JPH06253871A - 乳酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 支持体または担体を用いずに、乳酸生成能を
有する糸状菌の菌体を比較的均一な大きさの菌体集合物
のペレットとして流動層培養を行うことができる乳酸の
製造方法を提供する。 【構成】 乳酸生成能を有する糸状菌の胞子を液体培地
に植菌し、通気による撹拌を行いつつ培養することによ
り生成する菌体集合物のペレットを液体培地中に浮遊さ
せて、発酵を行わせることを特徴とする乳酸の製造方法
により達成できる。 【効果】 簡単な装置で乳酸発酵が行え、かつ発酵培地
からの菌体の分離が容易に行え工業的に有利であり、発
酵装置の生産性の向上を計ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品添加物として清
酒、清涼飲料、漬物、醤油、製パン、ビールなどの製造
に使用され、また、工業用として皮革、繊維、プラスチ
ックなどの製造に利用される乳酸の発酵による製造方法
に関するものである。さらに詳しくは、好気的な条件に
おいて乳酸生成能を有する糸状菌、例えば、リゾプス(R
hizopus)属に属する菌体の新規な培養方法により、簡単
な発酵装置で乳酸を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】現在、発酵による乳酸の製造は、一般的に
は、分裂菌類に含まれる細菌群に属するラクトバシラス
(Lactobacillus) 、ラクトコッカス(Lactococcus) など
のいわゆる乳酸菌と呼ばれるバクテリアにより、糖、澱
粉などを主原料として、これに酵母エキスなどの栄養源
を副原料として加え、さらに生成する乳酸の中和剤とし
てアルカリ類、例えば、炭酸カルシウムなどを添加して
回分式の嫌気発酵によって行われている。

【０００３】上記乳酸菌の発酵により生成した乳酸の分
離精製のためには、発酵液に硫酸を加え、生成した石膏
を沈殿濾過し、さらにこの濾液よりエーテルなどを用い
て乳酸を抽出し、活性炭による脱色などにより精製乳酸
を得る方法（シー．エッチ．ホールテン （１９７１）
ラクティック アシッド：プロパティーズ アンドケ
ミストリー オブ ラクティック アシッド アンド
デリベーティブスステッチング アイエルアールアイ
インターナショナル リサーチ アソシエーション，コ
ペンハーゲン，４２４〜４２５ (C. H. Holten (1971)
LACTIC ACID: Properties and Chemistry of Lactic A
cid and Derivatives, STICHTING ILRA International
Research Association, Copenhagen, pp.424-425))など
が採用されている。

【０００４】上記ラクトバシラス(Lactobacillus) 、ラ
クトコッカス(Lactococcus) などのバクテリアによる乳
酸発酵は簡単で、しかも乳酸が高収率で得られるという
利点があるが、一般に酵母エキスなどの副原料は高価で
あり、またこれらのバクテリアは１μｍ以下程度の大き
さのため培地との分離が容易でない。さらに副原料に含
まれる有機物や無機物などが多量に残っている培地から
の乳酸の分離生成は、抽出および活性炭による脱色によ
っているが、このような方法では高純度の乳酸を得るこ
とは困難である。

【０００５】一方、真菌類に含まれるリゾプス オリザ
エ(Rhizopus oryzae) などの糸状菌を用いて、グルコー
スなどの糖を炭素源とした場合は、乳酸菌などのバクテ
リアと異なり、好気的に乳酸を生成するもので、糖から
の乳酸の収率は７０〜８０％程度と必ずしも高収率でな
いが、培地成分としては糖以外には少量の無機塩でよい
ことから発酵後の培地中の不純物が比較的少ない。

