JP2010221136A - 膜分離方法 - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
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Abstract
【解決手段】微生物菌体またはタンパク質を含む目的物含有粗溶液の膜分離方法であって:(p) 目的物含有粗溶液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;および(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;を含む、膜分離方法を提供する。
【選択図】図3
Description
本発明はまた、前記工程(q)が、膜の透過液側に、目的物含有粗溶液を構成する溶媒を添加することにより行われる、前記の膜分離方法に関する。
本発明はまた、前記工程(q)が、膜の透過液側に水を添加することにより行われる、前記の膜分離方法に関する。
本発明はまた、前記工程(q)において、濃縮液側の目的物濃度が、前記透過液側の目的物濃度よりも、目的物の乾燥重量で2〜90重量%高く保持される、前記の膜分離方法に関する。
本発明はまた、前記工程(p)において、膜の濃縮液側と透過液側との膜間差圧が、濃縮液側が5〜150kPa高くなるよう調整される、前記の膜分離方法に関する。
本発明はまた、前記微生物菌体またはタンパク質が、微生物菌体固定化物またはタンパク質固定化物として目的物含有粗溶液に含まれる、前記の膜分離方法に関する。
本発明はまた、前記微生物菌体またはタンパク質を含む目的物含有粗溶液が、微生物菌体発酵液または微生物菌体、酵素もしくはそれらの固定化物から選択される1つ以上を触媒とする反応液である、前記の膜分離方法に関する。
さらに、本発明は、以下の工程:(o) 微生物菌体を発酵させて微生物菌体培養液中で目的物を生産する工程;(p) 工程(o)で生産された、目的物を含有する微生物菌体培養液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、微生物菌体濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;および(r) 所望により、工程(p)で得られた微生物濃縮液を、工程(o)における微生物菌体培養液中に還流する工程:を含む、微生物菌体発酵を用いた目的物の製造方法に関する。
さらに、本発明は、以下の工程:(o) 微生物菌体、酵素またはそれらの固定化物を触媒として含む反応液中で目的物を生産する工程;(p) 工程(o)で生産された、目的物を含有する反応液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、触媒濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;および(r) 所望により、工程(p)で得られた触媒濃縮液を、工程(o)における反応液中に還流する工程;を含む、微生物菌体、酵素またはそれらの固定化物を触媒とする反応を用いた、目的物の製造方法に関する。
生産速度[kg/L/Hr]=透過液量[kg] × 透過液中のグリコール酸アンモニウム濃度[重量%] ÷ 100 ÷ 反応槽のホールドアップ容量[L] ÷ 所定時間[Hr] ・・・(式2)
塩化ナトリウム0.1重量%、リン酸二水素カリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.05重量%、硫酸第一鉄七水和物0.005重量%、硫酸アンモニウム0.1重量%、硝酸カリウム0.1重量%硫酸マンガン五水和物0.005重量%を含む培養液250mlを三角フラスコに仕込み、pHが7になるように水酸化ナトリウムで調整し、121℃で20分間滅菌した後、アセトニトリル0.5重量%を添加した。これにAcinetobacter sp.AK226を単一コロニーから接種して30℃で48時間、振とう培養した(前培養)。ミーストパウダー0.3重量%、グルタミン酸ナトリウム0.5重量%、硫酸アンモニウム0.5重量%、リン酸水素二カリウム0.2重量%、リン酸ニ水素カリウム0.15重量%、塩化ナトリウム0.1重量%、硫酸マグネシウム七水和物0.18重量%、塩化マンガン四水和物0.02重量%、塩化カルシウム二水和物0.01重量%、硫酸鉄七水和物0.003重量%、硫酸亜鉛七水和物0.002重量%、硫酸銅五水和物0.002重量%、大豆油2重量%を含む培養液3Lを5Lジャーファーメンターに仕込み、121℃で20分間滅菌した後、前記の前培養液を50mL接種して30℃で通気攪拌を行った。培養開始10時間後から大豆油のフィードを開始した。pHは7になるようにリン酸及びアンモニア水でコントロールし、最終的に48時間後、約5重量%のAcinetobacter sp.AK226懸濁液を得た。さらに0.06Mリン酸バッファーを用いて2回洗浄を行い、最終的にリン酸バッファーに懸濁されたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(乾燥菌体濃度10.3重量%)を得た。
