BR112014022787B1

BR112014022787B1 - método para esterilizar um módulo de membrana de separação

Info

Publication number: BR112014022787B1
Application number: BR112014022787-0A
Authority: BR
Inventors: Norihiro Takeuchi; Atsushi Kobayashi
Original assignee: Toray Industries, Inc
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2021-04-20
Also published as: WO2013137027A1; US20150050694A1; JPWO2013137027A1; JP6015654B2

Abstract

MÉTODO PARA ESTERILIZAR UM MÓDULO DE MEMBRANA DE SEPARAÇÃO, MÉTODO PARA PRODUZIR UMA SUBSTÂNCIA QUÍMICA E APARELHO DE FERMENTAÇÃO CONTÍNUA DO TIPO SEPARAÇÃO POR MEMBRANA. Tratas e de um método de esterilização a vapor d'água para esterilização a vapor d'água confiável de um módulo de membrana de separação em um curto tempo, um método para produzir uma substância química por fermentação contínua e um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana. O método de esterilização a vapor d'água para um módulo de membrana de separação de acordo com a presente invenção inclui: uma etapa de provimento de líquido (etapa S1) para prover um líquido que tem um ponto de ebulição de 80°C ou mais alto à pressão atmosférica para um lado secundário do módulo de membrana de separação de forma que uma razão de preenchimento do líquido em um espaço cercado por uma porção de uma membrana de separação que é usada para filtração seja de 70% ou mais; uma etapa de vedação de líquido (etapa S2) para vedar o líquido provido ao lado secundário do módulo de membrana de separação na e tapa de provimento de líquido de forma que a razão de preenchimento (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para esterilizar um módulo de membrana de separação que é usado, por exemplo, para filtrar microrganismos, por exemplo, de um líquido fermentado, a fim de obter uma substância química contida no líquido fermentado, a um método para produzir uma substância química por fermentação contínua e a um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Métodos de fermentação, isto é, métodos de produção de material envolvendo o cultivo de microrganismos ou células de cultura podem ser classificados de forma ampla em (1) um método de fermentação em batelada e um método de fermentação em batelada alimentada e (2) um método de fermentação contínua.

[003] O método de fermentação em batelada e o método de fermentação em batelada alimentada em (1) acima têm as vantagens de que suas instalações são simples, de que o cultivo é terminado em um curto tempo e de que o dano devido à contaminação por germes é pequeno. Entretanto, a concentração da substância química na solução de cultura de fermentação aumenta com o tempo e, portanto, a produtividade e o rendimento da substância química diminuem devido à influência da pressão osmótica, à inibição pela substância química, etc. Portanto, é difícil manter estavelmente um alto rendimento e uma alta produtividade por muito tempo.

[004] O método de fermentação contínua em (2) acima é caracterizado pelo fato de que alto rendimento e alta produtividade podem ser mantidos por um longo tempo devido ao fato de que o acúmulo da substância química-alvo a uma alta concentração em um fermentador é evitado. Quanto ao método de fermentação contínua, um método de cultivo contínuo para fermentação de ácido L-glutâmico ou L-lisina foi revelado (consulte a Literatura Não Patente 1). Entretanto, nesse exemplo, um a matéria-prima é continuamente provida a uma solução de cultura de fermentação e, ao mesmo tempo, a solução de cultura de fermentação que contêm um microrganismo ou células de cultura é extraída. Portanto, o microrganismo ou as células de cultura na solução de cultura de fermentação são diluídos, de forma que o aperfeiçoamento na eficiência de produção é limitado.

[005] Em um método de fermentação contínua proposto, um microrganismo ou células de cultura são filtrados com o uso de membranas de separação para coletar uma substância química do filtrado e, ao mesmo tempo, o microrganismo ou as células de cultura em um retentado são mantidos na solução de cultura de fermentação ou fluidos novamente para, assim, manter a concentração do microrganismo ou das células de cultura na solução de cultura de fermentação em um nível alto. Por exemplo, em uma técnica proposta, a fermentação contínua é desempenhada em um aparelho de fermentação contínua que usa, como membranas de separação, membranas planas formadas de um polímero orgânico (consulte a Literatura de Patente 1).

[006] Em tal fermentação contínua, é preferencial cultivar uma cultura pura com a contaminação de germes evitada. Quando germes são introduzidos, por exemplo, a partir do módulo de membrana de separação durante a filtração da solução de cultura de fermentação, a substância química não pode ser produzida de forma eficiente devido a uma redução em eficiência de fermentação, à espumação no fermentador, etc. Portanto, o fermentador, suas instalações periféricas e as membranas de separação precisam ser esterilizados antes da fermentação a fim de evitar contaminação com germes.

[007] Exemplos do método de esterilização podem incluir esterilização por flambagem, esterilização a calor seco, esterilização por fervura, esterilização a vapor d’água, esterilização por raios ultravioleta, esterilização por raios gama e esterilização a gás. Entretanto, deve-se notar que quando a umidade nos poros das membranas de separação é perdida e as membranas de separação são secadas, sua função de separação desaparece. Um método de esterilização com o uso de um agente pode ser usado. Entretanto, esse método tem um problema com pós-tratamento do agente após a esterilização e um problema com o fato de o agente permanecer no módulo de membrana de separação. Adicionalmente, teme-se que um microrganismo com resistência ao agente possa permanecer.

[008] As membranas de separação podem ser membranas com um formato plano, membranas com um formato de fibra oca, membranas com uma forma em espiral, etc. Quando um módulo de membrana de fibra oca é usado, exemplos da mesma podem incluir os do tipo de pressão externa e tipo de pressão interna. Particularmente, o módulo de membrana de fibra oca tem uma grande área de membrana a cada unidade única e, portanto, tem uma estrutura industrialmente útil, mas a estrutura é complicada.

[009] Para esterilizar membranas de separação com uma estrutura complicada sem secar, a esterilização a vapor d’água (geralmente a 121°C de 15 minutos a 20 minutos) é adequada. Na esterilização a vapor d’água, vapor d’água a uma temperatura prescrita é provido ao módulo de membrana de separação para esterilizá-lo.

[010] Geralmente, quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada em uma instalação de produção em escala tal como um fermentador, o vapor d’água a uma temperatura prescrita e a uma pressão prescrita, por exemplo, vapor d’água saturado a 125°C, é provido ao fermentador e suas instalações periféricas para aumentar a temperatura das instalações a 121°C, que é uma temperatura geral de esterilização a vapor d’água. Então, a temperatura de esterilização é mantida por um tempo prescrito (pelo menos 20 minutos) para desempenhar a esterilização a vapor d’água.

[011] Em um método de esterilização a vapor d’água proposto, o vapor d’água é introduzido no lado externo (lado primário) de membranas de fibra oca durante a esterilização a vapor d’água ou ao lado externo e também ao lado interno (lado secundário) das membranas de fibra oca para submetê- las à esterilização a vapor d’água (Literatura de Patente 2). Na Literatura de Patente 2, um teste de ensaio do método de esterilização a vapor d’água durante uma operação a longo prazo de um módulo de membrana de fibra oca foi desempenhado repetindo-se a injeção de água no módulo de membrana de fibra oca e a injeção de vapor d’água dentro do mesmo para avaliar vazamento. Entretanto, a esterilização a vapor d’água não foi desempenhada com água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação.

[012] Quando o aparelho é resfriado diretamente após a esterilização a vapor d’água, o vapor d’água é condensado e uma pressão negativa é gerada no aparelho, o que causa o temor de contaminação com germes.

[013] Em uma técnica proposta para abordar a questão acima, após a esterilização a vapor d’água de um módulo de membrana semipermeável, água quente é introduzida a partir de um lado de água bruta para evitar que uma pressão negativa em um aparelho de filtração seja gerada (consulte a Literatura de Patente 3). Em outra técnica proposta, após a esterilização a vapor d’água de um módulo de membrana, água bruta à temperatura ambiente é introduzida em uma velocidade linear menor do que durante o tratamento de filtração para resfriar o módulo (consulte a Literatura de Patente 4).

[014] Em outro método posposto para a esterilização a vapor d’água de um módulo de membrana de fibra oca, após a esterilização a vapor d’água, é provido ar ao lado interno, isto é, o lado de solução bruta (lado primário) das membranas de fibra oca e permite-se que parte do ar atravesse as membranas de fibra oca na direção de seu lado externo, isto é, seu lado de transmissão (lado secundário), para preencher o espaço no lado de transmissão. Então, é provida água a partir do lado de solução bruta para reduzir a temperatura do módulo (consulte a Literatura de Patente 5).

LITERATURA DE PATENTE

[015] Literatura de Patente 1: Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública n° JP 2007-252367

[016] Literatura de Patente 2: Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública n° JP 2-207826

[017] Literatura de Patente 3: Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública n° JP 61-242605

[018] Literatura de Patente 4: Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública n° JP 8-164328

[019] Literatura de Patente 5: Pedido de Publicação de Patente Examinado n° JP 8-4726

LITERATURA NÃO PATENTE

[020] Literatura Não Patente 1: Toshihiko Hirao et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 32, páginas. 269 a 273 (1989)

RELATÓRIO DESCRITIVO PROBLEMAS DA TÉCNICA

[021] Quando um fermentador, sua tubulação periférica, etc., são submetidos à esterilização a vapor d’água, a temperatura do vapor d’água provido é definida de forma que a temperatura em um local (ponto frio) no qual sua temperatura é a mais difícil de aumentar seja igual ou maior a uma temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água. O tempo de provimento de vapor d’água é definido de forma que, após a temperatura do local no qual sua temperatura é a mais difícil de aumentar ser aumentada a uma temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água ou mais alta, a esterilização é desempenhada por um tempo prescrito de esterilização a vapor d’água ou por mais tempo. Geralmente, a temperatura do vapor d’água provido é definida a 121°C ou mais alta com medidas de dissipação a calor, tais como isolamento térmico, tomadas.

[022] Entretanto, quando a temperatura do vapor d’água provido é alta e o tempo de provimento é longo, teme-se que os componentes do módulo de membrana de separação possam deteriorar devido ao fato de entrarem em contato com o vapor d’água em alta temperatura por muito tempo. Por exemplo, em um módulo de membrana de fibra oca, um agente de envasamento à base de epóxi ou uretano é geralmente usado para prender as membranas de fibra oca as um contentor de módulo. Entretanto, teme-se que esse agente de envasamento possa ser degradado por desempenhar repetidamente a esterilização a vapor d’água e, portanto, possa descolar as membranas de fibra oca ou o contentor de módulo. No módulo de membrana de fibra oca, uma resina á base de uretano altamente estirável é usada como o agente de envasamento para alguns casos. Entretanto, a deterioração da resina de uretano procede quando a temperatura excede 120°C. Portanto, quando o agente de envasamento contata o vapor d’água a 121 °C ou mais, o que é uma temperatura geral de tratamento de esterilização a vapor d’água, por muito tempo, teme-se que o agente de envasamento possa deteriorar e que vazamento possa ocorrer.

[023] O vapor d’água tende a fluir para dentro de um espaço com pouca perda de pressão. Portanto, teme-se que vapor d’água possa ter menor probabilidade de fluir para uma porção em que a densidade das membranas de separação é excessivamente alta, por exemplo, uma porção em que as membranas de fibra oca são juntas de forma excessivamente densa. Durante a esterilização a vapor d’água, as membranas de separação são mantidas a uma alta temperatura e pressão de vapor d’água saturado. Na porção em que a densidade de membranas de separação é excessivamente alta, sua temperatura é aumentada principalmente por transferência de calor, de forma que muito tempo seja exigido para aumentar a temperatura às condições de esterilização a vapor d’água. As membranas de separação em um formato denso têm a vantagem de que uma grande área de membrana pode ser obtida. Entretanto, quando a densidade é excessivamente alta, o vapor d’água não é suficientemente distribuído durante a esterilização a vapor d’água e isso causa um problema em que a falha na esterilização ocorre devido ao fato da temperatura não ser aumentada à temperatura de esterilização ou um problema em que muito tempo é exigido para aumentar a temperatura para desempenhar confiavelmente a esterilização.

[024] Quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada por muito tempo, a umidade nos poros das membranas de separação entra em contato com o vapor d’água saturado durante a esterilização a vapor d’água, é equilibrada com o vapor d’água saturado e gradualmente se reduz em quantidade. Nesse caso, teme-se que o grau de secagem das membranas de separação possa aumentar. Quando o módulo de membrana de separação é deixado para resfriar, a temperatura dentro do módulo de membrana de separação não é uniforme em muitos casos e teme-se que as membranas de separação possam ser secadas quando contatam componentes em alta temperatura tais como o invólucro do módulo de membrana de separação. Quando a umidade nas membranas de fibra oca é vaporizada, a fase de vapor nos poros das membranas de separação precisa ser substituída com uma fase líquida a fim de desempenhar o tratamento de filtração mais tarde. As membranas de separação hidrofílicas são molháveis com água e, portanto, a substituição é fácil. Entretanto, as membranas de separação que têm o desempenho exigido, tais como resistência química e resistência térmica, são comumente formadas a partir de materiais hidrofóbicos como materiais-base. Para substituir a fase de vapor nos poros de tais membranas de separação com uma fase líquida, a fase de vapor precisa primeiramente ser substituída por, por exemplo, um líquido que tem uma afinidade com as membranas hidrofóbicas, e então substituída por água.

[025] A presente invenção foi feita em vista das circunstâncias acima e fornece um método de esterilização com módulo de membrana de separação que pode esterilizar confiavelmente o módulo de membrana de separação em pouco tempo com a secagem das membranas de separação sendo suprimida. A presente invenção também fornece um método para produzir uma substância química por fermentação contínua e um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[026] Pra resolver o problema descrito acima e alcançar o objetivo, um método para esterilizar um módulo de membrana de separação de acordo com a presente invenção usa vapor d’água e inclui: uma etapa de provimento de líquido para prover um líquido que tem um ponto de ebulição de 80°C ou mais alto à pressão atmosférica a um lado secundário do módulo de membrana de separação, de forma que uma razão de preenchimento do líquido em um espaço cercado por uma porção de filtração de uma membrana de separação seja de 70% ou mais, sendo que a porção de filtração é usada para filtração; uma etapa de vedação de líquido para isolar o lado secundário do módulo de membrana de separação de forma que a razão de preenchimento do líquido provido ao lado secundário na etapa de provimento de líquido seja de 70% ou mais; e uma etapa de esterilização para esterilizar o módulo de membrana de separação provendo-se vapor d’água a um lado primário do módulo de membrana de separação enquanto o lado secundário do módulo de membrana de separação é isolado.

[027] Além disso, um método para produzir uma substância química por fermentação contínua de acordo com a presente invenção inclui: uma etapa de esterilização a vapor d’água com o uso do método descrito acima para esterilizar para esterilizar o módulo de membrana de separação; uma etapa de fermentação para converter uma matéria-prima de fermentação em um líquido fermentado que contêm uma substância química por cultura de fermentação por um microrganismo; e uma etapa de separação por membrana para coletar a substância química como um filtrado a partir do líquido fermentado com o uso do módulo de membrana de separação submetido à etapa de esterilização a vapor d’água.

