JP5130811B2 - Process for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation - Google Patents

Process for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation Download PDF

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Description

本発明は、培養を行いながら、微生物又は培養細胞の培養液より、目詰まりが生じにくい多孔性分離膜を通して生産物を含む液を効率よく濾過・回収すること及び未濾過液を培養液に戻すことで発酵に関与する微生物濃度を向上させることで、高い生産性を得ることを特徴とする1,3−プロパンジオールの製造方法に関するものである。   The present invention efficiently filters and collects a liquid containing a product through a porous separation membrane that is less likely to be clogged than a culture liquid of microorganisms or cultured cells and returns an unfiltered liquid to the culture liquid while culturing. It is related with the manufacturing method of 1, 3- propanediol characterized by obtaining high productivity by improving the microbe density | concentration in connection with fermentation.

1,3−プロパンジオールの製造法に関する技術背景に関して説明する。1,3−プロパンジオールは合成繊維の分野において用いられている化学品であり、極めて有用である。この1,3−プロパンジオールを効率的に製造できれば、上記の繊維の供給が更に容易になることが期待できる。一方、現在、1,3−プロパンジオールは3−ヒドロキシプロパノールから触媒を用いた化学合成法(特許文献1)などが知られているが、石油価格の高騰、石油依存型の社会からの脱却、カーボンニュートラルな原料への転換等の社会的ニーズから石油非依存型の原料から製造の検討が行われている。グリセロールから1,3−プロパンジオールをクレブシエラの菌体によって変換させる休止菌体法(特許文献2)がある。この方法では安価な発酵原料であるグルコースから生産できないため、グリセロールまでを酵母で発酵生産し、グリセロールから1,3−プロパンジオールまでをクレブシエラで生産させるといった供培養の検討(特許文献3)も行われている。   The technical background regarding the method for producing 1,3-propanediol will be described. 1,3-propanediol is a chemical used in the field of synthetic fibers and is extremely useful. If this 1,3-propanediol can be produced efficiently, it can be expected that the supply of the fibers will be easier. On the other hand, as for 1,3-propanediol, a chemical synthesis method using a catalyst from 3-hydroxypropanol (Patent Document 1) is known. However, the price of oil has risen, it has escaped from an oil-dependent society, Due to social needs such as conversion to carbon-neutral raw materials, production from oil-independent raw materials is being studied. There is a resting cell method (Patent Document 2) in which 1,3-propanediol is converted from glycerol by Klebsiella cells. Since glucose cannot be produced by this method, which is an inexpensive fermentation raw material, a study of culture (Patent Document 3) in which glycerol is fermented with yeast and glycerol to 1,3-propanediol is produced with Klebsiella (Patent Document 3) is also conducted. It has been broken.

また、最もシンプルな方法である一種類の菌体での発酵法も検討されており、組換え大腸菌による発酵法(非特許文献1、特許文献4)がある。   In addition, a fermentation method using one kind of microbial cells, which is the simplest method, has been studied, and there are fermentation methods using recombinant E. coli (Non-patent Documents 1 and 4).

しかし、1,3−プロパンジオールの発酵法生産においては、供培養や流加式(フェドバッチ式)に関わるもののみであり、いずれの1,3−プロパンジオールの生産方法も、生産速度が十分ではなく、更に効率的な生産方法が望まれていた。
特開平11−515021号公報 特開2005−304362号公報 特表平10−507082号公報 特公表2003−507022号公報 Charles E Nakamura et.al.(チャーリーズ イー ナカムラら)、Current Opinion in Biotechnology(カレント オピニオン イン バイオテクノロジー),14,454−459(2003)
However, the production of 1,3-propanediol by fermentation is only related to culture and fed-batch (fed-batch), and any 1,3-propanediol production method is not sufficient in production rate. Therefore, a more efficient production method has been desired.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-515021 JP 2005-304362 A Japanese National Patent Publication No. 10-507082 Japanese Patent Publication No. 2003-507022 Charles E Nakamura et.al. (Current Opinion in Biotechnology), 14, 454-459 (2003)

本発明における課題は、簡便な操作方法で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵法による1,3−プロパンジオールの製造方法を提供することである。   The subject in this invention is providing the manufacturing method of 1, 3- propanediol by the continuous fermentation method which maintains high productivity stably over a long time with a simple operation method.

本願発明者らは、鋭意研究の結果、微生物や細胞の分離膜内への侵入が少なく、微生物や細胞を膜間差圧が低い条件で濾過した場合に、膜の目詰まりが著しく抑制されることを見出し、課題であった高濃度の微生物の濾過が長期間安定に維持できることを可能とし、本発明を完成した。   As a result of diligent research, the inventors of the present application are able to significantly suppress clogging of membranes when microorganisms and cells are less likely to enter the separation membrane and the microorganisms and cells are filtered under low transmembrane pressure. As a result, it was possible to maintain the stable filtration of high-concentration microorganisms, which was a problem, and completed the present invention.

すなわち、本発明は、1,3−プロパンジオールを生産する能力を有する微生物もしくは培養細胞の培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に保持または還流させる連続発酵方法による1,3−プロパンジオールの製造方法において、分離膜として、平均細孔径が、0.01μm以上1μm未満の範囲にある多孔性膜を用い、低い膜間差圧で濾過処理することで、安定に低コストで、発酵生産効率を著しく向上させる1,3−プロパンジオールの製造方法を提供するものである。
That is, the present invention separates a culture solution of microorganisms or cultured cells having the ability to produce 1,3-propanediol into a filtrate and an unfiltered solution by a separation membrane, and collects a desired fermentation product from the filtrate. In a method for producing 1,3-propanediol by a continuous fermentation method in which an unfiltered liquid is retained or refluxed, a porous membrane having an average pore diameter in the range of 0.01 μm or more and less than 1 μm is used as a separation membrane. Thus, the present invention provides a method for producing 1,3-propanediol, which can stably improve the fermentation production efficiency at a low cost by performing filtration with a low transmembrane pressure.

本発明によれば、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、広く発酵工業において、発酵生産物である1,3−プロパンジオールを低コストで安定に生産することが可能となる。   According to the present invention, continuous fermentation that stably maintains a high productivity of a desired fermentation product over a long period of time can be performed under simple operation conditions. Propanediol can be stably produced at low cost.

本発明の1,3−プロパンジオールの製造法により得られた1,3−プロパンジオールは、例えば、合成繊維の原料として有用である。   1,3-propanediol obtained by the method for producing 1,3-propanediol of the present invention is useful as a raw material for synthetic fibers, for example.

本発明は、1,3−プロパンジオールを生産する能力を有する微生物もしくは培養細胞の培養液を、分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を培養液に追加する連続発酵であって、分離膜として平均細孔径が0.01μm以上1μm未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を0.1から20kPaの範囲で濾過処理することを特徴とする連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法である。
In the present invention, a culture solution of microorganisms or cultured cells having the ability to produce 1,3-propanediol is filtered through a separation membrane, and the product is recovered from the filtrate and the unfiltered solution is retained or refluxed in the culture solution. In addition, continuous fermentation in which a fermentation raw material is added to a culture solution, and a porous membrane having an average pore diameter of 0.01 μm or more and less than 1 μm is used as a separation membrane, and a transmembrane pressure difference is in a range of 0.1 to 20 kPa. It is a manufacturing method of 1, 3- propanediol by continuous fermentation characterized by performing a filtration process.

本発明で用いられる多孔性膜は、発酵に使用する微生物および培養細胞による目詰まりが起こりにくく、かつ濾過性能が長期間安定に継続することが望ましい。   It is desirable that the porous membrane used in the present invention is less likely to be clogged by microorganisms and cultured cells used for fermentation, and the filtration performance continues stably for a long period of time.

本発明で使用される多孔性膜は、平均細孔径が、0.01μm以上1μm未満である。多孔質樹脂層が多孔性膜の両面に存在する場合、少なくとも一方の多孔質樹脂層が、この条件を満たしていればよい。平均孔径がこの範囲内にあると、菌体や汚泥などがリークすることのない高い排除率と、高い透水性を両立でき、さらに目詰まりしにくく、透水性を長時間保持することが、より高い精度と再現性を持って実施することができる。平均細孔径が、この範囲内にあれば、動物細胞、酵母、糸状菌などを用いた場合、目詰まりが少なく、また、細胞の濾液への漏れもなく安定に連続発酵が実施可能である。また、動物細胞、酵母、糸状菌より小さな細菌類を用いた場合は、0.4μm以下の平均細孔であればよりよく、0.2μm未満の平均細孔であればなお好適に実施可能である。平均孔径は、小さすぎると透水量が低下することがあるので、通常は、0.01μm以上が好ましく、より好ましくは、0.02μm以上、さらに好ましくは、0.04μm以上である。ここで、平均細孔径は、倍率10,000倍の走査型電子顕微鏡観察における、9.2μm×10.4μmの範囲内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。細孔径の標準偏差σは、0.1μm以下であることが好ましい。細孔径の標準偏差σは、上述の9.2μm×10.4μmの範囲内で観察できる細孔数をNとして、測定した各々の直径をXk、細孔直径の平均をX(ave)とした以下式(1)より算出した。   The porous membrane used in the present invention has an average pore diameter of 0.01 μm or more and less than 1 μm. When the porous resin layer is present on both surfaces of the porous membrane, it is sufficient that at least one of the porous resin layers satisfies this condition. If the average pore size is within this range, it is possible to achieve both a high exclusion rate that does not cause leakage of bacterial cells and sludge, and high water permeability, and it is more difficult to clog and maintain water permeability for a long time. It can be carried out with high accuracy and reproducibility. If the average pore diameter is within this range, when animal cells, yeast, filamentous fungi, or the like are used, clogging is small, and continuous fermentation can be performed stably without leakage of the cells into the filtrate. When bacteria smaller than animal cells, yeasts, and filamentous fungi are used, the average pore size is preferably 0.4 μm or less, and the average pore size is less than 0.2 μm, and can be suitably implemented. is there. If the average pore diameter is too small, the water permeation rate may decrease. Therefore, it is usually preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more, and further preferably 0.04 μm or more. Here, the average pore diameter can be obtained by measuring and averaging the diameters of all pores that can be observed within a range of 9.2 μm × 10.4 μm in a scanning electron microscope observation at a magnification of 10,000 times. it can. The standard deviation σ of the pore diameter is preferably 0.1 μm or less. The standard deviation σ of the pore diameter is Nk, which is the number of pores that can be observed within the above-mentioned range of 9.2 μm × 10.4 μm, and the measured diameter is Xk, and the average pore diameter is X (ave). It computed from Formula (1) below.

Figure 0005130811
Figure 0005130811

本発明で用いられる多孔性膜において、培養液の透過性が重要点の一つであり、透過性の指標として、使用前の多孔性膜の純水透過係数を用いることができる。多孔性膜の純水透過係数が、逆浸透膜による25℃の精製水を用い、ヘッド高さ1mで透水量を測定し算出したとき、2×10−9/m/s/pa以上であることが好ましく、2×10−9以上6×10−7/m/s/pa以下であれば、実用的に十分な透過水量が得られる。 In the porous membrane used in the present invention, the permeability of the culture solution is one of the important points, and the pure water permeability coefficient of the porous membrane before use can be used as the permeability index. When the pure water permeability coefficient of the porous membrane was calculated by measuring the water permeability at a head height of 1 m using purified water at 25 ° C. by a reverse osmosis membrane, 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa Preferably, the permeated water amount is practically sufficient if it is 2 × 10 −9 or more and 6 × 10 −7 m 3 / m 2 / s / pa or less.

