專利名稱：用于從抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的方法和裝置。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明的方法和裝置制得的可再生材料。相關(guān)技術(shù)的討論溫室氣體水平和氣候變化的問題已導(dǎo)致試圖利用固定碳和釋放的二氧化碳之間的自然循環(huán)的技術(shù)的發(fā)展。隨著這些技術(shù)的進(jìn)步，將原料轉(zhuǎn)化成可再生材料的各種技術(shù)已被開發(fā)出來。然而，即使技術(shù)中具有上述進(jìn)步，也仍然需要和期望提高可再生材料的產(chǎn)率并拓寬能被轉(zhuǎn)化成可再生材料的化合物的范圍。轉(zhuǎn)化更寬范圍的化合物的另一個(gè)難題是輔因子失衡，輔因子失衡可導(dǎo)致達(dá)不到最佳產(chǎn)率。對于具有輔因子產(chǎn)生和消耗凈平衡的方法和 /或過程，也存在著需要和期望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于從抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的方法和裝置。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明的方法和裝置制得的可再生材料。本發(fā)明能利用和/或消耗那些原本會(huì)抑制和/或降低可再生材料的產(chǎn)量的材料和/或化合物，并將所述材料和/或化合物轉(zhuǎn)化和/或轉(zhuǎn)變成附加的可再生材料。本發(fā)明的益處可包括可再生材料的產(chǎn)率提高、廢棄物減少、原料成本降低等。本發(fā)明還可包括具有輔因子產(chǎn)生和消耗凈平衡的方法和/或過程。根據(jù)第一實(shí)施方式，本發(fā)明包括生產(chǎn)可再生材料的方法。所述方法包括用生物體消耗抑制性化合物的步驟，以及用生物體從至少一部分的抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的步驟。根據(jù)第二實(shí)施方式，本發(fā)明包括生產(chǎn)可再生材料的方法。所述方法包括用生物體消耗兩個(gè)醛糖分子以產(chǎn)生兩個(gè)多元醇分子的步驟，以及用生物體消耗所述兩個(gè)多元醇分子以產(chǎn)生兩個(gè)酮糖分子和兩個(gè)還原的輔因子分子的步驟。所述方法包括用生物體消耗所述兩個(gè)酮糖分子以產(chǎn)生可再生材料分子的步驟，以及用生物體消耗有機(jī)酸分子和一個(gè)還原的輔因子分子以產(chǎn)生醛分子和氧化的輔因子分子的步驟。所述方法包括用生物體消耗所述醛分子和一個(gè)還原的輔因子分子以產(chǎn)生與所述兩個(gè)酮糖分子和氧化的輔因子分子形成的可再生材料分子相同或不同的可再生材料分子的步驟。根據(jù)第三實(shí)施方式，本發(fā)明包括用于生產(chǎn)可再生材料的裝置。所述裝置包含適合接收木質(zhì)纖維素流的發(fā)酵容器和配置在發(fā)酵容器內(nèi)的生物體。所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、輔酶A轉(zhuǎn)移酶、乙醛脫氫酶、和/或醇脫氫酶的基因。根據(jù)第四實(shí)施方式，本發(fā)明包括由本說明書內(nèi)公開的任何方法和/或裝置制得的可再生材料。附圖
簡述附圖整合在此并組成本說明書的一部分，說明本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋本發(fā)明的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、和原理。在圖中圖I顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從乙酸到乙醇的途徑；
圖2顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從丁酸乙酸(butyric acetic acid)到丁醇的途徑；圖3顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從乙酸到乙醇和從木糖到乙醇的凈途徑；和圖4顯示了一個(gè)實(shí)施方式的裝置。詳細(xì)說明本發(fā)明涉及用于從抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的方法和裝置。本發(fā)明還涉及由本說明書內(nèi)公開的方法和裝置制得的可再生材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括發(fā)酵抑制劑轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的產(chǎn)物和/或聯(lián)產(chǎn)物。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理能產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)化成可再生燃料的碳水化合物。預(yù)處理還能導(dǎo)致有機(jī)酸的溶劑化和/或合成，例如來自半纖維素中的側(cè)鏈酰基取代，己糖、戊糖、或其它碳水化合物單體的自然降解，和/或諸如此類。預(yù)處理期間所形成的有機(jī)酸能抑制和/或可能防止微生物在木質(zhì)纖維素碳水化合物上的生長，導(dǎo)致所釋放的糖向可再生材料分子和/或生物燃料分子的轉(zhuǎn)化減少。減輕這些有機(jī)酸的影響可包括使用昂貴的吸附劑和/或水強(qiáng)力洗滌步驟來去除酸。