JP3040507B2 - 硝酸菌の保存と復元方法 - Google Patents

硝酸菌の保存と復元方法

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JP3040507B2
JP3040507B2 JP5440591A JP5440591A JP3040507B2 JP 3040507 B2 JP3040507 B2 JP 3040507B2 JP 5440591 A JP5440591 A JP 5440591A JP 5440591 A JP5440591 A JP 5440591A JP 3040507 B2 JP3040507 B2 JP 3040507B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水産動物の畜養・輸送設
備、水族館等の閉鎖系循環水に含まれる硝化細菌のうち
硝酸菌の保存と復元方法に関し、廃水、下水およびし尿
処理設備、土壌、海水および河川水など、自然界に広く
分布する硝酸菌の保存と復元としても利用できる。
【0002】
【従来の技術】 硝化菌はアンモニアまたは亜硝酸を亜
硝酸または硝酸に酸化し、二酸化炭素を唯一の炭素源と
して菌体成分を合成する独立栄養細菌であり、有機物が
共存すると硝化菌の硝化反応は阻害されるといわれてき
た。
【0003】硝化細菌にはアンモニアを酸化して亜硝酸
塩にするアンモニア酸化細菌(以下「亜硝酸菌」とい
う)と、亜硝酸塩を酸化して硝酸塩にする亜硝酸酸化菌
(以下「硝酸菌という)の2つの細菌群からなる。それ
ぞれの化学反応式はつぎの通りである。
【0004】(a)亜硝酸菌のアンモニア酸化反応 NH4 + + 3/2O2 → NO2 - +H2 O+39.5k
cal (b)硝酸菌の亜硝酸酸化反応 NO2 - + 1/2O2 → NO3 - +21.6kcal
【0005】これらの細菌は従属栄養細菌(有機物の酸
化反応によって生ずるエネルギーを利用して増殖する)
に比べて増殖速度が遅く、硝化反応が十分に現れるだけ
の菌量に達するまでに長期間を要する(この期間を「馴
致期間」という)。
【0006】そこで馴致期間を短縮するためには、別途
準備しておいた多量の硝化菌を種菌として浄化装置など
に加えることが最も効果的である。そのためには適時任
意に用いることができ、復元力が優れた硝化菌の保存方
法が望まれていた。
【0007】従来より細菌の保存方法には継代培養法、
凍結乾燥法およびL−乾燥法などがあるが、このうち亜
硝酸菌の有効な保存法は継代培養法しかなかった。
【0008】なお継代培養法とは、硝化菌を培地に植種
し最適温度で一定期間培養した(硝化菌の場合は通常5
〜7日間)のち、その培養液の一部を別の新鮮培地に直
ちに植種するという操作を繰り返すことによって硝化菌
の保存を図る方法である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
(1)継代培養法は操作が煩雑で多くの労力を要する。
また移植を繰り返すうちに変異を起こしやすく、硝化能
力が低下することがある。
【0010】(2)細菌を保存処理する際、その細菌濃
度をあらかじめ高めることにより復元効率が大きく向上
する。しかし硝酸菌の菌体収率は0.02〜0.07g
硝酸菌/g除去NO2 −Nと従属栄養細菌に比べて極め
て低く、高い硝酸菌濃度を得るためには長時間を要す
る。したがって従来は硝酸菌培養液を遠心分離機で集菌
し濃縮したのち保存処理していた。この操作は煩雑で、
雑菌にも汚染されやすい。また保存処理していた硝酸菌
を復元させるときは従属栄養細菌に比べて依然として長
時間を要する。
【0011】(3)硝化装置の馴致期間を短縮するため
には、硝化性能を十分に発揮するだけの硝化菌量をあら
かじめ準備しておき、起動時の装置に投入すればよい。
しかし硝化菌は上記のとおり菌体収率が低く増殖が遅い
ため、長時間培養しても低濃度の菌液しか得られないと