本発明で用いられる多孔性膜の表面粗さは、分離膜の目詰まりに影響を与える因子であり、好ましくは、表面粗さが0.1μm以下の時に分離膜の剥離係数や膜抵抗を低下させることができ、より低い膜間差圧で連続発酵が実施可能である。また、表面粗さが低いことで、微生物、培養細胞の濾過において、膜表面で発生する剪断力を低下させることが期待でき、微生物または培養細胞の破壊が抑制され、多孔性膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が可能になると考えられる。ここで、表面粗さは、以下の原子間力顕微鏡装置(AFM)を使用して以下の条件で測定することができる。   The surface roughness of the porous membrane used in the present invention is a factor that affects the clogging of the separation membrane. Preferably, when the surface roughness is 0.1 μm or less, the separation coefficient and membrane resistance of the separation membrane are reduced. And continuous fermentation can be carried out with a lower transmembrane pressure difference. In addition, the low surface roughness can be expected to reduce the shearing force generated on the membrane surface during filtration of microorganisms and cultured cells, the destruction of microorganisms or cultured cells is suppressed, and the porous membrane is clogged. It is considered that stable filtration is possible for a long time by being suppressed. Here, the surface roughness can be measured under the following conditions using the following atomic force microscope (AFM).

装置 原子間力顕微鏡装置(Digital Instruments(株)製Nanoscope IIIa)
条件 探針 SiNカンチレバー(Digital Instruments(株)製)
走査モード コンタクトモード(気中測定)
水中タッピングモード(水中測定)
走査範囲 10μm,25μm 四方(気中測定)
5μm,10μm 四方(水中測定)
走査解像度 512×512
試料調製 測定に際し膜サンプルは常温でエタノールに15分浸漬後RO水中に24時間浸漬し洗浄した後風乾し用いた。
Equipment Atomic Force Microscope (Nanoscope IIIa from Digital Instruments)
Conditions Probe SiN cantilever (Digital Instruments)
Scan mode Contact mode (in-air measurement)
Underwater tapping mode (underwater measurement)
Scanning range 10μm, 25μm square (measurement in air)
5μm, 10μm square (underwater measurement)
Scanning resolution 512 × 512
Sample preparation In the measurement, the membrane sample was immersed in ethanol at room temperature for 15 minutes, then immersed in RO water for 24 hours, washed, and then air-dried.

膜の表面粗さdroughはAFMにより各ポイントのZ軸方向の高さから以下式(2)より算出した。 The surface roughness d rough of the film was calculated by the following formula (2) from the height in the Z-axis direction at each point by AFM.

Figure 0005130811
Figure 0005130811

本発明における多孔性膜の材質は、被処理水の水質や用途に応じた分離性能と透水性能が得られれば特に限定はされないが、阻止性能、透水性能や耐汚れ性といった分離性能の点からは多孔質樹脂層を含む多孔性膜であることが好ましく採用できる。   The material of the porous membrane in the present invention is not particularly limited as long as separation performance and water permeation performance corresponding to the quality of water to be treated and the use can be obtained, but from the viewpoint of separation performance such as blocking performance, water permeation performance and dirt resistance. Is preferably a porous film including a porous resin layer.

多孔質樹脂層を含む多孔性膜は、好ましくは、多孔質基材の表面に、分離機能層として作用とする多孔質樹脂層を有している。多孔質基材は、多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与える。   The porous membrane including the porous resin layer preferably has a porous resin layer that acts as a separation functional layer on the surface of the porous substrate. The porous substrate supports the porous resin layer and gives strength to the separation membrane.

本発明で用いられる多孔性膜が、多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を有している場合、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。   When the porous membrane used in the present invention has a porous resin layer on the surface of the porous substrate, the porous substrate is porous even if the porous resin layer penetrates the porous substrate. It does not matter if the porous resin layer does not penetrate, and it is selected according to the application.

多孔質基材の平均厚みは、好ましくは50μm以上3000μm以下である。   The average thickness of the porous substrate is preferably 50 μm or more and 3000 μm or less.

本発明における多孔性膜の材質は、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維を用いてなる織布や不織布や、無機材料からなる多孔質基材と多孔質樹脂層とから形成されたものでも良い。本発明を実現するための分離膜として、有機高分子膜を使用することができるが、有機高分子膜は、基本的に有機ポリマー材料から構成される分離膜のことであり、例えば、有機繊維の不織布やマクロポア構造多孔質有機基材と当該多孔質有機基材の孔径より小さな孔径を有する多孔質樹脂層が複合化された構造を持つ場合が多い。   The material of the porous membrane in the present invention is a woven fabric or nonwoven fabric using organic fibers such as cellulose fiber, cellulose triacetate fiber, polyester fiber, polypropylene fiber, polyethylene fiber, etc., a porous substrate made of an inorganic material, and porous It may be formed from a resin layer. As a separation membrane for realizing the present invention, an organic polymer membrane can be used. The organic polymer membrane is a separation membrane basically composed of an organic polymer material, for example, an organic fiber. In many cases, a non-woven fabric or a macroporous structure porous organic base material and a porous resin layer having a pore size smaller than the pore size of the porous organic base material are combined.

多孔質樹脂層の材質としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂、セルローストリアセテート系樹脂などからなれば良く、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。中でも、溶液による製膜が容易で、物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂が好ましい。ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とするものが最も好ましい。ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられるが、フッ化ビニリデンの単独重合体の他、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体も好ましく用いられる。かかるビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、三塩化フッ化エチレンなどが例示される。   The material of the porous resin layer includes polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyacrylonitrile resin, cellulose resin, and cellulose triacetate. It may be made of a system resin or the like, and may be a mixture of resins mainly composed of these resins. Among these, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, and polyacrylonitrile resin, which are easy to form in solution and have excellent physical durability and chemical resistance, are available. preferable. A polyvinylidene fluoride-based resin or one having a main component thereof is most preferable. Here, as the polyvinylidene fluoride-based resin, a homopolymer of vinylidene fluoride is preferably used. In addition to a homopolymer of vinylidene fluoride, a copolymer of a vinyl monomer copolymerizable with vinylidene fluoride is used. A polymer is also preferably used. Examples of such vinyl monomers include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and trichlorofluoroethylene.

本発明の多孔性膜は、平膜であっても中空糸膜であっても良い。   The porous membrane of the present invention may be a flat membrane or a hollow fiber membrane.

多孔性膜が平膜の場合、その厚みは用途に応じて選択されるが、例えば、20μm以上5000μm以下、好ましくは50μm以上2000μm以下の範囲で選択される。上述したように、多孔質基材と多孔質樹脂層とから形成されていても良い。その際、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。多孔質基材の厚みは、50μm以上3000μm以下の範囲で選択される。   In the case where the porous membrane is a flat membrane, the thickness is selected according to the application, but is selected in the range of, for example, 20 μm to 5000 μm, preferably 50 μm to 2000 μm. As described above, it may be formed of a porous substrate and a porous resin layer. At that time, either the porous resin layer permeates the porous base material or the porous resin layer does not permeate the porous base material, and it is selected according to the application. The thickness of the porous substrate is selected in the range of 50 μm to 3000 μm.

多孔性膜が中空糸膜の場合、内径は200μm以上5000μm以下の範囲で選択され、膜厚は20μm以上2000μm以下の範囲で選択される。また、有機繊維または無機繊維を筒状にした織物や編み物を含んでいても良い。   When the porous membrane is a hollow fiber membrane, the inner diameter is selected in the range of 200 μm to 5000 μm, and the film thickness is selected in the range of 20 μm to 2000 μm. Moreover, the woven fabric and knitting which made the organic fiber or the inorganic fiber the cylinder shape may be included.

まず、多孔性膜のうち、平膜の作成法の概要の一例を例示して説明する。   First, an example of an outline of a method for producing a flat film among the porous films will be described as an example.

多孔質基材の表面に、樹脂と溶媒とを含む原液の被膜を形成すると共に、その原液を多孔質基材に含浸させる。その後、被膜を有する多孔質基材の被膜側表面のみを、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させると共に、多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を形成する。   A film of a stock solution containing a resin and a solvent is formed on the surface of the porous base material, and the porous base material is impregnated with the stock solution. Thereafter, only the coating-side surface of the porous substrate having a coating is brought into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to solidify the resin, and a porous resin layer is formed on the surface of the porous substrate.

原液は、樹脂を溶媒に溶解させて調整する。原液の温度は、製膜性の観点から、通常、5〜120℃の範囲内で選定することが好ましい。溶媒は、樹脂を溶解するものであり、樹脂に作用してそれらが多孔質樹脂層を形成するのを促すものである。溶媒としては、N−メチルピロリジノン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N −メチル− 2− ピロリドン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、γ −ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、フタル酸ジメチル、プロピレングリコールメチルエーテール、プロピレンカーボネート、ジアセトンアルコール、グリセロールトリアセテート、アセトンおよびメチルエチルケトンなどを用いることができる。なかでも、樹脂の溶解性の高いN−メチルピロリジノン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)およびジメチルスルホキシド(DMSO)が好ましく用いられる。これらの溶媒は、単独で用いても良いし2種類以上を混合して用いても良い。   The stock solution is prepared by dissolving the resin in a solvent. The temperature of the stock solution is usually preferably selected within the range of 5 to 120 ° C. from the viewpoint of film forming properties. The solvent dissolves the resin and acts on the resin to encourage them to form a porous resin layer. Examples of the solvent include N-methylpyrrolidinone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, Tetramethylurea, trimethyl phosphate, cyclohexanone, isophorone, γ-butyrolactone, methyl isoamyl ketone, dimethyl phthalate, propylene glycol methyl ether, propylene carbonate, diacetone alcohol, glycerol triacetate, acetone, and methyl ethyl ketone can be used. Of these, N-methylpyrrolidinone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, N-dimethylformamide (DMF) and dimethylsulfoxide (DMSO), which have high resin solubility, are preferably used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

また、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびグリセリンなどの溶媒以外の成分を溶媒に添加しても良い。溶媒に非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、樹脂を溶解しない液体である。非溶媒は、樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノールおよびエタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも、非溶媒として、価格の点から水やメタノールが好ましく用いられる。溶媒以外の成分および非溶媒は、混合物であってもよい。   Further, for example, components other than the solvent such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and glycerin may be added to the solvent. Non-solvents can also be added to the solvent. The non-solvent is a liquid that does not dissolve the resin. The non-solvent acts to control the pore size by controlling the rate of solidification of the resin. As the non-solvent, water and alcohols such as methanol and ethanol can be used. Of these, water or methanol is preferably used as the non-solvent from the viewpoint of cost. Components other than the solvent and the non-solvent may be a mixture.

原液には、開孔剤を添加することもできる。開孔剤は、凝固浴に浸漬された際に抽出されて、樹脂層を多孔質にする作用を持つものである。開孔剤を添加することにより、平均細孔径の大きさを制御することができる。開孔剤は、凝固浴への溶解性の高いものであることが好ましい。開孔剤としては、例えば、塩化カルシウムや炭酸カルシウムなどの無機塩を用いることができる。また、開孔剤として、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールおよびポリアクリル酸などの水溶性高分子化合物や、グリセリンを用いることができる。   A pore opening agent may be added to the stock solution. The pore-opening agent is extracted when immersed in the coagulation bath, and has a function of making the resin layer porous. By adding a pore opening agent, the average pore size can be controlled. The pore-opening agent is preferably one having high solubility in the coagulation bath. As the pore opening agent, for example, an inorganic salt such as calcium chloride or calcium carbonate can be used. As the pore opening agent, polyoxyalkylenes such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, water-soluble polymer compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral and polyacrylic acid, and glycerin can be used.

