炭的柱可能被物理性堵塞，由此引起工藝上的問題。這種方法中，細胞聚集物堵塞柱，且在培養基的流動形成通道，從而使產物例如丁醇、丙酮、異丙醇或乙醇等在整個吸附劑中很難吸附，由此會降低吸附效率。已經報道了利用除了活性炭之外的吸附劑來提高溶劑的生產率和濃度且利用可再生的吸附劑的方法(文獻[Nielsen等，Bioeng.Biotech.102:811-821，2009])。此方法是將吸附劑添加到培養基內并且將培養過程中生成的丁醇吸附在吸附劑中以回收丁醇的方法。根據此方法，應當從培養基回收吸附劑，且在回收過程中必然要發生吸附劑的損失。并且，在培養過程中微生物所生成的雜質和作為原料物質的糖會同時吸附以致在回收丁醇時丁醇的純度及生產率較低。并且，丁醇的吸附量與培養基內添加的吸附劑的量成正比，而這一方法中培養基內添加吸附劑的量也存在界限。并且，這一方法中，乙醇和丙酮的濃度相對提高，并起到解吸所吸附的丁醇的作用，以使丁醇濃度的提高存在限制。
【發明內容】
[0007]技術問題
[0008]本發明的目的在于，提供能夠將從微生物發酵培養基生產的產品連續分離和精制的分離和精制裝置及分離和精制方法。
[0009]技術方案
[0010]在一個一般方面中，提供產物的連續發酵、分離和精制裝置，其包括:
[0011]培養器，其中將微生物與原料物質一同進行培養以生產產物；
[0012]至少兩個填充有吸附劑的柱；和
[0013]轉換部分，其用于控制以使包含產物的培養基從培養器提供至特定柱，
[0014]其中轉換部分在產物在提供有培養基的第一柱中被充分吸附時停止將培養基提供至第一柱并且改變培養基的流動以將培養基提供至第二柱。
[0015]在本發明的另一個方面中，提供產物的連續發酵、分離和精制方法，其包括:
[0016]將微生物與原料物質一同培養以生產產物；
[0017]將包含所述產物的培養基提供至填充有吸附劑的第一柱；和
[0018]在產物在第一柱中被充分吸附時的情況下停止向第一柱提供培養基并向第二柱提供培養基。
[0019]有益效果
[0020]利用本發明的發酵、分離和精制裝置及方法，能夠簡單且迅速地分離和純化微生物培養基內的產物。【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是根據本發明的發酵、分離和精制裝置的示意圖。
[0022]圖2是表示吸附劑的相對丁醇吸附性能的比較圖表。
[0023]圖3顯示多種濃度的吸附劑的丁醇吸附速度的動力學分析。
[0024]圖4表示使用根據本發明的示例性實施方案的培養方法進行培養獲得的發酵概況。
[0025]ABE:丙酮、丁醇及乙醇。
【具體實施方式】
[0026]本發明的優點及特征，以及達成上述優點及特征的方法參照與附圖一同詳細后述的示例性實施方案便能明確。但是，本發明并不局限于以下公開的示例性實施方案，而是以相互不同的多種形態體現，優選的實施方案使本發明的公開更為完整，且為了使得本發明所屬領域技術人員更容易理解本發明的范圍而提供。因此，本發明僅根據權利要求的范疇來定義。說明書全文的相同的附圖標記是指相同的結構要素。
[0027]本發明涉及生成物的連續發酵、分離和精制裝置，其包括:
[0028]培養器，其中將微生物與原料物質一同進行培養以生產產物；
[0029]至少兩個填充有 吸附劑的柱；和
[0030]轉換部分，其用于控制以使包含產物的培養基從培養器提供至特定柱，
[0031]其中轉換部分在產物在提供有培養基的第一柱中被充分吸附時停止將培養基提供至第一柱并且改變培養基的流動以將培養基提供至第二柱(圖1)。
[0032]此外，本發明涉及產物的連續發酵、分離和精制方法，其包括:
[0033]將微生物與原料物質一同培養以生產產物；
[0034]將包含所述產物的培養基提供至填充有吸附劑的第一柱；和
[0035]在產物在第一柱中被充分吸附時的情況下停止向第一柱提供培養基并向第二柱提供培養基。
[0036]并且，本發明涉及產物的連續發酵、分離和精制方法，其包括:
[0037]將微生物與原料物質一同培養以生產產物；
[0038]將包含所述產物的培養基提供至填充有吸附劑的第一柱；
[0039]在產物在第一柱中被充分吸附時的情況下停止向第一柱提供培養基并向第二柱提供培養基；和
[0040]從不被提供培養基的第一柱中的吸附劑解吸所吸附的產物，同時產物吸附在被提
供培養基的第二柱中。