いう欠点があった。そのため大量の硝化菌液を運搬する
しかなかった。
【0012】(4)硝化装置の馴致が完了した定常運転
に入って後も、系内のなんらかの原因により硝化菌がダ
メージを受け硝化性能が低下することがある。その場合
性能回復に要する時間は有機物廃水浄化装置などに比べ
て長時間を要する。これも硝化菌の菌体収率が低く、増
殖が遅いことによる。性能回復の時間を短縮するために
は、硝化性能を十分に回復するだけの高濃度の硝化菌を
系内に再度供給すればよいが、従来低濃度の硝化菌液し
か得られず実現は難しかった。
【0013】上記の問題点のうち、硝酸菌を保存処理す
る前にあらかじめ高濃度の菌液を短時間で得る方法は既
に提案した(特願平2−325613号)。本発明はさ
らにこれ以外の問題点を解決するために、硝酸菌の有効
な保存と復元方法を提供しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、 (1)硝酸菌を保存する方法において、硝酸菌をオキサ
ル酢酸もしくはその塩、クエン酸もしくはその塩、シス
アコニット酸もしくはその塩、イソクエン酸もしくはそ
の塩、2−オキソグルタル酸もしくはその塩、コハク酸
もしくはその塩、フマル酸もしくはその塩、リンゴ酸も
しくはその塩、グリオキシル酸またはその塩、酢酸また
はその塩、アデノシン3リン酸またはその塩、D−グル
コース、D−フルクトース、α−L−ラムノース、α−
L−ラムノース1分子とD−グルクロン酸1分子および
D−グルコース2分子を1ユニットとし該ユニットが直
鎖状に重合した高分子多糖類のうち少なくとも1種類以
上の有機化合物を含む液で硝酸菌を培養した菌液をその
ままかまたはシリカゲルと混合後、凍結保存することを
特徴とする硝酸菌の保存方法。
【0015】(2)上記1の凍結保存した亜硝酸菌を復
元する方法において、上記1の有機化合物、乳酸もしく
はその塩、L−グルタミン酸もしくはその塩、L−アス
パラギン酸もしくはその塩、L−セリンもしくはその塩
のうち1種類以上の有機化合物を含む培地で培養するこ
とを特徴とする硝酸菌の復元方法。である。
【0016】
【作用】
(1)硝酸菌にダメージを与えることなく保存すること
ができる。 (2)保存していた硝酸菌を復元するとき、特定有機化
合物によって硝酸菌の増殖または硝化作用が促進され、
従来の方法では得られなかった高濃度の硝酸菌液または
硝化能力の復元が比較的短時間で得られる。
【0017】なお特定の有機化合物による硝酸菌増殖ま
たは硝化作用の促進のメカニズムはまだ不明である。お
そらくこれらの特定有機化合物は従属栄養細菌では他の
有機化合物から容易に生合成されるが、硝酸菌では代謝
経路の違いからその生合成に相当の時間を要するのでは
ないかと考えられる。
【0018】
【実施例】
(実施例1)以下に硝酸菌の代表菌株(Nitrobacter ag
ilis ATCC 14123)を例にとって、本発明の一実施例を説
明する。
【0019】なお実施例での硝酸菌の培養は表1に示す
高圧滅菌した培地(Lewis, R.F. and D.Pramer, 1958,
"Isolation of Nitrosomonas in pure culture", J.Ba
cteriol., 76, 524-528) (以下「P培地」という)を
用いて、すべて無菌的に操作した。
【表1】
【0020】ピルビン酸ナトリウムが10mM、オキサ
ル酢酸が10mM、クエン酸三ナトリウム2水和物が1
mM、シスアコニット酸水和物が10mM、イソクエン
酸三ナトリウム2水和物が10mM、2−オキソグルタ
ル酸が5mM、コハク酸ナトリウム6水和物が1mM、
フマル酸一ナトリウムが10mM、L−リンゴ酸二ナト
リウムが10mM、グルオキシル酸一水和物が10m
M、酢酸ナトリウムが10mM、アデノシン3リン酸
(ATP)二ナトリウムが5mg/リットル、D−グル
コースが5mM、D−フルクトースが10mM、α−L
−ラムノースが10mM、α−L−ラムノース1分子と
