JP6738626B2 - Bioreactor and bioreaction method using the bioreactor - Google Patents

Bioreactor and bioreaction method using the bioreactor Download PDF

Info

Publication number
JP6738626B2
JP6738626B2 JP2016059847A JP2016059847A JP6738626B2 JP 6738626 B2 JP6738626 B2 JP 6738626B2 JP 2016059847 A JP2016059847 A JP 2016059847A JP 2016059847 A JP2016059847 A JP 2016059847A JP 6738626 B2 JP6738626 B2 JP 6738626B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
biological
microorganisms
culture
mnb
culture tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016059847A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017038589A (en
Inventor
和矩 熊田
和矩 熊田
信秀 国友
信秀 国友
小林 祐一
祐一 小林
正守 樋口
正守 樋口
伸宏 田中
伸宏 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Engineering Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Publication of JP2017038589A publication Critical patent/JP2017038589A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6738626B2 publication Critical patent/JP6738626B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/04Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/12Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

本発明は、微生物若しくは細胞(以下、「微生物等」という。)による反応生成物の生成(発酵・醸造)、又は、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を行う生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法に関し、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブル(以下、「マイクロナノバブル」を「MNB」、「マイクロバブル」を「MB」、「ナノバブル」を「NB」という場合がある。)を含有するものとするマイクロナノバブル発生装置を備え、この生物培養液をろ過し、ろ過液を回収すると共にろ過液を除いた生物培養液(以下、「微生物等濃縮液」という。)を培養槽に還流することを特徴とするものである。 The present invention relates to a bioreactor for producing (fermenting/brewing) reaction products by microorganisms or cells (hereinafter referred to as “microorganisms”), or for proliferating or concentrating (culturing) microorganisms and the like, and a bioreactor for this. Regarding the biological reaction method using, the biological culture liquid extracted from the culture tank and supplied to the filter is referred to as a micro-nano bubble (hereinafter, “micro-nano bubble” is “MNB”, “micro bubble” is “MB”, “nano bubble”). Is sometimes referred to as “NB”), and a biological culture solution obtained by filtering the biological culture solution, collecting the filtrate, and removing the filtrate (hereinafter, “NB”). It is referred to as a "concentrated liquid of microorganisms") which is refluxed to a culture tank.

生物反応は、化学反応と異なり、反応自体は遅いが、多大なエネルギーや多くの化学物質を使用しないので、環境にとって温和で有意義な反応である。
しかしながら、生物反応は、一般的に反応が温和で遅いという問題があった。すなわち、化学反応には、1時間以内の反応で十分な場合が多いのに対して、生物反応の場合は、数時間から長い場合は数日又は特に長い場合は数週間以上の反応時間を要する場合もある。このため、生物反応を効率的、経済的に行うことが求められている。
Unlike a chemical reaction, a biological reaction is a slow reaction, but since it does not use a lot of energy or many chemical substances, it is a mild and meaningful reaction for the environment.
However, the biological reaction has a problem that the reaction is generally mild and slow. That is, in many cases, a reaction within 1 hour is sufficient for a chemical reaction, whereas in the case of a biological reaction, a reaction time of several hours to several days in the case of a long reaction or several weeks or more in the case of a long reaction In some cases. Therefore, it is required to carry out biological reactions efficiently and economically.

微生物等による生物反応(発酵・醸造、培養)を行う方法としては、通常、(1)回分法(Batch法)及び流加法(Fed-Batch法)と(2)連続法が用いられるが、工業的には、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持できる、特許文献1に開示されるような連続法が採用されている。 As a method for carrying out a biological reaction (fermentation/brewing, culture) by microorganisms, (1) batch method (Batch method) and fed-batch method (Fed-Batch method) and (2) continuous method are generally used. Specifically, a continuous method as disclosed in Patent Document 1 is employed, which can stably maintain high yield and high productivity for a long time.

特許文献1には、図10に示すように、連続発酵法において、装置内の発酵培養液を、発酵培養液循環ポンプ111によって発酵反応槽101と膜分離槽112の間を循環させ、分離膜エレメント102によって微生物や培養細胞を分離膜でろ過し、ろ液から生産物を回収すると同時にろ過された微生物や培養細胞を発酵培養液に還流させ、発酵培養液中の微生物や培養細胞濃度を高く維持することにより、高い物質生産性を得ることが記載されている。 In Patent Document 1, as shown in FIG. 10, in a continuous fermentation method, a fermentation culture liquid in the apparatus is circulated between a fermentation reaction tank 101 and a membrane separation tank 112 by a fermentation culture liquid circulation pump 111 to separate a membrane. The element 102 filters the microorganisms and cultured cells with a separation membrane, collects the product from the filtrate, and at the same time, the filtered microorganisms and cultured cells are returned to the fermentation medium to increase the concentration of microorganisms and cultured cells in the fermentation medium. It is described that high material productivity can be obtained by maintaining.

また、特許文献2には、微生物等の培養における生物反応を効率化するために、培養液に、空気から形成されたMNBあるいはNBを含有させることにより、微生物等の活性化を促進し、生物反応の反応効率、反応時間の短縮等を図ることが開示されている。 Further, in Patent Document 2, in order to make a biological reaction in culture of a microorganism and the like efficient, a culture solution contains MNB or NB formed from air, thereby promoting activation of the microorganism and the like. It is disclosed that the reaction efficiency of the reaction, the reduction of the reaction time, and the like are aimed at.

具体的には、図11に示すように、培養槽207から培養液を抜き出し、菌体ろ過器210でろ過してろ過液を得、このろ過液にMNB発生槽215で、MNB発生機216により空気のMNBを発生・混合して培養槽207に還流する方法が記載されている。 Specifically, as shown in FIG. 11, the culture solution is extracted from the culture tank 207 and filtered with a bacterial cell filter 210 to obtain a filtrate, which is then stored in the MNB generation tank 215 and the MNB generator 216. It describes a method of generating and mixing MNB of air and refluxing it to the culture tank 207.

しかしながら、上記特許文献1に記載された、培養槽から生物培養液を抜き出し、微生物等濃縮液を培養槽に還流する方法では、培養槽中の生物培養液の微生物等の濃度を高く維持し生産性を高めることができるが、その反面、微生物等の濃度の高い生物培養液をろ過するため、ろ過膜に目詰まりが生じやすく、ろ過膜の洗浄あるいは交換を頻繁に行う必要がある。また、膜内の循環流速を上げることによりろ過膜の目詰まりを抑制できるが、膜内の循環流速を上げると、微生物等が受けるストレス・ダメージが大きくなってしまう。 However, in the method described in Patent Document 1 described above, in which the biological culture solution is extracted from the culture tank and the concentrated liquid such as microorganisms is returned to the culture tank, the concentration of the microorganisms and the like in the biological culture solution in the culture tank is maintained at a high level. However, since a biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is filtered, the filter membrane is likely to be clogged, and it is necessary to frequently wash or replace the filter membrane. Further, the clogging of the filtration membrane can be suppressed by increasing the circulation flow rate in the membrane, but if the circulation flow rate in the membrane is increased, stress and damage to microorganisms and the like will increase.

また、微生物等の濃度の高い生物培養液を培養槽外に循環させるため、この経路において微生物等の呼吸に必要な酸素が十分に供給されず、微生物等がストレス・ダメージを受けることとなる。 In addition, since a biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is circulated outside the culture tank, oxygen necessary for respiration of the microorganisms and the like is not sufficiently supplied in this route, and the microorganisms and the like suffer stress and damage.

また、上記特許文献2に記載された、培養槽から生物培養液を抜き出し、このろ過液に空気のMNBを含有させる方法では、培養槽から抜き出す生物培養液量に比べ、この生物培養液をろ過して得られるろ過液の量がかなり少ない(ろ過液の量は、通常、培養槽から抜き出した生物培養液の量の1/10〜1/100程度)ため、ろ過液を含有させたMNBにより、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持することは難しい。また、ろ過液の量を増加するため、培養槽から抜き出す生物培養液量を増やしたり、ろ過圧力を高めると、微生物等が受けるストレス・ダメージを増加させてしまう。 Further, in the method described in Patent Document 2 in which the biological culture solution is extracted from the culture tank and air MNB is contained in the filtrate, the biological culture solution is filtered in comparison with the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank. Since the amount of the filtrate obtained by this method is quite small (the amount of the filtrate is usually about 1/10 to 1/100 of the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank), the MNB containing the filtrate is used. However, it is difficult to maintain a high amount of MNB contained in the biological culture solution in the culture tank. Further, in order to increase the amount of the filtrate, if the amount of the biological culture solution to be extracted from the culture tank is increased or the filtration pressure is increased, stress and damage to the microorganisms and the like will be increased.

さらに、発酵・醸造、培養といった生物反応とは技術分野を異にするが、特許文献3には、水浄化システムにおける膜モジュールの目詰まりを抑制するために、膜モジュールに供給する前の水中に超微細気泡を発生させ、超微細気泡を含有する水を膜モジュールに供給することが開示されている。 Further, although the technical field is different from the biological reaction such as fermentation, brewing, and culturing, in Patent Document 3, in order to suppress clogging of the membrane module in the water purification system, the water before being supplied to the membrane module is used. It is disclosed that ultrafine bubbles are generated and water containing the ultrafine bubbles is supplied to the membrane module.

具体的には、図12に示すように、原水供給ライン304から供給される原水及び/又は濃縮循環水ライン317から供給される膜モジュール311からの濃縮循環水を、水供給ポンプ306によって加圧した後、水中に超微細気泡を発生させ、この超微細気泡を含有する水を膜モジュール311に供給して膜ろ過を行う水浄化方法が記載されている。 Specifically, as shown in FIG. 12, raw water supplied from the raw water supply line 304 and/or concentrated circulating water from the membrane module 311 supplied from the concentrated circulating water line 317 is pressurized by the water supply pump 306. After that, a water purification method is described in which ultrafine bubbles are generated in water and water containing the ultrafine bubbles is supplied to the membrane module 311 to perform membrane filtration.

しかしながら、上記特許文献3に記載されるような水浄化方法においては、膜モジュール等のろ過膜により、河川水のような原水から濁質物質、細菌等を単に除去するものであって、ろ過した微生物等を培養槽に戻し再利用する生物反応のように、微生物等が受けるストレス・ダメージを全く考慮する必要がないものである。 However, in the water purification method as described in Patent Document 3 above, a filtration membrane such as a membrane module simply removes suspended substances, bacteria, etc. from raw water such as river water, and filtered. Unlike the biological reaction in which microorganisms are returned to the culture tank and reused, it is not necessary to consider stress and damage to the microorganisms at all.

さらに、特許文献3で用いられる「超微細気泡」とは、気泡径が2〜50μm程度のものであり、これはMBに相当し、直径100nm以下の極微小気泡であるNBを含まないものである。 Furthermore, the "ultrafine bubble" used in Patent Document 3 has a bubble diameter of about 2 to 50 μm, which corresponds to MB and does not include NB which is an extremely fine bubble having a diameter of 100 nm or less. is there.

特許第5092487号公報Japanese Patent No. 5092487 特許第4146476号公報Japanese Patent No. 4146476 特開2011−83764号公報JP, 2011-83764, A

本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法の課題は、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持し、ろ過膜の目詰まりを抑制し、さらに、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減し、これにより、微生物等を用いた生物反応及び微生物等の分離を効率的かつ経済的に行うことにある。 The subject of the bioreactor of the present invention and the bioreaction method using this bioreactor is to maintain a high amount of MNB contained in the bioculture liquid in the culture tank and suppress clogging of the filtration membrane. The purpose of the present invention is to reduce stress and damage to microorganisms and the like, thereby efficiently and economically performing biological reaction using microorganisms and the like and separation of microorganisms and the like.

上記課題を解決するため、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法では、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブルを含有するものとするマイクロナノバブル発生装置を備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, in the bioreactor of the present invention and the bioreaction method using this bioreactor, the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter, containing micro-nano bubbles. And a micro-nano bubble generator for

また、生物培養液にMNBを含有させる手段として上記以外の手段を併用すること、MNBとして酸素濃度を高めた空気から形成されたMNBを用いること、微生物等を含有する液体を搬送するポンプとして容積式ポンプを用いること及び培養槽に還流するろ過液にpH調整剤を添加することにより、上記課題の解決を一層図ることができる。 In addition, a means other than the above is also used as a means for containing MNB in the biological culture medium, MNB formed from air having an increased oxygen concentration is used as MNB, and a volume is used as a pump for conveying a liquid containing microorganisms and the like. The above problem can be further solved by using a formula pump and adding a pH adjuster to the filtrate that is refluxed in the culture tank.

本発明では、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持でき、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、さらに、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減でき、これにより、微生物等を用いた生物反応及び微生物等の分離を効率的かつ経済的に行うことができる。 In the present invention, the amount of MNB contained in the biological culture solution in the culture tank can be maintained at a high level, clogging of the filtration membrane can be suppressed, and further stress/damage that microorganisms and the like receive can be reduced. It is possible to efficiently and economically separate the used biological reaction and microorganisms.