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，幾種微生物，例如丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌(Clostridiumacetobutylicum),能含有用于同化有機(jī)酸以及它們隨后轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的生物燃料分子的代謝途徑，例如乙酸轉(zhuǎn)化成乙醇、丁酸轉(zhuǎn)化成丁醇等。本發(fā)明可包括有機(jī)體例如釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)424A(LNH-ST)>大腸桿菌(Escherichia coli) K011、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonas mobilis) AXlOl 等在生產(chǎn)可再生材料和/或生物燃料中的應(yīng)用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明也可包括使用基因以催化有機(jī)酸同化反應(yīng)和/或生物燃料合成反應(yīng)，包括合成代謝和/或分解代謝途徑。生物體種系可以被遺傳修飾以摻入有機(jī)酸同化反應(yīng)和/或生物燃料合成的基因。遺傳修飾可包括用時(shí)間和/或誘導(dǎo)表達(dá)模式等控制啟動(dòng)子。例如，適當(dāng)?shù)倪z傳修飾可包括早期生長階段期間的表達(dá)模式。在生長的早期階段期間，酸同化基因能被啟動(dòng)，從而允許預(yù)處理的生物質(zhì)的去毒，同時(shí)從最初的抑制性化合物和/或有機(jī)酸產(chǎn)生有價(jià)值的可再生材料分子和/或生物燃料分子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理期間形成和/或溶劑化的抑制性化合物的應(yīng)用，這種抑制性化合物可包括能抑制微生物生長、限制木質(zhì)纖維素衍生的糖向可再生材料和/或生物燃料轉(zhuǎn)化等的有機(jī)酸。利用將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成醇的代謝途徑能減輕以上問題。形成代謝途徑的基因能被用于遺傳修飾天然生產(chǎn)可再生材料和/或生物燃料的生物體，以將有毒的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的可再生材料分子和/或生物燃料分子。圖I顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從乙酸到乙醇的途徑；圖2顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從丁酸乙酸到丁醇的途徑；圖3顯示了一個(gè)實(shí)施方式的從乙酸到乙醇(I)和從木糖到乙醇(2)的途徑。該圖的底部顯示了包含輔因子的凈零(平衡)產(chǎn)生和消耗的凈化學(xué)反應(yīng)(1+2)。圖4顯示了一個(gè)實(shí)施方式的裝置10。裝置10包含具有木質(zhì)纖維素流(原料)14和可再生材料流(產(chǎn)物)16的容器12。容器12包含被配置在容器12內(nèi)的生物體18。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括生產(chǎn)可再生材料的方法。所述方法可包括用生物體消耗發(fā)酵抑制性化合物的步驟，以及用生物體從至少一部分的發(fā)酵抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的步驟。方法泛指用于達(dá)到和/或?qū)崿F(xiàn)結(jié)局和/或結(jié)果的程序和/或過程。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述方法的步驟可排除用于去除有機(jī)酸和/或其它抑制性化合物的水洗滌步驟。在備選方案中，所述方法的步驟可包括縮減的水洗滌步驟?？稍偕牧戏褐钢辽俨糠衷醋杂谀軌虮惶烊簧鷳B(tài)循環(huán)和/或資源更換的來源和/或過程的物質(zhì)和/或物品?？稍偕牧蠌V義上可包括化學(xué)品、化學(xué)中間體、溶劑、單體、低聚物、聚合物、生物燃料、生物燃料中間體、生物汽油、生物汽油摻配油、生物柴油、綠色柴油、可再生柴油、生物柴油摻配油、生物餾出物等。希望地，但不是必須地，可再生材料可源自活的生物體，例如植物、藻類、細(xì)菌、真菌等。生物燃料泛指適合作為源自可再生來源的燃料和/或燃燒源使用的成分和/或流。生物燃料可被持續(xù)生產(chǎn)和/或?qū)Υ髿獾膬籼寂欧艤p少和/或無。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可再生來源可排除例如從地下開采或鉆探的材料。希望地，可再生來源可包括單細(xì)胞生物體、多細(xì)胞生物體、植物、真菌、細(xì)菌、藻類、栽培作物、非栽培作物、木材等。生物燃料可適合用作運(yùn)輸燃料，例如用于陸地交通工具、海洋交通工具、航空交通工具等。生物燃料可適合用于產(chǎn)能，例如提升蒸氣、產(chǎn)生合成氣、產(chǎn)生氫氣、發(fā)電等。生物汽油泛指適合直接使用和/或調(diào)合成源自可再生來源的汽油池和/或辛烷供應(yīng)的成分和/或流。適當(dāng)?shù)纳锲头肿涌砂淄?、氫氣、合成?合成)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲醚、甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚、己醇、脂肪族化合物(直鏈、支鏈、和/或環(huán)狀)、庚烷、異辛烷、環(huán)戊烷、芳香族化合物、乙苯等。丁醇泛指I-丁醇、2-丁醇、異丁醇、其它異構(gòu)體等的產(chǎn)物和衍生物。