JPH0327291A - 有機酸の発酵調整方法 - Google Patents

有機酸の発酵調整方法

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JPH0327291A
JPH0327291A JP1152026A JP15202689A JPH0327291A JP H0327291 A JPH0327291 A JP H0327291A JP 1152026 A JP1152026 A JP 1152026A JP 15202689 A JP15202689 A JP 15202689A JP H0327291 A JPH0327291 A JP H0327291A
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lactic acid
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lactate
reaction vessel
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Nispen Joannes G M Van
ファン　ニスペン，ヨハネス　ヘラルデゥス　マリーア
Ronald Jonker
ヨンケル，ロナルト
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COOP VERENIGING SUIKER UNIE UA
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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−Ｌの利用分野〕 本発明は、滅菌した成長媒質を、乳酸を形戒する細菌の
培養により反応容器内で連続的に発酵させること、ＸＯ
Ｈの水溶液で反応混合物ｐＨを３〜９に保つこた（なお
ここでＸはＮＨ．又はその水酸化物及び乳酸塩が水溶性
であるような金属である）、発酵した反応混合物を限外
ろ過に付すこと、停留物を反応容器まで再循環させるこ
とそして２区両又は３区画のセル内で電気透析に付すこ
とにより透過物をｔｌ！縮させること（なおここでは双
極膜が用いられる）によって乳酸を発酵調整する方法（
なおここで形成された塩は、上述の意味を有するＸＯＨ
と乳酸とに分解される）に関する。
〔従来の技術〕
Ｃｈｅｗ，　Ｉｒｉｇ．　Ｔｅｃｈ．　　５　９　，　
　９　５　２　−　９　５　４（１９８７）には、発酵
装置内で乳酸を調整するためグル：１−スを連続的に発
酵ざせ、形成された乳酸と電気透析にまって抽出ずるた
めの方法が開示されている。この既知のあ法においては
、酵母エキス及び無機塩の存在する中で濃縮グルコース
水溶液内で乳酸を形戊するためグルコースを発酵させる
乳酸形成微／ｌＥ物として、ラクトバシラス・カゼイ（
Ｌａｅｔｏｂａｅｉｌｌｕｓ　ｅａｓｅｉ）の菌株が用
いられる。発酵媒質は、電気透析装置を通して再ｉ環さ
れる。電気透析装置内の電流レベルは、発酵槽内のｐ｝
｛を測定することによって制限される（欧州特許出願明
細書第２３０，０２１号、第３１Ｍ３　１〜３３行参照
：　ｒＤｅｒ　Ｆｅｒ＋＊ｅｎｔｏｒ　（２１　ｋａｎ
ｎ　ｍｕｅｉｎｅｒ　ｐｌｌ−Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅ　ａ
ｕ！ｌｇｅｒｕｅｓｔｅｒ　ｓｅｉｎ，　　ｄｕｒｅｈ
ｄｉｅ　ｄｉｅ　Ｓｔｒｏｍｓｔａｕｒｋｅ　ｉｎ　ｄ
ｅｒ　ＨｌｅｋｔｒｏｄｉａｆｙｓｅＥｉｎｈｅｉｔ　
（４１　ｇｅｓｔｅｕｏｒｔ　ｗｉｒｄ　Ｊ　）　＊こ
の結果として、形成された乳酸を、それが発酵槽内で形
成される速度と同じ速度で発酵液からとり出すことが可
能となる．特別な装置を講じなくても、このシステムが
外来性微生物で汚染されることはない、というのは注目
に｛ａすることである。しかしながら、汚染微生物の成
長速度が乳酸形戊徽住物の成長速度と比べて遅いために
電気透析システムが選択的に汚！８！！微生物を不活化
するという事実を、この原因とするこたも可能であると
思われる。
〔発明が解決しようとする課題〕
この既知のシステムの欠点としては、陽イオン交換膜を
