JPH0198472A - 酢酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、微生物により二酸化炭素と水素とがら発酵に
より酢酸を製造する方法で更に、詳しくは酢酸を連続的
に製造する方法に関するものである。

（従来技術及び問題点） 二酸化炭素と水素とから発酵により酢酸を製造する方法
としては、二酸化炭素と水素とを資化し、酢酸生産能を
有する微生物を嫌気条件下で培養し、酢酸を生成させ、
蓄積採取する方法が知られている。

一般に発酵法により有用物質を生産させる場合、培養槽
内の微生物濃度を高く保つことが必要であり、又、生産
速度を高めることも必要である。

回分培養法による製造の場合、微生物の生育の為培養槽
内の水素イオン濃度を一定に保つ必要から微生物濃度が
高くならず、生産速度を高めることに限界があった。

連続的培養法による製造の場合、培養槽から代謝産物の
みを連続的に分離抜き取る為微生物濃度をある程度高く
保つ事が可能である。

培養槽内で生成された代謝物と微生物との分離方法の１
つとして固定化法（昭和６０年度日本発酵工学会講演要
旨集ｐ１２７）が報告されている。この方法は、微生物
をアルギニン酸カルシウムで固定化させた２〜３ｍｍ径
のゲルビーズとして用いるもので代謝物と微生物の分離
を簡易な方法（例えば１０メツシュ程度の金網等）で行
う事が可能となり分離時間を短く容易にするものである
。しかし、この方法では微生物濃度を高くしたにも拘わ
らず、酢酸の生産速度はあまり高くならない。他の方法
として微生物を培養液中に遊離分散させた液をろ過膜に
より代謝物を分離抜き取る方法であるが、この方法では
、微生物濃度を高めることが困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、二酸化炭素と水素を資化し、酢酸生産性
を有する微生物を用い、連続的に微生物と代謝産物とを
分離しながら酢酸を連続的に製造する方法について鋭意
研究を行った結果、本発明を完成することが出来た。す
なわち、二酸化炭素と水を資化し、酢酸生産性を有する
微生物を液体培地に遊離分散状態で培養し、連続的に培
養原液を供給し、又ろ過膜を通して連続的に培養生成物
を抜き取る酢酸の製造法において、培養槽の最初の培地
として水溶性の有機物を炭素源として培養して得られた
微生物培養液を用いることによってなされた。

本発明で用いられる微生物としては、アセトバクテリウ
ム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）属、クロストリ
ジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　）属、ニーバクテリ
ウム（Ｅｕｂａｅｔｅｒｉｕｍ　）属、バクテロイデス
（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ　）属。

スポロミューサー（Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ　）属、アセト
ゲニウム（Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｕｍ　）属などに属し、
二酸化炭素と水素を資化し、酢酸生産性を有する微生物
である。例えば、アセトバクテリウム・エスピーＮＮＣ
１４４６（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕ　ｓｐ、　Ｎ（
１４４６，ＦＥＲＭ　Ｐ−７０１７）、アセトバクテリ
ウム、エスピー−ＭＡ−１（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉ
ｕｍ　ｓｐ。

