JP2009183246A - メンブレンバイオリアクター - Google Patents

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Takakiyo Tada
孝清 多田
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Abstract

【課題】
生成物の精製が容易で、発酵効率の高いバイオリアクターを提供すること。
【解決手段】
メンブレンに微生物を一層配置するメンブレンバイオリアクターを提供する。

【選択図】図１

Description

本発明は、生成物の精製が容易で、発酵効率の高いバイオリアクターに関するものである。
従来、微生物による発酵生産には完全混合型の発酵槽を用いることが一般的である。完全混合型の培養槽を用いた発酵生産については、例えば、Ｓｔａｎｂｕｒｙらの「発酵工学の基礎」（１９８８年 学会出版センター）（非特許文献１）に詳細に記載されている。
完全混合型の発酵槽を用いた発酵生産の場合、（１）発酵後、原料と発酵生成物の分離工程が必要となる、（２）乳酸などの有機酸を発酵生産する場合、培養槽内のｐＨが低下する為、微生物の発酵効率が低下し、別途中和剤を用いた発酵液の中和が必要となる、等発酵中、発酵後の工程が煩雑となる欠点を有していた。
このため、発酵生産に用いる微生物を適当な担体に担持したバイオリアクターを用いて発酵生産を行うことが公知である。その例として、例えば特開２００１−８６７６号（特許文献１）において開示されているキトサン系の固定化担体を用いるものが挙げられる。
しかし、これらのバイオリアクターについても形態が、カラム充填タイプである為、バイオリアクター内部で原料と発酵生成物が混在する。このため、発酵生産後に原料と発酵生成物の分離工程が必要となる。また、発酵生成物と微生物もバイオリアクター内で混在する。このため、発酵生成物により、発酵効率が低下する。

特開２００１−８６７６号号公報 「発酵工学の基礎」（1988年 学会出版センター）
本発明は、生成物の精製が容易で、発酵効率の高いバイオリアクターを提供することが目的である。
上述の課題を達成するために、本発明においては、被処理液中の特定成分を生物変換するのに有効な微生物を、一層になるようにメンブレン上に配置している。
すなわち、本発明におけるメンブランバイオリアクターは、メンブレン上に一層になるように微生物を配列することにより、メンブランを介して原料と生成物を分離することが可能となる。このため、生成物の精製が容易となる。また、生成物阻害による微生物の発酵生産収率の低下も改善される。
以上述べたように、本発明によると、メンブランバイオリアクターを用いることにより発酵生産効率が向上するバイオリアクターを得ることができる。
本発明に係るバイオリアクターは、被処理液中の特定成分を生物変換するが、ここにおいていう生物変換は、好気性発酵、嫌気性発酵のいずれであってもよく、必要に応じて所定の方法が選択される。
また、被処理液中の特定成分についても、グルコース、スクロースやその他の糖質、或るいはそれ以外の特定成分であってもよいが、一般には、グルコース、スクロースやその他の糖質を対象とする。
図１において、被処理液（例えば、グルコース溶液）の生物変換（エタノールへの嫌気発酵処理）に用いられるメンブレンバイオリアクターが示されている。同図において、メンブレンバイオリアクター１は、反応容器２内に、シート状のメンブレン（ニトロセルロース膜：ミリポア社製）３と酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ
ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ４とを一体化した形態に装着している。
このメンブランバイオリアクター１によると、供給管路５に装着されているポンプ６を運転して被処理液タンク７から被処理液をメンブレンバイオリアクターに送液させて被処理液の生物変換を行うことができる。
上述のシート状のメンブレンバイオリアクター１は、図2において被処理液中の糖(グルコース)をアルコールに変換する微生物、例えば、酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ
ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを好ましくは一層、もしくは二〜五層になるように配置されている。また、メンブレン上に配置された微生物は、シート状のメンブレンに囲まれた形態をとる。被処理液中のグルコースは、メンブレンバイオリアクター上の酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ
ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅｔにより生物変換されてエタノールが生成する。メンブレン上で生成したエタノールは、メンブレンを通過することにより、未処理原料と分離することが可能である。
このように、本発明においては、従来の完全混合型の培養装置を用いず、シート型のメンブレンバイオリアクターを用いている。そのため、被処理液中の糖はメンブレンリアクターの微生物が配置されているメンブレン上で生物変換され、エタノールが生成する。生成したエタノールは、メンブレンを通過する。この際、このように生物変換における原料と生成物の分離が簡便になる。
加えて、例えば、酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅの糖からのエタノール発酵生産においては、生成するエタノールが酵母の生育に影響を及ぼし、発酵生産効率が低下することが既知の事実として知られている。メンブレンバイオリアクターで原料と生成物を分離し、生成物を回収することにより発酵生産効率を増加させることが出来る。


以下、実施例を示す。
酵母メンブレンバイオリアクターを用いたエタノールの発酵生産
ＹＰＤ培地を用いて培養した酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ （Ｗ３０３株）を定常期まで振とう培養して得た酵母菌体（１ｍＬ培養液中に１０＾８個の菌体を含む）をニトロセルロース膜(ミリポア社製)上に一層になるように配置し、メンブレンバイオリアクターを作製した。作製したメンブレンバイオリアクターを用いて、１０％グルコース溶液を被処理液として30℃でエタノール発酵を実施した。その結果、５．５％のエタノールを生成した。
本発明の方法により、発酵生産効率が高効率で、高純度の生成物ができる。
メンブレンバイオリアクターによるエタノール発酵の処理態様を示す図である。 メンブレンバイオリアクター 模式図
符号の説明
１：メンブレンバイオリアクター
２：反応容器
３：酵母Saccharomyces cerevisiae
４：メンブレン
５：供給管路
６：ポンプ
７：被処理液タンク

Claims (3)

  1. 被処理液中の特定成分を生物変換するのに有効な微生物を、メンブレンに一層になるように配置することを特徴とするバイオリアクター。
  2. 前記被処理液中の特定成分の生物変換効率を向上するために、微生物を配置したメンブレンに被処理液を通過させることを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクター。

  3. 前記被処理液と生成物との分離を容易にするために、微生物を配置したメンブレンに被処理液を通過させることを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクター。

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