次に、多孔性膜のうち、中空糸膜の作成法の概要の一例を例示して説明する。   Next, an example of the outline of a method for producing a hollow fiber membrane among the porous membranes will be described as an example.

中空糸膜は、樹脂と溶媒からなる原液を二重管式口金の外側の管から吐出すると共に、中空部形成用流体を二重管式口金の内側の管から吐出して、冷却浴中で冷却固化して作製することができる。   The hollow fiber membrane discharges a stock solution composed of a resin and a solvent from the outer tube of the double-tube base, and discharges a hollow portion forming fluid from the inner tube of the double-tube base in a cooling bath. It can be produced by cooling and solidifying.

原液は、上述の平膜の作成法で述べた樹脂を20重量%以上60重量%以下の濃度で、上述の平膜の生成法で述べた溶媒に溶解させることにより調整することができる。また、中空部形成用流体には、通常気体もしくは液体を用いることができる。また、得られた中空糸膜の外表面に、新たな多孔性樹脂層をコーティング(積層)することもできる。積層は中空糸膜の性質、例えば、親水・疎水性あるいは細孔径等を所望の性質に変化させるために行うことができる。積層される新たな多孔性樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた原液を、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させることによって作製することができる。その樹脂の材質は、例えば、上述有機高分子膜の材質と同様のものが好ましく用いられる。また、積層方法としては、原液に中空糸膜を浸漬してもよいし、中空糸膜の表面に原液を塗布してもよく、積層後、付着した原液の一部を掻き取ったり、エアナイフを用いて吹き飛ばしすることにより積層量を調整することもできる。   The stock solution can be prepared by dissolving the resin described in the above-described method for producing a flat film at a concentration of 20% by weight or more and 60% by weight or less in the solvent described in the above-described method for forming a flat film. Moreover, a gas or a liquid can be normally used for the hollow portion forming fluid. In addition, a new porous resin layer can be coated (laminated) on the outer surface of the obtained hollow fiber membrane. Lamination can be performed in order to change the properties of the hollow fiber membrane, such as hydrophilicity / hydrophobicity or pore diameter, to desired properties. A new porous resin layer to be laminated can be produced by bringing a stock solution obtained by dissolving a resin in a solvent into contact with a coagulation bath containing a non-solvent to coagulate the resin. As the material of the resin, for example, the same material as that of the organic polymer film is preferably used. As a lamination method, the hollow fiber membrane may be immersed in the stock solution, or the stock solution may be applied to the surface of the hollow fiber membrane. After the lamination, a part of the attached stock solution is scraped off or an air knife is used. It is also possible to adjust the stacking amount by blowing it away.

本発明の多孔性膜は、支持体と組み合わせることによって膜分離エレメントとすることができる。支持体として支持板を用い、該支持板の少なくとも片面に、本発明の多孔性膜を配した多孔性膜エレメントは、本発明の膜エレメントの好適な形態の一つである。この形態では、膜面積を大きくすることが困難なので、透水量を大きくするために、支持板の両面に多孔性膜を配することも好ましい。   The porous membrane of the present invention can be made into a membrane separation element by combining with a support. A porous membrane element in which a support plate is used as a support and the porous membrane of the present invention is disposed on at least one surface of the support plate is one of the preferred forms of the membrane element of the present invention. In this embodiment, since it is difficult to increase the membrane area, it is also preferable to dispose a porous membrane on both sides of the support plate in order to increase the water permeability.

本発明において、微生物や細胞を濾過処理する際の膜間差圧は、微生物や細胞および培地成分が容易に目詰まりしない条件であればよいが、膜間差圧を0.1kPa以上20kPa以下の範囲とする。濾過の駆動力としては、培養液と多孔性膜処理水の液位差(水頭差)を利用したサイホンにより多孔性膜に膜間差圧を発生させることが可能であり、また、濾過の駆動力として多孔性膜処理水側に吸引ポンプを設置してもよいし、多孔性膜の培養液側に加圧ポンプを設置することも可能である。膜間差圧は培養液と多孔性膜処理水の液位差を変化させることで制御することができる、またポンプを使用する場合には吸引圧力により制御することができ、更に培養液側の圧力を導入する気体または液体の圧力によって制御することができる。これら圧力制御を行う場合には培養液側の圧力と多孔性膜処理水側の圧力差をもって膜間差圧とし、膜間差圧の制御に用いることができる。   In the present invention, the transmembrane pressure difference during filtration of microorganisms and cells may be any condition as long as the microorganisms, cells and medium components are not easily clogged, but the transmembrane pressure difference is 0.1 kPa or more and 20 kPa or less. Range. As a driving force for filtration, it is possible to generate a transmembrane differential pressure in the porous membrane by siphon using the liquid level difference (water head difference) of the culture solution and the porous membrane treated water. As a force, a suction pump may be installed on the porous membrane treated water side, or a pressure pump may be installed on the culture solution side of the porous membrane. The transmembrane pressure difference can be controlled by changing the liquid level difference between the culture solution and the porous membrane treated water, and when using a pump, it can be controlled by the suction pressure. It can be controlled by the pressure of the gas or liquid that introduces the pressure. When performing these pressure controls, the pressure difference between the culture solution side pressure and the porous membrane treated water side can be used as the transmembrane pressure difference and used to control the transmembrane pressure difference.

また、本発明において使用する多孔性膜は、0.1kPa以上20kPa以下の範囲で濾過処理することができるものが好ましい。また、使用前の純水透過係数が、逆浸透膜による25℃の精製水を用い、ヘッド高さ1mで透水量を測定し算出したとき、2×10−9/m/s/pa以上であることが好ましく、さらに2×10−9/m/s/pa以上6×10−7/m/s/pa以下の範囲にあることが好ましい。 In addition, the porous membrane used in the present invention is preferably one that can be filtered in the range of 0.1 kPa to 20 kPa. Moreover, when the pure water permeation coefficient before use was calculated by measuring the amount of water permeation at a head height of 1 m using purified water at 25 ° C. by a reverse osmosis membrane, 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / It is preferably at least pa, and more preferably within a range of 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa to 6 × 10 −7 m 3 / m 2 / s / pa.

本発明で使用する発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物である1,3−プロパンジオールを良好に生産させうるものであればよいが、炭素源、窒素源、無機塩類、及び必要に応じてアミノ酸、ビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する通常の液体培地が良い。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、更には酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、グリセリンなども使用される。窒素源としてはアンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としてはリン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。本発明に使用する微生物が生育のために特定の栄養素を必要とする場合にはその栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加する。また、消泡剤も必要に応じて使用する。本発明において、培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液のことを言い、追加する発酵原料の組成は、目的とする1,3−プロパンジオールの生産性が高くなるように、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。   The fermentation raw material used in the present invention is not limited as long as it promotes the growth of microorganisms to be cultured and can successfully produce 1,3-propanediol, which is the target fermentation product. Ordinary liquid media containing inorganic salts and organic micronutrients such as amino acids and vitamins as appropriate are suitable. Carbon sources include sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose, lactose, starch saccharified solution containing these sugars, sweet potato molasses, sugar beet molasses, high test molasses, and organic acids such as acetic acid, alcohols such as ethanol And glycerin are also used. Nitrogen sources include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other supplementary organic nitrogen sources such as oil cakes, soybean hydrolysates, casein degradation products, other amino acids, vitamins, corn Steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, and the like can be appropriately added. When the microorganism used in the present invention requires a specific nutrient for growth, the nutrient is added as a preparation or a natural product containing it. An antifoaming agent is also used as necessary. In the present invention, the culture liquid refers to a liquid obtained as a result of growth of microorganisms or cultured cells on the fermentation raw material, and the composition of the fermentation raw material to be added has high productivity of the desired 1,3-propanediol. Thus, the fermentation raw material composition at the start of culture may be appropriately changed.

本発明では、培養液中の糖類濃度は5g/l以下に保持される様にするのが好ましい。その理由は、培養液の引き抜きによる糖類の流失を最小限にするためである。微生物の培養は通常pH4−8、温度20−40℃の範囲で行われる。培養液のpHは無機あるいは有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウム、アンモニアガスなどによって上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節する。酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を21%以上に保つ、あるいは培養を加圧する、攪拌速度を上げる、通気量を上げるなどの手段を用いることができる。   In the present invention, the saccharide concentration in the culture solution is preferably maintained at 5 g / l or less. The reason is to minimize the loss of saccharide due to withdrawal of the culture solution. Microorganisms are usually cultured in the range of pH 4-8 and temperature 20-40 ° C. The pH of the culture solution is adjusted to a predetermined value within the above range with an inorganic or organic acid, an alkaline substance, urea, calcium carbonate, ammonia gas, or the like. If it is necessary to increase the oxygen supply rate, means such as adding oxygen to the air to keep the oxygen concentration at 21% or higher, pressurizing the culture, increasing the stirring rate, or increasing the aeration rate can be used.

本発明の培養初期にBatch培養またはFed−Batch培養を行って微生物濃度を高くした後に連続培養(引き抜き)を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から原料培養液の供給及び培養物の引き抜きを行うことが可能である。原料培養液供給と培養物の引き抜きの開始時期は必ずしも同じである必要はない。また、原料培養液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。原料培養液には上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、培養液の環境が微生物または培養細胞の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得るのに好ましく、一例として、乾燥重量として5g/L以上に維持することで良好な生産効率が得られる。   In the initial stage of the culture of the present invention, batch culture or fed-batch culture may be performed to increase the microbial concentration, and then continuous culture (pulling) may be started. You can go. It is possible to supply the raw material culture solution and extract the culture from an appropriate time. The starting times of the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture are not necessarily the same. Further, the supply of the raw material culture solution and the withdrawal of the culture may be continuous or intermittent. What is necessary is just to add a nutrient required for microbial cell growth as shown above to a raw material culture solution so that microbial cell growth may be performed continuously. The concentration of microorganisms or cultured cells in the culture solution should be maintained at a high level so that the environment of the culture solution is not suitable for the growth of microorganisms or cultured cells and the rate of death does not increase. As an example, good production efficiency can be obtained by maintaining the dry weight at 5 g / L or more.

発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、通常、単一の発酵槽で行うのが、培養管理上好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵槽の数は問わない。発酵槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても発酵生産物の高生産性は得られる。   The continuous culture operation performed while growing fresh cells having fermentation production ability is usually preferably performed in a single fermenter in terms of culture management. However, the number of fermenters is not limited as long as it is a continuous culture method for producing a product while growing cells. A plurality of fermenters may be used because the capacity of the fermenter is small. In this case, high productivity of the fermented product can be obtained even if continuous fermentation is performed by connecting a plurality of fermenters in parallel or in series by piping.

