特表 2025-504620 バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-13

(54)【発明の名称】バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセス

(51)【国際特許分類】

   C12P 1/02 20060101AFI20250205BHJP

   C12M 1/02 20060101ALI20250205BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20250205BHJP

   C12N 1/16 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

C12P1/02 Z

C12M1/02 A

C12M1/00 Z

C12M1/00 D

C12N1/16 G

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024566704

(86)(22)【出願日】2022-02-01

(85)【翻訳文提出日】2024-07-30

(86)【国際出願番号】 EP2022052304

(87)【国際公開番号】W WO2023147838

(87)【国際公開日】2023-08-10

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524286672

【氏名又は名称】コリピ・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ・アルプター

(72)【発明者】

【氏名】ティル・ウテシュ

(72)【発明者】

【氏名】アン－ピン・ゼン

【テーマコード（参考）】

4B029

4B064

4B065

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029BB07

4B029CC01

4B029DA04

4B029DB01

4B029DF01

4B029DG08

4B029GA08

4B029GB01

4B029GB02

4B029GB03

4B029GB10

4B064AD85

4B064AH01

4B064CA06

4B064CC01

4B064CC06

4B064CC30

4B064DA20

4B065AA72X

4B065AC14

4B065CA60

(57)【要約】

本発明は、バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセスおよび装置に関する。プロセスは、第１および第２のバイオリアクター（２、３）ならびに槽（４）中で実行される第１および第２のバイオプロセスを含む。第１のバイオプロセスは、バイオ生成物が生成する結果となる二酸化炭素製造バイオプロセスであり、第２のバイオプロセスは、第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２が、Ｏ_２を電子受容体としてＨ_２を酸化する水素細菌によって消費される、化学合成自己栄養バイオプロセスである。電気分解生成したＨ_２とＯ_２とは分離され、Ｏ_２は、第２および／または第１のバイオプロセスに直接供給され、一方、Ｈ_２は、最初に槽（４）中に収容されている媒質中に溶解される。Ｈ_２飽和媒質は、次に、第２のバイオプロセスに供給される。第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスは、追加のＣおよびＮ源として第１のバイオプロセスに供給される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセスであって、
ａ）第１のバイオリアクター中での第１の圧力ｐ１における第１の媒質中の第１の種類の微生物の培養を含む第１のバイオプロセスであって、前記バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオプロセスと、
ｂ）第２のバイオリアクター中での第２の圧力ｐ２における第２の媒質中の第２の種類の微生物の培養を含む第２のバイオプロセスであって、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）の第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオプロセスと、
ｃ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解し、電気分解によって製造されたＯ_２の少なくとも一部を前記第２のバイオプロセスおよび／または前記第１のバイオプロセスに供給し、電気分解によって製造されたＨ_２の少なくとも一部をヘッドスペースおよび第３の媒質を第３の圧力ｐ３において収容している槽に供給するステップであって、前記第３の媒質は、前記第２のバイオリアクター中の第２の媒質と同一であるステップと、
ｄ）Ｈ_２を含有する前記第３の媒質の少なくとも一部を前記槽から前記第２のバイオプロセスに供給するステップと、
を含み、ステップｂ）の第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスの少なくとも一部は、ステップａ）の第１のバイオプロセスのためのＣ源として用いられるプロセス。

【請求項2】

ｐ３≧ｐ２≧ｐ１、好ましくはｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記第１のバイオプロセスは、好気バイオプロセス、好ましくは発酵プロセスであり、脂質および／またはカロチノイドの製造のための発酵プロセスがさらに好ましい、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

前記第２のバイオプロセスは、Ｏ_２、Ｈ_２およびＣＯ_２の化学合成無機独立栄養消費を含む、請求項１～３の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項5】

前記第２のバイオプロセスは、４０～５５℃、好ましくは４５～５５℃、５０～５５℃または５０～５３℃の間の温度で実施される、請求項１～４の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項6】

前記第２の種類の微生物を含有する前記第２のバイオリアクターの第２の媒質の一部は、前記第２のバイオリアクターから回収され、前記第２の媒質中に含有されるバイオマスは、少なくとも部分的に前記第２の媒質から分離され、加水分解され、前記第１のバイオプロセスに供給され、前記バイオマスから分離された前記第２の媒質は、前記第２のバイオプロセスにリサイクルされる、請求項１～５の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

前記第２のバイオリアクターからの第２の媒質の一部は、前記槽中に供給され、前記槽の前記ヘッドスペース中に噴霧され、同じ量の第３の媒質が前記槽から前記第２のバイオリアクターに供給される、請求項１～６の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

電気分解によって製造されたＯ_２の一部は、前記第１のバイオプロセスに供給される、請求項１～７の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

前記第１の種類の微生物は、ロドスポリジウム（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ）属の微生物、好ましくはロドスポリジウム・トルロイデス（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ）であり、前記第２の種類の微生物は、ヒドロゲノフィラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ）属の微生物、好ましくはヒドロゲノフィラス・テルモルテオラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ ｔｈｅｒｍｏｌｕｔｅｏｌｕｓ）である、請求項１～８の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

ｐ１は、大気圧より大である、請求項１～９の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項11】

前記プロセスは、連続プロセスである、請求項１～１０の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一項に記載のプロセスによるバイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のための装置（１）であって、
ａ）第１のバイオプロセスを実行するために構成されている第１のバイオリアクター（２）であって、前記第１のバイオプロセスは、第１の圧力ｐ１における第１の媒質（２３）中の第１の種類の微生物の培養を含み、前記第１のバイオプロセスは、前記バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオリアクター（２）と、
ｂ）第２のバイオプロセスを実行するために構成されている第２のバイオリアクター（３）であって、前記第２のバイオプロセスは、第２の圧力ｐ２における第２の媒質（３３）中の第２の種類の微生物の培養を含み、前記第２のバイオプロセスは、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオリアクター（３）と、
ｃ）ヘッドスペース（４２）および第３の媒質（４３）を第３の圧力ｐ３において収容するように構成されている槽（４）と、
ｄ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解するための電気分解装置（５）と、
を含み、前記装置（１）は、さらに、
－前記第１のバイオリアクター（２）中で製造されたＣＯ_２の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する第１の流体接続部（６１）と、
－前記第２のバイオリアクター（３）中で製造されたバイオマスの前記第１のバイオリアクター（２）への移送のために、前記第２のバイオリアクター（３）の第１の出口（３５）を前記第１のバイオリアクター（２）の第１の入口（２４）に流体接続する第２の流体接続部（６２）と、
－第２の媒質（３３）の前記槽（４）への移送のために、前記第２のバイオリアクター（３）の第２の出口（３７）を前記槽（４）の第１の入口（４４）に流体接続する第３の流体接続部（６３）と、
－第３の媒質（４３）の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記槽（４）の第１の出口（４５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第２の入口（３６）に流体接続する第４の流体接続部（６４）と、
－酸素Ｏ_２の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第１の出口（５５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第３の入口（３８）に流体接続する第５の流体接続部（６５）と、
－酸素Ｏ_２の前記第１のバイオリアクター（２）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第１の出口（５５）を前記第１のバイオリアクター（２）の第３の入口（２８）に流体接続する第６の流体接続部（６６）と、
－水素Ｈ_２の前記槽（４）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第２の出口（５７）を前記槽（４）の第２の入口（４６）に流体接続する第７の流体接続部（６７）と、
を含む装置（１）。

【請求項13】

前記第２の流体接続部（６２）は、前記第２のバイオリアクター（３）の第１の出口（３５）と前記第１のバイオリアクター（２）の第１の入口（２４）との間に、前記第２の媒質（３３）から前記第２の種類の微生物を分離するための分離装置（６）と、前記第２の媒質（３３）から前記分離装置（６）によって分離された前記第２の種類の微生物を加水分解するための加水分解装置（７）と、を含む、請求項１２に記載の装置（１）。

【請求項14】

前記第２のバイオリアクター（３）の第２の出口（３７）を前記槽（４）の第１の入口（４４）に流体接続する前記第３の流体接続部（６３）は、前記ヘッドスペース（４２）を含む前記槽（４）の上部（４１）中に延在し、前記延在部分は、前記槽（４）に供給される第２の媒質（３３）を霧状にするためのノズル（１２）を含む、請求項１２または１３の何れか一項に記載の装置（１）。

【請求項15】

前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する第１の流体接続部（６１）は、ＣＯ_２を、前記第２のバイオリアクター（３）へのその移送の前に濃縮するためのＣＯ_２濃縮装置（８）を含む、請求項１２～１４の何れか一項に記載の装置（１）。

【請求項16】

前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する前記第１の流体接続部（６１）は、ＣＯ_２を中間貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンク（１３）を含む、請求項１２～１５の何れか一項に記載の装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオテクノロジーの分野、特にバイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

バイオ生成物、たとえばバイオ系化学物質のバイオテクノロジー的製造は、長らく公知であり、たとえば化学工業における商業利用に向けて持続可能性および環境友好性を高めた方法での化学物質の提供が期待される。例として、石油から誘導される化石燃料を置き換えるためにバイオエタノールまたはバイオディーゼルのようないわゆるバイオ燃料がバイオプロセスで製造されている（たとえば特許文献１、特許文献２参照）。しかし、増加しつつある大気中の二酸化炭素（ＣＯ_２）の量に起因する地球温暖化を考慮すると、化学物質を大規模に製造するためのバイオプロセスも持続可能であるためにＣＯ_２の放出を最小限にしなければならない。