本発明の生物反応装置の参考実施形態1を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reference embodiment 1 of the biological reactor of this invention. 本発明の生物反応装置の参考実施形態2を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reference Embodiment 2 of the biological reactor of this invention. 本発明の生物反応装置の参考実施形態3を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reference embodiment 3 of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の参考実施形態4を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reference embodiment 4 of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の第1実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 1st Embodiment of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の第2実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 2nd Embodiment of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の第3実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 3rd Embodiment of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の参考実施形態5を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reference embodiment 5 of the biological reaction apparatus of this invention. 本発明の生物反応装置の第4実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 4th Embodiment of the bioreactor of this invention. 従来例である、特許文献1(特許第5092487号公報)の図1である。FIG. 1 of Patent Document 1 (Japanese Patent No. 5092487), which is a conventional example. 従来例である、特許文献2(特許第4146476号公報)の図1である。FIG. 1 of Patent Document 2 (Japanese Patent No. 4146476), which is a conventional example. 従来例である、特許文献3(特開2011−83764号公報)の図1である。FIG. 1 of Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-83764), which is a conventional example.

以下、本発明の実施形態を、添付の図面も参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

まず、本発明の生物反応装置及び生物反応方法の一般的な事項について説明する。
本発明の生物反応装置は、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。また、本発明の生物反応装置は、回分法(Batch法)、流加法(Fed-Batch法)、連続法のいずれにも用いることができるが、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持できる連続法において好適に用いることができる。
First, general items of the biological reaction apparatus and biological reaction method of the present invention will be described.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The bioreactor of the present invention can be used for both a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism and a biological reaction for the purpose of growing or concentrating (culturing) the microorganism. it can. Further, the bioreactor of the present invention can be used in any of the batch method (Batch method), the fed-batch method (Fed-Batch method), and the continuous method. It can be preferably used in a continuous method capable of maintaining the property.

微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応においては、反応生成物がろ過液と共に連続して回収され、また、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応においては、微生物等を増殖、濃縮して微生物等が回収される。 In a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, the reaction product is continuously collected together with a filtrate, and in a biological reaction for the purpose of proliferating or concentrating the microorganism, etc. The microorganisms and the like are collected by growing and concentrating.

本発明の生物反応は、醸造、発酵等による食品、薬品、化学品等の製造、バイオマスを利用したバイオエタノールの製造等の微生物等による反応生成物の製造のみならず、微生物等の増殖若しくは濃縮にも適用できる有用なものである。 The biological reaction of the present invention includes not only the production of foods, drugs, chemicals, etc. by brewing, fermentation, etc., the production of reaction products by microorganisms such as the production of bioethanol using biomass, but also the growth or concentration of microorganisms etc. It is also a useful thing that can be applied to.

本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法においては、ろ過器により、培養槽から抜き出した生物培養液をろ過液と微生物等濃縮液に分離するが、ろ過方式としては、中空糸膜モジュールを用いたクロスフローろ過を好適に用いることができる。 In the biological reaction device of the present invention and the biological reaction method using this biological reaction device, a filter is used to separate the biological culture liquid extracted from the culture tank into a filtered liquid and a concentrated liquid such as a microorganism. Cross-flow filtration using a hollow fiber membrane module can be preferably used.

本発明の「マイクロナノバブル」とは、「マイクロバブル」及び/又は「ナノバブル」を意味する。「通常の気泡」は水中を急速に上昇して表面で破裂して消えるのに対し、「マイクロバブル」といわれる直径50μm以下の微小気泡は、水中で縮小していって消滅し、この際に、フリーラジカルと共に、直径100nm以下の極微小気泡である「ナノバブル」を発生し、この「ナノバブル」はある程度の長時間水中に残存する。 The “micro/nano bubble” of the present invention means “micro bubble” and/or “nano bubble”. "Normal bubbles" rise rapidly in water and burst and disappear at the surface, whereas micro bubbles with a diameter of 50 μm or less called "micro bubbles" shrink and disappear in water. With the free radicals, "nano bubbles", which are extremely minute bubbles having a diameter of 100 nm or less, are generated, and these "nano bubbles" remain in water for a certain period of time.

本発明においては、個数平均直径が100μm以下の気泡を「マイクロバブル」といい、個数平均直径が1μm以下の気泡を「ナノバブル」という。マイクロバブルの気泡径を測定する方法としては、画像解析法、レーザー回折散乱法、電気的検知帯法、共振式質量測定法、光ファイバープローブ法等が一般に用いられ、ナノバブルの気泡径を測定する方法としては、動的光散乱法、ブラウン運動トラッキング法、電気的検知帯法、共振式質量測定法等が一般に用いられている。 In the present invention, bubbles having a number average diameter of 100 μm or less are called “micro bubbles”, and bubbles having a number average diameter of 1 μm or less are called “nano bubbles”. As a method for measuring the bubble diameter of microbubbles, an image analysis method, a laser diffraction scattering method, an electrical detection zone method, a resonance mass measurement method, an optical fiber probe method, etc. are generally used, and a method for measuring the bubble diameter of nanobubbles is used. As the method, a dynamic light scattering method, a Brownian motion tracking method, an electric detection zone method, a resonance type mass measurement method and the like are generally used.

極微小気泡である「ナノバブル」は、「ウルトラファインバブル」とも呼ばれる。なお、現在、ISO(国際標準化機構)において、ファインバブル技術に関する国際標準の作成が検討されており、国際標準が作成されれば、現在一般的に用いられている「ナノバブル」との呼称が、「ウルトラファインバブル」に統一される可能性もある。 "Nano bubbles", which are extremely small bubbles, are also called "ultra fine bubbles". In addition, at present, ISO (International Organization for Standardization) is considering making an international standard for fine bubble technology, and if the international standard is made, the commonly used name “nano bubble” is now used. There is a possibility that it will be unified into "Ultra Fine Bubble".

マイクロナノバブル発生装置としては、公知あるいは市販されている装置を用いることができ、例えば、ある程度の高圧で十分な量の気体を水中に溶解させた後、その圧力を解放してやることで溶解した気体の過飽和条件を作り出す「加圧溶解型マイクロバブル発生装置」、水流を起こして渦を発生させ、渦内に大きな気泡を巻き込み、この渦を崩壊させたときに気泡がバラバラに細分化する現象を利用した「気液二相流旋回型マイクロバブル発生装置」等を用いることができる。 As the micro-nano bubble generator, a known or commercially available device can be used. For example, after dissolving a sufficient amount of gas in water at a certain high pressure, the pressure is released to dissolve the dissolved gas. "Pressurized dissolution type micro bubble generator" that creates supersaturation condition, using a phenomenon that a vortex is generated by causing a water flow, a large bubble is entrained in the vortex, and when the vortex is collapsed, the bubble is fragmented into pieces The “gas-liquid two-phase flow swirl type micro bubble generator” described above can be used.

また、ナノバブル発生装置としては、例えば、特開2007−312690号公報、特開2006−289183号公報、特開2005−245817号公報、特開2007−136255号公報、特開2009−39600号公報に記載されたもの等を用いることができる。 In addition, examples of the nanobubble generator include those disclosed in JP2007-321690A, JP2006-289183A, JP2005-245817A, JP2007-136255A, and JP2009-39600A. What was described etc. can be used.

マイクロナノバブル発生装置として、水流を用いて駆動する方式(ノズル方式)のものを用いると、多量のMNBを経済的に発生でき、微生物等に与えるストレス・ダメージを低減でき、目詰まりが抑制できるので好ましい。 When a micro-nano bubble generator that is driven by a water flow (nozzle method) is used, a large amount of MNB can be economically generated, stress and damage given to microorganisms can be reduced, and clogging can be suppressed. preferable.

本発明の生物反応は、培養槽に収容した微生物等を含有する生物培養液中において、微生物等に反応生成物を生成させたり、微生物等を増殖若しくは濃縮させるものである。
生物培養液中の栄養源としては、糖類、窒素源が含有されたものを用いる。糖類としては、通常、マルトース、スクロース、グルコース、フルクトース、これらの混合物等の糖類が用いられ、生物培養液における糖類の濃度は、特に限定されないものの、0.1〜10w/v%に設定するのが好ましい。また、窒素源としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム又はコーンスティープリカー、酵母エキス、肉エキス、ペプトン等が用いられ、0.1〜10w/v%に設定するのが好ましい。さらに、生物培養液には糖類、窒素源以外にも、必要に応じて、ビタミン、無機塩類等を添加することが好ましい。
The biological reaction of the present invention is to cause a reaction product to be produced in a microorganism or the like, or to proliferate or concentrate the microorganism or the like in a biological culture solution containing the microorganism or the like contained in a culture tank.
As a nutrient source in the biological culture solution, one containing a saccharide and a nitrogen source is used. As the saccharide, usually, saccharides such as maltose, sucrose, glucose, fructose and a mixture thereof are used, and the concentration of the saccharide in the biological culture solution is not particularly limited, but is set to 0.1 to 10 w/v%. Is preferred. As the nitrogen source, ammonium chloride, ammonium sulfate, corn steep liquor, yeast extract, meat extract, peptone or the like is used, and it is preferably set to 0.1 to 10 w/v %. Furthermore, in addition to sugars and nitrogen sources, vitamins, inorganic salts, etc. are preferably added to the biological culture solution, if necessary.

本発明における微生物としては、醸造、発酵等の技術分野で従来用いられている、アスペルギルス菌等の麹菌、納豆菌、酢酸菌、酵母菌、乳酸菌等の好気性及び通性嫌気性の微生物のほか、遺伝子組み換え技術で創り出される各種好気性及び通性嫌気性の微生物を用いることができる。また、細胞としては、例えば、抗体医薬として使用される生理活性ペプチド又は蛋白質を製造するための動物細胞、とりわけ遺伝子組換え動物細胞等が挙げられる。 As the microorganism in the present invention, brewing, conventionally used in the technical field such as fermentation, koji molds such as Aspergillus, natto, acetic acid bacteria, yeasts, aerobic and facultative anaerobic microorganisms such as lactic acid bacteria Various aerobic and facultative anaerobic microorganisms created by gene recombination technology can be used. Examples of the cells include animal cells for producing physiologically active peptides or proteins used as antibody drugs, especially genetically modified animal cells.

微生物又は細胞の生物培養液への添加濃度は、特に限定されないものの、0.5〜10.0g/Lとするのが好ましく、3.0〜6.0g/Lにするのがより好ましい。 The concentration of the microorganism or cell added to the biological culture solution is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10.0 g/L, more preferably 3.0 to 6.0 g/L.

つぎに、本発明の生物反応装置及び生物反応方法の特徴について説明する。
本発明の第1の特徴点は、前述のように、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとするMNB発生装置を備えることである。
Next, the features of the biological reaction apparatus and biological reaction method of the present invention will be described.
The first feature of the present invention is, as described above, that the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter is provided with the MNB generator.

本発明者らは、微生物等による反応生成物の生成(発酵・醸造)、又は、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を行う生物反応において、
(1)培地又は反応原料、微生物等を含有する生物培養液を収容する培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとし、
(2)このMNBを含有する生物培養液を、ろ過器により、ろ過液と微生物等濃縮液とに分離し、
(3)このろ過液を回収すると共に、この微生物等濃縮液を培養槽に還流する
ことにより、
驚くべきことに、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持でき、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、さらに、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減でき、これにより、微生物等を用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができることを見出し、本発明を成したものである。
In the biological reaction in which the reaction product is produced by a microorganism or the like (fermentation/brewing), or the microorganism or the like is proliferated or concentrated (cultured),
(1) The biological culture solution extracted from a culture tank containing a biological culture solution containing a medium or reaction raw materials, microorganisms, etc. and supplied to a filter is assumed to contain MNB,
(2) The biological culture solution containing this MNB is separated into a filtered solution and a concentrated solution of microorganisms by a filter,
(3) By collecting the filtrate and refluxing the concentrated liquid of microorganisms and the like into the culture tank,
Surprisingly, the amount of MNB contained in the biological culture solution in the culture tank can be maintained at a high level, clogging of the filtration membrane can be suppressed, and the stress and damage to the microorganisms can be reduced. The present invention was accomplished by finding that a biological reaction using can be carried out efficiently and economically.

上で述べたように、特許文献1に記載されるような、培養槽から生物培養液を抜き出し、微生物等濃縮液を培養槽に還流する連続発酵法では、微生物等の濃度の高い生物培養液を培養槽外に循環させてろ過するため、ろ過膜に目詰まりが生じやすい、循環経路において微生物等に酸素が十分に供給されないという問題が生じるが、本発明のように、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液をMNBを含有するものとし、このMNBを含有する生物培養液をろ過器に供給して、ろ過液と微生物等濃縮液とに分離し、ろ過液を回収すると共に、微生物等濃縮液を培養槽に還流することにより、このような問題を解決することができる。 As described above, in the continuous fermentation method described in Patent Document 1, in which the biological culture solution is extracted from the culture tank and the concentrated solution of microorganisms is returned to the culture tank, the biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is used. Since it is circulated outside the culture tank for filtration, clogging of the filtration membrane is likely to occur, and there is a problem that oxygen is not sufficiently supplied to microorganisms and the like in the circulation route, but like the present invention, it is extracted from the culture tank. The biological culture solution supplied to the filter is assumed to contain MNB, and the biological culture solution containing this MNB is supplied to the filter to separate the filtrate and the concentrated liquid such as microorganisms and collect the filtrate. At the same time, by refluxing the concentrated liquid such as microorganisms to the culture tank, such a problem can be solved.