本発明で使用される微生物や培養細胞は、1,3−プロパンジオールを生産可能であれば特に制限はないが、例えば、野生型株ではグリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有するクレブシエラ(Klebsiella)属、クロスツリジウム(Clostridium)属、ラクトバシルス(Lactobacillus)属に属する微生物が挙げられる。   The microorganisms and cultured cells used in the present invention are not particularly limited as long as they can produce 1,3-propanediol. For example, wild-type strains have the ability to synthesize 1,3-propanediol from glycerol. Examples include microorganisms belonging to the genus Klebsiella, the genus Clostridium, and the genus Lactobacillus.

本発明では、微生物は、(a)グリセロールデヒドラターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;(b)グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子をコードする少なくとも1つの遺伝子;及び (c)3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを1,3−プロパンジオールに転換する非−特異的触媒活性をコードする少なくとも1つの遺伝子を含んでいることが好ましい。本発明では、更に好ましくは、微生物は、組換え微生物で1,3−プロパンジオールを生産可能にすることが挙げられる。   In the present invention, the microorganism comprises (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol dehydratase activity; (b) at least one gene encoding a glycerol dehydratase reactivating factor; and (c) 3-hydroxypropion It preferably contains at least one gene encoding a non-specific catalytic activity that converts an aldehyde to 1,3-propanediol. In the present invention, more preferably, the microorganism is a recombinant microorganism capable of producing 1,3-propanediol.

本発明では、グリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有する微生物は、好ましくは、クレブシエラ(Klebsiella)、クロスツリジウム(Clostridium)、ラクトバシルス(Lactobacillus)、シトロバクテル(Cytrobacter)、エンテロバクテル(Enterobacter)、アエロバクテル(Aerobacter)、アスペルギルス(Aspergillus)、サッカロミセス(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)、チゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)、ピチア(Pichia)、クルイベロミセス(Kluyveromyces)、カンジダ(Candida)、ハンセヌラ(Hansenula)、デバリオミセス(Debaryomyces)、ムコル(Mucor)、トルロプシス(Torulopsis)、メチロバクテル(Methylobacter)、サルモネラ(Salmonella)、バシルス(Bacillus)、アエロバクテル(Aerobacter)、ストレプトミセス(Streptomyces)、エッシェリシア(Eschericia)及びシュードモナス(Pseudomonas)より成る群から選ばれる組換え微生物で、更に好ましくはエッシェリシア コリである。
In the present invention, a microorganism having the ability to synthesize 1,3-propanediol from glycerol is good Mashiku is Klebsiella (Klebsiella), cross tree indium (Clostridium), Lactobacillus (Lactobacillus), Shitorobakuteru (Cytrobacter), Enterobaku Enterobacter, Aerobacter, Aspergillus, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Zygosaccharomyces Hanse Hansenula, Debaryomyces, Mucor, Toluropsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus, Aerobacter, S And a recombinant microorganism selected from the group consisting of Pseudomonas, more preferably Escherichia coli.

また、組換え微生物は、グルコースから効率よく1,3−プロパンジオールを生産する事ができるようにする改良を行ったほうが好ましい。組換え微生物は、例えば、(a)グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;及び (b)グリセロール−3−ホスファターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子を含んだ組換え微生物であることが好ましく。 更にグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子がdhaレギュロンから単離されるorfX及びorfZによりコードされる遺伝子を含んだ組換え微生物であることが更に好ましい。更には、組換え微生物は、グリセロールキナーゼ活性および/またはグリセロールデヒドロゲナーゼ活性および/またはトリオースリン酸イソメラーゼ活性を欠失した組換え微生物であることが更に好ましい。   In addition, it is preferable that the recombinant microorganism be improved so that 1,3-propanediol can be efficiently produced from glucose. The recombinant microorganism comprises, for example, (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity; and (b) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphatase activity. A recombinant microorganism containing a gene is preferred. More preferably, the glycerol dehydratase reactivating factor is a recombinant microorganism containing genes encoded by orfX and orfZ isolated from dha regulon. Furthermore, the recombinant microorganism is more preferably a recombinant microorganism that lacks glycerol kinase activity and / or glycerol dehydrogenase activity and / or triose phosphate isomerase activity.

本発明の製造方法により製造された濾過・分離発酵液に含まれる1,3−プロパンジオールの分離・精製は、濃縮、晶析させて行うことができる。例えば、特開平−35785号公報に示される減圧濃縮・晶析を用いた精製法を好適に用いることができる。   Separation and purification of 1,3-propanediol contained in the filtered / separated fermentation liquid produced by the production method of the present invention can be performed by concentration and crystallization. For example, a purification method using vacuum concentration / crystallization disclosed in JP-A-35785 can be suitably used.

本発明の製造方法で用いる連続発酵装置1つの例は、主に、微生物もしくは培養細胞を保持し1,3−プロパンジオールを製造するための発酵反応槽、及び微生物もしくは培養細胞と発酵液を濾過分離するための多孔性膜を含む膜分離エレメントから構成される。膜分離エレメントは、発酵反応槽の内部または外部のいずれに設置されてもよい。本発明の製造方法は、平均細孔径が0.01μm以上1μm未満の多孔性膜を使用し、濾過圧力である膜間差圧が0.1から20kPaの範囲で濾過処理することを特徴としている。そのため、特別に発酵槽内を加圧状態に保つ必要がないことから、濾過分離装置と発酵槽間で発酵液を循環させる動力手段が不要となり、膜分離エレメントを発酵槽内部に設置して発酵装置をコンパクト化することが可能である。   One example of a continuous fermentation apparatus used in the production method of the present invention is mainly a fermentation reaction vessel for holding microorganisms or cultured cells and producing 1,3-propanediol, and filtering the microorganisms or cultured cells and the fermentation liquor. It is composed of a membrane separation element including a porous membrane for separation. The membrane separation element may be installed either inside or outside the fermentation reaction tank. The production method of the present invention is characterized in that a porous membrane having an average pore diameter of 0.01 μm or more and less than 1 μm is used, and filtration treatment is performed in a range of a transmembrane differential pressure as a filtration pressure of 0.1 to 20 kPa. . Therefore, there is no need to keep the inside of the fermenter in a pressurized state, so there is no need for a power means for circulating the fermented liquid between the filtration separator and the fermenter, and a membrane separation element is installed inside the fermenter for fermentation. It is possible to make the apparatus compact.

本発明の製造方法で用いる連続発酵装置のうち、分離エレメントは、発酵反応槽の内部に設置された代表的な一例を図1の概要図に示す。図1において、1は発酵反応槽、2は膜分離エレメントである。ここで、膜分離エレメント2には多孔性膜が組み込まれている。この多孔性膜としては、例えば、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている膜、及び膜エレメントを使用することができる。   Of the continuous fermentation apparatus used in the production method of the present invention, the separation element is shown in the schematic diagram of FIG. 1 as a representative example installed in the fermentation reaction tank. In FIG. 1, 1 is a fermentation reaction tank, and 2 is a membrane separation element. Here, a porous membrane is incorporated in the membrane separation element 2. As this porous membrane, for example, the membrane and membrane element disclosed in International Publication No. 2002/064240 pamphlet can be used.

次に、図1の連続発酵装置による連続発酵の形態について説明する。   Next, the form of continuous fermentation by the continuous fermentation apparatus of FIG. 1 will be described.

培地供給ポンプ7によって培地を発酵反応槽1に連続的もしくは断続的に投入する。培地は投入前に必要に応じて加熱殺菌、あるいは加熱滅菌、あるいはフィルターを用いた滅菌を行うことができる。発酵生産時には、必要に応じて攪拌機5で発酵反応槽1内の発酵液を攪拌し、また必要に応じて気体供給装置4によって必要とする気体を供給し、また必要に応じてpHセンサ・制御装置9、及びpH調整溶液供給ポンプ8によって発酵液のpHを調整し、また必要に応じて温度調節器10によって発酵液の温度を調節することで生産性の高い発酵生産を行うことができる。ここでは、計装・制御装置による発酵液の物理化学的条件の調節に、pH、および温度を例示したが、必要に応じて溶存酸素、ORPの制御、更にはオンラインケミカルセンサーなどの分析装置により発酵液中の1,3−プロパンジオールの濃度を測定し、それを指標とした物理化学的条件の制御を行うことができる。また、培地の連続的もしくは断続的投入の形態に関しては、特に限定されるものではないが、上記計装装置による発酵液の物理化学的環境の測定値を指標として、培地投入量および速度を適宜調節することができる。   The medium is continuously or intermittently charged into the fermentation reaction tank 1 by the medium supply pump 7. The medium can be subjected to heat sterilization, heat sterilization, or sterilization using a filter as necessary before addition. During fermentation production, the fermented liquid in the fermentation reaction tank 1 is agitated by the agitator 5 as necessary, and the necessary gas is supplied by the gas supply device 4 as necessary, and the pH sensor / control is performed as necessary. Fermentative production with high productivity can be performed by adjusting the pH of the fermentation broth with the apparatus 9 and the pH adjusting solution supply pump 8, and adjusting the temperature of the fermented liquor with the temperature controller 10 as necessary. Here, the adjustment of the physicochemical conditions of the fermented liquor by the instrumentation / control device is exemplified by the pH and temperature, but if necessary, the dissolved oxygen and ORP are controlled, and further by an analytical device such as an online chemical sensor The concentration of 1,3-propanediol in the fermentation broth can be measured, and the physicochemical conditions can be controlled using it as an index. Further, the form of continuous or intermittent addition of the medium is not particularly limited, but the medium input amount and speed are appropriately determined using the measured value of the physicochemical environment of the fermentation broth by the instrumentation device as an index. Can be adjusted.

発酵液は発酵反応槽1内に設置された膜分離エレメント2によって微生物もしくは培養細胞と発酵生産物に濾過・分離され、装置系から取り出すことができる。また、濾過・分離された微生物もしくは培養細胞は装置系内にとどまることで装置系内の微生物もしくは培養細胞濃度を高く維持でき、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、膜分離エレメント2による濾過・分離には発酵反応槽1の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力は必要ない。また、必要に応じてレベルセンサ6、及び水頭差圧制御装置3によって膜分離エレメント2の濾過・分離速度、及び発酵反応槽内の発酵液量を適当に調節することができる。上記、膜分離エレメントによる濾過・分離には水頭差圧によって行うことを例示したが、必要に応じてポンプ等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧することにより濾過・分離することもできる。   The fermentation broth is filtered and separated into microorganisms or cultured cells and fermentation products by the membrane separation element 2 installed in the fermentation reaction tank 1, and can be taken out from the apparatus system. Moreover, the microorganisms or cultured cells that have been filtered and separated remain in the apparatus system, so that the concentration of the microorganisms or cultured cells in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible. Here, the filtration / separation by the membrane separation element 2 is performed by the water head differential pressure with the water surface of the fermentation reaction tank 1, and no special power is required. Further, the filtration / separation speed of the membrane separation element 2 and the amount of fermentation liquor in the fermentation reaction tank can be appropriately adjusted by the level sensor 6 and the head differential pressure control device 3 as necessary. The filtration / separation by the membrane separation element is exemplified by the water head differential pressure. However, if necessary, the filtration / separation can be performed by suction filtration with a pump or the like or by pressurizing the inside of the apparatus system.

図2は、本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる他の連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。図2は、膜分離エレメントが、発酵反応槽の外部に設置された連続発酵装置の代表的な例である。   FIG. 2 is a schematic side view for explaining an example of another continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention. FIG. 2 is a typical example of a continuous fermentation apparatus in which the membrane separation element is installed outside the fermentation reaction tank.