膜分離処理の対象となるグリコール酸アンモニウム溶液を、デュポン社製グリピュア(グリコール酸結晶)と和光純薬製25%アンモニア水と蒸留水を用いて調製した。まず、グリコール酸水溶液を調製し、そこへ25%アンモニア水を氷冷しながら徐々に加え、最終的にpH=7になるように25%アンモニア水添加量を決定し、所定濃度のグリコール酸アンモニウム水溶液を調製した。
微生物菌体触媒による反応の基質となるグリコロニトリル溶液を以下の方法で調製した。三菱ガス化学製ホルマリン(ホルムアルデヒド=37重量%、メタノール8重量%)と液体HCNを用いて、水酸化ナトリウムを触媒としてpH=4、反応温度40℃でシアンヒドリン化反応を行った。さらに脱メタノールを目的として50℃、減圧条件(最終到達圧力50mmHg)でストリッピング操作を行い、水の蒸発に伴う濃縮分だけ蒸留水を添加して、最終的に56.1重量%グリコロニトリル水溶液を得た。
上記参考例1で調製されたAcinetobacter sp.AK226懸濁液(乾燥菌体濃度10.3重量%)の一部と25%グルタルアルデヒド水溶液(和光純薬製)と蒸留水を用いて、乾燥菌体濃度3.1重量%、グルタルアルデヒド0.5重量%となるようにフラスコ内で調製し、30℃×5Hr、180rpmで攪拌し、架橋処理を施した。次に10重量%NaHSO3水溶液(pH=7)を加えて、0.1重量%NaHSO3濃度とし、30℃×10min、180rpmで攪拌することで過剰(未反応)のグルタルアルデヒドを処理した。さらに0.06Mリン酸バッファーを用いて2回洗浄を行い、最終的にリン酸バッファーに懸濁された、グルタルアルデヒドで架橋処理された、Acinetobacter sp.AK226固定化物懸濁液(乾燥菌体濃度11.2重量%)を得た。なお、乾燥菌体濃度は、使用したAcinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)の量から算出した。
上記の参考例2の手順で調製した58.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(pH=7.0)を原料に、図3の概要図に準じた装置を用いて膜分離処理を行った。100mLの四つ口フラスコ(反応槽)4に、10.3重量%Acinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)と58.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(参考例2)を用いて、全体容量が50mLかつ、AK226乾燥菌体濃度が2.8重量%の溶液を仕込み、スターラー攪拌を実施した。フラスコ4は40℃温水浴に漬けて一定温度を保った。一方、100mLビーカー(回収槽)14を用意し、約50mLの41.1重量%のグリコール酸アンモニウ水溶液を仕込み、ホールドアップ液量が約50mLになるように液面計を取り付け、抜き出し用のチューブポンプ12(10mL/min設定)をオン・オフ制御した。反応槽4と回収槽14の液面高さの差は約20cmであった。原料供給用のプランジャーポンプ2を用いて、5g/minで58.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液のフラスコ4へのフィードを開始した。分離膜モジュールは、旭化成ケミカルズ製ペンシル型MF(ULP-043、中空糸膜:ポリフッ化ビニリデン、ハウジング:ポリスルホン、膜内径:1.1mm、有効膜面積:120cm2、公称孔径:0.45μm)を用いた。濃縮液側循環用のチューブポンプ7、回収液側循環用チューブポンプ9、蒸留水添加用のチューブポンプ13を同時に運転開始した。濃縮液側は、循環流速:266g/min、線速度:0.08m/Hr、回収液側は、循環流速:26g/min、線速度0.0015m/s、蒸留水添加流速:2.5g/minに設定した。