【0003】

特許文献１と特許文献２との両方は、第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の、製造されたＣＯ_２を再使用するための、第２のバイオプロセスにおける固定を記載している。特許文献１は、炭素源を脂質に変換するための方法であって、脂質製造は、油性酵母ヤロウィア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ ｌｙｐｏｌｙｔｉｃａ）を用いて好気発酵槽中で実行され、脂質製造時に発生する二酸化炭素は、クロストリジウム属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ．）の細菌によって嫌気発酵槽中で実行されるＣＯ_２固定によって炭素基質に変換される方法を開示している。これらのクロストリジウムは、水の電気分解によって製造され嫌気発酵槽中に供給されるＨ_２気体を還元剤として用いる。特許文献２は、製造されたＣＯ_２を、たとえばバイオ燃料を産生する酵母細胞によって固定する光合成植物細胞を用いる、バイオ燃料の製造を開示している。

【0004】

特許文献３は、とりわけ、たとえば煙道気体からの二酸化炭素の酸水素（「クナールガス（Ｋｎａｌｌｇａｓ（爆鳴気）」）細菌による捕集および固定のための方法であって、酸素および水素は、たとえば水の電気分解によって提供することができる方法を記載している。「クナールガス」細菌を用いるバイオ燃料のバイオテクノロジー的製造は、非特許文献１にも記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１１／０８８３６４（Ａ９）号

【特許文献2】国際公開第２００９／１３３３５１（Ａ２）号

【特許文献3】国際公開第２０１１／１３９８０４（Ａ２）号

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】ブリガム（Ｂｒｉｇｈａｍ）、Ｃ．、「ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ）およびその他の『クナールガス』細菌を用いるＣＯ２およびＨ２からのバイオ燃料のバイオテクノロジー的製造への展望（Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｆｕｅｌｓ ｆｒｏｍ ＣＯ２ ａｎｄ Ｈ２ ｕｓｉｎｇ Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ‘Ｋｎａｌｌｇａｓ’ ｂａｃｔｅｒｉａ）」、アプライド・マイクロバイオロジー・アンド・バイオテクノロジー（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）１０３巻（２０１９年）、１０．１００７／ｓ００２５３－０１９－０９６３６－ｙ）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

持続可能性、特に二酸化炭素の純生産量を最小にすることに関してバイオ生成物、特にバイオ系化学物質のバイオテクノロジー的製造を改善することが本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の側面において本発明は、バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセスであって、
ａ）第１のバイオリアクター中での第１の圧力ｐ１における第１の媒質中の第１の種類の微生物の培養を含む第１のバイオプロセスであって、該バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオプロセスと、
ｂ）第２のバイオリアクター中での第２の圧力ｐ２における第２の媒質中の第２の種類の微生物の培養を含む第２のバイオプロセスであって、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）の第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオプロセスと、
ｃ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解し、電気分解によって製造されたＯ_２の少なくとも一部を第２のバイオプロセスおよび／または第１のバイオプロセスに供給し、電気分解によって製造されたＨ_２の少なくとも一部をヘッドスペースおよび第３の媒質を第３の圧力ｐ３において収容している槽に供給するステップであって、第３の媒質は、第２のバイオリアクター中の第２の媒質と同一であるステップと、
ｄ）Ｈ_２を含有する第３の媒質の少なくとも一部を槽から第２のバイオプロセスに供給するステップと、
を含み、ステップｂ）の第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスの少なくとも一部は、ステップａ）の第１のバイオプロセスのためのＣ源として用いられ、ｐ３≧ｐ２≧ｐ１であるプロセスを提供する。

【0009】

本プロセスは、２つのバイオプロセスを組み合わせ、第１のバイオプロセスは、ＣＯ_２製造プロセスであり、第２のバイオプロセスは、ＣＯ_２消費バイオプロセスであり、第２のバイオプロセスは、水素を酸化し、酸素を還元する微生物、たとえば「クナールガス」細菌による、第１のバイオプロセスにおいて製造された二酸化炭素の非光合成生物固定を含む。第１のバイオプロセスと第２のバイオプロセスとは、別々のバイオリアクター中で空間的に互いに離間して実行される。第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２は、第２のバイオプロセスにおいて少なくとも部分的に、好ましくは少なくともほとんど、または完全に消費されるために第２のバイオプロセスに供給される。本発明のプロセスは、好ましくは、「ＣＯ_２ニューラル」プロセス、すなわち製造された二酸化炭素が少なくとも基本的には完全に消費され、そのため環境にＣＯ_２が放出されないプロセスである。第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスは、炭素源として第１のバイオプロセスからのＣＯ_２の少なくとも一部とともに第１のバイオプロセスのための追加の炭素源として用いられる。バイオマスは、追加の窒素源として使用されることもある。さらに、水の電気分解によって製造され、第２のバイオプロセスの微生物によって電子受容体として用いられる酸素気体は、第２のバイオプロセスに、あるいはまたはさらに、第１のバイオプロセスに直接供給され、電気分解によって製造され、第２のバイオプロセスの微生物によって電子供与体として用いられる水素気体は、直接ではなく、別の槽中に収容されている媒質を介して間接的に第２のバイオプロセスに供給される。第２のバイオプロセスへの酸素と水素とのこの別々の供給の利点は、たとえば、爆発保護に関する安全性の増大である。さらに、これは、水媒質中のＨ_２の乏しい溶解度への対策として役立つ。

【0010】

用語「バイオ生成物」は、バイオプロセスの生成物、たとえば化石原料に基づく化学物質と対照的に、たとえば生細胞中の化学反応の成分であるか、生細胞中の化学反応によって製造されるかまたは生細胞中の化学反応に関与する化合物、特に有機化合物を指す。バイオマスから誘導されるバイオ系化学物質は、化石原料から誘導される既存の化学物質と構造的に同一であってもそのような化学物質と構造的に異なっていてもよい。バイオ系化学物質の例は、たとえば脂肪酸および脂肪酸誘導体、たとえば脂質、アルコール、たとえばジオール、および酸、バイオポリマーまたは重合用モノマー、ペプチド等を含む。この用語は、バイオプロセスの生成物、たとえば生きているか、凍結乾燥されたかまたは加水分解された微生物としてのバイオマスも包含する。上記で定義されたように、用語「バイオ系化学物質」は、生細胞中の化学反応の成分であるか、生細胞中の化学反応によって製造されるかまたは生細胞中の化学反応に関与する化合物、特に有機化合物に関する。用語「バイオ化学物質」も「バイオ系化学物質」と同義的に用いられることがある。本発明は、主にバイオ系化学物質の製造に関連して記載されることがあり、また主にこのことを意図しているが、このことは、たとえばバイオ生成物としてのバイオマスの製造を除外すると解釈されるべきではない点に留意するべきである。

【0011】

用語「脂質」は、（クロロホルムまたはエーテルのような）非極性有機溶媒中に可溶性であり、水のような極性溶媒中に通常は不溶性である有機化合物に関し、たとえば油脂、油、ワックス、リン脂質およびステロイドを含む。

【0012】

本明細書において用いられる用語「バイオプロセス」は、あらゆる生物プロセス、すなわち所望の生成物を得るために生細胞、特に細菌のような生きている微生物、または生細胞の機能構成要素、たとえば酵素、無細胞系またはオルガネラを含むプロセスに関する。生成物は、化合物、たとえば有機化合物、化合物の混合物、たとえば有機化合物の混合物またはバイオマスのことがある。例は、グルコース、デンプン、グリセロールまたは類似物のような基質からの脂質の製造である。

【0013】

「バイオリアクター」とは、適当な媒質、たとえば微生物、たとえば細菌細胞の培養物の増殖を支援するために適した水媒質を提供することができるか、生物プロセスおよび／または生化学プロセスおよび反応を実行させることができるかまたは生物プロセスおよび／または生化学プロセスおよび反応を行わせることができる条件を創出することができる作業体積を含む反応器を意味すると理解される。これらのプロセスおよび反応は、物質変換、たとえば生細胞または無細胞系による物質の合成、修飾または分解、あるいはバイオマスの成長、すなわち生細胞、たとえば細菌細胞の増殖であってよい。実行されるべきプロセスのタイプおよび／またはプロセスを実行するために用いられる微生物のタイプに応じて、バイオリアクターは、たとえば媒質の通気／換気および／または撹拌のための設備を備えることがある。

【0014】

バイオリアクターまたは槽に関する用語「閉じた」は、光バイオリアクターまたは槽を加圧することができるように光バイオリアクターまたは槽が周囲の環境に対して閉じられていることを意味する。これは、バイオリアクターまたは槽が、たとえば流体、たとえば気体、たとえばＣＯ_２、または液体を容器に導入するかまたは容器から取り出すことができる開口部、接続部または類似物を有する可能性を除外しない。