すなわち、本発明では、MNBを含有する生物培養液をろ過器でろ過することにより、MNBが、ろ過膜と生物培養液が含有する物質(微生物等、濁質物質など)との間に介在し、該物質がろ過膜に付着するのを妨げるように作用をするため、ろ過膜の目詰まりを抑制することができるものと考えられる。 That is, in the present invention, by filtering the biological culture solution containing MNB with a filter, MNB is present between the filtration membrane and the substances (microorganisms, suspended substances, etc.) contained in the biological culture solution. Since the substance acts to prevent the substance from adhering to the filtration membrane, it is considered that clogging of the filtration membrane can be suppressed.

これにより、例えば、中空糸膜を用いたクロスフローろ過を行う場合、中空糸膜表面に付着する物質をその膜表面からはぎ取りながらろ過を行うためには、通常、ろ過流量を膜断面積に対して1m/s以上とする必要があるが、本発明のようにMNBを含有させた生物培養液をろ過する場合には、ろ過流量を0.5m/s以下としても、中空糸膜の目詰まりを抑制しながらろ過を行うことができるので、ろ過工程において微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 Thus, for example, when performing cross-flow filtration using a hollow fiber membrane, in order to perform filtration while stripping substances adhering to the surface of the hollow fiber membrane from the membrane surface, the filtration flow rate is usually relative to the membrane cross-sectional area. However, in the case of filtering a biological culture solution containing MNB as in the present invention, even if the filtration flow rate is 0.5 m/s or less, clogging of the hollow fiber membrane is caused. Since it is possible to carry out filtration while suppressing the above, it is possible to reduce stress and damage received by microorganisms and the like in the filtration step.

さらに、これによりろ過効率が向上するため、ろ過装置を小型化でき、また、ろ過装置への生物培養液の供給量を低減できるので、生物反応装置の設備費・運転費を低減することができ、また、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 Furthermore, since the filtration efficiency is improved by this, the filtration device can be downsized, and since the supply amount of the biological culture solution to the filtration device can be reduced, the facility cost and operating cost of the biological reaction device can be reduced. In addition, it is possible to reduce stress/damage to the microorganisms.

さらに、本発明では、生物培養液を収容する培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとすることにより、循環経路を通じて循環される生物培養液中の微生物等に、酸素を十分に供給できるので、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 Furthermore, in the present invention, the biological culture solution extracted from the culture tank containing the biological culture solution and supplied to the filter contains MNB, so that the biological culture solution circulated through the circulation route Since oxygen can be sufficiently supplied to microorganisms and the like, stress and damage to the microorganisms and the like can be reduced.

このようなMNBを含有させる手法は、生物培養液のクロスフローろ過に限らず、水の浄化、食品の濃縮、研磨剤粒子の精製等に用いられる一般的なクロスフローろ過に適用した場合にも、同様の優れた作用効果が発揮される。すなわち、一般的なクロスフローろ過においても、ろ過する液体にMNBを含有させることにより、液体が含有する固体物質等による中空糸膜の目詰まりを抑制しながらろ過を行うことができるので、装置の設備費・運転費を低減することができる。 Such a method of containing MNB is not limited to the cross-flow filtration of a biological culture solution, but can be applied to general cross-flow filtration used for purification of water, concentration of foods, purification of abrasive particles, etc. , The same excellent effect is exhibited. That is, even in general cross-flow filtration, by including MNB in the liquid to be filtered, it is possible to perform filtration while suppressing clogging of the hollow fiber membranes due to the solid substance contained in the liquid. Equipment costs and operating costs can be reduced.

また、上で述べたように、特許文献2に記載されるような、培養槽から抜き出した生物培養液のろ過液にMNBを含有させる方法では、培養槽から抜き出す生物培養液量に比べ、この生物培養液をろ過して得られるろ過液の量がかなり少ない(ろ過液の量は、通常、培養槽から抜き出した生物培養液の量の1/10〜1/100程度)ため、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持するのが難しいという問題があり、また、この問題を解決するために、培養槽から抜き出す生物培養液量を増やしたり、ろ過圧力を高めたりすると、微生物等が受けるストレス・ダメージが増加するという新たな問題が生じるが、本発明では、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブルを含有するものとするマイクロナノバブル発生装置を備えるため、このような問題を解決することができる。 Further, as described above, in the method of adding MNB to the filtrate of the biological culture solution extracted from the culture tank as described in Patent Document 2, compared with the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank, In the culture tank, the amount of the filtrate obtained by filtering the biological culture solution is quite small (the amount of the filtrate is usually about 1/10 to 1/100 of the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank). There is a problem that it is difficult to maintain a high amount of MNB contained in the biological culture solution, and in order to solve this problem, if the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank is increased or the filtration pressure is increased. However, in the present invention, the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter contains micro-nano bubbles. Since the generator is provided, such a problem can be solved.

すなわち、本発明では、培養槽から抜き出した生物培養液にMNBを含有させ、このMNBを含有させた生物培養液をろ過器に供給することにより、微生物等に余分なストレス・ダメージを与えることなく、循環経路を通じて循環される生物培養液に十分にMNBを含有させることができ、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持することができる。 That is, in the present invention, the biological culture solution extracted from the culture tank contains MNB, and the biological culture solution containing the MNB is supplied to the filter, thereby preventing extra stress and damage to microorganisms and the like. The MNB can be sufficiently contained in the biological culture solution circulated through the circulation route, and the amount of MNB contained in the biological culture solution in the culture tank can be maintained high.

培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段としては、生物培養液を培養槽から抜き出しろ過器に供給する経路にMNB発生装置を設け、生物培養液にMNBを含有させる手段(以下、「第1手段」という。)を用いるのが好ましい。第1手段を用いた場合には、ろ過器に供給され、循環経路を循環する生物培養液に十分にMNBを含有させることができるため、上記のように、ろ過膜の目詰まり抑制、微生物等が受けるストレス・ダメージの低減等の効果を十分に発揮することができる。 As a means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter, an MNB generating device is provided in the path for extracting the biological culture solution from the culture tank and supplying it to the filter. It is preferable to use a means for containing MNB in the culture solution (hereinafter referred to as “first means”). When the first means is used, MNB can be sufficiently contained in the biological culture solution that is supplied to the filter and circulates in the circulation path. Therefore, as described above, suppression of clogging of the filtration membrane, microorganisms, etc. It is possible to sufficiently exert the effect of reducing stress and damage received by the person.

また、第1手段に代えて、培地又は反応原料を培養槽に供給する経路にMNB発生装置を設け、生物培養液にMNBを含有させる手段(以下、「第2手段」という。)、培養槽にMNB発生装置を設け、生物培養液にMNBを含有させる手段(以下、「第3手段」という。)、及び微生物等濃縮液をろ過器から培養槽に還流する管路にMNB発生装置を設け、培養槽に還流する微生物等濃縮液にMNBを含有させる手段(以下、「第4手段」という。)の1つ又は複数の手段を用いることによっても、ろ過膜の目詰まり抑制、微生物等が受けるストレス・ダメージの低減等の効果を発揮することができる。 Further, instead of the first means, an MNB generator is provided in the path for supplying the culture medium or the reaction raw material to the culture tank, and means for containing MNB in the biological culture solution (hereinafter referred to as "second means"), culture tank. An MNB generator is installed in the biological culture medium, and a means for containing the MNB in the biological culture medium (hereinafter, referred to as “third means”) and a MNB generator in the conduit for returning the concentrated liquid such as microorganisms from the filter to the culture tank. The use of one or a plurality of means (hereinafter referred to as “fourth means”) for causing MNB to be contained in the concentrated liquid such as microorganisms that is refluxed in the culture tank also prevents clogging of the filtration membrane, microorganisms, etc. It is possible to exert effects such as reduction of stress and damage received.

さらに、第1手段と、第2手段乃至第4手段の1つ又は複数の手段とを併用することもできる。例えば、第1手段を単独で用いた場合には、培養槽中の生物培養液のMNBの含有量を適正な値とするのに時間を要し、この時間を短縮する必要がある場合には、第2手段乃至第4手段の1つ又は複数の手段を併用することが有効である。特に、第2手段は、MNBの吹き込みによって、微生物等がストレス・ダメージを受けることがないので、第1手段と併用する手段として好ましい。 Further, the first means and one or more means of the second means to the fourth means can be used together. For example, when the first means is used alone, it takes time to bring the MNB content of the biological culture solution in the culture tank to an appropriate value, and when it is necessary to shorten this time, It is effective to use one or more of the second to fourth means in combination. In particular, the second means is preferable as the means used in combination with the first means because the microorganisms and the like are not stressed or damaged by the blowing of MNB.

本発明の第2の特徴点は、生物培養液に含有させるMNBとして、酸素濃度を高めたMNBを用いることである。
これにより、培養槽から抜き出す生物培養液の量を減少させ、生物培養液が含有するMNBの量を減少させても、MNB状態の、吸収されやすい高濃度の酸素を、培養槽中の微生物等に供給でき微生物等の活性を維持できる。さらに、培養槽から抜き出す生物培養液の量を減少させることにより、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減できると共に、生物培養液の循環に要するエネルギーを減じることができる。さらに、生物培養液が含有するMNBの量を減少させることにより、MNB発生装置の駆動に要するエネルギーを減じることができる。
The second feature of the present invention is to use MNB having an increased oxygen concentration as MNB contained in the biological culture solution.
As a result, even if the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank is reduced, and even if the amount of MNB contained in the biological culture solution is reduced, the high concentration of easily absorbed oxygen in the MNB state, such as microorganisms in the culture tank, is reduced. The activity of microorganisms can be maintained. Furthermore, by reducing the amount of the biological culture solution extracted from the culture tank, it is possible to reduce stress and damage to microorganisms and the like, and it is possible to reduce energy required for circulating the biological culture solution. Furthermore, the energy required to drive the MNB generator can be reduced by reducing the amount of MNB contained in the biological culture solution.

酸素濃度を高めた空気を得るためには、吸着剤を用いたPSA法、VSA法等、水の電気分解法、深冷分離法、膜分離法、化学吸着法等の公知の酸素富化手段を用いることができるが、経済的観点からは、酸素富化膜を用い、空気を酸素富化膜に通過させることにより酸素濃度を高めた空気を得ることが好ましい。また、PSA法、VSA法及び化学吸着法を用いる場合には、これらの方法により生成した酸素と、空気とをラインミキサー等で混合させることにより、酸素濃度を高めた空気を得ることが好ましい。 In order to obtain air having an increased oxygen concentration, known oxygen enrichment means such as PSA method using adsorbent, VSA method, water electrolysis method, cryogenic separation method, membrane separation method, chemisorption method, etc. However, from an economical point of view, it is preferable to use an oxygen-enriched membrane and obtain air having an increased oxygen concentration by passing air through the oxygen-enriched membrane. When the PSA method, VSA method, and chemisorption method are used, it is preferable to obtain oxygen-enriched air by mixing oxygen produced by these methods and air with a line mixer or the like.

酸素富化MNBの酸素濃度は、25〜40%とするのが好ましく、35〜40%とするのがより好ましい。酸素濃度が25%以上であると、微生物等の呼吸作用を促進でき、微生物等の活性を高めることができる。酸素濃度が40%以下であると、微生物等が酸化によるダメージを受けにくくなる。 The oxygen concentration of the oxygen-enriched MNB is preferably 25 to 40%, more preferably 35 to 40%. When the oxygen concentration is 25% or more, the respiratory action of microorganisms and the like can be promoted and the activity of microorganisms and the like can be enhanced. When the oxygen concentration is 40% or less, microorganisms and the like are less likely to be damaged by oxidation.

本発明の第3の特徴点は、上記培養槽から生物培養液を抜き出すためのポンプ等の微生物等を含有する生物培養液を搬送するポンプとして、ダイアフラムポンプ、チューブポンプ、スクリューポンプ、ロータリーポンプ等の容積式ポンプを用いることである。 A third feature of the present invention is a pump for delivering a biological culture solution containing microorganisms such as a pump for extracting the biological culture solution from the culture tank, a diaphragm pump, a tube pump, a screw pump, a rotary pump, etc. The positive displacement pump is used.

このような容積式ポンプを用いて、微生物等を含有する生物培養液を搬送することによって、微生物等が受けるストレス・ダメージをより一層低減することができる。 By using such a positive displacement pump to convey a biological culture solution containing microorganisms and the like, stress and damage to the microorganisms and the like can be further reduced.

本発明の第4の特徴点は、ろ過液を培養槽に還流する管路に、pH調整剤を添加する手段を備えることである。
微生物等は、培養槽中で生物反応において有機酸等の副生物を生じるが、これにより培養槽中の生物培養液のpHが変化するような場合には、これを微生物等に適した範囲に調整する必要がある。
The fourth feature of the present invention is to provide means for adding a pH adjusting agent to the conduit for returning the filtrate to the culture tank.
Microorganisms generate by-products such as organic acids in the biological reaction in the culture tank, but if this causes a change in the pH of the biological culture solution in the culture tank, adjust this to a range suitable for the microorganisms, etc. Need to be adjusted.