【０００６】また上記糸条菌の菌体は集合体（ペレッ
ト）となりやすいので簡単に培地と分離できることか
ら、発酵後の培地からの乳酸の分離精製が容易となる。

【０００７】こうしたペレットの利点を利用したものと
しては、リゾプス(Rhizopus)属菌の糸状菌胞子を接種し
て液体培養することでペレットを形成させ、グルコース
からフマル酸を生成するペレット形成法（ペレット自然
形成法）が山内文男：醸協、８７、１０１〜１０６（１
９９２）、山内文男：食品工業、２．２８．５５〜６５
（１９９３）などに記載されている。この方法によれば
生成されるペレットは、分離精製の観点からは大きいほ
うが好ましいが、栄養物質や酸素が内部まで供給され、
発酵生産量の低下を防止する上で、ペレットの粒径を小
さくする必要がある。また該ペレットの繰り返し利用に
よる連続生産では、培養液と分離し易いペレットを形成
するには発酵槽の運転で邪魔板をつけて撹拌することが
好ましいが、該ペレットに割れが生じ、発酵生産が中停
止するために、操作工程が増加する欠点はあるけれど
も、邪魔板なしで撹拌し、一定期間（２日）毎に無菌的
に遠心分離して該ペレットを分離し、生成した培地のフ
マル酸を回収することで、発酵液が繰り返し生産できる
ことが記載されている。

【０００８】しかしながら、上記糸状菌に属するリゾプ
ス(Rhizopus)属の菌体は、単純な撹拌では液体培地中に
分散せず、菌糸が集合して培地の液面に浮上したり、発
酵装置の壁に付着したりするために培地との接触が悪
く、一般に発酵を能率よく進めることができない。さら
に上記連続生産方法によれば、該ペレットを含む培養液
を無菌的に遠心分離にかけてペレットを分離することか
ら、こうした製造設備ではその構造、操作などが複雑と
なるなど、上記フマル酸の製造方法を乳酸生成能を有す
る糸状菌に適用して乳酸を製造する上記フマル酸の製造
方法と同様に解決すべき課題を有している。

【０００９】そのため、リゾプス(Rhizopus)属の菌体の
培養方法としては、発酵装置内に固定された支持体に菌
糸を固定化する方法、一つが数ｍｍ程度の大きさの担体
に菌糸を固定化して、三相流動層とする方法（山内文
男：醸協、８７、１０１〜１０６（１９９２）、山内文
男：食品工業、２．２８．５５〜６５（１９９３））な
どが記載されている。

【００１０】しかしながら、これらの方法によっても、
前者の方法では発酵装置が複雑となり、また使用後の菌
体の排出も容易でなく、後者の方法では比較的高価な担
体を使い捨てとしなければならず、いずれも実用的でな
い。

【００１１】また、発酵装置の生産性を上げるための手
段としては抽出発酵や電気透析発酵のように生成物阻害
（一般に乳酸などの生成物は、生成により発酵培地中の
ｐＨを低下させ、糸状菌を死滅させる）を取り除く発酵
装置が提案されているが、前記乳酸菌などのバクテリア
による乳酸発酵の場合には抽出または電気透析の前に該
乳酸菌の菌体を培地から分離する必要があり、そのため
に精密濾過膜などの分離膜を使用するが、菌体が小さ
く、かつ培地が乳酸以外の不純物を多く含んでいるため
膜の目詰まり、寿命などの問題から実用化は難しい段階
にある。

【００１２】他方、リゾプス(Rhizopus)属などの糸状菌
による乳酸発酵の場合にも、上記抽出発酵や電気透析発
酵により生成物阻害を取り除くことは生産性を上げるの
に有効であり、しかも発酵培地中の不純物が少なく、糸
状菌の菌体により形成される菌体集合物のペレットと培
地の分離は容易にできるため、上記乳酸菌などのバクテ
リアの場合のような分離膜も必要ないが、前述の通り糸
状菌の培養方法（ペレット形成法、多孔質担体固定法な
ど）が未だ実用的な方法として開発されていないため、
こうした糸状菌の培養方法と組み合わせることにより初
めてその効果を発揮する抽出発酵や電気透析発酵を用い
た発酵による乳酸の製造方法は、工業的には実現できな
い状況にある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記課題に鑑み、本発
明の目的は、新規な乳酸の製造方法を提供することにあ
る。

【００１４】また本発明の他の目的は、支持体あるいは
担体を用いることなしに、乳酸生成能を有する糸状菌の
菌体を比較的均一な大きさの菌体集合物のペレットとし
て流動層培養を行うことができ、これによって簡単な装
置で乳酸発酵が行え、かつ発酵培地からの菌体の分離が
容易に行える、工業的に有利な乳酸の製造方法を提供す
ることにある。