【0015】

本明細書において用いられる用語「クナールガス細菌」、「水素細菌」、「Ｈ_２細菌」または「酸水素細菌」は、自己栄養的に成長する、すなわち水素（Ｈ_２）を酸化し、酸素（Ｏ_２）を最終電子受容体として用いる一方で二酸化炭素を固定することができる、生理学的に定義された群の細菌に関する。用語水素細菌またはＨ_２細菌に代わって略語ＨＯＢが用いられることがある。用語「酸水素」は、「クナールガス」と同義的に用いられることがある。「クナールガス」は、気体水素と気体酸素との混合物である。クナールガス細菌は、好気性の任意化学合成無機独立栄養細菌である。クナールガス細菌の例は、ヒドロゲノフィラス・テルモルテオラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ ｔｈｅｒｍｏｌｕｔｅｏｌｕｓ）、ヒドロゲノバクター・テルモフィラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、ヒドロゲノビブリオ・マリナス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｖｉｂｒｉｏ ｍａｒｉｎｕｓ）、クプリアビダス・メタリヅランス（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ）（旧アルカリゲネス・ユウトロファ（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｅｕｔｒｏｐｈａ）またはラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ））、ロドコッカス・オパカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ ｏｐａｃｕｓ）、キサントバクター・アウトロフィカス（Ｘａｎｔｏｂａｃｔｅｒ ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｓ）およびクプリアビダス・ネカトール（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ）である。次の簡略化された一般反応スキームは、クナールガス細菌によるＯ_２を電子受容体とするＨ_２酸化による好気的ＣＯ_２固定を記載する。Ｈ_２＋Ｏ_２＋ＣＯ_２→バイオマス＋Ｈ_２Ｏ

【0016】

用語「化学合成の（chemotrophic）」は、光から自らのエネルギーを導く「光栄養（phototrophic）」生物とは対照的に化合物の酸化をエネルギー源として用いる生物に関する。用語「化学合成無機栄養の（chemolithotrophic）」は、有機化合物を電子供与体として用いる生物に関する用語「化学合成有機酸化の（chemoorganotrophic）」とは対照的に無機化合物、たとえば水素気体を電子供与体として用いる生物に関する。用語「独立栄養生物（autotroph）」または「従属栄養生物（heterotroph）」は、炭素源に関し、「独立栄養」生物ではＣＯ_２が炭素源であり、「従属栄養」生物では有機炭素化合物が炭素源である。用語「混合栄養の（mixotrophic）」は、有機化合物とＣＯ_２との両方を炭素源として用いることができる生物のために用いられることがある。用語「化学合成無機独立栄養の（chemolithoautotrophic）」は、無機化合物をエネルギー源および電子供与体、ＣＯ_２を炭素源として用いる生物に関する。用語「条件的化学合成無機独立栄養の（facultative chemolithoautotrophic）」は、化学合成有機従属栄養的に（chemoorganoheterotrophically）成長することもできる生物を示す。たとえば、「クナールガス」細菌は、Ｈ_２が対流圏濃度であるときは従属栄養的に成長し、Ｈ_２がより高い濃度で利用可能であるときだけ化学合成無機栄養的に成長する（パンフリー（Ｐｕｍｐｈｒｅｙ）ＧＭ、ランチョウ－ペイルース（Ｒａｎｃｈｏｕ―Ｐｅｙｒｕｓｅ）Ａ、スペイン（Ｓｐａｉｎ）、ＪＣ．、「ＤＮＡ安定同位体探測による独立栄養水素細菌の培養非依存検出（Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ ｂｙ ＤＮＡ ｓｔａｂｌｅ－ｉｓｏｔｏｐｅ ｐｒｏｂｉｎｇ）」、アプライド・エンバイアロンメンタル・マイクロバイオロジー（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ）、７７巻、１４号、ｐ．４９３１－４９３８（２０１１年）、ｄｏｉ：１０．１１２８／ＡＥＭ.００２８５－１１）。

【0017】

用語「酵母」は、真核単細胞菌類の微生物に関する。酵母の例は、サッカロミセス・セレビシアエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）、カンジダ・アルビカンス（Ｃａｎｄｉｄａ ａｌｂｉｃａｎｓ）、ヤロウィア・リポリティカである。用語「油性酵母」は、細胞乾燥重量の２０％以上を脂質の形で蓄えることができる酵母に関する（たとえば脂肪、たとえばエイベルン（Ａｂｅｌｎ）、Ｆ．、チャック（Ｃｈｕｃｋ）、Ｃ．Ｊ．、「油性酵母研究の歴史、先端技術および将来展望（Ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ，ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｏｌｅａｇｉｎｏｕｓ ｙｅａｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ）」、マイクロバイアル・セル・ファクトリーズ（Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｃｅｌｌ Ｆａｃｔｏｒｉｅｓ）、２０巻、ｐ．２２１（２０２１年）、ｄｏｉ：１０．１１８６／ｓ１２９３４－０２１－０１７１２－１；ブロムクビスト（Ｂｌｏｍｑｖｉｓｔ）、Ｊ．、ピコバ（Ｐｉｃｋｏｖａ）、Ｊ．、ティラミ（Ｔｉｌａｍｉ）、Ｓ．Ｋ．ら、「魚餌中の成分としての油性酵母原料（Ｏｌｅａｇｉｎｏｕｓ ｙｅａｓｔ ａｓ ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｆｉｓｈ ｆｅｅｄ）」、サイエンティフィック・リポーツ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ）、８巻、ｐ．１５９４５（２０１８年）、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｓ４１５９８－０１８－３４２３２－ｘ参照）。油性酵母の例は、クタネオトリコスポロン・オレアギノスス（Ｃｕｔａｎｅｏｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ ｏｌｅａｇｉｎｏｓｕｓ）、ロドトルラ・トルロイデス（Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ）、ヤロウィア・リポリティカ、リポミセス・スタルキイ（Ｌｉｐｏｍｙｃｅｓ ｓｔａｒｋｅｙｉ）、トリコスポロン・オレアギノスス（Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ ｏｌｅａｇｉｎｏｓｕｓ（旧クリプトコッカス・クルバタス（Ｃｒｙｐｔｏｃｏｃｃｕｓ ｃｕｒｖａｔｕｓ））およびロドスポリジウム・トルロイデス（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ）である。

【0018】

用語「水を電気分解する」は、水を水素と酸素とに分割するために直流が用いられるプロセスに関する。用語「電気分解装置」は、水を電気分解することができる装置を示すために用いられる。

【0019】

用語「水素」は、明確に表明されるかまたは文脈から疑いなく明白でない限り、二水素、すなわち単結合によって結合した２つの水素原子からなる元素分子Ｈ_２に関する。Ｈ_２に代わって用語「分子水素」または「気体水素」も同義的に用いられることがある。

【0020】

用語「酸素」は、明確に表明されるかまたは文脈から疑いなく明白でない限り、単結合によって結合した２つの酸素原子からなる元素分子Ｏ_２に関する。Ｏ_２に代わって用語「分子酸素」または「気体酸素」も同義的に用いられることがある。

【0021】

用語「Ｃ源」または「炭素源」は、細胞材料を構成する化合物中に組み込むことができるかまたは組み込まれている少なくとも１つの炭素原子を含む化合物に関する。特に独立栄養細菌にとってのＣ源の例は、ＣＯ_２である。

【0022】

「第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスの少なくとも一部は、第１のバイオプロセスのためのＣ源として用いられる」という用語は、該バイオマスが第１のバイオプロセスの唯一の炭素源であることを意味すると解釈されるべきではない。むしろ、バイオマスは、第１のバイオプロセスにおいて用いられる追加の炭素源として使用される。さらに、この用語は、該バイオマスが他の目的で、たとえば追加の窒素源として使用され得ることも除外しない。

【0023】

用語「ＣＯ_２固定」または「炭素固定」は、特に二酸化炭素の形での、無機炭素の有機炭素化合物、たとえば炭水化物への生物取り込みに関する。用語「二酸化炭素の非光合成生物固定」は、光合成を含まない、すなわち非光合成生物による炭素固定に関する。

【0024】

用語「発酵」または「発酵の」は、微生物の活動が化合物、食品または飲料に望ましい変化をもたらすあらゆるプロセスを指す。

【0025】

「第３の媒質は、第２の媒質と同一である」という表現は、第３の媒質と第２の媒質とが少なくとも基本的に同じ組成、すなわちは基本的に同じ濃度の同じ成分を有することを意味する。この用語は、溶解した気体の濃度、たとえばＨ_２、Ｏ_２およびＣＯ_２の濃度が同一であることを暗に意味するものではない。

【0026】

「電気分解によって製造されたＯ_２の少なくとも一部を第２のバイオプロセスおよび／または第１のバイオリアクターに供給する」という表現は、電気分解生成したＯ_２の全部または一部が第１のバイオプロセスだけに供給されるか、電気分解生成したＯ_２の全部または一部が第１のバイオプロセスだけに供給されるか、あるいは電気分解生成したＯ_２の少なくとも一部が、同時であれ断続的であれ、第１のバイオプロセスに部分的に供給され、第２のバイオプロセスに部分的に供給されることを含む。用語「の一部」または「部分的に」は、連続する全気体流の部分流、または時間的に分割されたＯ_２気体の流れの一部分を指すことがある。したがって第２のバイオプロセスに導かれる酸素の連続流の一部が全酸素流から分離され、第１のバイオプロセスの酸素供給のために用いられることがあり（下記参照）、および／または全酸素気体流は、たとえば第１の期間は第２のバイオプロセス、第２の期間は第１のバイオプロセスに供給されることがある。酸素が第２のバイオプロセスに「直接」供給されるという定式化は、該酸素が貯蔵タンク、たとえば気体ボンベ中に中間貯蔵されることを除外しない。