図2において、連続発酵装置は、発酵反応槽1と、膜分離膜エレメント2を備えた膜分離槽12と、水頭差制御装置3とで基本的に構成されている。ここで、分離膜エレメント2には、多孔性膜が組み込まれている。この多孔性と膜分離エレメントとしては、例えば、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜および膜分離エレメントを使用することが好適である。また、膜分離槽12は、培養液循環ポンプ11を介して発酵反応槽1に接続されている。   In FIG. 2, the continuous fermentation apparatus basically includes a fermentation reaction tank 1, a membrane separation tank 12 including a membrane separation membrane element 2, and a water head difference control device 3. Here, a porous membrane is incorporated in the separation membrane element 2. As the porosity and the membrane separation element, it is preferable to use, for example, a separation membrane and a membrane separation element disclosed in International Publication No. 2002/064240 pamphlet. Further, the membrane separation tank 12 is connected to the fermentation reaction tank 1 via the culture solution circulation pump 11.

図2において、培地供給ポンプ7によって培地を発酵反応槽1に投入し、必要に応じて、攪拌機5で発酵反応槽1内の培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置4によって必要とする気体を供給することができる。このとき、供給された気体を回収リサイクルして再び気体供給装置4で供給することができる。また必要に応じて、pHセンサ・制御装置9およびよびpH調整溶液供給ポンプ8によって発酵液のpHを調整し、また必要に応じて、温度調節器10によって発酵液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。さらに、装置内の培養液は、培養液循環ポンプ11によって発酵反応槽1と膜分離槽12の間を循環する。発酵生産物を含む培養液は、膜分離エレメント2によって微生物と発酵生産物に濾過・分離され、発酵生産物を装置系から取り出すことができる。また、濾過・分離された微生物は、装置系内にとどまることにより装置系内の微生物濃度を高く維持することができ、生産性の高い発酵生産を可能としている。   In FIG. 2, the medium is introduced into the fermentation reaction tank 1 by the medium supply pump 7, the culture solution in the fermentation reaction tank 1 is stirred by the stirrer 5 as necessary, and the gas supply device 4 is used as necessary. Necessary gas can be supplied. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again by the gas supply device 4. If necessary, the pH of the fermentation broth is adjusted by the pH sensor / control device 9 and the pH adjusting solution supply pump 8, and the temperature of the fermentation broth is adjusted by the temperature controller 10 as necessary. Fermentative production with high productivity can be performed. Furthermore, the culture solution in the apparatus is circulated between the fermentation reaction tank 1 and the membrane separation tank 12 by the culture solution circulation pump 11. The culture solution containing the fermentation product is filtered and separated into the microorganism and the fermentation product by the membrane separation element 2, and the fermentation product can be taken out from the apparatus system. Moreover, the microorganisms filtered and separated remain in the apparatus system, so that the microorganism concentration in the apparatus system can be maintained high, and fermentation production with high productivity is possible.

ここで、膜分離エレメント2による濾過・分離は、膜分離槽12の水面との水頭差圧によって行うことができ、特別な動力を必要としない。必要に応じて、レベルセンサ6および水頭差圧制御装置3によって、膜分離エレメント2の濾過・分離速度および装置系内の培養液量を適当に調節することができる。必要に応じて、気体供給装置4によって必要とする気体を膜分離槽12内に供給することができる。このとき、供給された気体を回収リサイクルして再び気体供給装置4で膜分離槽12内に供給することができる。   Here, the filtration / separation by the membrane separation element 2 can be performed by the water head differential pressure with the water surface of the membrane separation tank 12, and no special power is required. If necessary, the filtration / separation speed of the membrane separation element 2 and the amount of culture solution in the apparatus system can be appropriately adjusted by the level sensor 6 and the head differential pressure control device 3. If necessary, the required gas can be supplied into the membrane separation tank 12 by the gas supply device 4. At this time, the supplied gas can be recovered and recycled and supplied again into the membrane separation tank 12 by the gas supply device 4.

膜分離エレメント2による濾過・分離は、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより、濾過・分離することもできる。また、別の培養槽(図示せず)で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、それを必要に応じて発酵反応槽内に供給することができる。別の培養槽で連続発酵に微生物または培養細胞を培養し、得られた培養液を必要に応じて発酵槽内に供給することにより、常にフレッシュで1,3−プロパンジオールの生産能力の高い微生物または培養細胞による連続発酵が可能となり、高い生産性能を長期間維持した連続発酵が可能となる。   The filtration / separation by the membrane separation element 2 may be performed by suction filtration using a pump or the like, or by pressurizing the inside of the apparatus system, if necessary. In addition, microorganisms or cultured cells can be cultured for continuous fermentation in a separate culture tank (not shown), and supplied to the fermentation reaction tank as necessary. By culturing microorganisms or cultured cells for continuous fermentation in a separate culture tank and supplying the obtained culture solution into the fermentation tank as necessary, it is always fresh and highly capable of producing 1,3-propanediol. Alternatively, continuous fermentation using cultured cells is possible, and continuous fermentation with high production performance maintained for a long period of time is possible.

次に、本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる連続発酵装置で、好ましく用いられる膜分離エレメントについて説明する。   Next, the membrane separation element preferably used in the continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention will be described.

図3に示す膜分離エレメントについて説明する。図3は、本発明で用いられる膜分離エレメントを例示説明するための概略斜視図である。本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる連続発酵装置では、好ましくは、国際公開第2002/064240号パンフレットに開示されている分離膜および膜分離エレメントを用いることができる。膜分離エレメントは、図3に示されるように、剛性を有する支持板13の両面に、流路材14と前記の分離膜15(多孔性膜)をこの順序で配し構成されている。支持板13は、両面に凹部16を有している。分離膜15は、培養液を濾過する。流路材14は、分離膜15で濾過された透過水を効率よく支持板13に流すためのものである。支持板13に流れた透過水は、支持板13の凹部16を通り、集水パイプ17を介して連続発酵装置外部に取り出される。透過水を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。   The membrane separation element shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a schematic perspective view for illustrating the membrane separation element used in the present invention. In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention, preferably, a separation membrane and a membrane separation element disclosed in International Publication No. 2002/064240 can be used. As shown in FIG. 3, the membrane separation element is configured by arranging a flow path material 14 and the separation membrane 15 (porous membrane) in this order on both surfaces of a rigid support plate 13. The support plate 13 has recesses 16 on both sides. The separation membrane 15 filters the culture solution. The flow path member 14 is for efficiently flowing the permeated water filtered by the separation membrane 15 to the support plate 13. The permeated water that has flowed to the support plate 13 passes through the recess 16 of the support plate 13 and is taken out of the continuous fermentation apparatus through the water collecting pipe 17. As power for extracting the permeated water, a method such as a water head differential pressure, a pump, suction filtration with a liquid or gas, or pressurization in the apparatus system can be used.

図4に示す膜分離エレメントについて説明する。図4は、本発明で用いられる別の分離膜エレメントを例示説明するための概略斜視図である。膜分離エレメントは、図4に示すように、中空糸膜(多孔性膜)で構成された分離膜束18と上部樹脂封止層19と下部樹脂封止層20によって主に構成される。分離膜束18は、上部樹脂封止層19および下部樹脂封止層20よって束状に接着・固定化されている。下部樹脂封止層20による接着・固定化は、分離膜束18の中空糸膜(多孔性膜)の中空部を封止しており、培養液の漏出を防ぐ構造になっている。一方、上部樹脂封止層19は、分離膜束18の中空糸膜(多孔性膜)の内孔を封止しておらず、集水パイプ22に透過水が流れる構造となっている。この分離膜エレメントは、支持フレーム21を介して連続発酵装置内に設置することが可能である。分離膜束18によって濾過された透過水は、中空糸膜の中空部を通り、集水パイプ22を介して連続発酵装置外部に取り出される。透過水を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。   The membrane separation element shown in FIG. 4 will be described. FIG. 4 is a schematic perspective view for illustrating another separation membrane element used in the present invention. As shown in FIG. 4, the membrane separation element is mainly constituted by a separation membrane bundle 18 constituted by a hollow fiber membrane (porous membrane), an upper resin sealing layer 19 and a lower resin sealing layer 20. The separation membrane bundle 18 is bonded and fixed in a bundle by an upper resin sealing layer 19 and a lower resin sealing layer 20. Adhesion / fixation by the lower resin sealing layer 20 has a structure in which the hollow portion of the hollow fiber membrane (porous membrane) of the separation membrane bundle 18 is sealed to prevent leakage of the culture solution. On the other hand, the upper resin sealing layer 19 does not seal the inner hole of the hollow fiber membrane (porous membrane) of the separation membrane bundle 18 and has a structure in which permeate flows through the water collecting pipe 22. This separation membrane element can be installed in the continuous fermentation apparatus via the support frame 21. The permeated water filtered by the separation membrane bundle 18 passes through the hollow portion of the hollow fiber membrane and is taken out of the continuous fermentation apparatus via the water collecting pipe 22. As power for extracting the permeated water, a method such as a water head differential pressure, a pump, suction filtration with a liquid or gas, or pressurization in the apparatus system can be used.

本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる連続発酵装置の膜分離エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作に耐性の部材であることが好ましい。連続発酵装置内が滅菌可能であれば、連続発酵時に好ましくない微生物による汚染の危険を回避することができ、より安定した連続発酵が可能となる。膜分離エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作の条件である、121℃で15分間に耐性であることが好ましい。膜分離エレメント部材は、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、PVDF、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂およびポリサルホン系樹脂等の樹脂を好ましく選定できる。   The member constituting the membrane separation element of the continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention is preferably a member resistant to high-pressure steam sterilization operation. If the inside of the continuous fermentation apparatus can be sterilized, it is possible to avoid the risk of contamination by undesirable microorganisms during continuous fermentation, and more stable continuous fermentation is possible. The members constituting the membrane separation element are preferably resistant to 15 minutes at 121 ° C., which is the condition of the high-pressure steam sterilization operation. Membrane separation element members include, for example, metals such as stainless steel and aluminum, polyamide resins, fluorine resins, polycarbonate resins, polyacetal resins, polybutylene terephthalate resins, PVDF, modified polyphenylene ether resins, and polysulfone resins. A resin can be preferably selected.

本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離エレメントは、図1のように発酵反応槽内に設置しても良いし、図2のように発酵反応槽外に設置しても良い。膜分離エレメントを発酵反応槽外に設置する場合には、別途、膜分離槽を設けてその内部に膜分離エレメントを設置することができ、発酵反応槽と膜分離槽の間を培養液を循環させながら、膜分離エレメントにより培養液を連続的に濾過することができる。   In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention, the membrane separation element may be installed in the fermentation reaction tank as shown in FIG. 1, or the fermentation reaction tank as shown in FIG. It may be installed outside. When the membrane separation element is installed outside the fermentation reaction tank, a separate membrane separation tank can be provided and the membrane separation element can be installed in the inside, and the culture fluid is circulated between the fermentation reaction tank and the membrane separation tank. The culture solution can be continuously filtered through the membrane separation element.

本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離槽は、高圧蒸気滅菌可能であることが望ましい。膜分離槽が高圧蒸気滅菌可能であると、雑菌による汚染回避が容易である。   In the continuous fermentation apparatus used in the method for producing 1,3-propanediol of the present invention, it is desirable that the membrane separation tank is capable of high-pressure steam sterilization. If the membrane separation tank can be autoclaved, it is easy to avoid contamination with germs.