原料供給速度を一定にして、四つ口フラスコ内の液面が一定(50mL容量)になるように、圧力調整バルブ17の開度をコントロールし、圧力計18の指示値を記録した(透過速度一定運転)。また、所定時間ごとに回収液を回収し、その重量を測定し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。また、同時に、フラスコ内菌体懸濁液のサンプリングを実施し、0.2μmフィルター処理で除菌し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。運転とサンプリングは16時間継続した。圧力計18の指示値変化とグリコール酸アンモニウム(GA・NH3)透過速度結果を表1と図7に示す。
上記の参考例2の手順で調製した50.8重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(pH=7.0)を原料に、図3の概要図に準じた装置を用いて膜分離処理を行った。100mLの四つ口フラスコ(反応槽)4に10.3重量%Acinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)と50.8重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(参考例2)を用いて、全体容量が50mLかつ、AK226乾燥菌体濃度が11.1重量%の溶液を仕込み、スターラー攪拌を実施した。フラスコ4は40℃温水浴に漬けて一定温度を保った。一方、100mLビーカー(回収槽)14を用意し、約50mLの32.2重量%のグリコール酸アンモニウ水溶液を仕込み、ホールドアップ液量が約50mLになるように液面計を取り付け、抜き出し用のチューブポンプ12(10mL/min設定)をオン・オフ制御した。反応槽4と回収槽14の液面高さの差は約20cmであった。原料供給用のプランジャーポンプ2を用いて、50.8重量%グリコール酸アンモニウム水溶液のフラスコ4へのフィードを開始した。分離膜モジュールは、旭化成ケミカルズ製ペンシル型MF(ULP-043、中空糸膜:ポリフッ化ビニリデン、ハウジング:ポリスルホン、膜内径:1.1mm、有効膜面積:120cm2、公称孔径:0.45μm)を用いた。濃縮液側循環用のチューブポンプ7、回収液側循環用チューブポンプ9、蒸留水添加用のチューブポンプ13を同時に運転開始した。濃縮液側は、循環流速:266g/min、線速度:0.08m/Hr、回収液側は、循環流速:26g/min、線速度0.0015m/s、蒸留水添加流速:2.5g/minに設定した。圧力調整バルブ17の開度を調整し、圧力を100kPaに設定し、中空糸内圧力を一定にして、四つ口フラスコ内の液面が一定(50mL容量)になるように、原料供給ポンプ2の流量をコントロールした(圧力一定運転)。また、所定時間ごとに回収液を回収し、その重量を測定し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。同時に、フラスコ内菌体懸濁液のサンプリングも実施し、0.2μmフィルター処理で除菌し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。運転とサンプリングは30時間継続した。グリコール酸アンモニウム透過速度結果を表2と図8に示す。
上記の参考例2の手順で調製した53.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(pH=7.0)を原料に、図3の概要図に準じた装置を用いて膜分離処理を行った。100mLの四つ口フラスコ(反応槽)4に10.3重量%Acinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)と53.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(参考例2)を用いて、全体容量が50mLかつ、AK226乾燥菌体濃度が9.3重量%の溶液を仕込み、スターラー攪拌を実施した。フラスコ4は40℃温水浴に漬けて一定温度を保った。一方、100mLビーカー(回収槽)14を用意し、約50mLの50.4重量%のグリコール酸アンモニウ水溶液を仕込み、ホールドアップ液量が約50mLになるように液面計を取り付け、抜き出し用のチューブポンプ12(10mL/min設定)をオン・オフ制御した。反応槽4と回収槽14の液面高さの差は約20cmであった。