通過多步閃蒸從發酵液中去除產物醇的方法

通過多步閃蒸從發酵液中去除產物醇的方法
【專利摘要】本發明涉及采用真空蒸發從發酵液中去除丁醇和其它產物醇的方法。用于從發酵液中去除產物醇的方法包括以下步驟：(a)蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括：(i)通過一次或多次預閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分；以及(ii)通過閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分；其中所述蒸氣流包含選自產物醇、水和二氧化碳的一種或多種組分；以及(b)從一股或多股蒸氣流或其一部分中回收產物醇。
【專利說明】通過多步閃蒸從發酵液中去除產物醇的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及從發酵液中去除丁醇和其它產物醇的方法。

【背景技術】
[0002] 當前，許多工業發酵涉及制造乙醇，以用在化學或燃料用途。就在燃料中的用途而 言，丁醇比乙醇有優勢，即丁醇具有更低的蒸氣壓。
[0003] 有利的丁醇發酵方法可包括通過微生物將糖向丁醇完全或基本上完全轉化，而不 達到高于微生物的丁醇耐受性的閾值的丁醇滴度，該高于微生物的丁醇耐受性的閾值的丁 醇滴度可引起丁醇制備速率降到不可取的預設速率以下。雖然將糖載量限制到使分批發酵 不需要在高于耐受性水平的丁醇濃度下操作的水平是可能的，但是這個方法具有缺點，因 為受限的糖載量可導致降低的主要生產能力和稀溶液，這對方法來說可能是經濟上不可取 的。因此，需要一種方法，通過該方法在發酵中將丁醇含量限制在等于或低于耐受性水平， 同時糖載量不受考慮耐受性水平的限制。
[0004] 通過其可使制備丁醇的發酵方法更有效的一種方法可以為在丁醇從發酵培養基 (或發酵液）中形成時，例如通過蒸發處理將其去除，使得不達到制備丁醇的微生物的耐受 性水平，使得發酵容器能夠承載高載量的糖。此類"原位產物去除"（"ISPR"）方法描述于 例如PCT國際公布W02009/079362 ;美國專利申請公布2012/0035398 ;和美國專利申請公 布 2012/0211348 中。
[0005] 因為發酵依賴于微生物，所以關于微生物的任何溫度限制均可以考慮。為了在可 接受的溫度下操作蒸發過程，必須考慮冷卻和冷凝包含產物醇的蒸氣流，或在真空下操作 的成本和實用性。與化學過程中排熱相關聯的成本可為工廠位置和年度時間的函數。在許 多地理區域，不可能確保在需要從蒸氣流中排熱的溫度下進行有效的或可操作的冷卻。
[0006] 向換熱器提供冷凍水以實施冷凝，這顯著地增加了冷卻介質的成本。一種替代形 式可以為將蒸氣流壓縮至稍高的壓力以使冷凝能夠在更高溫度下進行。所述使用溴化鋰以 及類似吸濕溶液吸收乙醇和水蒸氣的方法可能不足以吸收蒸氣流中的二氧化碳或高級醇。
[0007] 此外，無論使用何種方法，均將存在殘余的氣體流（例如，發酵液中的二氧化碳）， 所述殘余的氣體流必須在釋放到大氣中之前被壓縮。雖然真空閃蒸代表了可通過其從發酵 過程中去除丁醇的有效方式，但是需要對所得的包含丁醇或其它產物醇的低壓蒸氣流的處 理進行改進。


【發明內容】

[0008] 本文所述的方法可用于制備產物醇（例如，乙醇、丁醇）的發酵，因為期望在發酵 期間去除這些醇以減弱對發酵中微生物的生產能力和/或活性的影響。本文提供的方法在 發酵期間提供有效的產物回收并具有對發酵條件的最小影響。
[0009] 本發明涉及用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括：(a)至少部分地 蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括：（i)通過一次或多次預 閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分；以及（ii)通過閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分；其中所 述蒸氣流包含選自醇、水和二氧化碳的一種或多種組分；以及（b)從一股或多股蒸氣流或 其一部分中回收產物醇。在一些實施例中，閃蒸的壓力可低于一種或多種預閃蒸的壓力。在 一些實施例中，所述方法還可包括通過使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接 觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。在一些實施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步 驟和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個容器中進行。在一些實施例中，所述方 法還包括使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分 被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收 液相以從所述吸收液體中去除產物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實施例中， 一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸可在真空條件下進行。
[0010] 在一些實施例中，所述方法還可包括處理由通過閃蒸蒸發發酵液或其一部分而形 成的蒸氣流。在一些實施例中，可處理蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。在一些實施例 中，所述蒸氣流的處理可通過壓縮、冷凝、吸收、制冷或它們的組合進行。在一些實施例中， 所述方法還可包括壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。在一些實施例中，所述壓縮蒸氣 流包含產物醇、水和/或二氧化碳。在一些實施例中，所述壓縮蒸氣流的產物醇含量可低于 所述蒸氣流（例如，本文所述的步驟（a) (ii)的蒸氣流）的產物醇含量。在一些實施例中， 所述方法還包括使壓縮蒸氣流與發酵液接觸。在一些實施例中，所述發酵液可以為來自發 酵容器或一次或多次預閃蒸的發酵液。
[0011] 本發明還涉及用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括：(a)至少部分 地蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中所述蒸發包括：（i)任選地在第 一壓力Pl下在第一預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分；（ii)在第二壓力P2下在第二預 閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分；以及（iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發所述發酵液 或其一部分；其中所述一股或多股蒸氣流包含產物醇、水和/或二氧化碳；以及（b)從所述 一股或多股蒸氣流中回收產物醇。在一些實施例中，第三壓力P3可低于第二壓力P2。在一 些實施例中，所述方法還可包括通過使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸 而冷凝所述一股或多股蒸氣流。在一些實施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟 和冷凝所述一股或多股蒸氣流的所述步驟可在單個容器中進行。在一些實施例中，所述方 法還包括使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分 被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收 液相以從所述吸收液體中去除產物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實施例中， 一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸可在真空條件下進行。在一些實施例中，所述方法還可 包括處理由通過閃蒸蒸發發酵液或其一部分而形成的蒸氣流。在一些實施例中，可處理蒸 氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。在一些實施例中，蒸氣流的處理可通過壓縮和/或冷 凝進行。在一些實施例中，蒸氣流的處理可通過吸收進行。在一些實施例中，蒸氣流的處理 可通過制冷進行。在一些實施例中，所述方法還可包括壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣 流。在一些實施例中，所述壓縮蒸氣流包含產物醇、水和/或二氧化碳。在一些實施例中， 所述壓縮蒸氣流的產物醇含量可低于所述蒸氣流（例如，本文所述的步驟（a) (ii)的蒸氣 流）的產物醇含量。在一些實施例中，所述方法還包括使壓縮蒸氣流與發酵液接觸。在一 些實施例中，所述發酵液可以為來自發酵容器或一次或多次預閃蒸的發酵液。
[0012] 本發明還涉及用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括：(a)引導氣體 進入所述發酵液，其中產物醇的一部分轉移到氣體中；(b)從發酵液中去除氣體以回收所 述產物醇；（c)從發酵容器中去除發酵液的一部分；(d)至少部分地蒸發發酵液或其一部分 以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括：（i)任選地在第一壓力Pl下在第一預閃蒸中蒸 發所述發酵液或其一部分；（ii)在第二壓力P2下在第二預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一 部分；以及（iii)在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分；其中所述一股或 多股蒸氣流包含產物醇、水和/或二氧化碳；以及（e)從所述一股或多股蒸氣流中回收產物 醇。在一些實施例中，第三壓力P3可低于第二壓力P2。在一些實施例中，所述方法還可包 括通過使所述一股或多股蒸氣流或其一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣 流。在一些實施例中，形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所述一股或多股蒸氣 流的所述步驟可在單個容器中進行。在一些實施例中，所述方法還包括使一股或多股蒸氣 流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成 吸收液相；以及蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去 除產物醇、水和/或二氧化碳的至少一部分。在一些實施例中，一股或多股蒸氣流與吸收液 體接觸可在真空條件下進行。
[0013] 在本文所述方法的一些實施例中，所述冷凝溶液可包含產物醇。在本文所述方法 的一些實施例中，蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流的所述步驟可在約20°C 至約100°C的溫度下發生。
[0014] 在本文所述方法的一些實施例中，所述方法還可包括在發酵液中培養微生物以制 備產物醇。在一些實施例中，微生物可以為耐熱微生物。在一些實施例中，所述方法還可包 括用微量營養素補充發酵液。在一些實施例中，所述微量營養素可包含腐蝕性產品。在一 些實施例中，所述方法還可包括通過用抗微生物劑處理所述發酵液或其流來防止發酵中的 污染。
[0015] 在本文所述方法的一些實施例中，所述方法還包括提供包含可發酵碳源、不溶解 固體和水的原料漿液；從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，從而產生（i)包 含可發酵碳源的水溶液和（ii)包含不溶解固體的濕餅共產物；以及在發酵容器中向包含 微生物的發酵液中添加所述水溶液，由此制備產物醇。在一些實施例中，所述不溶解固體通 過以下方法從原料漿液中分離：潷析器碗離心、三相離心（例如，Trieanter'* )、盤疊離心、 過濾離心、潷析器離心、過濾、真空過濾、帶式過濾器、壓濾、使用篩網的過濾、篩分、柵濾、多 孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。 [0016] 在本文所述方法的一些實施例中，所述方法還可包括在發酵容器中向包含微生物 的發酵液中添加包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液，由此制備產物醇。在一些實 施例中，所述方法還可包括在一次或多次預閃蒸或閃蒸之前，將不溶解固體的至少一部分 從發酵液中分離。例如，可在第一預閃蒸或第二預閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部 分從發酵液中分尚。
[0017] 在本文所述方法的一些實施例中，一次或多次預閃蒸可在預閃蒸槽中發生。例如， 在一些實施例中，第一預閃蒸和/或第二預閃蒸可在預閃蒸槽中發生。在一些實施例中，預 閃蒸槽可為噴霧塔。在一些實施例中，閃蒸可在閃蒸槽中發生。在一些實施例中，閃蒸槽可 為噴霧塔。
[0018] 在本文所述方法的一些實施例中，所述方法還可包括蒸餾液體流以回收產物醇。
[0019] 在本文所述方法的一些實施例中，可以使對微生物的剪切損壞最小化的流速從發 酵容器中去除發酵液。
[0020] 本發明還涉及用于回收產物醇的系統，所述系統包括選自發酵容器、預閃蒸槽、閃 蒸槽、滌氣器、蒸發系列和蒸餾塔的一個或多個組件。在一些實施例中，所述蒸發系列包括 四（4)主體設置雙（2)效應或雙（2)主體設置四（4)效應。在一些實施例中，所述預閃蒸 槽和/或閃蒸槽可為噴霧塔。在一些實施例中，所述系統還包括選自啤酒塔、精餾器、再沸 器、冷凝器和壓縮機的一個或多個組件。
[0021] 本發明涉及包含通過本文所述方法回收的產物醇的組合物。本發明涉及包含由本 文所述方法產生的濕餅的組合物。本發明還涉及包含所述濕餅組合物的動物飼料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 并入本文并成為說明書的一部分的附圖示出了本發明，并且與說明書一起進一步 用來解釋本發明的原理并使得本領域的技術人員能夠利用本發明。
[0023] 圖IA-C示意性地示出了可用于實踐根據本文所述實施例的所述方法的示例性系 統。
[0024] 圖2A和2B示意性地示出用于制備產物醇的示例性工藝流程圖。
[0025] 圖3是本文所提供的方法的實施例的示例性流程圖。
[0026] 圖4是本文所提供的方法的實施例的示例性流程圖。
[0027] 圖5是本文所提供的方法的實施例的示例性流程圖。
[0028] 圖6是可與本文所述方法一起使用的蒸發系列的例子。
[0029] 圖7是可與本文所述方法一起使用的蒸發系列的例子。
[0030] 圖8示出了可與本文所述方法一起使用的回收處理的例子。
[0031] 圖9示出了本文所述方法的總體處理流程的例子。
[0032] 圖10示出了由發酵制備產物醇到回收產物醇的例子。
[0033] 圖11示出了可與本文所述方法一起使用的回收處理的例子。
[0034] 圖12示意性地示出了用于原料制備的示例性方法。
[0035] 圖13示出了消毒劑對細胞活性的效應。
[0036] 圖14示出了丁醇發酵和閃蒸過程中的葡萄糖吸收率和細胞生長率。
[0037] 圖15示出了在時間零點下引發閃蒸時動態模型的輸出。

【具體實施方式】
[0038] 本文提供的方法可通過以下【具體實施方式】和構成本專利申請一部分的附圖獲得 充分了解。【專利附圖】

【附圖說明】旨在幫助理解本文所述的方法而不應理解為限制性的。此外，在附圖 說明中提出了方法條件，這些條件以例子形式提供，并且對這些條件的變型在本方面的精 神內。
[0039] 除非另行定義，否則本文所用的所有科技術語的含義與本發明所屬領域的普通技 術人員通常理解的一樣。如發生矛盾，以本專利申請（包括其定義）為準。此外，除非上下 文另有所需，單數術語將包括復數并且復數術語將包括單數。為所有目的，所有的出版物、 專利以及本文提及的其它參考資料均全文以引用方式并入本文。
[0040] 為了進一步限定本發明，本文提供了以下術語和定義。
[0041] 如本文所用，術語"包含"、"包括"、"具有"或"含有"或它們的任何其它變型將被 理解為是指包括指定的整數或整數組但不排除任何其它整數或整數組。例如，包含一系列 元素的組合物、混合物、工藝、方法、制品或設備不必僅限于那些元素，而可以包括其它未明 確列出的元素，或此類組合物、混合物、工藝、方法、制品或設備固有的元素。此外，除非有相 反的明確說明，"或"是指包含性的"或"，而不是指排他性的"或"。例如，以下中任一者均滿 足條件A或B :A是真的（或存在的）且B是假的（或不存在的）、A是假的（或不存在的） 且B是真的（或存在的）以及A和B都是真的（或存在的）。
[0042] 如本文所用，如整個說明書和權利要求中所使用的，術語"由...組成"或諸如 "由...組成"的不同時態的變型表明包括任何列舉的整數或整數組，但是無附加整數或整 數組可加入到指定的方法、結構或組合物中。
[0043] 如本文所用，如整個說明書和權利要求中所使用的，術語"基本上由...組成"或 諸如"基本上由...組成"的不同時態的變型表明包括任何列舉的整數或整數組，并且任選 地包括未顯著改變指定的方法、結構或組合物的基本或新穎特性的任何列舉的整數或整數 組。
[0044] 同樣，涉及元素或組分的例子的數目（即次數）在本發明元素或組分前的不定冠 詞"一個"或"一種"旨在是非限制性的。因此，應將"一個"或"一種"理解為包括一個或至 少一個，并且元素或組分的詞語單數形式也包括復數形式，除非有數字明顯表示單數。
[0045] 如本文所用，術語"發明"或"本發明"為非限制性術語，并且不旨在意指本發明的 任何單獨實施例，而是涵蓋如專利申請所述的所有可能的實施例。
[0046] 如本文所用，修飾本發明的成分或反應物的量使用的術語"約"是指可以通過例如 以下方式而發生的用數字表示的量的變化：在真實世界中用于產生濃縮物或溶液的一般測 定和液體處理操作；通過這些操作中非故意的誤差；通過用于制備組合物或執行方法的成 分的制造、來源或純度中的差異；等。術語"約"還涵蓋由于相對于由特定起始混合物所得 的組合物的不同平衡條件而不同的量。無論是否通過術語"約"來修飾，權利要求包括量的 等同量。在一個實施例中，術語"約"指在報告數值的10%范圍內，或者在報告數值的5% 范圍內。
[0047] 如本文所用，"生物質"指包含可水解多糖的天然產物，所述可水解多糖提供可發 酵糖，包括來源于天然來源諸如玉米、甘蔗、小麥、纖維素或木質纖維素材料以及包含纖維 素、半纖維素、木質素、淀粉、低聚糖、二糖和/或單糖以及它們的混合物的材料的任何糖和 淀粉。生物質也可包含附加組分諸如蛋白質和/或脂質。生物質可來源于單一來源，或者 生物質可包括來源于多于一種來源的混合物；例如，生物質可包括玉米棒和玉米秸桿的混 合物，或草和葉的混合物。生物質包括但不限于生物能作物、農業殘余物、市政固體垃圾、 工業固體垃圾、來自造紙業的淤渣、庭院垃圾、廢棄糖、木材和林業垃圾。生物質的例子包 括但不限于：玉米粒、玉米棒、農作物殘余物諸如玉米殼、玉米秸桿、草、小麥、黑麥、小麥秸 桿、大麥、大麥秸桿、干草、稻桿、柳枝稷、廢紙、甘蔗渣、高粱、大豆、乳清、乳清滲透物、從谷 物研磨中獲得的組分、樹、枝、根、葉、木屑、鋸末、灌木和灌叢、蔬菜、水果、花、動物糞肥以 及它們的混合物。例如，醪、果汁、糖蜜或水解產物可通過本領域已知的用于出于發酵目 的處理生物質的任何處理方法，諸如研磨、處理和/或液化來由生物質形成，并且包含可 發酵糖，并且可包含一定量水。例如，可通過本領域技術人員已知的任何方法處理纖維素 和/或木質纖維素生物質以獲得包含可發酵糖的水解產物（參見，例如美國專利申請公 布2007/0031918,其以引用方式并入本文）。纖維素和/或木質纖維素生物質的酶促糖 化通常利用酶聚生體來降解纖維素和半纖維素以產生包含糖的水解產物，所述糖包括葡 萄糖、木糖和阿拉伯糖。適用于纖維素和/或木質纖維素生物質的糖化酶參見Lynd等人 (Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66 :506-577, 2002)。
[0048] 如本文所用，"真空閃蒸"或"閃蒸"是指工藝步驟，由此使液體流經受壓力的下降 (例如，保持在真空下）。所述液體流可來自發酵容器或單獨的容器如預閃蒸槽。壓力下降 使得一部分液體流蒸發成氣相。經受該步驟的液體流可被稱為"經閃蒸的"或"經部分蒸發 的"或"經蒸發的"。在一些實施例中，可將來自發酵容器的液體流傳遞至可保持在真空下 的單獨的容器中（其可以為多級蒸餾塔或單級槽）。在一些實施例中，液體流可以為發酵容 器中的發酵液。在一些實施例中，閃蒸可在發酵容器中進行。
[0049] 在一些實施例中，其中"閃蒸"在多級蒸餾塔中進行，閃蒸還可被稱為"蒸餾"或"閃 蒸蒸餾"。
[0050] 如本文所用，"閃蒸槽"或"閃蒸容器"是指其中至少一部分液體流閃蒸成氣相的物 理位置。
[0051] 如本文所用，"預閃蒸"是指閃蒸步驟之前的工藝步驟，由此使液體流經受壓力的 下降（例如，保持在真空下）。壓力下降使得一部分液體流蒸發成氣相。所述液體流可來自 發酵容器或單獨的容器諸如預閃蒸槽。經歷該步驟的液體流可被稱為"經預閃蒸的"。在一 些實施例中，可具有兩個或更多個預閃蒸步驟。
[0052] 如本文所用，"預閃蒸槽"或"預閃蒸容器"是指其中至少一部分液體流蒸發成氣相 的物理位置。
[0053] 如本文所用，"吸收液體"是指在過程中引入的液體，其能夠吸收閃蒸期間產生的 氣相中的任何部分。
[0054] 如本文所用，"發酵"是指工藝步驟，由此，碳底物可通過微生物的作用轉化成產 物，諸如產物醇。