ＭＡ−１，ＦＥＢＭ　Ｐ−８６７６）、アセトバクテリ
ウム・ウツデイ（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　Ｗｏ
ｏｄｉｉ　、　ＡＴＣＣ２９６８３）ｓクロストリジウ
ム、エスピーＮ（１３０７（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　
ｓｐＮα３０７　ＦＥＲＭ　Ｐ−７４８７）ｔクロスト
リジウム・エスピーＮ（１４８４（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉ
ｕｍ　ｓｐ　Ｎａ４８４．ＦＥＲＭ　Ｐ−７４８８）、
クロストリジウム・エスピーＮ（１６８−２（Ｃｌｏｓ
ｔｒｉｄｉｕｍ　５ｐＮｎ６８−２　ＦＥＲＭ、Ｐ−７
３６７）、クロストリジウム・エスピ　　−Ｎｕ６７０
（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　　ｓｐ　　Ｎ（１６７０，
ＦＥＲＭ　　Ｐ−８０４７）ｔクロストリジウム・エス
ピーＮα６７２（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　ｓｐ　Ｎ（
１６７２，ＦＥＲＭ　Ｐ−８０４９）、ニーバクテリ　
ウ　ム・エ　ス　ピ　−Ｎ（１４７７（Ｅｕｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍ　ｓｐ尚４７７、ＦＥＲＭ　Ｐ−８０４５）、
ニーバクテリウム・リモサム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ
　ｌｉｍｏｓｕｍ、ＡＴＣＣ８４８６）、バクテロイデ
ス・エスピーＮｎ６６９（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ　ｓ
ｐ　Ｎ（１６６９，ＦＥＲＭＰ−８０４６）、バクテロ
イブんエスピー陶６７１（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ　ｓ
ｐ　Ｎ（Ｌ６７ＬＦＥＲＭ　Ｐ−８０４８）スボロミュ
ーサー争スファエロイデス（Ｓｐｏｒｏｍｕｓａｓｐｈ
ａｅｒｏｉｄｅｓ、ＤＳＭ　２８７５　）、スポロミュ
ーサ・オヴアタ（Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ　ｏｖａｔａ、Ｄ
ＳＭ−２６６２）、アセトゲニウム、キヴイ（Ａｃｅｔ
ｏｇｅｎｉｕｍ　ｋｉｖｕｉ、ＡＴＣＣ３３４８８）等
が挙げられる。好ましくは、アセトバクテリウム（Ａｃ
ｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　）属、クロストリジウム（
Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　）属である。

最初に用いる培地は、二酸化炭素と水素を用いず水溶性
の有機物を炭素源として培養されたもので、これに用い
られる微生物は二酸化炭素と水素とを資化し、酢酸生産
性を有する物であればよい。水溶性の有機物としては、
ソルボース、フラクトース、グルコース等を挙げること
が出来るがこれらに限定されるものではない。又、必要
に応じて他の物質を加えることが出来る。−例としてビ
タミン、アンモニア塩等を挙げられる。水溶性の有機物
の培地中の濃度は０．１〜１０ｗｔ／ｖｏｌ％が好まし
い。

０．１％以下では微生物の濃度を上げることが難しく又
、１０％以上では微生物の発育が阻害される。本発明の
培養に用いる炭素源は、通常、二酸化炭素ガスとして供
給するが、培地中に溶解二酸化炭素あるいは炭酸塩とし
て加えることもできる。窒素源は塩化アンモニウムのご
ときアンモニウム塩や硝酸ソーダーのような硝酸塩のご
とく、通常の発酵に用いうる各種の窒素化合物を用いる
ことができる。

その他必要に応じ、リン酸二水素カリ、硝酸マグネシウ
ム、硝酸マンガン、塩化ナトリウム、塩化コバルト、塩
化カルシウム、硫酸亜鉛、硫酸鋼、明ばん、モリブデン
酸ソーダ、ホウ酸等の無機化合物、あるいはビオチンや
酵母エキスなどのビタミン類を添加することは通常行わ
れている通りである。

培養方法は、原則的には一般の微生物の場合と同様であ
るが、連続システム内への酸素の混入を防ぐことが必要
である。培養器は通常用いられる培養槽がそのまま利用
でき、装置内の酸素は、窒素などの不活性気体あるいは
原料気体などで置換することにより、嫌気的な雰囲気を
作ることが可能である。培養槽の形式は特に問わないが
、通常使用される撹はん混合槽のほか、一般あるいは多
殻の気泡塔型、ドラフトチューブ型の培養槽も利用でき
る。液体培地に吹き込まれる二酸化炭素と水素によって
微生物は遊離分散され微生物と培地の接触が良好になる
。培養槽内で、生成した微生物と培養生成液との分離は
微生物と該生成液を分離出来るものであればどの様な方
法でもよいが、好ましい方法としてはろ過性能、濃縮性
能を有するポリスルホン、ポリエーテルスルホン材のホ
ローファイバー型限外ろ過膜が好ましい。又、膜性能と
しては分画分子量が３０，０００〜１５０，０００が好
ましい。３０，０００以下であればろ過速度が遅くなり
すぎ又、１５０，０００以上であれば目詰まりによるろ
過速度の低下が激しくなり、必要なろ過速度が得られな
くなる。培養槽から限外ろ過膜を通して分離された該生
成液は公知の技術を用いて酢酸を回収する事ができる。