【0027】

「第１のバイオプロセスにおいて製造された二酸化炭素は、第１のバイオプロセスから回収され、第２のバイオプロセスに供給される」という表現は、ＣＯ_２が第１のバイオプロセスから選択的に回収され、第２のバイオプロセスに供給されることを意味すると解釈されるべきではなく、ＣＯ_２を含有する空気が第１のバイオプロセスから、たとえば第１のバイオリアクターのヘッドスペースから回収され、任意選択としてＣＯ_２が富化または濃縮されたＣＯ_２含有空気が第２のバイオリアクターに供給されることを意味すると解釈されるべきである。

【0028】

本発明のプロセスにおいて、電気分解生成した酸素は、一実施形態において、第２の種類の微生物の酸素の供給のために第２のバイオプロセスだけに供給されてよい。代替実施形態において、電気分解生成した酸素は、この実施形態において好ましくは好気バイオプロセスまたは少なくとも微好気バイオプロセスである第１のバイオプロセスだけに供給されてよい。この実施形態において、好気性の第２のバイオプロセスの酸素供給は、第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２を含有する気体流によって提供され、この気体流は、第１のバイオプロセスから回収され、第２のバイオプロセスに供給される。したがって、第２のバイオプロセスは、第１のバイオプロセスからの残留酸素を供給される。別の実施形態において、電気分解生成した酸素は、第１のバイオプロセスに部分的に供給されて、第２のバイオプロセスに部分的に供給される。酸素は、量または時間に関して分割され、すなわち、第１および第２のバイオプロセスに連続的に供給されるかまたはこれらのバイオプロセスに断続的に供給される２つの部分流に分割されてよい。

【0029】

本発明のプロセスの好ましい実施形態において、第３の圧力ｐ３は、第２の圧力ｐ２以上であり、第２の圧力ｐ２は、第１の圧力ｐ１以上である。特に好ましい、第３の圧力ｐ３は、第２の圧力ｐ２より大きく、第２の圧力は、第１の圧力ｐ１より大きく、すなわちｐ３＞ｐ２＞ｐ１である。さらに好ましい、ｐ１は、大気圧より大きい。Ｈ_２気体が供給される第３の媒質を有する槽の中の圧力ｐ３が大きくなるほど気体の溶解度の圧力依存性に起因して第３の媒質中に溶解させることができるＨ_２の量が大きくなる。第２のバイオリアクター中の圧力ｐ２が圧力ｐ３と比較して低くなると、第２の媒質へのＨ_２の放出が容易になる。槽は、第３のバイオリアクターとして構成されてよい。

【0030】

第１のバイオプロセスは、所望のバイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが製造される結果となるどのようなバイオプロセスであってもよい。好ましくは、第１のバイオプロセスは、Ｈ_２またはＣＯのような強く還元する気体の製造を含まないバイオプロセスである。第１のバイオプロセスは、好気プロセス、嫌気プロセスまたは微好気プロセスであってよい。好ましくは、第１のバイオプロセスは、好気プロセスまたは少なくとも微好気プロセスである。バイオ生成物は、それぞれのバイオ生成物に適当なあらゆる方法によって、たとえばバイオ生成物が細胞中に貯蔵されている場合、第１のバイオプロセスにおいて培養された細胞の少なくとも一部を回収することによって、第１のバイオプロセスから回収されてよい。第１のバイオプロセスから回収された細胞は、次に、バイオ生成物を得るためにさらに処理されることがある。第１のバイオプロセスは、バイオマス、たとえば第１のバイオプロセスにおいて増殖した生きている微生物の細胞塊の製造のためのバイオプロセスのこともある。本発明によるプロセスの好ましい実施形態において、第１のバイオプロセスは、好気バイオプロセスである。さらに好ましい、第１のバイオプロセスは、脂質の製造のための発酵プロセスである。好ましくは、発酵プロセスは、油性酵母、好ましくはロドスポリジウム・トルロイデスの培養を含む。あるいはまたはさらに、第１のバイオプロセスは、好ましくはロドスポリジウム・トルロイデスを用いる、カロチノイドの製造を含む（たとえば、イグレハ（Ｉｇｒｅｊａ）、Ｗ．Ｓ．；マイア（Ｍａｉａ）、Ｆ．ｄ．Ａ．；ロペス（Ｌｏｐｅｓ）、Ａ．Ｓ．；クリステ（Ｃｈｒｉｓｔｅ）、Ｒ．Ｃ．、「低コスト基質を用いるカロチノイドのバイオテクノロジー的製造は培養パラメータの影響を受ける 総説（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ Ｕｓｉｎｇ Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ－Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｉｓ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ）」、インターナショナル・ジャーナル・オブ・モレキュラー・サイエンセズ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）、２２巻、ｐ．８８１９（２０２１年）、ｄｏｉ：１０．３３９０／ｉｊｍｓ２２１６８８１９；ヤエガシ（Ｙａｅｇａｓｈｉ）、Ｊ．、カービー（Ｋｉｒｂｙ）、Ｊ．、イトウ（Ｉｔｏ）、Ｍ．ら、「ロドスポリジウム・トルロイデス、リグノセルロースからテルペンバイオ燃料およびバイオ生成物への変換のための新しいプラットフォーム生物（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ：ａ ｎｅｗ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｒｇａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｉｎｔｏ ｔｅｒｐｅｎｅ ｂｉｏｆｕｅｌｓ ａｎｄ ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ）」、バイオテクノロジー・フォア・バイオフューエルズ・アンド・バイオプロダクツ（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｏｒ Ｂｉｏｆｕｅｌｓ Ａｎｄ Ｂｉｏｐｒｏｄｕｃｔｓ）、１０巻、ｐ．２４１（２０１７年）、ｄｏｉ：１０．１１８６／ｓ１３０６８－０１７－０９２７－５参照）。第１のバイオプロセスにおいて用いられる微生物、たとえば酵母細胞は、遺伝子工学的に操作されてよい。

【0031】

好気性の第１のバイオプロセスの場合、電気分解法で生成した酸素は、第１のバイオプロセスだけに供給されてよく、または好気プロセスを支持するために第１のバイオプロセスにも部分的に供給されてよい。後者は、たとえばａ）Ｏ_２気体流は、２つの気体流に分割され、その一方が第２のバイオプロセス、他方が第１のバイオプロセスに供給されるか、またはｂ）全Ｏ_２気体流が第１または第２のバイオプロセスに断続的に供給されることで実行されてよい。両選択肢ａ）とｂ）との組み合わせも当然可能である。上記のように、酸素は、第１のバイオプロセスだけに供給され、第２のバイオプロセスは、第１のバイオプロセスから回収されたＣＯ_２を含有する気体の流れによって酸素を供給されることも可能である。

【0032】

本発明のプロセスの好ましい実施形態において、第２のバイオプロセスは、非光合成バイオプロセスであり、Ｏ_２、Ｈ_２およびＣＯ_２の化学合成無機独立栄養消費を含む。この実施形態において、第２のバイオプロセスは、Ｏ_２を電子受容体としてＨ_２を酸化し、二酸化炭素を固定するクナールガス細菌が増殖するバイオプロセスである。好ましくは、二酸化炭素は、少なくとも大部分が、さらに好ましい、全体が第１のプロセスから生じる。第２のバイオプロセスにおいて用いられる微生物は、遺伝子工学的に操作されてよい。

【0033】

特に好ましい、第１のバイオプロセスは、酵母細胞、好ましくはロドスポリジウム属、特に好ましい、ロドスポリジウム・トルロイデスの培養を含む、脂質および／またはカロチノイドの発酵製造のための好気プロセスであり、第２のバイオプロセスは、Ｈ_２およびＯ_２によるクナールガス細菌、好ましくはヒドロゲノフィラス属、特に好ましい、ヒドロゲノフィラス・テルモルテオラスの化学合成無機独立栄養培養を含む。電気分解によって製造されたＯ_２は、第２のバイオリアクター中に供給されるが、電気分解からのＨ_２は、槽中に供給され、そこで第３の媒質中に溶解され、その一部は、水素細菌にＨ_２を供給するために第２のバイオリアクター中に供給される。第１のプロセスのための主炭素源は、たとえば炭素質の廃棄物および副生物（たとえばバイオマス加水分解物、糖蜜等）であってよい。しかし、他の炭素源、たとえばグリセロールまたはグルコースも可能である。この実施形態において、酵母細胞によって製造された二酸化炭素は、クナールガス細菌のバイオマスの製造を含む第２のバイオプロセスに供給され、クナールガス細菌は、化学合成無機独立栄養的に増殖する。したがって、本発明のプロセスの好ましい実施形態において第１の種類の微生物は、ロドスポリジウム属の微生物、好ましくはロドスポリジウム・トルロイデスであり、第２の種類の微生物は、ヒドロゲノフィラス属の微生物、好ましくはヒドロゲノフィラス・テルモルテオラスである。第２のバイオプロセスのためのクナールガス細菌と第１のバイオプロセスのための酵母または細菌との他の組み合わせも当然可能である。

【0034】

本発明によるプロセスの好ましい実施形態において、第２のバイオプロセスは、４０～５５℃、好ましくは４５～５５℃、５０～５５℃または５０～５３℃の間の温度において実施される。これは、好熱クナールガス細菌、たとえばヒドロゲノフィラス・テルモルテオラスの培養の場合に特に好ましい。

【0035】

本発明のプロセスの好ましい実施形態において、槽中の第３の媒質は、嫌気的に維持される。これは、たとえば、媒質が通気されないことで、および媒質中に導入されたＨ_２であらゆる酸素を消費する媒質中のクナールガス細菌の活動の結果として実現されてよい。