[0055] 如本文所用，"發酵液"或"發酵液體"是指任何以下物質的混合物：水、糖、溶解的 固體、懸浮的固體、產生醇的微生物、產物醇以及發酵容器中容納的材料的所有其它組分， 其中產物醇通過在微生物的存在下使糖反應生成醇、水和二氧化碳（CO 2)而制得。有時，如 本文所用，術語"發酵培養基"和"發酵混合物"可與"發酵液"同義使用。
[0056] 如本文所用，"發酵容器"是指在其中進行發酵反應，由此由可發酵碳源（例如， 糖）制成產物醇諸如丁醇的容器。在一些實施例中，發酵反應可在一個或多個發酵容器中 進行。術語"發酵罐"可與"發酵容器"同義使用。
[0057] 如本文所用，"可發酵碳源"是指能夠被本文所公開的微生物代謝以制備產物醇的 碳源。適宜的可發酵碳源包括但不限于單糖，諸如葡萄糖或果糖；二糖諸如乳糖或蔗糖；低 聚糖；多糖諸如淀粉或纖維素；C5糖諸如木糖和阿拉伯糖；碳底物諸如甲烷；以及它們的混 合物。如本文所用，術語"可發酵碳源"有時可與"碳底物"或"可發酵碳底物"同義地使用。 碳源可來源于生物質。
[0058] 如本文所用，"原料"是指發酵過程中的進料，所述進料包含具有或不具有不溶解 固體的可發酵碳源，并且如果適用，所述進料在通過進一步加工（諸如通過液化、糖化或其 它方法）已經從淀粉中釋放可發酵碳源或從復糖降解中獲取可發酵碳源之前或之后包含 可發酵碳源。原料包括或可來源于生物質。合適的原料包括但不限于黑麥、小麥、大麥、玉 米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、纖維素材料、木質纖維素材料以及它們的混合物。
[0059] 如本文所用，"糖"是指低聚糖、二糖和/或單糖。術語"糖類"還包括碳水化合物， 包括淀粉、葡聚糖、糖原、纖維素、戊聚糖以及糖。
[0060] 如本文所用，"可發酵糖"是指能夠被本文所公開的微生物代謝以制備產物醇的一 種或多種糖。
[0061] 如本文所，"不溶解固體"指原料的不可發酵部分，其不溶解在液相中，例如胚芽、 纖維和谷蛋白。例如，所述原料的不可發酵的部分包括保持為固體并且可從發酵液吸收液 體的原料的部分。
[0062] 如本文所用，"干酒糟及可溶物"（Dried Distillers' Grains with Solubles, DDGS)指來自原料或生物質發酵的共產物或副產物（例如，制備產物醇的發酵谷物或谷物 混合物）。在一些實施例中，DDGS還可以指由制備產物醇（例如，乙醇、丁醇、異丁醇等）的 過程產生的動物飼料。
[0063] 如本文所用，"液化容器"指在其中進行液化的容器。液化是其中低聚糖從原料中 釋放出來的過程。在其中原料是玉米的實施例中，低聚糖在液化期間從玉米淀粉內容物中 釋放出來。
[0064] 如本文所用，"產物醇"指在發酵過程中能夠由微生物產生的任何醇，所述微生物 利用生物質作為可發酵碳底物的來源。產物醇包括但不限于，C 1至C8烷基醇、Ci至C8烷醇 的異構體以及它們的混合物。在一些實施例中，產物醇是C 2-C8烷基醇。在其它實施例中， 產物醇是C2至C5烷基醇或C 3至C6烷基醇。應當理解，C1至C8烷基醇包括但不限于甲醇、 乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇。同樣地，C 2至C8烷基醇包括但不限于乙醇、丙醇、丁醇和戊 醇。"醇"在本文中也用于指產物醇。術語"發酵醇"可與產物醇同義使用。
[0065] 如本文所用，"丁醇"指以單獨或其混合物形式的丁醇異構體1-丁醇（1-BuOH)、 2- 丁醇（2-BuOH)、叔丁醇（t-BuOH)和/或異丁醇（iBuOH或i-BuOH，也稱為2-甲基-1-丙 醇）。
[0066] 如本文所用，"羧酸"指具有一般化學式-COOH的任何有機化合物，其中碳原子通 過雙鍵與氧原子鍵合形成羰基（-C = 0)，并且通過單鍵與羥基（-0H)鍵合。羧酸可為質子 化羧酸的形式、羧酸鹽形式（例如銨鹽、鈉鹽或鉀鹽）或質子化羧酸與羧酸鹽的混合物的形 式。術語羧酸可描述單獨的化學物質（例如油酸）或羧酸的混合物，其可通過例如水解生 物質來源的脂肪酸酯或甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯和磷脂產生。
[0067] 如本文所用，"重組微生物"是指已經使用分子生物技術進行工程化的微生物（例 如細菌、酵母）。可任選地工程化所述微生物以表達代謝途徑，和/或可任選地工程化所述 微生物以減少或消除非期望的產物和/或提高期望代謝物的效率。例如，重組微生物可經 工程化以表達生物合成途徑，從而產生醇諸如丁醇。
[0068] 如本文所用，"滴度"是指由每升發酵培養基通過發酵產生的特定醇（例如，乙醇、 丁醇）的總量。
[0069] 如本文所用，"速率"是指滴度除以發酵時間。
[0070] 如本文所用，"收率"是指每克消耗的葡萄糖產生的總產物醇克數。
[0071] 如本文所用，關于工藝物流或其組分的"主要部分"是指至少約50%的指定工藝 物流或其指定組分。在一些實施例中，主要部分可包含至少約60%、至少約70%、至少約 80%、至少約90%、或至少約95%的或指定的工藝物流或其指定組分。如本文所用，關于 工藝物流或其組分的"主要部分"是指至少約50%的指定工藝物流或其指定組分。在一些 實施例中，主要部分可包含至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、或至少約 95 %的或指定的工藝物流或其指定組分。
[0072] 如本文所用，關于工藝物流的"部分"或"其部分"是指保留物流組合物的任何物 流部分，包括整個物流以及物流的任何一種或多種組分、包括物流的所有組分。
[0073] 產物醇諸如乙醇和丁醇可使用發酵工藝來制備。為了開發經濟上有競爭力的發酵 工藝，在開發該工藝時可考慮所有如下多個因素，諸如，培育可制備產物醇的微生物（"生物 催化劑"）、能夠被微生物代謝的碳源、從發酵液中回收產物醇、共產物形成以及污染的可能 性。
[0074] 在培育可制備產物醇的微生物時，發酵期間產物醇的積聚可能對微生物有毒并潛 在地影響微生物的性能。S卩，發酵的終產物（例如,產物醇）可抑制微生物的生長速率和生 產率并可能導致較低的細胞密度。處理毒性的一種選擇是例如通過添加水來稀釋發酵液。 然而，加載在發酵過程中的附加的水可降低主要生產能力并可能需要進一步處理和加工， 包括需要附加的設備諸如發酵罐、泵、混合槽、儲存槽、換熱器、蒸餾塔等，以及附加的成本。
[0075] 耐產物醇（例如，乙醇、丁醇）的微生物可改善細胞活性以及發酵過程的速率、滴 度和收率。具有改善的產物醇耐受性的微生物可通過多種方法諸如篩選法來識別。例如，可 在生長培養基中培養微生物的樣品，并且當微生物達到某個生長期時，可將產物醇添加到 生長培養基中。例如，可將濃度增加的產物醇添加到生長培養基中。微生物可繼續生長一 段時間，然后與產物醇接觸數次以對增加的產物醇耐受性進行選擇。然后可將微生物分離 以分出對例如濃度增加的產物醇具有耐受性的單個菌株（參見，例如，美國專利7, 659, 104 和7, 541，173 ;美國專利申請公布2008/0138870 ;其全部公開內容全文并入本文）。
[0076] 耐產物醇的微生物可通過基因修飾法諸如基因突變來產生，所述基因突變包括， 例如化學誘變、通過突變基因誘變、用紫外線或X-射線照射以及轉座子插入。與未修飾的 微生物相比,這些修飾的微生物可具有改善的產物醇耐受性。可改善產物醇耐受性的基因 修飾的例子包括但不限于如下基因的表達和/或修飾：relA、spoT和dksA基因（描述于 美國專利申請公布2009/0203139中，其以引用方式并入本文）、延伸酶基因（Yazawa等人， Appl. Microbiol. Biotechnol. 91 :1593-1600, 2011)、熱激蛋白（HSPs)以及與類脂和脂肪 酸代謝和細胞膜組成相關聯的基因（參見，例如Ma等人，Appl. Microbiol. Biotechnol.， 87 :829-845,2010)。
[0077] 微生物的代謝途徑也可經基因修飾以制備產物醇。這些途徑也可經修飾以減少或 去除非期望的代謝物，從而改善產物醇的收率。例如，利用微生物發酵制備丁醇以及制備丁 醇的微生物公開于例如美國專利申請公布2007/0092957 ;2007/0259410 ;2007/0292927 ; 2008/0182308 ;2008/0274525 ;2009/0305363 ;以及 2009/0305370 中，上述專利文獻以引用 方式并入本文。在一些實施例中，微生物包括丁醇生物合成途徑或丁醇異構體諸如1-丁 醇、2-丁醇或異丁醇的生物合成途徑。在一些實施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼至 少一個、至少兩個、至少三個或至少四個多肽，所述多肽催化途徑中底物到產物的轉化。
[0078] 此外，具有一定程度耐熱性從而更耐受升高的發酵或加工溫度的微生物對于總體 過程效率也可能是有益的。如果微生物可耐受更高的溫度，則發酵工藝步驟諸如糖化以及 回收工藝步驟諸如真空提取（真空閃蒸）可在更高溫度下進行。例如，真空閃蒸可在約25°C 至約60°C的溫度下進行而不具有對耐熱微生物和/或糖化酶的負面效應。在一些實施例 中，真空閃蒸可在約20°C至約KKTC的溫度下進行。另外，可減少能量消耗。為了解釋說 明，原料的液化可在大于80°C的溫度下進行，并且在添加發酵液之前，將液化的原料冷卻至 約30-35°C (就酵母而言的典型的溫度范圍）將是必要的。使用可耐受更高溫度（例如， 約40-50°C )的微生物，可降低總體能量消耗，因為液化的原料僅需要被冷卻至約40-50°C， 艮P，冷卻可能需要更低的能量需求。
[0079] 如果微生物耐受更高的溫度，則也可最小化污染的可能性。例如，細菌污染可通過 競爭這些營養素而影響可供給制備產物醇的微生物的營養素。此外，這些細菌污染可產生 不利于制備產物醇的微生物的生長的副產物（例如，乳酸）。因此，在使細菌污染最小化的 溫度下進行發酵過程，但是對耐熱的制備產物醇的微生物沒有影響的能力將是成本上有效 的。
[0080] 耐熱微生物的例子包括東方伊薩酵母（Issatchenkia orientalis)、馬克斯克 魯維酵母（Kluyveromyces marxianus)、脆壁克魯維酵母（Kluyveromyces fragilis)、多 形漢遜酵母（Hansenula polymorpha)(參見，例如美國專利申請公布2011/0045562 ;; Ballesteros等人，Appl Biochem Biotechnol. 28_29 :3〇7_315，1991 ;Edgardo等人，Enzyme Microb. Technol. 43 :120-123,2008)。微生物還可被基因修飾成耐熱的，例如通過基因 修飾微生物以表達應激相關基因，諸如涉及泛素化過程的基因編碼蛋白質（參見，例如， Shahsavarani 等人，Biotechnol. Adv. (2011) doi : 10. 1016/jbiotechadv. 2011.09. 002)
[0081] 這些耐熱微生物還可被基因修飾成表達制備產物醇的生物合成途徑，諸如丁醇生 物合成途徑（參見，例如美國專利申請公布2007/0092957 ;2007/0259410 ;2007/0292927 ; 2008/0182308 ;2008/0274525 ;2009/0305363 ;以及 2009/0305370,上述專利文獻以引用方 式并入本文）。
[0082] 如本文所述，本發明涉及利用發酵工藝制備產物醇諸如乙醇和丁醇。發酵是酶催 化途徑，其中糖分子在一系列氧化和還原反應中被微生物代謝分解。作為可發酵碳源適用 于發酵的糖可得自多種農作物及廢料諸如甘蔗、甘蔗汁、糖蜜，糖用甜菜、玉米、玉米漿、木 薯、甘薯、甜高粱、菊芋、初級澄清池淤渣、新聞紙、硬紙板、棉絨、稻桿、稻殼和玉米釜餾物。 就纖維素類生物質諸如農業殘余物、林業殘余物、廢紙和庭院垃圾而言，這些材料中的纖維 素和半纖維素（其為由糖分子組成的長鏈聚合物）可在約240°C的溫度下用稀酸水解處理 以水解纖維素和半纖維素，從而將分子分解成能夠容易地發酵的較小級分。作為另外一種 選擇，纖維素酶可用于將纖維素水解成葡萄糖用于直接發酵。
[0083] 除了可發酵碳源之外，如本文所述方法中所用，發酵液（或發酵培養基）還可包含 各種營養素和/或微量營養素。通常用于發酵過程的營養素和/或微量營養素中包括氮、 礦物質、微量元素和維生素以及生長因子。具體地講，微量營養素可包括鉻、銅、鐵、鋰、鎂、 錳、鑰、鉀、釩和鋅。在一些實施例中，這些微量營養素可作為用于發酵過程的發酵系統設備 的腐蝕的副產物來提供。例如，發酵系統設備可由不銹鋼構成，并且不銹鋼的腐蝕可導致元 素諸如鉻、鎳和鐵釋放入發酵液中，其繼而可被用作微生物的微量營養素源。發酵液也可用 氣體諸如氧氣來補充，其可提高產物醇的產量。
[0084] 合適的生長因子包括維生素、嘌呤、嘧啶、核苷酸、核苷、氨基酸、脂肪酸、留醇和聚 胺。氮可得自如下源，諸如氣態氨；銨鹽諸如硫酸銨或磷酸氫二銨；硝酸鹽；尿素；氮的有機 形式諸如肽和氨基酸的混合物（其繼而可得自水解的植物蛋白材料諸如玉米漿、酪蛋白水 解產物、大豆粉、大麥芽、玉米蛋白粉、亞麻籽粉、乳清粉、甜菜和甘蔗糖蜜、大米和小麥粉以 及酵母提取物）；以及蛋白胨，其為來源于肉類、酪蛋白、明膠、角蛋白、花生、大豆粉、棉籽 和向日葵籽的蛋白質水解產物。
[0085] 合適的礦物質和元素通常包括磷[例如，（NH4)2ΗΡ04]、鉀（例如，KC1)、鎂、硫（例 如，MgSO4. 7H20)、鈉、氯、鈷、鎳（例如，NiCl2)、鐵（例如，FeCl2. H2O)、鋅（例如，ZnCl2)、錳、 鈣（例如，CaCl2)、銅（例如，CuSO 4. 5H20)和鑰（例如，Na2MoO4)。合適的維生素通常包括核 黃素、煙酸、泛酸、葉酸、膽堿、肌醇、生物素、吡多醇和硫胺。
[0086] 可添加到發酵液中的其它試劑包括，例如，增強產物醇的相對揮發性的甘油或任 何其它生物相容性化合物。在一些實施例中，這些生物相容性化合物可具有親水性。此外， 可將化合物諸如過氧化物或其它非揮發性氧化劑添加到發酵液中。
[0087] 在一些實施例中，可將抗微生物劑添加到發酵容器中以使污染最小化。抗微 生物劑的例子包括但不限于抗生素諸如紅霉素、泰樂菌素和維及霉素，源自啤酒花的抗 菌劑諸如Isostab?和LactoStab?,和/或消毒劑諸如Wescodyne?、Virkon? S和 Sporocidine?。在一些實施例中，可用抗生素、源自啤酒花的抗菌劑、消毒劑、酸處理、氨、 尿素、過氧化氫和/或二氧化氯處理發酵液或料流。在一些實施例中，可在再循環至發酵容 器中之前處理所述發酵液或料流用于另一次發酵循環。抗微生物劑對微生物的影響可使用 實例5中所述的方法進行分析。
[0088] 在一些實施例中，可通過測量和監測相對條件和變量來控制發酵過程，所述相對 條件和變量可包括但不限于下列中的一個或多個：溫度、壓力、氣體流速、液體入口和出口 流速、培養物含量、培養物體積、培養物重量、培養物粘度、攪拌功率、攪拌速度、發泡、溶解 氧濃度、溶解氧張力、溶解的CO 2濃度、氧化還原電勢、pH、電導率、離子強度、稀釋率、碳水 化合物濃度、總蛋白質濃度、維生素濃度、核酸濃度、總細胞計數、活細胞計數、生物質濃度、 細胞大小、細胞年齡、倍增時間、基質吸收率或產物形成速率。反應條件和變量的測量可使 用諸如以下的分析方法進行：高效液相色譜法、核磁共振、流式細胞術、熒光法、流動注射分 析、質譜法、氣相色譜法或紅外光譜法。發酵條件諸如壓力、溫度和PH對微生物的影響可使 用實例1至4中所述的方法進行分析。
[0089] 此外，可使用在線測量或實時測量監測發酵過程，并且這些測量可用于改善整個 發酵過程。為優化發酵條件，可進行發酵液中產物醇的原位測量，使得ISPR方法可被優化。 例如，可將發酵液中的產物醇濃度的實時測量與預定的設定點進行比較，并且可調節產物 醇去除的速率。例如，可將產物醇去除的速率調節成使產物醇對微生物的毒性效應最小化。 實時過程測量可用于調節發酵液的去除流速以匹配產物醇的生成。以這種方式，ISPR方法 可以在維持整個發酵中發酵液中的低產物醇設定點所需的速率下進行。該方法的一個有益 效果是微生物經歷對潛在破壞性溫度和壓力極限的最少暴露。使用過程測量以調節ISPR 方法速率的另一個有益效果是節能的可能性。例如，根據ISPR方法的設計，在產物醇生產 率增加時，可根據需要在線引入一個或多個ISPR處理單元以在發酵液中維持期望的產物 醇設定點。
[0090] 實時測量也可用于在ISPR處理后監控可再循環的發酵液中的產物醇濃度。該測 量可影響ISPR方法的有效運行以及發酵條件。這些測量允許優化整個發酵過程中的ISPR 單元操作并提供ISPR方法的任何干擾的早期指示，例如，可再循環的發酵液中產物醇濃度 的增加（例如，高于期望的設定點）
[0091] 過程測量還可用于改善ISPR方法的效率和操作。例如，發酵液中產物醇的生產率 的實時測量可用于調節發酵液至預閃蒸槽或閃蒸槽的流速。又如，可使用實時測量監控吸 收液體。這些測量可用于調節吸收液體的流速以及監控吸收液體的再生和可能抑制吸收的 發酵過程的副產物的生成。實時測量可用于監控二氧化碳與吸收液體的反應、碳酸氫鹽的 生成以及吸收液體的再生。二氧化碳和碳酸氫鹽的實時測量的例子描述于美國專利申請公 布2012/0035398中，其以引用方式并入本文。碳酸氫鹽測量可用于調節吸收單元和吸收液 體再生單元的操作。
[0092] 用于進行發酵的方法的類型可以為分批、補料分批型，其中將無菌培養基連續地 或定期地添加到接種的發酵批次中，并且發酵液的體積隨每次培養基的添加而增加，或者 連續型，其中無菌培養基持續進料至發酵容器并持續取出發酵產物，因此發酵體積保持不 變。
[0093] 所述發酵可在約20°C至60°C的范圍內，在約25°C至約50°C的范圍內，在約25°C 至約42°C的范圍內，或在約28°C至約35°C范圍內的溫度下進行。在一些實施例中，所述發 酵可以在約20°C、約25°C、約30°C、約35°C、約40°C、約45°C、約50°C、約55°C或約60°C的 溫度下。PH常常是一定程度地酸性，其中最佳的pH通常在約4. 5至約6. 5范圍內，但通常 具有對較低pH諸如約3或約2的耐受性。在一些實施例中，發酵可在約7、約8、約9、約10 或約11的pH下進行。在一些實施例中，發酵可在約2至約7或更高的范圍內的pH下進 行。在一些實施例中，發酵可在約大氣壓下進行。在一些實施例中，發酵可在約〇.9atm、約 I. Oatm、約 2. Oatm、約 3. Oatm、約 4. Oatm 或約 5. Oatm(如，約 13psia 至約 75psia)的壓力 下進行。
[0094] 就本文所述的工藝和方法而言，可在發酵液中培養微生物直至獲得被稱為"生長 期"（或"增殖期"）的某個細胞密度。此外，發酵可在有氧、微氧或厭氧條件下，并在具有或 不具有攪拌的情況下進行。例如，厭氧條件為缺乏氧氣的那些條件，有氧條件為包含氧氣的 那些條件，并且微氧條件為氧氣以低于存在于空氣中的含量存在的那些條件。培養物的生 長可通過測量通常在600nm波長下的光密度來監控。
[0095] 微生物可通過包括絮凝、離心、沉降和/或過濾在內的多種方式從發酵液中去除。 這可以在發酵液循環至預閃蒸槽或閃蒸槽中之前或之后進行。在進一步需要的情況下，微 生物可再循環至發酵液。微生物的循環利用產生高生物質濃度，這可減少將基質轉換成產 物所需的時間并提高生產能力。在一些實施例中，可在發酵過程中的任何時間將新鮮的發 酵培養基和/或微生物添加到發酵容器中。
[0096] 在一些實施例中，微生物可通過各種固定或封裝技術來固定或封裝，所述固定或 封裝技術包括但不限于，例如截留在凝膠基質中、共價結合至各種載體材料的表面或吸附 到載體上。例如，微生物可使用藻酸鹽、藻酸鈣或聚丙烯酰胺凝膠來固定或封裝，或通過在 各種高表面積載體基質諸如娃藻土（diatomite)、娃藻土（celite)、娃藻土（diatomaceous earth)、硅膠、塑料或樹脂上誘導生物膜形成來固定或封裝。經固定的細胞可用于固定床或 流化床反應器。固定或封裝可提高生產能力諸如比體積生產能力、代謝率、產物醇收率、產 物醇耐受性。
[0097] 在一些實施例中，可攪拌發酵液以維持微生物懸浮，或可使發酵液通過減壓裝置 諸如閥門、噴嘴或噴孔，所述裝置可使微生物經受剪切應力。剪切應力可導致細胞損壞諸 如細胞壁損壞、形態變化、改變細胞代謝和降低細胞活性。為了測定剪切應力對微生物的 影響，可對多個因素進行評估，所述因素包括，例如漿液粘度、流速、能量耗散率和暴露時 間（參見，例如，Lange 等人，J. Chem. Technol. Biotechnol.，76 :501_505, 2001 ;Katherine Smart, Brewing Yeast Fermentation Performance,第 4 章（第二版，2003) ；E1-Temtamy 等人，Eur. J. Appl. Microbiol. Biotechnol.，15 :156_160,1982)。基于對這些因素的評估， 可將設備操作參數諸如泵和攪拌器速度、槽占有時間、噴嘴尺寸、壓力變化和流速（m/s)調 節成對微生物的剪切損壞最小化。此外，固定和包封可使剪切對微生物的影響最小化。 [0098] 在發酵期間，可使發酵液經受高壓和低壓的交替循環。在低壓循環期間，可在發酵 液中形成氣體/蒸氣氣泡，并且當發酵液經受高壓循環時，這些氣泡可破裂（稱為"氣穴現 象"）氣體/蒸氣氣泡的破裂可產生強剪切力，所述強剪切力可能對微生物造成損壞（例如， 細胞破碎）。為最小化高/低壓循環的影響，可將發酵設備例如減壓裝置設計成防止氣穴現 象發生。可利用如 Doulah 等人，（Biotechnol. Bioeng. 19 :649_660,1977)和 Baranov 等人 (Technol. Physics 52:927-933,2007)中所述的氣穴流動模型分析氣穴過程。在一些實施 例中，在減壓之前，微生物可例如通過離心或膜過濾從發酵液中分離，并且所述微生物可再 循環至發酵容器中用于另一個發酵循環。
