使用微生物聯合KOLBE合成制備烷烴的方法技術

本發明專利技術涉及生產至少一種烷烴的方法，該方法包括?使用基因修飾的微生物從碳源產生至少一種羧酸，以及?對所述羧酸進行Kolbe電解反應以產生烷烴，其中所述烷烴包含至少6個碳原子，且所述羧酸包含至少4個碳原子，并且其中所述碳源選自下組：乙醇、乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、異丁酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽及其組合，且所述微生物能夠使用乙醇?羧酸鹽發酵產生羧酸。

Method for preparing alkane by using microorganism combined with KOLBE synthesis

The invention relates to a method for producing at least one alkane, the method includes using genetically modified microorganisms to produce at least one carboxylic acid from carbon source, and of the carboxylic acid Kolbe electrolytic reaction to produce alkanes, wherein the alkane contains at least 6 carbon atoms, and the carboxylic acid containing at least 4 carbon atoms, and wherein the carbon source selected from the group consisting of ethanol, acetate, propionate, butyrate, ISO butyrate, valerate, caproic acid salts and their combination, and the microorganisms can produce carboxylic acid using ethanol fermentation carboxylate.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】使用微生物聯合KOLBE合成制備烷烴的方法
本專利技術涉及從合成氣合成支化，未支化和長鏈烷烴的方法.特別地，該方法是生物技術方法。
技術介紹
烷烴是具有各種應用的飽和烴，應用取決于碳原子的數目和烷烴的結構(即支鏈，直鏈，環狀等).前四種烷烴(CH4至C4H8)主要用于加熱和烹飪目的，并且在一些國家用于發電。戊烷，己烷，庚烷和辛烷是相當易揮發的液體。它們通常在內燃機中用作燃料，因為它們在進入燃燒室時容易蒸發而不形成液滴，液滴會損害燃燒的均勻性。因為這一功效，相比于它們的直鏈對應物，優選支鏈烷烴，因為它們更不容易發生能夠引起爆震的過早點燃.這種過早點燃的傾向通過燃料的辛烷值評定，其中例如2，2，4-三甲基戊烷(異辛烷)具有100的任意值，庚烷的值為零。除了將它們用作燃料之外，這組烷烴也是非極性物質的良好溶劑.從壬烷向上，例如，到十六烷(具有十六個碳原子的烷烴)的烷烴是較高粘度的液體，越來越不適合用作汽油.替代地，它們形成了柴油和航空燃料的主要部分。柴油燃料的特征在于其十六烷值，十六烷(cetane)是十六烷(hexadecane)的舊稱。從十六烷向上的烷烴是組成燃料油和潤滑油的最重要的組分。在后一功能中，它們同時用作抗腐蝕劑，因為它們的疏水性質意味著水不能到達金屬表面.許多固體烷烴用作石蠟，例如在蠟燭中。然而，這不應該與主要由酯組成的真正的蠟混淆。具有鏈長為約35個或更多個碳原子的烷烴存在于瀝青中，例如用于路面鋪設。然而，高級烷烴幾乎沒有價值，并且通常通過裂解分裂成低級烷烴。因此，所有長度的烷烴在我們的日常世界中都是非常有用的.目前，傳統的烷烴制造使用基于石油的中間體.然而，通過裂解汽油或石油獲得烷烴對環境不利.此外，由于這些烷烴的成本將與石油的價格相關，隨著未來石油價格可預期的上漲，烷烴價格也可能隨著石油價格的上漲而上漲。據此，希望找到其它從更可持續的原料生產烷烴的方法，而不是僅從石油基原料，這也將對環境造成較小的損害.正在進行多種努力來生產可再生燃料，包括來自可持續原料，如合成氣的烷烴.本領域中已知的一種方法是從甘油酸三酯生成生物柴油燃料(主要是脂肪酸乙酯或甲酯).另一種方法是利用甘油形成甘油醚，其可以加入到生物柴油和/或柴油燃料中.然而，這些方法中的每一種都具有其自身的缺點.因此，仍然沒有從可再生燃料(包括合成氣)中有效生產中鏈或長鏈烷烴的方法。
