JPH0376586A

JPH0376586A - 微生物による生成物の製造方法

Info

Publication number: JPH0376586A
Application number: JP1213195A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kamiya; 神谷　佳宏; Yasushi Imaizumi; 今泉　泰史
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1989-08-18
Publication date: 1991-04-02

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）本発明は例えばエタノールの生産等に利用される微生物
による生成物の製造方法に関するものである。

（従来の技術）従来、微生物を利用してエタノールのような生成物を製
造するには、グルコース等の基質を発酵槽に注入し、そ
の内部の微生物により基質をエタノールのような生成物
に変えたうえで槽内液を取出すバッチ式発酵法が一般的
である。ところがこのような発酵槽内においては微生物
と基質と生成物とが完全に混合された状態にあるため、
高濃度基質を投入したのち基質濃度がほぼゼロとなるま
で発酵を進行させるには滞留時間を相当長く取らねばな
らず、一定の生産量を確保するためには発酵槽の容量を
極めて大きくしなければならなかった。また発酵が進行
すゐに従って基質濃度が次第にゼロに近付いて行き、発
酵液と微生物間の基質濃度勾配が減少することや生成物
ｉｌｌ変阻害により発酵が律速され、生産速度が上がら
ないという欠点があった。

また微生物をハニカム等の固定化担体に固定化し、発酵
液の液面下に浸漬した発酵槽を用いて生成物を得る方法
もあるが、微生物固定化量を増加するために担体の充填
密度を高くすると偏流が生して液の流れない部分が微生
物により閉塞し易（、その部分がデッドスペースとなっ
て生産性の低下を生ずる。このため固定化担体を用いる
発酵法はパンチ式発酵法に比較して高い生産性を得るこ
とができない状況にあった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記のような従来の問題点を解決して発酵槽内
に多量の微生物を固定化することができ、また短い滞留
時間で基質を能率良く生成物に変えることができ、これ
によって装置容量を大型化することなく生産量の向上を
図ることができる微生物による生成物の製造方法を目的
として完成されたものである。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決するためになされた第１の発明は、基
質に微生物を作用させて生成物を生成させる微生物によ
る生成物の製造方法において、発酵槽として粒状の微生
物固定化用担体をランダムパッキングした散水濾床型の
バイオリアクターを使用し、この発酵槽から取出した前
段醗酵液を後段の醗酵槽で生成物に変えたうえ、得られ
た後段醗酵液を膜分離装置により分離して得られた生成
物濃度が高い清澄液を外部へ取出し、残部を後段の醗酵
槽に戻すことを特＠乏するものである。

また同一の課題を解決するためになされた第２の発明は
、基質に微生物を作用させて生成物を生成させる微生物
による生成物の製造方法において、発酵槽として粒状の
微生物固定化用担体をランダムパッキングした散水濾床
型のバイオリアクターを使用し、この発酵槽から取出し
た前段醗酵液を後段の醗酵槽で生成物に変えたうえ、得
られた後段醗酵液を膜分離装置により分離し生成物濃度
が高い清澄液を得るとともに残部を後段の醗酵槽に戻し
、更に前段醗酵液と後段醗酵液あるいは複数の後段醗酵
液どうしを混合して外部へ取り出すことを特徴とするも
のである。

（実施例）以下に本発明を図示のエタノール発酵の実施例によって
詳細に説明する。

第１図は第１の発明の実施例を示すものであり、（１）
は直径／担体充填高さの値が０．１〜０．５程度の円筒
状の発酵槽、（２）はこの発酵槽（１）の内部に形成さ
れた酵母等の微生物固定化用担体の充填層である。本発
明の充填層（２）は菌体固定化能力の大きい多孔質セラ
ミックスを１．５〜２０ｍｍの粒径に破砕したうえ、発
酵槽（１）の内部に所要の上部空間（７）を残してラン
ダムパッキングしたものである。ここで直径／担体充填
高さの値がＯ８５以上となると、好気的条件のりアクタ
一部分が多過ぎて、嫌気的発酵であるところのエタノー
ル発酵が行なわれなくなり、エタノールの対糖収率が低
下する。また、０．１以下では、嫌気の部分が多すぎて
、スプレーノズルの効果が得られず、また実質的にも発
酵槽の建設が困難である。

多孔質セラミックスとしては、全細孔容積がＯ０１〜１
．５　ｃｃ／ｇ、細孔径については、固定化する酵母の
最小寸法（２μｍ）以上の細孔が、全体の細孔（１００
μ糟以下）の７０％以上（容積比）であるセラミックス
を使用するこ乙が好ましい。ここで全細孔容積が０．１
　ｃｅ／ｇ未満であると、菌体の固定化量が少なくなっ
てエタノール生産速度が低下し、逆に全細孔容積が１．
５　ｅｃ／ｇを越えると、機械的強度が低下して使用が
不可能となる。また細孔径が２μ−未満であると、酵母
菌体自体の大きさとの関係上、酵母菌体の固定化を行う
ことができな（なる。従って、酵母菌体の寸法以上の細
孔が、全体の細孔の少なくとも７０％以上は必要となる
。