生物汽油可被用于火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，例如汽車汽油內(nèi)燃機(jī)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物汽油和/或生物汽油調(diào)合油達(dá)到或符合工業(yè)接受的燃料標(biāo)準(zhǔn)。生物柴油泛指適合直接使用和/或調(diào)合成源自可再生來源的柴油池和/或鯨蠟烷供應(yīng)的成分和/或流。適當(dāng)?shù)纳锊裼头肿涌砂ㄖ舅狨ァ⒏视腿?、脂類、脂肪醇、烷烴、石腦油、餾程材料、石蠟材料、芳香族材料、脂肪族化合物(直鏈、支鏈、和/或環(huán)狀)等。生物柴油可被用于壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，例如汽車柴油內(nèi)燃機(jī)。在備選方案中，生物柴油也可被用于氣體渦輪機(jī)、加熱器、鍋爐等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物柴油和/或生物柴油調(diào)合油達(dá)到或符合工業(yè)接受的燃料標(biāo)準(zhǔn)。生物餾出物泛指適合直接使用和/或調(diào)合成航空燃料(噴氣)、潤滑劑基本原料、煤油燃料等的成分或流。生物餾出物能源自可再生來源，并具有約100攝氏度和約700攝氏度之間、約150攝氏度和約350攝氏度之間等的沸點(diǎn)范圍。生物質(zhì)泛指至少部分源自活的生物體和/或最近活的生物體例如木質(zhì)纖維素來源的植物和/或動(dòng)物材料和/或物質(zhì)。
木質(zhì)纖維素的(Lignocellulosic)泛指含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等。木質(zhì)纖維素的可涉及植物材料。木質(zhì)纖維素材料可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如甘蔗、甘蔗渣、能源甘蔗、能源甘蔗渣、水稻、稻桿、谷物、谷物秸桿、小麥、麥桿、玉米、玉米秸桿、高粱、高粱秸桿、甜高粱、甜高粱秸桿、棉花、棉花剩余物、甜菜、甜菜漿、大豆、油菜籽、麻風(fēng)樹、柳枝稷、芒草、其它草、木材、軟木、硬木、樹皮、廢木、鋸屑、紙、廢紙、農(nóng)業(yè)廢物、糞肥、糞、污水、都市固體廢物、任何其它適當(dāng)?shù)纳镔|(zhì)材料等。消耗泛指用完、利用、吃、吞沒、轉(zhuǎn)變等,例如在細(xì)胞代謝、細(xì)胞呼吸(需氧和/或厭氧)、細(xì)胞繁殖、細(xì)胞生長、發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)等期間。發(fā)酵泛指最終電子供體不是氧的碳水化合物代謝，例如厭氧地。發(fā)酵可包括酶控制的高能化合物厭氧性分解，例如碳水化合物分解成二氧化碳和醇和/或有機(jī)酸。在備選方案中，發(fā)酵泛指生物控制的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變。發(fā)酵過程可使用任何適當(dāng)?shù)纳矬w，例如細(xì)菌、真菌、藻類等。適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵過程可包含天然存在的生物體和/或遺傳修飾的生物體。酶泛指用于催化和/或增加化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)等的蛋白或其它適當(dāng)?shù)姆肿印Ｃ缚赏ㄟ^活的生物體和/或合成過程產(chǎn)生。適當(dāng)?shù)拿缚砂魏纹谕男再|(zhì)和/或特征。適當(dāng)?shù)拿缚砂ɡw維素酶、半纖維素酶、木質(zhì)酶、內(nèi)源纖維素酶、外源纖維素酶、葡萄糖苷酶、纖維二糖脫氫酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素過氧化物酶等。適當(dāng)?shù)拿缚捎兄诶w維素水解成更 小的糖單位和/或單體。遺傳的泛指生物體的遺傳性和/或多樣性，例如通過核酸系列和/或序列以聚合物鏈形式、在染色體上的表達(dá)等。核酸泛指核苷酸鏈的復(fù)雜有機(jī)酸，例如脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)等?；蚍褐窪NA和/或RNA中作為遺傳的功能單位用于控制一個(gè)或多個(gè)特征和/或?qū)傩缘膫鬟f和/或表達(dá)的特定核苷酸序列?；蚩梢?guī)定多肽和/或蛋白的結(jié)構(gòu)、控制其它遺傳物質(zhì)的功能等。遺傳工程泛指有意操縱和/或改變生物體的至少部分遺傳密碼和/或遺傳密碼的表達(dá)。遺傳修飾的泛指已經(jīng)遺傳工程改造的生物體、培養(yǎng)物、單細(xì)胞、生物群等。遺傳修飾的生物體可包括那些通過基因組誘變、添加和/或去除一個(gè)或多個(gè)基因、蛋白的部分、啟動(dòng)子區(qū)、非編碼區(qū)、染色體等進(jìn)行操縱的生物體。天然存在的泛指至少大體上沒有受到外力例如人類、機(jī)器等的干預(yù)行動(dòng)的生物體、培養(yǎng)物、單細(xì)胞、生物群等。天然存在的生物體可包括那些在局部環(huán)境(植物群和/或動(dòng)物群)等中發(fā)現(xiàn)的。天然存在的生物體可以被收集、分離、培養(yǎng)、純化等。細(xì)胞培養(yǎng)泛指最終電子供體是氧的碳水化合物代謝，例如需氧地。細(xì)胞培養(yǎng)過程可使用任何適當(dāng)?shù)纳矬w，例如細(xì)菌、真菌、藻類等。適當(dāng)?shù)募?xì)胞培養(yǎng)過程可包含天然存在的生物體和/或遺傳修飾的生物體。抑制泛指牽制、制約、阻礙生產(chǎn)，縮短生長，使過程變慢等等?；衔锓褐溉魏芜m當(dāng)?shù)脑睾?或材料、元素的組合等。