本発明に使用される二酸化炭素と水素の割合はモル比で
Ｈ２／ＣＯ２が４７１〜１／１が好ましい。又、該２種
の混合ガスの培養槽への通気量は０．２〜２ｏガス量ｌ
液量１分が好ましい。ガス供給量が０．２以下の場合酢
酸生産速度が低下し、逆に２０以上になると該槽内のガ
スによるバブリングが大きくなり水の蒸発量カ犬キくな
るし、培地の飛散が生じるため所定の培地成分濃度を保
つことが難しくなる。

培養槽の形状によっては例えば径の大きな槽の場合ガス
のみによる培地の撹はんは不充分となるため撹はん機等
により培地を撹はんをする必要が生じる。培地の撹はん
量は必要な水素の気液物質移動が得られる程度であれば
よい。あまり強く撹はんすると撹はんによる培地の飛散
、水の蒸発量、培地の温度上昇が生じ好ましくない。

培養中の槽の水素イオン濃度は、６．０〜８．０が好ま
しい。水素イオン濃度が小さ過ぎても大き過ぎても微生
物にダメージをあたえることになるのでよくない。培養
槽の温度は２５°Ｃ〜４０°Ｃが好ましい。

培養温度が低くなり過ぎると微生物の活性が鈍り酢酸生
成活性が低下する。逆に高くなり過ぎると微生物が死滅
し、酢酸を生成しなくなる。培養槽の希釈率は時間当た
り０．０４〜２がよく好ましくは０．０８〜１である。

希釈率が大き過ぎると槽内の酢酸濃度が低くなり培養生
成液から酢酸を回収するのに困難となる。また、小さ過
ぎると槽内の酢酸濃度が高くなるが、微生物の活性を維
持させるために槽内の水素イオンを一定に保つ必要から
アルカリを添加しなければならない。アルカリ添加によ
って核槽内の塩濃度が高くなり、このことによって微生
物の活性が低下し、酢酸生産性が悪くなる。

（発明の効果） 本発明により、酢酸の生産速度を著しく増大させること
が出来た。

以下実施例を用いて更に具体的に説明する。

（実施例） 実施例１ 第１表に示す組成の培地０．８１を２．６１容培養槽に
分注滅菌後、炭素源として１％ソルボースを添加した第
１表の培地で嫌気的に培養して得られたアセトバクテリ
ウム・エスピーＮ［１４４６菌体を接種した。水素（６
７％）二酸化炭素（３３％）を含む除菌ガスを２１／ｍ
ｉｎ通気しながら８００ｒｐｍで撹はんし、３５°Ｃで
培養を行った。第１図に示すシステムにより培養槽内か
らの菌体流出を防ぎ培養液の供給抜き取りを連続的に行
った。ろ過膜としてホローファイバーＵＦ膜（分画分子
量１０万、有効ろ過面積６００ｃｍ２）を使用した。希
釈率１ｈｒ−１で運転を行い２４０時間酢酸生産を安定
に続けることができた。菌体濃度が４．８ｇｄｒｙ　ｃ
ｅｌｌ／７のとき酢酸生産速度は、７１ｇ／１−ｄａｙ
を示し、菌体濃度が７．０ｇ　ｄｒｙ　ｃｅｌｌ／７と
なったとき、生産速度は１４１ｇ　ｄｒｙ　ｃｅｌｌ／
ｌであった。

従来の回分培養法では、菌体濃度を高くすることができ
ないため、酢酸生産速度は４．１ｇ／１−ｄａｙであり
、本発明により３４倍生産速度が向上した。

また、固定化法は高菌体濃度に維持して培養することが
できるが、本発明とほぼ同じ菌体濃度で比較すると第２
表のようになり生産速度、比生産速度とも約１５倍本発
開法が優れていた。

実施例２ 実施例１と同様にして、培地０．５１を１１容発酵槽に
分注滅菌後培養した。ホローファイバーＵＦ膜は分画分
子量１０万、有効ろ過面積３００ｃｍ２を使用した。

