JP2888465B2 - 高粘性発酵方法 - Google Patents
高粘性発酵方法Info
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- JP2888465B2 JP2888465B2 JP10430692A JP10430692A JP2888465B2 JP 2888465 B2 JP2888465 B2 JP 2888465B2 JP 10430692 A JP10430692 A JP 10430692A JP 10430692 A JP10430692 A JP 10430692A JP 2888465 B2 JP2888465 B2 JP 2888465B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発酵液の粘度が高くな
るバイオポリマ発酵における制御方法に関し、詳しく
は、生産物であるバイオポリマの発酵液中の濃度を連続
して検出し、発酵生産性を高めた高粘性発酵方法に関す
る。
るバイオポリマ発酵における制御方法に関し、詳しく
は、生産物であるバイオポリマの発酵液中の濃度を連続
して検出し、発酵生産性を高めた高粘性発酵方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】微生物が作る多糖類、蛋白質、核酸、脂
質等のバイオポリマの発酵生産においては、発酵の経過
と共に発酵液の粘度が非常に高くなることが多い。これ
らのバイオポリマの発酵生産のような高粘性発酵におい
ては、発酵液の粘度の変動により好気性微生物の生育環
境を均一に保つための攪拌混合が不十分になると共に酸
素供給速度が低下するため、発酵生産性が低く抑えられ
る。このような不都合をなくすために、従来、バイオポ
リマの発酵生産においては一般の好気性微生物に対する
供給量よりも多めの酸素を供給しながら発酵しており、
通常、一定の通気量や攪拌速度で発酵を行っている。
質等のバイオポリマの発酵生産においては、発酵の経過
と共に発酵液の粘度が非常に高くなることが多い。これ
らのバイオポリマの発酵生産のような高粘性発酵におい
ては、発酵液の粘度の変動により好気性微生物の生育環
境を均一に保つための攪拌混合が不十分になると共に酸
素供給速度が低下するため、発酵生産性が低く抑えられ
る。このような不都合をなくすために、従来、バイオポ
リマの発酵生産においては一般の好気性微生物に対する
供給量よりも多めの酸素を供給しながら発酵しており、
通常、一定の通気量や攪拌速度で発酵を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】好気性微生物の増殖の
ためには酸素は必要であるが、その微生物によるバイオ
ポリマの生成には必ずしも、その微生物の増殖と同じ程
度の酸素が必要かどうかは疑問である。しかしながら、
前記のようにバイオポリマの発酵生産では通気量や攪拌
強度を一定で行うことが多く、無駄なエネルギーを投入
していると考えられる。
ためには酸素は必要であるが、その微生物によるバイオ
ポリマの生成には必ずしも、その微生物の増殖と同じ程
度の酸素が必要かどうかは疑問である。しかしながら、
前記のようにバイオポリマの発酵生産では通気量や攪拌
強度を一定で行うことが多く、無駄なエネルギーを投入
していると考えられる。
【０００４】また生産物であるバイオポリマの発酵液中
の濃度はリアルタイムでの定量が難しく、バイオポリマ
の生産速度などをモニタリングしながらその発酵条件の
コントロールを行うことができないため、生産性を高め
るための対策はこれといって講じられていないのが現状
である。そこで本発明は、上記のバイオポリマ発酵のよ
うな高粘性発酵における生産性の低さを改良するため
に、生産性を高めることができる通気攪拌条件の制御を
した高粘性発酵方法を提供することを目的とする。
の濃度はリアルタイムでの定量が難しく、バイオポリマ
の生産速度などをモニタリングしながらその発酵条件の
コントロールを行うことができないため、生産性を高め
るための対策はこれといって講じられていないのが現状
である。そこで本発明は、上記のバイオポリマ発酵のよ
うな高粘性発酵における生産性の低さを改良するため
に、生産性を高めることができる通気攪拌条件の制御を
した高粘性発酵方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、発酵液の粘度が経時的に変化する高粘性発酵
方法において、発酵液の粘度変化を連続的に検出し、そ
の変化量を経時的に算出し、該変化量の増減に基づいて
通気量及び攪拌強度の制御を行うことを特徴とする高粘
性発酵方法とするものである。
するため、発酵液の粘度が経時的に変化する高粘性発酵
方法において、発酵液の粘度変化を連続的に検出し、そ
の変化量を経時的に算出し、該変化量の増減に基づいて
通気量及び攪拌強度の制御を行うことを特徴とする高粘
性発酵方法とするものである。