[0099] 在所述方法的另一個實施例中，可在發酵容器中的產物醇濃度達到某個濃度范圍 時，在達到某個速率或滴度時或在發酵開始時，引發產物醇的去除。例如，可在丁醇的濃度 為至少約5g/L至至少約40g/L時引發丁醇從發酵容器中的去除，這可能導致丁醇對微生物 的抑制作用降低。在一些實施例中，丁醇的濃度可以為至少約50g/L、至少約60g/L或更高。 繼而，產物醇的抑制作用的降低可導致改善的發酵過程的生長、速率、滴度和/或收率。在 其它實施例中，可將發酵容器中的產物醇維持在預定閾值以下。預定閾值可取決于所述微 生物對產物醇的耐受性。在一些實施例中，所述閾值可以小于約20g/L。在其它實施例中， 所述閾值可以低于約8g/L、低于約10g/L、低于約15g/Lg/L、低于約25g/L、低于約30g/L或 低于約40g/L。使用本文所述的方法，本領域技術人員可容易地測量微生物的耐受性閾值以 確定可引發產物醇去除的時間。
[0100] 在發酵過程中的預定時間點，可根據預定計劃表間歇地或在發酵過程中連續地從 發酵液中回收產物醇。在從發酵液中回收產物醇之后，殘余的發酵液可再循環回發酵容器 中以繼續發酵過程。根據需要，可將附加的培養基組分諸如葡萄糖或其它可發酵碳源和營 養素添加到發酵容器中。
[0101] 引發產物醇的去除可對微生物的活性和發酵過程的經濟型運行具有影響。例如， 引發產物醇去除太早可導致能量的過度消耗并且還可使微生物暴露于不必要的應力。相似 地，引發產物醇去除太晚可導致由于微生物暴露于過高濃度的產物醇中而抑制微生物生長 和發酵。因此，當發酵液中的產物醇濃度達到一定量時，可引發產物醇從發酵液中的去除。
[0102] 引發產物醇去除的最佳時間還可例如通過建模（例如，動態建模）來確定。開發用 于產物醇去除的模型可考慮的因素包括但不限于微生物生長速率、葡萄糖消耗速率和產物 醇收率。還可考慮用于該模型的其它因素包括恒化器數據、分批循環數據或商業運行數據 (例如，由于發酵容器污染導致的收率損失）。動態建模可使用例如Exeel++K+ ( Microsoft^ Corporation, Redmond, WA)、MatT,all* (The MathWorks，Inc.，Natwick，MA)和 Aspen Custom Modeler* 或 Aspen Plus Dynamics'.8 (Aspen Technology, Inc. , Burlington, MA)進行；并且動態建模的例子描述于例如Nandong等人，Chemical Product and Process Modeling I :Article 8,2006 中。
[0103] 通過從發酵液中去除產物醇（例如,原位產物去除）可使產物醇的抑制作用最小 化。可使用如下技術從發酵液中去除產物醇，所述技術諸如液-液萃取、汽提、吸附、離子液 體、全蒸發、相分離、超臨界萃取、滲透萃取、真空發酵、反向滲透或這些技術的組合。在一些 實施例中，產物醇可從發酵液中連續地去除。
[0104] 真空閃蒸（或閃蒸發酵）是從發酵液中去除產物醇的另一種方式。該技術提供從 發酵液或水溶液中回收產物醇諸如丁醇的經濟型方法。
[0105] 一般來講，在真空閃蒸中，將發酵液循環至產物醇在其中蒸發的閃蒸槽（例如，真 空室）中。例如，在閃蒸槽中，閃蒸的發酵液可形成富含產物醇的蒸氣流和至少部分地消耗 了產物醇的液體流（例如，塔底流出物）。可進一步處理蒸氣流用于回收產物醇。可部分地 消耗產物醇的液體流可返回到發酵容器中。真空閃蒸可以為批量處理、分批補料處理或連 續處理。
[0106] 如本文所述，汽提是可用于從發酵液或其它水溶液中去除產物醇的另一種技術。 該技術減少了產物醇的抑制作用并且不損害微生物也不從發酵液中去除營養素。可將氣體 (例如，二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣、空氣）噴入發酵液中以去除產物醇。然后，揮發性產物 醇和其它氣體（包括噴射氣體以及在發酵期間產生的任何氣體）可被部分冷凝并從冷凝 器中回收，并且氣體可再循環至發酵液中（參見圖1A)。在一些實施例中，發酵液可從發酵 容器中去除并進料至汽提塔（或分離器），并且然后至冷凝器中，從而從發酵液中去除產物 醇。經汽提的發酵液可再循環至發酵容器中（參見圖1B)。汽提器可以為例如連續的汽提 塔或填充床汽提塔。氣體還可使用其它方式諸如將發酵液或水溶液加熱至介于約20°c至 約KKTC之間以使氣體蒸發來去除（即，脫氣或剝離）。此外，氣體可通過將發酵液或水溶 液的壓力減小至低于大氣壓（即，介于約〇. 3psia至約IOpsia之間）以使氣體蒸發或通過 吸收來自發酵液或水溶液的氣體或這些技術的組合來去除。經汽提的氣體還可例如通過使 用滌氣器、吸收或冷凝進一步處理，以從氣體中去除任何產物醇。
[0107] 在一些實施例中，汽提可與真空閃蒸聯合使用。通過在蒸發產物醇之前去除氣體， 所述氣體在閃蒸回收產物醇時不被處理，并因此不變成由閃蒸處理產生的蒸氣流的一部 分。另外，蒸發的產物醇的體積較小并更容易處理。參見圖1C，氣體可噴入發酵容器中并然 后離開（a)發酵容器至冷凝器中。發酵液或其一部分（b)可被引導至閃蒸槽用于蒸發從而 產生包含產物醇的蒸氣流。在一些實施例中，閃蒸槽可在低于發酵容器的壓力下運行（例 如，大氣壓）。蒸氣流（C)可被遞送至冷凝器中并最終用于進一步處理和回收產物醇、水和 二氧化碳。未蒸發的并且現在部分消耗了產物醇的發酵液的部分（d)可返回到發酵容器 中。在一些實施例中，可處理或中和發酵液以去除可能對發酵具有不利影響的組分，并且處 理過的發酵液可再循環至發酵容器中。
[0108] 另外，本文提供方法，通過所述方法使用真空閃蒸處理離開發酵容器的發酵液。真 空閃蒸可在單級閃蒸槽中進行。作為另外一種選擇或與之聯合使用，可在多級蒸餾塔中在 條件下進行真空閃蒸，所述條件使得閃蒸的發酵液形成富含產物醇的蒸氣流和基本上消耗 了產物醇的塔底流出物。在一些實施例中，來自閃蒸的發酵液的蒸氣流可在比它能夠自身 冷凝的溫度更高的溫度下被吸收到第二液體流中。
[0109] 如本文所述方法的一個實施例，包含產物醇、氣體（例如，二氧化碳）、發酵液的其 它組分并且可包含微生物的發酵液的料流可從發酵容器中去除，并被引導至汽提塔（或分 離器）中，其中氣體從發酵液中去除并且產物醇保留在發酵液中。去除氣體之后，發酵液可 被引導至閃蒸槽中并部分地蒸發以產生包含水和產物醇的蒸氣流。所述蒸氣流可包含介于 約1重量％至約95重量％的產物醇。蒸發可在約20°C至約KKTC的溫度和真空條件（例 如，約〇· 3psia至約IOpsia的壓力）下進行。例如，蒸發可在約20°C、約25°C、約30°C、約 35°C、約 40°C、約 45°C、約 50°C、約 55°C、約 60°C、約 65°C、約 70°C、約 80°C、約 90°C、約 95°C 或約 100°C 的溫度下；并且在約 0· 3psia、約 0· 4psia、約 0· 5psia、約 I. Opsia、約 2. Opsia、 約3. Opsia、約4. Opsia、約5psia或約IOpsia的壓力下進行。可將由發酵過程產生的熱量 用作用于閃蒸槽中蒸發的熱源。可將閃蒸槽維持在低于大氣壓下。未蒸發并且部分消耗 了產物醇的發酵液或其部分可返回至發酵容器中。可將蒸氣流引導至蒸氣冷凝器中用于冷 凝，然后將冷凝的溶液引導至分離器中以回收產物醇。
[0110] 為了有利于冷凝，可使蒸氣流與冷凝溶液接觸。在一些實施例中，冷凝溶液可以 在小于約30°C的溫度下。在一些實施例中，蒸氣流的溫度可與冷凝溶液的溫度相差至少約 1°C至至少約20°C。在一些實施例中，蒸氣流的溫度可與冷凝溶液的溫度相差至少約1°C、 至少約2°C、至少約3°C、至少約4°C、至少約5°C、至少約6°C、至少約7°C、至少約8°C、至少 約9°C、至少約KTC、至少約11°C、至少約12°C、至少約13°C、至少約14°C、至少約15°C、至 少約16°C、至少約17°C、至少約18°C、至少約19°C或至少約20°C。在一些實施例中，冷凝溶 液可包含產物醇或另一種烷基醇。在一些實施例中，可用冷凝溶液對蒸氣流進行噴灑（例 如，噴霧嘴）。例如，可使包含產物醇的發酵液（或水溶液）經受閃蒸（例如，減壓）以形成 包含產物醇的蒸氣流。然后可使該蒸氣流與包含產物醇或另一種烷基醇的冷凝溶液接觸以 形成包含產物醇的冷凝物。冷凝物中的產物醇濃度可大于發酵液中的產物醇濃度。在一些 實施例中，可將包含產物醇的冷凝物用作冷凝溶液，并且在一些實施例中，在與蒸氣流接觸 之前，可使用例如換熱器或蒸發冷卻使該冷凝物冷卻。在另一個實施例中，產生蒸氣流的發 酵液（或水溶液）的蒸發以及蒸氣流的冷凝可在單個容器中進行。
[0111] 在一些實施例中，冷凝物可形成富產物醇液相和貧產物醇液相（或富水液相）。在 另一個實施例中，可將富產物醇液相和富水液相分離，并且可從富產物醇液相和富水液相 兩者中回收產物醇。富水液相的一部分可返回至發酵容器中或可用作冷凝溶液。
[0112] 在一些實施例中，可使發酵液或其一部分中的產物醇的濃度增加至至少產物醇在 發酵液中的飽和濃度（例如飽和點）。S卩，使發酵液或其一部分中的產物醇的濃度增加至 至少產物醇的飽和點。在另一個實施例中，使發酵液或其一部分中的水的濃度降低至至少 產物醇在發酵液中的飽和度的濃度。飽和濃度的點可取決于發酵液的條件（例如，溫度、壓 力）。在一些實施例中，增加發酵液或其一部分中的產物醇的濃度是指相對于發酵液或其一 部分中的產物醇的初始（或起始）濃度，發酵液或其一部分中的產物醇的濃度增加。
[0113] 在本文所述的工藝和方法的一些實施例中，發酵液或其至少一部分可從發酵容 器中轉移至第二容器或"閃蒸容器"中，并且可通過真空閃蒸至少部分地蒸發。在其它實 施例中，發酵液或其至少一部分可在約20°C至約KKTC的溫度下并在真空條件（例如，約 0. 3psia至約IOpsia)下部分地蒸發。例如，蒸發可在約20°C、約25°C、約30°C、約35?、 約 40°C、約 45°C、約 50°C、約 55°C、約 60°C、約 65°C、約 70°C、約 80°C、約 90°C、約 95°C或 約 100°C的溫度下；并且在約 0· 3psia、約 0· 4psia、約 0· 5psia、約 I. Opsia、約 2. Opsia、約 3. Opsia、約4. Opsia、約5psia或約IOpsia的壓力下進行。由蒸發產生的蒸氣流可包含水、 產物醇和二氧化碳。在一些實施例中，蒸氣流可與吸收液體接觸以形成吸收液相（參見，例 如TO 2011/100299和美國專利公布2012/0211348,其全部公開內容以引用方式全文并入 本文）。在一些實施例中，吸收溫度可大于蒸發溫度。例如，吸收溫度可比所述蒸發溫度大 約5°C、約KTC、約15°C、約20°C、約25°C、約30°C或約35°C。在一些實施例中，所述吸收 壓力可大于蒸發壓力。例如，所述吸收壓力可比蒸發壓力大約lpsia、約2psia、約3psia、約 4psia、約 5psia、約 IOpsia 或約 15psia〇
[0114] 在一些實施例中，吸收液體可優選吸收來自蒸氣流的產物醇的一部分。在一些實 施例中，吸收液體可吸收二氧化碳。吸收液體最小化對溫度降低（例如冷卻）的需要并減 少可需要增加壓力（例如再壓縮）的蒸氣流的部分。可調節吸收液體以優化蒸氣流的某些 組分的去除。例如，包含2-乙基己醇和二醇的吸收液體可用于回收來自蒸氣流的產物醇和 水的大部分。此外，來自這一吸收的熱量可提供至少一部分蒸發熱。
[0115] 在一些實施例中，與吸收液體的接觸在接近于閃蒸操作壓力的亞大氣壓下進行， 并且在一些實施例中，所有蒸氣流基本上被吸收。可在此類方法中連接閃蒸和吸收單元以 最小化兩種操作之間的壓降。
[0116] 為了回收所述產物醇，從吸收液體中去除吸收的熱，例如通過經冷卻器的循環除 熱。在此實施例中，可使用比不用吸收液體冷凝蒸汽流將需要的廉價的冷卻介質（例如，使 用發酵液體），從循環流體中去除熱。所述冷卻可經由空氣冷卻器或由冷卻水回路運行或 直接使用例如河水的換熱器進行。需要再循環的吸收液體的量取決于吸收裝置中可能允許 的溫度上升，所述吸收裝置可以為吸收器、吸收塔（例如多級吸收塔）、噴霧塔、噴射式-文 丘里管滌氣器、攪拌槽、液環真空泵、噴射器或能夠使蒸氣和液體接觸的任何此類裝置或設 備。例如在多級吸收塔中，上部溫度受在吸收壓力下的溶液蒸氣壓的限制，而下部溫度受冷 卻介質（例如冷卻水）溫度的限制。
[0117] 就本文提供的方法而言，蒸氣流與吸收液體的接觸可在真空下進行，并且可在約 0. 3psia至約3psia的壓力下進行。在一些實施例中，接觸可在約0. 3psia、約0. 4psia、約 0· 5psia、約 0· 6psia、約 0· 7psia、約 0· 8psia、約 0· 9psia、約 lpsia、約 2psia 或約 0· 3psia 的壓力下進行。在一些實施例中，接觸可在小于約3psia，或者小于約2psia的壓力下進行。 所述接觸可在約25°C至約60°C的溫度下進行。在一些實施例中，接觸可在約25°C、約30°C、 約35°C、約40°C、約45°C、約50°C、約55°C或約60°C的溫度下進行。在一些實施例中，蒸發 步驟和接觸步驟在相同的壓力或基本上相同的壓力下進行。
[0118] 合適的吸收液體包括但不限于，有機液體、有機胺和離子液體以及上述物質 的生物衍生液體或它們的混合物（參見，例如，WO 2011/100299和美國專利申請公布 2012/0211348,其全部公開內容以引用方式全文并入本文）。例如，可用作吸收液體的有機 液體包括乙二醇、乙二醇一甲醚、二甘醇、丙二醇、雙丙二醇、聚乙二醇、聚乙二醇醚、聚丙二 醇醚、1，3_丙二醇或它們的混合物。可用作吸收液體的有機胺包括單乙醇胺（MEA)、2-氨 基2-甲基丙醇（AMP)、甲基氨基丙胺（MAPA)、哌嗪、二乙醇胺（DEA)、三乙醇胺（TEA)、二乙 氨基乙醇（DEEA)、二異丙基胺（DIPA)、氨基乙氧基乙醇（AEE)、二甲基氨基丙醇（DIMAP)以 及甲基二乙醇胺（MDEA)、它們的任何混合物或它們的任何水溶液。在一些實施例中，吸收液 體胺與蒸氣流中的二氧化碳的摩爾比為至少約1. 01至約2, S卩，所述摩爾比大于約1。
[0119] 合適的離子液體的例子包括美國專利申請公布2010/0143993、2010/0143994以 及2010/0143995中描述的那些，上述文獻以引用方式并入本文。吸收液體的其它例子包 括2-乙基己醇（2-EH)，異月桂醇，異鯨蠟醇，油醇，苯酚，甘油，脂肪酸、脂肪酸酯，脂肪醇， 酸，醇，酰胺諸如但不限于二烷基乙酰胺、N，N-雙（2-乙基己基）乙酰胺以及二異丁基異丁 酰胺，酯，酮，碳酸鹽，磷酸鹽諸如但不限于三丁基磷酸鹽和三異丁基磷酸鹽，鹽溶液諸如鹽 水、碳酸鉀以及它們的混合物。脂肪酸、脂肪酸酯和脂肪醇可來源于玉米油、大豆油或蓖麻 油。
[0120] 在一些實施例中，在開始將所述蒸氣流吸收到所述吸收液體中時，溫度可大于在 不存在所述吸收液體的情況下開始冷凝所述蒸氣流時的溫度。開始吸收或冷凝時的溫度可 使用標準氣-液平衡方法，通過計算進行評估，所述方法基于實驗數據或通過從所述方法 中直接測量。在一些實施例中，在開始將蒸氣流吸收到吸收液體相中時，溫度可比在不存在 吸收液體的情況下開始冷凝蒸氣流時的溫度大至少約2°C ;至少約3°C ;至少約5°C ;至少約 KTC ;至少約15°C ;至少約20°C ;或至少約30°C。
[0121] 在另一個實施例中，吸收溫度可高于蒸發溫度。例如，吸收溫度可比所述蒸發溫度 高約5°C、約KTC、約15°C、約20°C、約25°C、約30°C、約35°C。在一些實施例中，所述吸收 壓力可高于蒸發壓力。在一些實施例中，可通過例如蒸氣再壓縮增加吸收壓力。例如，所述 吸收壓力可比蒸發壓力高約lpsia、約2psia、約3psia、約4psia、約5psia、約IOpsia或約 15psia〇
[0122] 應當理解，將盡可能多的蒸氣流吸收到吸收液體中是有益的。在一些實施例中，吸 收液體可吸收至少約50%的蒸氣流。在一些實施例中，至少約55%、至少約60%、至少約 65%、至少約70%、至少約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、至少約95%或至 少約99%的蒸氣流可被吸收到吸收液體中。在一些實施例中，在產物醇為丁醇的情況下， 蒸氣流可包含約50-80質量％的水、約10-40質量％的丁醇和約0-20質量％的二氧化碳。 應當理解，通過在蒸氣流中形成低濃度的二氧化碳可使得吸收、冷凝和類似的過程更加容 易。還應當理解，通過形成丁醇與二氧化碳的高質量比可使得吸收、冷凝和類似的過程更加 容易。該發酵容器排氣的比率為大約1至2份丁醇對100份二氧化碳。在一些實施例中， 該比率可增加到1至5份丁醇對1份二氧化碳。在一些實施例中，該比率可增加到5至30 份丁醇對1份二氧化碳。在一些實施例中，該比率可增加到10至100份丁醇對1份二氧化 碳。
[0123] 在其中將產物醇吸收到所述吸收液體中的一些實施例中，可從吸收液體中回收所 述產物醇，使得所述吸收液體同時再生和再循環。可使用以下方法完成回收和再生，所述方 法包括：將所述吸收液體泵入蒸餾塔中，所述蒸餾塔包括汽提段和任選地精餾段；蒸餾所 述吸收液體，使得產生底部液體產物和頂部蒸氣產物；以及回收所述底部產物，其包含來自 所述蒸餾塔的水和吸收液體。可使用本領域技術人員熟知的技術預熱蒸餾塔的供料以減少 蒸餾塔底部所需的能量輸入。在一些實施例中，所述蒸餾塔可處于等于或高于大氣壓的壓 力下。
[0124] 本發明還將參照附圖加以描述。有時，文本和附圖中所提及的術語諸如"冷凝 (condense) " 和"冷凝（condensation) "，"壓縮（compress) " 和"壓縮（compression) "，或 "發酵（fermentation)"或"發酵容器（fermentation vessel)"可同義使用。本文所述的 方法還可包括用于通過發酵制備發酵產物諸如產物醇的方法。例如，可將包含一種或多種 可發酵碳源和微生物的原料引入發酵容器中。所述微生物可代謝一種或多種可發酵碳源以 制備產物醇諸如丁醇。如下文所述，在一些實施例中，在引入發酵容器中之前，可使原料液 化以產生原料漿液；并且在一些實施例中，可將所述原料漿液分離以產生液相和固相。在 一些實施例中，可將所述原料干磨或濕磨。在一些實施例中，同步糖化和發酵可在發酵容器 中發生。由發酵方法制得的產物醇可利用本文所述以及如圖所示的方法回收。如本領域的 技術人員能夠理解的，可以多種方式修改本文所述的方法以優化用于制備產物醇的發酵方 法。
[0125] 圖2A和2B示出根據本發明的實施例，用于制備產物醇諸如乙醇或丁醇的示例性 工藝流程圖。在發酵100中制備產物醇期間，可從發酵液中去除產物醇以使產物醇對微生 物的毒性效應最小化。例如，可將發酵期間產生的蒸氣流102排放到例如滌氣器系統中。當 發酵批次完成時，可將發酵容器100的全部內容物101轉移到啤酒塔中，用于從發酵液中分 離剩余的產物醇。
[0126] 通過使發酵液的料流通過閃蒸系統循環，可在整個發酵批次中連續實現產物醇去 除。閃蒸系統可用于從發酵液中蒸發產物醇。發酵液104可轉移至預閃蒸110。可從發酵容 器100的任何平面中取出發酵液104。可在預閃蒸110中使用減壓以從發酵液中去除不可 冷凝物106諸如二氧化碳。預閃蒸的目的是減小不可冷凝物的體積，所述不可冷凝物可通 過下游冷凝器和壓縮機處理。預閃蒸可通過使發酵液104通過換熱器，將蒸汽注入閃蒸槽 或通過任何其它方式來加熱。預閃蒸可通過注入另外的不可冷凝氣體增強。可在壓縮160 中將蒸氣流106壓縮至高于大氣壓（圖2A)或可將蒸氣流106引導至滌氣器系統中（圖 2B)。壓縮160可以為預閃蒸中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴 射或本領域技術人員確定的其它方式實現。可將來自預閃蒸110的液體流105轉移至閃蒸 120。閃蒸的壓力可在低于預閃蒸壓力的壓力下操作。在一些實施例中，預閃蒸的壓力可以 為約3psia至約25psia。在一些實施例中，可具有一次或多次預閃蒸。熱量可通過在進入 閃蒸120之前使液體流105通過換熱器，將蒸汽608和/或熱水712直接添加到閃蒸120 中或通過其它方式而施加到閃蒸中。可設計并操作閃蒸以防止微生物由于暴露于過高溫度 而滅活。如果微生物在50°C下保持活性并持續一段時間（參見，例如，實例2)，可接受的暴 露時間和溫度可例如通過在暴露于例如約30°C至50°C或更高的溫度的溫度梯度（例如，約 60°〇、701：、801：、901：或95°〇之后一小時內測量微生物活性的變化來確定。給定使微生 物暴露于升高的溫度而不使所述微生物滅活大于約10%、或大于約5%、或大于約1%的時 間長度，閃蒸的溫度可盡可能地高。
[0127] 閃蒸可通過注入下游步驟中產生的過程蒸汽而直接加熱，所述下游步驟包括吸收 再生、吸收液體冷卻、精制和蒸發器（例如，稀釜餾物蒸發器）。閃蒸可通過注入由基本上不 含產物醇的工藝用水與精制區中真空塔的冷凝器之間的熱交換產生的亞大氣壓蒸汽來直 接加熱。在本發明的一個實施例中，閃蒸可通過經由料流712注入來自精制系列（例如，來 自側汽提塔的底部）的基本上不含產物醇的熱水來加熱（參見圖8)。在一些實施例中，熱 水的溫度可以大于閃蒸的溫度。所述熱水可包含例如小于0.05重量％的產物醇。可將熱 水注入到擋板下，使得熱水在與發酵液混合之前通過閃蒸局部閃蒸并冷卻。熱水可以維持 全發酵容器中的恒定含量的速率注入。閃蒸還可通過注入熱水和蒸汽的混合物來加熱，由 此選擇熱水的量以維持恒定的發酵液體積并且選擇蒸汽的量以在制備產物醇的速率下蒸 發所述產物醇，從而在基于微生物活性所選擇的目標下，使產物醇濃度保持恒定。蒸汽和熱 水的組合可通過加熱來自精制系列或稀釜餾物蒸發器的水與精制系列或吸收再生系統中 的冷凝蒸氣來產生。
[0128] 直接加熱的閃蒸系統可包括不具有內部構件或僅具有蒸汽噴霧器作為內部構件 的真空額定壓力容器。直接加熱的閃蒸系統可以為抗污染蒸餾塔，其包括設計成在低壓降 下操作的盤式塔。直接加熱的閃蒸系統可以為噴霧塔或擋板塔。
[0129] 閃蒸可通過與氣體、冷凝蒸氣或液體交換來間接加熱。閃蒸可用吸收液體間接加 熱，例如在吸收液體具有比閃蒸更高溫度的情況下（參見，例如描述于美國專利申請公布 2011/0162953和2011/0162954中的方法，所述專利文獻以引用方式并入本文）。閃蒸可通 過在該過程的其它部分中將來自真空塔的蒸氣冷凝來間接加熱。閃蒸可通過將壓縮蒸氣冷 凝來間接加熱，所述壓縮蒸氣在從閃蒸蒸氣冷凝器中吸收熱的制冷劑回路中產生。閃蒸可 通過將閃蒸蒸氣壓縮至更高壓力并冷凝間接交換器的熱側中的所述蒸氣來間接加熱。閃蒸 的進料可通過在換熱器中與閃蒸殘渣交換來預熱。在一些實施例中，閃蒸殘渣可使用另一 熱源諸如蒸汽加熱器而維持在更高的溫度。在一些實施例中，閃蒸塔底流出物的一部分可 通過換熱器再循環以從所述過程的另一部分中吸收熱，并注回到閃蒸中。