【００１５】さらに本発明の他の目的は、生成物阻害を
取り除くことができる抽出発酵または電気透析発酵等の
発酵技術を上記乳酸生成能を有する糸状菌の菌体を比較
的均一な大きさの菌体集合物のペレットとして流動層培
養を行う培養方法と組み合わせることにより、発酵装置
の生産性の向上を計ることのできる乳酸の製造方法を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記諸目的を達成するた
めに、本発明者らは乳酸生成能を有する糸状菌の菌体の
実用的な発酵培養方法について鋭意検討した結果、発酵
用の液体培地に該乳酸生成能を有する糸状菌、特にリゾ
プス(Rhizopus)属に属する菌体の胞子浮遊液を接種し、
通気撹拌することにより、該胞子が発芽して菌糸とな
り、その後菌体を形成し、この際に微生物の種類、接種
量、培地組織、ｐＨ変化などを適当に調整することによ
り、最終的には数ｍｍから１０ｍｍ以下程度の球状また
は楕円状の菌体集合物のペレットを形成できることに着
目し、該ペレットを通気撹拌することで発酵の間、該ペ
レットが互いに接合したり、発酵装置の壁に付着したり
せず、また長期間連続的に発酵を続けても該ペレットが
大きく生長することもなく菌体集合物のペレット、液体
培地および通気ガスの理想的な三相流動層を形成して能
率よく発酵を継続でき、また発酵培地から該菌体集合物
のペレットを容易に分離できることから、連続的または
半回分的に乳酸の蓄積した培地を、発酵装置の外部に生
成した乳酸の回収装置を設け、発酵培地を該回収装置と
発酵装置の間に循環させる方法などを用いて容易に抜き
出することができ、これに応じて新しい液体培地（必要
に応じて、別に設けられた菌体集合物のペレットを生成
させた培養部）を供給することでより長期間連続発酵で
きることを見出だした。

【００１７】さらに、上記菌体集合物のペレットを生成
させる際に、液体培地のｐＨを５以下、好ましくは３〜
４程度の比較的低い値にすることによって、より均一な
形状のペレットの形成が可能であることも見出だし、こ
れらの知見に基づき本発明を完成するに至ったものであ
る。

【００１８】すなわち、本発明の目的は、（１） 乳酸
生成能を有する糸状菌の胞子を液体培地に植菌し、通気
による撹拌を行いつつ培養することにより生成するペレ
ット状の菌体集合物を発酵部の液体培地中に浮遊させ
て、発酵を行わせることを特徴とする乳酸の製造方法に
より達成される。

【００１９】また本発明の目的は、（２） 上記（１）
に示す方法であって、菌体が充分育成し、発酵装置内で
菌体集合物のペレット、液体培地および通気ガスの三相
流動層を形成した後に連続的または半回分的に新しい液
体培地を供給し、乳酸の蓄積した培地を抜き出すことを
特徴とする乳酸の製造方法によっても達成される。

【００２０】さらに本発明の目的は、（３） 上記
（１）または（２）に示す方法であって、発酵装置の外
部に生成した乳酸の回収装置を設け、菌体と分離した発
酵培地を該乳酸の回収装置と発酵装置の間に循環させて
生成した乳酸を回収しつつ発酵を行うことを特徴とする
乳酸の製造方法によっても達成される。

【００２１】さらにまた本発明の目的は、（４） 上記
（１）ないし（３）のいずれかに示す方法であって、糸
条菌がリゾプス(Rhizopus)属に属する菌体であることを
特徴とする乳酸の製造方法によっても達成される。

【００２２】また本発明の目的は、（５） 上記（１）
ないし（４）のいずれかに示す方法であって、ペレット
状の菌体集合物を生成する際の液体培地のｐＨを５以下
とすることを特徴とする乳酸の製造方法によっても達成
される。

【００２３】さらに本発明の目的は、（６） 上記
（１）ないし（５）のいずれかに示す方法であって、別
に設けられた培養部において菌体集合物のペレットを生
成させ、該培養部を発酵装置に供給することを特徴とす
る乳酸の製造方法によっても達成される。

【００２４】

【作用】以下、本発明について詳しく説明する。

【００２５】本発明に用いられる発酵用の液体培地とし
ては、乳酸生成能を有する糸状菌の菌体を生育できる通
常の液体培地であればどのようなものでも良いが、本発
明の特徴をより良く発揮させるためには、できるだけ単
純なものが望ましい。該液体培地の組成には、乳酸の原
料（栄養成分）となるグルコースなどの糖や澱粉等を用
いるのが一般的である。廃糖蜜などの不純物の多いもの
は精製工程に負担がかかるため、あまり好ましくない。
さらに液体培地の組成には、菌体の育成に少量の無機塩
が必要であることから、例えば、硝酸アンモニウム、硫
酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、リン酸第一カリウ
ム、塩化ナトリウムなどが配合される。