[0041]以下，參照附圖對根據本發明的通過微生物發酵生產的產物的發酵、分離和精制裝置(以下稱之為“發酵、分離和精制裝置”)及根據本發明的通過微生物發酵生產的產物的發酵、分離和精制方法(以下稱之為“發酵、分離和精制方法”)進行詳細說明。
[0042]本發明的發酵、分離和精制裝置包括至少兩個填充有吸附劑的柱。優選地，本發明的發酵、分離和精制裝置包含優選地2個至20個填充有吸附劑的柱，更優選地，包含2個至10個柱，進而優選地，包含2個至5個柱，最優選地，包含2個至3個柱。這些柱可以第一柱、第二柱、第三柱、第四柱、第五柱、第六柱之類的來表示。但以下為了說明的方便，基于2個柱描述了本發明。如本文所用的，術語“第一柱和第二柱”意指為了說明的方便而任意進行編號的柱，這并不意味著本發明的發酵、分離和精制裝置只包含2個柱。并且，根據本發明，將培養基持續提供至多個柱以使得對一個柱的說明也同樣適用于其他柱。
[0043]培養器130中，通過從供給器140提供原料物質和培養基來培養微生物。其結果，培養器130中，發酵培養基(以下，稱之為“培養基”)中通過微生物發酵而生產產物。
[0044]從培養器130中排出的培養基利用泵160向第一柱110供給。所述培養基可連續性的供給或非連續性的供給。向所述第一柱110供給的所述培養基內包含通過微生物發酵而生產的產物，所述培養基內的產物會被柱內的吸附劑112吸附。
[0045]此時，本發明的發酵、分離和精制裝置還可包括攪拌器(未圖示)，所述攪拌器在所述柱內用于攪拌吸附劑及產物。利用所述攪拌器，使第一柱110的內部的培養基及吸附劑能夠均勻地混合，從而能夠防止柱內的培養基及吸附劑聚集，尤其是聚集在供給培養基的部分或培養基向柱外排出的部分或類似部分。培養基雖然能夠從第一柱110的上部向下部循環，但并不局限于此。
[0046]當產物在第一柱110中充分吸附時，培養器130與第一柱110的連接會被第一轉換部分170阻斷，來停止向第一柱110供給培養基。并且，沿著培養器130與第二柱120相連接的方向，開放第一轉換部分170及第三轉換部分174，來使培養基向第二柱120供給。即，當產物在第一柱110中充分吸附時，培養基的流動改變以致停止向第一柱110供給培養基并向第二柱120供給培養基。此時，所述第一轉換部分170及第三轉換部分174可包括四通閥(4_way valve)。
[0047]在供給培養基的第二柱120中進行吸附的期間內，在停止培養基供給的第一柱110中進行解吸。術語“解吸”是指，將被吸附劑吸附的產物從吸附劑中洗脫而使得吸附劑
可重復利用。
[0048]可利用熱量或洗脫劑進行所述解吸，但并不局限于此，只要其適合工藝條件則解析中所使用的手段不被限制。可利用熱或洗脫劑隨時進行所述解吸，利用少量的吸附劑112也能分離和純化足夠多的產物。
[0049]例如，本發明的解吸是對吸附的產物施加熱量而汽化產物來進行的。這種情況下，在費用方面，所述熱量優選為工藝中產生的熱量，并且所述熱量能夠作為蒸汽或熱空氣施加。所述蒸汽為水蒸氣狀態的水，并以0.01~6bar的壓力來施加。并且,所述熱空氣能夠以0.01~6bar的壓力來施加，具有既不會損傷柱及吸附劑也可以洗脫產物的溫度。例如，所述熱空氣的溫度為100~200°C，優選為110~150°C，更優選為120~140°C，最優選為130°C。并且，本發明的解吸能夠利用洗脫劑來進行，所述洗脫劑可以是有機溶劑、酸性水溶劑或堿性水溶劑。所述有機溶劑可以是四氫呋喃、醇、酮、醚或酯，優選為甲醇、丙酮、乙酸乙酯、二乙醚或甲基乙基酮，但并不局限于此。
[0050]所述解吸方法的實例，將四氫呋喃溶劑流入所述柱或水蒸氣銅過柱。例如，通過將具有吸附劑體積的兩倍體積的四氫呋喃溶劑以lOmL/min的流速流入，或優選地，以130°C和2bar的壓力通過蒸氣，來進行解吸。
[0051]所述解吸是在未將第一柱110的內部的吸附劑取出的狀態，即，在原位(in-situ)狀態下進行的。由此，當產物以原位狀態被吸附劑112吸附時，在第一柱110中存在的培養基內，丁醇維持在不會妨礙微生物的生長或產物的生產率的濃度。在第一柱110中進行解吸的期間內，培養基向第二柱120供給，由此能夠使培養基連續流動。并且，供給培養基的第二柱120中進行連續的吸附，從而連續進行產物的發酵、分離和精制。 [0052]本發明的發酵、分離和精制裝置為了防止吸附劑112洗脫而被流失，可在柱的上部或下部進一步包括過濾器114。