【0036】

第１、第２および第３の媒質は、それぞれの場合に、意図される目的、たとえば培養される微生物の増殖を支援するために適当である水媒質である。

【0037】

第２のバイオプロセスのための新鮮な媒質は、好ましくは槽中に供給されるが、あるいはまたはさらに、第２のバイオリアクター中にも供給されることがある。

【0038】

本発明のプロセスの好ましい実施形態において、第２の種類の微生物を含有する第２のバイオリアクターの第２の媒質の一部は、第２のバイオリアクターから回収され、該第２の媒質中に含有されるバイオマスは、少なくとも部分的に第２の媒質から分離され、加水分解され、第１のバイオプロセスに供給され、バイオマスから分離された第２の媒質は、第２のバイオプロセスにリサイクルされる。あるいは、またはさらに、バイオマスから分離された媒質は、槽に戻されてもよい。この実施形態において、第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスは、第１のバイオプロセスのための追加の炭素および窒素源、すなわち第１のバイオリアクター中で培養される微生物を増殖させるための基質として用いられる。さらに、第２のバイオプロセスにおいて製造され、第２の媒質から分離されたバイオマスの少なくとも一部は、プロセス全体から回収され、別個のバイオ生成物、たとえば魚餌として用いられてよい。

【0039】

本発明のプロセスのさらなる好ましい実施形態において、第２のバイオリアクターからの第２の媒質の一部は、槽に供給され、第３の媒質を収容している槽のヘッドスペース中に噴霧され、ある量、好ましくは槽に供給される第２の媒質の量と基本的に同じ量の第３の媒質が槽から第２のバイオリアクター中に供給される。第２のバイオリアクター中の媒質と槽中の媒質とは同じなので、第２のバイオリアクター中の媒質と槽中の媒質との一部が、好ましくは連続的に第２のバイオリアクターから槽へ、および第２のバイオリアクターに戻って循環する。媒質は、たとえばポンプおよびノズルの助けを借りて槽のヘッドスペース中に噴霧される。ポンプは、第２の媒質のうちの槽中に供給される部分の圧力を圧力＞ｐ３に高め、槽のヘッドスペース中で媒質を霧状にする。同時に、槽中のある量、好ましくは同じ量の第３の媒質が第２のバイオリアクターに戻される。この実施形態において、第２および第３の媒質の一部は、中の細菌を含めて第２のバイオプロセスと第３のバイオプロセスとの間で循環する。槽のヘッドスペース中の第２の媒質の微細な分布は、気相から液相へのＨ_２の移行を促進する。このようにして、槽中に供給された電気分解生成Ｈ_２気体は、槽中の媒質中に効率的に溶解し、第２のバイオプロセスに供給される。

【0040】

本発明のプロセスは、バッチプロセス、セミバッチプロセスまたは連続プロセスとして構成されてよい。好ましくは、本発明のプロセスは、連続プロセス、すなわち連続プロセスとして構成される。

【0041】

第１のバイオプロセスにおいて製造された二酸化炭素は、第１のバイオリアクターから、たとえば第１のバイオリアクターのヘッドスペースから回収され、第２のバイオリアクター中に供給される。第１のバイオリアクターからの回収の後、かつ第２のバイオリアクターへの導入の前に、該二酸化炭素は、好ましくは、たとえば適当な分離膜、たとえばＣＯ_２からＮ_２を分離する中空糸膜（たとえばトン（Ｔｏｎｇ）Ｚ、セキズカルデス（Ｓｅｋｉｚｋａｒｄｅｓ）ＡＫ．、「ＣＯ_２分離用高性能膜における最近の展開（Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｈｉｇｈ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｆｏｒ ＣＯ_２ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）」、メンブレンズ（Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ）（バーゼル）、１１巻、２号、ｐ．１５６（２０２１年）、ｄｏｉ：１０．３３９０／Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ１１０２０１５６；ハリルポーア（Ｋｈａｌｉｌｐｏｕｒ）Ｒ．、マムフォード（Ｍｕｍｆｏｒｄ）Ｋ．、ツァイ（Ｚｈａｉ）Ｈ．、アッバス（Ａｂｂａｓ）Ａ．、スティーブンス（Ｓｔｅｖｅｎｓ）Ｇ．、ルービン（Ｒｕｂｉｎ）Ｅ．Ｓ．、「煙道気体からの膜利用炭素捕集：総説（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－ｂａｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｃａｐｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｆｌｕｅ ｇａｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ）」、ジャーナル・オブ・クリーナー・プロダクション（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｌｅａｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）、１０３巻、ｐ．２８６－３００（２０１５年）、ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊ．ｊｃｌｅｐｒｏ．２０１４．１０．０５０；ＵＳ １０１１８１３６ Ｂ２参照）を使用することによって濃縮される。適当な膜は、たとえば中空糸膜「セピュラン（ＳＥＰＵＲＡＮ）（登録商標）グリーン（エボニク・インヅスツリー（Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ）、エッセン、ドイツ）である。

【0042】

第１のバイオリアクターから回収されたＣＯ_２は、任意選択として、たとえば第１のバイオプロセスと第２のバイオプロセスとが二酸化炭素製造および消費に関して同期して進行していない場合、および第２のバイオプロセスへのＣＯ_２供給のより良好な制御のために、貯蔵タンク、たとえば気体ボンベ中に中間貯蔵されてよい。

【0043】

好ましい実施形態において、電気分解法で生成した酸素は、クナールガス細菌の代謝活動を支援するために、少なくとも部分的に第２のバイオプロセスに直接供給される。酸素は、連続的にまたは断続的に第２のバイオプロセスに供給されることがある。酸素は、貯蔵タンク、たとえば気体ボンベ中に中間貯蔵されることがある。酸素は、第２のバイオプロセスにおいて測定された物理パラメータ、たとえばｐＨ、ｐＯ_２、ｐＨ_２、温度、細胞質量等に応じて第２のバイオプロセスに供給されることもある。第２のバイオリアクター中に供給される酸素の流速を制御するために、流量調節が適用されることがある。この実施形態において、電気分解法で生成した酸素は、特に好気バイオプロセスの場合に、連続的にまたは断続的に第１のバイオプロセスに追加的に供給されてよい。第１のバイオプロセスへの酸素流量も調節の対象とされてよい。

【0044】

第２の側面において本発明は、本発明のプロセスによるバイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のための装置であって、
ａ）第１のバイオプロセスを実行するために構成されている第１のバイオリアクターであって、第１のバイオプロセスは、第１の圧力ｐ１における第１の媒質中の第１の種類の微生物の培養を含み、第１のバイオプロセスは、バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオリアクターと、
ｂ）第２のバイオプロセスを実行するために構成されている第２のバイオリアクターであって、第２のバイオプロセスは、第２の圧力ｐ２における第２の媒質中の第２の種類の微生物の培養を含み、第２のバイオプロセスは、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオリアクターと、
ｃ）ヘッドスペースおよび第３の媒質を第３の圧力ｐ３において収容するように構成されている槽と、
ｄ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解するための電気分解装置と、
を含み、該装置は、さらに、
－第１のバイオリアクター中で製造されたＣＯ_２の第２のバイオリアクターへの移送のために、第１のバイオリアクターの第１の出口を第２のバイオリアクターの第１の入口に流体接続する第１の流体接続部と、
－第２のバイオリアクター中で製造されたバイオマスの第１のバイオリアクターへの移送のために、第２のバイオリアクターの第１の出口を第１のバイオリアクターの第１の入口に流体接続する第２の流体接続部と、
－第２の媒質の槽への移送のために、第２のバイオリアクターの第２の出口を槽の第１の入口に流体接続する第３の流体接続部と、
－第３の媒質の第２のバイオリアクターへの移送のために、槽の第１の出口を第２のバイオリアクターの第２の入口に流体接続する第４の流体接続部と、
－酸素Ｏ_２の第２のバイオリアクターへの移送のために、電気分解装置の第１の出口を第２のバイオリアクターの第３の入口に流体接続する第５の流体接続部と、
－酸素Ｏ_２の第１のバイオリアクターへの移送のために、電気分解装置の第１の出口を第１のバイオリアクターの第３の入口に流体接続する第６の流体接続部と、
－水素Ｈ_２の槽への移送のために、電気分解装置の第２の出口を槽の第２の入口に流体接続する第７の流体接続と、
を含む装置に関する。

【0045】

本発明の装置は、本発明のプロセスを実行するように構成され、第１のバイオリアクターと、第２のバイオリアクターと、バイオリアクターとして構成されてもよい槽と、を含む。これらのバイオリアクターおよび槽は、本発明のプロセスを実行するように互いに流体接続される。したがって、本装置は、これらのバイオリアクターおよび槽を、第１のバイオリアクター中で製造されたＣＯ_２の第２のバイオリアクターへの移送を可能にし、第２のバイオリアクターから第１のバイオリアクターにバイオマスを移送し、電気分解装置によって発生した酸素を第２のバイオリアクターおよび／または第１のバイオリアクターに、水素を槽中に供給し、第２のバイオリアクターと槽との間で媒質を循環させるように、流体的に相互接続する流体接続部、たとえばパイプまたは管または類似物を含む。