一般的なpH調整手段としては、培養槽中の生物培養液に直接酸、アルカリ等のpH調整剤が添加されるが、この手段では局所的に酸/アルカリの濃度が高くなり、微生物等にストレス・ダメージを与えることとなる。 As a general pH adjusting means, a pH adjusting agent such as an acid or an alkali is directly added to a biological culture solution in a culture tank. However, with this means, the acid/alkali concentration is locally increased and microorganisms etc. It causes stress and damage.

本発明では、培養槽に還流するろ過液に、酸、アルカリ等のpH調整剤を添加するようにしたため、生物培養液に直接pH調整剤を添加する場合に比べ、培養槽中の微生物等に濃度差に伴うストレス・ダメージを与えずに、培養槽中の生物培養液のpHを調整することができる。 In the present invention, since the pH adjusting agent such as acid or alkali is added to the filtrate returned to the culture tank, compared with the case where the pH adjusting agent is directly added to the biological culture solution, the microorganisms etc. in the culture tank are The pH of the biological culture solution in the culture tank can be adjusted without giving stress and damage due to the difference in concentration.

<参考実施形態1(図1)>
まず、図1を参照しながら、本発明の参考実施形態1について説明する。
参考実施形態1の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第1手段を用いたものである。
<Reference Embodiment 1 (FIG. 1)>
First, a reference embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
The biological reaction device of Reference Embodiment 1 uses the first means as a means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter.

参考実施形態1の生物反応装置は、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。反応生成物の生成を目的とする場合には、反応生成物を連続してろ過液と共に回収し、また、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする場合には、微生物等を増殖させた後に、培養槽の生物培養液を濃縮して微生物等を回収する。 The bioreactor of Reference Embodiment 1 is used for any of bioreactions (fermentation/brewing) for producing reaction products by microorganisms or the like, and bioreactions for growth or concentration (culture) of microorganisms or the like. be able to. When the reaction product is intended to be produced, the reaction product is continuously collected together with the filtrate, and when the purpose is to grow or concentrate the microorganism or the like, after the microorganism or the like is grown, The biological culture solution in the culture tank is concentrated to collect microorganisms and the like.

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
a)培養槽撹拌機7で撹拌しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。
b)上記a)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
c)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
a) While agitating with the culture tank agitator 7, the biological reaction is carried out in the biological culture solution 3 contained in the culture tank 2 and containing the medium or the reaction raw material 1 and the microorganisms.
b) While carrying out the reaction of the above-mentioned a), the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A. ..
c) The biological culture solution containing the MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into a filtered solution B containing a reaction product and a concentrated solution C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are carried out in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、培地又は反応原料1の培養槽2への供給を停止して、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)微生物等の増殖を行いながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
b)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
As a second step, after the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, the supply of the medium or the reaction raw material 1 to the culture tank 2 is stopped, and the microorganisms and the like are concentrated and recovered by the following steps.
a) While proliferating microorganisms and the like, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture liquid 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A.
b) The biological culture solution containing MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into the filtered solution B and the concentrated solution C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高くなった生物培養液を、MNB発生装置6a及びろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3にMNBを含有させるため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、また、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution in which the concentration of microorganisms or the like is increased is circulated outside the culture tank 2 through the MNB generator 6a and the filter 4, but in the present invention, the culture is performed. Since the biological culture medium 3 extracted from the tank 2 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, and oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms in the circulation path, which in turn causes stress and stress on the microorganisms. The damage can be reduced.

参考実施形態1では、MNB発生装置6aをポンプ8とろ過器4を接続する管路に設けているが、このMNB発生装置6aを培養槽2とポンプ8を接続する管路に設ける態様を採ることもでき、この態様も参考実施形態1に包含される。これは、以下の第1実施形態乃至第4実施形態、参考実施形態2乃至参考実施形態5においても同様である。 In the reference embodiment 1, the MNB generator 6a is provided in the pipe line connecting the pump 8 and the filter 4, but the MNB generator 6a is provided in the pipe line connecting the culture tank 2 and the pump 8. However, this aspect is also included in the reference embodiment 1. This also applies to the following first to fourth embodiments and reference embodiments 2 to 5.

ろ過器4は、ろ過膜と該ろ過膜を収容する容器とからなる。ろ過膜は、有機膜、無機膜を問わない。ろ過膜の形状は、平膜、中空糸膜、スパイラル式などいずれの形状のものも採用することができるが、中でも、中空糸膜モジュールが好ましく、中空糸膜モジュールであれば、外圧式、内圧式のいずれの形状のものも採用することができる。 The filter 4 includes a filtration membrane and a container that houses the filtration membrane. The filtration membrane may be an organic membrane or an inorganic membrane. The shape of the filtration membrane may be any shape such as a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a spiral type, but among them, a hollow fiber membrane module is preferable, and if the hollow fiber membrane module is, an external pressure type, an internal type Any type of pressure type can be adopted.

ろ過方式としては、中空糸膜モジュールを用いたクロスフローろ過が好ましい。このろ過方式は、反応生成物、微生物等を含有する培養液を中空糸膜の内部に供給しつつろ過して、その外部からろ過液を取り出すものであり、中空糸膜の内部に堆積する微生物等の膜汚れが上記培養液の平行流による剪断力によって掻き取られるので、安定したろ過状態を長期にわたって維持することができる。 As a filtration method, cross-flow filtration using a hollow fiber membrane module is preferable. In this filtration method, a culture solution containing reaction products, microorganisms, etc. is supplied to the inside of the hollow fiber membranes to be filtered, and the filtrate is taken out from the outside. Microorganisms deposited inside the hollow fiber membranes. Since membrane stains such as the above are scraped off by the shearing force of the parallel flow of the culture solution, a stable filtration state can be maintained for a long period of time.

中空糸膜モジュールを用いたクロスフローろ過を行う場合には、膜汚れを掻き取るために、ろ過の対象となる液体をある程度以上の流速で中空糸膜内に流す必要があるが、本発明では、ろ過の対象となる、微生物等を含有する生物培養液がMNBを含んでいるため、通常より低い流速で流しても、膜汚れを十分に掻き取ることができ、微生物等に与えるストレスやダメージを大幅に低減することができる。 When performing cross-flow filtration using a hollow fiber membrane module, in order to scrape the membrane fouling, it is necessary to flow the liquid to be filtered into the hollow fiber membrane at a flow rate above a certain level. Since the biological culture solution containing microorganisms, which is the object of filtration, contains MNB, the membrane dirt can be sufficiently scraped off even if it is flowed at a lower flow rate than usual, and stress or damage given to microorganisms etc. Can be significantly reduced.

具体的には、一般的なクロスフローろ過においては、 循環流速が、有機膜を用いた場合には1〜2m/s程度、セラミック膜を用いた場合には1〜3m/s程度で定常運転されるが、生物培養液にMNBを含有させることにより、膜汚れを少なく、ろ過抵抗を小さく維持できるため、同じフラックス(単位時間・単位膜面積あたりの膜ろ過水量)を得るために必要な循環流速を0.2〜1.5m/s程度まで低減することができる。また、同じ循環流速で運転する場合、フラックスを1.2〜2.0倍程度増加することができる。 Specifically, in a general cross-flow filtration, the circulation flow rate is about 1 to 2 m/s when an organic membrane is used, and about 1 to 3 m/s when a ceramic membrane is used, the steady operation is performed. However, by including MNB in the biological culture medium, the membrane fouling can be reduced and the filtration resistance can be kept small. Therefore, the circulation necessary to obtain the same flux (membrane filtration water amount per unit time/unit membrane area). The flow velocity can be reduced to about 0.2 to 1.5 m/s. When operating at the same circulation flow rate, the flux can be increased by 1.2 to 2.0 times.

ろ過膜としては、分離性能及び透水性能、さらには耐汚れ性の観点から、有機高分子化合物を好適に使用することができる。例えば、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、セルロース系樹脂及びセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、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。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及びポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂又はそれを主成分とする樹脂が、化学的強度(特に耐薬品性)と物理的強度を併せ有する特徴をもつためより好ましく用いられる。 As the filtration membrane, an organic polymer compound can be preferably used from the viewpoint of separation performance, water permeability performance, and stain resistance. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyacrylonitrile resin, cellulose resin and cellulose triacetate resin, and the like, It may be a mixture of resins containing these resins as main components. Polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, and polyacrylonitrile resin, which are easy to form a film by solution and have excellent physical durability and chemical resistance, are preferable. A vinylidene chloride-based resin or a resin containing the vinylidene-based resin as a main component is more preferably used because it has the characteristics of having both chemical strength (particularly chemical resistance) and physical strength.

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。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、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を用いても構わない。フッ化ビニリデンと共重合可能な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及び三塩化フッ化エチレンなどが例示される。 Here, as the polyvinylidene fluoride resin, a vinylidene fluoride homopolymer is preferably used. Further, as the polyvinylidene fluoride-based resin, a copolymer of vinylidene fluoride and a vinyl-based monomer copolymerizable with each other may be used. Examples of vinyl monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and trifluorochloroethylene.

ろ過膜の平均細孔径は、使用する目的や状況に応じて適宜決定することができるが、ある程度小さい方が好ましく、通常は0.01μm以上1μm以下であることが好ましい。中空糸膜の平均細孔径が0.01μm未満であると、微生物等、糖や蛋白質などの成分やその凝集体などの膜汚れ成分が細孔を閉塞して、安定運転ができなくなる。透水性能とのバランスを考慮した場合、好ましくは0.02μm以上であり、さらに好ましくは0.03μm以上である。また、1μmを超える場合、膜表面の平滑性と膜面の流れによる剪断力や、逆洗やエアースクラビングなどの物理洗浄による細孔からの汚れの成分の剥離が不十分となり、安定運転ができなくなる。 The average pore diameter of the filtration membrane can be appropriately determined depending on the purpose and situation of use, but it is preferably small to some extent, and is usually 0.01 μm or more and 1 μm or less. If the average pore diameter of the hollow fiber membrane is less than 0.01 μm, components such as microorganisms such as sugars and proteins and aggregates of the membrane such as aggregates block the pores and stable operation cannot be performed. In consideration of the balance with water permeability, the thickness is preferably 0.02 μm or more, more preferably 0.03 μm or more. On the other hand, when it exceeds 1 μm, the smoothness of the membrane surface and the shearing force due to the flow of the membrane surface and the peeling of the dirt component from the pores due to physical washing such as backwashing and air scrubbing become insufficient, and stable operation can be performed. Disappear.

また、平均細孔径が微生物等の大きさに近づくと、これらが直接細孔を塞いでしまう場合がある。さらに微生物等の一部が死滅することによりその破砕物が生成する場合があり、これらの破砕物によって細孔の閉塞を回避するために、平均細孔径は0.4μm以下が好ましく、0.2μm以下が好適である。 Further, when the average pore size approaches the size of microorganisms, etc., these may directly block the pores. Further, some of the microorganisms may be killed to produce crushed products, and in order to avoid clogging of the pores with these crushed products, the average pore diameter is preferably 0.4 μm or less, and 0.2 μm or less. The following are preferred:

ここで、ろ過膜の平均細孔径は、倍率10,000倍以上の走査型電子顕微鏡観察で観察される複数の細孔の直径を測定し、平均することにより求めることができる。10個以上、好ましくは20個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることが好ましい。細孔が円状でない場合などは画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円、すなわち等価円を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求めることも好ましく採用できる。 Here, the average pore diameter of the filtration membrane can be obtained by measuring and averaging the diameters of a plurality of pores observed by scanning electron microscope observation at a magnification of 10,000 times or more. It is preferable to randomly select 10 or more pores, preferably 20 or more pores, measure the diameters of the pores, and average them to obtain a number. If the pores are not circular, it is also preferable to use a method such as an image processing device to obtain a circle having an area equal to that of the pores, that is, an equivalent circle, and obtain the equivalent circle diameter as the diameter of the pore. it can.

<参考実施形態2(図2)>
図2を参照しながら、本発明の参考実施形態2について説明する。
参考実施形態2の生物反応装置は、参考実施形態1の生物反応装置にろ過液を培養槽に還流する、バルブを備えた管路を設けたものである。この管路を通じて培養槽に還流するろ過液の量を調整することにより、培養槽中の培地又は反応原料及び微生物等の濃度を調整することができる。
<Reference Embodiment 2 (FIG. 2)>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The bioreactor of Reference Embodiment 2 is the same as the bioreactor of Reference Embodiment 1 except that a pipe line equipped with a valve for refluxing the filtrate to the culture tank is provided. By adjusting the amount of the filtrate flowing back to the culture tank through this conduit, the concentration of the medium or the reaction raw material, the microorganism, etc. in the culture tank can be adjusted.