通しての陽極再循環の硫酸溶液内風の拡散によって生じ
る乳酸の約７％の損失を挙げることができる。かかる乳
酸の一部は、ビルビン酸に酸化され、生威物の流れが乳
＃１グラムあたり約５．２呵のビルビン酸を含むように
酸性区画の方へと拡散するゆ もう１つの欠点は、３０時間から１００時間後にはきわ
めて高くなるために調整を中断しなくてはならなくなる
可能性のある、細菌の膜への付着の結果としての電気抵
抗の増大に関するものである。この欠点は、バイオマス
を含む停留物を発酵槽に再循環ざせる〜方でｉ３過物を
電気透析させるような、発酵液の龜クロろ過によって解
決することができる。
すでにこれまでに、実験室規模でＥ，Ｏｈｌｅｙｏｒ＋
ＨＪ．Ｂｊａｎｃｈ　＆　Ｃ．Ｒ．Ｗｉｌｋｅ　ｒセル
再循環反応容器内での乳酸の連続的生成Ｊ　．　ｌｌｐ
ｐ目ｅｄ旧ｏｅｈｅｅ．　Ｒｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．　　
（応用生化学、バイオテクノロジー），１１，３１７〜
３３２　（１９８５年）により、連続的に乳酸調整の純
粋に発酵の部分を実施する試みが行われてきた。この改
良された方法においては、発酵液のｐＨば、ＮＨ，ＯＨ
を用いて必要とされる値に保持される。乳酸アンモニウ
ムは水溶性を有するため、発酵媒質を限外ろ過に付すこ
とができ、このプロセスにおいては、透過物を直接的に
得る一方で、バイオマスを含む停留物を原応容器内に再
８環させるこ占ができる。このように作業を進め養こと
により、セル再Ｗｉ環によって達戒できる量的な生産速
度は大きいため、反応容器の体積は小さくてすむ。かか
る高い速度は、反応容器内の高いバイオマス濃度と、媒
質の大きな流量率の結果である。
さらにＣｈｅｓｓ，　Ｉｎｇ．　Ｔｅｅｈ，　　６　１
、４２８４２９　（１９８９年）は、フンクフルｌ・ア
ンマインにおいて１９８８年２月２日のＤｅｃｈｅｎ＋
ａ　　（デヒ．ｙ−−７）会議でＳｒｉｎｉｖａｓａｎ
　Ｓｒｉｄｈａｒ　（スリニヴアーサン・スリｌ・ハー
ル）博士が行った講演について報告している。この講演
は、双極膜を用いての硫酸ナトリウム、代替的にはリン
ゴ酸アンモニウムの電気透析に関するものであった。実
施されたテストにおいて、限外ろ過の透過物は、濃縮段
階すなわち電気透析、代替的には逆ｔ’ＪＵに｛＝Ｊさ
れ、その後、双極膜が用いられている電気透析セル内に
透過物を供給した。
双極膜については、Ｃｈｅｗ，　［ｎｇ．　Ｔｅｅｈ，
　　５　９及び６ｌ内の前記刊行物において記述されて
いるが、以下にこの膜に関するさらに詳しい説明を記す
。
双極膜は、特別に処方された選択的な透過性をもつ膜の
多くの層から威る．膜の界面では、第１図に示されてい
るとおり、水分子が水酸イオンと水素イオンに分解され
る． 水は、周囲の水溶液から膜界面内へと拡散する、直流電
流の影響の下で、水のＨ゛及びＯＨ−イオンへの活発な
解離が起こる。双極膜を用いた電気透析Ｚ、こより、シ
ステム内に外来性陰イオンを導入することなく、有機酸
塩から酸を抽出し、これを濃縮するこたができる。従っ
て、双極膜は例えば、有機塩内のＨ”イオンでＮａ”陽
イオン及び／又はＫ″陽イオンを交換するｉｌｉＴ能性
を提供する。このようなＨ゜イオンによるＮａ”及び／
又はＫ３の交換においてはＮ　ａ　Ｏ　Ｈ及び／又はＫ
ＯＨが副産物として生成されることが多い。
かかるセル内には、陽極と陰イオン選択性単極膜の間に
１つの双極膜がそしてさらに陰極と陽イオン選択性単極
膜の間に１つの双極脱があり、一方、塩のとり込み口及
び出口が前記単極膿の間にある。
水酸イオン及び水素イオンは、双極膜を通って反対方向
に移動する。双極膜の陽イオン選択性側において、水素
イオンは溶解した塩の電気陰性部分と組合わさって酸を
形成する．陰イオン選択性側では、水酸イオンが電気陽
性イオンと組合わさって塩基を形戒する。
イオンは単極膿を通して、双極膜の近くにある酸性及び
塙基性ゾーンへ。と移動する。
第２図は、このような３区画セルの作動を図式的に示し
ている。
この３表うな３区画セルは一般に、ｌ。５一２６５＼！
／セルの電位差　そして膜表面積１ｒｒｆにつき７００
〜ＩＯＯＯＡで作動する。
熱安定性のある得られた有機酸は、重最百分率で約３０