【０００６】本発明において、発酵液の粘度に着目した
理由は、バイオポリマ発酵では発酵の経過とともに発酵
液の粘度が高くなり、しかも、生産物であるバイオポリ
マの濃度と発酵液の粘度には相関があるからである。す
なわち、発酵液の粘度変化を検知することによってバイ
オポリマの生産速度を間接的に知ることができる。そこ
でこの粘度変化を知り、この粘度変化と関連のあるバイ
オポリマの生産速度を高く保つように発酵液に通気する
通気量及び発酵液を攪拌する攪拌強度を制御することに
より、バイオポリマの生産性を大きく向上させることが
できるものと考え本発明に至った。
理由は、バイオポリマ発酵では発酵の経過とともに発酵
液の粘度が高くなり、しかも、生産物であるバイオポリ
マの濃度と発酵液の粘度には相関があるからである。す
なわち、発酵液の粘度変化を検知することによってバイ
オポリマの生産速度を間接的に知ることができる。そこ
でこの粘度変化を知り、この粘度変化と関連のあるバイ
オポリマの生産速度を高く保つように発酵液に通気する
通気量及び発酵液を攪拌する攪拌強度を制御することに
より、バイオポリマの生産性を大きく向上させることが
できるものと考え本発明に至った。
【０００７】本発明を図に基づいてさらに詳細に以下に
説明する。図１は、発酵制御装置の構成例を示す。１は
発酵槽であり、微生物の生育環境を均一にするための攪
拌機４が設けられている。また、発酵槽１は、一定温度
に保温ができるように、ジャケット３で覆われている。
発酵槽１の下部には、空気を発酵槽内へ供給するための
通気装置５が配置され、流量計８により流量が調整され
た空気が供給されるようになっている。流量計８の値は
演算装置１３へ入力されるように接続されており、演算
装置１３で供給されるべき適切な空気量が計算され、そ
の計算値に基づき電磁弁９の開閉を指示し、適切な空気
量となるようコントロールされている。
説明する。図１は、発酵制御装置の構成例を示す。１は
発酵槽であり、微生物の生育環境を均一にするための攪
拌機４が設けられている。また、発酵槽１は、一定温度
に保温ができるように、ジャケット３で覆われている。
発酵槽１の下部には、空気を発酵槽内へ供給するための
通気装置５が配置され、流量計８により流量が調整され
た空気が供給されるようになっている。流量計８の値は
演算装置１３へ入力されるように接続されており、演算
装置１３で供給されるべき適切な空気量が計算され、そ
の計算値に基づき電磁弁９の開閉を指示し、適切な空気
量となるようコントロールされている。
【０００８】循環経路に配置された循環ポンプ１０は、
発酵槽１内の発酵液２の一部を取り出し、再び発酵槽１
へ戻す働きをする。その循環経路中には、発酵液２の粘
度を連続的に測定するための粘度計１１が配置されてお
り、その粘度計１１にはプロセス粘度計が用いられる。
さらに、その粘度計１１には、測定された粘度をアナロ
グ値からディジタル値に変換するＡ−Ｄ変換器１２が接
続されており、Ａ−Ｄ変換器１２で変換されたディジタ
ル値が演算装置１３に入力されるよう接続されている。
演算装置１３で計算された適切な通気量と攪拌強度は、
通気量と攪拌強度を変化させる手段７へ伝えられるよう
接続されている。その通気量と攪拌強度を変化させる手
段７はモータ６を適切な回転で運転させ、適切な攪拌と
通気量となるように攪拌機４を回転させるようになって
いる。
発酵槽１内の発酵液２の一部を取り出し、再び発酵槽１
へ戻す働きをする。その循環経路中には、発酵液２の粘
度を連続的に測定するための粘度計１１が配置されてお
り、その粘度計１１にはプロセス粘度計が用いられる。
さらに、その粘度計１１には、測定された粘度をアナロ
グ値からディジタル値に変換するＡ−Ｄ変換器１２が接
続されており、Ａ−Ｄ変換器１２で変換されたディジタ
ル値が演算装置１３に入力されるよう接続されている。
演算装置１３で計算された適切な通気量と攪拌強度は、
通気量と攪拌強度を変化させる手段７へ伝えられるよう
接続されている。その通気量と攪拌強度を変化させる手
段７はモータ６を適切な回転で運転させ、適切な攪拌と
通気量となるように攪拌機４を回転させるようになって
いる。
【０００９】以下に、本発明の機能（作用）を説明す
る。図２は、バイオポリマ発酵における発酵時間に対す
る発酵液粘度の関係の一般的な変化パターンを示すグラ
フである。図２に示されるように、発酵液の粘度変化は
大きく４つの期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに分けられ
る。期間Ｉは、発酵液粘度（μで示される）の変化が殆
どない期間であり、通気量（Ｑで示される）、攪拌強度
（Ｎで示される）とも小さくて良い時期である。
る。図２は、バイオポリマ発酵における発酵時間に対す
る発酵液粘度の関係の一般的な変化パターンを示すグラ
フである。図２に示されるように、発酵液の粘度変化は