[028] Além disso, um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com a presente invenção inclui: um fermentador configurado para converter uma matéria-prima de fermentação em um líquido fermentado que contêm uma substância química por cultivo de fermentação da matéria-prima de fermentação com o uso de um microrganismo; um módulo de membrana de separação configurado para separar a substância química do líquido fermentado; uma unidade de circulação de líquido fermentado configurada para alimentar o líquido fermentado a partir do fermentador ao módulo de membrana de separação; uma unidade de provimento de vapor d’água configurada para prover vapor d’água ao fermentador e ao módulo de membrana de separação; uma unidade de provimento de líquido configurada para prover um líquido que tem um ponto de ebulição de 80°C ou mais alto à pressão atmosférica a um lado secundário do módulo de membrana de separação; e uma unidade de isolamento configurada para isolar o lado secundário do módulo de membrana de separação de forma que uma razão de preenchimento do líquido em um espaço cercado por uma porção de filtração de uma membrana de separação seja de 70% ou mais durante a operação da unidade de provimento de corrente, sendo que a porção de filtração está no lado secundário do módulo de membrana de separação e é usada para filtração.

[029] Na presente invenção, o líquido a 80°C ou mais é vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação à pressão atmosférica e, então, o vapor d’água é provido ao lado primário. Dessa maneira, o tempo necessário para que o módulo de membrana de separação seja aquecido a uma temperatura de esterilização prescrita pode ser significativamente reduzida. Portanto, a deterioração térmica do agente de envasamento etc. pode ser suprimida e a secagem da membrana de separação pode também ser suprimida. Adicionalmente, dado que ar não é usado para o resfriamento etc., a quebra da membrana de separação e uma redução na quantidade de permeação de água podem ser suprimidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[030] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com uma primeira realização da presente invenção.

[031] A Figura 2 é um fluxograma que explica um tratamento de esterilização a vapor d’água de acordo com a primeira realização da presente invenção.

[032] A Figura 3 é um diagrama esquemático de um aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com uma primeira modificação da primeira realização da presente invenção.

[033] A Figura 4 é um diagrama esquemático de um aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com uma segunda modificação da primeira realização da presente invenção.

[034] A Figura 5 é um diagrama esquemático de um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com uma segunda realização da presente invenção.

[035] A Figura 6 é um fluxograma que explica um tratamento de esterilização de acordo com a segunda realização da presente invenção.

[036] A Figura 7 é um diagrama esquemático de um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com uma primeira modificação da segunda realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES

[037] Um método para esterilizar um módulo de membrana de separação, um método para produzir uma substância química por fermentação contínua e um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com as realizações da presente invenção serão, a seguir, descritos com referência aos desenhos. Entretanto, a presente invenção não é limitada às realizações descritas abaixo.

PRIMEIRA REALIZAÇÃO

[038] Um método de esterilização com módulo de membrana de separação de acordo com uma primeira realização da presente invenção será descrita com referência à Figura 1. A Figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com a primeira realização da presente invenção. Um aparelho de esterilização 100 inclui: uma unidade de provimento de vapor 20 para prover vapor d’água ao lado primário de um módulo de membrana de separação 2; e uma unidade de provimento de líquido 40 para prover um líquido com um ponto de ebulição de 80°C ou mais alto à pressão atmosférica ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Uma válvula de circulação 17 e um tubo 23 para prover uma solução-mãe a ser tratada são conectados ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e uma linha de descarga de filtrado 24, para descarregar o filtrado que foi filtrado por meio de membranas de separação ao exterior do módulo de membrana de separação 2, é conectado ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Uma bomba de filtração 11 e uma válvula de filtração 13 são fornecidas na linha de descarga de filtrado 24. A solução-mãe é filtrada a partir do lado primário ao lado secundário quando a válvula de filtração 13 é aberta para sugar a solução-mãe pela bomba de filtração 11. A solução-mãe não filtrada ao lado secundário é filtrada com fluxo cruzado através de um tubo 25.

[039] A unidade de provimento de vapor 20 é conectada ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 por meio de um válvula de provimento 19 e um tubo 34. O vapor d’água a uma temperatura prescrita provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 é descarregado para o exterior do módulo de membrana de separação 2 por meio de uma linha de descarga 33 e uma válvula de descarga 32. O líquido provido a partir da unidade de provimento de líquido 40 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 é provido ao lado secundário por meio das membranas de separação. É preferencial que o líquido seja filtrado para o lado secundário enquanto é sugado pela bomba de filtração 11. O líquido provido ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 é descarregado para o exterior do módulo de membrana de separação 2 por meio do tubo 25 para a filtração por fluxo cruzado. A seguir, o lado do módulo de membrana de separação 2 no qual o módulo de membrana de separação 2 entra em contato com a solução-mãe a ser tratada é chamado de o lado primário e o lado no qual o módulo de membrana de separação 2 entra em contato com o filtrado tratado é chamado de o lado secundário.

[040] O módulo de membrana de separação 2 inclui membranas de separação e um contentor para acomodar as membranas de separação. As membranas de separação usadas na primeira realização são quaisquer umas dentre membranas orgânicas e inorgânicas. Quando as membranas de separação são lavadas, por retrolavagem ou lavagem por imersão em uma solução química é desempenhada. Portanto, preferencialmente, as membranas de separação são duráveis contra esses processos de lavagem. As membranas de separação usadas podem ser quaisquer umas dentre as membranas com um formato plano, membranas com um formato de fibra oca, membranas com uma forma em espiral, etc. particularmente, um módulo de membrana de fibra oca é preferencial. O módulo de membrana de fibra oca usado pode ser qualquer um dentre o tipo de pressão externa e o tipo de pressão interna.

[041] Do ponto de vista do desempenho de separação, permeabilidade da água e também resistência à incrustação, um composto orgânico macromolecular pode ser adequadamente usado para as membranas de separação usadas na primeira realização. Exemplos dos compostos orgânicos macromoleculares podem incluir resinas à base de polietileno, resinas à base de polipropileno, resinas à base de cloreto de polivinila, resinas à base de fluoreto de polivinilideno, resinas à base de polissulfona, resinas à base de polietersulfona, resinas à base de poliacrilatonitrila, resinas à base de celulose e resinas à base de triacetato de celulose. O composto orgânico macromolecular pode ser uma mistura que inclui qualquer uma das resinas acima como um componente principal.

[042] Resinas à base de cloreto de polivinila, resinas à base de fluoreto de polivinilideno, resinas à base de polissulfona, resinas à base de polietersulfona e resinas à base de poliacrilatonitrila são preferencialmente usadas devido ao fato de serem facilmente formadas em uma membrana com o uso de uma solução e terem boa durabilidade física e resistência química. Uma resina à base de fluoreto de polivinilideno ou uma resina que contêm a resina à base de fluoreto de polivinilideno como um componente principal é mais preferencialmente usada devido a suas características de ter boa força química (particularmente resistência química) e força física.

[043] A resina à base de fluoreto de polivinilideno usada é preferencialmente um homopolímero de fluoreto de vinilideno. A resina à base de fluoreto de polivinilideno usada pode ser um copolímero de fluoreto de vinilideno e um monômero copolimerizável à base de vinila com a mesma. Exemplos do monômero à base de vinila copolimerizável com fluoreto de vinilideno pode incluir tetrafluoretileno, hexafluorpropileno e triclorofluoretileno.

[044] O diâmetro de poro médio das membranas de separação usadas na primeira realização pode ser determinado apropriadamente de acordo com o uso e a situação aos quais as mesmas se destinam. O diâmetro médio de poro é preferencialmente pequeno até certo ponto e é em geral preferencialmente 0,01 μm ou mais e 1 μm ou menos. Se o diâmetro médio de poro das membranas de fibra oca for de menos do que 0,01 μm, os poros são entupidos com componentes de incrustação de membrana tais como componentes de açúcar e proteína e agregados dos mesmos, de forma que uma operação estável não pode ser desempenhada. Considerando-se o equilíbrio com permeabilidade da água, o diâmetro médio de poro é preferencialmente de 0,02 μm ou mais e mais preferencialmente de 0,03 μm ou mais. Se o diâmetro médio de poro exceder 1 μm, os componentes de incrustação não são suficientemente separados dos poros pela simples força causada pela característica lisa da superfície de membrana e por um escoamento na face de membrana e por lavagem física, tal como retrolavagem e purificação a ar, de forma que a operação estável não pode ser desempenhada.

[045] Quando o diâmetro médio de poro está próximo ao tamanho de um microrganismo ou de células de cultura, os poros podem ser entupidos diretamente com o microrganismo ou com células de cultura. Adicionalmente, detritos de célula podem ser produzidos quando parte do microrganismo ou de células de cultura no fermentado líquido morre. Para evitar que os poros sejam entupidos com os detritos de célula, o diâmetro médio de poro é preferencialmente de 0,4 μm ou menos e mais preferencialmente de 0,2 μm ou menos.

[046] O diâmetro médio de poro das membranas de separação pode ser determinado medindo-se diâmetros de uma pluralidade de poros observados sob um microscópio eletrônico de varredura a uma ampliação de 10.000 vezes ou mais alta e, então, calculando-se a média dos diâmetros medidos. Preferencialmente, o diâmetro médio de poro é determinado selecionando-se aleatoriamente dez ou mais partículas, preferencialmente vinte ou mais partículas, medindo-se os diâmetros dos poros selecionados e então se computando a média numérica dos diâmetros medidos. Quando os poros são, por exemplo, não circulares, o seguinte método pode ser usado preferencialmente. Os círculos que têm as mesmas áreas que as dos poros, isto é, círculos equivalentes, são determinados com o uso de, por exemplo, um dispositivo de processamento de imagens, e os diâmetros dos círculos equivalentes são usados como os diâmetros dos poros.

[047] Quando um tratamento de filtração com o uso do módulo de membrana de separação 2 é desempenhado, é preferencial submeter o módulo de membrana de separação 2 a tratamento de esterilização a vapor d’água antes do tratamento de filtração, a fim de evitar a contaminação do interior do aparelho e/ou do filtrado com germes etc.

[048] Na primeira realização, é preferencial que o líquido da unidade de provimento de líquido 40 seja vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 antes do vapor d’água ser provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e, adicionalmente, que o vapor d’água seja provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 em que o líquido seja vedado.

[049] Quando um líquido que tem um alto ponto de ebulição, por exemplo, um líquido que tem um ponto de ebulição de 80°C ou mais alto à pressão atmosférica, é vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 antes da esterilização a vapor d’água ser desempenhada, o líquido vedado transfere calor a partir do vapor d’água provido ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 a cada parte do módulo de membrana de separação 2 por meio das membranas de separação. Dessa maneira, o tempo necessário para aumentar a temperatura do módulo de membrana de separação 2 a uma temperatura de esterilização prescrita pode ser mais curto do que quando nenhuma parte do líquido é vedada. Portanto, uma carga de calor no módulo de membrana de separação 2 pode ser reduzida.

[050] A condutividade térmica de um líquido é geralmente mais alta do que de um gás (por exemplo, a condutividade térmica de água é mais alta do que a condutividade térmica do ar e a condutividade térmica do vapor d’água). Portanto, provendo-se vapor d’água após um líquido ser provido ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 e então o lado secundário sendo isolado, a taxa de aumento de temperatura no módulo de membrana de separação 2 é mais rápida do que quando o ar ou o vapor d’água estão presentes no lado secundário. Quanto menor a capacidade térmica do líquido a ser vedado, mais o mesmo é vantajoso para o aumento da temperatura. Portanto, a condução térmica no módulo de membrana de separação 2 pode também ser influenciada pelo valor da capacidade térmica.

[051] Particularmente, quando, por exemplo, o diâmetro dos poros das membranas é grande ou as membranas são formadas de um material que tem afinidade a vapor d’água, o vapor d’água pode atravessar as membranas de separação a partir do lado primário ao lado secundário em alguns casos. Portanto, quando o líquido é vedado no lado secundário previamente antes do aquecimento com vapor d’água, parte do vapor d’água pressurizado provido ao lado primário passa do lado primário ao lado secundário. Ao mesmo tempo, o líquido atravessa as membranas de separação a partir do lado secundário ao lado primário, ou o líquido no lado secundário tem a temperatura aumentada e é vaporizado, de forma que seja gerado espaço para a introdução vapor d’água no lado secundário. Isso permite que o líquido no lado secundário seja substituído com o vapor d’água. As membranas podem, portanto, ser aquecidas com o vapor d’água também a partir do lado secundário.

[052] Quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada por muito tempo introduzindo-se vapor d’água sem líquido vedado no lado secundário, a umidade nos poros das membranas de separação entra em contato com o vapor d’água saturado durante a esterilização a vapor d’água e é equilibrada com o vapor d’água saturado. Isso faz com que a quantidade de umidade nos poros das membranas de separação seja reduzida gradualmente, de forma que se teme que as membranas de separação possam se tornar secas. Adicionalmente, dado que o vapor d’água nem sempre atravessa as membranas de fibra oca uniformemente, parte do ar presente no lado secundário das membranas de fibra oca antes da introdução de vapor d’água permanece no lado secundário e teme-se que o ar possa se acumular em estado bloqueado (isto é, com bloqueio de ar formado).

[053] Quando o lado secundário é isolado sem líquido vedado no lado secundário, é necessário que o ar no lado secundário seja movido ao lado primário a fim de permitir que vapor d’água se mova ao lado secundário por meio das membranas de separação. Entretanto, o ar não pode atravessar as membranas de separação a menos que uma pressão mais alta do que o ponto de bolha seja aplicada. A pressão aplicada ao lado primário das membranas de separação durante a esterilização a vapor d’água varia dependendo do material das membranas, mas é comumente menor do que o ponto de ebulição, particularmente quando as membranas de separação são hidrofóbicas. Por exemplo, em condições de pressão em esterilização a vapor d’água geral, a pressão aplicada é uma pressão de vapor d’água saturado a aproximadamente 121°C e é, portanto, acerca de 0,13 MPa. Nesse caso, o ar não pode atravessar as membranas de separação e se acumula no lado secundário das membranas de fibra oca em um estado bloqueado (isto é, com bloqueio de ar formado). Dado que o lado primário é em um estado pressurizado, o ar no lado secundário não pode ser transmitido ao lado primário a menos a pressão do ar seja igual ou mais alta do que a pressão no lado primário. Portanto, é difícil aquecer as membranas de fibra oca a partir do lado secundário a menos que o líquido seja vedado no lado secundário.

[054] Na presente invenção, o termo “vedado” significa que um espaço preenchido com um líquido é isolado de forma que o líquido não flua para fora do espaço. O termo “isolado” significa que um espaço prescrito é isolado do espaço exterior. A frase “isolado(a) do espaço exterior” pode se traduzir em “separado(a) do espaço exterior ”. Particularmente no módulo de membrana de separação, o termo “isolado” significa que os percursos por meio dos quais o líquido no espaço no lado secundário das membranas de separação flui são fechados.

[055] Meios específicos para isolamento são, por exemplo, fechar válvulas em percursos que são conectados ao módulo de membrana de separação e por meio dos quais o líquido no lado secundário das membranas de separação flui. Mais especificamente, o “estado isolado” é um estado em que as válvulas 13 e 27 fornecidas nas linhas 24 e 26 conectadas ao módulo de membrana de separação 2 são fechadas de forma que nenhum líquido atravesse as válvulas. As válvulas 14 e 22 são também fechadas caso isso seja necessário para o isolamento. Entretanto, conforme descrito posteriormente, a válvula 22 é aberta quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada enquanto filtração de contrapressão é desempenhada.