希釈率０．２ｈｒ−１で運転を行い、４４０時間安定に
酢酸生産を続けることができた。

第１表 基本培地の組成（脱イオン水ｌｌ中） ０．１％レザズリン　　　　　１ｍ１ １０％ＮＨ４Ｃｌ　　　　　　　　１０ｍｌＩＭＫＨ１
０ｍ１Ｉ　ｐＨ７，０）　　　　５ｍ１２０％ＭｇＳＯ
４−７Ｈ２００，５２ｍ１ビタミン溶液　　　　　　２
０ｍ１ ミネラル溶液　　　　　　４０ｍ１ システイン塩酸（１水塩）　　０．５ｇＮａ２Ｓ　　　
　　　　　　　　Ｏ，２５ｇＮａＨＣＯ３１０ｇ 酵母エキス　　　　　　　０．２ｇ ｐＨ７，３ ビタミン溶液組成（ｍｇ／ｌ） ビオチン　　　　　　　　２ 葉酸　　　　　　　　　　２ ピリドキシン塩酸　　　　１０ チアミン塩酸　　　　　　５ リボフラビン　　　　　　　５ ニコチン酸　　　　　　５ パントテン酸Ｃａ　　　　　　５ ビタミンＢ１２　　　　　　　０．０１ｐ−アミノ安息
香酸　　　　５ チオクト酸　　　　　　　１ ミネラル溶液組成（ｇ／ｌ） ニトリロ３酢酸　　　　　　０．２５ ＭｎＳＯ４・４　Ｈ２Ｏ０，２８ ＮａＣ１０，５ ＦｅＳＯ４・７Ｈ２００，０５ ＣｏＣ１２・６Ｈ２００，０９ ＣａＣ１２−２Ｈ２００，０７ ＺｎＳＯ４・７Ｈ２００，０９ ＣｕＳＯ４０，０３ ＡＩＫ（８０４）２・１２Ｈ２００，００９Ｈ３ＢＯ４
０，００５ ＮａＭｏ０４−２Ｈ２００，００６ 第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で使用した培養装置を示すフローシート
である。 （符号の説明） １、　　　培地供給タンク ２、　　　培地供給ポンプ ３、　　　培養槽 ４、　　　ホローファイバーＵＦ膜 ５、　　　循環ポンプ ６、　　　生成物タンク 工東攻菊ん亥 第１図 手続補正書（自発） 昭和６３年７月１’７日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第２５４６１３号 ２、発明の名称 酢酸の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 氏　名　工業技術院次世代産業技術企画官室電　話　５
０１−１５１１内線４６０１〜５４、補正の対象 ［発明の詳細な説明」の欄 ６３、２・１７’１ ５、補正の内容 明絹書４頁１４行目「と水を」を「と水素を」に補正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）二酸化炭素と水素とを資化し、酢酸生産能を有す
   る微生物を液体培地に遊離、分散状態で培養し、連続的
   に培養原液を供給し、又ろ過膜を通して連続的に培養生
   成液を抜き取る酢酸の製造法に於て、最初に水溶性の有
   機物を炭素源として培養し得られた微生物培養液を用い
   ることを特徴とする酢酸の製造法。 （２）微生物がアセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃ
   ｔｅｒｉｕｍ）属、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉ
   ｄｉｕｍ）属である特許請求の範囲第１項記載の酢酸の
   製造法。 （３）水溶性の有機物としてソルボース、フラクトース
   、グルコースの少なくとも１種である特許請求の範囲第
   １項記載の酢酸の製造法。 （４）ろ過膜として限外ろ過膜である特許請求の範囲第
   １項記載の酢酸の製造法。 （５）水溶性の有機物の培地中の濃度は ０．１〜１０ｗｔ／ｖｏｌ％である特許請求の範囲第１
   項ないし第３項記載の酢酸の製造法。 （６）限外ろ過膜として分画分子量が３０，０００〜１
   ５０，０００のポリスルホンまたはポリエーテルスルホ
   ンである特許請求の範囲第４項記載のろ過膜。