抑制性化合物泛指使細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)過程變慢和/或阻礙所需要的產(chǎn)物的生產(chǎn)的元素、物質(zhì)、和/或化合物。抑制性化合物大體上可包括醇、有機(jī)酸等。發(fā)酵抑制性化合物可包括任何適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)和/或材料，例如甲酸、乙酸、丁酸、乳酸、丙酮酸、丙酸、糠醛、羥甲基糠醛、苯甲醚、其它預(yù)處理副產(chǎn)物、其它發(fā)酵副產(chǎn)物等。不受理論約束，一些抑制性化合物能使平衡偏離所需要的產(chǎn)物、阻斷途徑、干擾細(xì)胞過程、改變遺傳級聯(lián)等。一些抑制性化合物可在例如達(dá)到閾值濃度后具有抑制性的量。抑制性化合物可通過任何適當(dāng)?shù)牧渴辜?xì)胞活動(dòng)變慢和/或延遲,例如基于與沒有抑制性化合物的系統(tǒng)相比的質(zhì)量和/或體積輸出量，細(xì)胞活動(dòng)變慢和/或延遲至少約1%、至少約5%、至少約10%、 至少約30%、至少約70%等。抑制性化合物可來自和/或源自任何適當(dāng)?shù)膩碓矗缣堑陌l(fā)酵(聯(lián)產(chǎn)物)、木質(zhì)纖維素材料的水解等。生物的泛指生命系統(tǒng)、生命過程、活著的生物體等。生物的可涉及來自古生菌、細(xì)菌、和/或真核生物的生物體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物的包括生物衍生的化合物，例如酶、蛋白等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物的排除化石和/或古老的材料，例如其生命在至少約1，000年前結(jié)束的那些。生物過程可包括源自生命系統(tǒng)和/或步驟的任何適當(dāng)?shù)纳到y(tǒng)和/或項(xiàng)目。生物過程可包括發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)、需氧呼吸、厭氧呼吸、分解代謝反應(yīng)、合成代謝反應(yīng)、生物轉(zhuǎn)化、糖化，液化、水解、解聚、聚合等。生物體泛指相互依存和從屬的元素的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這些元素的關(guān)系和/或性質(zhì)可能在很大程度上取決于它們在整體中的功能。生物體可包括被設(shè)計(jì)成用功能獨(dú)立但相互依存的器官進(jìn)行生命活動(dòng)的個(gè)體。生物體可包括活生物，例如能生長、繁殖等。生物體可包括任何適當(dāng)?shù)暮唵蔚?單)細(xì)胞生物、復(fù)雜的(多)細(xì)胞生物等。生物體可包括藻類、真菌、細(xì)菌等。生物體可包括一種或多種天然存在的生物體、一種或多種遺傳修飾的生物體、天然存在的生物體和遺傳修飾的生物體的組合等。使用多種生物體的組合的實(shí)施方式在本發(fā)明的范圍內(nèi)。可以使用任何適當(dāng)?shù)慕M合或生物體，例如I種或多種生物體、至少約2種生物體、至少約5種生物體、在約2種生物體和約20種生物體之間等等。生物體可包括任何適當(dāng)?shù)纳矬w,例如構(gòu)巢曲霉(Aspergillusnidulans)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtil is)、彎假絲酵母(Candidacurvata)、Candida sorensis、丙酮丁醇梭狀芽抱桿菌(Clostridiumacetobutylicum)、拜氏梭狀芽抱桿菌(Clostridiumbei jerinckii)、寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)、產(chǎn)油隱球酵母(Cryptococcusterricolus)、Entomorphtoria coronata、大腸桿菌(Escherichia coli)、熱葡糖苷酶地菌(Geobacter thermoglucosidasius)、多形漢遜氏酵母(Hansenulapolymorpha)、產(chǎn)酸克雷白氏桿菌(Klebsiella oxytoca)、馬克斯克魯維氏酵母(Kluyveromyces marxianus)、產(chǎn)油油脂酵母(Lipomyces Iipfer)、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoaceticum)、高山被孢菌(Mortierella alpine)、具柄畢赤氏酵母(Pichia stipitis)、類酵母紅冬抱(Rhodosporidiumtoruloides)、膠粘紅酵母(Rhodotorula glutinis)、巴揚(yáng)氏酵母(Saccharomyces bayanus)、卡爾斯伯酵母(Saccharomyces carlsbergensis)、釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、巴斯德氏酵母(Saccharomycespastorianus)、裂殖壺菌(Schyzochytrium spp.)、里氏木霉(TrichodermaReesei)、皮狀絲抱酵母(Trichosporoncutaneum)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonas mobilis)