大きく４つの期間Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶに分けられ
る。期間Ｉは、発酵液粘度（μで示される）の変化が殆
どない期間であり、通気量（Ｑで示される）、攪拌強度
（Ｎで示される）とも小さくて良い時期である。
【００１０】期間ＩＩは、粘度変化量（Δμで示され
る）が経時的に増加する期間であり、この期間において
は、発酵液の粘度が急激に増加し、それに伴い酸素供給
量を増大させながら発酵させる必要があるため、通気量
Ｑ、攪拌強度Ｎを増加させる。期間ＩＩＩは、粘度変化
量Δμが一定の期間であり、ある一定量の通気量Ｑ、攪
拌強度Ｎを与えてやれば良い。この時、先に述べたよう
にバイオポリマの生産に酸素をあまり必要としない場合
もあるので、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎは減少させる方向で
制御を加えることになる。
る）が経時的に増加する期間であり、この期間において
は、発酵液の粘度が急激に増加し、それに伴い酸素供給
量を増大させながら発酵させる必要があるため、通気量
Ｑ、攪拌強度Ｎを増加させる。期間ＩＩＩは、粘度変化
量Δμが一定の期間であり、ある一定量の通気量Ｑ、攪
拌強度Ｎを与えてやれば良い。この時、先に述べたよう
にバイオポリマの生産に酸素をあまり必要としない場合
もあるので、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎは減少させる方向で
制御を加えることになる。
【００１１】期間ＩＶは、粘度変化量Δμが減少する期
間で通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを必要としない発酵終了期で
ある。但し、粘度変化量Δμが減少する原因が、通気量
Ｑ、攪拌強度Ｎが不足しているための場合もあるので、
粘度変化量Δμが減少のときはまず通気量Ｑ、攪拌強度
Ｎを増加する操作を先行する。本発明の高粘性発酵の制
御を図３に示すフローチャートの制御例に基づいて説明
する。通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを初期値に設定して発酵を
開始すると同時に、発酵層１内の発酵液の一部を循環ポ
ンプ１０により粘度計１１を経由して再び発酵層１へ戻
して循環させる。この粘度計１１で連続的に発酵液粘度
μの計測を開始する。この発酵液粘度μのアナログ値を
Ａ−Ｄ変換器１２でディジタル値に変換し、その変換さ
れたディジタル値を演算装置１３に入力する。演算装置
１３では、単位時間あたりの粘度変化量Δμを計算す
る。
間で通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを必要としない発酵終了期で
ある。但し、粘度変化量Δμが減少する原因が、通気量
Ｑ、攪拌強度Ｎが不足しているための場合もあるので、
粘度変化量Δμが減少のときはまず通気量Ｑ、攪拌強度
Ｎを増加する操作を先行する。本発明の高粘性発酵の制
御を図３に示すフローチャートの制御例に基づいて説明
する。通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを初期値に設定して発酵を
開始すると同時に、発酵層１内の発酵液の一部を循環ポ
ンプ１０により粘度計１１を経由して再び発酵層１へ戻
して循環させる。この粘度計１１で連続的に発酵液粘度
μの計測を開始する。この発酵液粘度μのアナログ値を
Ａ−Ｄ変換器１２でディジタル値に変換し、その変換さ
れたディジタル値を演算装置１３に入力する。演算装置
１３では、単位時間あたりの粘度変化量Δμを計算す
る。
【００１２】Δμ＝０のときは、なにも出力せず次の発
酵液粘度μの入力を待つ。Δμ≠０のときは、前回の粘
度変化量Δμn-1 と今回の粘度変化量Δμn を比較す
る。Δμn ＝Δμn-1 のときは、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎ
を予め設定しておいた所定量だけ減少させて終了し、発
酵液粘度μの測定値の入力の最初の状態に戻る。
酵液粘度μの入力を待つ。Δμ≠０のときは、前回の粘
度変化量Δμn-1 と今回の粘度変化量Δμn を比較す
る。Δμn ＝Δμn-1 のときは、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎ
を予め設定しておいた所定量だけ減少させて終了し、発
酵液粘度μの測定値の入力の最初の状態に戻る。
【００１３】Δμn ≠Δμn-1 のときは、通気量Ｑ、攪
拌強度Ｎを所定量増加させ、次のΔμn+1 を算出する。
Δμn+1 ＜Δμn のときは、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを予
め設定しておいた所定量を減少させて終了する。Δμ
n+1 ＞Δμn のときは、そのまま終了し、発酵液粘度μ