[056] Conforme descrito acima, o líquido pode atravessar as membranas de separação e isso depende das membranas de separação e das condições operacionais. Entretanto, o líquido que passa por meio das membranas de separação não corresponde a um “escoamento de saída”. Especificamente, mesmo quando o líquido atravessa as membranas de separação, esse estado é incluído no “estado isolado”.

[057] Os termos “vedado(a)” e “isolado(a)” não significam a exclusão absoluta dos fluxos de saída além do escoamento de saída por meio das membranas de separação. Especificamente, um escoamento de saída do líquido não é excluído, conquanto que o efeito do aperfeiçoamento da eficiência de esterilização seja atingido pelo líquido vedado conforme descrito acima. Uma redução em razão de preenchimento após o início da esterilização a vapor d’água é permitida.

[058] O estado em que a filtração de contrapressão é desempenhada, isto é, em que o líquido é provido ao lado secundário e permitido atravessar as membranas de separação a partir do lado secundário ao lado primário, também corresponde aos termos “vedado” e “isolado” na presente invenção. Os detalhes serão descritos mais tarde.

[059] A temperatura de esterilização de esterilização a vapor d’água geral é de 121°C. Portanto, o ponto de ebulição do líquido a ser vedado à pressão atmosférica é preferencialmente 80°C ou mais alto, a fim de reduzir a influência de vaporização do líquido vedado no módulo de membrana de separação 2. Quando a esterilização é desempenhada com a temperatura de esterilização definida para ser menor do que 121°C, um líquido com um ponto de ebulição de 80°C ou menor à pressão atmosférica pode também ser selecionado como o líquido a ser vedado.

[060] Por exemplo, água tal como água deionizada, água filtrada por meio de uma membrana de osmose reversa, ou água destilada, ou um álcool é preferencialmente usado como o líquido provido ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Exemplos do álcool podem incluir: alcoóis tais como 1-butanol, 2-butanol e 1-heptanol; alcoóis polídricos tais como glicol etílico, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, glicol dietílico, glicol trietílico e glicerina; e butil cellosolve e fenil cellosolve. Pode-se usar também óleo de silicone e água que contêm um tensoativo adicionado à mesma. Adicionalmente, água que contêm um eletrólito dissolvido na mesma pode ser usada e água que contêm um álcali, um ácido, um agente oxidante ou um agente redutor adicionado à mesma pode ser usada. Entretanto, é preferencial analisar previamente se as membranas de separação, os componentes do módulo, etc. não são adversamente afetados, por exemplo, por um produto decomposto gerado a partir dos mesmos. Por exemplo, quando o líquido vedado permanece presente, o líquido vedado remanescente pode ser misturado com o filtrado. Levando isso em consideração, a água que não contém aditivos é preferencial como o líquido a ser vedado.

[061] Quando o líquido a ser vedado tem uma alta afinidade com as membranas de separação, o líquido pode ser facilmente vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Portanto, é preferencial que, quando as membranas de separação são hidrofílica, um líquido hidrofílico seja selecionado e que, quando as membranas de separação são hidrofóbicas, um líquido hidrofóbico seja selecionado. Mesmo quando as membranas de separação usadas são hidrofóbicas, um líquido hidrofílico tal como água pode ser selecionado como o líquido vedado. Nesse caso, as membranas hidrofóbicas de separação são submetidas a um tratamento de imersão, por exemplo, em glicerina que é compatível com o líquido hidrofílico usado para vedar e também tem uma alta afinidade com as membranas hidrofóbicas de separação. Alternativamente, as membranas hidrofóbicas de separação são imersas, por exemplo, em glicerina e então a glicerina aderente às membranas hidrofóbicas de separação é substituída com um álcool. A água pode ser selecionada como o líquido a ser vedado para as membranas hidrofóbicas de separação também nesse caso.

[062] A temperatura do líquido vedado não é particularmente especificada. Isso se deve ao fato de que a esterilização pode ser desempenhada quando a temperatura da mesma puder ser aumentada a uma temperatura prescrita durante a esterilização a vapor d’água. Quanto menor a diferença entre a temperatura do líquido vedado e a temperatura da esterilização a vapor d’água, mais curto é o tempo necessário para aumentar a temperatura até a temperatura de esterilização a vapor d’água. Entretanto, dado que a temperatura do líquido vedado que é vedado no lado secundário das membranas de separação é rapidamente aumentada pelo o vapor d’água provido, a diferença no tempo necessário para aumentar a temperatura é pequena.

[063] Não há limitação particular imposta no método para vedar o líquido no lado secundário das membranas de separação. Um exemplo quando o líquido é a água será descrito abaixo.

[064] A água usada como o líquido a ser vedado é introduzida no lado primário do módulo de membrana de separação 2 para preencher o lado primário do módulo de membrana de separação 2 com a água. Então, aplica-se pressão ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 ou a água é sugada a partir do lado secundário e, assim, a água é filtrada a partir do lado primário ao lado secundário e o lado secundário é preenchido com a água. Então, a válvula de descarga 27 e a válvula de filtração 13 são fechadas para vedar a água no lado secundário.

[065] Quando a água é provida a partir do lado primário do módulo de membrana de separação 2 ao lado secundário por filtração, uma quantidade suficiente de água pode não ser vedada no lado secundário das membranas de separação se o tempo de filtração for curto. Portanto, é preferencial desempenhar filtração por um tempo prescrito ou por mais tempo.

[066] Por exemplo, em um módulo de membrana de fibra oca que tem um comprimento efetivo de 1 m, após o lado primário das membranas de fibra oca ser preenchido com água, a filtração é desempenhada por 15 minutos ou por mais tempo em um fluxo de filtração de 0,2 m/d. Dessa maneira, 90% ou mais do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca pode ser preenchido com a água.

[067] É preferencial usar um alto fluxo de filtração quando o líquido é vedado no lado secundário devido ao fato de que o líquido pode ser vedado a uma taxa rápida e o tempo operacional pode ser reduzido e devido ao ar etc. nos poros das membranas de separação poder ser facilmente empurrado para fora. Por exemplo, o fluxo de filtração quando o líquido é vedado no lado secundário é preferencialmente de 0,1 m/d ou mais e mais preferencialmente de 0,2 m/d ou mais.

[068] Quando a água é vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2, é preferencial que a água seja vedada no maior volume possível no lado secundário das porções de filtração das membranas de separação. Entretanto, dado que a filtração procede a partir das porções das membranas de separação em que a resistência de filtração é pequena, gases, tal como o ar, podem permanecer no lado secundário. Quando o volume preenchido com água é aumentado, um problema aparece em que o tempo necessário para introduzir a água no lado secundário ou a quantidade de água introduzida aumenta. É preferencial para as membranas de separação como um todo que um grande volume seja preenchido com água devido ao fato de que o tempo necessário para aumentar a temperatura se torna curto e a secagem das membranas pode ser suprimida. A quantidade de água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 em relação ao volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de separação é preferencialmente de 70% ou mais. Se a quantidade for de menos do que 70%, teme-se que as membranas podem se tornem parcialmente secas.

[069] O volume de lado secundário é o volume das áreas efetivas de membrana das membranas de separação em seu lado secundário. Por exemplo, quando um módulo de membrana de fibra oca é usado como o módulo de membrana de separação 2, as membranas de fibra oca são fixadas dentro o módulo de membrana de separação 2 com o uso de um adesivo chamado de um agente de envasamento. As porções das membranas de fibra oca em camadas envasamento são cercadas pelo agente de envasamento e, portanto, não contribuem para a filtração. Por isso, essas porções não são incluídas nas áreas efetivas de membrana. Portanto, o volume dessas porções não é contado como o volume do lado secundário.

[070] Especificamente, o volume do lado secundário, por exemplo, de membranas de fibra oca do tipo de pressão externa pode ser computado a partir do diâmetro interno das membranas de fibra oca e do comprimento das áreas efetivas de membrana das membranas de fibra oca. As membranas de fibra oca do tipo de pressão externa geralmente têm um corte transversal circular. Entretanto, mesmo quando o formato de corte transversal é um triângulo ou um quadrilátero, o volume do lado secundário pode ser computado por cálculo simples. O volume do lado secundário pode ser determinado por vedação da água no lado secundário das membranas de separação, descarga da água e, então, medição da quantidade da água descarregada. Nesse caso, o volume das áreas efetivas de membrana pode ser computado subtraindo-se o volume de água descarregado junto.

[071] A quantidade de água vedada no lado secundário das membranas de separação pode ser medida conforme a seguir. Após o provimento de água ao módulo de membrana de separação 2 ser parado e as válvulas serem manipuladas para vedar a água, a água no lado primário do módulo de membrana de separação 2 é descarregada. Então, a água no lado secundário é descarregada e a quantidade da água descarregada é medida.

[072] Por exemplo, após a água ser filtrada a partir do lado primário das membranas de separação ao lado secundário, as válvulas dispostas no lado secundário são fechadas para vedar a água no lado secundário. Então, após a água no lado primário das membranas de separação ser descarregada, as válvulas dispostas no lado secundário são abertas para descarregar a água vedada no lado secundário enquanto, por exemplo, o lado secundário é pressurizado com ar conforme necessário. Então, a quantidade da água descarregada é medida. Nesse caso, a quantidade de água que preenche as linhas de alimentação de líquido etc. no lado secundário é incluída na quantidade medida. Entretanto, a quantidade de água no lado secundário das membranas de fibra oca pode ser determinada se a quantidade de água nas linhas de alimentação de líquido for medida previamente.

[073] Alternativamente, a razão de água vedada pode ser determinada observando-se as membranas de separação a partir do lado primário para medir o comprimento de uma porção em que água é vedada e o comprimento de uma porção em que o ar permanece. É desejável também que a totalidade das membranas de separação possa ser observada. Entretanto, há porções que não podem ser observadas visualmente. Nesse caso, as membranas de separação são observadas parcialmente e as porções observadas podem ser usadas como porções representativas.

[074] Alternativamente, a quantidade de água vedada no lado secundário pode ser determinada conforme a seguir. A massa do módulo de membrana de separação 2 antes de a água ser vedada no lado secundário é medida previamente. A água é vedada no lado secundário e água no lado primário é descarregada. Então, a massa do módulo de membrana de separação 2 é medida. Também nesse caso, a quantidade de água que preenche as linhas de alimentação de líquido etc. no lado secundário é incluída na quantidade medida. Entretanto, a quantidade de água no lado secundário das membranas de fibra oca pode ser determinada se a quantidade de água nas linhas de alimentação de líquido for medida previamente.

[075] A água pode ser provida ao lado secundário aplicando-se pressão ao lado primário ou submetendo-se o lado secundário à sucção antes do lado primário das membranas de separação ser completamente preenchido com a água. Dado que a água pode ser vedada no lado secundário a uma taxa mais rápida filtrando-se a água por meio da porção inteira das membranas de separação, é preferencial filtrar a água a partir do lado primário ao lado secundário após o lado primário inteiro ser preenchido com a água.

[076] Conforme descrito acima, é preferencial desempenhar a esterilização a vapor d’água enquanto a água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 é mantida no estado vedado.

[077] Quando o vapor d’água é introduzido no lado primário do módulo de membrana de separação 2 para desempenhar a esterilização a vapor d’água, se o vapor d’água for introduzido com o lado primário preenchido com água, a troca de calor local entre a água líquida e o vapor d’água pode ocorrer abruptamente. Isso causa a vaporização da água presente no lado primário ou a condensação do vapor d’água, de forma que as membranas de separação vibrem. Nesse caso, teme-se que as membranas de separação e os componentes do módulo de membrana de separação 2 possam ser quebrados. Portanto, quando a esterilização é desempenhada introduzindo-se vapor d’água ao lado primário do módulo de membrana de separação 2, é preferencial que a quantidade de água no lado primário do módulo de membrana de separação 2 seja pequena.

[078] Entretanto, quando não há água líquida presente no lado primário do módulo de membrana de separação 2 e a pressão no lado primário é menor do que a pressão no lado secundário, a água vedada no lado secundário pode escoar de volta ao lado primário. Portanto, apesar de não haver limitação particular imposta no método de vedação, é necessário que, por exemplo, a válvula de descarga 27 etc. disposta em linhas de alimentação de líquido no lado secundário seja fechada e que se evite que a pressão no lado primário seja menor do que a pressão no lado secundário, de forma que a quantidade de água vedada no lado secundário seja mantida a 70% ou mais.

[079] Na primeira realização, a unidade de provimento de vapor 20 provê vapor d’água ao lado primário do módulo de membrana de separação 2. A temperatura do vapor d’água provida ao módulo de membrana de separação 2 pode ser definida como a temperatura de esterilização determinada de acordo com as características de um objeto a ser esterilizado. Particularmente, a temperatura do vapor d’água é preferencialmente igual a ou mais alta que 121°C, que é a mesma que a temperatura de esterilização de esterilização a vapor d’água geral. Preferencialmente, água deionizada, água filtrada por meio de uma membrana de osmose reversa, água destilada ou água que tem um equivalente de limpeza a esses tipos de água é usada para o vapor d’água provido. A água para o vapor d’água pode ser preparada esterilizando-se a água deionizada, a água filtrada por meio de uma membrana de osmose reversa, a água destilada, etc. previamente e então se vaporizando a água resultante para formar p vapor d’água prescrito ou vaporizando-se a água deionizada, a água filtrada por meio de uma membrana de osmose reversa, a água destilada, etc. para formar o vapor d’água a uma temperatura prescrita e então se submetendo o vapor d’água a tratamento de esterilização por meio de, por exemplo, um filtro de esterilização.

[080] A esterilização do módulo de membrana de separação 2 é desempenhada aquecendo-se o módulo de membrana de separação a uma temperatura prescrita e então se mantendo a temperatura por um tempo predeterminado. Em geral, é preferencial que a esterilização seja desempenhada aquecendo-se o módulo de membrana de separação a 121°C ou mais e mantendo-se a temperatura por 15 minutos a 20 minutos. Especificamente, é particularmente preferencial desempenhar a esterilização provendo-se continuamente o vapor d’água a 121°C ou mais ao módulo de membrana de separação 2 por 15 a 20 minutos. Mais especificamente, a etapa de esterilização pode conter uma etapa de aquecimento de aumentar a temperatura e uma etapa de manutenção de temperatura de manter a temperatura.

[081] Se a temperatura do módulo de membrana de separação é aumentada a uma temperatura apropriada durante a esterilização ou não, pode ser determinado conforme a seguir.

[082] Por exemplo, a correlação entre a temperatura de um fermentador 1 e a temperatura do módulo de membrana de separação 2 durante a esterilização a vapor d’água é avaliada previamente. Dessa maneira, avaliando-se a temperatura do fermentador durante a esterilização, a temperatura do módulo de membrana de separação pode ser estimada indiretamente.

[083] A temperatura do módulo de membrana de separação 2 pode também ser avaliada inserindo-se um par termoelétrico nas membranas de separação do módulo de membrana de separação para medir a temperatura durante a esterilização.

[084] Alternativamente, a correlação entre a temperatura da superfície do invólucro do módulo de membrana de separação 2 e a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2 é avaliada previamente. A temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2 durante a esterilização pode ser estimada medindo-se a temperatura de superfície do invólucro do módulo de membrana de separação com o uso de, por exemplo, um termômetro de superfície. Dessa maneira, pode ser avaliado se a temperatura interna alcançou uma temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água ou não.