【００２６】通常の液体培地では、糖または澱粉と上記
の無機塩のみからなるもので充分であるが、上記に例示
した液体培地の組成にのみ本発明における特許の範囲を
限定するものでない。

【００２７】次に、本発明に用いられる乳酸生成能を有
する糸状菌の菌体としては、例えば、真菌類に含まれる
リゾプス(Rhizopus)属などの糸状菌が挙げられ、特にリ
ゾプスオリザエ(Rhizopus oryzae) ではＬ−乳酸を多量
に生産することができることから好ましい菌体である。
こうした乳酸生成能を有する糸状菌の菌体の胞子は、通
常、ポテトデキストロース寒天培地などに生育し、生育
後しばらくすることで、菌糸上に形成した形で得ること
ができる。

【００２８】また、本発明に係る糸状菌の胞子の植菌の
方法としては、特に限定されるものでなく、通常、上記
胞子を以下に述べる液体中に懸濁し、この懸濁液体をそ
のまま発酵用の液体培地に接種するなどして植菌する方
法などを用いることができる。

【００２９】上記胞子の懸濁方法としては、例えば、寒
天斜面培地上に生育し、該胞子を形成しているリゾプス
(Rhizopus)属などの乳酸生成能を有する糸状菌の菌体に
液体を加えてミキシングする方法などを用いることがで
きる。なお上記液体としては、通常、無菌水が用いられ
るが、さらに生化学領域で使用されるものとして、例え
ば、トゥイーン８０などのトゥイーン系界面活性剤、ト
リトンＸシリーズなどのトリトン系界面活性剤、アシル
ソルビタンなどを少量（例えば、液体全体に対し、０．
０１重量％程度）添加した無菌水を用いることもでき
る。これにより効果的に胞子を無菌水中に分散すること
ができ均質な懸濁液を得ることができるものである。

【００３０】次に、本発明に用いられる発酵装置は、通
気による撹拌ができる構成を備えている必要があること
から、例えば、発酵装置下部から液体培地中に通気ガス
として通常フィルターなどを通し無菌処理された空気な
どの酸素含有ガスを送り込み、該ガスの気泡の上昇によ
り撹拌し得る流動層型のものであればいかなる形状のも
のでよいが、好ましくは乳酸生成能を有する糸状菌の菌
体が好気的な培養で成長することから、通気ガスの吹き
込み部分に多孔質のフィルターや板などを用いることが
望ましい。これは通気ガスの吹き込みにより、通気ガス
を細かい気泡とすることができ、該通気ガスと菌体との
接触の機会を増加でき、好気的な環境を向上できるため
である。

【００３１】また、該発酵装置内部は、できるだけ凹凸
がなく単純なものが好ましい。これは、撹拌により菌糸
が該装置の内面に付着し菌体を形成することにより固定
され、成長することを防ぐためである。

【００３２】次に、本発明の方法では、上記乳酸生成能
を有する糸状菌の胞子を上述の液体培地に植菌後、菌
種、培地組成、温度条件等により変化するが、通常数時
間で液体培地の中で胞子が発芽して菌糸となり、該菌糸
がその後菌体を形成し、さらに通常１０〜３０時間で１
つの塊が１〜４ｍｍ程度の球状または１〜５ｍｍ程度の
長さの楕円状（棒状）の菌体集合物のペレットを形成す
る。これらのペレットは、通気撹拌下では液体培地中で
浮遊することができ、これにより液体培地中によく分散
し、菌体集合物のペレット、液体培地および通気ガスの
理想的な三相流動層を形成し、該ペレットが互いに接合
することもなく、楕円状のものも次第に球状へと形を変
えることができる。なお静止液体培地中では、ごくゆっ
くりと（沈降速度数１０ｍｍ／秒以内で）ではあるが該
ペレットは、分散せずに沈降してしまうため好気発酵に
不適当な環境となるなど好ましくない。