[0053]產物在所述柱內充分吸附的情況是指產物充分被柱內的吸附劑吸附的情況。SP，所述產物充分被吸附是指因為產物在第一柱中被充分吸附，從而判斷與在第一柱中繼續生產、吸附產物相比停止第一柱中的產物的吸附并在第二柱中吸附產物更優選的情況。
[0054]例如，本發明的產物充分被吸附的情況可以是對吸附劑的生成物的吸附率降低的情況或從柱中排出的排出液內的產物的濃度為向柱供給的培養基內的產物的濃度的80%或更多的情況。另一方面，本發明的微生物的發酵培養基包含由微生物生產的產物，尤其是丁醇，當培養基內的丁醇的濃度到達約12g/L時，微生物因丁醇的毒性而受到致命的影響。但是，從本發明的柱中排出的排出液至少有一部分連續提供至培養器，并且隨著排出液向培養器連續供給，培養器內的產物，尤其是丁醇，被累積，使得丁醇的濃度升高，結果，抑制培養器內的微生物的培養。因此，本發明的產物充分被吸附的情況可以是指培養器內的微生物的生長因產物的濃度增加而被抑制的情況、或微生物的產物的生產率降低的情況。
[0055]結果，所述產物被充分吸附的情況可以是產物對吸附劑的吸附率降低的情況、從柱中排出的排出液內的產物的濃度為向柱供給的培養基內的產物的濃度的80%或更多的情況、培養器內的微生物的生長因產物的濃度增加而被抑制的情況、或微生物的產物的生產率降低的情況，并且這一情況技術人員能夠根據微生物的種類、吸附劑的種類、產物的種類及結構等適當地判斷。
[0056]之后，當第二柱120內的產物被充分吸附時，培養器130與第二柱120的連接會因第一轉換部分170及第三轉換部分174而阻斷，來停止向第二柱120提供培養基。之后，沿著培養器130和其他柱相連接的方向，轉換部分開放，來向所述其他柱供給培養基。并且，在第二柱120中進行解吸，而在所述其他柱中吸附培養基內的產物，由此連續進行產物的分離和精制。此時，在第二柱120中的解吸類似所述第一柱110中的解吸進行。
[0057]所述“其他柱”可以是第一柱110，也可以是第三柱。所述不同柱會根據包含在發酵、分離和精制裝置內的柱的數量有所不同。即，在發酵、分離和精制裝置內的柱為3個或更多的情況下，所述“其他柱”可以是第三柱。在發酵、分離和精制裝置內的柱為2個的情況下，所述“其他柱”為第一柱110，所述第一柱110處于完成解吸的狀態而所述第二柱120內的產物進行吸附。在此情況下，沿著培養器130與第一柱110相連接的方向開放第一轉換部分170，來向第一柱110供給培養基。并且，在第二柱120中進行解吸的期間內，第一柱110中將會進行產物的吸附。本發明的發酵、分離和精制裝置可通過反復進行所述的過程再利用柱內的吸附劑并連續地發酵、分離和精制產物。
[0058]另一方面，本發明的發酵、分離和精制裝置還可進一步包括儲存器150，所述儲存器150用于儲存從填充于第一柱110的吸附劑中解吸的產物。在所述第一柱110中進行解吸的期間內，第二轉換部分172及第四轉換部分176沿著儲存器150和第一柱110相連接的方向開放。因此，從第一柱110中解吸的產物向儲存器150移動。此時，第二轉換部分172及第四轉換部分176可包括四通閥。
[0059]在第二柱120中進行解吸的情況下，也能在所述儲存器150中儲存被解吸的產物。此時，沿著儲存器150和第二柱120連接的方向開放第四轉換部分176，由此能夠將解吸的產物移至儲存器150。
[0060]另一方面，從本發明的柱中排出的排出液能夠有至少一部分向培養器供給。此時，向培養器供給的排出液的量可與從培養器向柱供給的培養基的量相同，或少于從培養器向柱供給的培養基的量。
[0061]以上對本發明的發酵、分離和精制裝置及發酵、分離和精制方法進行了簡要說明。以下，對本發明進行更加詳細的說明。
[0062]本發明的發酵、分離和精制裝置及方法能夠對通過微生物培養而生產的產物進行簡單且連續的發酵、分離和精制，并且由于在產物充分被吸附劑充分吸附時會適當地進行解吸，因而還具有較高的吸附效率。因此，本發明的發酵、分離和精制裝置及發酵、分離和精制方法能夠以較高的效率來分離、精制通過微生物培養而生產的產物。
[0063]作為本發明的微生物，可使用任何微生物只要是所述微生物能夠從原料物質中生產作為生物燃料的產物，但本發明并沒有特別的限定。例如，本發明的微生物可以是細菌、酵母、真菌或類似物，優選為細菌或酵母。本發明的微生物可以是野生型微生物，也可以是基因修飾的微生物。優選地，本發明的微生物為野生型梭菌(Clostridium)屬、大腸桿菌(E.coli)或基因重組以提高特定產物的生產率的菌株，但并不局限于此是所屬領域技術人員顯而易見的。