[085] Se as condições para a esterilização a vapor d’água tal como a temperatura e o tempo são apropriadas ou não, pode ser determinado examinando-se se a esterilização pode ser desempenhada sob essas condições ou não previamente. Essa análise prévia pode ser desempenhada conforme a seguir. Certo microrganismo é colocado em uma porção do módulo de membrana de separação 2 em que sua temperatura tem menor probabilidade de aumentar (por exemplo, uma porção estreita entre membranas de separação) e então a esterilização a vapor d’água é desempenhada. Então, por exemplo, um meio de cultura que contém uma fonte de nutriente é provido ao módulo de membrana de separação e é examinado se o microrganismo prolifera ou não, assim, pode ser avaliado se a esterilização é desempenhada apropriadamente ou não.

[086] Quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada, o módulo de membrana de separação 2 pode ser pré-aquecido a fim de reduzir uma carga térmica dos componentes do módulo de membrana de separação.

[087] Por exemplo, o módulo de membrana de separação 2 pode ser pré-aquecido provendo-se água morna ao módulo de membrana de separação 2 por meio, por exemplo, de uma linha de provimento de líquido 31 para prover o líquido a ser vedado. A água morna pode ser provida, por exemplo, por meio do tubo 23 para prover a solução-mãe. A temperatura da água morna provida ao módulo de membrana de separação 2 é preferencialmente de 40°C a menos do que 100°C. O pré-aquecimento por provimento da água morna pode reduzir o tempo necessário para aumentar a temperatura do módulo de membrana de separação 2 quando a mesma é aquecida por provimento de vapor d’água a 121°C ou mais, o que é a temperatura de esterilização de esterilização a vapor d’água geral. A temperatura da água morna provida é mais preferencialmente de 80°C a menos do que 100°C. A temperatura da água morna provida pode ser gradualmente aumentada. Por exemplo, a água morna a 20°C é provida no começo e a temperatura da água morna pode ser aumentada gradualmente a acerca de 80°C.

[088] Um módulo de membrana de separação 2 que tem um formato complicado tem uma porção dentro da qual o vapor d’água não se difunde facilmente. Entretanto, quando o módulo de membrana de separação 2 que tem tal formato é pré-aquecido com água morna, o tempo necessário para aumentar a temperatura do módulo de membrana de separação 2 após o vapor d’água ser provido após o pré-aquecimento pode ser reduzido.

[089] Quando o módulo de membrana de separação 2 inclui um componente com baixa durabilidade contra mudanças agudas de temperatura, é preferencial que a temperatura da água morna provida seja gradualmente aumentada.

[090] A água morna usada é água preparada aquecendo-se a água filtrada por meio de uma membrana de osmose reversa, a água destilada, ou a água deionizada com o uso, por exemplo, de um aquecedor. Dado que a água morna é usada para esterilização, é preferencial que a água morna seja usada, por exemplo, após esterilização de filtro por meio de um filtro. O filtro usado pode ser um filtro de esterilização comercial e o diâmetro do coletor do filtro é preferencialmente acerca de 0,2 μm.

[091] A água usada como a água morna pode ser armazenada, por exemplo, em um tanque e alimentada ao módulo de membrana de separação 2. Nesse caso, a água no tanque pode ser aquecida a uma temperatura prescrita previamente. Alternativamente, um trocador de calor pode ser fornecido junto com a linha para aquecer a água quando a água é alimentada ao módulo de membrana de separação 2. O trocador de calor usado pode ser um trocador de calor do tipo geral tal como um trocador de calor de tipo com placa, do tipo com tubo, do tipo com tubo em espiral ou do tipo do tubo duplo.

[092] Na etapa de esterilização (a etapa de aquecimento e a etapa de manutenção de temperatura) e uma etapa de resfriamento após esterilização, a água pode ser provida ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 e a água provida pode ser passada do lado secundário ao lado primário. Na etapa de esterilização e na etapa de resfriamento após a esterilização, quando o vapor d’água é provido ao lado primário enquanto a água é passada do lado secundário ao lado primário, a secagem das membranas de separação pode ser suprimida.

[093] Na etapa de resfriamento após a esterilização, a água morna pode ser provida do lado secundário ao lado primário. Provendo-se água morna do lado secundário ao lado primário, as camadas de envasamento aquecidas à alta temperatura podem ser gradualmente resfriadas. Dessa maneira, choque térmico por resfriamento abrupto pode ser suprimido e a deterioração das camadas de envasamento pode ser suprimida.

[094] A água provida ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 passa ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e é descarregada do módulo de membrana de separação 2 por meio da linha de descarga 33 e da válvula de descarga 32.

[095] A água retida no lado secundário pode ser descarregada diretamente em alguns tipos de módulos de membranas separadoras. Nesse caso, a água é descarregada por meio da linha de descarga 26 e da válvula de descarga 27 diretamente conectadas ao lado secundário.

[096] Na etapa de esterilização, quando o vapor d’água é provido ao lado primário enquanto a água é passada do lado secundário ao lado primário, é preferencial que a temperatura e a taxa de escoamento da água provida do lado secundário ao lado primário sejam controladas de forma que a temperatura de esterilização prescrita seja mantida durante a etapa de esterilização para o módulo de membrana de separação 2. Se a temperatura da água provida for baixa e sua taxa de escoamento for alta, a água que passa do lado secundário do módulo de membrana de separação 2 ao lado primário pode fazer com que a temperatura nos arredores das membranas de separação do módulo de membrana de separação 2 se torne menor do que a temperatura de esterilização prescrita. Portanto, é preferencial que a relação entre a temperatura e a quantidade de água provida, a temperatura e quantidade de vapor d’água provido, e a temperatura do módulo de membrana de separação 2 sejam examinados previamente para o módulo de membrana de separação 2 usado. Particularmente, o fluxo da água provido ao módulo de membrana de separação 2 é preferencialmente de 0,001 a 1 m/d e mais preferencialmente de 0,01 a 0,1 m/d. Por exemplo, quando o vapor d’água a 125°C é provido sob a condição de uma temperatura de 121°C ou mais, não se teme que tal fluxo vá afetar adversamente a manutenção da temperatura de esterilização a vapor d’água devido ao fato de que a água é aquecida à temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água quando a água provida às membranas de separação atravessa as mesmas.

[097] A água pode ser provida intermitente ou continuamente. Entretanto, considerando a prevenção da secagem das membranas de separação e a estabilidade da temperatura durante a esterilização, é preferencial prover a água continuamente.

[098] Em referência a seguir à Figura 2, um método para esterilizar o módulo de membrana de separação 2 de acordo com a primeira realização será descrito. A Figura 2 é um fluxograma para explicar o tratamento de esterilização para o módulo de membrana de separação 2 de acordo com a primeira realização.

[099] No tratamento de esterilização na primeira realização, primeiro, um líquido é provido pela unidade de provimento de líquido 40 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e passado ao lado secundário (etapa S1). O líquido é provido ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 por meio da linha de provimento de líquido 31 por uma bomba de provimento de líquido 21 em que a válvula de descarga 27, a válvula de provimento 19, uma válvula de descarga 32, a válvula de filtração 13 e a válvula de circulação 17 são fechadas e uma válvula de provimento de líquido 22 é aberta. O lado primário do módulo de membrana de separação 2 é preenchido com o líquido e o líquido é então passado do lado primário ao lado secundário. Preferencialmente, o líquido é passado conforme a seguir. A válvula de filtração 13 é aberta e então o líquido é sugado pela bomba de filtração 11 do lado secundário até que o lado secundário seja preenchido com o líquido a ser vedado. As condições sob as quais o líquido a ser vedado pode ser vedado em pelo menos 70% do volume de um espaço cercado por porções das membranas de separação no lado secundário que são usadas para filtração, isto é, o volume do lado secundário das porções de filtração, são examinadas previamente. Exemplos dessas condições podem incluir a quantidade do líquido provida pela unidade de provimento de líquido 40 e fluxo de filtração. A temperatura do líquido provido pela unidade de provimento de líquido 40 pode ser a temperatura ambiente ou uma temperatura mais alta do que a temperatura ambiente.

[0100] O líquido é provido em uma quantidade de pelo menos 70% em relação ao volume do lado secundário das porções de filtração do módulo de membrana de separação 2 e o lado secundário é então isolado para vedar o líquido no lado secundário (etapa S2). O líquido é vedado no lado secundário fechando-se a válvula de filtração 13. A válvula de filtração 13 é fechada e então a bomba de provimento de líquido vedado 21 é parada para parar o provimento do líquido ao módulo de membrana de separação 2.

[0101] O líquido é vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 (com a válvula de filtração 13 fechada) e o vapor d’água é então provido ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 pela unidade de provimento de vapor 20 para aumentar a temperatura do módulo de membrana de separação 2 à temperatura de esterilização prescrita (etapa S3). Quando o vapor d’água é provido, a válvula de circulação 17 e a válvula de provimento de líquido 22 são fechadas e a válvula de provimento 19 e a válvula de descarga 32 são abertas, de forma que o vapor d’água seja provido ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 por meio do tubo 34. O provimento do vapor d’água pela unidade de provimento de vapor 20 é continuado enquanto o vapor d’água é descarregado por meio da linha de descarga 33 até que o módulo de membrana de separação 2 seja aquecido à temperatura de esterilização prescrita. O líquido que preenche o lado primário é descarregado por meio da linha de descarga 33.

[0102] Quando o vapor d’água é introduzido em uma porção em que uma grande quantidade de água líquida está presente, uma mudança abrupta de temperatura ocorre devido ao contato entre o vapor d’água e a água líquida e isso causa ocorrência de golpe de aríete. Portanto, a água no lado primário pode ser descarregada antes do vapor d’água ser introduzido.

[0103] A pressão no espaço de esterilização precisa ser mantida na pressão de vapor d’água saturado ou mais alta de forma que a temperatura prescrita seja atingida durante a esterilização a vapor d’água. Portanto, um coletor de vapor d’água, por exemplo, pode ser fornecido na linha de descarga 33 de forma que somente a água (dreno) formada pela condensação do vapor d’água possa ser descarregada enquanto a pressão definida é mantida.

[0104] O módulo de membrana de separação 2 e outro aparelho podem ser submetidos à esterilização a vapor d’água simultaneamente, ou o módulo de membrana de separação 2 sozinho pode ser submetido à esterilização a vapor d’água em que o tubo 25 para a filtração por escoamento cruzado é fechado.

[0105] O vapor d’água é provido pela unidade de provimento de vapor 20 e o módulo de membrana de separação 2 é aquecido à temperatura de esterilização prescrita e, então, o módulo de membrana de separação 2 é esterilizado à temperatura de esterilização prescrita por um tempo prescrito (etapa S4). Na esterilização com o uso de vapor d’água, a temperatura de esterilização é geralmente de 121°C e o tempo de esterilização é geralmente de 15 minutos a 20 minutos. Entretanto, a temperatura de esterilização e o tempo de esterilização podem ser apropriadamente mudados de acordo com o nível de esterilização necessário para o módulo de membrana de separação 2. Para facilitar a manutenção da temperatura do módulo de membrana de separação 2, o vapor d’água é provido em uma quantidade que compensa a perda devido à dissipação de calor dos componentes do módulo de membrana de separação 2. Também é preferencial isolar termicamente os componentes do aparelho de esterilização 100 para, assim, reduzir a quantidade de vapor d’água provida.

[0106] Uma combinação do aumento de temperatura na etapa S3 e da manutenção de temperatura na etapa S4 pode ser considerada como a etapa de esterilização.

[0107] Após o tratamento de esterilização, o vapor d’água no lado primário do módulo de membrana de separação 2 e o líquido vedado no lado secundário são descarregados e o tratamento de esterilização é concluído (etapa S5). O vapor d’água no lado primário e o líquido vedado no lado secundário podem ser descarregados por meio das linhas de descarga 26 e 33. Pode deixar-se que o módulo de membrana de separação 2 seja resfriado para reduzir a pressão do vapor d’água no lado primário. Alternativamente, o módulo de membrana de separação 2 pode ser resfriado pelo provimento de ar comprimido ou de água de resfriamento. O líquido, particularmente a água, vedado no lado secundário pode permanecer vedado para evitar a secagem das membranas de separação.

[0108] Após a esterilização a vapor d’água, teme-se que substâncias não esterilizadas no ar exterior etc. possam ser misturadas (sugadas) quando o interior do objeto de esterilização a vapor d’água está em um estado de pressão negativa, então é preferencial evitar o estado de pressão negativa tanto quanto possível. Portanto, é preferencial que água esterilizada ou ar esterilizado seja provido após a esterilização a vapor d’água para criar uma pressão positiva no objeto de esterilização a vapor d’água.

[0109] Na primeira realização, após o líquido de alto ponto de ebulição ser vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação, o vapor d’água é provido ao lado primário. Dessa maneira, o líquido vedado no lado secundário transmite calor aos componentes do módulo de membrana de separação 2 por meio das membranas de separação, de forma que o tempo necessário para aquecer o módulo de membrana de separação 2 à temperatura de esterilização prescrita possa ser significativamente reduzido. Particularmente, quando membranas de separação com grandes poros são esterilizadas, dado que a esterilização é desempenhada com o líquido vedado no lado secundário, o vapor d’água pode passar do lado primário das membranas de separação ao lado secundário. Quando o vapor d’água passa do lado primário ao lado secundário, o vapor d’água se espalhada também pelo lado secundário, de forma que o módulo de membrana de separação 2 possa ser aquecido pelo vapor d’água também do lado secundário. O tempo necessário para aquecer o módulo de membrana de separação 2 à temperatura de esterilização prescrita pode assim ser significativamente reduzido. Portanto, a deterioração térmica do agente de envasamento etc. pode ser suprimida e a frequência de substituição do módulo de membrana de separação 2 pode ser reduzida.

[0110] O líquido pode ser vedado diretamente no lado secundário das membranas de separação. A Figura 3 é um diagrama esquemático de um aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com uma primeira modificação da primeira realização da presente invenção. Em um aparelho de esterilização 100A de acordo com a primeiro modificação, a unidade de provimento de líquido 40 é conectada ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. No aparelho de esterilização 100A, a unidade de provimento de líquido 40 é conectada à linha de descarga 26 e o líquido é provido diretamente a partir da unidade de provimento de líquido 40 ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 com a válvula de descarga 27 fechada. Quando o ar está presente no lado secundário, teme-se que bloqueio a ar possa evitar a vedação do líquido. Portanto, a válvula de filtração 13 é aberta.

[0111] Após a razão de preenchimento do lado secundário com o líquido provido ao mesmo pela unidade de provimento de líquido 40, isto é, a razão do líquido de preenchimento do espaço cercado pelas porções no lado secundário que são usadas para filtração, alcança 70% ou mais, a válvula de filtração 13 e a válvula de provimento de líquido 22 são fechadas e, dessa forma, o líquido é vedado no lado secundário. Alternativamente, o lado secundário é primeiro preenchido com o líquido e então o líquido pode ser submetido à filtração de contrapressão do lado secundário das membranas de separação ao lado primário. Fechando-se a válvula de provimento de líquido 22 etc. no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 após o líquido ser filtrado do lado secundário da membrana de separação ao lado primário, o líquido é vedado no lado secundário.