参考実施形態2の生物反応装置は、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。反応生成物の生成を目的とする場合には、反応生成物を連続してろ過液と共に回収し、また、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする場合には、微生物等を増殖させた後に、培養槽の生物培養液を濃縮して微生物等を回収する。 The bioreactor of Reference Embodiment 2 is used for any of bioreactions (fermentation/brewing) for the purpose of producing reaction products by microorganisms or the like, and bioreactions for the purpose of growing or concentrating (culturing) microorganisms or the like. be able to. When the reaction product is intended to be produced, the reaction product is continuously collected together with the filtrate, and when the purpose is to grow or concentrate the microorganism or the like, after the microorganism or the like is grown, The biological culture solution in the culture tank is concentrated to collect microorganisms and the like.

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培養槽撹拌機7で撹拌しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。
b)上記a)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
c)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) While agitating with the culture tank agitator 7, the biological reaction is carried out in the biological culture solution 3 contained in the culture tank 2 and containing the medium or the reaction raw material 1 and the microorganisms.
b) While carrying out the reaction of the above a), the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A. ..
c) The biological culture solution containing the MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into a filtered solution B containing a reaction product and a concentrated solution C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

また、培養槽2中の培地又は反応原料及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the medium or the reaction raw material and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B refluxed to the culture tank 2. Alternatively, an operation such as newly supplying the medium, the reaction raw material 1, the microorganisms or the like to the culture tank 2 can be appropriately performed.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。この第1段階では、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様に、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are carried out in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B. In this first step, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2 in the same manner as the biological reaction for producing the reaction product by the microorganisms and the like. be able to.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、培地又は反応原料1の培養槽2への供給を停止すると共に、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を停止して、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)微生物等の増殖を行いながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
b)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
As a second step, after the microorganisms and the like have grown to an appropriate amount, the supply of the medium or the reaction raw material 1 to the culture tank 2 is stopped, and the valve 10 is closed so that the filtrate B is refluxed to the culture tank 2. Stop and concentrate and collect microorganisms by the following steps.
a) While proliferating microorganisms and the like, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture liquid 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A.
b) The biological culture solution containing MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into the filtered solution B and the concentrated solution C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高くなった生物培養液を、MNB発生装置6a及びろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3にMNBを含有させるため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、また、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution in which the concentration of microorganisms or the like is increased is circulated outside the culture tank 2 through the MNB generator 6a and the filter 4, but in the present invention, the culture is performed. Since the biological culture medium 3 extracted from the tank 2 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, and oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms in the circulation path, which in turn causes stress and stress on the microorganisms. The damage can be reduced.

<参考実施形態3(図3)>
図3を参照しながら、本発明の参考実施形態3について説明する。
参考実施形態3の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第1手段と第2手段とを併用したものである。参考実施形態3も、参考実施形態1及び参考実施形態2と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。
<Reference Embodiment 3 (FIG. 3)>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The biological reaction apparatus of Reference Embodiment 3 is a combination of the first means and the second means as means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter. is there. Similar to Reference Embodiment 1 and Reference Embodiment 2, Reference Embodiment 3 also aims at a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, and a growth or concentration (culture) of the microorganism or the like. Can be used for any of the biological reactions mentioned above.

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培地又は反応原料1をMNB発生装置6bに供給して空気AのMNBを含有させ、この空気AのMNBを含有させた培地又は反応原料Dを培養槽2に供給する。
b)培養槽撹拌機7で撹拌しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。
c)上記b)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
d)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) The medium or the reaction raw material 1 is supplied to the MNB generator 6b to contain the MNB of the air A, and the medium or the reaction raw material D containing the MNB of the air A is supplied to the culture tank 2.
b) The biological reaction is carried out in the biological culture solution 3 containing the medium or the reaction raw material 1 and the microorganisms and the like, which is stored in the culture tank 2 while being stirred by the culture tank agitator 7.
c) While carrying out the reaction of b) above, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture liquid 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A. ..
d) The biological culture solution containing the MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into a filtered solution B containing a reaction product and a concentrated solution C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

また、培養槽2中の培養液及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the culture solution and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2, It is possible to appropriately perform operations such as newly supplying the medium or the reaction raw material 1, the microorganisms and the like to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。この第1段階では、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様に、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are performed in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B. In this first step, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2 in the same manner as the biological reaction for producing the reaction product by the microorganisms and the like. be able to.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、培地又は反応原料1の培養槽2への供給を停止すると共に、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を停止して、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)微生物等の増殖を行いながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
b)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
As a second step, after the microorganisms and the like have grown to an appropriate amount, the supply of the medium or the reaction raw material 1 to the culture tank 2 is stopped, and the valve 10 is closed so that the filtrate B is refluxed to the culture tank 2. Stop and concentrate and collect microorganisms by the following steps.
a) While proliferating microorganisms and the like, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture liquid 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A.
b) The biological culture solution containing MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into the filtered solution B and the concentrated solution C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高くなった生物培養液を、MNB発生装置6a及びろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3にMNBを含有させるため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、また、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution in which the concentration of microorganisms or the like is increased is circulated outside the culture tank 2 through the MNB generator 6a and the filter 4, but in the present invention, the culture is performed. Since the biological culture medium 3 extracted from the tank 2 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, and oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms in the circulation path, which in turn causes stress and stress on the microorganisms. The damage can be reduced.

<参考実施形態4(図4)>
図4を参照しながら、本発明の参考実施形態4について説明する。
参考実施形態4の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第1手段に第2手段及び第3手段を併用したものである。
<Reference Embodiment 4 (FIG. 4)>
A reference embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG.
The biological reaction apparatus of Reference Embodiment 4 uses the second means and the third means in combination with the first means as means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter. It was done.

参考実施形態4も、参考実施形態1乃至参考実施形態3と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 Similar to Reference Embodiments 1 to 3, Reference Embodiment 4 also aims at a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, or a growth or concentration (culture) of the microorganism or the like. Can be used for any of the biological reactions mentioned above.

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培地又は反応原料1をMNB発生装置6bに供給して空気AのMNBを含有させ、この空気AのMNBを含有させた培地又は反応原料Dを培養槽2に供給する。
b)培養槽撹拌機7で撹拌し、MNB発生装置6cで空気AのMNBを含有させた生物培養液Eを培養槽2に供給しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。MNB発生装置6cへの生物培養液3の供給は、ポンプ9により培養槽2から生物培養液3を抜き出して行う。
c)上記b)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させる。
d)この空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) The medium or the reaction raw material 1 is supplied to the MNB generator 6b to contain the MNB of the air A, and the medium or the reaction raw material D containing the MNB of the air A is supplied to the culture tank 2.
b) The medium or the reaction raw material 1 stored in the culture tank 2 while being stirred by the culture tank agitator 7 and supplying the biological culture solution E containing the MNB of the air A by the MNB generator 6c to the culture tank 2. A biological reaction is performed in the biological culture solution 3 containing microorganisms and the like. The biological culture solution 3 is supplied to the MNB generator 6c by extracting the biological culture solution 3 from the culture tank 2 by the pump 9.
c) While carrying out the reaction of b) above, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of air A. ..
d) The biological culture solution containing the MNB of the air A is supplied to the filter 4 and separated into a filtered solution B containing a reaction product and a concentrated solution C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

また、培養槽2中の培養液及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the culture solution and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2, It is possible to appropriately perform operations such as newly supplying the medium or the reaction raw material 1, the microorganisms and the like to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are carried out in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を止め、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)増殖を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から生物培養液3を連続して抜き出し、MNB発生装置6aに供給して空気AのMNBを含有させた後、ろ過器4に供給する。
b)ろ過器4において、生物培養液を、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
In the second step, after the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, the valve 10 is closed to stop the reflux of the filtrate B to the culture tank 2, and the microorganisms and the like are concentrated and recovered by the following steps.
a) While performing the growth, the pump 8 is driven to continuously extract the biological culture solution 3 from the culture tank 2, supply it to the MNB generator 6a to contain the MNB of the air A, and then to the filter 4. Supply.
b) In the filter 4, the biological culture liquid is separated into a filtered liquid B and a concentrated liquid C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高い生物培養液を、ろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3にMNBを含有させるため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is circulated to the outside of the culture tank 2 via the filter 4, but in the present invention, the biological culture extracted from the culture tank 2 is used. Since the liquid 3 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms and the like in the circulation route, and stress and damage to the microorganisms and the like can be reduced.

<第1実施形態(図5)>
図5を参照しながら本発明の第1実施形態について説明する。
第1実施形態の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第2手段を単独で用いたものである。
<First embodiment (FIG. 5)>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The biological reaction apparatus of the first embodiment uses the second means alone as a means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter.

第1実施形態も、参考実施形態1乃至参考実施形態4と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 Similarly to the first to fourth embodiments, the first embodiment also aims at a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, and a growth or concentration (culture) of the microorganism or the like. Can be used for any of the biological reactions mentioned above.

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培地又は反応原料1をMNB発生装置6bに供給して空気AのMNBを含有させ、この空気AのMNBを含有する培地又は反応原料Dを培養槽2に供給する。
b)培養槽撹拌機7で撹拌しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。
c)上記b)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) The medium or the reaction raw material 1 is supplied to the MNB generator 6b to contain the MNB of the air A, and the medium or the reaction raw material D containing the MNB of the air A is supplied to the culture tank 2.
b) The biological reaction is carried out in the biological culture solution 3 containing the medium or the reaction raw material 1 and the microorganisms and the like, which is stored in the culture tank 2 while being stirred by the culture tank agitator 7.
c) While carrying out the reaction of the above b), the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2, and the biological culture solution containing the MNB of the air A is transferred to the filter 4. It is supplied and separated into a filtrate B containing a reaction product and a concentrated liquid C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

また、培養槽2中の培養液及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the culture solution and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2, It is possible to appropriately perform operations such as newly supplying the medium or the reaction raw material 1, the microorganisms and the like to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are carried out in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を止め、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)増殖を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から生物培養液3を連続して抜き出し、ろ過器4に供給する。
b)ろ過器4において、生物培養液を、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
In the second step, after the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, the valve 10 is closed to stop the reflux of the filtrate B to the culture tank 2, and the microorganisms and the like are concentrated and recovered by the following steps.
a) While performing the growth, the pump 8 is driven to continuously withdraw the biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the filter 4.
b) In the filter 4, the biological culture liquid is separated into a filtered liquid B and a concentrated liquid C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高い生物培養液を、ろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3がMNBを含有しているため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is circulated to the outside of the culture tank 2 via the filter 4, but in the present invention, the biological culture extracted from the culture tank 2 is used. Since the liquid 3 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms in the circulation path, and stress and damage to the microorganisms can be reduced. ..

<第2実施形態(図6)>
図6を参照しながら本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第2手段及び第3手段を併用したものである。
<Second Embodiment (FIG. 6)>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The bioreactor of the second embodiment is a combination of the second means and the third means as means for containing the MNB in the biological culture liquid extracted from the culture tank and supplied to the filter. ..

第2実施形態も、参考実施形態1乃至参考実施形態4、第1実施形態と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 In the second embodiment, as in the first to fourth embodiments and the first embodiment, a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, a growth or concentration of the microorganism or the like. It can be used for any biological reaction for the purpose of (culturing).

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培地又は反応原料1をMNB発生装置6bに供給して空気AのMNBを含有させ、この空気AのMNBを含有する培地又は反応原料Dを培養槽2に供給する。
b)培養槽撹拌機7で撹拌し、MNB発生装置6cで空気AのMNBを含有させた生物培養液Eを培養槽2に供給しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。MNB発生装置6cへの生物培養液3の供給は、ポンプ9により培養槽2から生物培養液3を抜き出して行う。
c)上記b)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出し、空気AのMNBを含有する生物培養液をろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
e)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) The medium or the reaction raw material 1 is supplied to the MNB generator 6b to contain the MNB of the air A, and the medium or the reaction raw material D containing the MNB of the air A is supplied to the culture tank 2.
b) The medium or the reaction raw material 1 stored in the culture tank 2 while being stirred by the culture tank agitator 7 and supplying the biological culture solution E containing the MNB of the air A by the MNB generator 6c to the culture tank 2. A biological reaction is performed in the biological culture solution 3 containing microorganisms and the like. The biological culture solution 3 is supplied to the MNB generator 6c by extracting the biological culture solution 3 from the culture tank 2 by the pump 9.
c) While carrying out the reaction of the above b), the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2, and the biological culture solution containing the MNB of the air A is transferred to the filter 4. It is supplied and separated into a filtrate B containing a reaction product and a concentrated liquid C such as microorganisms.
e) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

また、培養槽2中の培養液及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the culture solution and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2, It is possible to appropriately perform operations such as newly supplying the medium or the reaction raw material 1, the microorganisms and the like to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are carried out in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を止め、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)増殖を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から生物培養液3を連続して抜き出し、ろ過器4に供給する。この際には、MNB発生装置6cにより、培養槽2中の生物培養液3に空気AのMNBを含有させる。
b)ろ過器4において、生物培養液を、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNBを含有する微生物等濃縮液Cを培養槽2に還流する。
In the second step, after the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, the valve 10 is closed to stop the reflux of the filtrate B to the culture tank 2, and the microorganisms and the like are concentrated and recovered by the following steps.
a) While performing the growth, the pump 8 is driven to continuously withdraw the biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the filter 4. At this time, the MNB generator 6c causes the biological culture solution 3 in the culture tank 2 to contain MNB of air A.
b) In the filter 4, the biological culture liquid is separated into a filtered liquid B and a concentrated liquid C such as microorganisms.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution C of microorganisms containing MNB is refluxed to the culture tank 2.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高い生物培養液を、ろ過器4を介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では培養槽2から抜き出した生物培養液3がMNBを含有しているため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution having a high concentration of microorganisms and the like is circulated to the outside of the culture tank 2 via the filter 4, but in the present invention, the biological culture extracted from the culture tank 2 is used. Since the liquid 3 contains MNB, clogging of the filtration membrane can be suppressed, oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms in the circulation path, and stress and damage to the microorganisms can be reduced. ..