[0130] 間接加熱的閃蒸可以為類似于乙醇工廠稀釜餾物蒸發器的設計，其被修改使得蒸 氣速度不致使過量液體泡沫形成并且表面積足以確保足夠的熱傳遞。此類閃蒸的進料可進 料至蒸發器之上的擋板塔或其它抗污染逆流塔，所述塔也接收來自蒸發器的蒸氣。
[0131] 閃蒸可通過利用本文所述工藝和方法的任何組合的直接和間接加熱的組合來加 熱。閃蒸可通過將來自稀釜餾物蒸發器系列的蒸汽608(參見圖7)或精制系列中的冷凝器 生成的蒸汽冷凝，以及通過直接注入熱水來間接加熱。此外，預閃蒸也可通過利用本文所述 工藝和方法的任何組合的直接和間接加熱的組合來加熱。
[0132] 不必要從閃蒸中去除所有夾帶的液體。來自閃蒸的流動可以為垂直上升或垂直落 下。如果垂直落下，則可以脫離液體的方式使蒸氣流動方向改變為垂直上升。
[0133] 對于真空系統的多個壓力級的每一個均可提供預閃蒸或閃蒸。例如，運行一次預 閃蒸或閃蒸的壓力可以為水封液環泵如Roots鼓風機中產生的真空，所述泵在對應于液體 密封的蒸氣壓的真空下，在可用冷卻水的溫度加上2°C至KTC的容差下操作，以從含產物 醇的冷凝物中間接熱傳遞。相比于離心式壓縮機，液環泵的購買和操作可以是經濟的。另 外的節約措施可通過將產生比液環泵中可達到的更低的入口壓力的離心式壓縮機排氣但 是釋放到液環泵的吸入口中來實現。此類系統的設計還可評價可通過在所述液環泵的壓力 和大氣閃蒸的壓力中間的壓力下運行一次或多次預閃蒸或閃蒸而實現的投資和運行成本 節約的潛力。這可顯著減小低壓液環泵的尺寸。每個預閃蒸或閃蒸塔板之后均具有液體排 放的可變面積孔，這對于防止通過孔上游的懸浮固體跨接而阻塞可能是必要的。就微生物 而言，使剪切暴露或壓力從大氣壓降低的速率最小化可能不需要特殊設計。合適的裝置包 括具有可膨脹彈性體內襯的閥或蝶閥。可優選可膨脹內襯以有利于就地清洗（CIP)。當上 游閃蒸槽中的懸浮固體含量超過指示跨接可能性的目標時，可根據需要"撞擊"這些閥。
[0134] 參見圖2A，可將包含產物醇和水的、來自閃蒸120的蒸氣流107轉移至冷凝130。 可使用泵將來自閃蒸120的液體流（或回流管線）103返回至發酵100。所述泵可以為設 置在閃蒸系統下方的離心泵。泵的進料管可設計成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣 阻。循環回路可以有利于發酵批次之間的清潔的方式構造。例如，循環回路可具有允許注 入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金 構造。來自閃蒸120的回流管線103可在距閃蒸的進料管至少一個半徑的位置處進入發酵 100。為此可將現有循環回路改裝。如果需要的話，可在循環回路中使用附加的換熱器以控 制溫度。
[0135] 冷凝130可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用 冷卻塔水、冷卻水或制冷系統來實現。包含二氧化碳、產物醇和水的殘余的未冷凝蒸氣流 108可通過一個、兩個、三個或更多個壓縮機級使用可引發部分冷凝的級間冷卻進行壓縮。 來自冷凝130的蒸氣流108可進入壓縮140并被壓縮至亞大氣壓或至至少大于預閃蒸110 壓力的壓力。壓縮140可以為閃蒸中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、 蒸汽噴射或本領域技術人員確定的其它方式實現。來自壓縮140的蒸氣流111可進入冷凝 150 (圖2A)或來自壓縮140的蒸氣流111可進入預閃蒸110 (圖2B)。冷凝150可用例如 熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統 來實現。可將來自冷凝150的蒸氣流112轉移至壓縮160。在壓縮160中，可將料流106和 112壓縮至大氣壓或高于大氣壓。可將壓縮160的料流（或出口）114轉移至冷凝170。冷 凝170可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用冷卻塔水、冷 凍水或制冷系統來實現。可將來自冷凝130的液體冷凝物109、來自冷凝150的液體冷凝物 113和/或來自冷凝170的液體冷凝物116混合以形成料流117,并可通過泵送將料流117 轉移至蒸餾處理區用于回收產物醇（圖2A)。如圖2B中所示，在另一個實施例中，可通過 泵送將來自冷凝130的液體冷凝物109轉移至蒸餾處理區用于回收產物醇。可將來自冷凝 170的蒸氣流115送入漆氣器系統中（圖2A)。
[0136] 圖3代表本文所述的工藝和方法的另一個實施例。在該實施例中，初始預閃蒸可 在等于或高于大氣壓下進行，以去除一些二氧化碳從而防止壓縮該體積的需要，并顯著降 低壓縮設備的成本。
[0137] 可將發酵期間產生的蒸氣流202排放到滌氣器系統中。當發酵完成時，可將發酵 200的全部內容物201轉移到啤酒塔中用于從發酵液中分離剩余的產物醇。
[0138] 通過使發酵液的料流通過閃蒸系統循環，可在整個發酵中連續實現產物醇去除。 如果從發酵容器200的底部或下半部中取出發酵液204,則可在壓力Pl (例如，至少約 IOpsia至約25psia)下在預閃蒸I (或第一預閃蒸）210中從發酵液中閃蒸二氧化碳，以允 許二氧化碳205通過滌氣器系統大氣排放，同時減少后續壓縮270中處理的二氧化碳的體 積。預閃蒸I 210的效果可通過用不可冷凝氣體吹掃或通過使用本文所述方式中任一種添 加熱量來提高。
[0139] 二氧化碳蒸氣的附加的預閃蒸可在亞大氣壓下實現以減少加載在產物醇蒸氣冷 凝器上的二氧化碳，從而改善產物醇蒸氣冷凝器的效率。來自預閃蒸I 210的料流206可 轉移至壓力P2 (例如，至少約3psia至約12psia)下的預閃蒸II (或第二預閃蒸）220。預 閃蒸II 220中可使用減壓以從發酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳（例如，P2 可以低于Pl)。預閃蒸II可通過使發酵液通過換熱器，將料流注入預閃蒸槽或通過本文所 述的任何其它方式來加熱。可將蒸氣流207轉移至壓縮270并可壓縮至高于大氣壓。壓縮 270可以為預閃蒸II 220中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或 本領域技術人員確定的其它方式實現。可將來自預閃蒸Π 220的液體流208轉移至閃蒸 230 中。
[0140] 閃蒸可用于從發酵液中蒸發產物醇。閃蒸的壓力P3 (例如，至少約0. 3psia至約 IOpsia)可在低于預閃蒸II的壓力（P2)的壓力下操作。閃蒸系統可通過本文所述方法中 任一種加熱，其包括經由料流712來自蒸餾區的熱水和/或經由料流608來自蒸發區的蒸 汽（參見圖7和8)。可將包含產物醇和水、來自閃蒸230的蒸氣流209轉移至冷凝240。可 使用泵將來自閃蒸230的液體流（或回流管線）203返回至發酵200。所述泵可以為設置 在閃蒸系統下方的離心泵。泵的進料管可設計成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。 循環回路可以有利于發酵批次之間的清潔的方式構造。循環回路可具有允許注入熱水或就 地清潔溶液的噴嘴。其可具有低點排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構造。來自 閃蒸230的回流管線203可在從進料管到閃蒸至少一個半徑的位置處進入發酵200。為此 可將現有循環回路改裝。如果需要的話，可在循環回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0141] 冷凝240可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用 冷卻塔水、冷凍水或制冷系統來實現。包含二氧化碳、產物醇和/或水的殘余的未冷凝蒸氣 流211可通過一個、兩個、三個或更多個壓縮機級使用可引發部分冷凝的級間冷卻進行壓 縮。來自冷凝240的蒸氣流211可進入壓縮250并可被壓縮至亞大氣壓。壓縮250可以為 閃蒸230中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或本領域技術人員 確定的其它方式實現。來自壓縮250的蒸氣流213可進入冷凝260。冷凝260可用例如熱 交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制冷系統來 實現。可將來自冷凝260的蒸氣流214轉移至壓縮270。在壓縮270中，可將料流207和 214壓縮至高于大氣壓。可將壓縮270的料流（或出口）216轉移至冷凝280。冷凝280可 用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用冷卻塔水、冷凍水或制 冷系統來實現。可將來自冷凝240的液體冷凝物212、來自冷凝260的液體冷凝物215和/ 或來自冷凝280的液體冷凝物218混合以形成料流219。料流219可通過泵送轉移至蒸餾 處理區用于回收產物醇。可將來自冷凝280的蒸氣流217送入滌氣器系統中。
[0142] 圖4示出本發明的工藝和方法的另一個實施例。在該實施例中，閃蒸設備可用于 在壓縮步驟之間冷卻和冷凝蒸氣。壓縮和冷凝的熱量也可提供預閃蒸步驟所需熱量的至少 一些。
[0143] 可將發酵期間產生的蒸氣流302排放到滌氣器系統中。當發酵批次完成時，可將 發酵300的全部內容物301轉移到啤酒塔中用于從發酵液中分離剩余的產物醇。
[0144] 通過使發酵液的料流通過閃蒸系統循環，可在整個發酵中連續實現產物醇去除。 如果從發酵容器300的底部或下半部中取出發酵液304,則可在壓力Pl (例如，至少約 IOpsia至約25psia)下在預閃蒸I 310中從發酵液中閃蒸二氧化碳，以允許二氧化碳305 通過滌氣器系統大氣排放，同時減少后續壓縮320和340中處理的二氧化碳的體積。預閃 蒸I 310的效果可通過用不可冷凝氣體吹掃或通過使用本文所述方式中任一種添加熱來 提高。另外，熱量可由壓縮320的熱量和進入預閃蒸I 310的蒸氣流306的部分冷凝提供， 其可提供預閃蒸I 310的全部必需的熱量。
[0145] 二氧化碳蒸氣的附加的預閃蒸可在亞大氣壓下實現以減少加載在產物醇蒸氣冷 凝器360上的二氧化碳，從而提高產物醇蒸氣冷凝器的效率。料流307可被轉移至壓力 P2(例如，至少約3psia至約12psia)下的預閃蒸11330。預閃蒸II 330中可使用減壓以從 發酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳（例如，P2可以低于Pl)。預閃蒸II可通 過使發酵液通過換熱器，將蒸汽注入閃蒸槽中或通過本文所述的任何其它方式來加熱。另 夕卜，熱量可由壓縮340的熱量和進入預閃蒸II 330的蒸氣流309的部分冷凝提供，其可提 供預閃蒸II 330的全部必需的熱量。在壓縮320中，可將蒸氣流308壓縮至高于大氣壓。 壓縮320可以為預閃蒸II 330中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽 噴射或本領域技術人員確定的其它方式實現。來自壓縮320的蒸氣流306可進入預閃蒸I 310用于冷卻和冷凝。冷凝物可與預閃蒸I 310中的脫氣發酵液混合。可將來自預閃蒸II 330的液體流311轉移至閃蒸350中。在一些實施例中，壓縮320和340可在單個多級壓縮 裝置中進行。
[0146] 閃蒸可用于從發酵液中蒸發產物醇。閃蒸350的壓力P3(例如，至少約0.3psia至 約IOpsia)可以低于預閃蒸II 330的壓力（P2)。閃蒸系統可通過本文所述方法中任一種 加熱，其包括經由料流712來自蒸餾區的熱水和/或經由料流608來自蒸發區的蒸汽（參見 圖7和8)。可將包含產物醇和水、來自閃蒸350的蒸氣流312轉移至冷凝360。可使用泵 使來自閃蒸350的液體流303返回至發酵300。所述泵可以為設置在閃蒸系統下方的離心 泵。泵的進料管可設計成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。循環回路可以有利于 發酵批次之間的清潔的方式構造。循環回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的噴嘴。 其可具有低點排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構造。來自閃蒸350的回流管線 303可在距閃蒸的進料管至少一個半徑的位置處進入發酵300。為此可將現有循環回路改 裝。如果需要的話，可在循環回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0147] 冷凝360可用例如熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可例如用 冷卻塔水、冷凍水或制冷系統來實現。液體冷凝物314可通過泵送轉移至蒸餾處理區用于 回收產物醇。包含二氧化碳、產物醇和/或水的殘余的未冷凝蒸氣流313可通過一個、兩 個、三個或更多個壓縮機級使用可引發部分冷凝的級間冷卻進行壓縮。壓縮340可以為閃 蒸350中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或本領域技術人員確 定的其它方式實現。來自壓縮340的蒸氣流309可進入預閃蒸II 330用于冷卻和部分冷 凝。冷凝物可與預閃蒸II 330中的脫氣發酵液混合。在一些實施例中，預閃蒸I 310、預閃 蒸II 330和/或閃蒸350可以為噴霧塔。在一些實施例中，進入噴霧塔的液體流和蒸氣流 可順流或逆流接觸。
[0148] 圖5示出本發明的工藝和方法的另一個實施例。在該實施例中，產物醇的去除可 通過閃蒸和吸收來實現，例如利用吸收液體以吸收閃蒸期間產生的蒸氣相的任何部分。在 發酵結束時，可通過蒸餾從發酵液中回收任何剩余的產物醇。在發酵400中制備產物醇期 間，可將產物醇從發酵液中去除以改善發酵條件，導致微生物生長增加和產物醇的產量增 加。
[0149] 可將發酵期間產生的蒸氣流402排放到滌氣器系統中。當發酵批次完成時，可將 發酵400的全部內容物401轉移到啤酒塔中用于從發酵液中分離剩余的產物醇。
[0150] 通過使發酵液的料流通過閃蒸系統循環，可在整個發酵中連續實現產物醇去除。 如果從發酵容器400的底部或下半部中取出發酵液404,則可在壓力Pl (例如，至少約 IOpsia至約25psia)下在預閃蒸I 410中從發酵液中閃蒸出二氧化碳，以允許二氧化碳 405通過滌氣器系統大氣排放，同時減少后續壓縮420和440中處理的二氧化碳的體積。預 閃蒸I 410的效果可通過用不可冷凝氣體吹掃或通過使用本文所述方式中任一種添加熱 來提高。另外，熱量可由壓縮420的熱量和進入預閃蒸I 410的蒸氣流406的部分冷凝提 供，其可提供預閃蒸I 410的全部必需的熱。
[0151] 二氧化碳蒸氣的附加的預閃蒸可在亞大氣壓下實現以減少加載在產物醇蒸氣吸 收/冷凝460上的二氧化碳，從而提高產物醇蒸氣冷凝器的效率。可將料流407轉移至壓 力P2(例如，至少約3psia至約12psia)下的預閃蒸II 430。預閃蒸II 430中可使用減 壓以從發酵液中去除大部分不可冷凝物，諸如二氧化碳（例如，P2可以低于P1)。預閃蒸 II可通過使發酵液通過換熱器,將蒸汽注入閃蒸槽中或通過本文所述的任何其它方式來加 熱。另外，熱量可由壓縮440的熱量和進入預閃蒸II 430的蒸氣流409的冷凝提供，其可提 供預閃蒸II 430的全部必需的熱量。在壓縮420中，可將蒸氣流408壓縮至高于大氣壓。 壓縮420可以為預閃蒸II 430中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽 噴射或本領域技術人員確定的其它方式實現。來自壓縮420的蒸氣流406可進入預閃蒸I 410用于冷卻和部分冷凝。冷凝物可與預閃蒸I 410中的脫氣發酵液混合。可將來自預閃 蒸II 430的液體流411轉移至閃蒸450中。在一些實施例中，壓縮420和440可在單個多 級壓縮裝置中進行。
[0152] 閃蒸可用于從發酵液中蒸發產物醇。閃蒸450的壓力P3(例如，至少約0.3psia至 約IOpsia)可以低于預閃蒸II 430的壓力（P2)。閃蒸系統可通過本文所述方法中任一種 加熱，其包括經由料流712來自蒸餾區的熱水和/或經由料流608來自蒸發區的蒸汽（參見 圖7和8)。可將包含產物醇和水、來自閃蒸450的蒸氣流412轉移至吸收/冷凝460。可 使用泵使來自閃蒸450的液體流403返回至發酵400。所述泵可以為設置在閃蒸系統下方 的離心泵。泵的進料管可設計成滿足泵的凈正吸入壓頭需要，并防止氣阻。循環回路可以 有利于發酵批次之間的清潔的方式構造。循環回路可具有允許注入熱水或就地清潔溶液的 噴嘴。其可具有低點排出口。其可由不銹鋼或其它非腐蝕性合金構造。來自閃蒸450的回 流管線403可在距閃蒸的進料管至少一個半徑的位置處進入發酵400。為此可將現有循環 回路改裝。如果需要的話，可在循環回路中使用附加的換熱器以控制溫度。
[0153] 蒸氣的吸收/冷凝460可通過吸收來實現，例如利用描述于美國專利申請公布 2011/0162953和2011/0162954中的方法，上述文獻以引用方式并入本文。在本文所述的工 藝和方法的一個實施例中，吸收劑或冷卻的冷凝物的并流噴霧或并流噴霧接觸器可用于離 析蒸氣。可將來自吸收/冷凝460的液體流414轉移至借助于泵的冷卻470中。冷卻470 的冷卻源可以為適當冷的冷卻水或可以為冷凍水。料流415可分離成至少兩個料流，例如 返回至吸收/冷凝460的料流416以及可轉移至蒸餾區以從吸收劑中分離產物醇的料流 417。未吸收的蒸氣流413可離開吸收/冷凝460并進入壓縮440。壓縮440可以為閃蒸 450中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或本領域技術人員確定 的其它方式實現。來自壓縮440的蒸氣流409可進入預閃蒸II 430用于冷卻和冷凝。冷 凝物可與預閃蒸II 430中的脫氣發酵液混合。在一些實施例中，預閃蒸I 410、預閃蒸II 430和/或閃蒸450可以為噴霧塔。在一些實施例中，進入噴霧塔的液體流和蒸氣流可順流 或逆流接觸。
[0154] 在本文所述的工藝和方法的另一個實施例中，蒸發系列可用于以從發酵過程期間 生成的稀釜餾物中去除水。圖6示出了蒸發系列的典型構造，其包括四（4)主體設置雙（2) 效應。該構造可在多個現有乙醇工廠中采用。前四個塔板（1-4)可在近一個氣壓（P 1J下 操作，后四個塔板（5-8)在接近更低的壓力（P5_8)下操作（例如，P 5_8低于P1J。在該構造 中，稀釜餾物501進入第一塔板蒸發器并且來自鍋爐502 (或其它未示出的熱源）的蒸汽進 入塔板1-4。所述蒸汽和稀釜餾物可間接接觸以將熱從冷凝蒸汽轉移至沸騰的稀釜餾物。可 將來自蒸發的前四個塔板（1-4)的蒸汽冷凝物混合并經由料流503返回至鍋爐。稀釜餾物 可在部分水在蒸發系列的每個塔板中蒸發時被濃縮。濃縮的釜餾物可從每個塔板的底部去 除并進料至后續塔板蒸發器的頂部。由稀釜餾物的濃縮制得的蒸汽離開前四個塔板（1-4) 并可用作后四個塔板（5-8)的熱源。釜餾物的濃度通過塔板增加直至作為漿液505離開塔 板8。來自塔板5-8的冷凝物504可用于煮水。在一些實施例中，冷凝物可通過廢水處理 工藝處理以去除揮發性有機化合物、調節pH、調節堿度等。在一些實施例中，冷凝物可以厭 氧水處理工藝處理以使揮發性有機化合物轉化成生物氣和類似燃料。在一些實施例中，冷 凝物可以有氧水處理工藝處理以使揮發性有機化合物轉化成二氧化碳。通過釜餾物在塔板 5-8中濃縮所蒸發的蒸汽506可用于在蒸餾區中加熱。
[0155] 圖7示出了可用于本文所述的方法和工藝的蒸發系列的另一個實施例。在該蒸發 系列構造中，雙（2)主體四（4)效應系統可用于濃縮稀釜餾物。該構造的一個優點是可從來 自鍋爐的輸入蒸汽中回收更多能量。稀釜餾物601進入第一塔板蒸發器。稀釜餾物持續通 過串聯的所有八個蒸發器塔板并且所得的漿液作為料流607離開。將來自鍋爐的蒸汽602 進料至前兩個塔板（1和2)。所述蒸汽和稀釜餾物可間接接觸以將熱從冷凝蒸汽中轉移至 沸騰的稀釜餾物。在一個實施例中，在塔板1和2中從稀釜餾物中蒸發的水可用于加熱塔 板3和4,在塔板3和4中從稀釜餾物中蒸發的水可用于加熱塔板5和6,并且在塔板5和 6中從稀釜餾物中蒸發的水可用于加熱塔板7和8。在另一個實施例中，塔板7和8的壓力 (P d)可低于塔板5和6的壓力（P。)，所述塔板5和6的壓力可以為比塔板3和4 (Pb)更低 的壓力，所述塔板3和4的壓力可以為比塔板1和2(Pa)更低的壓力（例如，P dSPc^Pb <Pa)。可將來自塔板1和2的蒸汽冷凝物混合并經由料流603返回至鍋爐。可將來自塔 板3-8的冷凝物604、605和606用于煮水并經由泵送轉移。在一些實施例中，來自塔板3-8 的冷凝物或其部分可通過廢水處理工藝處理以去除揮發性有機化合物（例如，丁酸）、調節 pH、調節堿度等。在一些實施例中，冷凝物或其部分可以厭氧水處理工藝處理以將揮發性有 機化合物轉化成生物氣和類似燃料。在一些實施例中，冷凝物或其部分可以有氧水處理工 藝處理以將揮發性有機化合物轉化成二氧化碳。離開塔板7和8的所得的蒸汽608可處于 低壓（Pd)(如，相比于四（4)主體設置雙⑵效應的P 5_8)，并且可用于直接加熱閃蒸槽。低 壓蒸汽也可使熱應力對微生物的影響最小化。
[0156] 在本文所述的工藝和方法的另一個實施例中，可使用圖8所示的方法從發酵液中 回收產物醇。在發酵結束時，可使用啤酒塔700從剩余的發酵液中回收產物醇。發酵液 (101、201、301、401 ;參見圖2至5)可進入啤酒塔700,所述啤酒塔形成產物醇/水塔頂共 沸物701，所述共沸物隨后可被送至冷凝710。來自蒸發系統（506;參見圖6)的低壓蒸汽 用于經由702提供直接接觸加熱，以在塔頂蒸餾產物醇/水共沸物701。可將冷凝的產物 醇和水706轉移至潷析770。可將來自啤酒塔700的底物703送至分離720以將稀釜餾物 (501、601 ;參見圖6和7)與酒糟固體705分離，所述酒糟固體可被送至酒糟干燥器以產生 干酒糟。在干燥器之后，可將來自蒸發的漿液（505、607 ;參見圖6和7)添加到酒糟中以制 備干酒糟及可溶物（DDGS)。分離720可以為離心機、過濾器或可用于將液體與固體分離的 任何其它裝置。