D−グルクロン酸1分子およびD−グルコース2分子を
1ユニットとし、該ユニットが直鎖状に重合した高分子
多糖類(以下これを「ゲランガム」という)が0.1%
となるようにそれぞれ別個の培地(表1)30mlに加
え、培地(表1)であらかじめ3日間前培養しておいた
硝酸菌3mlを植種した。この液を30℃、120rp
mで5日間回転培養した。
【0021】 またこれと並行して添加物質を含まない
培地(コントロール)について同様に5日間回転培養
し、これらの培養液の菌数を直接計数した。その結果を
表2に示す。
【0022】ピルビン酸およびグルコースを除くいずれ
の添加培地でも最終菌濃度が7.0×108 cells/ml以
上となったが、無添加培地(コントロール)の最終菌濃
度は2.6×108 cells/mlにとどまった。
【表2】
【0023】表2のうち最終菌濃度が最高のゲランガム
添加培地で増菌した菌液(2.0×109 cells/ml)、
最終菌濃度が最低のグルコース添加培地で増菌した菌液
(1.0×109 cells/ml)および無添加培地(コント
ロール)の菌液を以下の保存試験に供した。
【0024】 なお無添加培地(コントロール)の菌液
は遠心分離(9,000×G,5分間)により集菌した
のら5倍濃縮となるように培地(表1)で再懸濁した液
(このときの菌濃度は2.0×10cells/m
l)を使った。
【0025】まず無色シリカゲルを水洗後乾燥し、その
0.4gを試験管にいれて180℃、2時間乾熱滅菌し
た。それを氷冷しながら上記3種類の菌液1mlを滴下
し、ディープフリーザー(−80℃)で凍結保存した。
また上記3種類の菌液1mlをそのままディープフリー
ザー(−80℃)で凍結保存した。以上の操作と同様に
してコントロールも保存処理した。
【0026】 これらの保存菌を24時間後に培地(表
1)10mlに懸濁し、30℃、120rpmで培養
し、その硝化能力の復元を試みた。硝化能力の発現は培
養中の亜硝酸濃度を定量することにより観察した。その
結果を表3に示す。
【0027】これよりいずれの添加または無添加培地で
も凍結またはシリカゲル凍結保存によれば遅くとも4日
後に硝酸菌は亜硝酸を消費した。
【0028】なおピルビン酸、オキサル酢酸、クエン
酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、コハク酸、
フマル酸、リンゴ酸、グリオキシル酸、酢酸、ATP、
グルコース、フルクトース、ラムノースおよびゲランガ
ム添加培地についても、表3と同じ結果が得られた。
【0029】(比較例1)実施例1の3種類の保存用亜
硝酸菌液各1mlをアンプルに入れ、真空乾燥機によっ
て室温下で減圧しながら水分を除去(この方法はL−乾
燥と呼ばれている)した。
【0030】 またこれは並行して3種類の保存用亜硝
酸菌液各1mlをアンプルに入れ、ドライアイス−アセ
トンで予備凍結後、真空乾燥機によって減圧下で水分を
除去した。
【0031】 これらの保存菌を24時間後に培地(表
1)10mlに懸濁し、30℃、120rpmで培養
し、実施例1と同様にその硝化能力の復元を試みた。硝
化能力の発現は培養液中の亜硝酸濃度を定量することに
より観察した。その結果を表4に示す。
【0032】 これよりいずれの添加培地または無添加
培地でもL−乾燥によれば5日後に硝酸菌の硝化反応が
発現してくるが、凍結乾燥では復元が遅かった。
【0033】なおL−乾燥において3%のL−グルタミ
ン酸ソーダ溶液に懸濁した場合も表4と同様の結果が得
られた。
【0034】この比較例1と実施例1を比較すれば、硝
酸菌の保存は凍結保存またはシリカゲル凍結保存の方が
優れていることが分かる。
【0035】 (実施例2) 実施例1と同様に、ラム
ノースおよびグルコース添加培地で増菌した硝酸菌液
10カ月間シリカゲル凍結保存した。この保存菌液1m
lずつを、ピルビン酸ナトリウムが10mM、オキサル
酢酸が10mM、クエン酸三ナトリウム2水和物が1m