％の濃度を有する． さらにもう１つの利点は、電気透析の間、塩基及び残留
威長物質を再循環させることができる一方で、発酵液は
無糖である必要がなく、その結果、とくに水酸化物の消
費量がきわめて少なくてすむ、ということにある。
逆浸透装置に関連し７て、海水の淡水化にも用いられる
タイプのたεえばボリアミドヌは酢酸セル０−スなどの
膿がここで用いられるということを指摘するここができ
る。逆浸透における圧力は４０〜６０バールである。
すでにＣｈｅｗ，　Ｉｎｇ．　Ｔｅｅｈ．　　５　９、
９５２９５４の論述にみられるように、このタイプの発
酵に用いられる標準媒質の欠点は、ラクトバシラス（Ｌ
ａｃ　ｔｏｂａｅ　ｌ　ｌ　１　ｕｓ）属の細菌が用い
られる場合この媒質には酵母エキ・ス及び！・ウモｌ：
ｌ：１シ栽培水が含まれていることが絶対に必要である
とい・）ことである。
驚《べきことに、上述の方法においては、一般に用いら
れているラクｌ・バシラス（乳酸桿菌）の代りに発酵微
生物占してバシラス属の桿菌特にバシラス・コアギコ、
ランスが用いられる場合、乳酸の発酵調整に用いられる
成長媒質にはいかなる酵母エキスもとうもろこし栽培水
も含まれている必要がないというとか現在わかっている
のである．く課題を解決するための手段〉 本発明に基づく方法は、第３図のブ０セス図乙の関係に
おいて説明される。
発酵媒質は連続的に取込み管（１１を通して反応容器Ｃ
ＳＴＲ内に導入される．流量は、例えば、管（２）を通
して限外ろ過装置ＩＦに送り込まれる生戊物には、関連
する有機酸の塩が重量百分率で約６％含まれているよう
に（これは乳酸カリウムの場合０．６６Ｎの乳酸イオン
に相当する”）　Ａｌｌ整される． 限外ろ過装置内では、反応媒質は、管（９１を通してＣ
ＳＴＲ内に送り戻される停留物と、管（３）を通して逆
浸透装置ＲＯ内へと進む透過物に分かれる（なおこの逆
浸透装置内ではこのｙＪ過物に加えられる圧力が透過物
内に存在する溶剤を逆浸透圧に対抗して半透膜を通して
押しつける）：ろ過作用の結果、一方ではより多くの濃
縮した透過物が得られ、他方では溶剤が得られる。上述
の乳酸イオンは、例えば１．３２Ｎまでに濃縮されゐ．
次に、濃縮された塩は管《４》を通ってモしてＨｚＯは
管（５）を通って電気透析装置内に流れ込み、ここで塩
はＸＯＨと有機酸に分解される。管（５）を通して、■
，０は取込みｉＩ！＋１１へと戻る。上述の乳酸の場合
、このとき濃度は４Ｎに増加するやこれは管（６）を通
してとり出され４．有機酸の希薄塩は管（７）を通して
ＲＯ装置内に送り戻され、Ｘ　Ｏ　Ｉ−｛は、管《８）
を通してＣＳＴＲ内に送り戻される。
流れ（７）の中に蓄積された戒分の濃度があまりにも高
《なりすぎると、かかる流れの一部分は、締切り弁が中
にとりつけられている管ＯＩを通して管（５）のＨ，Ｏ
の流れの中に入り込む可能性がある。
《実施例冫 真ユー 第３図に示されているシステムを用いて、以下の乳酸生
威を行った。
ＣＳＴＨに、以下の組或の滅菌した媒質を充てんした。
重覆百分率で６％のグルコース２ 重置百分率で２．５％の酵母エキス， 重量百分率で０．０５％の（Ｎ　Ｈａ　）　Ｓ　Ｏａ　
−重量百分率で０．０３％のＭ　ｇ　Ｓ　０　４　．重
量百分率で０．０２％のＫ　Ｈｔ　Ｐ　Ｏａ　．Ｍ量百
分率で０．０２％のＫＩ　ＨＰＯ．．反応装置の作業体
積は５ｌ．であり、１５℃にて振とうフラスコ内で９通
ブイヨン上で予備培養されたバシラス・コアギュランス
培養物ＤＳＭ２３ｔｉ　　１００ａ＆をこれに接種した
。発酵は、好気性条件内で２４時間バッチ式に行った。
次に連続して嫌気発酵を開始した。増殖媒質の組成は、
以下のとおりであった。
重量百分率で６．６％のグル゛コース，重量百分率で０
．１％の酵母エキス， 重量百分率で０．ｌ％の第二リン酸アンモニウムｐＨは
水酸化アンモニウムを用いて６．０に調整した．温度は
５０℃に調整した。
使用した限外ろ過ユニットは、合計表面積０．ｌｄでＭ
６の膜をもつバイオバイロソトＣａｒｂｏｓｅｐＰＳＶ
３Ｒ　（ＳＦＥＣ）であった．モジｊ，−ルの取入れ口
では２．２バール、出口ではｌ６　８バールの圧力を用
いた。ＲＯは、０。８５ｄの表面積をもつＡＰＣ９９　
　（ＰＣＩ）タイプの有機膜の備わった管状システムで