[0157] 潷析770可用于從富含產物醇的料流中分離產物醇相和水相。潷析770入口的物 質可以是蒸餾塔塔頂物質（例如，來自啤酒塔的706、來自側塔的711、來自精餾塔的716) 以及來自閃蒸系統的冷凝物（1〇9、117、219、314、417 ;參見圖2至5)。可將潷析770中產生 的蒸氣流721排放至滌氣器系統中。在一些實施例中，潷析770可在亞大氣壓下操作并且 真空泵可用于將蒸氣流721引導至滌氣器系統中。
[0158] 可將來自潷析770的水相708送至側塔730 (以及料流16 ;參見圖11)。側塔可 用于在水從塔底部釋放用于該過程的其它部分之前回收可溶于水相中的產物醇。來自側塔 730底部的熱水還可用于經由料流712向閃蒸槽提供熱（參見圖2至5)，其還補充閃蒸過 程中損失的水并有利于控制發酵容器中發酵液的含量。側塔730的低壓蒸汽熱707可由醪 蒸煮過程來提供（參見圖10中的料流918)。產物醇/水共沸物709可在塔頂蒸餾至冷凝 740。冷凝物711可進入潷析770。
[0159] 可將來自潷析770的產物醇相714送至精餾器750 (以及料流15 ;參見圖11)。精 餾器750可在從精餾器750的底部釋放純化的產物醇之前去除任何可溶于產物醇相中的 水。水可以產物醇/水塔頂共沸物715的形式去除并送至冷凝760。可將冷凝物716轉移 至潷析770。可用間接加熱的再沸器780加熱精餾器750。再沸器780可以為釜型、熱虹吸 管或通常為本領域技術人員所考慮的任何其它設計。精餾塔底物的一部分可經由料流717 進入再沸器780中。來自再沸器780的蒸氣流719可進入精餾器750的底部。底部側流718 可被冷卻并送入產物儲罐中。料流718的冷卻可與其它料流熱集成，例如可經由換熱器將 來自718的熱轉移至料流714。冷凝760可與其它設備和/或裝置熱集成。例如，冷凝760 可向蒸發系列提供熱。
[0160] 圖9描繪了如本文所述以及如圖2至8中所示的方法的總體流程（例如，不同區 域或過程之間的材料、蒸汽和水）。如圖2至5所示，發酵區800包括發酵和閃蒸系統。如 圖9所示，料流109、117、219、314、417、101、201、301和401以及料流15和16(參見圖11)， 全部均將材料從發酵區800轉移至所述過程的蒸餾區810。產物醇718可從蒸餾區810中 去除。來自蒸餾區810的水可通過由712和805轉移而用于發酵區800。共產物DDGS 705 可離開蒸餾區810。可將來自蒸餾區810的稀釜餾物（501、601 ;如圖6和7所示）轉移至 蒸發區820。可將來自蒸發區820的冷凝水804用于發酵區800,例如，在醪蒸煮過程中或 以發酵容器的補充用水形式。可將蒸發區820中產生的過程蒸汽608轉移至發酵區800或 將蒸發區820中產生的過程蒸汽506轉移至蒸餾區810。蒸汽還可在動力室830中產生以 向任何處理區提供熱量。可經由料流801將燃料諸如天然氣進料至動力室830以在鍋爐中 燃燒用于產生蒸汽。產生的蒸汽806可離開動力室830并可經由502和/或602遞送至蒸 發區820,經由802遞送至蒸餾區810,或經由803遞送至發酵區800。
[0161] 圖10示出由發酵制備乙醇到通過蒸餾回收所述乙醇。乙醇可通過在發酵900中發 酵糖來制備。糖可來源于任何生物質源，其包括玉米、甘蔗、纖維素或木質纖維素材料。可將 發酵期間產生的氣體901排放到滌氣器系統中。可將發酵液902轉移到啤酒塔910中。來 自蒸發系統的蒸汽903可進入啤酒塔910。乙醇和水可在啤酒塔910內蒸發，并且可將蒸發 的料流904從塔頂送至精餾器920中。精餾器920可用于濃縮乙醇。啤酒塔910的塔底流 出物915為全釜餾物，其主要包含固體和水。來自精餾器920的乙醇和水的共沸物905可 從塔頂蒸發至冷凝930。可將精餾器920的塔底流出物906轉移至側塔970用于回收乙醇。 來自醪蒸煮過程的閃蒸蒸氣918可用于向側塔970提供能量。可將來自側塔970的頂部的 蒸氣流916轉移至精餾器920的底部。側塔970的底物917形成可重新用于所述過程中的 Iutter水。可將來自冷凝930的蒸氣流907轉移至壓縮940。壓縮940產生用于蒸餾處理 的真空。將壓縮940的輸出物909轉移至閃蒸960。可將來自冷凝930的液體冷凝物的一 部分以回流形式轉移至精餾器920的頂部并且可將另一部分908轉移至分子篩系統950。 在分子篩系統950中，剩余的水可從乙醇914中去除。在分子篩系統950的再生期間，蒸氣 流911可離開分子篩系統950,并可在進入閃蒸960之前冷凝（未示出）。離開閃蒸960的 蒸氣流912主要為二氧化碳，并且離開閃蒸960的液體913包含乙醇和水并可再循環至精 餾器920中用于回收乙醇。
[0162] 圖11代表本文所述的工藝和方法的另一個實施例。在該實施例中，用于閃蒸的冷 凝可使用噴霧冷凝器來實現。可將來自預閃蒸和閃蒸的冷凝的液體潷出以分離水相和有機 相。可以蒸餾方式在精餾塔中純化富含產物醇的相。可將富水相的一部分冷卻以用作噴霧 冷凝器中的冷凝流體，并且可將富水相的另一部分送至蒸餾用于產物醇去除。
[0163] 可將來自預閃蒸1000的料流1轉移至閃蒸1010中。蒸氣流2可被轉移至壓縮 1050并可被壓縮至高于大氣壓。壓縮1050可以為預閃蒸1000中的真空源。真空和壓縮可 通過例如真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或本領域技術人員確定的其它方式實現。
[0164] 閃蒸1010可用于從發酵液中蒸發產物醇。閃蒸1010的壓力可在低于預閃蒸1000 的壓力的壓力下操作。閃蒸1010可通過本文所述方法中任一種加熱，其包括經由料流712 來自蒸餾區的熱水和/或經由料流608來自蒸發區的蒸汽（參見圖7和8)。可將包含產物 醇和水、來自閃蒸1010的蒸氣流3轉移至冷凝1020。可使用泵使來自閃蒸1010的液體流 (或尾料，未示出）返回到發酵容器中。
[0165] 冷凝1020可例如用換熱器或噴霧冷凝器來實現。包含二氧化碳、產物醇和水的殘 余的未冷凝的蒸氣流4可通過一個、兩個、三個或更多個壓縮機級使用可引發部分冷凝的 級間冷卻進行壓縮。可經由泵送將來自冷凝1020的冷凝物流14轉移至潷析1070。來自冷 凝1020的蒸氣流4可進入壓縮1030并可被壓縮至亞大氣壓。壓縮1030可以為閃蒸1010 中的真空源。真空和壓縮可例如通過真空泵、壓縮機、蒸汽噴射或本領域技術人員確定的其 它方式實現。來自壓縮1030的蒸氣流5可進入冷凝1040。冷凝1040可用例如熱交換冷凝 器、噴霧冷凝器或其它裝置來實現。冷卻可用例如冷卻塔水、冷凍水或制冷系統來實現。可 經由泵送將來自冷凝1040的冷凝物流7轉移至潷析1070。可將來自冷凝1040的蒸氣流6 轉移至壓縮1050。在壓縮1050中，可將料流6和2壓縮至高于大氣壓。可將壓縮1050的 輸出物8轉移至冷凝1060。冷凝1060可例如用熱交換冷凝器、噴霧冷凝器或其它裝置來實 現。冷卻可用例如冷卻塔水、冷凍水或制冷系統來實現。可通過泵送將液體冷凝物11轉移 至潷析1070。可將來自冷凝1060的蒸氣流9送入滌氣器系統中。
[0166] 可經由料流17將在潷析1070中收集的任何蒸氣排放到滌氣器系統中。可將來自 潷析1070的富醇相15送至蒸餾處理區用于回收產物醇。料流15可直接進入精餾塔（參 見圖8)。可經由料流16將來自潷析1070的富水相的一部分送至蒸餾處理，以回收產物醇 和水用于再循環利用。料流16可直接進入側汽提塔（參見圖8)。來自潷析1070的富水相 的另一部分可經由料流12通過冷卻1080再循環至冷凝1020。冷卻可例如用冷卻塔水、冷 凍水或制冷系統來實現。來自冷卻1080的冷卻液體13可被噴入冷凝1020中以冷凝閃蒸 蒸氣的一部分。冷凝1020中僅利用來自潷析1070的富水相利用了水的相對高的熱容量， 從而使料流12、13和14的流量要求最小化。
[0167] 在另一個實施例中，可利用多于一個的潷析步驟分離來自不同冷凝步驟的冷凝 物。在另一個實施例中，可將混合相返回至冷凝1020中。
[0168] 用于本文所述方法的設備可以多種方式配置。例如，閃蒸槽和/或冷凝器可部分 地包括在頂部流體連接的多個平行垂直柱。所述柱可具有內部構件（例如，噴霧嘴、人字 紋、除霧器）以促進傳質和傳熱并減少夾帶。所述柱可以為例如1〇、12或14英尺直徑或適 用于車間制造和用卡車或鐵軌或其它標準運輸方式運輸至發酵工廠現場的其它直徑。所述 柱可受多道流動構造阻擋。柱可被評定為全真空，并且可增強真空等級。所述柱可焊接不 銹鋼或類似非腐蝕性合金構造，并且可具有容易排水和清潔的碟形底部。
[0169] 可在一個或多個柱的中間的上方引入發酵液，并且可在這些柱的中間的下方引入 以蒸汽和/或熱水形式的熱量。消耗產物醇的發酵液可在這些柱的底部收集并從那里流入 泵中。蒸氣可從進料發酵液的柱中穿過到達充當接觸冷凝器的其它柱中。冷卻的冷凝物可 以一種或多種含量噴射到這些其它柱中以冷凝產物醇與水的一部分。該冷凝物可在這些柱 的底部收集并從那里流入冷凝泵中。冷凝物或冷凝物的一部分可潷出以將富含產物醇的層 與富含水的層分離。可將富產物醇相和富水相泵送至精制系列中用于回收產物醇，并使基 本上不含產物醇的水再循環。可將冷凝物或其一部分冷卻并泵送回冷凝柱中。在一些實施 例中，可將富含水的層或其部分冷卻并泵送回冷凝柱中。蒸氣可從擋板或其它用于在低壓 降下分離蒸氣與液體的系統下方離開冷凝柱，或可將蒸氣引導至壓縮機。
[0170] 冷卻后，可通過一個或多個壓縮和/或冷卻塔板將剩余的蒸氣壓縮并冷卻直至達 到適用于釋放至滌氣器的壓力。冷卻水可被引入任一個冷卻器塔板中。壓縮機入口處的產 物醇與二氧化碳的比率可以為，例如約2至約20,約3至約20,或約7至約20。
[0171] 在一些實施例中，可在包括至少一個滌氣器的滌氣器系統中進一步處理由閃蒸和 預閃蒸蒸氣的處理獲得的一股或多股蒸氣流以及從其它處理區（例如，蒸餾、蒸發、發酵排 氣）獲得的蒸氣流。處理中產生的蒸氣流的組分可以為發酵期間形成的二氧化碳。根據環 境溫度和壓力條件，這些蒸氣流還可包含不同量的產物醇和其它揮發性有機化合物（VOC)。 可能有利的是使經由這些蒸氣流離開所述過程的VOC含量最小化，例如，以符合對產物醇 的工業化制造所規定的管制排放限制。此外，將產物醇排放至大氣環境中可能導致收益損 失。使用本文所述并且例如如圖2B和4所示的方法，可減少蒸氣流的VOC含量。
[0172] 使排放的VOC的含量最小化的一種方式是通過使用一個或多個滌氣器將來自蒸 氣流的VOC的一部分吸收到水中，導致滌氣器塔底流出物包含水。通常，滌氣器塔底流出物 用于補充醇制備過程中損失的水。例如，大量水可通過干燥酒糟以可溶物而損失，并且滌氣 器塔底流出物可用于補充這種水損失。進入滌氣器的水（例如，滌氣器水）可包含新鮮水 和已經處理過的水。"新鮮水"是來自外部源，即醇制備過程之外的水。在一些情況下，可產 生過量滌氣器塔底流出物從而形成不能容易處理去除的廢料流。可限制進入滌氣器的新鮮 水流量以防止生成廢料流。
[0173] 因此，能夠從蒸氣流中去除的VOC部分可受到進入滌氣器的有限流量的新鮮水中 能夠吸收的量限制。在本發明的一些實施例中，滌氣器水的吸收容量可通過使用添加劑來 增加。這些添加劑可例如至少部分地溶于水。這些添加劑可具有降低VOC的蒸氣壓力、降 低VOC的揮發性和/或增加 VOC的溶解度的效果。在一些實施例中，添加劑可與滌氣器水 一起或獨立地添加到滌氣器系統中。在一些實施例中，添加劑可以為生物相容的。在另一 個實施例中，添加劑可與燃料產物相容。添加劑的一個例子為甘油。在另一個實施例中，添 加劑可以為如本文和WO 2011/100299以及美國專利申請公布2012/0211348中所述的吸收 液體，上述專利文獻的全部公開內容全文并入本文。在一些實施例中，可處理滌氣器塔底流 出物以回收其中的添加劑或吸收液體以及任何產物醇和V0C。
[0174] 在一些實施例中，可例如使用換熱器、使用冷卻水、制冷系統，或通過蒸發冷卻來 冷卻滌氣器水，以增加滌氣器水的吸收容量。在一些實施例中，可將滌氣器塔底流出物的一 部分冷卻和/或冷凍并再循環至滌氣器；以及在一些實施例中，該再循環部分可與滌氣器 水混合并且可在進入滌氣器之前進一步冷卻或冷凍。在一些實施例中，可進一步處理該再 循環部分以去除VOC并在進入滌氣器之前進一步冷卻或冷凍。例如，該再循環部分可在塔 (諸如側汽提塔）中蒸餾。
[0175] 在一些實施例中，進入滌氣器的水或其至少一部分可以由在所述過程另一部分中 生成的水流（諸如來自蒸發系列的冷凝物）的一部分提供。在一些實施例中，可將一股或 多股蒸氣流壓縮至高于大氣壓的壓力并在高壓下在滌氣器中處理以進一步提高滌氣器水 的產物醇吸收效率。
[0176] 在一些實施例中，滌氣器可例如通過冷卻夾套進行外部冷卻。在一些實施例中，可 將滌氣器的滌氣器塔底流出物引入另一個滌氣器中。滌氣器可提供約五個、約十個、約十五 個或更多個理論接觸塔板，并且在一些實施例中，可以為逆流。
[0177] 在本文所述的工藝和方法的另一個實施例中，可通過使產物醇去除速率改變成與 整個發酵過程中發酵容器中的生產速率匹配而使能量消耗最小化。此外，輸入閃蒸中的熱 量可根據發酵容器中變化的產物醇生產速率而改變。當產物醇產量在發酵過程結束時減少 時，可降低閃蒸系統的蒸汽速率以節約能源并改善本文所述方法的經濟性。另外，數學建模 可以用于優化本文所述工藝和方法的各種參數。例如，閃蒸的循環速率可通過開發用于發 酵循環的數學模型來優化，所述數學模型包括解釋能量成本和供能系統容量的術語。
[0178] 優化本文所述方法中能量消耗的另一種方式為熱集成。例如，能量（例如，熱）可 以提供熱來操作閃蒸這種方式來級聯。提供該能量的經濟型方式為對精制系列中的一個或 多個真空塔的塔頂餾分使用冷凝，以在換熱器諸如提供有含水冷凝物的釜式再沸器中生成 亞大氣壓蒸汽。提供能量的另一種方式是提供來自蒸發器系列的亞大氣壓蒸汽的一部分以 操作閃蒸。這些加熱系統的優點在于設備不暴露于發酵液，從而不需要在每次發酵循環之 后就地清潔。另一個優點在于這些熱傳遞裝置可被系統中的所有發酵容器共享。
[0179] 在本文所述方法的一些實施例中，閃蒸處理可生成濕二氧化碳、腐蝕性的酸性氣 體；并且用于發酵系統設備的構造（例如，發酵容器、預閃蒸和閃蒸槽、滌氣器、冷凝器、壓 縮機、蒸發器、蒸餾塔等）的材料（例如，不銹鋼）可能非常易受二氧化碳腐蝕和溶蝕影響。 為減少濕二氧化碳的腐蝕性效應，可添加生物相容性抗蝕劑以保護發酵系統設備的金屬表 面。此外，將濕二氧化碳流的速度維持在等于或低于指定的流速（例如，m/s)可使濕二氧 化碳的腐蝕效應最小化。例如，在預閃蒸、閃蒸和/或使發酵液再循環至發酵容器之前，從 各種料流中去除濕二氧化碳也可以為減少濕二氧化碳腐蝕效應的方式。使腐蝕效應最小化 的其它方式包括但不限于將管道組件（例如，彎管、三通、彎頭、閥、泵等）設計成減少可導 致腐蝕和溶蝕的亂流的出現，在這些組件的構造中使用抗腐蝕材料和/或對這些組件施加 涂層（例如，環氧樹脂、硅或聚合物合金涂層）；以及表面處理諸如機械處理（例如，拋光）、 化學處理（例如，燒灼、鈍化）以及電化學處理（例如，電拋光）。
[0180] 發酵系統設備還易受污染影響。例如，真空系統（例如，預閃蒸和閃蒸槽）的閥、 法蘭、接頭等可能易受滲漏的影響，使得空氣未消毒，從而使得不期望的微生物進入發酵系 統。為減少污染風險，可將發酵系統的組件設計成消除接頭和法蘭，例如使用焊接構造和/ 或平滑的導通孔。還可安裝漏氣的擋板，諸如用清洗口包圍法蘭以監控任何滲漏。此外， 可在發酵期間維持單菌條件，以確保最少的污染以及如果污染發生則將其抑制。就地清潔 (CIP)和就地消毒（SIP)系統也可用于自動清潔和滅菌而不進行大量拆卸和組裝工作。在 一個實施例中，可將CIP系統設計成允許工廠的一個區域關閉并清潔同時其它區域繼續工 作。
[0181] 本文所述的方法提供具有改善的產物醇生產收率的發酵方法。如本文所討論的， 由微生物利用發酵制備產物醇可能由于所述微生物的產物醇毒性閾值而效率低下。本文所 提供的方法提供有效的方式，通過該方式可將產物醇從發酵過程中去除，導致發酵液中的 產物醇濃度降低。降低的產物醇濃度使得所述產物醇對微生物的毒性效應最小化，并因此 導致提高的產物醇制備收率。
[0182] 氣體閃蒸期間存在的固體可導致發泡和/或污染以及固體和/或液體夾帶有氣 體。在發酵之前或在預閃蒸或閃蒸之前從原料中去除固體可減少固體從預閃蒸槽或閃蒸槽 中加載，并可減少發泡的機會。在一些實施例中，可在預閃蒸或閃蒸之前去除微生物和/或 固體。微生物和/或固體可使用例如過濾、離心和可用于分離的任何其它方式去除。
[0183] 防止泡沫離開閃蒸槽的附加方式包括但不限于用于使泡沫破裂的機械裝置諸如 爐管出口，防止泡沫形成的多級閃蒸，使用消泡劑，將液體噴入閃蒸槽的頂部以使泡沫破 裂，或將已脫氣的再循環液體培養基噴入閃蒸槽的頂部。
[0184] 作為本文所述方法的實施例的一個例子，發酵可通過將原料直接引入發酵容器中 引發。適合的原料包括但不限于黑麥、小麥、玉米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、大麥、纖維素材料、 木質纖維素材料或它們的混合物。在一些實施例中，可將所述原料干磨或濕磨。參見圖12， 在一些實施例中，在引入發酵20之前，可將原料42液化以產生原料漿液45,所述原料漿液 可包含不溶解的固體和糖（例如，可發酵碳源）。原料的液化可通過任何已知的液化方法來 實現，所述液化方法包括但不限于酸處理、酸-酶處理、酶處理（例如，α-淀粉酶）或它們 的組合。在一些實施例中，液化可在液化容器中發生。在一些實施例中，可在液化40中添 加酶44 (例如，α-淀粉酶）。
[0185] 可將原料漿液45引導至分離50中以從原料漿液45中分離出不溶解的固體。分離 可通過多種裝置實現，所述裝置包括但不限于潷析器碗離心、三相離心（例如，Tricanter s )、盤疊離心、過濾離心、潷析器離心、過濾、真空過濾、帶式過濾器、壓濾、使用篩網的過濾、 篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、重力沉降器、渦旋分離器或 它們的組合。對于去除不溶解的固體的方法和系統的說明，參見，例如美國專利申請公布 2012/0164302,其全部內容以引用方式并入本文。原料漿液45的分離產生液相55和固相 52 (例如，不溶解的固體）。液相55可被添加到發酵20中，并且固相52 (或"濕餅"）可被 進一步處理。濕餅52可包括糖與水的一部分。
[0186] 作為加工濕餅52的一個例子，可用水洗滌濕餅52以回收存在于濕餅中的糖（例 如，低聚糖），并且可將回收的糖和水再循環至液化40。洗滌之后，可進一步處理濕餅52以 例如形成動物飼料（例如，DDGS)。
[0187] 在一些實施例中，可將微生物直接添加到發酵20中，或微生物可在增殖30中增 殖，隨后可添加到發酵20中。在一些實施例中，增殖可在增殖容器中發生。可用于這些處 理的微生物的例子在本文中有所描述。
[0188] 在一些實施例中，可向發酵20中添加原料42和/或液相55至預定含量。例如， 可添加原料42和/或液相55直至其達到發酵容器20的攪拌槳。然后可激活攪拌器并可 向發酵20中添加增殖30的內容物。在一些實施例中，可將原料42和/或液相55進料至 發酵20直至達到穩態。在一些實施例中，原料42和/或液相55可通過外部冷卻回路循環 以維持低于例如35 °C或任何其它控制點的溫度。
[0189] 在一些實施例中，同步糖化和發酵可在發酵20中發生。可使用工業上通常利用的 任何已知的糖化方法，所述方法包括但不限于酸處理、酸-酶處理或酶處理。在一些實施例 中，可將酶22諸如葡糖淀粉酶引入發酵20中以將存在于原料42和/或液相55中的低聚 糖形式的糖降解成單糖。在一些實施例中，糖化可在單獨的糖化容器中發生。在一些實施 例中，糖化可在原料漿液45的分離50之前或在原料漿液的分離50之后發生。
[0190] 在一些實施例中，可將料流25(例如，發酵液）從發酵20中釋放并轉移到預閃蒸 槽或閃蒸槽用于回收產物醇。釋放的料流25可包含微生物和固體，其可例如通過離心或過 濾從料流25中分離。然后，微生物可再循環至發酵20,這隨時間推移可提高產物醇的生產 率，從而導致產物醇的生產效率提高。此外，在將料流25轉移至預閃蒸槽或閃蒸槽之前去 除微生物可使閃蒸條件（例如，壓力和溫度）對微生物的影響最小化，導致改善的活性。可 使微生物返回至發酵容器用于另一個發酵循環。
[0191] 在本文所述方法的另一個實施例中，作為實現改善的細胞密度和改善的發酵速率 的方式，可在閃蒸發酵中采用細胞循環利用。在本文所述的方法中，可在將發酵液轉移到預 閃蒸槽或閃蒸槽之前從發酵液中去除微生物，并使其返回至發酵容器中用于另一個發酵循 環。微生物可例如通過離心或膜過濾與其它發酵組分分離而再循環。在一些實施例中，可 用酸處理微生物以調理微生物用于另一次發酵循環。該酸洗可在單獨的槽（例如，再循環 利用槽）中進行。作為另外一種選擇，微生物（例如酵母）可與其它發酵組分分離、干燥并 作為共產物銷售。
[0192] 可以多種方式將由本文所述經由發酵工藝制備產物醇的方法產生的各種料流混 合以產生多種共產物。例如，可以產生某些動物物種（例如，奶牛）的定制飼料產品這種方 式將各種料流混合并加工。如本文所述，可將酒糟固體與漿液混合以產生干酒糟及可溶物 (DDGS)。
[0193] 通過本發明的方法產生的醇產物具有多種應用，例如，作為試劑、溶劑和燃料。通 過受權利要求書保護的方法制備的丁醇可被直接用作燃料（例如，生物燃料）、燃料添加 齊IJ、用于制備可被用作柴油或生物柴油燃料的酯的醇、塑料工業中的原料化學品、配制產品 諸如化妝品中的成分和化學中間體。丁醇還可被用作油漆、涂料、清漆、樹脂、樹膠、染料、月旨 肪、蠟類、樹脂、紫膠、橡膠和生物堿的溶劑。因此，本發明提供了制備醇，包括丁醇的替代性 方法，其可支持對這些工業化學品的高需求。
[0194] 重鉬微牛物和牛物合成涂徑
[0195] 不受理論的束縛，據信本文所述方法可與任何產生醇的微生物、尤其是以高于其 耐受性水平的滴度制備醇的重組微生物結合使用。
[0196] 產生醇的微生物是本領域已知的。例如，通過甲燒氧化菌（methanotrophic bacteria)(例如發孢甲基彎菌（Methylosinus trichosporium))發酵氧化甲燒以制備甲 醇，并使甲醇（C1烷基醇）接觸羧酸和能夠酯化羧酸與甲醇的催化劑形成羧酸甲醇酯。酵母 菌株 CEN.PK113_7D(CBS 8340, Centraal Buro voor Schimmelculture ;van Dijken 等人， Enzyme Microb. Techno. 26 :706-714,2000)能夠產生乙醇，并且使乙醇與羧酸以及能夠酯 化羧酸和乙醇的催化劑接觸形成乙酯。