上記、本発明に従って、連続発酵をおこなった場合、従来のバッチ発酵と比較して、高い体積生産速度が得られ、極めて効率のよい発酵生産が可能となる。ここで、連続培養における生産速度は、次の式(3)で計算される。   When continuous fermentation is performed according to the present invention described above, a higher volumetric production rate is obtained compared to conventional batch fermentation, and extremely efficient fermentation production is possible. Here, the production rate in continuous culture is calculated by the following equation (3).

Figure 0005130811
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また、バッチ培養での発酵生産速度は、原料炭素源をすべて消費した時点の生産物量(g)を、炭素源の消費に要した時間(h)とその時点の培養液量(L)で除して求められる。   In addition, the fermentation production rate in batch culture is calculated by dividing the amount of product (g) at the time when all of the raw carbon source is consumed by the time (h) required for consumption of the carbon source and the amount of culture solution (L) at that time. Is required.

以下、本発明の1,3−プロパンジオールの製造方法をさらに具体的に説明するために、図1および図2の概要図に示す連続発酵装置を用いることによる連続的な1,3−プロパンジオールの発酵生産について、実施例を挙げて説明する。また、下記に示す1,3−プロパンジオールの製造に関する実施例においては、1,3−プロパンジオールを生産させる微生物として、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用いた。   Hereinafter, in order to more specifically explain the method for producing 1,3-propanediol of the present invention, continuous 1,3-propanediol by using the continuous fermentation apparatus shown in the schematic diagrams of FIGS. An example is given and demonstrated about fermentative production of. In the examples relating to the production of 1,3-propanediol shown below, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was used as a microorganism for producing 1,3-propanediol.

(参考例1)多孔性膜の作製(その1)
樹脂としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)樹脂を、また溶媒として、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)をそれぞれ用い、これらを90℃の温度下に十分に攪拌し、下記組成を有する原液を得た。
[原液]
・PVDF:13.0重量%
・DMAc:87.0重量%
次に、上記の原液を25℃の温度に冷却した後、あらかじめガラス板上に貼り付けて置いた、密度が0.48g/cm3で、厚みが220μmのポリエステル繊維製不織布(多孔質基材)に塗布し、直ちに下記組成を有する25℃の温度の凝固浴中に5分間浸漬して、多孔質基材に多孔質樹脂層が形成された多孔性膜を得た。
[凝固浴]
・水 :30.0重量%
・DMAc:70.0重量% 。
(Reference Example 1) Production of porous membrane (part 1)
Polyvinylidene fluoride (PVDF) resin was used as a resin and N, N-dimethylacetamide (DMAc) was used as a solvent, and these were sufficiently stirred at a temperature of 90 ° C. to obtain a stock solution having the following composition.
[Undiluted solution]
・ PVDF: 13.0% by weight
DMAc: 87.0% by weight
Next, after cooling the above stock solution to a temperature of 25 ° C., a polyester fiber non-woven fabric (porous substrate) having a density of 0.48 g / cm 3 and a thickness of 220 μm, which was previously pasted on a glass plate. And immediately immersed in a coagulation bath at 25 ° C. having the following composition for 5 minutes to obtain a porous film having a porous resin layer formed on a porous substrate.
[Coagulation bath]
-Water: 30.0% by weight
DMAc: 70.0% by weight.

この多孔性膜をガラス板から剥がした後、80℃の温度の熱水に3回浸漬してDMAcを洗い出し、分離膜を得た。多孔質樹脂層表面の9.2μm×10.4μmの範囲内を、倍率10,000倍で走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、観察できる細孔すべての直径の平均は0.1μmであった。次に、上記分離膜について純水透水透過係数を評価したところ、50×10-93/m2/s/Paであった。純水透水量の測定は、逆浸透膜による25℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ1mで行った。また、平均細孔径の標準偏差は0.035μmで、膜表面粗さは0.06μmであった。 After peeling this porous membrane from the glass plate, it was immersed in hot water at a temperature of 80 ° C. three times to wash out DMAc to obtain a separation membrane. When the surface of the porous resin layer was observed with a scanning electron microscope at a magnification of 10,000 within the range of 9.2 μm × 10.4 μm, the average diameter of all observable pores was 0.1 μm. . Next, when the pure water permeability coefficient was evaluated about the said separation membrane, it was 50 * 10 < -9 > m < 3 > / m < 2 > / s / Pa. The pure water permeation amount was measured using purified water at a temperature of 25 ° C. by a reverse osmosis membrane at a head height of 1 m. The standard deviation of the average pore diameter was 0.035 μm, and the membrane surface roughness was 0.06 μm.

(参考例2)多孔性膜の作製(その2)
重量平均分子量41.7万のフッ化ビニリデンホモポリマーとγ-ブチロラクトンとを、それぞれ38重量%と62重量%の割合で170℃の温度で溶解し原液を作製した。この原液をγ-ブチロラクトンを中空部形成液体として随拌させながら口金から吐出し、温度20℃のγ-ブチロラクトン80重量%水溶液からなる冷却浴中で固化して中空糸膜を作製した。
(Reference Example 2) Production of porous membrane (part 2)
A vinylidene fluoride homopolymer having a weight average molecular weight of 41,000 and γ-butyrolactone were dissolved at a temperature of 170 ° C. at a rate of 38% by weight and 62% by weight, respectively, to prepare a stock solution. This stock solution was discharged from the base while stirring γ-butyrolactone as a hollow portion forming liquid, and solidified in a cooling bath composed of an 80% by weight aqueous solution of γ-butyrolactone at a temperature of 20 ° C. to produce a hollow fiber membrane.

次いで、重量平均分子量28.4万のフッ化ビニリデンホモポリマーを14重量%、セルロースアセテートプロピオネート(イーストマンケミカル社、CAP482−0.5)を1重量%、N-メチル-2-ピロリドンを77重量%、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン(三洋化成株式会社、商品名イオネットT−20C)を5重量%、および水を3重量%の割合で95℃の温度で混合溶解して原液を調整した。この原液を、上記で得られた中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させた本発明で用いる中空糸多孔性膜を製作した。得られた中空糸多孔性膜の被処理水側表面の平均細孔径は、0.05μmであった。次に、上記の分離膜である中空糸多孔性膜について純水透水量を評価したところ、5.5×10-93/m2・s・Paであった。透水量の測定は、逆浸透膜による25℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ1mで行った。また、平均細孔径の標準偏差 は0.006μmであった。 Next, 14% by weight of vinylidene fluoride homopolymer having a weight average molecular weight of 284,000, 1% by weight of cellulose acetate propionate (Eastman Chemical Co., CAP482-0.5), and N-methyl-2-pyrrolidone 77% by weight, polyoxyethylene coconut oil fatty acid sorbitan (Sanyo Chemical Co., Ltd., trade name Ionette T-20C) 5% by weight and water 3% by mixing and dissolving at a temperature of 95 ° C. to prepare a stock solution did. This undiluted solution was uniformly applied to the surface of the hollow fiber membrane obtained above, and a hollow fiber porous membrane used in the present invention was immediately solidified in a water bath. The average pore diameter of the treated water side surface of the obtained hollow fiber porous membrane was 0.05 μm. Next, the pure water permeation rate of the hollow fiber porous membrane as the separation membrane was evaluated and found to be 5.5 × 10 −9 m 3 / m 2 · s · Pa. The amount of water permeation was measured using purified water at a temperature of 25 ° C. by a reverse osmosis membrane at a head height of 1 m. The standard deviation of the average pore diameter was 0.006 μm.

1,3−プロパンジオールの単離及び同定
HPLCによりグリセロールの1,3−プロパンジオールへの転換を確認した。分析は標準的方法及びクロマトグラフィーの技術分野における熟練者に利用可能な材料を用いて行われた。1つの適した方法は、UV(210nm)及びRI検出を用いるWaters Maxima 820 HPLCシステムを使用した。Shodex SH−1011P プレカラム(6mmx50mm)が備えられ、50℃で温度制御されたShodex SH−1011カラム(8mmx300mm、Waters,Milford,MAから購入)上に、移動相として0.01N H2SO4を用い、0.5mL/分の流量で試料を注入した。定量的分析が望まれている場合、外部標準として既知量のトリメチル酢酸を用いて試料を調製した。グルコース(RI検出)、グリセロール、1,3−プロパンジオール(RI検出)及びトリメチル酢酸(UV及びRI検出)の保持時間は、およそそれぞれ15分、20分、26分及び35分であった。
Isolation and identification of 1,3-propanediol The conversion of glycerol to 1,3-propanediol was confirmed by HPLC. The analysis was performed using standard methods and materials available to those skilled in the chromatographic arts. One suitable method used a Waters Maxima 820 HPLC system with UV (210 nm) and RI detection. A Shodex SH-1011P pre-column (6 mm × 50 mm) is equipped on a Shodex SH-1011 column (8 mm × 300 mm, purchased from Waters, Milford, Mass.), Temperature controlled at 50 ° C., using 0.01 N H 2 SO 4 as the mobile phase. The sample was injected at a flow rate of 0.5 mL / min. Samples were prepared using known amounts of trimethylacetic acid as an external standard when quantitative analysis was desired. The retention times of glucose (RI detection), glycerol, 1,3-propanediol (RI detection) and trimethylacetic acid (UV and RI detection) were approximately 15 minutes, 20 minutes, 26 minutes and 35 minutes, respectively.

GC/MSにより1,3−プロパンジオールの生産を確認した。分析は標準的方法及びGC/MSの技術分野における熟練者に利用可能な材料を用いて行われた。例えば、Hewlett Packard 5971 Series質量選択的検出器(EI)及びHP−INNOWaxカラム(長さ30m、内径0.25mm、フィルム厚さ0.25ミクロン)に連結されたHewlett Packard 5890 Series IIガスクロマトグラフを用いた。生成した1,3−プロパンジオールの保持時間及び質量スペクトルを基準の1,3−プロパンジオール(m/e:57,58)のそれに比較した。   The production of 1,3-propanediol was confirmed by GC / MS. The analysis was performed using standard methods and materials available to those skilled in the GC / MS art. For example, using a Hewlett Packard 5890 Series II gas chromatograph coupled to a Hewlett Packard 5971 Series mass selective detector (EI) and HP-INNOWax column (length 30 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 0.25 microns). It was. The retention time and mass spectrum of the 1,3-propanediol produced were compared to that of the reference 1,3-propanediol (m / e: 57,58).

また、試料の誘導体化を行った。1.0mLの試料(例えば培養上澄み液)に30μLの濃(70%v/v)過塩素酸を加えた。混合の後、試料を凍結乾燥した。ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド:ピリジンの1:1混合物(300μL)を凍結乾燥された材料に加え、激しく混合し、65℃において1時間置いた。遠心により不溶性材料を除いて試料を透明にした。得られる液体は2相に分かれ、その上相を分析に用いた。試料をDB−5カラム(48m、内径0.25mm、フィルム厚さ0.25μm;J&W Scientificから)上でクロマトグラフィーにかけ、培養上澄み液から得た1,3−プロパンジオール誘導体の保持時間及び質量スペクトルを基準の標準試料から得たそれに比較した。TMS−誘導体化1,3−プロパンジオールの質量スペクトルは205、177、130及び115AMUの特徴的イオンを含有する。   The sample was also derivatized. 30 μL of concentrated (70% v / v) perchloric acid was added to a 1.0 mL sample (eg, culture supernatant). After mixing, the sample was lyophilized. A 1: 1 mixture of bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide: pyridine (300 μL) was added to the lyophilized material, mixed vigorously and placed at 65 ° C. for 1 hour. The sample was clarified by removing insoluble material by centrifugation. The resulting liquid was divided into two phases, and the upper phase was used for analysis. Samples were chromatographed on a DB-5 column (48 m, ID 0.25 mm, film thickness 0.25 μm; from J & W Scientific) and retention times and mass spectra of 1,3-propanediol derivatives obtained from culture supernatants. Was compared to that obtained from the reference standard. The mass spectrum of TMS-derivatized 1,3-propanediol contains 205, 177, 130 and 115 AMU characteristic ions.