[0112] Na etapa de esterilização após a filtração de contrapressão, os percursos de escoamento de saída de líquido no lado secundário, por exemplo, a válvula de filtração 13, a válvula de descarga 27 e a válvula de provimento de líquido 22 na Figura 3, são fechados de forma que o líquido provido ao lado secundário não flua para fora. A etapa de esterilização pode ser desempenhada com a válvula de filtração 13 e a válvula de descarga 27 fechadas e a válvula de provimento de líquido 22 abertas, isto é, enquanto o líquido é provido ao lado secundário.

[0113] Quando um solvente que não seja a água é usado como o líquido a ser vedado, é preferencial usar um aparelho de esterilização mostrado na Figura 4. A Figura 4 é um diagrama esquemático do aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação de acordo com uma segunda modificação da primeira realização da presente invenção. Um aparelho de esterilização 100B inclui uma unidade de lavagem de membrana de separação 18 para prover uma solução de lavagem ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2.

[0114] A unidade de lavagem de membrana de separação 18 inclui um tanque de solução de lavagem, uma bomba de provimento de solução de lavagem 12 e uma válvula de solução de lavagem 14. A unidade de lavagem de membrana de separação 18 provê a solução de lavagem a partir do tanque de solução de lavagem ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 por meio de uma linha de provimento de solução de lavagem 29 quando a bomba de provimento de solução de lavagem 12 é atuada. Na segunda modificação da primeira realização, o líquido vedado no lado secundário é descarregado no tratamento de esterilização de acordo com a primeira realização (etapa S5), e então a solução de lavagem é provida ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 pela unidade de lavagem de membrana de separação 18. Quando a solução de lavagem é provida, a válvula de descarga 27 e a válvula de filtração 13 são fechadas e a válvula de solução de lavagem 14 é aberta. Após o lado secundário ter sido preenchido com a solução de lavagem, uma válvula no lado primário tal como a válvula de descarga 32 é aberta, por meio do que a solução de lavagem é também passada do lado secundário ao lado primário. A solução de lavagem provida pode lavar o líquido remanescente nos lados primário e secundário do módulo de membrana de separação 2. A unidade de lavagem de membrana de separação 18 pode ser conectada ao lado primário para prover a solução de lavagem do lado primário ao lado secundário. Por exemplo, a solução de lavagem é provida ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e filtrada ao lado secundário das membranas de separação para desempenhar a lavagem.

[0115] A água pode ser preferencialmente usada como a solução de lavagem. A solução de lavagem pode ser água a qual um álcali, um ácido, um agente oxidante ou um agente redutor usado para retrolavagem do módulo de membrana de separação 2 é adicionado.

[0116] Na segunda modificação, quando um solvente que não seja a água é usado como o líquido a ser vedado, a linha de descarga 26 pode ser conectada à unidade de provimento de líquido 40 de forma que o líquido vedado seja reutilizado. A etapa de esterilização pode ser desempenhada com a válvula de filtração 13 e a válvula de descarga 27 fechadas e a válvula de solução de lavagem 14 aberta, isto é, enquanto a solução de lavagem é provida ao lado secundário. SEGUNDA REALIZAÇÃO

[0117] Em referência a seguir à Figura 5, uma segunda realização da presente invenção será descrita. A Figura 5 é um diagrama esquemático de um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com a segunda realização da presente invenção.

[0118] Um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 inclui: um fermentador 1 para converter uma matéria-prima de fermentação em um líquido fermentado que contêm uma substância química por cultivo de fermentação com o uso de um microrganismo; um módulo de membrana de separação 2 para separar a substância química do líquido fermentado; uma bomba de circulação 8 para prover o líquido fermentado ao módulo de membrana de separação 2; uma unidade de provimento de vapor 20 para prover vapor d’água para a esterilização a vapor d’água; uma unidade de provimento de líquido 40 para prover um líquido a ser vedado ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2; e um controlador 50 para controlar os componentes respectivos.

[0119] A matéria-prima e um microrganismo ou células de cultura são alimentados ao fermentador 1 por uma bomba de provimento de matéria- prima 9. Uma etapa de fermentação procede no fermentador 1. O aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 inclui um agitador 4 e uma unidade de provimento de gás 15. O agitador 4 agita o líquido fermentado no fermentador 1. A unidade de provimento de gás 15 pode prover um gás necessário. Nesse caso, o gás provido pode ser coletado, reciclado e novamente provido pela unidade de provimento de gás 15.

[0120] O aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 inclui um sensor-controlador de pH 5 e uma bomba de provimento de neutralizador 10. O sensor-controlador de pH 5 detecta o pH de uma solução de cultura e então controla a bomba de provimento de neutralizador 10 de acordo com os resultados de detecção de forma que a solução de cultura exiba um pH dentro de uma faixa definida. A bomba de provimento de neutralizador 10 é conectada a um tanque para uma solução aquosa ácida e a um tanque para uma solução aquosa alcalina e o pH da solução de cultura é controlado adicionando-se uma das soluções aquosas ao fermentador 1. Dado que o pH da solução de cultura é mantido dentro de certa faixa, a produção de fermentação pode ser desempenhada com alta produtividade. Os neutralizadores, isto é, a solução aquosa ácida e a solução aquosa alcalina, correspondem a ajustadores de pH.

[0121] A bomba de circulação 8 alimenta a solução de cultura, isto é, o líquido fermentado, ao aparelho a partir do fermentador 1 ao módulo de membrana de separação 2 para circular o escoamento do líquido fermentado não filtrado a partir do módulo de membrana de separação 2 ao fermentador 1 pela filtração de fluxo cruzado. A bomba de circulação 8 alimenta o líquido fermentado ao módulo de membrana de separação 2 por meio da válvula de circulação 17 e do tubo 23 para circular o líquido fermentado não filtrado, que não é filtrado por meio do módulo de membrana de separação 2, ao fermentador 1 por meio do tubo 25. O líquido fermentado que contêm uma substância química, isto é, um produto de fermentação, é filtrado por meio do módulo de membrana de separação 2 e separado entre microrganismo e substância química, isto é, o produto fermentação, e a substância química é retirada do sistema do aparelho como o filtrado. O microrganismo separado permanece presente no sistema do aparelho e, portanto, a concentração do microrganismo no sistema do aparelho é mantida a um alto nível. Isso permite a produção de fermentação com alta produtividade.

[0122] O módulo de membrana de separação 2 é conectado ao fermentador 1 por meio da bomba de circulação 8. Preferencialmente, a filtração pelo módulo de membrana de separação 2 é desempenhada mediante sucção pela bomba de filtração 11. O filtrado que foi filtrado por meio do módulo de membrana de separação 2 é descarregado e coletado a partir da linha de descarga de filtrado 24 por meio da válvula de filtração 13. O aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 pode incluir um sensor-controlador de pressão diferencial 7 para detectar a diferença de pressão nas membranas de separação do módulo de membrana de separação 2. A filtração estável pode ser desempenhada controlando-se a bomba de filtração 11 enquanto a diferença de pressão nas membranas de separação do módulo de membrana de separação 2 é detectada pelo sensor-controlador de pressão diferencial 7. A bomba de filtração 11 é controlada de forma que o valor da diferença de pressão nas membranas de separação do módulo de membrana de separação 2 esteja dentro de certa faixa. A filtração pode ser desempenhada somente por meio da pressão pela bomba de circulação 8 sem sucção pela bomba de filtração 11 e sem o uso de potência especial. A quantidade do líquido fermentado alimentado a partir do fermentador 1 ao módulo de membrana de separação 2 pode ser apropriadamente controlado controlando-se a saída da bomba de circulação 8.

[0123] O fermentador 1 pode incluir um controlador de temperatura 3. O controlador de temperatura 3 inclui um sensor de temperatura para detectar temperatura, uma unidade de aquecimento e/ou uma unidade de resfriamento e uma unidade de controle. O controlador de temperatura 3 usa o sensor de temperatura para detectar a temperatura dentro do fermentador 1 e controla a unidade de aquecimento e/ou a unidade de resfriamento por meio da unidade de controle de acordo com os resultados da detecção de forma que a temperatura esteja dentro de certa faixa para, assim, controlar a temperatura dentro do fermentador 1. Dessa maneira, a temperatura do fermentador 1 é mantida constante e a concentração do microrganismo é assim mantida em um nível alto.

[0124] A correlação entre a temperatura do fermentador 1 e a temperatura do módulo de membrana de separação 2 durante a esterilização a vapor d’água é examinada previamente. Isso permite que a temperatura do módulo de membrana de separação seja indiretamente estimada analisando-se a temperatura do fermentador durante a esterilização a vapor d’água.

[0125] A água pode ser adicionada direta ou indiretamente ao fermentador 1. Uma unidade de provimento de água provê água diretamente ao fermentador 1 e é especificamente composta de uma bomba de provimento de água 16. O provimento indireto de água inclui o provimento da matéria- prima, a adição de um ajustador de pH, etc. Preferencialmente, os materiais adicionados ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 foram esterilizados a fim de evitar a incrustação por contaminantes e para desempenhar a fermentação eficientemente. Por exemplo, um meio de cultura pode ser esterilizado por aquecimento após as matérias-primas do meio de cultura serem misturadas. Caso necessário, o meio de cultura, os ajustadores de pH e a água adicionados ao fermentador podem ser esterilizados, por exemplo, passando-os através de um filtro de esterilização.

[0126] Um sensor-controlador de nível 6 inclui um sensor para detectar o nível do líquido no fermentador 1 e uma unidade de controle. A unidade de controle controla a bomba de provimento de matéria-prima 9, a bomba de provimento de água 16, etc. de acordo com os resultados da detecção a partir do sensor. As quantidades de líquidos que escoam para dentro do fermentador 1 são dessa forma controladas, de forma que o nível do líquido no fermentador 1 é mantido dentro de certa faixa.

[0127] A unidade de lavagem de membrana de separação 18 inclui um tanque de solução de lavagem, uma bomba de provimento de solução de lavagem 12 e uma válvula de solução de lavagem 14. A unidade de lavagem de membrana de separação 18 provê uma solução de lavagem a partir do tanque de solução de lavagem ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 quando a bomba de provimento de solução de lavagem 12 é ativada, por meio da qual a retrolavagem é desempenhada. A retrolavagem é um método para remover incrustantes acumulados nas superfícies das membranas de separação alimentando-se a solução de lavagem a partir de um lado de filtrado, isto é, o lado secundário, das membranas de separação, a um lado de líquido fermentado, isto é, o lado primário. A solução de lavagem provida ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 atravessa as membranas de separação a serem filtradas ao lado primário. Provendo-se a solução de lavagem ao módulo de membrana de separação 2, as membranas de separação são lavadas. Quando a retrolavagem é desempenhada, a solução de lavagem é provida ao módulo de membrana de separação 2 sendo que a válvula de filtração 13 está disposta entre o módulo de membrana de separação 2 e a bomba de filtração 11 está fechada, e sendo que a filtração no módulo de membrana de separação 2 está parada. Durante a retrolavagem, a bomba de circulação 8 pode estar em operação ou parada. Quando a retrolavagem é desempenhada enquanto a bomba de circulação 8 é operada, a pressão pela bomba de provimento de solução de lavagem 12 pode ser definida para ser mais alta do que a soma da pressão pela da bomba de circulação 8 com a diferença de pressão nas membranas de separação.

[0128] Um álcali, um ácido, um agente oxidante ou um agente redutor podem ser adicionados à solução de lavagem usada para a retrolavagem conquanto que a fermentação não seja significativamente inibida. Os exemplos do álcali podem incluir hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio. OS exemplos do ácido podem incluir ácido oxálico, ácido cítrico, ácido hidroclorídrico e ácido nítrico. Os exemplos do agente oxidante podem incluir hipocloritos e peróxido de hidrogênio. Os exemplos do agente redutor podem incluir agentes redutores inorgânicos tais como hidrossulfeto de sódio, sulfeto de sódio e tiossulfeto de sódio.

[0129] A diferença de pressão transmembrana quando o líquido fermentado que inclui um microrganismo ou células de cultura é filtrado por meio das membranas de separação no módulo de membrana de separação 2 pode ser definida de forma que as membranas de separação não sejam facilmente entupidas com o microrganismo, as células de cultura e os componentes do meio de cultura. Por exemplo, o tratamento de filtração pode ser desempenhado configurando-se a diferença de pressão transmembrana dentro da faixa de 0,1 kPa ou mais e 20 kPa ou menos. A diferença de pressão transmembrana é preferencialmente dentro da faixa de 0,1 kPa ou mais e 10 kPa ou menos e mais preferencialmente dentro da faixa de 0,1 kPa ou mais e 5 kPa ou menos. Quando a diferença de pressão transmembrana está dentro da faixa acima, o entupimento com um microrganismo (particularmente um procarioto) e com os componentes do meio de cultura, e uma redução na quantidade de permeação por água podem ser suprimidos, de forma que a ocorrência de um problema durante a operação da fermentação contínua pode ser efetivamente suprimida.

[0130] A unidade de provimento de vapor 20 provê vapor d’água ao fermentador 1, ao módulo de membrana de separação 2 e aos tubos periféricos por meio da válvula de provimento 19. O vapor d’água é provido aos componentes do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 por meio da válvula de provimento 19 para desempenhar a esterilização do aparelho sob as condições prescritas de esterilização a vapor d’água. Após a esterilização a vapor d’água, ar comprimido pode ser provido ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 por meio de uma válvula de provimento de gás 30. O vapor d’água é dessa forma descarregado a partir do fermentador 1 etc. e o fermentador 1 é resfriado.

[0131] Em referência a seguir à Figura 6, um método para esterilizar o módulo de membrana de separação 2 de acordo com a segunda realização será descrito. A Figura 6 é um fluxograma para explicar o tratamento de esterilização para o módulo de membrana de separação 2 de acordo com a segunda realização.

[0132] No método para esterilizar o módulo de membrana de separação 2 de acordo com a segunda realização, como na primeira realização, primeiro, um líquido a ser vedado no lado secundário é provido pela unidade de provimento de líquido 40 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e passado ao lado secundário (etapa S11). Especificamente, o lado primário do módulo de membrana de separação 2 é preenchido com o líquido por meio da linha de provimento de líquido 31 pela bomba de provimento de líquido vedado 21, sendo que a válvula de descarga 27, a válvula de circulação 17, a válvula de filtração 13 e a válvula de solução de lavagem 14 estão fechadas e sendo que a válvula de provimento de líquido vedado 22 está aberta. Então, a filtração é desempenhada operando-se a bomba de filtração 11 com a válvula de filtração 13 aberta e o líquido é dessa forma passado ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. A filtração ao lado secundário é desempenhada até que pelo menos 70% do volume de um espaço cercado pelas porções das membranas de separação no lado secundário que são usadas para a filtração, isto é, o volume do lado secundário das porções de filtração, é preenchido com o líquido a ser vedado. Preferencialmente, o tempo necessário para pelo menos 70% do volume do lado secundário ser preenchido com o líquido é examinado previamente por um ensaio.

[0133] O líquido é provido em uma quantidade de pelo menos 70% em relação ao volume do lado secundário das porções de filtração do módulo de membrana de separação 2 e, então, o lado secundário é isolado para vedar o líquido no lado secundário (etapa S12). A bomba de provimento de líquido 21, a bomba de provimento de solução de lavagem 12 e a bomba de filtração 11 são paradas para parar o provimento do líquido ao módulo de membrana de separação 2. A válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14, a válvula de provimento de líquido vedado 22 e a válvula de descarga 27 são fechadas para vedar o líquido no lado secundário do módulo de membrana de separação 2.