[0197] 產生醇的重組微生物也是本領域已知的（例如，Ohta等人，Appl. Environ. Microbiol. 57 :893-900,1991 ;Underwood 等人，Appl. Environ. Microbiol. 68 :1071-1081, 2002 ;Shen 和 Liao, Metab. Eng. 10 :312-320,2008 ;Hahnai 等人，Appl. Environ. Microbiol. 73 :7814-7818, 2007 ;美國專利 5, 514, 583 ;美國專利 5, 712, 133 ;PCT 專利申請 公布 WO 1995/028476 ;Feldmann 等人，Appl. Microbiol. Biotechnol.，38 :354-361,1992 ; Zhang 等人，Science 267 :240-243,1995;美國專利申請公布 2007/0031918 Al;美國專利 7, 223, 575 ;美國專利7, 741，119 ;美國專利7, 851，188 ;美國專利申請公布2009/0203099 Al ;美國專利申請公布2009/0246846 Al ;和PCT專利申請公布WO 2010/075241，它們全部 以引用方式并入本文）。
[0198] 能夠制備產物醇諸如乙醇和丁醇的合適的重組微生物是本領域已知的，并且能 夠制備產物醇的某些合適的微生物在本文中有所描述。在一些實施例中，所述微生物可 為細菌、藍細菌、絲狀真菌或酵母。能夠經由生物合成途徑制備產物醇的合適的微生物包 括下列中的一個成員：梭菌屬（Clostridium)、發酵單胞菌屬（Zymomonas)、埃希氏菌屬 (Escherichia)、沙門氏菌屬（Salmonella)、沙雷氏菌（Serratia)、歐文氏菌屬（Erwinia)、 克雷伯氏菌屬（Klebsiel la)、志賀氏菌屬（Shigel la)、紅球菌屬（Rhodococcus)、假單 胞菌屬（Pseudomonas)、芽抱桿菌屬（Bacillus)、乳桿菌（Lactobacillus)、腸球菌屬 (Enterococcus)、產喊桿菌屬（Enterococcus)、克雷伯氏菌屬（Klebsiella)、類芽抱桿 菌（Paenibacillus)、節桿菌（Arthrobacter)、棒狀桿菌（Corynebacterium)、短桿菌屬 (Brevibacterium)、裂殖酵母（Schizosaccharomyces)、克魯維酵母屬（Kluyveromyces)、 耶氏酵母屬（Yarrowia)、畢赤酵母屬（Pichia)、接合酵母屬（Zygosaccharomyces)、德巴 利氏酵母屬（Debaryomyces)、假絲酵母屬（Candida)、酒香酵母屬（Brettanomyces)、管 囊酵母屬（Pachysolen)、漢遜酵母屬（Hansenula)、伊薩酵母屬Issatchenkia、絲抱酵母 屬（Trichosporon)、Yamadazyma或酵母屬（Saccharomyces)。在一些實施例中，重組微生 物可選自大腸桿菌（Escherichia coli)、真養產喊桿菌（Alcaligenes eutrophus)、地衣 芽抱桿菌屬(Bacillus lichenifonnis)、浸麻類芽抱桿菌（Paenibacillus macerans)、 紅平紅球菌（Rhodococcus erythropolis)、惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida)、植 物乳桿菌（Lactobacillus plantarum)、屎腸球菌（Enterococcus faecium)、_雞腸球 菌（Enterococcus gal I inar ium)、幾腸球菌（Enterococcus faecalis)、枯草芽抱桿菌 (Bacillus subtilis)、薩納瑞西斯假絲酵母（Candida sonorensis)、methanosorbosa假絲 酵母（Candida methanosorbosa)、乳酸克魯維酵母（Kluyveromyces lactis)、馬克斯克魯 維酵母（Kluyveromyces marxtanus)、耐熱克魯維酵母（Kluyveromyces thermotolerans)、 東方伊薩酵母（Issatchenkia orientalis)、漢遜德巴利酵母（Debaryomyces hansenii) 和啤酒糖酵母（Saccharomyces cerevisiae)。在一些實施例中，重組微生物為酵 母。在一些實施例中，所述重組微生物為克拉布特里陽性（crabtree-positive)酵 母，其選自酵母屬（Saccharomyces)、接合酵母屬（Zygosaccharomyces)、裂殖酵母 屬（Schizosaccharomyces)、德克酵母屬（Dekkera)、球擬酵母屬（Torulopsis)、酒香 酵母屬（Brettanomyces)、以及假絲酵母屬（Candida)的一些菌種。克拉布特里陽 性酵母的菌種包括但不限于，啤酒糖酵母、克魯維酵母（Saccharomyces kluyveri)、 粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe)、貝酵母（Saccharomyces bayanus)、 mikitae 酵母（Saccharomyces mikitae)、奇異酵母（Saccharomyces paradoxus)、葡萄 汁酵母（Saccharomyces uvarum)、芽殖酵母（Saccharomyces castelIi)、克魯維酵母 (Saccharomyces kluyveri)、魯氏接合酵母（Zygosaccharomyces rouxii)、拜耳接合酵母 (Zygosaccharomyces bailli)和光滑假絲酵母（Candida glabrata)。此外，通過本文所述 方法識別的耐產物醇微生物也可適用于基因修飾以制備產物醇。
[0199] 在一些實施例中，所述宿主細胞是啤酒糖酵母。啤酒糖酵母為本領域所已知并可 購自多種來源，包括但不限于美國典型培養物保藏中心（Rockville，MD)、Centraalbureau voor Schi_elcultures(CBS)真菌生物多樣性中心、LeSaffre、Gert Strand AB、Ferm Solutions、North American Bioproducts、Martrex 和 Lallemand。啤酒糖酵母包括但不 限于 BY4741、CEN. PK 113-7D、Ethanol Reef 酵母、Ferm ρΓ〇ΤΜ酵母、XR 酵 母、Gert Strand Prestige Batch Turbo alcohol 酵母、Gert Strand Pot Distillers 酵母、Gert Strand Distillers Turbo 酵母、FerMax? Green 酵母、FerMax? Gold 酵母、 Tlieimosace.酵母、bg-1、pE-2、cat-1、 CBS7959、CBS796〇 和 CBS7961〇
[0200] 在一些實施例中，微生物可被固定或封裝。例如，微生物可使用藻酸鹽、藻酸鈣或 聚丙烯酰胺凝膠固定或封裝，或通過在多種高表面積載體矩陣諸如娃藻土（diatomite)、娃 藻土（celite)、娃藻土（diatomaceous earth)、娃膠、塑料或樹脂上誘導生物膜形成來固定 或封裝。在一些實施例中，ISPR可與固定的或封裝的微生物聯合使用。該組合可提高生產 能力諸如比體積生產能力、代謝率、產物醇收率、產物醇耐受性。此外，固定和封裝可使工藝 條件諸如剪切對微生物的影響最小化。
[0201] 由微生物利用發酵產生丁醇以及產生丁醇的微生物公開于例如美國專 利 7,851， 188 和美國專利申請公布 2007/0092957 ;2007/0259410 ;2007/0292927 ; 2008/0182308 ;2008/0274525 ;2009/0155870 ;2009/0305363 ;和 2009/0305370 中，它們中 的每個全文以引用方式并入本文。在一些實施例中，微生物可被工程化成包括生物合成途 徑。在一些實施例中，生物合成途徑為工程化的丁醇生物合成途徑。在一些實施例中，生物 合成途徑將丙酮酸轉化成發酵產物。在一些實施例中，生物合成途徑將丙酮酸以及氨基酸 轉化成發酵產物。在一些實施例中，微生物中的異源性多核苷酸編碼至少一個、至少兩個、 至少三個或至少四個多肽，所述多肽催化途徑中底物到產物的轉化。在一些實施例中，微生 物中的異源性多核苷酸編碼所有多肽，所述多肽催化途徑中底物到產物的轉化。在一些實 施例中，催化底物以產生乙酰乳酸至2, 3-二羥基異戊酸的轉化的多肽和/或催化底物以產 生異丁醛至異丁醇的轉化的多肽能夠利用還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH)作為輔因 子。
[0202] 牛物合成涂徑
[0203] 可被使用的用于制備異丁醇的生物合成途徑包括描述于美國專利7, 851，188中 的那些，該專利以引用方式并入本文。在一個實施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物 至產物的轉化：
[0204] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0205] b)乙酰乳酸至2,3_二羥基異戊酸的轉化，其可被例如乙酰羥酸還原異構酶催化；
[0206] c) 2, 3-二羥基異戊酸至α -酮異戊酸的轉化，其可被例如乙酰羥酸脫水酶催化；
[0207] d) α-酮異戊酸至異丁醛的轉化，其可被例如支鏈α-酮酸脫羧酶催化；以及，
[0208] e)異丁醛至異丁醇的轉化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0209] 在另一個實施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0210] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0211] b)乙酰乳酸至2, 3-二羥基異戊酸的轉化，其可被例如酮醇酸還原異構酶催化；
[0212] c) 2, 3-二羥基異戊酸至a-酮異戊酸的轉化，其可被例如二羥基酸脫水酶催化；
[0213] d) α -酮異戊酸至纈氨酸的轉化，其可被例如轉氨酶或纈氨酸脫氫酶催化；
[0214] e)纈氨酸至異丁胺的轉化，其可被例如纈氨酸脫羧酶催化；
[0215] f)異丁胺至異丁醛的轉化，其可被例如ω轉氨酶催化；以及，
[0216] g)異丁醛到異丁醇的轉化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0217] 在另一個實施例中，異丁醇生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0218] a)丙酮酸至乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0219] b)乙酰乳酸至2,3_二羥基異戊酸的轉化，其可被例如乙酰羥酸還原異構酶催化；
[0220] c) 2, 3-二羥基異戊酸至α -酮異戊酸的轉化，其可被例如乙酰羥酸脫水酶催化；
[0221] d) α -酮異戊酸至異丁酰-CoA的轉化，其可被例如支鏈酮酸脫氫酶催化；
[0222] e)異丁酰-CoA至異丁醛的轉化，其可被例如酰化乙醛脫氫酶催化；以及，
[0223] f)異丁醛到異丁醇的轉化，其可被例如支鏈醇脫氫酶催化。
[0224] 用于制備可使用的1-丁醇的生物合成途徑包括在美國專利申請公布 2008/0182308中描述的那些，該文獻以引用的方式并入本文。在一個實施例中，1-丁醇生 物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0225] a)乙酰-CoA至乙酰乙酰-CoA的轉化，其可被例如乙酰-CoA乙酰轉移酶催化；
[0226] b)乙酰乙酰-CoA至3-羥丁酰-CoA的轉化，其可被例如3-羥丁酰-CoA脫氫酶催 化；
[0227] c) 3-羥丁酰-CoA至巴豆酰-CoA的轉化，其可被例如巴豆酸酶催化；
[0228] d)巴豆酰-CoA至丁酰-CoA的轉化，其可被例如丁酰-CoA脫氫酶催化；
[0229] e) 丁酰-CoA至丁醛的轉化，其可被例如丁醛，脫氫酶催化；以及，
[0230] f) 丁醛至1- 丁醇的轉化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0231] 用于制備可使用的2-丁醇的生物合成途徑包括在美國專利申請公布 2007/0259410和美國專利申請公布2009/0155870中描述的那些，它們以引用的方式并入 本文。在一個實施例中，2-丁醇生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0232] a)丙酮酸至α -乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0233] b) α -乙酰乳酸至乙偶姻的轉化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0234] c)乙偶姻至3-氨基-2- 丁醇的轉化，其可被例如乙偶姻胺化酶催化；
[0235] d) 3-氨基-2- 丁醇至3-氨基-2- 丁醇磷酸的轉化，其可被例如氨基丁醇激酶催 化；
[0236] e) 3-氨基-2- 丁醇磷酸至2- 丁酮的轉化，其可被例如氨基丁醇磷酸磷酸化酶催 化；以及，
[0237] f) 2-丁酮至2-丁醇的轉化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0238] 在另一個實施例中，2- 丁醇生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0239] a)丙酮酸至α -乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0240] b) α -乙酰乳酸至乙偶姻的轉化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0241] c)乙偶姻至2, 3-丁二醇的轉化，其可被例如丁二醇脫氫酶催化；
[0242] d) 2, 3-丁二醇至2-丁酮的轉化，其可被例如二醇脫水酶催化；以及，
[0243] e) 2-丁酮至2-丁醇的轉化，其可被例如丁醇脫氫酶催化。
[0244] 用于制備可使用的2-丁醇的生物合成途徑包括在美國專利申請公布 2007/0259410和美國專利申請公布2009/0155870中描述的那些，它們以引用的方式并入 本文。在一個實施例中，2-丁酮生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0245] a)丙酮酸至α -乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0246] b) α -乙酰乳酸至乙偶姻的轉化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0247] c)乙偶姻至3-氨基-2- 丁醇的轉化，其可被例如乙偶姻胺化酶催化；
[0248] d) 3-氨基-2- 丁醇至3-氨基-2- 丁醇磷酸的轉化，其可被例如氨基丁醇激酶催 化；以及，
[0249] e) 3-氨基-2- 丁醇磷酸至2- 丁酮的轉化，其可被例如氨基丁醇磷酸磷酸化酶催 化。
[0250] 在另一個實施例中，2- 丁酮生物合成途徑包括下列底物至產物的轉化：
[0251] a)丙酮酸至α -乙酰乳酸的轉化，其可被例如乙酰乳酸合酶催化；
[0252] b) α -乙酰乳酸至乙偶姻的轉化，其可被例如乙酰乳酸脫羧酶催化；
[0253] c)乙偶姻至2, 3-丁二醇的轉化，其可被例如丁二醇脫氫酶催化；
[0254] d) 2, 3- 丁二醇至2- 丁酮的轉化的轉化，其可被例如二醇脫水酶催化。
[0255] 術語"乙酰羥酸合酶"、"乙酰乳酸合酶"和"乙酰乳酸合成酶"（縮寫為"ALS"）在本 文中互換使用，指催化丙酮酸轉化成乙酰乳酸和二氧化碳的酶。已知乙酰乳酸合酶的例子 為 EC 編號 2.2.1. 6(Enzyme Nomenclature 1992，Academic Press，San Diego)。這些未經 修飾的酶可得自多種來源，包括但不限于枯草芽孢桿菌（基因庫編號：CAB15618、Z99122， 分別是 NCBI (National Center for Biotechnology Information)氨基酸序列、NCBI 核苷 酸序列）、肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae)(基因庫編號：AAA25079、M73842)和 乳酸乳球菌（Lactococcus Iactis)(基因庫編號：AAA25161、L16975)。
[0256] 術語"酮醇酸還原異構酶"（"KARI"）、"乙酰羥酸異構還原酶"和"乙酰羥酸還 原異構酶"將互換使用并且是指能夠催化（S)-乙酰乳酸轉化成2,3_二羥基異戊酸的 反應的酶。KARI酶的例子可歸類為EC編號ECL LI. 86(Enzyme Nomenclature 1992， Academic Press, San Diego),并且得自多種微生物，包括但不限于大腸桿菌（基因庫編 號：NP_418222、NC_000913)、啤酒糖酵母（基因庫編號：NP_013459, NC_001144)、海沼甲烷 球菌（Methanococcus maripaludis)(基因庫編號：CAF30210、BX957220)和枯草芽抱桿菌 (基因庫編號：CAB14789、Z99118)。KARIs 包括 Anaerostipes caccaeKARI 變體 "K9G9" 和 "K9D3"（參見美國專利申請公布2012/0149080,其以引用方式并入本文）。酮醇酸還原異 構酶在美國專利申請公布2008/0261230、2009/0163376和2010/0197519以及PCT專利申 請公布WO 2011/041415中有所描述，它們以引用的方式并入本文。本文所述的KARI的例 子為來源于乳酸乳球菌（Lactococcus Iactis)、霍亂弧菌（Vibrio cholera)、銅綠假單胞 菌（Pseudomonas aeruginosa) PAOl 和突光假單胞菌（Pseudomonasf luorescens) PF5 突變 體的那些。在一些實施例中，KARI利用NADH。在一些實施例中，KARI利用還原型煙酰胺腺 嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH)。
[0257] 術語"乙酰羥酸脫水酶"和"二羥基酸脫水酶"（"DHAD"）是指催化2, 3-二羥基 異戊酸轉化成α -酮異戊酸的酶。已知乙酰羥酸脫水酶的例子為EC編號EC 4. 2. 1. 9。此 類酶可得自多種微生物，包括但不限于大腸桿菌（基因庫編號：YP_〇26248、NC000913)、啤 酒糖酵母（基因庫編號：NP_012550、NC 001142)、海沼甲烷球菌（Μ. maripaludis)(基因 庫編號：CAF29874、BX957219)、枯草芽孢桿菌（基因庫編號：CAB14105、Z99115)、乳酸乳球 菌（Llactis)和粗糙脈孢菌（N.crassa)。以引用的方式并入本文的美國專利申請公布 2010/0081154和美國專利7, 851，188描述了二羥基酸脫水酶（DHAD)，其包括來自變異鏈球 菌（Streptococcus mutans)的 DHAD。
[0258] 術語"支鏈α -酮酸脫羧酶"、" α -酮酸脫羧酶"、" α -酮異戊酸脫羧酶"或"2-酮 異戊酸脫羧酶"（"KIVD"）是指催化α -酮異戊酸轉化成異丁醛和二氧化碳的酶。已知 支鏈α -酮酸脫羧酶的例子為EC編號4. I. 1. 72,并且得自許多來源，包括但不限于乳酸 乳球菌（Lactococcus)(基因庫編號：AAS49166、ΑΥ548760 ;CAG34226、AJ746364,鼠傷寒 沙門氏菌（Salmonella typhimurium)(基因庫編號：NP_461346、NC_003197)，丙酮丁醇梭 菌（Clostridium acetobutylicum)(基因庫編號：NP_149189、NC_001988)，溶酪大球菌 (M.caseolyticus)和格雷氏李斯特菌（L.grayis)。
[0259] 術語"支鏈醇脫氫酶"（"ADH"）是指催化異丁醛轉化成異丁醇的酶。已知支鏈 醇脫氫酶的例子是EC編號I. I. 1. 265,但是所述酶也可被歸類為其它醇脫氫酶（具體地 講，EC 1.1. 1.1或1.1. 1.2)。醇脫氫酶可為NADPH依賴型或NADH依賴型。這些酶可得 自多種來源，包括但不限于啤酒糖酵母（基因庫編號：NP_010656、NC_001136、NP_014051、 NC_001145)、大腸桿菌（基因庫編號：NP_417484、NC_000913)，丙酮丁醇梭菌（基因庫編號： NP_349892、NC_003030 ;NP_349891、NC_003030)。以引用方式并入本文的美國專利申請公 布 2009/0269823 描述了 SadB,來源于木糖氧化無色桿菌（Achromobacter xylosoxidans) 的醇脫氫酶（ADH)。醇脫氫酶還包括馬肝ADH和印度拜耶林克氏菌（Beijerinkia indica) ADH(如美國專利申請公布2011/0269199中所述，其以引用方式并入本文）。