<第3実施形態(図7)>
図7を参照しながら本発明の第3実施形態について説明する。
第3実施形態の生物反応装置は、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、MNBを含有するものとする手段として、第4手段を用いたものである。
<Third Embodiment (FIG. 7)>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The biological reaction apparatus of the third embodiment uses the fourth means as a means for containing the MNB in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter.

第3実施形態も、参考実施形態1乃至参考実施形態4、第1実施形態乃至第2実施形態と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 Similarly to the first to fourth embodiments and the first to second embodiments, the third embodiment also includes a biological reaction (fermentation/brewing) for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like, a microorganism. Can be used for any biological reaction for the purpose of proliferation or concentration (culturing).

まず、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
通常は、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、次のような工程により生物反応を行う。
a)培養槽撹拌機7で撹拌しながら、培養槽2に収納した、培地又は反応原料1及び微生物等を含有する生物培養液3において生物反応を行わせる。
b)上記a)の反応を行わせながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出して、ろ過器4に供給し、反応生成物を含むろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
c)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNB発生装置6dで空気AのMNBを含有させた微生物等濃縮液Fを培養槽2に還流する。
First, a case where a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism or the like is performed will be described.
Normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened, and the biological reaction is performed by the following steps.
a) While agitating with the culture tank agitator 7, the biological reaction is carried out in the biological culture solution 3 contained in the culture tank 2 and containing the medium or the reaction raw material 1 and the microorganisms.
b) While carrying out the reaction of a) above, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture solution 3 from the culture tank 2 and supply it to the filter 4 to obtain a filtrate containing the reaction product. B and a concentrated solution C such as microorganisms are separated.
c) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution F of microorganisms containing MNB of the air A is refluxed to the culture tank 2 by the MNB generator 6d.

また、培養槽2中の培養液及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整したり、新たに培地又は反応原料1、微生物等を培養槽2に供給する等の操作を適宜行うことができる。 Further, in order to keep the amount or concentration of the culture solution and the microorganisms in the culture tank 2 constant, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2, It is possible to appropriately perform operations such as newly supplying the medium or the reaction raw material 1, the microorganisms and the like to the culture tank 2.

つぎに、微生物等の増殖若しくは濃縮を目的とする生物反応を行う場合について説明する。
第1段階として、微生物等が適正量に増殖するまでの間は、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様の工程で操作を行う。ろ過液Bを分離・回収することにより、微生物等の生物反応により生じる有機酸等の副生物をろ過液Bと共に回収することができる。この第1段階では、上記微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応と同様に、バルブ10及びバルブ11の開閉を調整して培養槽2に還流するろ過液Bの量を調整することができる。
Next, a case where a biological reaction for the purpose of growing or concentrating microorganisms or the like is performed will be described.
As the first step, until the microorganisms and the like grow to an appropriate amount, operations are performed in the same steps as the biological reaction for the purpose of producing reaction products by the microorganisms and the like. By separating and recovering the filtrate B, by-products such as organic acids produced by biological reactions of microorganisms and the like can be recovered together with the filtrate B. In this first step, the opening and closing of the valve 10 and the valve 11 are adjusted to adjust the amount of the filtrate B flowing back to the culture tank 2 in the same manner as the biological reaction for producing the reaction product by the microorganisms and the like. be able to.

第2段階として、微生物等が適正量に増殖した後は、培地又は反応原料1の培養槽2への供給を停止すると共に、バルブ10を閉として、ろ過液Bの培養槽2への還流を停止して、次のような工程により微生物等の濃縮・回収を行う。
a)微生物等の増殖を行いながら、ポンプ8を駆動して培養槽2から反応後の生物培養液3を連続して抜き出して、ろ過器4に供給し、ろ過液Bと微生物等濃縮液Cとに分離する。
b)ろ過液Bをろ過液貯槽5に回収すると共に、MNB発生装置6dで空気AのMNBを含有させた微生物等濃縮液Fを培養槽2に還流する。
As a second step, after the microorganisms and the like have grown to an appropriate amount, the supply of the medium or the reaction raw material 1 to the culture tank 2 is stopped, and the valve 10 is closed so that the filtrate B is refluxed to the culture tank 2. Stop and concentrate and collect microorganisms by the following steps.
a) While propagating microorganisms and the like, the pump 8 is driven to continuously withdraw the reacted biological culture liquid 3 from the culture tank 2 and supply it to the filter 4, and the filtrate B and the concentrated liquid C such as microorganisms C And separate.
b) The filtrate B is collected in the filtrate storage tank 5, and the concentrated solution F of microorganisms containing MNB of the air A is refluxed to the culture tank 2 by the MNB generator 6d.

このように、第2段階では、微生物等の濃度が高くなった生物培養液を、ろ過器4及びMNB発生装置6dを介して培養槽2の外に循環させることとなるが、本発明では、ろ過器4おいて分離された微生物等濃縮液CにMNB発生装置6dで空気AのMNBを含有させた微生物等濃縮液Fを培養槽2に還流するため、ろ過膜の目詰まりを抑制でき、また、循環経路において微生物等に酸素を十分に供給することができ、ひいては微生物等が受けるストレス・ダメージを低減することができる。 As described above, in the second stage, the biological culture solution in which the concentration of microorganisms or the like is increased is circulated to the outside of the culture tank 2 via the filter 4 and the MNB generator 6d, but in the present invention, Since the microorganism-concentrated liquid F separated from the filter 4 by the MNB generating device 6d is refluxed to the culture tank 2 by the MNB generator 6d, clogging of the filtration membrane can be suppressed. In addition, oxygen can be sufficiently supplied to the microorganisms and the like in the circulation route, and consequently stress and damage to the microorganisms and the like can be reduced.

<参考実施形態5(図8)>
図8を参照しながら、本発明の参考実施形態5について説明する。
参考実施形態5の生物反応装置は、本発明の参考実施形態2において、培養槽2に還流するろ過液BにpH調整剤12を添加する手段を設けたものである。pH調整剤12の添加量を調整することにより、培養槽2中の生物培養液3のpHを微生物等に適した範囲に調整することができる。
<Reference Embodiment 5 (FIG. 8)>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The bioreactor of Reference Embodiment 5 is the same as that of Reference Embodiment 2 of the present invention, except that the pH adjusting agent 12 is added to the filtrate B that is refluxed in the culture tank 2. By adjusting the addition amount of the pH adjuster 12, the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 can be adjusted to a range suitable for microorganisms and the like.

参考実施形態5も、参考実施形態2と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 Similarly to the second embodiment, the fifth embodiment also includes a biological reaction (fermentation/brewing) for producing a reaction product by a microorganism, a biological reaction for growing or concentrating (culturing) the microorganism. It can be used for both.

参考実施形態5においては、通常、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、生物反応が行われるが、培養槽2中の生物培養液3及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10を開として、ろ過器4で分離されたろ過液Bの一部又は全部を培養槽2に還流することが行われる。 In the reference embodiment 5, normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened to perform the biological reaction, but in order to keep the amount or concentration of the biological culture solution 3 and the microorganisms in the culture tank 2 constant, The valve 10 is opened and a part or all of the filtrate B separated by the filter 4 is refluxed to the culture tank 2.

その際、参考実施形態5では、次のような工程によりpH調整剤12の添加を行う。
a)バルブ10を閉、バルブ11を開として生物反応が行われている状態から、バルブ10を開として、ろ過器4で分離されたろ過液Bの一部又は全部をpH調整剤混合槽13に供給する。
b)pH調整剤混合槽13中のろ過液Bに、培養槽2中の生物培養液3のpHを微生物等に適した範囲に調整するために必要な量のpH調整剤12(酸、アルカリ等)を添加する。
c)pH調整剤12が添加されたろ過液Bを、培養槽2に還流する。
At that time, in Reference Embodiment 5, the pH adjuster 12 is added by the following steps.
a) From the state where the biological reaction is performed by closing the valve 10 and opening the valve 11, the valve 10 is opened and a part or all of the filtrate B separated by the filter 4 is mixed with the pH adjusting agent mixing tank 13 Supply to.
b) In the filtrate B in the pH adjusting agent mixing tank 13, an amount of the pH adjusting agent 12 (acid, alkali) necessary for adjusting the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 to a range suitable for microorganisms and the like. Etc.) is added.
c) The filtrate B to which the pH adjuster 12 has been added is refluxed to the culture tank 2.

培養槽2中の生物培養液3に直接酸、アルカリ等のpH調整剤を添加した場合には、局所的に酸/アルカリの濃度が高くなるため、微生物等にストレス・ダメージを与えることとなるが、上記のようにpH調整剤の添加を行うことにより、培養槽2中の微生物等に濃度差に伴うストレス・ダメージを与えずに、培養槽2中の生物培養液3のpHを調整することができる。 When a pH adjusting agent such as an acid or an alkali is directly added to the biological culture liquid 3 in the culture tank 2, the acid/alkali concentration locally increases, which causes stress or damage to microorganisms or the like. However, by adding the pH adjusting agent as described above, the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 is adjusted without giving stress and damage due to the concentration difference to the microorganisms and the like in the culture tank 2. be able to.

<第4実施形態(図9)>
図9を参照しながら、本発明の第4実施形態について説明する。
第4実施形態の生物反応装置は、本発明の第2実施形態において、培養槽2に還流するろ過液BにpH調整剤12を添加する手段を設けたものである。pH調整剤12の添加量を調整することにより、培養槽2中の生物培養液3のpHを微生物等に適した範囲に調整することができる。
<Fourth Embodiment (FIG. 9)>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The bioreactor of the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment of the present invention, but is provided with a means for adding the pH adjuster 12 to the filtrate B refluxed in the culture tank 2. By adjusting the addition amount of the pH adjuster 12, the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 can be adjusted to a range suitable for microorganisms and the like.

第4実施形態も、第2実施形態と同様に、微生物等による反応生成物の生成を目的とする生物反応(発酵・醸造)、微生物等の増殖若しくは濃縮(培養)を目的とする生物反応のいずれにも用いることができる。 Similarly to the second embodiment, the fourth embodiment also includes a biological reaction for the purpose of producing a reaction product by a microorganism (fermentation/brewing) and a biological reaction for the purpose of growing or concentrating (culturing) a microorganism. It can be used for both.

第4実施形態においては、通常、バルブ10を閉、バルブ11を開とし、生物反応が行われるが、培養槽2中の生物培養液3及び微生物等の量あるいは濃度を一定に保つために、バルブ10を開として、ろ過器4で分離されたろ過液Bの一部又は全部を培養槽2に還流することが行われる。 In the fourth embodiment, normally, the valve 10 is closed and the valve 11 is opened to perform the biological reaction, but in order to keep the amount or concentration of the biological culture solution 3 and the microorganisms in the culture tank 2 constant, The valve 10 is opened and a part or all of the filtrate B separated by the filter 4 is refluxed to the culture tank 2.

その際、第4実施形態では、次のような工程によりpH調整剤12の添加を行う。
a)バルブ10を閉、バルブ11を開として生物反応が行われている状態から、バルブ10を開として、ろ過器4で分離されたろ過液Bの一部又は全部をpH調整剤混合槽13に供給する。
b)pH調整剤混合槽13中のろ過液Bに、培養槽2中の生物培養液3のpHを微生物等に適した範囲に調整するために必要な量のpH調整剤12(酸、アルカリ等)を添加する。
c)pH調整剤12が添加されたろ過液Bを、培養槽2に還流する。
At that time, in the fourth embodiment, the pH adjuster 12 is added by the following steps.
a) From the state where the biological reaction is performed by closing the valve 10 and opening the valve 11, the valve 10 is opened and a part or all of the filtrate B separated by the filter 4 is mixed with the pH adjusting agent mixing tank 13 Supply to.
b) In the filtrate B in the pH adjusting agent mixing tank 13, an amount of the pH adjusting agent 12 (acid, alkali) necessary for adjusting the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 to a range suitable for microorganisms and the like. Etc.) is added.
c) The filtrate B to which the pH adjuster 12 has been added is refluxed to the culture tank 2.