原料供給用のプランジャーポンプ2を用いて、53.4重量%グリコール酸アンモニウム水溶液のフラスコ4へのフィードを開始した。分離膜モジュールは、旭化成ケミカルズ製ペンシル型MF(ULP-043、中空糸膜:ポリフッ化ビニリデン、ハウジング:ポリスルホン、膜内径:1.1mm、有効膜面積:120cm2、公称孔径:0.45μm)を用いた。濃縮液側循環用のチューブポンプ7、回収液側循環用チューブポンプ9を同時に運転開始した。濃縮液側は、循環流速:266g/min、線速度:0.08m/Hr、回収液側は、循環流速:26g/min、線速度0.0015m/sに設定し、回収液側への蒸留水の添加は行わなかった。圧力調整バルブ17の開度を調整し、圧力を100kPaに設定し、中空糸内圧力を一定にして、四つ口フラスコ内の液面が一定(50mL容量)になるように、原料供給ポンプ2の流量をコントロールした(圧力一定運転)。また、所定時間ごとに回収液を回収し、その重量を測定し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。同時に、フラスコ内菌体懸濁液のサンプリングも実施し、0.2μmフィルター処理で除菌し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。運転とサンプリングは23時間継続した。グリコール酸アンモニウム透過速度結果を表3と図8に示す。
Acinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)の代わりに、上記の参考例4の手順で調製したAcinetobacter sp.AK226固定化物懸濁液を用いる以外は、実施例1と同様の操作で膜分離処理を行った。Acinetobacter sp.AK226固定化物懸濁液は、その乾燥菌体濃度が実施例1のAcinetobacter sp.AK226懸濁液中の乾燥菌体濃度と同濃度となる量使用した。圧力計18の指示値変化とグリコール酸アンモニウム透過速度結果を表4と図9に示す。
上記の参考例3の手順で調製した56.1重量%グリコロニトリル水溶液(pH=2.1)に蒸留水を加えて濃度を31.0重量%に調製したものを原料に、図3の概要図に準じた装置を用いて酵素による連続反応と膜分離の組合せ処理を行った。1Lの四つ口フラスコ(反応槽)4に10.3重量% Acinetobacter sp.AK226懸濁液(参考例1)と65.2重量%グリコール酸アンモニウム水溶液(参考例3)を用いて、全体容量が500mLかつ、AK226乾燥菌体濃度が3.1重量%の溶液を仕込み、スリーワンモーターを使って、碇型テフロン(登録商標)製2枚羽根による攪拌(回転数:100rpm)を実施した。フラスコ4は40℃温水浴に漬けて一定温度を保った。一方、1L三角フラスコ(回収槽)14を用意し、約500mLの50.8重量%のグリコール酸アンモニウ水溶液を仕込み、ホールドアップ液量が約500mLになるように液面計を取り付け、抜き出し用のチューブポンプ12(10mL/min設定)をオン・オフ制御した。反応槽4と回収槽14の液面高さの差は約20cmであった。原料供給用のプランジャーポンプ2を用いて、5g/minで31.0重量%グリコロニトリル水溶液のフラスコ4へのフィードを開始した。分離膜モジュールは、旭化成ケミカルズ製ペンシル型MF(ULP-043、中空糸膜:ポリフッ化ビニリデン、ハウジング:ポリスルホン、膜内径:1.1mm、有効膜面積:120cm2、公称孔径:0.45μm)を用いた。濃縮液側循環用のチューブポンプ7、回収液側循環用チューブポンプ9、水添加用のチューブポンプ13を同時に運転開始した。濃縮液側は、循環流速:266g/min、線速度:0.08m/Hr、回収液側は、循環流速:26g/min、線速度0.0015m/s、水添加流速:2.5g/minに設定した。原料供給速度を一定にして、四つ口フラスコ内の液面が一定(500mL容量)になるように、圧力調整バルブ17の開度をコントロールし、圧力計18の指示値を記録した(透過速度一定運転)。また、所定時間ごとに回収液を回収し、その重量を測定し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。同時に、フラスコ内菌体懸濁液のサンプリングも実施し、0.2μmフィルター処理で除菌し、上記定量方法でグリコール酸アンモニウム濃度を測定した。運転とサンプリングは16時間継続した。圧力計18の指示値変化とグリコール酸アンモニウム生産速度結果を表5と図10に示す。
2 培地および反応原料供給ポンプ