【００３３】また、菌糸が菌体集合物のペレットを形成
する過程において、液体培地のｐＨは該菌体の培養にお
ける最適ｐＨにコントロールしても良いが、該ペレット
の形成の一定期間について該培地ｐＨをやや低く保ち、
菌糸の生育を抑えることによって、全体的に均一な形
状、大きさとすることができる。この期間のｐＨはアル
カリ類、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウムなどに
よりコントロールしてもよいが、発酵により自然に培地
ｐＨを低下させるものであってもよい。この菌体集合物
のペレットを生成する際の上記期間のｐＨの値は、５以
下が好ましく、より好ましくは３〜４である。また、該
ペレットを生成する際の該期間は、通常、上記糸状菌の
胞子を液体培地に植菌後、５〜３０時間、好ましくは１
０〜２０時間の間である。

【００３４】また、本発明の方法においては、回分式、
連続式または半回分式のいずれの発酵法を利用してもよ
いが、回分式の発酵法では、条件にもよるが植菌後１０
〜３０時間の間は乳酸が生成せず、全体の発酵所要時間
が長くなり、結果として発酵装置の生産性が低くなり、
実用化には問題があることから、好ましくは、菌体が充
分育成し、発酵装置内で菌体集合物のペレット、液体培
地および通気ガスの三相流動層を形成した後に、該菌体
集合物のペレットを残し、連続的または半回分的に新し
い液体培地を供給し、乳酸の蓄積した培地を抜き出すこ
とで該液体培地の一部を新しく入れ替える半回分式また
は連続式の発酵法を用いることが望ましい。これらの発
酵法では全体として１．０〜１．６ｇ／リットル・ｈｒ
程度の生産性が得られるため工業的にはこれらの方式の
ほうが有利である。また上記のいずれの発酵法において
も、発酵中は生成する乳酸を中和し、液体培地ｐＨを一
定に保つために水酸化ナトリウム、アンモニアなどの塩
基を発酵の進行と共に該液体培地に添加することが望ま
しい。この際のｐＨの値は、４〜７が好ましく、より好
ましくは５．５〜６である（ただし、上記ペレットを全
体的に均一な形状、大きさとする目的で該ペレットを生
成する際の期間は除くものとする）。これは、乳酸が生
成すると発酵培地中のｐＨが低下し、そのため糸状菌が
死滅するのを防止する目的で添加される。

【００３５】次に、本発明では、必要に応じて液体培地
と菌体の分離が極めて簡単なリゾプス(Rhizopus)属の糸
状菌の三相流動層による培養方法に電気透析発酵または
抽出発酵を組み合わせて利用するものである。これは、
本発明によりリゾプス(Rhizopus)属の糸状菌の培養を三
相流動層とすることで実用的な培養方法として確立する
ことができ、これにより初めて糸状菌により生成した乳
酸を分離するのに電気透析発酵または抽出発酵が利用で
きることとなったものである。該抽出発酵または電気透
析発酵は、生成した乳酸を逐次培養系外に取り出して生
成物阻害をなくし、菌体の乳酸の生産性を促進する発酵
方法である。これら乳酸の抽出発酵または電気透析発
酵、特に電気透析発酵による乳酸の生成については多く
の報告が成されているが、これらはすべてバクテリアを
用いるものであり、乳酸の電気透析発酵では、発酵培地
を電気透析装置に通す前に、乳酸菌を膜分離して、別に
発酵装置に戻さなくてはならない。また、抽出発酵にお
いても一般に抽出剤の菌体に対する毒性のため、あるい
は菌体が抽出操作を妨げるために、やはり抽出装置に発
酵培地を導く前に菌体を膜分離し、発酵装置に戻す必要
があるものであった。

【００３６】本発明に係る乳酸の抽出発酵では、発酵装
置の外部に生成した乳酸の回収装置（抽出装置）を設
け、菌体と分離した発酵培地を該乳酸の回収装置と発酵
装置の間に循環させて生成した乳酸を回収しつつ発酵を
行うものである。ここで発酵培地から菌体を分離する方
法としては、回収装置と発酵装置の間などに沈降室など
を設けることにより、発酵装置より取り出された発酵培
地は、通気撹拌の影響を受けなくなることから、数ｍｍ
程度に成長したリゾプス(Rhizopus)属の糸状菌の菌体
（ペレット）は、自然に沈降し、装置間に設けられた沈
降室に沈殿して簡単に発酵培地から分離することができ
るものであり、回収装置には送られることはない。そし
て該沈降室に沈殿した菌体を逐次発酵装置に戻すことで
半回分式または連続式の発酵法にも対応することができ
るものである。