の測定値の入力の最初の状態に戻る。
拌強度Ｎを所定量増加させ、次のΔμn+1 を算出する。
Δμn+1 ＜Δμn のときは、通気量Ｑ、攪拌強度Ｎを予
め設定しておいた所定量を減少させて終了する。Δμ
n+1 ＞Δμn のときは、そのまま終了し、発酵液粘度μ
の測定値の入力の最初の状態に戻る。
【００１４】
【実施例１】発酵液の粘度が高くなるバイオポリマ発酵
の例としてキサンタンガム発酵を選定した。発酵条件は
以下の通りである。 使用菌株：Xanthomonas campestris IFO 13551 培地：グルコースを主成分とする合成培地 発酵槽：仕込容量２Ｌの通気攪拌型発酵槽，温調用ジャ
ケット付き 発酵温度：３０℃ 攪拌回転数：５０〜５００ｒｐｍ 通気量：０．５〜１．５ｖｖｍ 以上の条件で、図３に示すフローチャートに従って、粘
度変化量に応じた通気攪拌制御を行って、キサンタンガ
ム発酵を行った。その発酵の制御の状況を図４に示す。
図４は、横軸に発酵時間をとり、縦軸に発酵液粘度μ、
微生物の増殖度ＯＤ、通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎをとった
グラフである。なおＯＤは微生物の濃度を示す指標で発
酵液の濁度である。図４に示されるように、通気量Ｑと
攪拌強度Ｎは、極め細かく制御されている。このように
制御することにより、最終的な発酵液粘度μは３０００
ｃｐ弱に達した。
の例としてキサンタンガム発酵を選定した。発酵条件は
以下の通りである。 使用菌株：Xanthomonas campestris IFO 13551 培地：グルコースを主成分とする合成培地 発酵槽：仕込容量２Ｌの通気攪拌型発酵槽，温調用ジャ
ケット付き 発酵温度：３０℃ 攪拌回転数：５０〜５００ｒｐｍ 通気量：０．５〜１．５ｖｖｍ 以上の条件で、図３に示すフローチャートに従って、粘
度変化量に応じた通気攪拌制御を行って、キサンタンガ
ム発酵を行った。その発酵の制御の状況を図４に示す。
図４は、横軸に発酵時間をとり、縦軸に発酵液粘度μ、
微生物の増殖度ＯＤ、通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎをとった
グラフである。なおＯＤは微生物の濃度を示す指標で発
酵液の濁度である。図４に示されるように、通気量Ｑと
攪拌強度Ｎは、極め細かく制御されている。このように
制御することにより、最終的な発酵液粘度μは３０００
ｃｐ弱に達した。
【００１５】これに対して、比較例として、通気量Ｑと
攪拌強度Ｎをそれぞれ１．０ｖｖｍ、４００ｒｐｍで一
定とした場合の発酵時間に対する発酵液粘度μ及び微生
物の増殖度ＯＤの変化を図５に示す。本実施例１と比較
例とを比較すると、発酵を停止した９０時間後の発酵液
粘度μは本実施例１による制御を行った場合の方が高
く、また粘度の上昇速度も大きい。図に示していないが
最終のキサンタンガム濃度は通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎが
一定の場合で１．０％で、通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎに制
御を加えた発酵では１．４％となることから、通気量Ｑ
及び攪拌強度Ｎを制御することによりキサンタンガムの
生産性が向上することが実証された。
攪拌強度Ｎをそれぞれ１．０ｖｖｍ、４００ｒｐｍで一
定とした場合の発酵時間に対する発酵液粘度μ及び微生
物の増殖度ＯＤの変化を図５に示す。本実施例１と比較
例とを比較すると、発酵を停止した９０時間後の発酵液
粘度μは本実施例１による制御を行った場合の方が高
く、また粘度の上昇速度も大きい。図に示していないが
最終のキサンタンガム濃度は通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎが
一定の場合で１．０％で、通気量Ｑ及び攪拌強度Ｎに制
御を加えた発酵では１．４％となることから、通気量Ｑ
及び攪拌強度Ｎを制御することによりキサンタンガムの
生産性が向上することが実証された。
【００１６】さらに、図４に示されるように制御を加え
た発酵では微生物の増殖度ＯＤが定常に達した辺りから
通気量Ｑと攪拌強度Ｎが低下しており、本実施例１の投
入エネルギーは、図５に示される制御しない発酵に比較
して小さいことが明らかである。以上のように、キサン
タンガム発酵では微生物の増殖には酸素を多く必要とす
るが、増殖後のキサンタンガム生成時には酸素をあまり
必要としないことが分かる。このような発酵系では通気
攪拌の動力を過不足なく投入しようとする本制御は特に
その有効性が発揮される。
た発酵では微生物の増殖度ＯＤが定常に達した辺りから
通気量Ｑと攪拌強度Ｎが低下しており、本実施例１の投
入エネルギーは、図５に示される制御しない発酵に比較
して小さいことが明らかである。以上のように、キサン
タンガム発酵では微生物の増殖には酸素を多く必要とす