更に多孔質セラミックスの粒径を１．５〜２ｈｍとした
のは、１．５　ａ未満では充填層が密になりすぎて液の
流れが悪く、従来と同様に偏流を生ずる原因となり、逆
に２０ｍを越えるとエタノール発゛酵に寄与しない内部
容積が大きくなって、やはりエタノール生産速度が低下
するためである。

このような酵母固定化用担体の充填層（２）の上方には
、発酵液を充填層（２）に向かって噴霧するスプレーノ
ズル（３）が設けられている。（４）はポンプ（５）に
よって発酵槽（１）の底部から吸い上げた発酵液をこの
スプレーノズル（３）から噴霧する循環ラインであり、
その途中に基質供給管（６）が接続されている。

なお発酵槽（１）の上端部には、上部空間（７）に酸素
を供給するための空気取入口（８）が設けられ、フィル
タにより濾過された新鮮な空気を発酵槽（１）の内部に
取り込むことができる構造となっている。特に運転初期
においては菌体の増殖を図るため、空気取入口（８）よ
り積極的にエアーを供給すると、発酵槽の立ちあげ期間
を短縮することができる。また、長期間の連続発酵で発
酵槽のエタノール生産性が低下したとき、この空気取入
口（８）より、積極的にエアーを供給することによって
、素早く活性を回復させることができる。

本発明においては、以上に説明した前段の醗酵槽（１）
の次に前段醗酵液を受取る後段の発酵槽００が設けられ
ている。後段の発酵槽００の構成は前段の醗酵槽（１）
の構成と同一であり、Ｑ２１は充填層、Ｑ３１はスプレ
ーノズル、（２）は循環ライン、０９はポンプ、Ｑ５１
は基質供給管、Ｏ′７）は上部空間、ａ８）は空気取入
口である。

（１９）はこの後段の発酵槽ＯＤから取出した後段醗酵
液を分離するための膜分離装置であり、精密濾過膜や限
外濾過膜等の膜分離装置を用いることが好ましい、なお
、膜分離装置ａ９は発酵槽内に取付けることもできる。

またこの膜は通常の固定化担体を使用しない醗酵槽に取
り付けるよりも小規模な膜でよく、例えば膜面積を３０
〜５０％とすることができる。その理由は本装置は固定
化担体を使用するために浮遊状態の菌体の濃度が小さく
、従って膜の負荷を小さくできるからである。

本発明においては、発酵槽（１）へ基質（例えばグルコ
ース２０％を含む水溶液）が投入され、発酵槽（１）内
の微生物固定化用担体に固定化された微生物によりエタ
ノールのような生成物が生成される。

モして生成された有用物質と基質との混合液である発酵
液は発酵槽（１）の底部に流下し、ここからポンプ（５
）により吸い上げられたうえで充填槽（２）の上方に設
けられたスプレーノズル（３）から再び噴霧され、この
ような循環を繰り返しつつ次第に生産物の濃度を上昇さ
せ、その一部は発酵液取り出し口から取り出される。こ
のように本発明においては、発酵液を上方から下方へ均
一に流下させることができるので、閉塞が生ずることも
ない、しかも発酵液はスプレーノズル（３）から噴霧さ
れる際に外気を取り込み、酸素リッチな状態で充填層（
２）上に散布されるので、充填層（２）に固定化された
微生物にも十分な酸素が供給され、その増殖が促進され
る。従って微生物の活性を長期間にわたりハイレベルに
維持することができる。

本発明においては発酵槽（１）内の基質濃度はかなり高
目に設定しておき基質濃度律速にならぬようにする０発
酵槽（１）内の液は基質と生成物と担体から剥離した微
生物との混合液であり、該前段醗酵液の一部は再び発酵
槽（１）に循環され、これによって槽内の微生物濃度の
低下を防止している。そして前段の発酵槽（１）から取
出した前段醗酵液は後段の醗酵槽θ０に基質供給管００
を通じて送られる。この前段醗酵液の基質濃度は例えば
グルコース５％程度であり、この残存基質は後段の発酵
槽００内の微生物により基質濃度がほぼゼロとなるまで
生成物に変えられる。