M、シスアコニット酸水和物が10mM、イソクエン酸
三ナトリウム2水和物が10mM、2−オキソグルタル
酸が5mM、コハク酸ナトリウム6水和物が1mM、フ
マル酸−ナトリウムが10mM、L−リンゴ酸二ナトリ
ウムが10mM、グルオキシル酸−水和物が10mM、
酢酸ナトリウムが10mM、アデノシン3リン酸(AT
P)二ナトリウムが5mg/l、D−グルコースが5m
M、D−フルクトースが10mM、α−L−ラムノース
が10mM、ゲランガムが0.1%、乳酸ナトリウムが
1mM、L−グルタミン酸ナトリウムが1mg/l、L
−アスパラギン酸ナトリウムが5mg/l、L−セリン
が10mg/lとなるようにそれぞれ添加した培地(表
1)10mlに懸濁し、30℃、120rpmで培養
し、その硝化能力の復元を試みた。硝化能力の発現は実
施例1と同様に培養液中の亜硝酸濃度を定量することに
より観察した。その結果を表5に示す。
【0036】これより添加培地の場合は、無添加培地に
比べて硝酸菌の硝化性能の発現が速く、復元が速くなる
ことがわかる。
【0037】
【発明の効果】
(1)本発明では硝酸菌を比較的短時間の培養で高濃度
化できるため保存処理するに際し菌液をそのまま保存処
理でき、濃縮などの操作が不要となる。
【0038】(2)シリカゲル凍結保存により保存期間
を大幅に長くできるため、継代培養法のように多くの労
力を要せず、しかも移植に伴う変異の発生を最小限に防
ぐことができる。
【0039】 (3)シリカゲル凍結保存していた硝酸
を復元させるとき、従来の無機化合物(亜硝酸)によ
る培養に比べて硝化能力の復元が著しく速められる。
【0040】(4)以上の効果に加えて、硝化装置の馴
致またはトラブル対策用の植種菌として、従来に比べて
少容量の硝化菌液量で、短時間のうちに硝化性能が発揮
または回復させられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI //(C12N 1/04 C12R 1:01) (56)参考文献 特開 昭53−21861(JP,A) 国際公開89/547(WO,A1) J.Gen.Microbiol., 1969,Vol.58,p.423−425 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 1/04 C12N 1/20 C02F 3/34 BIOSIS(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硝酸菌を保存する方法において、硝酸菌
    をオキサル酢酸もしくはその塩、クエン酸もしくはその
    塩、シスアコニット酸もしくはその塩、イソクエン酸も
    しくはその塩、2−オキソグルタル酸もしくはその塩、
    コハク酸もしくはその塩、フマル酸もしくはその塩、リ
    ンゴ酸もしくはその塩、グリオキシル酸またはその塩、
    酢酸またはその塩、アデノシン3リン酸またはその塩、
    D−グルコース、D−フルクトース、α−L−ラムノー
    ス、α−L−ラムノース1分子とD−グルクロン酸1分
    子およびD−グルコース2分子を1ユニットとし該ユニ
    ットが直鎖状に重合した高分子多糖類のうち少なくとも
    1種類以上の有機化合物を含む液で硝酸菌を培養した菌
    液をそのままかまたはシリカゲルと混合後、凍結保存す
    ることを特徴とする硝酸菌の保存方法。
  2. 【請求項2】 上記請求項1の凍結保存した硝酸菌を復
    元する方法において、上記請求項1の有機化合物、乳酸
    もしくはその塩、L−グルタミン酸もしくはその塩、L
    −アスパラギン酸もしくはその塩、L−セリンもしくは
    その塩のうち1種類以上の有機化合物を含む培地で培養
    することを特徴とする硝酸菌の復元方法。
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