あった．３５℃で６ｏバールの圧力を用いた． 電気透析鴎スタックは、合計表面積０。ｉｏＴｒＩの陰
イオン選択膜、陽イオン選択膜及び双極膜から或る８つ
のセル（３区画）、を含んでいた（Ａｑｕａｔｅｅｈ）
　ｓ使用電圧は、１００ｍＡ／ｃｉの電流密度で２５Ｖ
であった。
電気透析スタックからの未変換塩溶液はＲＯへと再循環
させた。電気透析スタック内で生成された水酸化物溶液
は、水酸化物容器へと搬送し、発酵槽内で中和のために
用いた。
定常状態で、以下の結果が得られた： 発酵槽中の乳酸塩濃度は０．６３Ｎであった．発酵槽の
量的生産性は、１ｈ−１の使用希釈率で６０ｇ／（１−
ｈ）であった。バイオマス濃度は、約４　０　ｇ　／　
１であった．グルコースを脂肪酸に変える収率は９５％
であった． ＲＯモジェールにおいて、乳酸アンモニウム溶液を１．
２Ｎまで濃縮させた．ＥＤ（ｔ気透析）スタ・ノクから
の生或物の流れは１時間０．８５１であり、３６％の乳
酸を含んでいた．電気効率は８５％であった． 透工 以下の＆ｌ戒をもつ規定の媒質を増殖媒質として用いて
、例Ｉの実験を行った。
グルコース：重量百分率で６。６％ 第２リン酸アンモニウム：重量百分率で０．２ｉ＜ｏ．
ＰＯ４　　：重量百分率で０．１％Ｋ＊　Ｈ　Ｐ　Ｏａ
　　：重量百分率で０．１％Ｍ　ｇ　Ｓ　Ｏ　４　　：
重量百分率で０．１％ビオチン：０。１５μｇ／ｅ チアミン＝７５μｇ／１ 葉酸：１５μｇ／１ ナイアシン：ｌｍｇ／ｌ アルギニン：　５ｍｇ／Ｉ！ アスパラギン：１００ｍｇ／＃ システィン：　３　ｍ　ｇ　／　１ グルタミン：２０ｍｇ／疋 ヒスチジン：３ｍｇ／ｊ！ メチオニン：ＩＱｍｇ／ｔ’ ブロリン：ｌ５ｍｇ／１ セリン：２０ｍｇ／１ その他の点では、条件は例２のものと同しであった．結
果は例１と同じであった。
主要な構戒要素の番号 １・・・・・・取込み管 ２， ３， ４， ５． ６， ８． ９． １０・・・・・・管 ７・・・・・・流れ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）滅菌した成長媒質を、乳酸を形成する細菌の培養
    により反応容器内で連続的に発酵させること、ＸＯＨの
    水溶液で反応混合物のｐＨを３〜９に保つこと（なおこ
    こでＸはＮＨ＿４又はその水酸化物及び乳酸塩が水溶性
    であるような金属である）、発酵した反応混合物を限外
    ろ過に付すこと、停留物を反応容器まで再循環させるこ
    と、そして２区画又は３区画のセル内で電気透析に付す
    ことにより透過物を濃縮させること（なおここでは双極
    膜が用いられる）によって乳酸を発酵調整する方法にお
    いて、形成された塩は乳酸とＸＯＨに分解されること（
    なおここでＸＯＨは上述の意味を有する）そして乳酸調
    整において発酵性細菌としてバシラス（Ｂａｃｉｌｌｕ
    ｓ）属の桿菌が用いられることを特徴とする方法。
  2. （２）発酵性細菌としてバシラス・コアギュランス（Ｂ
    ａｃｉｌｌｕｓｃｏａｇｕｌｌａｎｓ）が用いられるこ
    とを特徴とする、請求項（１）に記載の方法。
JP1152026A 1988-06-14 1989-06-14 有機酸の発酵調整方法 Pending JPH0327291A (ja)

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NL8801516A NL8801516A (nl) 1988-06-14 1988-06-14 Werkwijze voor de fermentatieve bereiding van organische zuren.
NL8801516 1988-06-14

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EP (1) EP0346983B1 (ja)
JP (1) JPH0327291A (ja)
AT (1) ATE102653T1 (ja)
DE (1) DE68913595T2 (ja)
ES (1) ES2061940T3 (ja)
NL (1) NL8801516A (ja)

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