[0134] Após o líquido ser vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2, o vapor d’água é provido pela unidade de provimento de vapor 20 ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 e aos componentes do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 tais como o fermentador 1, para assim aquecer os componentes do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200, que incluem o módulo de membrana de separação 2, a uma temperatura de esterilização prescrita (etapa S13). A válvula de descarga 32 é aberta para descarregar água no lado primário do módulo de membrana de separação 2 e no tubo 23 etc. a partir da linha de descarga 33. Então, a válvula de provimento 19 e a válvula de circulação 17 são abertas para prover vapor d’água a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1 e ao módulo de membrana de separação 2, etc. para, por meio disso, aumentar a temperatura do módulo de membrana de separação 2.

[0135] A água condensada (dreno) gerada quando o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 é submetido à esterilização a vapor d’água pode ser descarregada, por exemplo, a partir da linha de descarga 33 abrindo-se a válvula de descarga 32. Nesse caso, um coletor de vapor d’água, por exemplo, pode ser fornecido na linha de descarga 33 de forma que a pressão do vapor d’água seja mantida constante.

[0136] Após a etapa de aquecimento, os componentes do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200, incluindo o módulo de membrana de separação 2, são esterilizados à temperatura de esterilização prescrita por um tempo prescrito (etapa S14). Quando o fermentador 1, os tubos 23 e 25, etc. são submetidos à esterilização a vapor d’água ao mesmo tempo, a temperatura do vapor d’água provido é definida de forma que um local em que sua temperatura é a mais difícil de aumentar é aquecido a uma temperatura igual ou mais alta do que a temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água . O tempo de provimento de vapor d’água é definido de forma que o tempo após o local em que sua temperatura é a mais difícil de aumentar é aquecido à temperatura prescrita de esterilização a vapor d’água ou mais alta seja igual ou maior do que o tempo prescrito de esterilização a vapor d’água. Geralmente, a temperatura do vapor d’água provido é definida preferencialmente a 121°C ou mais alta sendo que medidas de dissipação a calor, tais como isolamento térmico, são tomadas.

[0137] Após a conclusão do tratamento de esterilização, a válvula de provimento de gás 30 é aberta e o ar comprimido é provido aos componentes respectivos do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200, o que inclui o lado primário do módulo de membrana de separação 2, para resfriar o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 (etapa S15). O resfriamento natural pode ser desempenhado sem o provimento de ar. Entretanto, quando um componente com resistência térmica insuficiente é usado, é preferencial deixar o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 resfriar enquanto o ar comprimido é provido, a fim de evitar que a vida de serviço seja encurtada e para evitar resfriamento parcial que causa uma redução parcial da pressão. Durante o resfriamento do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 com o uso de ar comprimido, o ar comprimido pode ser soprado com o líquido vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Quando o ar comprimido é soprado sem líquido vedado no lado secundário, os poros das membranas de separação são secados. Nesse caso, pode ser necessário submeter os poros das membranas de separação a um tratamento de substituição com um líquido, a fim de desempenhar o tratamento de filtração. Na segunda realização, o tratamento de resfriamento soprando-se ar comprimido é desempenhado com o líquido vedado no lado secundário, o que pode suprimir a secagem dos poros das membranas de separação.

[0138] Após o módulo de membrana de separação 2 ser resfriado, o líquido vedado no lado secundário é descarregado conforme necessário e o tratamento de esterilização é concluído (etapa S16).

[0139] Na segunda realização, assim como na primeira realização, o líquido de alto ponto de ebulição é vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 e o vapor d’água é então provido ao lado primário. Nesse caso, o líquido vedado no lado secundário transmite calor a partir do vapor d’água aos componentes respectivos do módulo de membrana de separação 2 por meio das membranas de separação. Portanto, o tempo necessário para o módulo de membrana de separação 2 ser aquecido à temperatura de esterilização prescrita pode ser significativamente reduzido e a deterioração térmica do agente de envasamento etc. pode dessa forma ser suprimido. Particularmente, quando membranas de separação com grandes poros são esterilizadas, dado que a esterilização é desempenhada com o líquido vedado no lado secundário, o vapor d’água pode passar do lado primário das membranas de separação ao lado secundário. Quando o vapor d’água passa do lado primário ao lado secundário, o vapor d’água se espalhada também pelo lado secundário, de forma que o módulo de membrana de separação 2 possa ser aquecido pelo vapor d’água também do lado secundário. O tempo necessário para aquecer o módulo de membrana de separação 2 à temperatura de esterilização prescrita pode assim ser significativamente reduzido.

[0140] Na segunda realização, após o tratamento de esterilização, o ar comprimido é provido com o líquido vedado no lado secundário de forma que pressão negativa não seja gerada e, então, deixa-se que o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 se resfrie, de forma que a secagem dos poros das membranas de separação no módulo de membrana de separação 2 possa ser suprimida. Dessa maneira, o tratamento de filtração pode ser desempenhado imediatamente após o tratamento de esterilização sem desempenhar tratamentos extras, tais como a substituição com a fase líquida, para as membranas de separação.

[0141] Na segunda realização, após o tratamento de esterilização, o ar comprimido é provido com o líquido vedado no lado secundário e deixa-se que o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 se resfrie. Portanto, a ocorrência de golpe de aríete devido à condensação de vapor d’água rápida e a contaminação com germes podem também ser suprimidas.

[0142] O aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 de acordo com a segunda realização da presente invenção é configurado para incluir a unidade de provimento de líquido 40. Entretanto, quando água é usada como o líquido a ser vedado, o líquido a ser vedado (água) pode ser vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 sem fornecer a unidade de provimento de líquido 40. A Figura 7 é um diagrama esquemático de um aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A de acordo com uma modificação da segunda realização. Quando a esterilização a vapor d’água é desempenhada no aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A, a água é vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 conforme a seguir. Primeiro, a bomba de provimento de água 16 é atuada para prover água ao fermentador 1 e, então, a água no fermentador 1 é circulada ao módulo de membrana de separação 2 com o uso da bomba de circulação 8. Enquanto a água é circulada pela bomba de circulação 8, a válvula de filtração 13 é aberta e a bomba de filtração 11 é operada para desempenhar filtração, de forma que a água seja passada ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. O lado secundário do módulo de membrana de separação 2 é preenchido com a água e, então, a bomba de filtração 11 é parada e a válvula de filtração 13 é fechada, por meio do que a água pode ser vedada no lado secundário. Após a água ter sido vedada no lado secundário, a água no fermentador 1, nos tubos 23 e 25, etc. e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 é descarregada e, então, a esterilização a vapor d’água é desempenhada da maneira descrita na segunda realização. Dessa maneira, o tempo para aquecer até a temperatura de esterilização pode ser encurtado.

[0143] No aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 de acordo com a segunda realização da presente invenção, a unidade de provimento de líquido 40 pode ser conectada ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2. Quando a unidade de provimento de líquido 40 é conectada ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2, a unidade de provimento de líquido 40 pode ser conectada à linha de descarga de filtrado 24 à qual a unidade de lavagem de membrana de separação 18 é conectada. Quando a unidade de provimento de líquido 40 é conectada ao lado secundário, o líquido é provido pela unidade de provimento de líquido 40 ao lado secundário para vedar o líquido no lado secundário. Adicionalmente, quando o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana é resfriado por ar comprimido após concluir a esterilização a vapor d’água, o líquido pode ser continuamente provido a partir da unidade de provimento de líquido 40 ao módulo de membrana de separação 2 para desempenhar o resfriamento enquanto o líquido é submetido à filtração de contrapressão do lado secundário ao lado primário.

[0144] O microrganismo e as células de cultura usadas no aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 de acordo com a presente realização serão descritos. Nenhuma limitação particular é imposta no microrganismo e nas células de cultura usadas na presente realização. Os exemplos do microrganismo podem incluir: leveduras comumente usadas na indústria de fermentação tais como levedura de padeiro; células eucarióticas tais como fungos filamentosos; e células procarióticas tais como a Escherichia coli, bactérias do ácido ático, bactérias corineformes e actinobactérias. OS exemplos das células de cultura podem incluir células de animais e células de insetos. O microrganismo e a célula de cultura usada podem ser aqueles isolados do ambiente natural ou aqueles parcialmente modificados em sua natureza por mutação ou recombinação gênica.

[0145] Quando se produz ácido lático, é preferencial usar levedura quando uma célula eucariótica é usada ou usar uma bactéria do ácido lático quando uma célula procariótica é usada. Dentre esses, a levedura é preferencialmente uma levedura obtida introduzindo-se um gene de codificação de lactato desidrogenase em sua célula. A bactéria do ácido lático usada é preferencialmente uma bactéria do ácido lático capaz de produzir ácido lático a 50% ou mais como um rendimento por açúcar em relação à glicose consumida e é mais preferencialmente uma bactéria do ácido lático capaz de produzir ácido lático a 80% ou mais de um rendimento por açúcar.

[0146] A matéria-prima de fermentação usada na presente realização pode ser qualquer matéria-prima de fermentação que possa facilitar o crescimento do microrganismo ou das células de cultura para criação em cultura e podem permitir que um produto de fermentação, isto é, a substância química-alvo, seja preferencialmente produzida. Um meio de cultura líquido é usado como a matéria-prima da fermentação. Um material que é um componente do meio de cultura e é convertido na substância química-alvo (isto é, uma matéria-prima em um sentido estrito) pode ser chamado de uma matéria-prima. Entretanto, na presente descrição, a menos que mencionado o contrário, o meio de cultura como um todo é chamado de uma matéria-prima. A matéria-prima em um sentido estrito é, por exemplo, um sacarídeo tal como glicose, frutose, ou sacarose, em que cada uma dessas é um substrato de fermentação usado para obter uma substância química, isto é, um álcool.

[0147] A matéria-prima contém apropriadamente uma fonte de carbono, uma fonte de nitrogênio, sais inorgânicos e, caso necessário, micronutrientes orgânicos tais como aminoácidos e vitaminas. A fonte de carbono usada é qualquer uma dentre: sacarídeos tais como glicose, sacarose, frutose, galactose e lactose; soluções obtidas pela sacarificação de amido e que contêm qualquer um desses sacarídeos; melaços de babata doce; melaços de beterraba; melaços de alta octanagem; ácidos orgânicos tais como o ácido acético; alcoóis tais como o etanol; e glicerina. A fonte de nitrogênio usada é qualquer uma dentre gás de amônia, água de amônia, sais de amônia, ureia, nitratos e outras fontes orgânicas de nitrogênio usadas conjuntamente tais como bagaços oleaginosos, hidrolisato de soja, produtos de decomposição de caseína, outros aminoácidos, vitaminas, água de maceração de milho, leveduras ou extratos de levedura, extratos da carne, peptídeos tais como a peptona, várias células bacterianas de fermentação e hidrolisatos dos mesmos. O sal inorgânico adicionado pode ser qualquer um dentre fosfatos, sais de magnésio, sais de cálcio, sais de ferro e sais de manganês.

[0148] Quando um nutriente específico é necessário para o crescimento do microrganismo ou de células de cultura, o nutriente é adicionado à matéria-prima como uma preparação ou um produto natural que contém o nutriente. A matéria-prima pode conter um agente antiespumante conforme necessário.

[0149] Na presente descrição, a solução de cultura é uma solução obtida como um resultado da proliferação do microrganismo ou de células de cultura na matéria-prima da fermentação. Na fermentação contínua, a matéria- prima de fermentação pode ser adicionada à solução de cultura. Entretanto, a composição da matéria-prima de fermentação adicionada pode ser apropriadamente mudada da composição no começo do cultivo de forma que a produtividade da substância química-alvo aumente. Por exemplo, a concentração da matéria-prima de fermentação em um sentido estrito, as concentrações de outros componentes no meio de cultura, etc. podem ser mudadas.

[0150] Na presente descrição, o líquido fermentado é um líquido que contém um material produzido como um resultado de fermentação e pode conter a matéria-prima, o microrganismo ou as células de cultura e a substância química. Em outras palavras, os termos “solução de cultura” e “líquido fermentado” podem ser usados substancialmente com o mesmo significado.

[0151] Com o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 de acordo com a segunda realização, uma substância química, isto é, um material convertido, é produzido no líquido fermentado pelo microrganismo ou pelas células de cultura descritas acima. Os exemplos da substância química podem incluir materiais produzidos em massa na indústria de fermentação, tais como alcoóis, ácidos orgânicos, aminoácidos e ácidos nucleicos. Os exemplos dos alcoóis podem incluir etanol, 1,3- butanodiol, 1,4-butanodiol e glicerol. Os exemplos dos ácidos orgânicos podem incluir ácido acético, ácido lático, ácido pirúvico, ácido sucínico, ácido málico, ácido itacônico e ácido cítrico. OS exemplos dos ácidos nucleicos podem incluir inosina, guanosina e citidina. O método para a presente invenção pode também ser aplicado à produção de materiais tais como enzimas, substâncias antibióticas e proteínas recombinantes.

[0152] O aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 de acordo com a segunda realização pode ser aplicado à produção de um produto químico, um produto laticínio, um produto medicinal, um produto alimentício ou um produto fermentado. Os exemplos do produto químico podem incluir ácidos orgânicos, aminoácidos, e ácidos nucleicos. Os exemplos do produto laticínio podem incluir leite de baixo teor de gordura. Os exemplos do produto alimentício podem incluir bebidas de ácido lático. Os exemplos do produto fermentado podem incluir cerveja e shochu ou aguardente destilada japonesa. As enzimas, as substâncias antibióticas, as proteínas recombinantes, etc. produzidas pelo método para a presente invenção são aplicáveis a produtos medicinais.

[0153] Na produção de uma substância química por fermentação contínua, a fermentação contínua (isto é, a extração da solução de cultura) pode ser iniciada após o cultivo em batelada ou o cultivo em batelada alimentada ser desempenhado no estágio inicial do cultivo para aumentar a concentração do microrganismo. Alternativamente, após a concentração de o microrganismo ser aumentada, células bacterianas em alta concentração podem ser semeadas para iniciar o cultivo e desempenhar a fermentação contínua simultaneamente. Na produção da substância química por fermentação contínua, o provimento da solução de cultura de matéria-prima e a extração da solução de cultura podem ser iniciados em um momento apropriado. O provimento da solução de cultura de matéria-prima e a extração da solução de cultura não são necessariamente iniciados ao mesmo tempo. O provimento da solução de cultura de matéria-prima e a extração da solução de cultura podem ser desempenhados continuamente ou intermitentemente.

[0154] Um nutriente necessário para a proliferação das células bacterianas pode ser adicionado à solução de cultura para permitir a contínua proliferação das células bacterianas. Em uma realização preferencial para obter uma produtividade eficiente, a concentração do microrganismo ou das células de cultura na solução de cultura é mantida em um nível alto dentro de uma faixa em que o ambiente da solução de cultura não seja inadequado para a proliferação do microrganismo ou das células de cultura de forma que a taxa de mortalidade do microrganismo ou das células de cultura não se torne alta. A concentração do microrganismo ou das células de cultura na solução de cultura durante, por exemplo, a fermentação do ácido D-lático com o uso de uma bactéria de ácido SL-lático é de forma que a concentração do microrganismo em uma base de peso seco seja mantida a 5 g/l ou mais, de forma que uma boa eficiência de produção seja obtida.