坐坐寸寸o生產(chǎn)泛指使存在、生成、制造、合成等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生產(chǎn)包括發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)等。生產(chǎn)可包括在生物體內(nèi)制造可再生材料。過程可包括通過細(xì)胞裂解、機(jī)械處理、熱處理、化學(xué)處理等提取和/或去除可去除的材料的進(jìn)一步處理。在備選方案中，生產(chǎn)可從生物體分泌和/或排出可再生材料，而無需另外的步驟和/或處理。部分泛指一個(gè)整體的一部分、一份、一塊、一個(gè)成分等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述方法也可包括通過生物體消耗糖材料以生產(chǎn)至少一部分抑制性化合物。糖泛指任何適當(dāng)?shù)奶妓衔?，例如單糖、二糖、三糖等。糖可包括任何適當(dāng)數(shù)目的碳原子，例如約5個(gè)(戊糖)、約6個(gè)(己糖)等所述方法可包括輔因子的任何適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)生和/或消耗。所述方法可以是輔因子的凈消耗者、輔因子的凈生產(chǎn)者、輔因子的平衡生產(chǎn)者和消耗者等。希望地，但不是必須地，所述方法可包括輔因子的凈消耗和/或產(chǎn)生約等于O。所述輔因子可包括氧化還原電勢輔因子NADH、NADPH等。不受理論約束，可再生材料的生產(chǎn)能受益于對輔因子的產(chǎn)生和/或消耗具有平衡需求的方法和過程。平衡的輔因子系統(tǒng)能提供至少在某種程度上自我維持可再生材料的生產(chǎn)。凈泛指在計(jì)算所有收益和/或損失后剩余的。凈可指沒有附加電荷等。NADH泛指可以是輔酶的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的還原狀態(tài)和/或形式。NADPH泛指可以是輔酶的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的還原狀態(tài)和/或形式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物體可以已被遺傳修飾以使用輔酶A和兩單位的還原輔因子例如NADH通過醛途徑將發(fā)酵抑制性化合物轉(zhuǎn)化成醇。醇泛指含有羥基(0H_)的一類化合物，例如乙醇、丙醇、丁醇等。醛泛指含有羰基(0=CH_)的一類化合物，例如乙醛、甲醛等。途徑泛指一定順序和/或一定次序的步驟和/或反應(yīng)。適當(dāng)?shù)耐緩娇砂軐⒁环N物質(zhì)轉(zhuǎn)化成另一種的酶催化反應(yīng)等。輔酶泛指熱穩(wěn)定的非蛋白化合物。輔酶在與脫輔基酶蛋白等結(jié)合后能形成酶系統(tǒng)的活性部分。脫輔基酶蛋白泛指通過與輔酶結(jié)合形成活性酶系統(tǒng)、并決定系統(tǒng)對底物的特異性等的蛋白。輔酶A泛指具有式C21H36N7O16P3S的輔酶。不受理論約束，輔酶A能被用于代謝碳水化合物、脂肪、氨基酸等。輔酶A能被用于合成脂肪酸，例如用于可再生材料。生物體可使用任何適當(dāng)?shù)拿负?或基因以生產(chǎn)可再生材料。適當(dāng)?shù)幕蚩砂ù济摎涿浮⑷┟摎涿浮⑷┻€原酶等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物體使用一個(gè)或多個(gè)醇脫氫酶單位。醇脫氫酶泛指用于轉(zhuǎn)化成和/或轉(zhuǎn)化自醇和其它化合物的一組酶。單位泛指被視為一個(gè)整體的單量、產(chǎn)生結(jié)果的生物活性劑量等等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物體使用一個(gè)或多個(gè)醛脫氫酶單位。醛脫氫酶泛指用于醛的催化氧化的一組酶。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物體使用一個(gè)或多個(gè)醛還原酶單位。醛還原酶泛指用于碳水化合物代謝例如將葡萄糖轉(zhuǎn)化成山梨醇的一組酶。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，生物體使用一個(gè)或多個(gè)單位的輔酶A轉(zhuǎn)移酶、一個(gè)或多個(gè)單位的乙醛脫氫酶、和/或一個(gè)或多個(gè)單位的醇脫氫酶。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，可再生材料可包括乙醇、丁醇、游離脂肪酸、甘油三酯、烷基酯、類異戊二烯、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸、其它碳?xì)浠衔锏?。根?jù)一個(gè)實(shí)施方式，消耗步驟和生產(chǎn)步驟的發(fā)生不依賴于糖發(fā)酵，例如在分開的容器中。在備選方案中，消耗步驟和生產(chǎn)步驟與糖發(fā)酵至少在某種程度上同期和/或同時(shí)發(fā)生，例如在相同的容器中。
在消耗抑制性化合物期間同時(shí)將糖轉(zhuǎn)化成可再生材料的實(shí)施方式是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。相同和/或不同的生物體可被用于消耗糖和抑制性化合物。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括由本說明書中描述的任何方法和/或裝置制得的可再生材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括生產(chǎn)可再生材料的第二種方法。所述方法可包括用生物體消耗至少兩個(gè)醛糖分子以產(chǎn)生至少兩個(gè)多元醇分子的步驟，以及用生物體消耗所述至少兩個(gè)多元醇分子以產(chǎn)生至少兩個(gè)酮糖分子和至少兩個(gè)還原的輔因子分子的步驟。所述方法可包括用相同的生物體和/或不同的生物體消耗所述至少兩個(gè)酮糖分子以產(chǎn)生至少一個(gè)可再生材料分子的步驟，以及用生物體消耗有機(jī)酸分子和一個(gè)還原的輔因子分子以產(chǎn)生至少醛分子和至少氧化的輔因子分子的步驟。