3 発酵培養槽の圧力調整弁
3’反応槽の圧力調整弁
4 発酵培養槽
4’反応槽
5 水頭差制御装置
6 pHセンサー・制御装置
7 発酵培養液循環ポンプ
7’反応液循環ポンプ
8 分離膜モジュール
9 透過液循環ポンプ
10 透過液回収槽の圧力調整弁
11 レベルセンサー
12 抜き出しポンプ
13 溶媒供給ポンプ
14 透過液回収槽
15 気体供給装置
16 切替バルブ
17 圧力調整バルブ
18 圧力計
19 集水パイプ
20 上部樹脂封止層
21 下部樹脂封止層
22 分離膜束
23 モジュールハウジング
Claims (9)
- 微生物菌体またはタンパク質を含む目的物含有粗溶液の膜分離方法であって:
(p) 目的物含有粗溶液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;および
(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;
を含む、膜分離方法。 - 前記工程(q)が、膜の透過液側に、目的物含有粗溶液を構成する溶媒を添加することにより行われる、請求項1に記載の膜分離方法。
- 前記工程(q)が、膜の透過液側に水を添加することにより行われる、請求項1に記載の膜分離方法。
- 前記工程(q)において、濃縮液側の目的物濃度が、前記透過液側の目的物濃度よりも、目的物の乾燥重量で2〜90重量%高く保持される、請求項1〜3の何れかに記載の膜分離方法。
- 前記工程(p)において、膜の濃縮液側と透過液側との膜間差圧が、濃縮液側が5〜150kPa高くなるよう調整される、請求項1〜4の何れかに記載の膜分離方法。
- 前記微生物菌体またはタンパク質が、微生物菌体固定化物またはタンパク質固定化物として目的物含有粗溶液に含まれる、請求項1〜5の何れかに記載の膜分離方法。
- 前記微生物菌体またはタンパク質を含む目的物含有粗溶液が、微生物菌体発酵液または微生物菌体、酵素もしくはそれらの固定化物から選択される1つ以上を触媒とする反応液である、請求項1〜6の何れかに記載の膜分離方法。
- 以下の工程:
(o) 微生物菌体を発酵させて微生物菌体培養液中で目的物を生産する工程;
(p) 工程(o)で生産された、目的物を含有する微生物菌体培養液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、微生物菌体濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;
(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;および
(r) 所望により、工程(p)で得られた微生物濃縮液を、工程(o)における微生物菌体培養液中に還流する工程:
を含む、微生物菌体発酵を用いた目的物の製造方法。 - 以下の工程:
(o) 微生物菌体、酵素またはそれらの固定化物を触媒として含む反応液中で目的物を生産する工程;
(p) 工程(o)で生産された、目的物を含有する反応液中の目的物を、膜の濃縮液側から透過液側に透過させて、触媒濃縮液と目的物含有透過液とに分離する工程;
(q) 前記濃縮液側の目的物濃度を、前記透過液側の目的物濃度よりも高く保持する工程;および
(r) 所望により、工程(p)で得られた触媒濃縮液を、工程(o)における反応液中に還流する工程;
を含む、微生物菌体、酵素またはそれらの固定化物を触媒とする反応を用いた、目的物の製造方法。
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JP2009071604A JP2010221136A (ja) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | 膜分離方法 |
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WO2013077341A1 (ja) | 2011-11-21 | 2013-05-30 | 東レ株式会社 | セルラーゼの製造方法およびその装置 |
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-
2009
- 2009-03-24 JP JP2009071604A patent/JP2010221136A/ja active Pending
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