[0155] Quando um sacarídeo é usado como a matéria-prima para a produção de uma substância química por fermentação contínua, é preferencial que a concentração do sacarídeo na solução de cultura seja mantida a 5 g/l ou menos. O motivo pelo qual é preferencial manter a concentração do sacarídeo na solução de cultura a 5 g/l ou menos é que a perda do sacarídeo devido à extração da solução de cultura é minimizada.

[0156] O cultivo do microrganismo e de células de cultura é geralmente desempenhado dentro da faixa de pH de 3 ou mais e 8 ou menos, e a temperatura na faixa de 20°C ou maior e 60°C ou menor. Geralmente, o pH da solução de cultura é ajustado previamente a um valor de pH prescrito de 3 ou mais e 8 ou menos com um ácido orgânico ou inorgânico, um material alcalino, ureia, carbonato de cálcio, gás de amônia, etc. Quando é necessário aumentar a taxa de provimento de oxigênio, usam-se meios tais como a adição de oxigênio ao ar para manter a concentração de oxigênio em 21% ou mais alta, a pressurização da solução de cultura, o aumento da taxa de agitação ou o aumento da quantidade de fluxo de ar.

[0157] Durante a operação de fermentação contínua, é preferencial monitorar a concentração do microrganismo no microrganismo fermentador. A concentração do microrganismo pode ser medida coletando-se uma amostra e medindo-se a concentração na amostra. Entretanto, preferencialmente, um sensor de concentração de microrganismo tal como um sensor MLSS é fornecido no microrganismo fermentador para monitorar continuamente mudanças na concentração de microrganismo.

[0158] Na produção de uma substância química por fermentação contínua, a solução de cultura e o microrganismo ou as células de cultura podem ser extraídos do fermentador conforme necessário. Por exemplo, quando a concentração do microrganismo ou de células de cultura no fermentador for excessivamente alta, há maior probabilidade de ocorrer o entupimento das membranas de separação. Portanto, a extração do microrganismo ou de células de cultura pode evitar a ocorrência do entupimento. O desempenho de produção da substância química pode variar de acordo com a concentração do microrganismo ou de células de cultura no fermentador. Entretanto, extraindo-se o microrganismo ou as células de cultura com base no desempenho de produção usado como um indicador, o desempenho de produção pode ser mantido.

[0159] Na produção de uma substância química por fermentação contínua, a quantidade de fermentadores para a operação de cultivo contínuo desempenhada enquanto células bacterianas frescas que têm uma habilidade de produção de fermentação são proliferadas não é limitada, conquanto que um método de cultivo contínuo em que um produto é produzido enquanto as células bacterianas são proliferadas seja desempenhado. Na produção de uma substância química por fermentação contínua, é geralmente preferencial em termos de controle do cultivo que a operação de cultivo contínuo seja desempenhada em um único fermentador. Uma pluralidade de fermentadores pode ser usada quando, por exemplo, o volume dos fermentadores é pequeno. Nesse caso, mesmo quando a fermentação contínua é desempenhada com o uso de uma pluralidade de fermentadores conectados em paralelo ou em série por meio de tubagem, o produto de fermentação pode ser obtido com alta produtividade. EXEMPLOS

[0160] Os efeitos da presente invenção serão descritos em maiores detalhes por meio de exemplos, mas a presente invenção não é limitada aos exemplos a seguir. EXEMPLO DE REFERÊNCIA 1 PRODUÇÃO DE MEMBRANAS DE FIBRA OCA

[0161] Um homopolímero de fluoreto de vinilideno que tem um peso molecular ponderai médio de 417.000 e y-butirolactona foram dissolvidos em razões respectivas de 38% em massa e 62% em massa a uma temperatura de 170°C. A solução macromolecular obtida foi descarregada a partir de um bico de inserção enquanto y-butirolactona serviu como um líquido formador de seção oca acompanhada da solução macromolecular e foi, então, solidificada em um banho de resfriamento que contém uma solução aquosa de 80% em massa de y-butirolactona a uma temperatura de 20°C para produzir membranas de fibra oca que têm uma estrutura esférica. Então, 14% em massa de um homopolímero de fluoreto de vinilideno que tem um peso molecular de massa médio de 284.000, 1% em massa de propianato de acetato de celulose (CAP482-0.5, fabricado por Eastman Chemical Company), 77% por peso de N-metil-2-pirrilidona, 5% em massa de sorbitano de polioxietileno de ácido graxo de óleo coco (nome do produto: IONET (marca comercial registrada) T-20C, fabricado por Sany°Chemical Industries, Ltd.) e 3% em massa de água foram misturados e dissolvidos a uma temperatura de 95°C para preparar uma solução macromolecular. Essa solução-mãe formadora de membrana foi uniformemente aplicada à superfície das membranas de fibra oca que têm uma estrutura esférica e imediatamente solidificada em um banho de água para produzir membranas de fibra oca em que uma estrutura de rede tridimensional foi formada em uma camada de estrutura esférica. O diâmetro médio de poro das membranas de fibra oca obtidas em sua superfície em um lado d'água a ser tratado era de 0,05 μm. EXEMPLO DE REFERÊNCIA 2 PRODUÇÃO DE MÓDULO DE MEMBRANA DE SEPARAÇÃO 2

[0162] Um módulo de membrana de separação 2 foi produzido com o uso de um produto moldado, isto é, um contentor tubular feito de resina de polissulfona (diâmetro interno: 35 mm), como é o caso do módulo de membrana de separação. As membranas de fibra oca produzidas no Exemplo de Referência 1 foram usadas como as membranas de separação e contatadas com o vapor d’água saturado a 121°C por 1 hora. Para contatar as membranas de fibra oca com o vapor d’água saturado, uma autoclave “LSX-700” fabricada por TOMY SEIKO Co., Ltd. foi usada. 325 membranas de fibra oca (diâmetro externo: 1,4 mm, comprimento efetivo: 20 cm) foram inseridas no estojo do módulo descrito acima e o estojo do módulo e as membranas de fibra oca foram ligados em suas extremidades opostas com o uso de resinas de uretano (SA-7068A/SA-7068B, fabricado por SANYU REC Co., Ltd., as duas resinas foram misturadas a uma razão de peso de 64:100). Em cada uma das extremidades opostas das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2, uma porção ligada em excesso foi cortada de forma a abrir as membranas de fibra oca. A razão de preenchimento das membranas de fibra oca no módulo de membrana de separação 2 foi de 50%. O módulo de membrana de separação 2 tem uma estrutura que inclui um bico de inserção fornecido em uma porção lateral inferior do módulo de membrana de separação 2, um bico de inserção fornecido em uma porção lateral superior do módulo de membrana de separação 2 e bicos de inserção fornecidos, respectivamente, nas extremidades superior e inferior do módulo de membrana de separação 2, e um fluido escoa no/é descarregado a partir do interior das membranas de fibra oca por meio das extremidades superior e inferior do módulo de membrana de separação. O fluido escoa no/é descarregado a partir do exterior das membranas de fibra oca por meio do bico de inserção fornecido na porção lateral superior ou inferior do módulo de membrana de separação. Uma solução aquosa de etanol a 80% foi provida ao lado primário do estojo do módulo. Então, parte da solução aquosa de etanol a 80% foi filtrada para o lado secundário para preencher o módulo de membrana de separação 2 com a solução aquosa de etanol a 80% e o módulo de membrana de separação 2 resultante foi deixado sem alteração por 1 hora. Então, a solução aquosa de etanol a 80% foi descarregada e o módulo de membrana de separação 2 foi lavado e substituído com água destilada. A seguir, a permeabilidade da água pura das membranas porosas de fibra oca acima foi avaliada e constatada ser de 3,9 x 10-9 m3/m2/s/Pa. A medição da permeabilidade foi desempenhada a uma altura máxima de 1 m com o uso de água purificada a 25°C que é purificada por meio de uma membrana de osmose reversa. O módulo de membrana de separação 2 foi armazenado com seu interior preenchido com água. EXEMPLO DE REFERÊNCIA 3 ENSAIO DE VAZAMENTO

[0163] Foi provido ar a 100 kPa ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 produzido de acordo com o Exemplo de Referência 2. Após a água no lado primário do módulo de membrana de separação 2 ter sido filtrada ao lado secundário, o lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi isolado de forma a ser pressurizado pelo ar a 100 kPa. Um memômetro foi fornecido em uma linha de provimento no lado primário do módulo de membrana de separação 2 de forma que a pressão no lado primário do módulo de membrana de separação 2 pudesse ser avaliada. O lado secundário do módulo de membrana de separação 2 foi aberto ao ar. Se uma redução na pressão no lado primário do módulo de membrana de separação 2 após 3 minutos era de 10 kPa ou menos, o módulo de membrana de separação 2 era julgado como aprovado. EXEMPLO 1

[0164] O módulo de membrana de separação produzido conforme descrito acima foi disposto em uma linha de circulação de líquido fermentado do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrada na Figura 7 e a esterilização foi desempenhada. Primeiro, 15 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada a partir do fermentador 1 até a bomba de circulação 8 e, então, até o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a água foi assim vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 30 minutos. Quando a água foi vedada, a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27 foram fechadas. A quantidade da água vedada foi medida previamente e constatou-se que a água foi vedada em 98% do volume do lado secundário de porções de filtração das membranas de fibra oca. Após a água ter sido vedada no lado secundário das membranas de separação, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido aos tubos 23 e 25, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água foi terminada. Após a terminação da esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador 1 tinha sido reduzida a 100°C para prover ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2, de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e permitisse-se que o módulo de membrana de separação 2 se resfriasse. Então, a água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada e o tratamento de esterilização do módulo de membrana de separação 2 foi assim concluído. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 32 minutos. A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 98% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas.

[0165] A fermentação contínua foi desempenhada com o uso do aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A com o uso do módulo de membrana de separação 2 submetido à esterilização a vapor d’água. As condições operacionais no Exemplo 1 foram conforme a seguir, a menos que especificado o contrário.

[0166] Volume do fermentador 1: 20 (Litros)

[0167] Volume efetivo do fermentador 1: 15 (Litros)

[0168] Configuração de temperatura do fermentador 1: 37 (°C)

[0169] Quantidade de fluxo de ar ao fermentador 1: gás nitrogênio 2 (Litros/min)

[0170] Taxa de agitação no fermentador 1: 600 (rpm)

[0171] Configuração de pH no fermentador 1: pH foi ajustado a 6 com 3N Ca(OH)2

[0172] Provimento de meio de fermentação de ácido lático: Um meio de fermentação de ácido lático foi adicionado de forma que o líquido volume no fermentador 1 tenha sido constante a aproximadamente 15 litros

[0173] Quantidade de líquido circulada pela unidade de circulação de líquido fermentado: 10 (Litros/min)

[0174] Controle de taxa de escoamento por meio de membranas de filtração: A taxa de escoamento foi controlada por uma bomba de sucção

[0175] Tratamento de filtração intermitente: Ciclo de operação que inclui tratamento de filtração (9 minutos) e sem incluir tratamento de filtração (1 minuto)

[0176] Fluxo de membrana de filtração: Variável dentro da faixa de 0,1 (m/dia) ou mais e 0,3 (m/dia) ou menos de forma que a diferença de pressão transmembrana foi de 20 kPa ou menos. Quando a diferença de pressão transmembrana aumentou continuamente além dessa faixa, a fermentação contínua foi terminada

[0177] O meio de cultura usado tinha sido submetido à esterilização a vapor d’água com o uso de vapor d’água saturado a 121 °C por 20 minutos. O microrganismo usado foi o Sporolactobacillus laevolacticus JCM2513 (cepa SL) e o meio de cultura usado foi um meio de fermentação de ácido lático que tem uma composição mostrada na Tabela 1. A concentração de ácido lático, isto é, um produto, foi avaliado por HPLC mostrado abaixo sob as seguintes condições. TABELA 1

[0178] Coluna: Shim-Pack SPR-H (fabricado por Shimadzu Corporation)

[0179] Fase móvel: ácido p-toluenossulfônico a 5 mM (0,8 ml/min)

[0180] Fase reativa: ácido p-toluenossulfônico a 5 mM, bis-tris a 20 mM, EDTA-2Na a 0,1 mM (0,8 ml/min)

[0181] Método de detecção: Condutividade elétrica

[0182] Temperatura de coluna: 45°C

[0183] A pureza óptica de ácido lático foi analisada sob as seguintes condições.

[0184] Coluna: TSK-gel Enantio L1 (fabricado por TOSOH Corporation)

[0185] Fase móvel: 1 mM solução aquosa de sulfato de cobre

[0186] Taxa de escoamento: 1,0 ml/minuto

[0187] Método de detecção: UV 254 nm

[0188] Temperatura: 30°C

[0189] A pureza óptica do ácido L-lático é calculada com o uso da seguinte Fórmula (1)

[0190] Pureza óptica (%) = 100 x (L - D) / (D + L) (1)

[0191] A pureza óptica de ácido D-lático é calculada com o uso da seguinte Fórmula (2)

[0192] Pureza óptica (%) = 100 x (D - L) / (D + L) (2)

[0193] Aqui, L representa a concentração de ácido L-lático e D representa a concentração de ácido D-lático.

[0194] No cultivo, a cepa SL foi primeiro submetida à cultura em agitação durante a noite em 5 ml de um meio de fermentação de ácido lático em um tubo de ensaio (primeira pré-cultura). A solução de cultura obtida foi inoculada em 100 ml de um meio de fermentação de ácido lático fresco e submetido à cultura em agitação em um frasco Sakaguchi de 1.000 ml a 30°C por 24 horas (segunda pré-cultura). A solução da segunda pré-cultura foi inoculada em um meio de cultura colocado no fermentador de 15 litros 1 do aparelho de fermentação contínua 200A mostrado na Figura 7 e o fermentador 1 foi agitado pelo agitador 4 equipado no fermentador 1. A quantidade de fluxo de ar, a temperatura e o pH no fermentador 1 foram controlados e o cultivo foi desempenhado por 24 horas sem atuação de da bomba de circulação 8 (pré- cultura final). Imediatamente após a pré-cultura final ser concluída, a bomba de circulação 8 foi atuada. Nesse caso, adicionalmente às condições operacionais usadas durante a pré-cultura final, o meio de fermentação de ácido lático foi continuamente provido. O cultivo contínuo foi desempenhado enquanto a quantidade de água que passa por meio das membranas foi controlada de forma que a quantidade do líquido fermentado no aparelho de fermentação contínua foi de 15 litros, por meio do que o ácido D-lático foi produzido por fermentação contínua. A quantidade de água que passa por meio das membranas durante um ensaio de fermentação contínua foi controlada pela bomba de filtração 11 de forma que a filtração quantidade foi igual à quantidade do meio de fermentação provido. A concentração de ácido D-lático produzido no líquido fermentado que tinha passado por meio das membranas e a concentração da glicose remanescente foram medidas conforme apropriado. O tratamento de filtração intermitente, isto é, a operação cíclica com o tratamento de filtração (9 minutos) e sem o tratamento de filtração (1 minuto), foi desempenhado. A substância química foi produzida no aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a fermentação contínua pôde ser desempenhada por 400 horas. EXEMPLO 2

[0195] O módulo de membrana de separação 2 foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1. Primeiro, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada por meio do fermentador 1, da bomba de circulação 8 e do módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar a filtração, por meio do que a água foi filtrada ao lado secundário das membranas de separação e vedada no lado secundário. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,1 m/dia por 5 minutos. Quando água foi vedada no lado secundário, a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27 foram fechadas. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da água vedada foi medida previamente e constatou-se que a água foi vedada em 80% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca. Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido aos tubos 23 e 25, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água foi terminada. Após a terminação da esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador 1 tinha sido reduzida a 100°C para prover ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2, de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e permitisse-se que o módulo de membrana de separação 2 se resfriasse. Então, a água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada e o tratamento de esterilização do módulo de membrana de separação 2 foi concluído. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 35 minutos. A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 99% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO 3

[0196] O módulo de membrana de separação foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1. Primeiro, 10 litros de uma solução aquosa de glicerina a 10% em peso foram adicionados ao fermentador 1 e a solução aquosa de glicerina foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para filtrar a solução aquosa de glicerina para o lado secundário das membranas de separação, por meio do que a solução aquosa de glicerina foi vedada no lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 15 minutos. Quando a solução aquosa de glicerina foi vedada, a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27 foram fechadas. Então, a solução aquosa de glicerina no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da solução aquosa de glicerina vedada foi medida previamente e constatou-se que a solução aquosa de glicerina foi vedada em 95% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca.