所述方法可包括用相同的生物體和/或不同的生物體消耗至少所述醛分子和至少一個(gè)還原的輔因子分子、以產(chǎn)生與所述至少兩種酮糖分子和至少氧化的輔因子分子形成的可再生材料分子相同或不同的可再生材料分子的步驟。第二種方法可包括本說明書中描述的第一種方法、產(chǎn)物、和/或裝置的任何步驟、特點(diǎn)、和/或特征，反之亦然。分子泛指物質(zhì)和/或材料保留所述物質(zhì)和/或材料的所有性質(zhì)的最小粒子和/或部分。分子可包含一個(gè)或多個(gè)原子。醛糖泛指每分子具有一個(gè)醛基的單糖。醛糖可具有化學(xué)式Cn(H2O)nt5醛糖分子可包括木糖等。多元醇泛指具有多個(gè)羥基的醇，有時(shí)候可被稱作糖醇。多元醇可包括木糖醇、山梨醇等。酮糖泛指具有一個(gè)酮基的分子。酮糖有時(shí)候可被稱作還原性糖。酮糖分子可包括木酮糖等。還原的泛指已向原子、離子、元素、分子、和/或化合物添加一個(gè)或多個(gè)電子，已將原子、離子、元素、分子、和/或化合物從較高的氧化態(tài)變成較低的氧化態(tài)，已與氫結(jié)合，已受到氫的作用，等等。有機(jī)的泛指含碳化合物，例如碳水化合物、糖、酮、醛、醇、木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠、其它含碳物質(zhì)等。酸泛指具有約小于7的pH、質(zhì)子供體、電子受體等的材料和/或物質(zhì)。酸可包括有機(jī)酸、無機(jī)酸等。有機(jī)酸泛指含有一個(gè)或多個(gè)碳原子的酸材料和/或物質(zhì)。有機(jī)酸可包括甲酸、乙酸、乳酸、丁酸、其它羧酸等。氧化的泛指已通過增加帶負(fù)電部分和/或從較低的正價(jià)變成較高的正價(jià)來改變原子、離子、元素、分子、和/或化合物，已從原子、離子、元素、分子、和/或化合物中去除一個(gè)或多個(gè)電子，等等。根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，有機(jī)酸分子可包括乙酸鹽和/或丁酸鹽等，并且醛分子可包括乙醛、丁醛等。第二種方法的生物體可包括任何適當(dāng)?shù)幕钌锖?或其衍生物，例如包括古生菌、細(xì)菌、真核生物等。利用多種生物體的組合的實(shí)施方式在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，還原的輔因子可包括NADH等。第二種方法的生物體可包括任何適當(dāng)?shù)纳矬w，例如構(gòu)巢曲霉、枯草芽孢桿菌、彎假絲酵母、Candida sorensis、丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌、拜氏梭狀芽孢桿菌、寇氏隱甲藻、產(chǎn)油隱球酵母、Entomorphtoriacoronata、大腸桿菌、熱葡糖苷酶地菌、多形漢遜氏酵母、產(chǎn)酸克雷白氏桿菌、馬克斯克魯維氏酵母、產(chǎn)油油脂酵母、熱醋穆爾氏菌、高山被孢菌、具柄畢赤氏酵母、類酵母紅冬孢、膠粘紅酵母、巴揚(yáng)氏酵母、卡爾斯伯酵母、釀酒酵母、巴斯德氏酵母、裂殖壺菌、里氏木霉、皮狀絲孢酵母、解脂耶氏酵母、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等。根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，生物體可包含一種或多種木糖還原酶、一種或多種木糖醇脫氫酶、和/或一種或多種醇脫氫酶的基因。根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，生物體可包含一種或多種木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、和/或一種或多種醛脫氫酶的基因。 根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，生物體可包含一種或多種木糖還原酶、一種或多種木糖醇脫氫酶、和/或一種或多種醛還原酶的基因。根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，生物體可包含一種或多種木糖還原酶、一種或多種木糖醇脫氫酶、一種或多種輔酶A轉(zhuǎn)移酶、一種或多種乙醛脫氫酶、和/或一種或多種醇脫氫酶的基因。第二種方法的可再生材料可包括任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如生物燃料、化學(xué)品等。生物燃料可包括乙醇、丁醇、游離脂肪酸、甘油三酯、烷基酯、類異戊二烯、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸
坐寸ο根據(jù)第二種方法的一個(gè)實(shí)施方式，氧化還原電勢輔因子NADH的凈消耗和產(chǎn)生約
等于O。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括由本說明書中描述的第二種方法的任一個(gè)方法制得的可再生材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括用于生產(chǎn)可再生材料的裝置。所述裝置可包含適合接收木質(zhì)纖維素流的發(fā)酵容器和配置在發(fā)酵容器內(nèi)的生物體。所述生物體可被遺傳修飾以包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、輔酶A轉(zhuǎn)移酶、乙醛脫氫酶、和/或醇脫氫酶的基因。裝置泛指為一個(gè)或多個(gè)特定用途、目的、結(jié)果等設(shè)計(jì)的一套材料、器具、和/或設(shè)備。容器泛指物質(zhì)例如液體、氣體、發(fā)酵液等的貯器和或儲(chǔ)存器。容器可包括任何適當(dāng)?shù)某叽绾?或形狀，例如至少約I升、至少約1，000升、至少約100，000升、至少約1，000, 000