[0064]例如，利用由編碼丁酸激酶的buk基因被缺失的梭菌屬中的細菌，作為本發明的微生物的情況下，具有在厭氧條件下并且同時不會生成大量丁酸而生成高濃度的產物例如丁醇、丙酮、異丙醇或乙醇等的優點。例如，在利用編碼丁酸激酶的buk基因、編碼磷酸轉乙酰酶的Pta基因及編碼乙酸激酶的ackA基因被缺失的梭菌屬中的細菌作為本發明的微生物的情況下，具有在厭氧條件下同時不會生成其他有機酸而生成高濃度的產物例如丁醇、丙酮、異丙醇或乙醇 等的優點。此外，利用編碼乙酰乙酸脫羧酶(acetoacetic aciddecarboxylase)的adc基因被缺失的梭菌屬中的細菌作為本發明的微生物的情況下,具有選擇性地生成高濃度的丁醇同時不會生成丙酮的優點。并且，在利用由質粒轉化的梭菌屬中的細菌的情況下，具有可生成高增值產物例如丁醇、異丙醇或乙醇等的優點，所述質粒包含作為編碼將丙酮轉化為異丙醇的酶的仲醇脫氫酶(aid)的基因。
[0065]所述基因修飾梭菌能夠根據已發表的論文(文獻[Microbiology (1996), 142,2079-2086])中公開的方法制備。例如，在丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)中缺失丁酸激酶基因(buk)，來制備作為變異株的PJC4BK或BKM19 (KCTC10558BP)。之后，在所述菌株中分別缺失磷酸轉乙酰酶基因(Pta)和乙酸激酶基因(ackA)來制備突變菌株。之后，可確認的是將所述突變菌株在厭氧條件下進行培養時生成高濃度的產物例如丁醇、丙酮、異丙醇或乙醇等。
[0066]本發明的微生物能夠通過補料分批培養方法或連續培養方法進行培養。連續培養方法是將新鮮的培養基以預定的速度向培養器供給的同時，排出同等量的微生物發酵培養基，從而使培養器內的培養基一直保持恒定的方法。另一方面，補料分批培養方法作為間歇性地供給培養基的培養方法，是任選地控制培養基中的底物濃度的方法。
[0067]本發明的原料物質可以是在微生物發酵時被微生物利用而生成產物的物質，且所述原料物質的種類并未受到特別的限制。例如，本發明的原料物質可以是生物質、糖類或脂肪酸等。所述生物質可以是木質生物質或谷類等，但并不局限于此。所述糖類可以是單糖類、多糖類、多糖類等，且可以是由C3~C12糖類，并且包含生物質的水解過程中生成的多糖類。例如，所述糖類可以是甘油、葡萄糖、蔗糖、木糖、淀粉及纖維素等，但并不局限于此。所述脂肪酸可以是C2~C24的脂肪酸，例如醋酸、丁酸及丙酸等，但并不局限于此。
[0068]本發明的產物是由微生物生產的發酵產物。優選地，本發明的產物作為生物燃料，可以是醇、酮、酯或羧酸等，但并不局限于此。例如，所述醇可以是(C2-C6)醇，并優選為具有最多4個碳原子的醇，更優選為乙醇、丙醇、異丙醇(2-丙醇)、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇及丁醇等，但并不局限于此。所述酮可以是(C3-C)酮。例如，酮可以是乙酰醋酸鹽或丙酮等，但并不局限于此。所述酯可以是(C4-C8)酯，例如，乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯或丁酸丁酯等，但并不局限于此。所述羧酸可以是(C2-C8)羧酸，例如，醋酸、丁酸或丙酸等，但并不局限于此。優選地，本發明的產物可以是丁醇、異丙醇、乙醇或丙酮，但并不局限于此。
[0069]本發明的吸附劑112能夠以基于包含吸附劑112的柱的容量即體積的0.1%至99%的體積分數進行填充。吸附劑小于柱的體積分數小于基于柱體積的0.1體積％的情況下，由于吸附劑112的量不足，以致吸附可能未適當進行。并且，吸附劑112在99體積％或更多的情況下，柱的內部形成吸附劑112或細胞的聚集塊，以致吸附可能未適當進行。