本発明においては、後段の発酵槽θ０から取り出された
後段醗酵液は膜分離装置０！Ｄを用いて微生物濃度が低
く生成物濃度が高い清澄液と残部の微生物濃度の高めら
れた濃縮液とに分離される。濃縮液は再び後段の発酵槽
ａＯ内へ循環される一方、この清澄液から生成物が回収
される。なお発酵槽（１０内における微生物の活性を維
持するため、酵母エキスのような栄養源を添加すれば更
に好ましい結果が得られる。

以上に述べたように、本発明においては前段の発酵槽（
１）内の基質濃度を高く設定するか、滞留時間を短く設
定できるので基質濃度律速にならず、生成物の生産速度
を向上させることができる。

方、後段の発酵槽（１１）においては基質濃度がほぼゼ
ロとなるまで発酵を退行させるのであるが、前段の発酵
槽（１）から取出された前段醗酵液を投入しているため
基質濃度が低く、従って投入速度を速くすることができ
る。その結果滞留時間の短縮化、換言すれば装置容置の
コンパクト化を達成することができる。

次に第２図に示す第２の発明の実施例においては、前段
の発酵槽（１）からの前段醗酵液の一部と後段の醗酵槽
００からの後段醗酵液の一部が必要量だけ混合調整槽（
３０〉へ送られる。このように混合調整！！　（３０）
へは発酵槽（１）と発酵槽（川との両槽から醗酵液が供
給されるが、基質濃度は前段の発酵槽（１）側で・は比
較的高く、次段の発酵槽０１）側ではほとんどゼロであ
る。本実施例においては混合調整槽（３０）で両方の醗
酵液が混合され、所望濃度の生成物を含んだ最終生成物
を得ることができる。

この実施例においても前段の発酵槽（１）内の基質濃度
を高（、あるいは滞留時間を短く設定できること、後段
の発酵１００へは前段の発酵槽（１）内で処理された液
か供給されるので負荷が低く、短い滞留時間で発酵を十
分に進行できること等の利点を得ることができる。

第３図は他の実施例を示すものであり、後段の醗酵槽０
１）を、複数にし、後段醗酵液どうしを混合調整槽（３
０）に送るようにしたものである。

以上に説明した各実施例では後段の発酵槽（１１）とし
て散水濾床型のバイオリアクターを用いたが、後段の発
酵槽（１０は必ずしもこれに限定されるものではな（、
バッチ式の発酵槽を用いることもできる。また、最終生
成物の種類や濃度によっては第３図のように、後段の醗
酵槽（ＩＩ）を複数設けて段階的に醗酵処理することが
醗酵処理の安定化の点で好ましい。

（発明の効果）本発明は以上に説明したように、前段の発酵槽として散
水濾床型のバイオリアクターを用いたので固定化菌体量
を増加させるこ乏ができ、高い目的物質の生産性を確保
できること、閉塞が起きにくいこと、酸素が十分に供給
されるので微生物の活性を長期間にわたり安定させるこ
とができること等の利点があるほか、膜分離装置の作用
とも相俟って遊離の微生物量が減少するので清澄な発酵
液を得ることができる利点もある。また本発明はいずれ
も短い滞留時間で基質を能率良く生成物に変えることが
でき、装置のコンパクト化、生産發の向上等の効果を得
ることができる。よって本発明は従来の問題点を一掃し
た微生物による生成物の製造方法として、産業の発展に
寄与するところは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を示すフローシート、第２
図は第２の発明の実施例を示すフローシート、第３図は
他の実施例を示すフローシートである。（１）：前段の発酵槽、（ｌＯ：後段の発酵槽、Ｏｇ）
：膜分離装置、（３０）　：混合調整槽３６：ＸＳ’呻ｑ欅第　７　図３第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、基質に微生物を作用させて生成物を生成させる微生
物による生成物の製造方法において、発酵槽として粒状
の微生物固定化用担体をランダムパッキングした散水濾
床型のバイオリアクターを使用し、この発酵槽から取出
した前段醗酵液を後段の醗酵槽で生成物に変えたうえ、
得られた後段醗酵液を膜分離装置により分離して得られ
た生成物濃度が高い清澄液を外部へ取出し、残部を後段
の醗酵槽に戻すことを特徴とする微生物による生成物の
製造方法。２、基質に微生物を作用させて生成物を生成させる微生
物による生成物の製造方法において、発酵槽として粒状
の微生物固定化用担体をランダムパッキングした散水濾
床型のバイオリアクターを使用し、この発酵槽から取出
した前段醗酵液を後段の醗酵槽で生成物に変えたうえ、
得られた後段醗酵液を膜分離装置により分離し生成物濃
度が高い清澄液を得るとともに残部を後段の醗酵槽に戻
し、更に前段醗酵液と後段醗酵液あるいは複数の後段醗
酵液どうしを混合して外部へ取り出すことを特徴とする
微生物による生成物の製造方法。