実施例1 連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造(その1)
図1の膜一体型連続発酵装置を稼働させることにより、1,3−プロパンジオール連続発酵系が得られるかどうかを調べるため、表1に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、この装置の連続発酵試験を行った。尚、図1の膜一体型連続発酵装置は本発明の一実施の形態を示す概要側面図であり、本発明はこの形態になんら限定されるものではない。該培地は高圧蒸気滅菌(121℃、15分)して用いた。膜分離エレメント部材としては、ステンレス、及びポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を主成分とする多孔性膜を用いた。該多孔質膜の特性を調べたところ、平均細孔径が0.1μm、純水透過係数が50×10-9/m/s/paであった。本実施例における運転条件は、特に断らない限り、以下のとおりである。
Example 1 Production of 1,3-propanediol by continuous fermentation (part 1)
In order to examine whether or not a 1,3-propanediol continuous fermentation system can be obtained by operating the membrane-integrated continuous fermentation apparatus of FIG. 1, a 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 1 is used. A continuous fermentation test of this apparatus was conducted. 1 is a schematic side view showing one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment. The medium was used after autoclaving (121 ° C., 15 minutes). As the membrane separation element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, a porous membrane mainly composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) was used. When the characteristics of the porous membrane were examined, the average pore diameter was 0.1 μm, and the pure water permeability coefficient was 50 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa. Unless otherwise specified, the operating conditions in this example are as follows.

発酵反応槽容量:1.5(L)
使用分離膜:PVDF濾過膜
膜分離エレメント有効濾過面積:120平方cm
温度調整:37(℃)
発酵反応槽通気量:0.6(L/min)窒素ガス
発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整
滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て121℃、20minの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌
膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御(0.1kPa以上20kPa以下で制御した。(膜間差圧20kPa以下は、水頭差制御では、2m以内に相当する)。
Fermentation reactor capacity: 1.5 (L)
Separation membrane used: PVDF filtration membrane Effective membrane filtration area: 120 square cm
Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reactor aeration rate: 0.6 (L / min) Nitrogen gas Fermentation reactor agitation speed: 800 (rpm)
pH adjustment: Adjustment to pH 7.0 with 5N NaOH Sterilization: All culture tanks containing separation membrane elements and used media are autoclaved at 121 ° C for 20 min. High pressure steam sterilization Control of membrane permeate flow rate: Flow rate control by transmembrane pressure difference ( Control was performed at 0.1 kPa or more and 20 kPa or less (transmembrane pressure difference of 20 kPa or less corresponds to 2 m or less in the head differential control).

微生物としてクレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用い、培地として表1に示す組成の1,3−プロパンジオール生産培地を用い、生産物である1,3−プロパンジオールの濃度の評価はHPLC法により測定した。   The Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was used as the microorganism, the 1,3-propanediol production medium having the composition shown in Table 1 was used as the medium, and the concentration of the product 1,3-propanediol was evaluated by the HPLC method. .

また、グルコース濃度の測定にはグルコーステストワコーC(和光純薬)を用いた。   In addition, glucose test Wako C (Wako Pure Chemical Industries) was used for measuring the glucose concentration.

Figure 0005130811
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まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を試験管で5mlの1,3−プロパンジオール生産培地で一晩振とう培養した(前々々培養)。得られた培養液を新鮮な1,3−プロパンジオール生産培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図1に示した膜一体型連続発酵装置の1.5Lの1,3−プロパンジオール生産培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度調整、pH調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、1,3−プロパンジオール生産培地(グリセロール濃度は100g/L)の連続供給を行い、膜一体型連続発酵装置の発酵液量を1.5Lとなるよう膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置6により、発酵反応槽水頭を最大2m以内、すなわち膜間差圧が0.1kPa以上20kPa以下となるように適宜水頭差を変化させることで行った。適宜、膜透過発酵液中の生産された1,3−プロパンジオール濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、該1,3−プロパンジオール、及び投入グリセロールから算出された1,3−プロパンジオール生産速度を表4に示した。264時間の発酵試験を行った結果、本膜一体型連続発酵装置を用いることで、安定した1,3−プロパンジオールの連続発酵による製造が可能であることが確認できた。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured in a test tube with shaking overnight in 5 ml of 1,3-propanediol production medium (pre-culture). The obtained culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol production medium, and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask at 30 ° C. for 24 hours (pre-culture). The incubating medium was inoculated in a 1.5 L 1,3-propanediol production medium of the membrane integrated continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1, and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5; The aeration amount of the fermentation reaction tank 1, the temperature adjustment, and the pH adjustment were performed, and the culture was performed for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, 1,3-propanediol production medium (glycerol concentration is 100 g / L) is continuously supplied, and the amount of membrane permeate is controlled so that the amount of fermentation liquid in the membrane-integrated continuous fermentation apparatus becomes 1.5 L. The culturing was continued, and 1,3-propanediol was produced by continuous fermentation. Control of the amount of permeated water when performing the continuous fermentation test is performed by adjusting the water head difference appropriately by the head differential control device 6 so that the head of the fermentation reaction tank is within 2 m at the maximum, that is, the transmembrane pressure difference is 0.1 kPa to 20 kPa. It was done by changing. The produced 1,3-propanediol concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were appropriately measured. The production rate of 1,3-propanediol calculated from the 1,3-propanediol and input glycerol is shown in Table 4. As a result of conducting a fermentation test for 264 hours, it was confirmed that stable production of 1,3-propanediol by continuous fermentation was possible by using this membrane integrated continuous fermentation apparatus.

(実施例2) 連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造(その2)
微生物もしくは培養細胞としてATCC25955株を用い発酵培地として表1に示す組成の1,3−プロパンジオール発酵培地を用い、図2に示す連続発酵装置用いて連続発酵試験を行った。また上記1,3−プロパンジオール発酵培地は121℃の温度で15分間高圧蒸気滅菌して用いた。分離膜エレメント部材には、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成型品を用いた。分離膜としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を主成分とする多孔性膜を用いた。分離膜には、参考例2で作成したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を主成分とする多孔性膜を用いた。この実施例2における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
(Example 2) Production of 1,3-propanediol by continuous fermentation (part 2)
The ATCC25955 strain was used as a microorganism or cultured cell, a 1,3-propanediol fermentation medium having the composition shown in Table 1 was used as the fermentation medium, and a continuous fermentation test was conducted using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. The 1,3-propanediol fermentation medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes. For the separation membrane element member, a molded product of stainless steel and polysulfone resin was used. As the separation membrane, a porous membrane mainly composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) was used. As the separation membrane, a porous membrane mainly composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) prepared in Reference Example 2 was used. The operating conditions in Example 2 are as follows unless otherwise specified.

[運転条件]
・発酵反応槽容量:1.5(L)
・膜分離槽容量:0.5(L)
・使用分離膜:PVDF濾過膜
・分離膜エレメント有効濾過面積:4000平方cm
・温度調整:37(℃)
・発酵反応槽通気量:0.6(L/min)窒素ガス
・発酵反応槽攪拌速度:800(rpm)
・pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整
・培養液循環速度:100ml/min
・滅菌:分離膜エレメントを含む培養槽および使用培地は、総て121℃の温度で20分間のオートクレーブにより高圧蒸気滅菌した。
・膜透過水量制御:膜間差圧による流量制御(0.1kPa以上20kPa以下で制御)。
[Operating conditions]
・ Fermentation reactor capacity: 1.5 (L)
・ Membrane separation tank capacity: 0.5 (L)
-Separation membrane used: PVDF filtration membrane-Separation membrane element effective filtration area: 4000 square cm
・ Temperature adjustment: 37 (℃)
-Fermentation reactor aeration rate: 0.6 (L / min) nitrogen gas-Fermentation reactor agitation speed: 800 (rpm)
-PH adjustment: pH 7.0 adjusted with 5N NaOH-Culture medium circulation rate: 100 ml / min
Sterilization: The culture tank containing the separation membrane element and the used medium were all autoclaved at a temperature of 121 ° C. for 20 minutes by autoclaving.
-Membrane permeated water amount control: Flow rate control by transmembrane pressure difference (controlled at 0.1 kPa to 20 kPa).

1,3−プロパンジオールおよびグルコース濃度は、実施例1と同様の方法を用いて評価した。   The 1,3-propanediol and glucose concentrations were evaluated using the same method as in Example 1.

まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を試験管で5mlの1,3−プロパンジオール発酵培地で一晩振とう培養した(前々々培養)。得られた培養液を、新鮮な1,3−プロパンジオール発酵培地50mlに植菌し、500ml容坂口フラスコで24時間、30℃で振とう培養した(前々培養)。前々培養液を、図2に示した連続発酵装置の2.0Lの1,3−プロパンジオール発酵培地に植菌し、発酵反応槽1を付属の攪拌機5によって800rpmで攪拌し、発酵反応槽1の通気量の調整、温度調整、pH調整、培養液循環速度調整を行い、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、1,3−プロパンジオール発酵培地(グリセロール濃度は100g/L)の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量を2.0Lとなるよう膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置3により、膜間差圧として0.1kPa以上20kPa以下となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、膜透過発酵液中の生産された1,3−プロパンジオール濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、該1,3−プロパンジオール、及び投入グリセロールから算出された1,3−プロパンジオール発酵生産性を表2に示した。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured overnight in a test tube with 5 ml of 1,3-propanediol fermentation medium (pre-culture). The obtained culture broth was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol fermentation medium and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours in a 500 ml Sakaguchi flask (pre-culture). The culture solution was inoculated in the 2.0 L 1,3-propanediol fermentation medium of the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 2 and the fermentation reaction tank 1 was stirred at 800 rpm by the attached stirrer 5 to give a fermentation reaction tank. The aeration amount, temperature adjustment, pH adjustment, and culture medium circulation rate adjustment of No. 1 were performed, and culture was performed for 24 hours (pre-culture). Immediately after completion of the pre-culture, 1,3-propanediol fermentation medium (glycerol concentration is 100 g / L) is continuously supplied, and the amount of permeated water in the continuous fermentation apparatus is controlled to 2.0 L. Continuous culture was performed, and 1,3-propanediol was produced by continuous fermentation. Control of the amount of permeated water through the continuous fermentation test was performed by appropriately changing the water head difference by the water head difference control device 3 so that the transmembrane pressure difference was 0.1 kPa to 20 kPa. The produced 1,3-propanediol concentration and residual glucose concentration in the membrane permeation fermentation broth were appropriately measured. In addition, Table 1 shows 1,3-propanediol fermentation productivity calculated from the 1,3-propanediol and input glycerol.