[0070]被提供培養基的柱的類型可以是漿料反應器類型、流化反應器類型或填充反應器類型。所述流化(fluidized)反應器類型柱是含少量吸附劑且流動性高的柱，所述漿料(slurry)反應器類型柱是含有在培養基內懸浮的吸附劑的柱，而所述填充反應器類型柱是柱內的吸附劑實質上塞滿(packed)的柱。此時，所述三種類型的柱的中間類型的柱可根據它們接近的柱劃分至所述三種類型柱中，并且，柱的內部即使是所述三種類型的中間類型，所述柱還是可被包括在三種類型中的任一種中。例如，根據流動性的程度，若判斷為吸附劑以實質上不會有流動性的程度填滿，則柱可被分類為填滿類型柱，而若判斷為吸附劑可能是懸浮的，則柱可被分類為漿 料反應器類型柱。
[0071]本發明的轉換部分用于改變及控制培養基或排出液的流動并且可以控制以使培養基從培養器130向特定柱供給，或將從特定柱中排出的排出液向儲存器150供給。能夠使用一個或多個所述轉換部分，并I企鵝所述轉換部分可以根據本發明的發酵、分離和精制裝置的設計，由所屬領域技術人員適當地進行設置。
[0072]實驗性實施例1
[0073]為了選定用于本發明實施例的適當的吸附劑，比較了三菱(Mitsubishi)公司的多種吸附劑的丁醇吸附性能。向包含2%丁醇的50mL磷酸緩沖溶液(50mM)添加多種吸附劑并放置I小時同時進行攪拌之后，利用氣相色譜分析對溶液中殘留的丁醇的濃度進行了分析。其結果，雖然分析出吸附劑SP850具有最優秀的性能(圖2)，但吸附劑的種類并不局限于SP850。產物例如丁醇、丙酮、異丙醇或乙醇等的分析使用氣相色譜分析(安捷倫公司:agilent,美國:USA)進行,且分析條件如下表1所示。
[0074]表1
【權利要求】
1.一種產物的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于， 包括: 培養器，其中微生物與原料物質一同進行培養來生產產物； 填充有吸附劑的至少兩個柱；和 轉換部分，其控制以使包含所述產物的培養基從所述培養器提供至特定柱， 其中所述轉換部分在被提供所述培養基的第一柱充分吸附產物的情況下停止向所述第一柱提供培養基，并改變所述培養基的流動，使得向第二柱提供所述培養基。
2.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，所述產物被充分吸附的情況是其中所述產物對所述吸附劑的吸附率降低的情況或從其中所述柱中排出的排出液內的所述產物的濃度為向所述柱提供的所述培養基內的所述產物的濃度的80 %或更多的情況。
3.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中從所述柱中排出的所述排出液的至少一部分提供至所述培養器。
4.根據權利要求3所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中所述產物被充分吸附的情況是其中所述產物對所述吸附劑的吸附率降低的情況、其中從所述柱中排出的排出液內的所述產物的濃度為向所述柱提供的所述培養基內的所述產物的濃度的80 %或更多的情況、其中所述培養器內的所述微生物的生長因所述產物的濃度增加而被抑制的情況、或其中所述微生物的所述產物的生產率降低的情況。
5.根據權利要求1所述 的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中在提供所述培養基的所述第二柱中進行所述產物的吸附期間，在被停止提供所述培養基的所述第一柱中進行被所述吸附劑吸附的所述產物的解吸。
6.根據權利要求5所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中利用熱量或洗脫劑來進行所述解吸。
7.根據權利要求5所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中對被所述吸附劑吸附的所述產物施加熱量以將所述產物汽化來進行所述解吸。
8.根據權利要求5所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中利用為有機溶劑、酸性水溶液或堿性水溶液的所述洗脫劑來進行所述解吸。
9.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中所述產物為醇、酮、酯或羧酸。
10.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中以基于所述柱的體積的0.1%至99%的體積分數填充所述吸附劑。