【0046】

本発明の装置の好ましい実施形態において、第２の流体接続部は、第２のバイオリアクターの第１の出口と第１のバイオリアクターの第１の入口との間に、第２の種類の微生物を第２の媒質から分離するための分離装置と、分離装置によって第２の媒質から分離された第２の種類の微生物を加水分解するための加水分解装置とを含む。分離装置は、バッチ式もしくは連続式で動作する遠心分離装置または中空糸膜モジュールであってよい。第２の種類の微生物から分離された媒質は、第２のバイオリアクターに戻され、槽中に供給されるかまたはプロセスから回収されてよい。

【0047】

本発明の装置のさらなる好ましい実施形態において、第２のバイオリアクターの第２の出口を槽の第１の入口に流体接続する第３の流体接続部は、ヘッドスペースを含む槽の上部中に延在し、延在部分は、槽中に供給された第２の媒質を霧状にするためのノズルを含む。

【0048】

さらに好ましい、第１のバイオリアクターの第１の出口を第２のバイオリアクターの第１の入口に流体接続する第１の流体接続部は、第１のバイオリアクター中で製造され、第１のバイオリアクターから回収されたＣＯ_２を、それが第２のバイオリアクターに移送される前に濃縮するためのＣＯ_２濃縮装置、好ましくは膜利用ＣＯ_２濃縮装置を含む。さらに一層好ましい、第１の流体接続部は、ＣＯ_２を貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンク、たとえば気体ボンベを含む。したがって、ＣＯ_２は、中間貯蔵され、必要なときに第２のバイオプロセスに供給されてよい。このことは、たとえばプロセス不調の場合に、または同等でないＣＯ_２製造速度と消費速度とを補償するために、第１のバイオプロセスにおけるＣＯ_２製造の第２のバイオプロセスにおけるＣＯ_２消費からの切り離しを可能にするため、有利である。

【0049】

酸素Ｏ_２の第１のバイオリアクターへの移送のために電気分解装置の第１の出口を第１のバイオリアクターの第３の入口に流体接続する第６の流体接続部は、第５の流体接続部の一部を共有する。本発明の装置の好ましい実施形態において、電気分解装置の第１の出口を第２のバイオリアクターの第３の入口に流体接続する第５の流体接続部は、第１のバイオリアクター中に延在し、電気分解装置の第１の出口を第１のバイオリアクターの第３の入口に流体接続する。好ましくは、酸素流を分割し、同時に第１および第２のバイオリアクターの両方に導くか、あるいは第１のバイオリアクターまたは第２のバイオリアクターのどちらかに断続的に導くことができるように、第５の流体接続部中に二方弁が挿入される。

【0050】

槽は、本装置が第１、第２および第３のバイオリアクターを含むように、バイオリアクターとして構成されてもよい。

【0051】

以下において、本発明は、単なる例として添付図面を参照してさらに詳細に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】本発明による装置の実施形態を示す略図。気体流は破線、液体流は実線。

【図2】図２に示した本発明による装置の実施形態の気体流および液体流を示した略図。気体流は破線、液体流は実線。

【発明を実施するための形態】

【0053】

図１は、本発明の装置１の簡略化された略図を示す。本装置は、３つの区画Ａ、ＢおよびＣを含む。区画Ａは、第１のバイオリアクター２、区画Ｂは、第２のバイオリアクター３、区画Ｃは、第３のバイオリアクターとして構成されることがある槽４を含む。第１のバイオリアクター２および第２のバイオリアクター３は、第１のバイオリアクター２中の第１の媒質２３または第２のバイオリアクター３中の第２の媒質３３を撹拌するための第１の撹拌装置２１および第２の撹拌装置３１をそれぞれ備える。第１のバイオリアクター２中では第１の圧力ｐ１、第２のバイオリアクター３中では第２の圧力ｐ２、槽４中では第３の圧力ｐ３が優勢である。

【0054】

第１のバイオリアクター２を含む区画Ａにおいて、第１のバイオプロセスが実行され、第１のバイオプロセスは、第１のバイオリアクター２中で培養される第１の種類の微生物によって所望のバイオ系化学物質が生成し、二酸化炭素ＣＯ_２の生成を伴うバイオプロセスである。そのような第１のバイオプロセスの例は、可変脂質製造のためのロドスポリジウム・トルロイデスによる通気酵母発酵である。ここでは、たとえば炭素含有廃材料および副生物（バイオマス加水分解物、糖蜜等）が主なＣ源として用いられる。脂質に加えて、Ｒ．トルロイデスは、水産物養殖における餌として（エビ養殖場、サケ養殖場、たとえばブロムクビスト（Ｂｌｏｍｑｖｉｓｔ）、Ｊ．、ピコバ（Ｐｉｃｋｏｖａ）、Ｊ．、ティラミ（Ｔｉｌａｍｉ）、Ｓ．Ｋ．ら、「魚餌中の成分としての油性酵母（Ｏｌｅａｇｉｎｏｕｓ ｙｅａｓｔ ａｓ ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｆｉｓｈ ｆｅｅｄ）」、サイエンティフィック・リポーツ（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ）、８巻、ｐ．１５９４５（２０１８年）、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｓ４１５９８－０１８－３４２３２－ｘ参照）または食品産業における着色剤として（たとえばイグレハ（Ｉｇｒｅｊａ）、Ｗ．Ｓ．、マイア（Ｍａｉａ）、Ｆ．ｄ．Ａ．、ロペス（Ｌｏｐｅｓ）、Ａ．Ｓ．、クリステ（Ｃｈｒｉｓｔｅ）、Ｒ．Ｃ．、「低コスト基質を用いるカロチノイドのバイオテクノロジー的製造は、培養パラメータの影響を受ける 総説（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ Ｕｓｉｎｇ Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ－Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｉｓ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ）」、インターナショナル・ジャーナル・オブ・モレキュラー・サイエンセズ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）、２２巻、ｐ．８８１９（２０２１年）、ｄｏｉ：１０．３３９０／ｉｊｍｓ２２１６８８１９参照）用いることができるカロチノイド含有バイオマスを産生する。脂質プロファイルは、Ｒ．トルロイデスの遺伝子組み替えによって調整することができる（ウェン（Ｗｅｎ） Ｚ．、チャン（Ｚｈａｎｇ）Ｓ．、オドー（Ｏｄｏｈ）Ｃ．Ｋ．、ジン（Ｊｉｎ）Ｍ．、チャオ（Ｚｈａｏ）Ｚ．Ｋ．、「ロドスポリジウム・トルロイデス―脂質以降のための潜在的赤色酵母シャーシ（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ－Ａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒｅｄ ｙｅａｓｔ ｃｈａｓｓｉｓ ｆｏｒ ｌｉｐｉｄｓ ａｎｄ ｂｅｙｏｎｄ）」、ＦＥＭＳイースト・リサーチ（ＦＥＭＳ Ｙｅａｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）、２０巻、５号、ｐ．ｆｏａａ０３８（２０２０年）、ｄｏｉ：１０．１０９３／ｆｅｍｓｙｒ／ｆｏａａ０３８）。製造された脂質プロファイルは、それらの脂質を化粧品／食品業界向にたとえばパーム油状からカカオバター状に分類することができるように変えて適応させることができる。

【0055】

第１の媒質２３と第１の種類の微生物、ここではたとえば油性酵母ロドスポリジウム・トルロイデスの細胞とを収容している第１のバイオリアクター２に空気１００が通気される。あるいはまたはさらに、水を電気分解する電気分解装置５中で発生した酸素が第１のバイオリアクター２に供給されてよい。第１のバイオリアクター２中で製造されたＣＯ_２を含有する排気は、第１のバイオリアクター２のヘッドスペース３２からコンプレッサー９を用いて回収され、第１の流体接続部６１を介して区画Ｂの第２のバイオリアクター３中で実行されるバイオプロセスにＣ源として供給される。たとえばパイプまたは管のことがある第１の流体接続部６１は、第１のバイオリアクター２の第１の出口２５を第２のバイオリアクター３の第１の入口３４に流体接続する。第２のバイオリアクター３への途中でＣＯ_２は、ＣＯ_２濃縮装置８、たとえば膜利用ＣＯ_２濃縮装置８を用いて濃縮され、その結果、主にＮ_２を含有するＣＯ_２欠乏空気１０２が排気流から除かれる。したがってＣＯ_２、またはより正確にはＣＯ_２が濃縮された空気が第２のバイオリアクター３に供給される送気速度ｖｇ２（図２参照）は、通気速度、すなわち空気１００が第１のバイオリアクター２およびコンプレッサー９に供給される速度によって設定される。図示の実施形態において、第１の流体接続部６１は、ここで、ＣＯ_２の流れの方向でＣＯ_２濃縮装置８の後にＣＯ_２を中間貯蔵するための貯蔵タンク１３をさらに含む。バイオ生成物１０１、たとえば区画Ａにおいて製造されたバイオ系化学物質、たとえば第１のバイオプロセスにおいて第１の媒質２３中に排出されて行くかまたは増殖した細胞中に蓄積されて行く化学物質を区画Ａにおいてバイオプロセスから回収することができる。