るが、増殖後のキサンタンガム生成時には酸素をあまり
必要としないことが分かる。このような発酵系では通気
攪拌の動力を過不足なく投入しようとする本制御は特に
その有効性が発揮される。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、発酵液の粘度を連続的にモニ
タリングして一定時間毎に粘度変化量を算出し、その粘
度の増加速度が大きくなる方向に通気量Ｑと攪拌強度Ｎ
を増減させることにより、生産速度を最大に保持すると
ともに通気及び攪拌の動力を低く抑えようとするもので
あるから、バイオポリマ生産性は高く、更に通気及び攪
拌のための動力を過不足なく投入できるので、エネルギ
ー消費の面からも生産性の向上が図れる。
タリングして一定時間毎に粘度変化量を算出し、その粘
度の増加速度が大きくなる方向に通気量Ｑと攪拌強度Ｎ
を増減させることにより、生産速度を最大に保持すると
ともに通気及び攪拌の動力を低く抑えようとするもので
あるから、バイオポリマ生産性は高く、更に通気及び攪
拌のための動力を過不足なく投入できるので、エネルギ
ー消費の面からも生産性の向上が図れる。
【図１】発酵制御装置の構成例を示す。
【図２】バイオポリマ発酵における発酵時間に対する発
酵液粘度の関係の一般的な変化パターンを示す。
酵液粘度の関係の一般的な変化パターンを示す。
【図３】本発明の高粘性発酵の制御のフローチャートを
示す。
示す。
【図４】実施例１のキサンタンガム発酵の制御の状況を
示す。
示す。
【図５】比較例の、通気量Ｑと攪拌強度Ｎを一定とした
場合の発酵時間に対する発酵液粘度μ及び微生物の増殖
度ＯＤの変化を示す。
場合の発酵時間に対する発酵液粘度μ及び微生物の増殖
度ＯＤの変化を示す。
１ 発酵槽 ２ 発酵液 ３ ジャケット ４ 攪拌機 ５ 通気装置 ６ モータ ７ 通気量と攪拌強度を変化させる手段 ８ 流量計 ９ 電磁弁 １０ 循環ポンプ １１ 粘度計 １２ Ａ−Ｄ変換器 １３ 演算装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C12Q 1/00 - 3/00 C12P 19/00 - 19/64
Claims (1)
- 【請求項１】 発酵液の粘度が経時的に変化する高粘性
発酵方法において、発酵液の粘度変化を連続的に検出
し、その変化量を経時的に算出し、該変化量の増減に基
づいて通気量及び攪拌強度の制御を行うことを特徴とす
る高粘性発酵方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10430692A JP2888465B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 高粘性発酵方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10430692A JP2888465B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 高粘性発酵方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05293000A JPH05293000A (ja) | 1993-11-09 |
| JP2888465B2 true JP2888465B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=14377243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10430692A Expired - Fee Related JP2888465B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 高粘性発酵方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2888465B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6554364B2 (ja) * | 2015-08-28 | 2019-07-31 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 藻類培養方法及びパラミロン製造設備 |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP10430692A patent/JP2888465B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05293000A (ja) | 1993-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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