11.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中被提供培養基的柱的類型為漿料反應器類型、流化反應器類型或填充反應器類型。
12.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，其中所述原料物質為脂肪酸或糖類。
13.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，還包括儲存器，所述儲存器用于儲存從所述吸附劑中解吸的所述產物。
14.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，還包括攪拌器，所述攪拌器用于在所述柱的內部攪拌所述吸附劑及所述產物。
15.根據權利要求1所述的連續發酵、分離和精制裝置，其特征在于，還包括過濾器，所述過濾器用于防止所述吸附劑被洗脫而損失。
16.一種生成物的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其包括: 將微生物與原料物質一同培養來生產產物； 將包含所述產物的培養基提供至填充有吸附劑的第一柱；和 在所述第一柱中所述產物被充分吸附的情況下，停止向所述第一柱提供所述培養基，并向第二柱提供所述培養基。
17.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中所述產物被充分吸附的情況是其中所述產物對所述吸附劑的吸附率降低的情況或其中從所述柱中排出的排出液內的所述產物的濃度為向所述柱提供的所述培養基內的所述產物的濃度的80%或更多的情況。
18.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中所述原料物質為脂肪酸或糖類。
19.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中所述產物為醇、酮、酯或羧酸。
20.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中以基于所述柱的體積的0.1%至99%的體積分數填充所述吸附劑。
21.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中被提供所述培養基的所述柱的類型為 漿料反應器類型、流化反應器類型或填充反應器類型。
22.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中從所述第一柱中排出的排出液的至少一部分被再次用于所述微生物的培養。
23.根據權利要求22所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中所述產物被充分吸附的情況是其中所述產物對所述吸附劑的吸附率降低的情況、其中從所述柱中排出的排出液內的所述產物的濃度為向所述柱提供的所述培養基內所述產物的濃度的80 %或更多的情況、其中所述培養器內的微生物的生長因所述產物的濃度增加而被抑制的情況或其中微生物的所述產物的生產率降低的情況。
24.根據權利要求16所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，還包括在被提供所述培養基的所述第二柱中吸附所述產物的期間，在被停止提供所述培養基的第一柱中將被所述吸附劑吸附的所述產物的解吸。
25.根據權利要求24所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中利用熱量或洗脫劑來進行所述解吸。
26.根據權利要求24所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中通過對被所述吸附劑吸附的所述產物施加熱量而將所述產物汽化來進行所述解吸。
27.根據權利要求24所述的連續發酵、分離和精制方法，其特征在于，其中所述解吸利用為有機溶劑、酸性水溶液或堿性水溶液的洗脫劑來進行。
【文檔編號】B01D15/22GK103476918SQ201280018471
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月13日 優先權日:2011年4月14日
【發明者】李相賢, 嚴文顥, 李朱莉婭, 全商晙, 趙正熙, 催振達來 申請人:Gs加德士