【0056】

区画Ｂにおいて、第２の種類の微生物、すなわち化学合成無機栄養性のいわゆる「クナールガス細菌」が第２のバイオリアクター３中でＣＯ_２、Ｈ_２およびＯ_２に依存して増殖する。区画Ｂにおいて培養される第２の種類の微生物は、指定される気体要件を有するあらゆる微生物であってよい。適当な微生物の例は、特に高い増殖速度を有するヒドロゲノフィラス・テルモルテオラスである（アライ（Ａｒａｉ）Ｈ、ショウムラ（Ｓｈｏｍｕｒａ）Ｙ、ヒグチ（Ｈｉｇｕｃｈｉ）Ｙ、イシイ（Ｉｓｈｉｉ）Ｍ．、「適度に好熱条件的な化学合成無機独立栄養水素細菌（ヒドロゲノフィラス・テルモルテオラスＴＨ－１）の全ゲノム配列（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｇｅｎｏｍｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ａ Ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ Ｆａｃｕｌｔａｔｉｖｅ Ｃｈｅｍｏｌｉｔｈｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ－Ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ Ｂａｃｔｅｒｉｕｍ，Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ ｔｈｅｒｍｏｌｕｔｅｏｌｕｓ ＴＨ－１）」、マイクロバイオロジー・リソース・アナウンスメンツ（Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔｓ））、７巻、６号、ｐ．ｅ００８５７－１８（２０１８年）、ｄｏｉ：１０．１１２８／ＭＲＡ．００８５７－１８）。区画Ｂにおけるバイオプロセスは、区画Ａにおける関連バイオプロセスからのＣＯ_２および残留Ｏ_２ならびに下記でより詳細に説明される電気分解装置５からの純Ｈ_２およびＯ_２を受け取る。

【0057】

第２のバイオリアクター３中で増殖する水素細菌によって用いられるＯ_２およびＨ_２は、電気分解装置５によって発生する。Ｏ_２は、電気分解装置５の第１の出口５５と第２のバイオリアクター３の第３の入口３８とを流体接続する第５の流体接続部６５を介して第２のバイオリアクターに直接供給される。図１に示される本発明の装置１の実施形態において流体接続部６５の延在部分６５１が第１のバイオリアクター２の第３の入口２８を流体接続部６５、したがって電気分解装置５の第１の出口５５と流体接続し、その結果、電気分解装置５によって発生したＯ_２を第６の流体接続部６６を介して第１のバイオリアクター２にも供給することでき、第６の流体接続６６は、第５の流体接続部６５の一部を共有する。Ｏ_２気体流を、第２のバイオリアクター３に供給される第１の部分ｖｇ４（図２参照）と延在部分６５１を介して第１のバイオリアクター２に供給される第２の部分ｖｇ５とに分けるために、たとえば二方弁８６が用いられることがある。弁８６は、代替法として、Ｏ_２流を第１のバイオリアクター２だけに導くか、またはＯ_２流を第２のバイオリアクターもしくは第１のバイオリアクター２に断続的に導くために用いられることがある。Ｏ_２気体は、別個の貯蔵タンク（図示せず）中に中間貯蔵されることがある。

【0058】

用いられる水媒質中では顕著に低くなるＨ_２の溶解度に起因して、かつ可燃性の空間を避け、したがって防爆を創出するべくＯ_２またはＨ_２を含有する気相を分離するために、Ｈ_２は、第２のバイオリアクター３に直接供給されない。代わって、Ｈ_２入口は、第３の媒質４３を収容している槽４を含む区画Ｃに配置を替えられるが、第３の媒質４３は、第２のバイオリアクター３中の第２の媒質３３に対応する。Ｈ_２気体は、電気分解装置５の第２の出口５７を槽４の第２の入口４６と流体接続する第７の流体接続部６７を介して槽４に供給される。Ｈ_２気体は、別個の貯蔵タンク（図示せず）に中間貯蔵されることもある。電気分解装置５は、槽４中に過剰圧力を蓄積する。この実施形態において、槽４中で優勢な圧力ｐ３は、他の区画、すなわち区画ＡおよびＢ中の圧力ｐ１およびｐ２と比較して最も高い圧力である。圧力の増大は、より高いＨ_２の溶解度係数を提供する。圧力は、電気分解装置５に流される電流Ｉ（Ｈ_２送気速度ｖｇ３に比例する、図２参照）と第２の弁８２の位置（閉度）とによって調整される。区画Ｂと区画Ｃとの間を循環する媒質は、Ｈ_２気体導入に追加の好ましい効果を及ぼす。この媒質サイクル操作のために第２のバイオリアクター３と槽４との間に第３および第４の流体接続部６３、６４が配置される。第３の流体接続部６３は、第２のバイオリアクター３の第２の出口３７を槽の第１の入口４４と流体接続し、第１の入口４４は、槽４のヘッドスペース４２の高さにおいて槽４の上部４１に配置される。第２のバイオリアクター３から槽４に第２の媒質３３を圧送するために第３の流体接続部６３中に第１のポンプ１０が配置される。第４の流体接続部６４は、槽４の第１の出口４５を第２のバイオリアクター３の第２の入口３６と流体接続し、槽４から第２のバイオリアクター３への第３の媒質４３の戻り流を可能にする。第２のバイオリアクター３への第３の媒質４３の流れは、たとえば第２の弁８２で制御することができる。第２の媒質３３の一部は、区画Ｂから回収され、ノズル１２を通してそれを区画Ｃの槽４のヘッドスペース４２に微細に噴霧するために、第１のポンプ１０を用いて圧力＞ｐ３にされる。Ｈ_２雰囲気を有する槽４のヘッドスペース４２中のこの微細な分配は、液相中のＨ_２のさらなる濃縮を確実にする。区画Ｂにおける第２のバイオプロセスへのＨ_２飽和媒質の流入は、ｖｌ１とｖｌ２（図２参照）を用いて第１のポンプ１０と第２の弁８２による回路によって調節することができる。このサイクル中には、種々の溶解気体濃度から利益を得ることができる第２の種類の微生物、すなわちクナールガス細菌もあろう。

【0059】

区画Ｂには、好ましくは圧力ｐ３より低い圧力ｐ２があり、ｐ２は、溶解したＨ_２が周囲の媒質中により良好に放出されることを可能にする。ここで、ＣＯ_２およびＯ_２の流入は、第２の撹拌装置３１による撹拌と、第２のバイオリアクター３のヘッドスペース３２の高さに配置された第２のバイオリアクター３の第３の出口３９と第１のバイオリアクター２のヘッドスペース２２の高さに配置された第１のバイオリアクター２の第２の入口２６とを流体接続する第９の流体接続部６９中に配置された弁８１を介する区画Ａと区画Ｂとの間の任意選択の気体サイクルと、によって増加される。

【0060】

区画Ａにおける圧力ｐ１は、好ましくは、ＢおよびＣにおけるより低いが、好ましくは大気圧をわずかに上回る。区画Ｂおよび区画Ｃにおいて、必要な場合、過剰な圧力は弁８３および弁８４を用いて低くするかまたは制御することができる。

【0061】

区画Ｂにおいて発生したバイオマスは、好ましくは、第２の種類の微生物の十分な細胞密度に達したら第２のポンプ１１および分離装置６を介して連続的に抜き出される。このプロセスにおいて、第２の種類の微生物を含有する第２の媒質３３は、第２のバイオリアクター３から回収され、細胞は、分離装置６、たとえば連続遠心分離装置、たとえばディスクスタック遠心分離装置、または中空糸膜モジュールを用いて第２の媒質３３から分離され、加水分解装置７中で加水分解され、第１のバイオリアクター２に供給される。これを目的として、第２の流体接続部６２、たとえばパイプまたは管は、第２のバイオリアクター３の第１の出口３５を第１のバイオリアクター２の第１の入口２４と流体接続する。分離装置６は、第２の媒質３３の流れの向きに関して、ポンプ１１の後に配置され、加水分解装置７は、分離装置６の後に配置される。この実施形態において、細胞から分離された第２の媒質３３は、分離された第２の媒質３３を有する分離装置６の部分を第２のバイオリアクター３の第４の入口３０に流体接続する第８の流体接続部６８を介して区画Ｂのバイオプロセスに戻される。任意選択として、第２の媒質は、たとえば再処理のために第５の弁８５を介して回路から取り出され、区画Ｃ中に再導入されてよい。抜き出されたバイオマスは、加水分解装置７を用いて加水分解され、追加のＣおよびＮ源として区画Ａにおけるバイオプロセスに供給される。バイオマスの少なくとも一部も回収され、別個のバイオ生成物、たとえば魚餌として用いられてよい。区画Ａにおけるバイオプロセスの動作モード（たとえばバッチまたは連続）に応じて、バイオマス後処理は、連続的にまたは間隔をおいて実行されてよい。このようにして、脂質発酵ステップにおける高価なグルコースの推定２０～６０％を節約することができ、脂質収率が高くなる方向にＣ収支を顕著に移行させることができる。

【0062】

区画Ｃにおいて、たとえば槽４の第３の入口４８において、新鮮な媒質１０３が本プロセスに導入されてよい。たとえば第１のバイオリアクター２の第３の出口２９を介して、第１の種類の微生物および／または第１の媒質２３が区画Ａから回収されてよい。

【0063】

図２は、図１に示される装置の簡略化された方式を示し、区画Ａ、ＢまたはＣへの、および区画Ａ、ＢまたはＣの間の気体流（破線）および液体流（実線）を示す（図１の記載参照）。