比較例1 フェドバッチ発酵による1,3−プロパンジオールの製造
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なフェドバッチ発酵を2L容のジャーファーメンターを用いて行い、その1,3−プロパンジオール生産性を評価した。該培地は高圧蒸気滅菌(121℃、15分)して用いた。本比較例では、微生物としてクレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を用い、生産物である1,3−プロパンジオールの濃度の評価はHPLCを用いて評価し、グルコース濃度の測定にはグルコーステストワコーC(和光純薬)を用いた。比較例1の運転条件を以下に示す。
Comparative Example 1 Production of 1,3-propanediol by fed-batch fermentation The most typical fed-batch fermentation as a fermentation form using microorganisms was performed using a 2L jar fermenter, and its 1,3-propanediol productivity was evaluated. did. The medium was used after autoclaving (121 ° C., 15 minutes). In this comparative example, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was used as a microorganism, the concentration of 1,3-propanediol as a product was evaluated using HPLC, and glucose test Wako C Photopure drug) was used. The operating conditions of Comparative Example 1 are shown below.

発酵反応槽容量(1,3−プロパンジオール生産培地量):1.0(L)
温度調整:37(℃)
発酵反応槽通気量:0.4(L/min)窒素ガス
発酵反応槽攪拌速度:300(rpm)
pH調整:5N NaOHによりpH7.0に調整。
Fermentation reactor capacity (1,3-propanediol production medium amount): 1.0 (L)
Temperature adjustment: 37 (℃)
Fermentation reactor aeration rate: 0.4 (L / min) Nitrogen gas Fermentation reactor agitation speed: 300 (rpm)
pH adjustment: Adjusted to pH 7.0 with 5N NaOH.

まず、クレブシエラ・ニューモニアエATCC 25955株を試験管で5mlの1,3−プロパンジオール生産培地で一晩振とう培養した(前々培養)。前々培養液を新鮮な1,3−プロパンジオール生産培地50mlに植菌し500ml容坂口フラスコで24時間振とう培養した(前培養)。前培養液をジャーファーメンターの1.5Lの1,3−プロパンジオール生産培地に植菌した。1,3−プロパンジオール生産培地(グリセロール濃度は500g/L)を用い、グリセロール濃度を0g/Lから10g/Lになるように連続的に供給し、フェドバッチ発酵を行った。その結果を実施例1と実施例2の連続発酵試験で得られた1,3−プロパンジオール発酵生産性を比較して表2に示す。   First, Klebsiella pneumoniae ATCC 25955 strain was cultured overnight in a test tube with 5 ml of 1,3-propanediol production medium (pre-culture). The culture solution was inoculated into 50 ml of a fresh 1,3-propanediol production medium and cultured with shaking in a 500 ml Sakaguchi flask for 24 hours (preculture). The preculture was inoculated into 1.5 L of 1,3-propanediol production medium of a jar fermenter. 1,3-propanediol production medium (glycerol concentration is 500 g / L) was continuously supplied so that the glycerol concentration was changed from 0 g / L to 10 g / L, and fed-batch fermentation was performed. The results are shown in Table 2, comparing the 1,3-propanediol fermentation productivity obtained in the continuous fermentation test of Example 1 and Example 2.

Figure 0005130811
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これら比較の結果、図1および図2に示す連続発酵装置を用いることで、1,3−プロパンジオールの生産速度が大幅に向上することを明らかにできた。すなわち、本発明によって開示された多孔性膜を組み込んだ連続発酵装置を用い、膜間差圧を制御することで、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に戻す連続発酵方法を可能とし、微生物量を高く維持しながら、連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造が可能であることが明らかとなった。   As a result of these comparisons, it was clarified that the production rate of 1,3-propanediol was greatly improved by using the continuous fermentation apparatus shown in FIG. 1 and FIG. That is, by using a continuous fermentation apparatus incorporating a porous membrane disclosed by the present invention and controlling the transmembrane pressure difference, the culture solution is separated into a filtrate and an unfiltered solution by a separation membrane, and the desired fermentation is performed from the filtrate. It becomes clear that the production of 1,3-propanediol by continuous fermentation is possible while recovering the product and allowing a continuous fermentation method in which the unfiltered liquid is returned to the culture solution while maintaining a high amount of microorganisms. It was.

図1は、本発明で用いられる膜一体型連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。FIG. 1 is a schematic side view for explaining an example of a membrane-integrated continuous fermentation apparatus used in the present invention. 図2は、本発明で用いられる他の連続発酵装置の例を説明するための概要側面図である。FIG. 2 is a schematic side view for explaining an example of another continuous fermentation apparatus used in the present invention. 図3は、本発明で用いられる膜分離エレメントの例を説明するための概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining an example of the membrane separation element used in the present invention. 図4は、本発明で用いられる他の膜分離エレメントの例を説明するための断面説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram for explaining an example of another membrane separation element used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 発酵反応槽
2 膜分離エレメント
3 水頭差制御装置
4 気体供給装置
5 攪拌機
6 レベルセンサ
7 培地供給ポンプ
8 NaOH溶液供給ポンプ
9 pHセンサ・制御装置
10 温度調節器
11 培養液循環ポンプ
12 膜分離槽
13 支持板
14 流路材
15 分離膜
16 凹部
17 集水パイプ
18 分離膜束
19 上部樹脂封止層
20 下部樹脂封止層
21 支持フレーム
22 集水パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fermentation reaction tank 2 Membrane separation element 3 Water head difference control device 4 Gas supply device 5 Stirrer 6 Level sensor 7 Medium supply pump 8 NaOH solution supply pump 9 pH sensor / control device 10 Temperature controller 11 Culture fluid circulation pump 12 Membrane separation tank 13 Support plate 14 Channel material 15 Separation membrane 16 Concave portion 17 Water collecting pipe 18 Separation membrane bundle 19 Upper resin sealing layer 20 Lower resin sealing layer 21 Support frame 22 Water collection pipe

Claims (11)

1,3−プロパンジオールを生産する能力を有する微生物もしくは培養細胞の培養液を、分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を培養液に追加する連続発酵であって、分離膜として平均細孔径が0.01μm以上1μm未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を0.1から20kPaの範囲で濾過処理することを特徴とする連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 The culture solution of microorganisms or cultured cells having the ability to produce 1,3-propanediol is filtered through a separation membrane, the product is recovered from the filtrate, and the unfiltered solution is retained or refluxed in the culture solution, and fermentation is performed. Continuous fermentation in which the raw material is added to the culture solution, and a porous membrane having an average pore diameter of 0.01 μm or more and less than 1 μm is used as a separation membrane, and the intermembrane differential pressure is filtered within the range of 0.1 to 20 kPa. A process for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation. 多孔性膜の純水透過係数が、2×10−9/m/s/pa以上6×10−7/m/s/pa以下であることを特徴とする請求項1に記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 The pure water permeability coefficient of the porous membrane is 2 × 10 −9 m 3 / m 2 / s / pa or more and 6 × 10 −7 m 3 / m 2 / s / pa or less. A method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation as described in 1. 多孔性膜が有機高分子膜であって、その平均細孔径が、0.01μm以上0.2μm未満の範囲内にあり、かつ、該細孔径の標準偏差が0.1μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。   The porous membrane is an organic polymer membrane, the average pore diameter is in the range of 0.01 μm or more and less than 0.2 μm, and the standard deviation of the pore diameter is 0.1 μm or less. A method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation according to claim 1 or 2. 多孔性膜が有機高分子膜であって、その膜表面粗さが0.1μm以下の多孔性膜であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。   The porous membrane is an organic polymer membrane, and the membrane surface roughness is a porous membrane having a surface roughness of 0.1 μm or less. -A method for producing propanediol. 多孔性膜が多孔性樹脂層を含む多孔性膜である請求項1から4のいずれかに記載の1,3−プロパンジオールの製造方法。   The method for producing 1,3-propanediol according to any one of claims 1 to 4, wherein the porous membrane is a porous membrane including a porous resin layer. 多孔性膜の膜素材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 The method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation according to any one of claims 1 to 5, wherein a polyvinylidene fluoride resin is used as a membrane material of the porous membrane. 1,3−プロパンジオールを生産する能力を有する微生物が(a)グリセロールデヒドラターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;(b)グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子をコードする少なくとも1つの遺伝子;及び (c)3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを1,3−プロパンジオールに転換する非−特異的触媒活性をコードする少なくとも1つの遺伝子を含み、グリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有することを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 A microorganism capable of producing 1,3-propanediol is (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol dehydratase activity; (b) at least one gene encoding a glycerol dehydratase reactivation factor; and (C) contains at least one gene encoding non-specific catalytic activity for converting 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol, and has the ability to synthesize 1,3-propanediol from glycerol. The method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation according to any one of claims 1 to 6 . グリセロールから1,3−プロパンジオールを合成する能力を有する微生物が、クレブシエラ(Klebsiella)、クロスツリジウム(Clostridium)、ラクトバシルス(Lactobacillus)、シトロバクテル(Cytrobacter)、エンテロバクテル(Enterobacter)、アエロバクテル(Aerobacter)、アスペルギルス(Aspergillus)、サッカロミセス(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)、チゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)、ピチア(Pichia)、クルイベロミセス(Kluyveromyces)、カンジダ(Candida)、ハンセヌラ(Hansenula)、デバリオミセス(Debaryomyces)、ムコル(Mucor)、トルロプシス(Torulopsis)、メチロバクテル(Methylobacter)、サルモネラ(Salmonella)、バシルス(Bacillus)、アエロバクテル(Aerobacter)、ストレプトミセス(Streptomyces)、エッシェリシア(Eschericia)及びシュードモナス(Pseudomonas)より成る群から選ばれる微生物または組換え微生物であることを特徴とする請求項に記載の1,3−プロパンジオールの製造方法。 Microorganisms capable of synthesizing 1,3-propanediol from glycerol are Klebsiella, Clostridium, Lactobacillus, Cytrobacter, Enterobacter, Aerobacter (Aer) , Aspergillus, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Hlu, Cluberomise , Debaromyces, Mucor, Toluropsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus, S, Aerobacter, S The method for producing 1,3-propanediol according to claim 7 , wherein the microorganism is selected from the group consisting of: 組換え微生物が、さらに: (a)グリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子;及び (b)グリセロール−3−ホスファターゼ活性を有するポリペプチドをコードする少なくとも1つの遺伝子を含む組換え微生物であることを特徴とする請求項に記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 The recombinant microorganism further comprises: (a) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity; and (b) at least one gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphatase activity. The method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation according to claim 8 , which is a recombinant microorganism containing a gene. グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子がdhaレギュロンから単離されるorfX及びorfZによりコードされる組換え微生物であることを特徴とする請求項に記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。 The method for producing 1,3-propanediol by continuous fermentation according to claim 9 , wherein the glycerol dehydratase reactivating factor is a recombinant microorganism encoded by orfX and orfZ isolated from dha regulon. 組換え微生物が、さらにグリセロールキナーゼ活性および/またはグリセロールデヒドロゲナーゼ活性および/またはトリオースリン酸イソメラーゼ活性を欠失した組換え微生物であることを特徴とする請求項10に記載の連続発酵による1,3−プロパンジオールの製造方法。
The 1,3-propane by continuous fermentation according to claim 10 , wherein the recombinant microorganism is a recombinant microorganism further lacking glycerol kinase activity and / or glycerol dehydrogenase activity and / or triosephosphate isomerase activity. A method for producing a diol.
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