[0197] Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água foi terminada. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 40 minutos. Após a esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador 1 foi reduzida para 100°C para prover o ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2 de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e fosse permitido que o módulo de membrana de separação 2 para resfriasse. Então, após ter sido permitido que o módulo de membrana de separação 2 resfriasse por 30°C, 1 litro de uma solução aquosa de etanol a 30% em peso foi adicionada ao fermentador 1 e a solução aquosa de etanol foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a solução aquosa de etanol foi filtrada para o lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 15 minutos. Então, a solução aquosa de etanol no fermentador 1, na linha de circulação e nos lados primário e secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada.

[0198] Então, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e circulados entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a água foi filtrada ao lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 15 minutos. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e nos lados primário e secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada e a lavagem das membranas de separação foi concluída.

[0199] A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 99% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO 4

[0200] O módulo de membrana de separação foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1. Primeiro, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para filtrar a água ao lado secundário das membranas de separação, por meio do que a água foi vedada no lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,1 m/dia por 5 minutos. A água foi vedada fechando-se a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da água vedada foi medida previamente e constatou-se que a água foi vedada em 85% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca.

[0201] Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi terminado. Após a terminação da esterilização a vapor d’água, deixou-se que o módulo de membrana de separação 2 resfriasse até que sua temperatura de superfície se tornasse 100°C.

[0202] Então, a unidade de lavagem de membrana de separação 18 foi usada para resfriar o módulo de membrana de separação. Especificamente, a válvula de solução de lavagem 14 foi aberta e a bomba de provimento de solução de lavagem 12 foi atuada. A água morna a 80°C foi desse modo passada do lado secundário do módulo de membrana de separação ao lado primário a um fluxo de filtração de contrapressão de 1 m/d por 5 minutos para resfriar o módulo de membrana de separação. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido resfriado, a água vedada no lado secundário foi descarregada e o tratamento de esterilização do módulo de membrana de separação 2 foi concluído. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 35 minutos. A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 98% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO 5

[0203] O módulo de membrana de separação com a unidade de provimento de líquido 40 conectada ao lado secundário (consulte a Figura 3) foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada. Primeiro, a válvula de provimento de líquido vedado 22 foi aberta, e uma solução aquosa de glicerina a 10 % em peso foi provida a partir da unidade de provimento de líquido 40 ao lado secundário do módulo de membrana de separação 2 pela bomba de provimento de líquido 21. Então, a solução aquosa de glicerina foi submetida à filtração de contrapressão do lado secundário do módulo de membrana de separação 2 ao lado primário e a solução aquosa de glicerina foi desse modo vedada no lado secundário das membranas de separação. A filtração de contrapressão foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,1 m/dia por 5 minutos. Quando a solução aquosa de glicerina foi vedada, a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27 foram fechadas. Então, a solução aquosa de glicerina submetida à filtração de contrapressão ao lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da solução aquosa de glicerina vedada foi medida previamente e constatou-se que a solução aquosa de glicerina foi vedada em 85% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca.

[0204] Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi terminado. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 35 minutos.

[0205] Após a esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador foi reduzida para 100°C para prover o ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2, de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e deixasse-se que o módulo de membrana de separação 2 se resfriasse. Então, após o módulo de membrana de separação 2 ter sido deixado se resfriar para 30°C, 1 litro de uma solução aquosa de etanol a 30% em massa foi adicionada ao fermentador 1 e a solução aquosa de etanol foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a solução aquosa de etanol foi filtrada para o lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 15 minutos. Então, a solução aquosa de etanol no fermentador 1, na linha de circulação e nos lados primário e secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada.

[0206] Então, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e circulados entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a água foi filtrada ao lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,2 m/dia por 15 minutos. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e nos lados primário e secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada, por meio do que a lavagem das membranas de separação foi concluída.

[0207] A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 98% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO 6

[0208] O módulo de membrana de separação com a unidade de provimento de líquido 40 conectada ao lado secundário (consulte a Figura 3) foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1. Primeiro, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para filtrar a água ao lado secundário das membranas de separação, por meio do que a água foi vedada no lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,1 m/dia por 5 minutos. A água foi vedada fechando-se a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14, a válvula de provimento de líquido vedado 22 e a válvula de descarga 27. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da água vedada foi medida previamente e constatou-se que a água foi vedada em 85% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca. Então, a válvula de provimento de líquido 22 foi aberta e a água foi provida a partir da unidade de provimento de líquido ao módulo de membrana de separação 2 pela bomba de provimento de líquido 21 e, então, submetida à filtração de contrapressão a partir do lado secundário do módulo de membrana de separação 2 ao lado primário. A água foi, desse modo, provida ao lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada continuamente a um fluxo de filtração de 0,02 m/dia.

[0209] Enquanto a filtração de contrapressão era desempenhada da maneira descrita acima, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi terminado. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 40 minutos.

[0210] Após a esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador 1 foi reduzida para 100°C para prover o ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2 de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e fosse permitido que o módulo de membrana de separação 2 para resfriasse. Então, a água vedada no lado secundário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada e o tratamento de esterilização do módulo de membrana de separação 2 foi concluído.

[0211] A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 99% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO 7

[0212] O módulo de membrana de separação foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200 mostrado na Figura 5 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1.

[0213] Primeiro, 10 litros de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para filtrar a água ao lado secundário das membranas de separação, por meio do que a água foi vedada no lado secundário das membranas de separação. A filtração foi desempenhada a um fluxo de filtração de 0,1 m/dia por 5 minutos. A água foi vedada fechando-se a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14 e a válvula de descarga 27. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A quantidade da água vedada foi medida previamente e constatou-se que a água foi vedada em 85% do volume do lado secundário das porções de filtração das membranas de fibra oca.

[0214] A seguir, a temperatura da água no fermentador 1 foi aumentada para 50°C. Então, a válvula de filtração 13, a válvula de solução de lavagem 14, a válvula de descarga 27 e a válvula de provimento de líquido 22 foram fechadas e a válvula de circulação 17 foi aberta. A bomba de circulação 8 foi atuada nesse estado e água a morna a 50°C foi submetida à circulação de fluxo cruzado ao módulo de membrana de separação 2. Cinco minutos após o início da circulação, a temperatura do fermentador foi aumentada para 80°C a 1°C/minuto enquanto a circulação de fluxo cruzado era desempenhada. Então, a água morna no fermentador 1 e no lado primário do módulo de membrana de separação 2, assim como no tubo para o retentado, foi descarregada para o exterior do sistema.

[0215] Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi terminado. Após a terminação da esterilização a vapor d’água, deixou-se que o módulo de membrana de separação 2 resfriasse até que sua temperatura de superfície se tornasse 100°C. Então, a água morna a 80°C foi passada do lado secundário do módulo de membrana de separação ao lado primário a um fluxo de filtração de contrapressão de 1 m/d por 5 minutos para resfriar o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido resfriado, a água vedada no lado secundário foi descarregada e o tratamento de esterilização do módulo de membrana de separação 2 foi concluído. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 30 minutos. A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida e nenhum problema foi constatado no ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3 até que a quantidade de repetições do tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 10. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o tratamento de esterilização a vapor d’água que foi repetida 10 vezes era de 98% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. EXEMPLO COMPARATIVO 1

[0216] O módulo de membrana de separação foi conectado ao aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana 200A mostrado na Figura 7 e a esterilização a vapor d’água foi desempenhada da mesma maneira conforme no Exemplo 1. Primeiro, 1 litro de água foram adicionados ao fermentador 1 e a água foi circulada entre o fermentador 1 e o módulo de membrana de separação 2 pela bomba de circulação 8. Então, a válvula de filtração 13 do módulo de membrana de separação 2 foi aberta. A bomba de filtração 11 foi operada para desempenhar filtração, por meio do que a água foi vedada no lado secundário das membranas de separação. Então, a água no fermentador 1, na linha de circulação e no lado primário do módulo de membrana de separação 2 foi descarregada. A válvula de filtração 13 e a válvula de descarga 27 foram abertas e a água no lado secundário das membranas de separação foi descarregada. A quantidade da água vedada foi medida previamente sob as mesmas condições e constatou-se que a água foi vedada em 10% do volume do lado secundário de porções de filtração das membranas de fibra oca. Então, o vapor d’água saturado controlado a 125°C foi provido a partir da unidade de provimento de vapor 20 ao fermentador 1. Após o fermentador 1 ter alcançado 121°C, o vapor d’água foi provido à linha de circulação, à bomba de circulação 8, ao módulo de membrana de separação 2, etc. Um par termoelétrico foi colocado na porção central do agrupamento das membranas de fibra oca do módulo de membrana de separação 2 para observar a temperatura dentro do módulo de membrana de separação 2. O vapor d’água foi provido até que a temperatura do par termoelétrico tivesse alcançado 123°C para aquecer o módulo de membrana de separação 2. Após o módulo de membrana de separação 2 ter sido mantido a 123°C ou mais por 20 minutos, o provimento do vapor d’água foi parado e a esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi terminado. Após a terminação da esterilização a vapor d’água, a válvula de provimento de gás 30 foi aberta quando a temperatura do fermentador 1 tinha sido reduzida a 100°C para prover ar comprimido ao módulo de membrana de separação 2, de forma que a pressão negativa não fosse gerada no módulo de membrana de separação 2 e permitisse-se que o módulo de membrana de separação 2 se resfriasse. O tempo total de provimento de vapor d’água ao módulo de membrana de separação 2 foi de 55 minutos. A esterilização a vapor d’água do módulo de membrana de separação 2 foi repetida. Após o quarto tratamento de esterilização a vapor d’água, o módulo de membrana de separação 2 falhou o ensaio de vazamento no Exemplo de Referência 3. A permeabilidade da água pura do módulo de membrana de fibra oca após o terceiro tratamento de esterilização a vapor d’água foi de 90% da permeabilidade da água pura das fibras ocas não modificadas. APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0217] O método para esterilizar um módulo de membrana de separação, o método para produzir uma substância química por fermentação contínua, o aparelho de esterilização de módulo de membrana de separação e o aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana de acordo com a presente invenção são úteis para a produção de uma substância química, isto é, um produto de fermentação por um microrganismo etc. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1. fermentador 2. módulo de membrana de separação 3. controlador de temperatura 4. agitador 5. sensor-controlador de pH 6. sensor-controlador de nível 7. sensor-controlador de pressão diferencial 8. bomba de circulação 9. bomba de provimento de matéria-prima 10. bomba de provimento de neutralizador 11. bomba de filtração 12. bomba de provimento de solução de lavagem 13. válvula de filtração 14. válvula de solução de lavagem 15. unidade de provimento de gás 16. bomba de provimento de água 17. válvula de circulação 18. unidade de lavagem de membrana de separação 19. válvula de provimento 20. unidade de provimento de vapor 21. bomba de provimento de líquido 22. válvula de provimento de líquido 23. 25, 34. tubo 24. linha de descarga de filtrado 26. 33. linha de descarga 27. 32. válvula de descarga 29. linha de provimento de solução de lavagem 30. válvula de provimento de gás 31. linha de provimento de líquido 40. unidade de provimento de líquido 50. controlador 100, 100A, 100B. aparelho de esterilização 200, 200A. aparelho de fermentação contínua do tipo separação por membrana

Claims

1. MÉTODO PARA ESTERILIZAR UM MÓDULO DE MEMBRANA DE SEPARAÇÃO (2), usando vapor d’água, caracterizado por compreender: uma etapa de provimento de líquido para prover um líquido, que tem um ponto de ebulição de 80°C ou mais à pressão atmosférica, para um lado secundário do módulo de membrana de separação (2) de forma que uma razão de preenchimento do líquido em um espaço cercado por uma porção de filtração de uma membrana de separação (2) seja de 70% ou mais, sendo que a porção de filtração é usada para filtração; uma etapa de vedação de líquido para isolar o lado secundário do módulo de membrana de separação (2) de forma que a razão de preenchimento do líquido provido ao lado secundário na etapa de provimento de líquido seja 70% ou mais; e uma etapa de esterilização, para esterilizar o módulo de membrana de separação (2) por meio do provimento de vapor d’água para um lado primário do módulo de membrana de separação (2) enquanto o lado secundário do módulo de membrana de separação (2) é isolado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: a etapa de provimento de líquido ser desempenhada antes da etapa de esterilização e incluir passar o líquido através da membrana de separação (2) do lado primário do módulo de membrana de separação (2) para o lado secundário ou prover o líquido diretamente ao lado secundário e, então, passar o líquido através da membrana de separação (2) do lado secundário para o lado primário e o método para esterilizar compreender ainda, após a etapa de vedação de líquido e antes da etapa de esterilização, uma etapa de descarga (26, 33) para descarregar o líquido no lado primário do módulo de membrana de separação (2).

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo líquido provido ao módulo de membrana de separação (2), na etapa de provimento de líquido, ser água.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender ainda, após a etapa de esterilização, uma etapa de resfriamento para resfriar o módulo de membrana de separação (2) por meio do descarregamento do líquido vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação (2) e do provimento, ao lado secundário, de um líquido que pode ser o mesmo líquido ou um líquido diferente do líquido provido na etapa de provimento.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender ainda: uma etapa de descarga (26, 33) para descarregar o líquido vedado no lado secundário do módulo de membrana de separação (2) após a etapa de esterilização; e uma etapa de resfriamento para resfriar o módulo de membrana de separação (2) provendo-se uma solução de lavagem ao lado secundário do módulo de membrana de separação (2) e descarregando-se a solução de lavagem do lado secundário do módulo de membrana de separação (2) para enxaguar o interior do lado secundário e para resfriar o módulo de membrana de separação (2).

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender ainda uma etapa de pré-aquecimento para pré-aquecer o módulo de membrana de separação (2) provendo-se água morna para dentro do mesmo antes da etapa de aquecimento.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela etapa de esterilização incluir prover vapor d’água ao lado primário da membrana de separação (2) enquanto o líquido é passado do lado secundário da membrana de separação (2) para o lado primário.