【符号の説明】

【0064】

１ 本発明の装置
２ 第１のバイオリアクター
２１ 第１の撹拌装置
２２ ヘッドスペース
２３ 第１の媒質
２４ 第１の入口
２５ 第１の出口
２６ 第２の入口
２８ 第３の入口
２９ 第３の出口
３ 第２のバイオリアクター
３０ 第４の入口
３１ 第２の撹拌装置
３２ ヘッドスペース
３３ 第２の媒質
３４ 第１の入口
３５ 第１の出口
３６ 第２の入口
３７ 第２の出口
３８ 第３の入口
３９ 第３の出口
４ 槽
４１ 槽の上部
４２ ヘッドスペース
４３ 第３の媒質
４４ 第１の入口
４５ 第１の出口
４６ 第２の入口
４８ 第３の入口
５ 電気分解装置
５５ （第１の）出口
５７ （第２の）出口
６ 分離装置
６１ 第１の流体接続部
６２ 第２の流体接続部
６３ 第３の流体接続部
６４ 第４の流体接続部
６５ 第５の流体接続部
６５１ 延在部分
６６ 第６の流体接続部
６７ 第７の流体接続部
６８ 第８の流体接続部
６９ 第９の流体接続部
７ 加水分解装置
８ ＣＯ_２濃縮装置
８１ 弁
８２ 第２の弁
８３ 弁
８４ 弁
８５ 第５の弁
８６ 二方弁
９ コンプレッサー
１０ 第１のポンプ
１１ 第２のポンプ
１２ ノズル
１３ ＣＯ_２貯蔵タンク
１００ 空気
１０１ バイオ生成物
１０２ ＣＯ_２欠乏空気
１０３ 新鮮な媒質
ｐ１ 第１の圧力
ｐ２ 第２の圧力
ｐ３ 第３の圧力

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のためのプロセスであって、
ａ）第１のバイオリアクター中での第１の圧力ｐ１における第１の媒質中の第１の種類の微生物の培養を含み、前記バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオプロセスであって、第１のバイオプロセスにおいて製造された二酸化炭素は、第２のバイオプロセスに供給され、
ｂ）第２のバイオリアクター中での第２の圧力ｐ２における第２の媒質中の第２の種類の微生物の培養を含む第２のバイオプロセスであって、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）の第１のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオプロセスと、
ｃ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解し、電気分解によって製造されたＯ_２の少なくとも一部を前記第２のバイオプロセスおよび／または前記第１のバイオプロセスに供給し、電気分解によって製造されたＨ_２の少なくとも一部をヘッドスペースおよび第３の媒質を第３の圧力ｐ３において収容している槽に供給するステップであって、前記第３の媒質は、前記第２のバイオリアクター中の第２の媒質と同一であるステップと、
ｄ）Ｈ_２を含有する前記第３の媒質の少なくとも一部を前記槽から前記第２のバイオプロセスに供給するステップと、
を含み、ステップｂ）の第２のバイオプロセスにおいて製造されたバイオマスの少なくとも一部は、ステップａ）の第１のバイオプロセスのためのＣ源として用いられ、
第１の種類の微生物は、酵母細胞であり、かつ、前記第２のバイオプロセスは、Ｏ _２ 、Ｈ _２ およびＣＯ _２ の化学合成無機独立栄養消費を含み、
第１の媒質、第２の媒質及び第３の媒質は、各場合において、微生物の培養物の増殖を支援するために適した水媒質である、プロセス。

【請求項2】

ｐ３≧ｐ２≧ｐ１、好ましくはｐ３＞ｐ２＞ｐ１である、請求項１に記載のプロセス。

【請求項3】

前記第１のバイオプロセスは、好気バイオプロセス、好ましくは発酵プロセスであり、脂質および／またはカロチノイドの製造のための発酵プロセスがさらに好ましい、請求項１または２に記載のプロセス。

【請求項4】

前記第２のバイオプロセスは、４０～５５℃、好ましくは４５～５５℃、５０～５５℃または５０～５３℃の間の温度で実施される、請求項１～３の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項5】

前記第２の種類の微生物を含有する前記第２のバイオリアクターの第２の媒質の一部は、前記第２のバイオリアクターから回収され、前記第２の媒質中に含有されるバイオマスは、少なくとも部分的に前記第２の媒質から分離され、加水分解され、前記第１のバイオプロセスに供給され、前記バイオマスから分離された前記第２の媒質は、前記第２のバイオプロセスにリサイクルされる、請求項１～４の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項6】

前記第２のバイオリアクターからの第２の媒質の一部は、前記槽中に供給され、前記槽の前記ヘッドスペース中に噴霧され、同じ量の第３の媒質が前記槽から前記第２のバイオリアクターに供給される、請求項１～５の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項7】

電気分解によって製造されたＯ_２の一部は、前記第１のバイオプロセスに供給される、請求項１～６の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項8】

前記第１の種類の微生物は、ロドスポリジウム（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ）属の微生物、好ましくはロドスポリジウム・トルロイデス（Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ ｔｏｒｕｌｏｉｄｅｓ）であり、前記第２の種類の微生物は、ヒドロゲノフィラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ）属の微生物、好ましくはヒドロゲノフィラス・テルモルテオラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ ｔｈｅｒｍｏｌｕｔｅｏｌｕｓ）である、請求項１～７の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項9】

ｐ１は、大気圧より大である、請求項１～８の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項10】

前記プロセスは、連続プロセスである、請求項１～９の何れか一項に記載のプロセス。

【請求項11】

請求項１～１０の何れか一項に記載のプロセスによるバイオ生成物のバイオテクノロジー的製造のための装置（１）であって、
ａ）第１のバイオプロセスを実行するために構成されている第１のバイオリアクター（２）であって、前記第１のバイオプロセスは、第１の圧力ｐ１における第１の媒質（２３）中の第１の種類の微生物の培養を含み、前記第１のバイオプロセスは、前記バイオ生成物と二酸化炭素ＣＯ_２とが生成する結果となる第１のバイオリアクター（２）と、
ｂ）第２のバイオプロセスを実行するために構成されている第２のバイオリアクター（３）であって、前記第２のバイオプロセスは、第２の圧力ｐ２における第２の媒質（３３）中の第２の種類の微生物の培養を含み、前記第２のバイオプロセスは、バイオマスを製造し、分子酸素Ｏ_２と、分子水素Ｈ_２と、ステップａ）のバイオプロセスにおいて製造されたＣＯ_２の少なくとも一部と、を消費するプロセスである第２のバイオリアクター（３）と、
ｃ）ヘッドスペース（４２）および第３の媒質（４３）を第３の圧力ｐ３において収容するように構成されている槽（４）と、
ｄ）水をＯ_２とＨ_２とに電気分解するための電気分解装置（５）と、
を含み、前記装置（１）は、さらに、
－前記第１のバイオリアクター（２）中で製造されたＣＯ_２の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する第１の流体接続部（６１）と、
－前記第２のバイオリアクター（３）中で製造されたバイオマスの前記第１のバイオリアクター（２）への移送のために、前記第２のバイオリアクター（３）の第１の出口（３５）を前記第１のバイオリアクター（２）の第１の入口（２４）に流体接続する第２の流体接続部（６２）と、
－第２の媒質（３３）の前記槽（４）への移送のために、前記第２のバイオリアクター（３）の第２の出口（３７）を前記槽（４）の第１の入口（４４）に流体接続する第３の流体接続部（６３）と、
－第３の媒質（４３）の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記槽（４）の第１の出口（４５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第２の入口（３６）に流体接続する第４の流体接続部（６４）と、
－酸素Ｏ_２の前記第２のバイオリアクター（３）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第１の出口（５５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第３の入口（３８）に流体接続する第５の流体接続部（６５）と、
－酸素Ｏ_２の前記第１のバイオリアクター（２）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第１の出口（５５）を前記第１のバイオリアクター（２）の第３の入口（２８）に流体接続する第６の流体接続部（６６）と、
－水素Ｈ_２の前記槽（４）への移送のために、前記電気分解装置（５）の第２の出口（５７）を前記槽（４）の第２の入口（４６）に流体接続する第７の流体接続部（６７）と、
を含み、
第１の媒質、第２の媒質及び第３の媒質は、各場合において、微生物の培養物の増殖を支援するために適した水媒質である、装置（１）。

【請求項12】

前記第２の流体接続部（６２）は、前記第２のバイオリアクター（３）の第１の出口（３５）と前記第１のバイオリアクター（２）の第１の入口（２４）との間に、前記第２の媒質（３３）から前記第２の種類の微生物を分離するための分離装置（６）と、前記第２の媒質（３３）から前記分離装置（６）によって分離された前記第２の種類の微生物を加水分解するための加水分解装置（７）と、を含む、請求項１１に記載の装置（１）。

【請求項13】

前記第２のバイオリアクター（３）の第２の出口（３７）を前記槽（４）の第１の入口（４４）に流体接続する前記第３の流体接続部（６３）は、前記ヘッドスペース（４２）を含む前記槽（４）の上部（４１）中に延在し、前記延在部分は、前記槽（４）に供給される第２の媒質（３３）を霧状にするためのノズル（１２）を含む、請求項１１または１２の何れか一項に記載の装置（１）。

【請求項14】

前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する第１の流体接続部（６１）は、ＣＯ_２を、前記第２のバイオリアクター（３）へのその移送の前に濃縮するためのＣＯ_２濃縮装置（８）を含む、請求項１１～１３の何れか一項に記載の装置（１）。

【請求項15】

前記第１のバイオリアクター（２）の第１の出口（２５）を前記第２のバイオリアクター（３）の第１の入口（３４）に流体接続する前記第１の流体接続部（６１）は、ＣＯ_２を中間貯蔵するためのＣＯ_２貯蔵タンク（１３）を含む、請求項１１～１４の何れか一項に記載の装置（１）。

【国際調査報告】