培養槽2中の生物培養液3に直接酸、アルカリ等のpH調整剤を添加した場合には、局所的に酸/アルカリの濃度が高くなるため、微生物等にストレス・ダメージを与えることとなるが、上記のようにpH調整剤の添加を行うことにより、培養槽2中の微生物等に濃度差に伴うストレス・ダメージを与えずに、培養槽2中の生物培養液3のpHを調整することができる。 When a pH adjusting agent such as an acid or an alkali is directly added to the biological culture liquid 3 in the culture tank 2, the acid/alkali concentration locally increases, which causes stress or damage to microorganisms or the like. However, by adding the pH adjusting agent as described above, the pH of the biological culture solution 3 in the culture tank 2 is adjusted without giving stress and damage due to the concentration difference to the microorganisms and the like in the culture tank 2. be able to.

以上に説明したように、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法では、MNBを含有させた生物培養液をろ過器でろ過することにより、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減しつつ、培養槽中の生物培養液が含有するMNBの量を高く維持でき、生物培養液のろ過及び循環を適切に行うことができ、これにより、微生物等を用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができる優れたものである。 As described above, in the bioreactor of the present invention and the bioreaction method using this bioreactor, the biological culture solution containing MNB is filtered by a filter to reduce stress and damage to microorganisms and the like. The amount of MNB contained in the biological culture solution in the culture tank can be maintained at a high level, and the biological culture solution can be appropriately filtered and circulated, thereby efficiently performing biological reactions using microorganisms and the like. It is an excellent thing that can be done economically and economically.

また、本発明では、生物培養液にMNBを含有させる手段として、第1手段と共に、第2手段乃至第4手段に1つ又は複数の手段を併用することにより、短時間で、培養槽中の生物培養液のMNBの含有量を適正な値とすることができる。 Further, in the present invention, as a means for containing MNB in the biological culture medium, by using the first means together with one or a plurality of means for the second means to the fourth means, it is possible to use the medium in a culture tank in a short time. The content of MNB in the biological culture can be set to an appropriate value.

また、本発明では、生物培養液に含有させるMNBとして、酸素濃度を高めた空気から形成されたMNBを用いることにより、培養槽から抜き出す生物培養液の量を減少させ、生物培養液が含有するMNBの量を減少させても、MNB状態の、吸収されやすい高濃度の酸素を、培養槽中の微生物等に供給できるため、微生物等が受けるストレス・ダメージを低減し微生物等の活性を維持することができると共に、生物培養液の循環に要するエネルギー、MNB発生装置の駆動に要するエネルギーを減じることができる。 Further, in the present invention, as the MNB contained in the biological culture medium, MNB formed from air having an increased oxygen concentration is used, whereby the amount of the biological culture medium extracted from the culture tank is reduced and the biological culture medium contains it. Even if the amount of MNB is reduced, a high concentration of easily absorbed oxygen in the state of MNB can be supplied to the microorganisms in the culture tank, so that the stress/damage received by the microorganisms can be reduced and the activity of the microorganisms can be maintained. In addition, the energy required for circulating the biological culture solution and the energy required for driving the MNB generator can be reduced.

また、本発明では、1)培養槽から生物培養液を抜き出すためのポンプ、2)MNB発生装置からろ過器にMNBを含有させた生物培養液を供給するためのポンプ、及び3)培養槽にろ過液を除いた生物培養液を還流するためのポンプといった微生物等を含有する液体を搬送するポンプとして、微生物等に与えるストレス・ダメージが比較的少ないダイアフラムポンプ、チューブポンプ、スクリューポンプ、ロータリーポンプ等の容積式ポンプを用いることにより、微生物等が受けるストレス・ダメージをより一層低減し微生物等の活性を一層維持することができる。 Further, in the present invention, 1) a pump for extracting the biological culture solution from the culture tank, 2) a pump for supplying the biological culture solution containing MNB from the MNB generator to the filter, and 3) a culture tank. As a pump that conveys a liquid containing microorganisms such as a pump for refluxing the biological culture liquid excluding the filtrate, a diaphragm pump, a tube pump, a screw pump, a rotary pump, etc. that causes relatively little stress and damage to the microorganisms By using the positive displacement pump, it is possible to further reduce the stress and damage that the microorganisms receive and further maintain the activity of the microorganisms.

また、本発明では、ろ過液を培養槽に還流する管路に、pH調整剤を添加する手段を備え、培養槽に還流するろ過液に、酸、アルカリ等のpH調整剤を添加することにより、培養槽中の微生物等に濃度差に伴うストレス・ダメージを与えずに、培養槽中の生物培養液のpHを調整することができる。 Further, in the present invention, a conduit for refluxing the filtrate to the culture tank is provided with a means for adding a pH adjuster, and by adding a pH adjuster such as acid or alkali to the filtrate refluxing to the culture tank. The pH of the biological culture solution in the culture tank can be adjusted without giving stress or damage to the microorganisms in the culture tank due to the difference in concentration.

次に、本発明の特徴である、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液にMNBを含有させるとの特徴により発揮される、ろ過膜の目詰まりが抑制できる等の作用効果について実験例・比較実験例を用いて説明するが、本発明はこれら実験例・比較実験例により限定されるものではない。 Next, the action and effect such as clogging of the filtration membrane, which is exhibited by the feature of the present invention that MNB is contained in the biological culture solution extracted from the culture tank and supplied to the filter Will be described with reference to experimental examples and comparative experimental examples, but the present invention is not limited to these experimental examples and comparative experimental examples.

<実験例1〜5及び比較実験例1〜5>
ろ過器として、多数の中空糸膜を束ねて筒状のカートリッジに収納したろ過器(旭化成社製、商品名「マイクローザMF USP−343」)を用い、このろ過器に培養液[微生物等としてコリネ型細菌(コリネバクテリウムグルタミカム)の標準株を濁度(OD660の値):60で含有]を供給し、このろ過器に供給する培養液の圧力及び流量を調整することにより、各中空糸膜の内部と外部との平均圧力差(以下、「膜間差圧」という。)、各中空糸膜の内部を流れる培養液の平均流速(以下、「循環流速」という。)を所定の値に調整して、ろ過器によるろ過速度を測定した。
<Experimental Examples 1-5 and Comparative Experimental Examples 1-5>
As a filter, a filter (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., trade name “Microza MF USP-343”) in which a large number of hollow fiber membranes are bundled and housed in a cylindrical cartridge is used. The standard strain of coryneform bacteria (Corynebacterium glutamicum) is contained at a turbidity (value of OD660): 60], and the pressure and flow rate of the culture solution supplied to this filter are adjusted to obtain each hollow. The average pressure difference between the inside and outside of the fiber membrane (hereinafter referred to as “transmembrane pressure difference”) and the average flow velocity of the culture solution flowing inside each hollow fiber membrane (hereinafter referred to as “circulation flow velocity”) are set to predetermined values. The value was adjusted and the filtration rate by the filter was measured.

実験例1〜3及び比較実験例1〜3では、膜間差圧を0.1MPaに設定し、循環流速を変化させてろ過速度を測定した。また、実験例4〜5及び比較実験例4〜5では、膜間差圧を0.2MPaに設定し、循環流速を変化させてろ過速度を測定した。 In Experimental Examples 1 to 3 and Comparative Experimental Examples 1 to 3, the transmembrane pressure difference was set to 0.1 MPa, the circulation flow rate was changed, and the filtration rate was measured. In addition, in Experimental Examples 4 to 5 and Comparative Experimental Examples 4 to 5, the transmembrane pressure difference was set to 0.2 MPa, the circulation flow rate was changed, and the filtration rate was measured.

ろ過速度は、ろ過開始当初はコリネ型細菌等が中空糸膜の細孔に詰まる作用により徐々に低下していくが、やがて、この詰まる作用と培養液の流れによる詰まりを剥がす作用とが平衡状態となり、ろ過速度が安定する(以下、この状態を「第1安定状態」といい、またこの状態でのろ過速度を「MNB無ろ過速度」という。)。つぎに、この第1安定状態において、ろ過器に供給される培養液に、MNB発生装置(OKエンジニアリング社製、商品名:OKE−25L)を用いMNBを吹き込むと、ろ過速度が徐々に上昇した後、上記2つの作用が再び平衡状態となり、ろ過速度は再び安定する(以下、この状態を「第2安定状態」といい、またこの状態でのろ過速度を「MNB有ろ過速度」という。)。 The filtration rate gradually decreases at the beginning of filtration due to the action of coryneform bacteria clogging the pores of the hollow fiber membrane, but eventually this clogging action and the action of removing the clogging due to the flow of the culture solution are in equilibrium. Thus, the filtration rate becomes stable (hereinafter, this state is referred to as “first stable state”, and the filtration rate in this state is referred to as “no MNB filtration rate”). Next, in the first stable state, when MNB was blown into the culture solution supplied to the filter using the MNB generator (trade name: OKE-25L, manufactured by OK Engineering Co., Ltd.), the filtration rate gradually increased. After that, the above two actions are again in an equilibrium state, and the filtration rate becomes stable again (hereinafter, this state is referred to as "second stable state", and the filtration rate in this state is referred to as "MNB-containing filtration rate"). ..

なお、実験例1〜5及び比較実験例1〜5において使用したMNB発生装置はノズル方式のものであり、ろ過器に供給される培養液の流速と、この培養液が含有するMNBの濃度とは正の相関関係を有する。 The MNB generators used in Experimental Examples 1 to 5 and Comparative Experimental Examples 1 to 5 are of the nozzle type, and the flow rate of the culture solution supplied to the filter and the concentration of MNB contained in the culture solution. Has a positive correlation.

<実験例1>
膜間差圧が0.1Mpa、循環流速が0.19m/sとなるようにろ過器に培養液を供給したところ、MNB有ろ過速度は50.3L/m/hであった。
<Experimental Example 1>
When the culture solution was supplied to the filter so that the transmembrane pressure difference was 0.1 Mpa and the circulation flow rate was 0.19 m/s, the MNB-containing filtration rate was 50.3 L/m 2 /h.

<比較実験例1>
実施例1と同じ膜間差圧及び循環流速でろ過器に培養液を供給したところ、MNB無ろ過速度は27.4L/m/hであった。
<Comparative Experimental Example 1>
When the culture solution was supplied to the filter at the same transmembrane pressure difference and circulating flow rate as in Example 1, the MNB non-filtration rate was 27.4 L/m 2 /h.

<実験例2>
膜間差圧が0.1Mpa、循環流速が0.33m/sとなるようにろ過器に培養液を供給したところ、MNB有ろ過速度は59.2L/m/hであった。
<Experimental example 2>
When the culture solution was supplied to the filter so that the transmembrane pressure difference was 0.1 MPa and the circulation flow rate was 0.33 m/s, the MNB-containing filtration rate was 59.2 L/m 2 /h.

<比較実験例2>
実施例2と同じ膜間差圧及び循環流速でろ過器に培養液を供給したところ、MNB無ろ過速度は43.0L/m/hであった。
<Comparative Experimental Example 2>
When the culture solution was supplied to the filter at the same transmembrane pressure difference and circulation flow rate as in Example 2, the MNB non-filtration rate was 43.0 L/m 2 /h.

<実験例3>
膜間差圧が0.1Mpa、循環流速が0.51m/sとなるようにろ過器に培養液を供給したところ、MNB有ろ過速度は73.6L/m/hであった。
<Experimental example 3>
When the culture solution was supplied to the filter so that the transmembrane pressure was 0.1 MPa and the circulation flow rate was 0.51 m/s, the MNB-containing filtration rate was 73.6 L/m 2 /h.

<比較実験例3>
実施例3と同じ膜間差圧及び循環流速でろ過器に培養液を供給したところ、MNB無ろ過速度は67.0L/m/hであった。
<Comparative Experimental Example 3>
When the culture solution was supplied to the filter at the same transmembrane pressure difference and circulating flow rate as in Example 3, the MNB non-filtration rate was 67.0 L/m 2 /h.

実験例1〜3及び比較実験例1〜3の結果を、表1に整理して示す。

Figure 0006738626
The results of Experimental Examples 1 to 3 and Comparative Experimental Examples 1 to 3 are summarized in Table 1.
Figure 0006738626

<実験例4>
膜間差圧が0.2Mpa、循環流速が0.33m/sとなるようにろ過器に培養液を供給したところ、MNB有ろ過速度は79.5L/m/hであった。
<Experimental example 4>
When the culture solution was supplied to the filter so that the transmembrane pressure difference was 0.2 MPa and the circulation flow rate was 0.33 m/s, the MNB-containing filtration rate was 79.5 L/m 2 /h.

<比較実験例4>
実施例4と同じ膜間差圧及び循環流速でろ過器に培養液を供給したところ、MNB無ろ過速度は43.6L/m/hであった。
<Comparative Experimental Example 4>
When the culture solution was supplied to the filter at the same transmembrane pressure difference and circulation flow rate as in Example 4, the MNB non-filtration rate was 43.6 L/m 2 /h.

<実験例5>
膜間差圧が0.2Mpa、循環流速が0.51m/sとなるようにろ過器に培養液を供給したところ、MNB有ろ過速度は102.8L/m/hであった。
<Experimental example 5>
When the culture solution was supplied to the filter so that the transmembrane pressure difference was 0.2 MPa and the circulation flow rate was 0.51 m/s, the MNB-containing filtration rate was 102.8 L/m 2 /h.