升等。容器可包含任何適當(dāng)?shù)妮o助設(shè)備，例如泵、攪拌器、熱交換器、線圈、增壓系統(tǒng)(真空)、控制系統(tǒng)等。流泛指物質(zhì)和/或材料的流動(dòng)和/或供應(yīng)，例如穩(wěn)定的連續(xù)體。流的流動(dòng)可以是連續(xù)的、離散的、間歇的、分批、半分批、半連續(xù)的、等等。配置泛指放置在位置中、放置在場所中、準(zhǔn)備就緒等。適合的泛指使其適合于特定用途、目的等。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“具有”、“包含”、“帶有”、“含有”、和“包括”是開放性和包含
性的表達(dá)。另外，術(shù)語“由......組成”是封閉性和排他性的表達(dá)。在解釋權(quán)利要求和說
明書中的任何術(shù)語時(shí)，如果存在任何歧義，起草者的意圖是傾向開放性和包含性的表達(dá)。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語“等(等)”為所列出的項(xiàng)目和/或成員的任何和所有個(gè)體和組合提供支持，以及為項(xiàng)目和/或成員的個(gè)體和組合的等價(jià)物提供支持。關(guān)于方法或過程中的步驟的次序、數(shù)目、順序和/或重復(fù)限度，起草者的意圖是不暗示步驟的次序、數(shù)目、順序和/或重復(fù)限度屬于本發(fā)明的范圍，除非明確提供。關(guān)于范圍，范圍應(yīng)被解釋為包 括上限值和下限值之間的所有點(diǎn)，從而為包含在上限值和下限值之間的所有可能的范圍、包括沒有上限和/或下限的范圍提供支持。本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神下可以對所公開的結(jié)構(gòu)和方法作出各種修改和變化。特別是，任何一個(gè)實(shí)施方式的描述可以與其它實(shí)施方式的描述自由組合，從而產(chǎn)生兩個(gè)以上的元素和/或限制的組合和/或變化。借鑒本文中公開的發(fā)明的說明書和實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施方式將是本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員顯而易見的。本說明書和實(shí)施例意欲僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求指出。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)可再生材料的方法，所述方法包括 用生物體消耗發(fā)酵抑制性化合物；以及 用所述生物體從至少一部分發(fā)酵抑制性化合物中生產(chǎn)可再生材料。
2.權(quán)利要求I的方法，其中氧化還原電勢輔因子NADH的凈消耗和產(chǎn)生約等于O。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述發(fā)酵抑制性化合物包括有機(jī)酸。
4.權(quán)利要求I的方法，其中所述發(fā)酵抑制性化合物包括甲酸、乙酸、丁酸、乳酸、丙酮酸、丙酸、糠醛、羥甲基糠醛、苯甲醚、或其組合。
5.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體包括古生菌、細(xì)菌、真核生物、或其組合。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體包括構(gòu)巢曲霉(Aspergillusnidulans)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)、彎假絲酵母(Candida curvata)、Candida sorensis、丙酮丁醇梭狀芽抱桿菌(Clostridium acetobutylicum)、拜氏梭狀芽抱桿菌(Clostridiumbei jerinckii)、寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)、產(chǎn)油隱球酵母(Cryptococcusterricolus)、Entomorphtoria coronata、大腸桿菌(Escherichia coli)、熱葡糖苷酶地菌(Geobacter thermoglucosidasius)、多形漢遜氏酵母(Hansenula polymorpha)、產(chǎn)酸克雷白氏桿菌(Klebsiella oxytoca)、馬克斯克魯維氏酵母(Kluyveromyces marxianus)、產(chǎn)油油脂酵母(Lipomyces Iipfer)、熱醋穆爾氏菌(Moorella thermoaceticum)、高山被孢菌(Mortierella alpine)、具柄畢赤氏酵母(Pichiast ipitis)、類酵母紅冬抱(Rhodosporidiumtoruloides)、膠粘紅酵母(Rhodotorula glutinis)、巴揚(yáng)氏酵母(Saccharomyces bayanus)、卡爾斯伯酵母(Saccharomyces carlsbergensis)、釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、巴斯德氏酵母(Saccharomyces pastorianus)、裂殖壺菌(Schyzochytrium spp·)、里氏木霉(Trichoderma Reesei)、皮狀絲抱酵母(Trichosporoncutaneum)、解脂耶氏酵母(Yarrowia Iipolytica)、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis)、或其組合。