[0260] 術語"丁醇脫氫酶"是指多肽（或多種多肽），其具有催化異丁醛轉化成異丁 醇或催化2- 丁酮和2- 丁醇的轉化的酶活性。丁醇脫氫酶是乙醇脫氫酶大家族中的一 個子集。丁醇脫氫酶可以為NAD-(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）或NADP-依賴型。NAD-依 賴型酶已知為EC 1.1. 1.1并且可得自例如赤紅球菌（Rhodococcus ruber)(基因庫編 號：CAD36475、AJ491307)。NADP-依賴型酶已知為EC1·1·1·2并且可得自例如強烈火 球菌（Pyrococcus furiosus)(基因庫編號：AAC25556、AF013169)。另外，丁醇脫氫酶得 自大腸桿菌（基因庫編號：NP 417484、NC_000913)并且環己醇脫氫酶得自不動桿菌屬 (Acinetobacter sp.)(基因庫編號：AAG10026、AF282240)。術語"丁醇脫氫酶"也指催化 丁醛轉化成1- 丁醇的酶，其使用NADH或NADPH作為輔因子。丁醇脫氫酶得自例如丙酮丁 醇梭菌（基因庫編號：NP_149325、NC_001988 ;注釋：這種酶同時具有醛和醇脫氫酶活性）； NP_349891、NC_003030 ;和 NP_349892、NC_003030)和大腸桿菌（基因庫編號：NP_417-484、 NC_000913)。
[0261] 術語"支鏈酮酸脫氫酶"是指催化α -酮異戊酸轉化成異丁酰-CoA (異丁酰-輔酶 Α)的酶，通常使用NAD+作為電子受體。已知支鏈酮酸脫氫酶的例子為編號為EC 1. 2. 4. 4。 此類支鏈酮酸脫氫酶由四個亞基構成，并且來自所有亞基的序列可得自多種微生物，包括 但不限于枯草芽孢桿菌（基因庫編號：CAB14336、Ζ99116 ;CAB14335、Ζ99116 ;CAB14334、 Z99116 ;和 CAB14337、Z99116)和惡臭假單胞菌（基因庫編號：AAA65614、M57613 ; AAA65615、M57613 ;AAA65617、M57613 ;和 AAA65618、M57613)。
[0262] 術語"酰化乙醛脫氫酶"指催化異丁酰-CoA轉化成異丁醛的酶，其通常使用NADH 或NADPH作為電子供體。已知酰化乙醛脫氫酶的例子為EC編號I. 2. 1. 10和1. 2. 1. 57。此 類酶得自多種來源，包括但不限于拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii)(基因庫編號： AAD31841、AF157306)、丙酮丁醇梭菌（基因庫編號：NP_149325、NC_001988 ;NP_149199、 NC_001988)、惡臭假單胞菌（基因庫編號：AAA89106、U13232)和嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus)(基因庫編號：YP_145486、NC_006461)。
[0263] 術語"轉氨酶"指催化α -酮異戊酸轉化成L-纈氨酸的酶，其使用丙氨酸或谷氨 酸作為胺供體。已知轉氨酶的例子為EC編號2. 6. 1.42和2. 6. 1.66。這些酶可得自多個 來源。依賴丙氨酸的酶的來源的例子包括但不限于大腸桿菌（基因庫編號：ΥΡ_〇26231、 NC_000913)和地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis)(基因庫編號：ΥΡ_093743、 NC_006322)。依賴谷氨酸的酶的來源的例子包括但不限于大腸桿菌（基因庫編號： YP_026247、NC_000913)、啤酒糖酵母（基因庫編號：NP_012682、NC_001142)和嗜熱堿甲烷 桿菌（Methanobacterium thermoautotrophicum)(基因庫編號：NP_276546、NC_000916)。
[0264] 術語"纈氨酸脫氫酶"指催化α -酮異戊酸轉化成L-纈氨酸的酶，其通常使用 NAD(P)H作為電子供體并用氨作為胺供體。已知纈氨酸脫氫酶的例子為EC編號1. 4. 1. 8 和1. 4. 1. 9并且此類酶可得自多個來源，包括但不限于天藍色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor)(基因庫編號：NP_628270、NC_003888)和枯草芽孢桿菌（基因庫編號： CAB14339.Z99116)〇
[0265] 術語"纈氨酸脫羧酶"指催化L-纈氨酸轉化成異丁胺和二氧化碳的酶。已知纈氨 酸脫羧酶的例子為EC編號4. 1.1. 14。此類酶存在于鏈霉菌屬（Str印tomyces)中，例如生 綠鏈霉菌（Streptomyces viridifaciens)(基因庫編號：AAN10242、AY116644)。
[0266] 術語"ω轉氨酶"是指催化異丁胺轉化成異丁醛的酶，其使用合適的氨基酸作 為胺供體。已知ω轉氨酶的例子為EC編號2. 6. 1.18,并且其得自許多來源，包括但不 限于反硝化產喊菌（Alcaligenes denitrificans) (ΑΑΡ92672、ΑΥ330220)、富養羅爾斯通 氏菌（Ralstonia eutropha)(基因庫編號：YP_294474、NC_007347)、沙雷菌（Shewanella oneidensis)(基因庫編號：NP_719046、NC_004347)和惡臭假單胞菌（基因庫編號： AAN66223、AEO16776)。
[0267] 術語"乙酰-CoA乙酰轉移酶"是指催化兩分子乙酰-CoA轉化成乙酰乙酰-CoA和 輔酶A (CoA)的酶。乙酰-CoA乙酰轉移酶的例子是具有對短鏈酰基-CoA和乙酰-CoA的底 物偏好（在正向上反應）的乙酰-CoA乙酰轉移酶，并且該酶歸類為E. C. 2. 3. I. 9[Enzyme Nomenclature 1992，Academic Press，San Diego];但是具有更廣泛底物范圍的酶 (E. C. 2. 3. 1. 16)也將具有功能。乙酰-CoA乙酰轉移酶得自多種來源，例如，大腸桿菌（基 因庫編號：NP_416728、NC_000913 ;NCBI氨基酸序列、NCBI核苷酸序列）、丙酮丁醇梭菌（基 因庫編號：NP_349476. 1，NC_003030 ;NP_149242、NC_001988,枯草芽孢桿菌（基因庫編號： NP_390297、NC_000964)和啤酒糖酵母（基因庫編號：NP_015297、NC_001148)。
[0268] 術語"3-羥丁酰-CoA脫氫酶"是指催化乙酰乙酰-CoA轉化成3-羥丁酰-CoA的 酶。3-羥丁酰-CoA脫氫酶可為NADH依賴型的、具有對（S) -3-羥丁酰-CoA或（R) -3-羥丁 酰-CoA的底物偏好的酶。例子可分別歸類為E.C. I. 1. 1.35和E.C. I. 1. 1.30。另外，3-羥 丁酰-CoA脫氫酶可為NADPH-依賴型的、具有對（S) -3-羥丁酰-CoA或（R) -3-羥丁酰-CoA 的底物偏好的酶，并且其可分別歸類為E. C. I. I. 1. 157和E. C. I. I. 1. 36。3-羥丁酰-CoA 脫氫酶得自多種來源，例如，丙酮丁醇梭菌（基因庫編號：NP_349314、NC_003030)、枯草芽 孢桿菌（基因庫編號：AAB09614、U29084)、富養羅爾斯通氏菌（基因庫編號：YP_294481、 NC_007347)和真養產堿桿菌（基因庫編號：AAA21973、J04987)。
[0269] 術語"巴豆酸酶"是指催化3-羥丁酰-CoA轉化成巴豆酰-CoA和H2O的酶。巴豆 酸酶的例子可具有對（S) -3-羥丁酰-CoA或（R) -3-羥丁酰-CoA的底物偏好并可分別歸類 為E. C. 4. 2. 1. 17和E. C. 4. 2. 1. 55。巴豆酸酶得自多種來源，例如，大腸桿菌（基因庫編號： NP_415911、NC_000913)，丙酮丁醇梭菌（基因庫編號：NP_349318、NC_003030)、枯草芽孢桿 菌（基因庫編號：CAB13705、Z99113)和豚鼠氣單胞菌（Aeromonas caviae)(基因庫編號： BAA21816.D88825)〇
[0270] 術語"丁酰-CoA脫氫酶"指催化巴豆酰-CoA轉化成丁酰-CoA的酶。丁酰-CoA脫 氫酶的例子可為NADH-依賴型的、NADPH-依賴型的或黃素-依賴型的，并且可分別歸類為 E. C. I. 3. I. 44、E. C. I. 3. I. 38和E. C. I. 3. 99. 2。丁酰-CoA脫氫酶得自多種來源，例如丙酮 丁醇梭菌（基因庫編號：NP_347102、NC_003030)、小眼蟲（Euglena gracilis)(基因庫編 號：Q5EU90)、AY741582)、山丘鏈霉菌（Str印tomyces collinus)(基因庫編號：AAA92890、 U37135)和天藍色鏈霉菌（基因庫編號：CAA22721、AL939127)。
[0271] 術語"丁醛脫氫酶"是指催化丁酰-CoA轉化成丁醛的酶，該酶使用NADH或 NADPH作為輔因子。已知具有對NADH的偏好性的丁醛脫氫酶為E.C. 1.2. 1.57并且得 自例如拜氏梭菌（基因庫編號：AAD31841、AF157306)和丙酮丁醇梭菌（基因庫編號： NP. sub. -149325、NC. sub. -001988)。
[0272] 術語"異丁酰-CoA變位酶"指催化丁酰-CoA轉化成異丁酰-CoA的酶。這種酶使 用輔酶B 12作為輔因子。已知異丁酰-CoA變位酶的例子為EC編號5. 4. 99. 13。這些酶存 在于多種鏈霉菌屬中，包括但不限于肉桂地鏈霉菌（Streptomyces cinnamonensis)(基因 庫編號：AAC08713、U67612 ;CAB59633、AJ246005)、天藍色鏈霉菌（基因庫編號：CAB70645、 AL939123 ;CAB92663、AL939121)和阿維鏈霉菌（Str印tomyces avermitilis)(基因庫編 號：咿_824008、從：_003155;咿_824637、從：_003155)。
[0273] 術語"乙酰乳酸脫羧酶"指具有催化α -乙酰乳酸轉化成乙偶姻的酶活性的多肽 (或多種多肽）。已知乙酰乳酸脫羧酶的例子為EC 4. 1.1. 5并且可例如來自枯草芽孢桿菌 (基因庫編號：AAA22223、L04470)、土生克雷伯氏菌（Klebsiella terrigena)(基因庫編 號：AAA25054、L04507)和肺炎克雷伯氏菌（基因庫編號：AAU43774、AY722056)。
[0274] 術語"乙偶姻胺化酶"或"乙偶姻轉氨酶"指具有催化乙偶姻轉化成3-氨基-2- 丁 醇的酶活性的多肽（或多種多肽）。乙偶姻胺化酶可利用輔因子5'-磷酸吡哆醛或NADH 或NADPH。所得產物可在3-位點具有（R)或（S)立體化學構型。依賴磷酸吡哆醛的酶可使 用氨基酸諸如丙氨酸或谷氨酸作為氨基供體。依賴NADH-和NADPH-的酶可使用氨作為第 二底物。NADH依賴的乙偶姻胺化酶，也稱為氨基醇脫氫酶的合適的例子，由Ito等人進行了 描述（例如，參見美國專利6, 432, 688)。依賴吡哆醛的乙偶姻胺化酶的例子是胺：丙酮酸 氨基轉移酶（也稱為胺：丙酮酸轉氨酶），如Shin和Kim所述（J. Org. Chem. 67 :2848-2853， 2002)。
[0275] 術語"乙偶姻激酶"指具有催化乙偶姻轉化成磷酸乙偶姻的酶活性的多肽（或多 種多肽）。乙偶姻激酶可利用ATP (三磷酸腺苷）或磷酸烯醇式丙酮酸作為反應的磷酸供 體。對類似底物二羥基丙酮催化類似反應的酶包括例如已知為EC 2. 7. 1. 29的酶（參見， 例如，Garcia-Alles 等人，Biochemistry 43 :13037-13046, 2004)。
[0276] 術語"乙偶姻磷酸胺化酶"指具有催化磷酸乙偶姻轉化成3-氨基-2- 丁醇鄰位磷 酸的酶活性的多肽（或多種多肽）。乙偶姻磷酸胺化酶可利用輔因子5'-磷酸吡哆醛、 NADH或NADPH。所得產物可在3-位點具有（R)或（S)立體化學構型。依賴磷酸吡哆醛的酶 可使用氨基酸諸如丙氨酸或谷氨酸。依賴NADH-和NADPH-的酶可使用氨作為第二底物。雖 然沒有對催化這種磷酸乙偶姻反應的酶的報道，但是有一種磷酸吡哆醛-依賴型的酶，提 出其對相似的底物絲氨醇磷酸進行相似的反應（參見，例如，Yasuta等人，Appl. Environ. Microbial. 67 :4999-5009,2001)〇
[0277] 術語"氨基丁醇磷酸磷酸裂解酶"，也稱為"氨基醇鄰位磷酸裂解酶"，指具有催化 3_氨基-2- 丁醇鄰位磷酸轉化成2- 丁酮的酶活性的多肽（或多種多肽）。氨基丁醇磷酸 磷酸裂解酶可利用輔因子5'-磷酸吡哆醛。有對催化相似底物1-氨基-2-丙醇磷酸的類 似反應的酶的報道（參見，例如Jones等人，Biochem. J. 134 :167-182,1973)。美國專利申 請公布2007/0259410描述了來自生物胡蘿卜軟腐歐文氏菌（Erwinia carotovora)的氨基 丁醇磷酸磷酸裂解酶。
[0278] 術語"氨基丁醇激酶"指具有催化3-氨基2- 丁醇轉化成3-氨基-2- 丁醇鄰位磷 酸的酶活性的多肽（或多種多肽）。氨基丁醇激酶可利用ATP作為磷酸供體。雖然沒有對 催化這種3-氨基-2- 丁醇反應的酶的報道，但是報道了催化相似底物膽胺和1-氨基-2-丙 醇的相似反應的酶（Jones等人，出處同上）。美國專利申請公布2009/0155870在實例14 中描述了胡蘿卜軟腐歐文氏菌黑胚亞種（Erwinia carotovora subsp. Atroseptica)的氨 基醇激酶。
[0279] 術語"丁二醇脫氫酶"也稱為"乙偶姻還原酶"，指具有催化乙偶姻轉化成2, 3- 丁 二醇的酶活性的多肽（或多種多肽）。丁二醛脫氫酶是乙醇脫氫酶大家族中的一個子集。 丁二醇脫氫酶對于在醇類產物中的（R)-或（S)-立體化學構型產生可具有特異性。（S)-特 異性丁二醇脫氫酶已知為EC I. I. 1. 76并且可例如來自肺炎克雷伯氏菌（基因庫編號： BBA13085、D86412)。（R)-特異性丁二醇脫氫酶已知為EC I. I. 1. 4并且可例如來自蠟狀芽 孢桿菌（Bacillus cereus)(基因庫編號 NP 830481、NC_004722 ;AAP07682、AE017000)和 乳酸乳球菌（基因庫編號AAK04995、AE006323)。
[0280] 術語"丁二醇脫水酶"，也稱為"二醇脫水酶"或"丙二醇脫水酶"，是指具有催化2， 3_ 丁二醇轉化成2-丁酮的酶活性的多肽（或多種多肽）。丁二醇脫水酶可利用輔因子腺 苷鈷胺素（也稱為輔酶Bw或維生素 B12 ;但是維生素 B12也可指不是輔酶B12的其它形 式的鈷胺素）。腺苷鈷胺素-依賴型酶已知為EC 4. 2. 1.28并且可得自例如產酸克雷伯 菌（Klebsiella oxytoca)(基因庫編號：ΑΑ08099(α 亞基）、D45071 ;ΒΑΑ08100(β 亞基）、 D45071 ;和ΒΒΑ08101 ( γ亞基）、D45071 (所有三個亞基是活性所需的）和肺炎克雷伯氏菌 (基因庫編號：AAC98384(a 亞基），AF102064;基因庫編號：AAC98385(P 亞基）、AF102064， 基因庫編號：AAC98386(y亞基）、AF102064)。其它合適的二醇脫水酶包括但不限于B12-依 賴型二醇脫水酶，其得自鼠傷寒沙門氏菌（基因庫編號：AAB84102(大亞基）、AF026270 ;基 因庫編號：AAB84103(中亞基）、AF026270 ;基因庫編號：AAB84104(小亞基）、AF026270);和 丘狀菌桿菌（Lactobacillus collinoides)(基因庫編號：CAC82541 (大亞基）、AJ297723 ; 基因庫編號：CAC82542(中亞基）；AJ297723;基因庫編號：CAD01091(小亞基）、AJ297723); 和來自短乳桿菌（Lactobacillus brevis)(尤其是菌株CNRZ 734和CNRZ735 ;參見，例如， Speranza等人，J. Agric. Food Chem. 45 :3476-3480,1997)的酶，以及編碼相應酶的核苷酸 序列。二醇脫水酶基因分離方法是本領域為人們所熟知的（例如美國專利5, 686, 276)。
[0281] 術語"丙酮酸脫羧酶"是指催化丙酮酸脫羧成乙醛和二氧化碳的酶。丙酮酸脫 氫酶已知為EC編號4. I. 1. 1。這些酶存在于多種酵母中，包括啤酒糖酵母（基因庫編號： CAA97575、CAA97705、CAA97091)。
[0282] 應當理解，如本文所提供的包括異丁醇生物合成途徑的宿主細胞還可包含一種或 多種附加的修改。美國專利申請公布2009/0305363(以引用方式并入）公開了通過工程化 酵母以表達定位于胞質的乙酰乳酸合酶和基本去除丙酮酸脫羧酶活性而提高的丙酮酸至 乙酰乳酸的轉化。在一些實施例中，宿主細胞包括如美國專利申請公布2009/0305363(以 引用的方式并入本文）所述的修飾以降低甘油-3-磷酸脫氫酶活性和/或破壞至少一個編 碼具有丙酮酸脫羧酶活性的多肽的基因或破壞至少一個編碼控制丙酮酸脫羧酶基因表達 的調控元件的基因，包括如美國專利申請公布2010/0120105 (以引用的方式并入本文）所 述對宿主細胞的修飾以提供通過恩特納-道德洛夫途徑（Entner-Doudoroff Pathway)的 提高的碳流量或降低的等效平衡。其他修改包括編碼催化利用丙酮酸的生物合成途徑中 的步驟的多肽的至少一種多核苷酸的整合。其他修改包括編碼具有乙酰乳酸還原酶活性的 多肽的內源性多核苷酸中的至少一個缺失、突變和/或替換。在實施例中，具有乙酰乳酸還 原酶活性的多肽為啤酒糖酵母的YMR226C(基因庫編號EJS44181)或其同源物。附加的修 改包括編碼具有乙醛脫氫酶和/或醛氧化酶活性的多肽的內源性多核苷酸中的缺失、突變 和/或替換。在一些實施例中，具有乙醛脫氫酶活性的多肽是來自啤酒糖酵母的ALD6。其 中酵母制備宿主細胞是Pdc-的具有減少葡萄糖阻遏效應的基因修飾在美國專利申請公布 2011/0124060中有所描述，該文獻以引用的方式并入本文。在一些實施例中，缺失或減量 調節的丙酮酸脫羧酶選自：PDC1、H)C5、PDC6以及它們的組合。丙酮酸脫羧酶的例子包括但 不限于來自啤酒糖酵母的Pdcl (基因庫編號CAA97575)、Pdc5 (基因庫編號CAA97705)以及 Pdc6(基因庫編號CAA97091);來自光滑假絲酵母丙酮酸脫羧酶（基因庫編號CAG62667); 來自樹干畢赤酵母（Pichia stipites)的Pdcl (基因庫編號AAC03164)和Pdc2(基因庫編 號EAZ63682);來自乳酸克魯維酵母的丙酮酸脫羧酶（基因庫編號CAA59953);來自解脂耶 氏酵母（Yarrowia Iipolytica)的丙酮酸脫羧酶（基因庫編號CAG80835);來自粟酒裂殖 酵母的丙酮酸脫羧酶（基因庫編號CAA90807);和來自魯氏接合酵母的丙酮酸脫羧酶（基 因庫編碼CAR28333)。在一些實施例中，宿主細胞含有缺失或減量調節的多核苷酸，其編碼 催化3-磷酸甘油醛轉化成1，3_二磷酸甘油酸的多肽。在一些實施例中，催化這種反應的 酶是3-磷酸甘油醛脫氫酶。
[0283] 在一些實施例中，任一個特定核酸分子或多肽可至少80 %、85 %、90 %、95 %、 96 %、97%、98 %或99 %與本文所述的核苷酸序列或多肽序列相同。如本領域所熟知的， 術語"百分比同一性"是兩條或更多條多肽序列之間或兩條或更多條多核苷酸序列之間的 關系，該關系通過對序列進行比較確定。本領域中"同一性"也意為多肽或多核苷酸序列 之間的序列關聯度，視情況而定，如由此類序列字符串的匹配來測定。"同一性"和"相似 性"可容易地通過已知方法計算出來，所述的方法包括但不限于下列文獻中所公開的那些： 1. ) Computational Molecular Biology (Lesk，A.M.編輯）Oxford University :NY (1988); 2. ) Biocomputing ：Informatics and Genome Projects(Smith, D. ff.編輯）Academic : NY (1993) ;3.) Computer Analysis of Sequence Data，Part I (Griffin，A. M.和 Griffin， H. G.編輯）Humania :NJ (1994) ;4.) Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje，G.編輯）Academic(1987);以及 5.)Sequence Analysis Primer(G;ribskov，M·和 Devereux，J.編輯）Stockton :NY (1991)。
[0284] 設定確定同一性的方法來用于給出待測試序列之間的最佳匹配。確定同一性 和相似性的方法在可公開獲得的計算機程序中編成了代碼。序列比對和百分比同一性 計算可以用LASERGENE生物信息學計算軟件包（LASERGENE bioinformatics computing suite (DNASTAR Inc·, Madison, WI))中的MegAlign?程序進行。序列的多重比對使用 "Clustal比對方法"進行，該方法涵蓋若干個不同的算法，包括對應于稱為Clustal V的 比對方法的 "Clustal V 比對方法"（公開于 Higgins 和 Sharp，CABIOS. 5 :151-153,1989 ; Higgins 等人，Comput. Appl. Biosci. 8 :189-191 (1992))中，并且可以在 LASERGENE 生物信 息學計算軟件包（DNASTAR Inc.)中的MegAlign?程序中找到的比對方法。對于多重比對， 默認值對應于GAPPENALTY = 10以及GAP LENGTH PENALTY = 10。用Clustal方法進行成對 比對和蛋白質序列的百分比同一性計算的默認參數為KTUPLE = I、GAPPENALTY = 3、WIND0W =5 以及 DIAGONALS SAVED = 5。對于核酸，這些參數為 KTUPLE = 2、GAP PENALTY = 5、 WINDOW = 4以及DIAGONALSSAVED = 4。在使用Clustal V程序進行序列比對后，通過查看 同一程序中的"序列距離"表格有可能獲得"百分比同一性"。此外，也可以使用"Clustal W 比對方法"，該方法對應于稱為Clustal W的比對方法（描述于Higgins和Sharp，CABIOS. 5 : 151-153,1989 ;Higgins 等人，Comput.Appl.Biosci.8 :189-191, (1992))，并且可以在 LASERGENE生物信息學計算軟件包（DNASTAR Inc.)中的MegAlign?v6. 1程序中找到的比對 方法。用于多重比對的默認參數（GAP PENALTY = 10、GAP LENGTH PENALTY = 0· 2、Delav Divergen Seqs(%) =30、DNA 轉換權重（DNA Transition Weight) =0.5、蛋白質權重 矩陣（Protein Weight Matrix) =Gonnet 系列和 DNA 權重矩陣（DNA Weight Matrix)= IUB)。在使用Clustal W程序進行序列比對后，通過查看在同一程序中的"序列距離"表有 可能獲得"百分比同一性"。