技術實現思路
本專利技術提供了一種由可再生燃料生產中鏈或長鏈烷烴的方法。特別地，本專利技術的方法可以使用合成氣采用至少兩步生物技術方法來生產支鏈、直鏈和/或環烷烴。本專利技術的方法可以至少包括使用至少一種微生物將合成氣轉化為至少一種羧酸的第一步驟和通過將羧酸經歷電解使其轉化為相應烷烴的第二步驟.特別地，所使用的電解可以是Kolbe電解反應，同時作為雙產物產生二氧化碳。根據本專利技術的一個方面，提供了一種生產至少一種烷烴的方法，該方法包括：-利用微生物從碳源生產至少一種羧酸，以及-對所述羧酸進行Kolbe電解反應以產生烷烴，其中所述烷烴包含至少6個碳原子，并且所述羧酸包含至少4個碳原子.碳源可以是其最簡單的形式，如二氧化碳或一氧化碳。特別地，碳源可以是其中具有碳的任何復雜分子.更特別地，碳源可以選自下組：醇、醛、葡萄糖、蔗糖、果糖、右旋糖(dextrose)、乳糖、木糖、戊糖、多元醇、己糖、乙醇和合成氣.甚至更特別地，碳源可以是乙醇和/或合成氣.在一個實例中，碳源可以是乙醇與至少一種選自下組的其它碳源組的組合：乙酸根、丙酸根、丁酸根、異丁酸根、戊酸根和己酸根.特別地，碳源可以是乙醇和乙酸根.在另一個實例中，碳源可以是丙酸和乙醇，乙酸根和乙醇，異丁酸和乙醇或丁酸和乙醇的組合。在一個實例中，乙醇是碳源，并且微生物可以是能夠利用乙醇-羧酸根發酵途徑產生至少一種羧酸的任何微生物.乙醇-羧酸根發酵途徑至少在Seedorf，H.，等人，2008中有詳細描述.所述生物體可以選自克氏梭菌(Clostridiumkluyveri)、carboxidivorans梭菌(C.carboxidivorans)、帕魯斯梭菌(C.pharus)等組成的組.這些微生物包括在其野生型形式中不具有乙醇-羧化物發酵途徑但是已經通過基因修飾而獲得該性狀的微生物.特別地，微生物可以是克氏梭菌.根據本專利技術任一方面的微生物可以是經基因修飾的微生物.所述經基因修飾的細胞或微生物可以在遺傳上不同于野生型細胞或微生物.根據本專利技術任一方面的經基因修飾的微生物與野生型微生物之間的遺傳差異可以是在經基因修飾的微生物中存在的而可能在野生型微生物中不存在的完整基因、氨基酸、核苷酸等.在一個實例中，根據本專利技術任一方面的經基因修飾的微生物可包含能使微生物產生至少一種羧酸的酶.相對于本專利技術的經基因修飾的微生物的野生型微生物可以沒有或沒有可檢測到的使得經基因修飾的微生物產生至少一種羧酸的酶的活性。如本文所使用的，術語“經基因修飾的微生物”可以與術語“經基因修飾的細胞”互換使用.根據本專利技術任何方面的基因修飾是在微生物的細胞上實施的。如本文所使用的與細胞或微生物聯合的短語“野生型”可以指具有在野生狀態天然可見形式的基因組組成的細胞.該術語可以適用于全細胞和個體基因.因此術語“野生型”不包括這類細胞或這類基因，其中基因序列已經經由人使用重組方法而被至少部分的改變.本領域技術人員將能夠使用本領域中已知的任何方法來基因修飾細胞或微生物。根據本專利技術任一方面，經基因修飾的細胞可以被基因修飾以便于在限定的時間間隔內，在2小時內，特別是在8小時或24小時內，其形成比野生型細胞至少兩倍，特別是至少10倍，至少100倍，至少1000倍或至少10000倍更多的羧酸和/或各自的羧酸酯.產物形成的增加可以被確定，例如通過在相同的條件(相同的細胞密度，相同的營養培養基，相同的培養條件)下在適宜的營養培養基中分別培養根據本專利技術任何方面的細胞和野生型細胞特定的時間間隔，然后確定營養培養基中的目標產物(羧酸)的量.在一個實例中，微生物可以是表達選自E1至E10的至少一種酶的野生型生物體，其中E1是醇脫氫酶(adh)，E2是乙醛脫氫酶(aid)，E3是乙酰乙酰輔酶A硫解酶(th1)，E4是3-羥基丁酰輔酶A脫氫酶(hbd)，E5是3-羥基丁酰-CoA脫水酶(crt)，E6是丁酰-CoA脫氫酶(bcd)，E7是電子轉移黃素蛋白亞基(etf)，E8是輔酶A轉移酶(cat)，E9是乙酸激酶(ack)和E10是磷酸轉乙酰酶(pta)。特別地，根據本專利技術的任一方面的野生型微生物可以至少表達E2，E3和E4。甚至更特別地，根據本專利技術的任何方面的野生型微生物可以至少表達E4。