废气捕集：一种有前景的策略，用于在有氧发酵过程中去除和回收有毒生物产物

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Off-gas capture: a promising strategy for removal and recovery of toxic bioproducts in aerobic fermentation

　　

摘要

在许多生物过程中，由于主要终产物的毒性积累，可实现的最高产量往往低于经济可行的水平。为了解决终产物抑制问题，人们开发了多种原位产物去除技术，以选择性去除或分离有毒的生物产物，从而延长发酵时间并提高整体工艺效率。使用原位有机覆盖层来分离有毒的疏水性产物是一种常用的方法，但这种方法会占用发酵罐中的宝贵空间，需要更换未回收的溶剂，并且由于形成了稳定的乳液而增加了下游分离的难度。此外，对于许多在好氧条件下产生的挥发性疏水性产物（包括中链醇、酯类、单萜类和其他航空燃料前体），其中相当一部分会挥发到发酵罐的废气中，必须单独回收以最大化产物产量。为了解决这些挑战，我们探讨了利用现有的通气能量从发酵罐废气中完全去除和回收挥发性产物的可行性。我们比较了两种原位产物去除策略——液-液萃取和直接从发酵废气中回收——用于生产并回收用于生成异戊二烯和DMCO（1,4-二甲基环辛烷，一种高性能喷气燃料）的中间体。我们评估了产物的毒性、溶剂的毒性、溶剂的分离效果以及通气方式和内部覆盖层配置对产物挥发率的影响。然后，我们通过在冷却溶剂中冷凝的方式优化了从发酵废气中回收产物的方法，实现了84%的回收效率。除了大大简化下游处理流程外，依靠通气进行产物挥发而无需使用内部覆盖层还能持续去除有毒的发酵产物，其最大异戊二烯醇产量达到了迄今为止报道的最高水平，即20.4克/升。