[0285] 標準重組DNA和分子克隆技術是本領域所熟知的并且在如下文獻中有更全面的 描述：Sambrook 等人（Sambrook, J. , Fritsch, E. F.和 Maniatis, T. (Molecular Cloning ：A Laboratory Manual ；Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,1989, 此處稱為 Maniatis)以及 Ausubel 等人（Ausubel 等人，Current Protocols in Molecular Biology,由 Greene Publishing Assoc, and Wiley-Interscience 出版，1987) 〇 包括丁 醇生物合成途徑的構造微生物的方法的例子公開于例如美國專利7, 851，188和美國專利 申請公布 2007/0092957 ;2007/0259410 ;2007/0292927 ;2008/0182308 ;2008/0274525 ; 2009/0155870 ;2009/0305363 ;和2009/0305370中，它們每個全文以引用方式并入本文。
[0286] 盡管本發明的多個實施例已如本文所述，但是應當理解它們僅僅以舉例的方式存 在，并且不受限制。對相關領域的技術人員將顯而易見的是能夠在不脫離本發明的實質和 范圍下能夠對其進行形式和細節的多種變型。因此，本發明的廣度和范圍應不受任何上述 示例性實施例的限制，但應僅僅根據以下權利要求及其等同物限定。
[0287] 在本說明書中提及的所有公布、專利和專利申請均指示本發明所屬領域的技術人 員的技術水平，并且以引用方式并入本文至如同每個單獨的公布、專利或專利申請被具體 且單獨地指明為以引用方式并入的相同程度。
[0288]
[0289] 以下非限制性實例將進一步示出本發明。應當理解，雖然以下實例涉及用玉米作 為原料，但是其它生物質源諸如甘蔗可用作原料而不背離本發明。此外，雖然以下實例涉及 乙醇和丁醇，但是可制備其它醇而不背離本發明。
[0290] 實例1-5所述的測定和方法可用于確定某些發酵條件和工藝條件（例如，壓力、溫 度、pH等）對細胞活性的影響。
[0291] 實例L直宇對細朐活件的影響
[0292] 被工程化以由碳水化合物源制備產物醇的啤酒糖酵母菌株在接種瓶中由冷凍培 養物生長至0. 55-1. lg/L干細胞重量。培養物在23-26°C下生長于以300rpm旋轉的培養箱 中。所述冷凍培養物原先被儲存在_80°C下。
[0293] 對一系列比較例進行真空對微生物活性的影響的測試。使用葡萄糖利用率、光密 度（OD)和細胞計數確定微生物的健康狀態。
[0294] 葡萄糖濃度使用YSI Life Sciences 2700 Select?生物化學分析儀來測量。發 酵樣品在I. 7mL微量離心管中以13, 200rpm離心2分鐘并分析含水上清液的葡萄糖濃度。
[0295] 光密度使用Thermo Electron Corporation Helios α -分光光度計來測量。測 量通常在600納米的波長下進行。
[0296] 細胞計數用Bright-Line?血球計結合Zeiss Axioskop 40顯微鏡在40倍放大下 進行。活性通過用染色死細胞的〇. 08%臺盼藍NaCl溶液染色來測定。
[0297] 原始培養物通過在培養搖床（Innova 4200，New Brunswick Scientific，Edison， NJ)中，在30°C和250rpm下，將微生物的冷凍甘油種子原液在每2L三角燒瓶2X500mL YPD(50g/L)中培育16小時來制備。測量OD并進行細胞計數以檢測真空暴露之前原始培養 物的活性。
[0298] -旦進行初始測量，就將培養物無菌轉移至無菌圓底反應器中，其中經過大約5 分鐘緩慢抽真空（"慢真空"）直至其達到52-53mmHg，在此情況下將其保持15分鐘。然后 將反應器恢復到大氣壓。收集樣品用于細胞計數并接種新培養物（〇.25mL到250mL的新鮮 YPD)，以通過監測24小時內的生長（OD)和葡萄糖消耗來測定細胞活性。結果示于表1和 表2中。
[0299] 將另一原始液體培養基暴露于第二更快的真空中，約20秒（"快真空"）達到 54mmHg，然后恢復到大氣壓。收集樣品用于細胞計數以及接種新燒瓶，以通過監測24小時 內的生長（OD)和葡萄糖消耗來測定細胞活性。結果示于表1和表2中。細胞活性通過使 用臺盼藍鑒定死細胞進行細胞計數來測定。在顯微鏡下檢查最終樣品的培養物純度。
[0300] M 1

【權利要求】
1. 一種用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括： (a) 至少部分地蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括： (i) 通過一次或多次預閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分；以及 (ii) 通過閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分； 其中所述蒸氣流包含選自產物醇、水和二氧化碳的一種或多種組分；以及 (b) 從所述一股或多股蒸氣流或其一部分中回收產物醇。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述閃蒸的壓力低于所述一次或多次預閃蒸的壓 力。
3. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括通過使所述一股或多股蒸氣流或其一 部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產物醇。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝所 述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個容器中進行。
6. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括 在真空條件下使所述一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流 的至少一部分被吸收到吸收液體中以形成吸收液相；以及 蒸餾包含一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產物醇、水和 二氧化碳的至少一部分。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流 的所述步驟在約20°C至約100°C的溫度下發生。
8. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括 處理由通過閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分而形成的蒸氣流。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中處理所述蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣流。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中所述蒸氣流的處理選自冷凝、壓縮、吸收、制冷以 及它們的組合。
11. 根據權利要求9所述的方法，所述方法還包括 壓縮所述殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流包含產物醇、水和二氧化碳。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流的產物醇含量低于步驟（a) (ii)的蒸氣流的產物醇含量。
14. 根據權利要求11所述的方法，所述方法還包括 使所述壓縮蒸氣流與發酵液接觸。
15. 根據權利要求9所述的方法，所述方法還包括 蒸餾所述液體流以回收產物醇。
16. 根據權利要求1所述的方法，其中所述一次或多次預閃蒸在預閃蒸槽中發生。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中所述預閃蒸槽為噴霧塔。
18. 根據權利要求1所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發生。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
20. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述發酵液中培養微生物以制備 產物醇。
21. 根據權利要求20所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
22. 根據權利要求20所述的方法，所述方法還包括 用微量營養素補充所述發酵液。
23. 根據權利要求22所述的方法，其中所述微量營養素包含腐蝕性產品。
24. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括 通過用抗微生物劑處理所述發酵液或其料流來防止發酵中的污染。
25. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括 提供包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液； 從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，由此產生（i)包含可發酵碳源的水 溶液和（ii)包含固體的濕餅共產物；以及 在發酵容器中向包含微生物的發酵液中添加所述水溶液，由此制備產物醇。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中所述不溶解固體通過以下方法從原料漿液中分 離：潷析器碗離心、三相離心、盤疊離心、過濾離心、潷析器離心、過濾、真空過濾、帶式過濾 器、壓濾、使用篩網的過濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、 重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。
27. 根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括 在發酵容器中向包含微生物的發酵液中添加包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料 漿液，由此制備產物醇。
28. 根據權利要求27所述的方法，所述方法還包括 在一次或多次預閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述發酵液中分 離。
29. 根據權利要求25所述的方法，其中以使對微生物的剪切損壞最小化的流速從所述 發酵容器中去除發酵液。
30. -種用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括： (a) 至少部分地蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括： (i) 任選地在第一壓力P1下在第一預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分； (ii) 在第二壓力P2下在第二預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分；以及 (iii) 在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分； 其中所述一股或多股蒸氣流包含產物醇、水和二氧化碳；以及 (b) 從所述一股或多股蒸氣流中回收產物醇。
31. 根據權利要求30所述的方法，其中所述第三壓力P3低于所述第二壓力P2。
32. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括通過使所述一股或多股蒸氣流或其 一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
33. 根據權利要求32所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產物醇。
34. 根據權利要求32所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝 所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個容器中進行。
35. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括 在真空條件下使一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流的至 少一部分被吸收到所述吸收液體中以形成吸收液相；以及 蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產物醇、 水和二氧化碳的至少一部分。
36. 根據權利要求30所述的方法，其中蒸發所述發酵液或其一部分以形成一股或多股 蒸氣流的所述步驟在約20°C至約100°C的溫度下發生。
37. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括 處理由通過閃蒸蒸發所述發酵液或其一部分而形成的蒸氣流。
38. 根據權利要求37所述的方法，其中處理所述蒸氣流以形成液體流和殘余的蒸氣 流。
39. 根據權利要求38所述的方法，其中所述蒸氣流的處理選自冷凝、壓縮、吸收、制冷 以及它們的組合。
40. 根據權利要求38所述的方法，所述方法還包括 壓縮殘余的蒸氣流以形成壓縮蒸氣流。
41. 根據權利要求40所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流包含產物醇、水和二氧化碳。
42. 根據權利要求41所述的方法，其中所述壓縮蒸氣流的產物醇含量低于步驟（a) (ii)的蒸氣流的產物醇含量。
43. 根據權利要求40所述的方法，所述方法還包括 使所述壓縮蒸氣流與發酵液接觸。
44. 根據權利要求38所述的方法，所述方法還包括 蒸餾所述液體流以回收產物醇。
45. 根據權利要求30所述的方法，其中所述第一預閃蒸或第二預閃蒸在預閃蒸槽中發 生。
46. 根據權利要求45所述的方法，其中所述預閃蒸槽為噴霧塔。
47. 根據權利要求30所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發生。
48. 根據權利要求47所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
49. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括在所述發酵液中培養微生物以制備 產物醇。
50. 根據權利要求49所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
51. 根據權利要求49所述的方法，所述方法還包括 用微量營養素補充所述發酵液。
52. 根據權利要求51所述的方法，其中所述微量營養素包含腐蝕性產品。
53. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括 通過用抗微生物劑處理所述發酵液或其料流來防止發酵中的污染。
54. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括 提供包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液； 從所述漿液中分離所述不溶解固體的至少一部分，由此產生（i)包含可發酵碳源的水 溶液和（ii)包含固體的濕餅共產物；以及在發酵容器中向包含微生物的發酵液中添加所 述水溶液，由此制備產物醇。
55. 根據權利要求54所述的方法，其中所述不溶解固體通過以下方法從原料漿液中分 離：潷析器碗離心、三相離心、盤疊離心、過濾離心、潷析器離心、過濾、真空過濾、帶式過濾 器、壓濾、使用篩網的過濾、篩分、柵濾、多孔柵濾、浮選、水力旋流器、壓濾器、螺旋壓力器、 重力沉降器、渦旋分離器或它們的組合。
56. 根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括 在發酵容器中將包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料漿液添加到包含微生物的發 酵液中，由此制備產物醇。
57. 根據權利要求56所述的方法，所述方法還包括 在所述第一預閃蒸、第二預閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述 發酵液中分尚。
58. 根據權利要求54所述的方法，其中以使對微生物的剪切損壞最小化的流速從所述 發酵容器中去除發酵液。
59. -種用于從發酵液中去除產物醇的方法，所述方法包括： (a) 引導氣體進入所述發酵液，其中產物醇的一部分轉移到所述氣體中； (b) 從發酵液中去除氣體以回收所述產物醇； (c) 從發酵容器中去除發酵液的一部分； (d) 至少部分地蒸發發酵液或其一部分以形成一股或多股蒸氣流，其中蒸發包括： (i) 任選地在第一壓力P1下在第一預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分； (ii) 在第二壓力P2下在第二預閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分；以及 (iii) 在第三壓力P3下在閃蒸中蒸發所述發酵液或其一部分； 其中所述一股或多股蒸氣流包含產物醇、水和二氧化碳；以及 (e) 從所述一股或多股蒸氣流中回收產物醇。
60. 根據權利要求59所述的方法，其中所述第三壓力P3低于所述第二壓力P2。
61. 根據權利要求59所述的方法，所述方法還包括通過使所述一股或多股蒸氣流或其 一部分與冷凝溶液接觸而冷凝所述一股或多股蒸氣流。
62. 根據權利要求61所述的方法，其中所述冷凝溶液包含產物醇。
63. 根據權利要求61所述的方法，其中形成所述一股或多股蒸氣流的所述步驟和冷凝 所述一股或多股蒸氣流的所述步驟在單個容器中進行。
64. 根據權利要求59所述的方法，所述方法還包括 在真空條件下使所述一股或多股蒸氣流與吸收液體接觸，其中所述一股或多股蒸氣流 的至少一部分被吸收到所述吸收液體中以形成吸收液相；以及 蒸餾包含所述一種或多種吸收的蒸氣流的吸收液相以從所述吸收液體中去除產物醇、 水和二氧化碳的至少一部分。
65. 根據權利要求59所述的方法，其中蒸發所述發酵液或其一部分以形成一股或多股 蒸氣流的所述步驟在約20°C至約100°C的溫度下發生。
66. 根據權利要求59所述的方法，其中所述第一預閃蒸或第二預閃蒸在預閃蒸槽中發 生。
67. 根據權利要求66所述的方法，其中所述預閃蒸槽為噴霧塔。
68. 根據權利要求59所述的方法，其中所述閃蒸在閃蒸槽中發生。
69. 根據權利要求68所述的方法，其中所述閃蒸槽為噴霧塔。
70. 根據權利要求59所述的方法，所述方法還包括在所述發酵液中培養微生物以制備 所述產物醇。
71. 根據權利要求49所述的方法，其中所述微生物為耐熱微生物。
72. 根據權利要求59所述的方法，所述方法還包括 在發酵容器中向包含微生物的發酵液中添加包含可發酵碳源、不溶解固體和水的原料 漿液，由此制備產物醇。
73. 根據權利要求72所述的方法，所述方法還包括 在所述第一預閃蒸、第二預閃蒸或閃蒸之前，將所述不溶解固體的至少一部分從所述 發酵液中分尚。
74. -種用于回收產物醇的系統，所述系統包括選自發酵容器、預閃蒸槽、閃蒸槽、滌氣 器、蒸發系列和蒸餾塔的一個或多個組件。
75. 根據權利要求74所述的系統，其中所述蒸發系列包括四（4)主體設置雙⑵效應 或雙⑵主體設置四⑷效應。
76. 根據權利要求74所述的系統，其中所述預閃蒸槽和/或閃蒸槽為噴霧塔。
77. 根據權利要求74所述的系統，所述系統還包括選自啤酒塔、精餾器、再沸器、冷凝 器和壓縮機的一個或多個組件。
78. -種組合物，所述組合物包含通過權利要求1、30和59中任一項所述的方法回收的 產物醇。
79. -種組合物，所述組合物包含通過權利要求25或54所述的方法制備的濕餅。
80. -種動物飼料，所述動物飼料包含權利要求79所述的組合物。
【文檔編號】B01D3/00GK104245073SQ201280069110
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月6日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】J. 扎赫 J., C. 巴爾 S., W. 斯維斯特 R., 赫爾利 A. 申請人:布特馬斯先進生物燃料有限責任公司