在另一個實施例中，根據本專利技術任何方面的微生物可以是經基因修飾的生物體，其具有相對于選自E1至E10的至少一種酶的野生型微生物增加的表達，其中E1是醇脫氫酶(adh)，E2是乙醛脫氫酶(aid)，E3是乙酰乙酰基-輔酶A硫解酶(th1)，E4是3-羥基丁酰輔酶A脫氫酶(hbd)，E5是3-羥丁酰輔酶A脫水酶(crt)，E6是丁酰輔酶A脫氫酶(bcd)，E7是電子轉移黃素蛋白亞基(etf)，E8是輔酶A轉移酶(cat)，E9是乙酸激酶(ack)并且E10是磷酸轉乙酰酶(pta)。特別地，根據本專利技術的任一方面的基因修飾的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生產至少一種烷烴的方法，該方法包括：?使用至少一種微生物從碳源產生至少一種羧酸，和?對所述羧酸進行Kolbe電解反應以產生烷烴，其中所述烷烴包含至少6個碳原子，且所述羧酸包含至少4個碳原子，并且其中所述碳源選自下組：乙醇、乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、異丁酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽及其組合，且所述微生物能夠利用乙醇?羧酸鹽發酵產生羧酸。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.17 EP 14177491.91.生產至少一種烷烴的方法，該方法包括：-使用至少一種微生物從碳源產生至少一種羧酸，和-對所述羧酸進行Kolbe電解反應以產生烷烴，其中所述烷烴包含至少6個碳原子，且所述羧酸包含至少4個碳原子，并且其中所述碳源選自下組：乙醇、乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、異丁酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽及其組合，且所述微生物能夠利用乙醇-羧酸鹽發酵產生羧酸。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述微生物表達至少一種酶，所述酶選自由醇脫氫酶E1、乙醛脫氫酶E2、乙酰乙酰輔酶A硫解酶E3、3-羥基丁酰輔酶A脫氫酶E4、3-羥丁酰輔酶A脫水酶E5、丁酰輔酶A脫氫酶E6、電子轉移黃素蛋白亞基E7、輔酶A轉移酶E8、乙酸激酶E9和磷酸轉乙酰酶E10組成的組。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述微生物表達E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9和E10。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述微生物選自克氏梭菌(Clostridiumkluyveri)和Carboxidivorans梭菌(C.Carboxidivorans)組成的組。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述微生物表達氫化酶成熟蛋白和/或電子傳遞復合蛋白。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述微生物是基因修飾的，并且所述基因修飾的微生物相對于野生型微生物，至少一種酶具有增加的表達，所述酶選自由E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9，E10，氫化酶成熟蛋白和/或電子傳遞復合蛋白組成的組。7.根據權利要求6所述的方法，其中所述基因修飾的微生物相對于野生型微生物，E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9和E10具有增加的表達。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述烷烴是支鏈或非支鏈的。9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述烷烴和羧酸選自下組：(a)包含6個碳原子的烷烴和包含4個碳原子的羧酸；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·哈斯，U·鮑爾曼，S·貝克，
申請(專利權)人：贏創德固賽有限公司，
類型：發明
國別省市：德國,DE