7.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體已被遺傳修飾以使用輔酶A和兩單位還原的輔因子通過醛途徑將發(fā)酵抑制性化合物轉(zhuǎn)化成醇。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述還原的輔因子是NADH。
9.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體使用一個(gè)或多個(gè)醇脫氫酶單位。
10.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體使用一個(gè)或多個(gè)醛脫氫酶單位。
11.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體使用一個(gè)或多個(gè)醛還原酶單位。
12.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物體使用輔酶A轉(zhuǎn)移酶、乙醛脫氫酶、和醇脫氫酶。
13.權(quán)利要求I的方法，其中所述可再生材料包括生物燃料。
14.權(quán)利要求I的方法，其中所述可再生材料包括乙醇、丁醇、游離脂肪酸、甘油三酯、烷基酯、類異戊二烯、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸、或其組合。
15.權(quán)利要求I的方法，其中所述消耗步驟和所述生產(chǎn)步驟的發(fā)生不依賴于糖發(fā)酵。
16.權(quán)利要求I的方法，其中所述消耗步驟和所述生產(chǎn)步驟與糖發(fā)酵同時(shí)發(fā)生。
17.權(quán)利要求I的方法，其中所述發(fā)酵抑制性化合物來自木質(zhì)纖維素材料的水解。
18.由權(quán)利要求I的方法制得的可再生材料。
19.生產(chǎn)可再生材料的方法，所述方法包括 用生物體消耗兩個(gè)醛糖分子以產(chǎn)生兩個(gè)多元醇分子；用生物體消耗所述兩個(gè)多元醇分子以產(chǎn)生兩個(gè)酮糖分子和兩個(gè)還原的輔因子分子； 用生物體消耗所述兩個(gè)酮糖分子以產(chǎn)生可再生材料分子； 用生物體消耗有機(jī)酸分子和一個(gè)還原的輔因子分子以產(chǎn)生醛分子和氧化的輔因子分子；以及 用生物體消耗所述醛分子和一個(gè)還原的輔因子分子以產(chǎn)生與從所述兩個(gè)酮糖分子和氧化的輔因子分子形成的可再生材料分子相同或不同的可再生材料分子。
20.權(quán)利要求19的方法，其中 所述醛糖分子包括木糖； 所述多元醇分子包括木糖醇；以及 所述酮糖分子包括木酮糖。
21.權(quán)利要求19的方法，其中 所述有機(jī)酸分子包括乙酸鹽或丁酸鹽；和 所述醛分子包括乙醛或丁醛。
22.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包括古生菌、細(xì)菌、真核生物、或其組合。
23.權(quán)利要求19的方法，其中所述還原的輔因子是NADH。
24.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包含構(gòu)巢曲霉、枯草芽孢桿菌、彎假絲酵母、Candida sorensis、丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌、拜氏梭狀芽孢桿菌、寇氏隱甲藻、產(chǎn)油隱球酵母、Entomorphtoria coronata、大腸桿菌、熱葡糖苷酶地菌、多形漢遜氏酵母、產(chǎn)酸克雷白氏桿菌、馬克斯克魯維氏酵母、產(chǎn)油油脂酵母、熱醋穆爾氏菌、高山被孢菌、具柄畢赤氏酵母、類酵母紅冬孢、膠粘紅酵母、巴揚(yáng)氏酵母、卡爾斯伯酵母、釀酒酵母、巴斯德氏酵母、裂殖壺菌、里氏木霉、皮狀絲孢酵母、解脂耶氏酵母、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌、或其組合。
25.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、和一種或多種醇脫氫酶的基因。
26.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、和一種或多種醛脫氫酶的基因。
27.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、和一種或多種醛還原酶的基因。
28.權(quán)利要求19的方法，其中所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、輔酶A轉(zhuǎn)移酶、乙醛脫氫酶、和醇脫氫酶的基因。
29.權(quán)利要求19的方法，其中所述可再生材料包括生物燃料。
30.權(quán)利要求19的方法，其中所述可再生材料分子包括乙醇、丁醇、游離脂肪酸、甘油三酯、烷基酯、類異戊二烯、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸、或其組合。
31.權(quán)利要求19的方法，其中氧化還原電勢輔因子NADH的凈消耗和產(chǎn)生約等于O。
32.由權(quán)利要求19的方法制得的可再生材料。
33.用于生產(chǎn)可再生材料的裝置，所述裝置包含 適合接收木質(zhì)纖維素流的發(fā)酵容器；和 配置在發(fā)酵容器內(nèi)的生物體，并且所述生物體包含木糖還原酶、木糖醇脫氫酶、輔酶A轉(zhuǎn)移酶、乙醛脫氫酶、和醇脫氫酶的基因。
全文摘要
本發(fā)明提供了由抑制性化合物制得的可再生材料。方法包括用生物體消耗發(fā)酵抑制性化合物的步驟，以及用生物體從至少一部分發(fā)酵抑制性化合物生產(chǎn)可再生材料的步驟。所述方法可包括輔因子產(chǎn)生和消耗的凈平衡。
文檔編號C12P7/06GK102639705SQ201080054609
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者雅各布·博登 申請人:Bp北美公司