<比較実験例5>
実施例5と同じ膜間差圧及び循環流速でろ過器に培養液を供給したところ、MNB無ろ過速度は77.7L/m/hであった。
<Comparative Experimental Example 5>
When the culture solution was supplied to the filter at the same transmembrane pressure difference and circulating flow rate as in Example 5, the MNB non-filtration rate was 77.7 L/m 2 /h.

実験例4〜5及び比較実験例4〜5の結果を、表2に整理して示す。

Figure 0006738626
The results of Experimental Examples 4 to 5 and Comparative Experimental Examples 4 to 5 are summarized in Table 2.
Figure 0006738626

実験例1〜5及び比較実験例1〜5の結果から明らかなように、ろ過器に供給する培養液にMNBを含有させることにより、中空糸膜の目詰まりが抑制でき、ろ過速度を高く維持できることがわかる。 As is clear from the results of Experimental Examples 1 to 5 and Comparative Experimental Examples 1 to 5, by including MNB in the culture solution supplied to the filter, clogging of the hollow fiber membranes can be suppressed and the filtration rate can be maintained high. I know that I can do it.

また、表3は、実験例1〜3及び比較実験例1〜3の結果を、循環流速(m/s)を横軸、ろ過速度(L/m/h)を縦軸としてプロットしたものである。上側の折れ線(実験例1→2→3)及び下側の折れ線(比較実験例1→2→3)で示されるように、ろ過器に供給される培養液にMNBを含有させることにより発揮されるろ過膜の目詰まり抑制効果は、循環流速が低い(微生物等に与えるストレス・ダメージが少ない)ほど、顕著に発現することがわかる。 In addition, Table 3 plots the results of Experimental Examples 1 to 3 and Comparative Experimental Examples 1 to 3 with the circulation flow rate (m/s) as the horizontal axis and the filtration rate (L/m 2 /h) as the vertical axis. Is. As shown by the upper line (Experimental Example 1→2→3) and the lower line (Comparative Experimental Example 1→2→3), it was demonstrated by adding MNB to the culture solution supplied to the filter. It can be seen that the effect of suppressing clogging of the filtration membrane is more remarkable as the circulation flow rate is lower (the stress and damage to the microorganisms are less).

Figure 0006738626
Figure 0006738626

1 培地又は反応原料
2 培養槽
3 生物培養液
4 ろ過器
5 ろ過液貯槽
6a〜6d MNB発生装置
7 培養槽撹拌機
8、9 ポンプ
10、11 バルブ
12 pH調整剤
13 pH調整剤混合槽
A 空気
B ろ過液
C 微生物等濃縮液
D 空気AのMNBを含有させた培地又は反応原料
E 空気AのMNBを含有させた生物培養液
F 空気AのMNBを含有させた微生物等濃縮液
101 発酵反応槽
102 分離膜エレメント
111 発酵培養液循環ポンプ
112 膜分離槽
207 培養槽
210 菌体ろ過器
215 MNB発生槽
216 MNB発生機
304 原水供給ライン
306 水供給ポンプ
311 膜モジュール
317 原水及び/又は濃縮循環水ライン
1 medium or reaction raw material 2 culture tank 3 biological culture solution 4 filter 5 filtrate storage tank 6a to 6d MNB generator 7 culture tank agitator 8, 9 pump 10, 11 valve 12 pH adjuster 13 pH adjuster mixing tank A air B Filtrate C Concentrated liquid of microorganisms D D Medium or reaction raw material containing MNB of air A E Biological culture liquid containing MNB of air A F Concentrated liquid of microorganism B containing MNB of air A 101 Fermentation reaction tank 102 Separation Membrane Element 111 Fermentation Broth Circulation Pump 112 Membrane Separation Tank 207 Culture Tank 210 Bacterial Cell Filter 215 MNB Generation Tank 216 MNB Generator 304 Raw Water Supply Line 306 Water Supply Pump 311 Membrane Module 317 Raw Water and/or Concentrated Circulating Water Line

Claims (11)

培地又は反応原料及び微生物又は細胞を含有する生物培養液を収容する培養槽、該培養槽から抜き出した生物培養液をろ過液とろ過液を除いた生物培養液とに分離するろ過器、該ろ過液を回収する管路、及び該ろ過液を除いた生物培養液を前記培養槽に還流する管路を備えた生物反応装置であって、
前記ろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブルを含有するものとするマイクロナノバブル発生装置を備え、該マイクロナノバブル発生装置が前記培養槽に設けられることを特徴とする、微生物若しくは細胞による反応生成物の生成、又は、微生物若しくは細胞の増殖若しくは濃縮を行う生物反応装置。
A culture tank containing a culture medium or a biological culture solution containing a reaction raw material and a microorganism or a cell, a filter for separating the biological culture solution extracted from the culture vessel into a filtrate and a biological culture solution excluding the filtrate, the filtration A bioreactor comprising a pipe for collecting a liquid, and a pipe for refluxing the biological culture liquid excluding the filtrate to the culture tank,
The reaction by microorganisms or cells, characterized in that the biological culture solution supplied to the filter is provided with a micro-nano bubble generator that contains micro-nano bubbles , and the micro-nano bubble generator is provided in the culture tank. A bioreactor for producing a product, or for growing or concentrating a microorganism or cell.
前記生物反応装置が、さらに、前記ろ過液を前記培養槽に還流する管路を備えることを特徴とする、請求項1に記載の生物反応装置。 The bioreactor according to claim 1, characterized in that the bioreactor further comprises a conduit for returning the filtrate to the culture tank. 前記マイクロナノバブル発生装置が、前記培地又は反応原料を前記培養槽に供給する経路、前記培養槽、及び前記ろ過液を除いた生物培養液を前記培養槽に還流する管路の少なくとも1箇所に設けられることを特徴とする、請求項1又は2に記載の生物反応装置。 The micro-nano bubble generator is provided in at least one place of a path for supplying the culture medium or the reaction raw material to the culture tank, the culture tank, and a conduit for returning the biological culture solution excluding the filtrate to the culture tank. The bioreactor according to claim 1 or 2, which is characterized by being provided. 前記マイクロナノバブルが、酸素濃度を高めた空気から形成されたマイクロナノバブルであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の生物反応装置。 The bioreactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the micro-nano bubbles are micro-nano bubbles formed from air having an increased oxygen concentration. 前記酸素濃度を高めた空気の酸素含有率が25〜40%であることを特徴とする、請求項4に記載の生物反応装置。 The bioreactor according to claim 4, wherein the oxygen content of the oxygen-enriched air is 25 to 40%. 前記酸素濃度を高めた空気が、空気を酸素富化膜に通過させることにより得られたものであることを特徴とする、請求項4又は5に記載の生物反応装置。 The bioreactor according to claim 4 or 5, wherein the oxygen-enriched air is obtained by passing air through an oxygen-enriched membrane. 前記酸素濃度を高めた空気が、PSA法、VSA法及び化学吸着法のいずれかにより生成した酸素と、空気とをラインミキサー等で混合させることにより得られたものであることを特徴とする、請求項4又は5に記載の生物反応装置。 The air having an increased oxygen concentration is obtained by mixing oxygen produced by any one of the PSA method, the VSA method and the chemisorption method with air by a line mixer or the like. The bioreactor according to claim 4 or 5. 前記培養槽から生物培養液を抜き出すためのポンプ等の微生物又は細胞を含有する生物培養液を搬送するポンプとして、ダイアフラムポンプ、スクリューポンプ、ロータリーポンプ等の容積式ポンプを用いることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の生物反応装置。 As a pump for delivering a biological culture solution containing microorganisms or cells such as a pump for extracting the biological culture solution from the culture tank, a diaphragm pump, a screw pump, a positive displacement pump such as a rotary pump is used, The biological reaction device according to claim 1. 前記容積式ポンプがチューブポンプであることを特徴とする、請求項8に記載の生物反応装置。 Bioreactor according to claim 8, characterized in that the positive displacement pump is a tube pump. 前記ろ過液を前記培養槽に還流する管路に、pH調整剤を添加する手段を備えることを特徴とする、請求項2〜9のいずれかに記載の生物反応装置。 The bioreactor according to any one of claims 2 to 9, wherein a means for adding a pH adjusting agent is provided in a pipe line for returning the filtrate to the culture tank. 請求項1〜10のいずれかに記載の生物反応装置により、微生物若しくは細胞による反応生成物の生成、又は、微生物若しくは細胞の増殖若しくは濃縮を行うことを特徴とする、生物反応方法。 A bioreaction method, comprising the step of producing a reaction product by a microorganism or a cell, or proliferating or concentrating a microorganism or a cell, by the bioreactor according to any one of claims 1 to 10.
JP2016059847A 2015-08-19 2016-03-24 Bioreactor and bioreaction method using the bioreactor Active JP6738626B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/073260 WO2017029733A1 (en) 2015-08-19 2015-08-19 Biological reaction device, and biological reaction method using said biological reaction device
JPPCT/JP2015/073260 2015-08-19

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016512162A Division JP5985114B1 (en) 2015-08-19 2016-03-04 Biological reaction apparatus and biological reaction method using the biological reaction apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017038589A JP2017038589A (en) 2017-02-23
JP6738626B2 true JP6738626B2 (en) 2020-08-12

Family

ID=58051468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016059847A Active JP6738626B2 (en) 2015-08-19 2016-03-24 Bioreactor and bioreaction method using the bioreactor

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6738626B2 (en)
WO (2) WO2017029733A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7325220B2 (en) * 2019-05-22 2023-08-14 株式会社レゾナック・ガスプロダクツ biological breeding device
JP7325221B2 (en) * 2019-05-22 2023-08-14 株式会社レゾナック・ガスプロダクツ biological breeding device
CN111512933B (en) * 2020-05-26 2022-04-19 中国农业科学院农田灌溉研究所 Air-entrapping drip irrigation system
CN111512934B (en) * 2020-05-26 2022-04-19 中国农业科学院农田灌溉研究所 Method for improving drip irrigation effect by air entrainment
JP7494025B2 (en) * 2020-06-29 2024-06-03 三菱ケミカルエンジニアリング株式会社 Agitator-free bioreactor using fine/ultra-fine bubbles containing gas useful for culturing microorganisms or cells, and a bioreaction method using said bioreactor
CN113634125A (en) * 2021-10-18 2021-11-12 深圳市路阳农业科技有限公司 Alkaline microorganism culture solution concentration and filtration device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422041B2 (en) * 1993-03-18 2003-06-30 博文 大成 Bioreactor
JP4146476B2 (en) * 2006-05-26 2008-09-10 シャープ株式会社 Biological reactor
JP5068727B2 (en) * 2008-10-30 2012-11-07 ダイセン・メンブレン・システムズ株式会社 Operation method of water purification system and water purification system
JP5549209B2 (en) * 2009-12-11 2014-07-16 株式会社Ihi Adherent cell culture device
JP6201753B2 (en) * 2012-03-30 2017-09-27 東レ株式会社 Process for producing chemicals by continuous fermentation and continuous fermentation apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017038589A (en) 2017-02-23
WO2017029733A1 (en) 2017-02-23
WO2017029823A1 (en) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6738626B2 (en) Bioreactor and bioreaction method using the bioreactor
Bilad et al. Membrane technology in microalgae cultivation and harvesting: a review
JP6850609B2 (en) Biological reaction device equipped with a device for supplying micro-nano bubbles containing oxygen and micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone.
Lau et al. Effect of membrane properties on tilted panel performance of microalgae biomass filtration for biofuel feedstock
JP7070416B2 (en) Manufacturing method and equipment for chemical products by continuous fermentation
JP5862561B2 (en) Process for producing chemicals by continuous fermentation
JP2008237213A (en) Continuous fermentation apparatus
WO2018139343A1 (en) Biological reaction device in which micro-nano bubbles are used, and biological reaction method in which said biological reaction device is used
Carstensen et al. Reverse-flow diafiltration for continuous in situ product recovery
JP5458479B2 (en) Method for producing cadaverine by continuous fermentation
JP6087476B1 (en) Biological reaction device using oxygen-enriched micro-nano bubbles and biological reaction method using this biological reaction device
JP5985114B1 (en) Biological reaction apparatus and biological reaction method using the biological reaction apparatus
EP2617832B1 (en) Production method for chemicals by continuous fermentation
EP3133164B1 (en) Method for producing chemical substance by continuous fermentation
JP6499203B2 (en) Biological reaction device provided with device for supplying micro-nano bubbles of oxygen-containing gas, device for removing dissolved carbon dioxide, and biological reaction method using this biological reaction device
JPWO2016080487A1 (en) Biological reaction apparatus, biological reaction method, porous structure carrying aerobic or facultative anaerobic microorganisms used in biological reaction apparatus, and method for producing the porous structure
JP2009082029A (en) Membrane bioreactor for continuously producing valuable resources through fermentation
JP2012179019A (en) Method for producing chemical by continuous fermentation
JP2008206430A (en) Flat membrane element and biological reactor
JP2008017837A (en) Method for producing pyruvic acid
JP2012135249A (en) Method for producing chemical by continuous fermentation
JP2008278885A (en) Method for producing chemical product

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170830

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191203

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200720

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6738626

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250