【００３７】さらに本発明の方法に係る発酵培地からの
乳酸の抽出方法としては、例えば、トリオクチルホスフ
ィンオキシド（ＴＯＰＯ）をヘキサンなどの溶媒に加え
たもの、あるいはトリオクチルアミン、ジオクチルアミ
ンなどのアミン類をヘキサン−オレイルアルコール混合
溶媒に加えたものなどの抽出剤を上記回収装置に送られ
た発酵培地と直接接触させる方法などを用いることがで
きる。

【００３８】次に、上記抽出方法により抽出された乳酸
は、アルカリ水溶液と乳酸抽出液を接触させることによ
り簡単に高濃度のアルカリ塩水溶液として回収される。

【００３９】なお、上記ＴＯＰＯ−ヘキサンによる抽出
発酵では、非解離状態の乳酸のみしか抽出されないため
に、発酵培地のｐＨは３．６程度以上には上昇せず、発
酵の最適ｐＨである５．５〜６．０と比較して発酵速度
は劣るが、低ｐＨのため雑菌汚染の機会が少ないという
メリットもあり、工業的には充分な生産性を与えること
ができる。

【００４０】次に、本発明に係る乳酸の電気透析発酵で
も、発酵装置の外部に生成した乳酸の回収装置（電気透
析装置）を設け、菌体（ペレット）と分離した発酵培地
を該乳酸の回収装置と発酵装置の間に循環させて生成し
た乳酸を回収しつつ発酵を行うものである。ここで発酵
培地から菌体を分離する方法としては、発酵装置の回収
装置の間などに沈降室などを設ける方法を用いることが
できる。

【００４１】さらに本発明の方法に係る発酵培地からの
乳酸の電気透析方法としては、例えば、ＢＩＯ ＩＮＤ
ＵＳＴＲＹ Ｖｏｌ．７，Ｎｏ３，１９０−１９６，１
９９０ に記載されているように、発酵により生成する
乳酸を低濃度のナトリウム塩などの菌体に対して阻害性
の少ない塩に転換して、電気透析により乳酸として回収
する方法などを用いることができる。

【００４２】以上の発酵方法において、通常の半回分式
あるいは連続式発酵方法、および連続式発酵に抽出発酵
や電気透析発酵などを組み合わせた発酵方法の場合に
は、菌体の乳酸生成能が徐々に低下してくるため、長期
間の連続操業が困難となる。

【００４３】このような場合に発酵培地に新たな糸状菌
の胞子を添加しても良いが、別に菌体集合物のペレット
を生成する培養部を設けて、この培養部に胞子を植菌
し、該胞子より菌体を形成し、その後生成した菌体集合
物のペレットを発酵装置に添加する方法が好ましい。こ
の培養部における菌体集合物のペレットの生成方法は、
これまでに記述した方法と全く同様である。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の方法の実施例を示す。

【００４５】実施例１ 斜面寒天培地上で胞子を形成したリゾプス オリザエ(R
hizopus oryzae) ＡＨＵ６５３７に０．０１重量％トゥ
イーン８０を含む無菌水を加え、試験管ミキサーで十分
撹拌して胞子懸濁液とし、さらに無菌水を加えて胞子濃
度３×１０⁶ 個／ｍｌに調整した。

【００４６】次に、３リットルのエアリフト式のジャケ
ット付きジャーファーメンターに表１に示す組成の液体
培地２リットルを仕込み、１２０℃、１５分間オートク
レーブで滅菌した後、下部の多孔板から空気を１．０ｖ
ｖｍで通気し、ジャケット温度を３７℃に保って、前述
の胞子懸濁液３ｍｌを無菌的に植菌した。培地ｐＨはコ
ントローラーにより１０容量％アンモニア水を滴下し
て、植菌後３時間目まではｐＨ５．５に保ち、その後、
植菌後２０時間目までアンモニア水の供給によるコント
ロールを止めてｐＨを３．３まで低下させ、その後は再
びコントロールを開始して常時ｐＨ５．５に保った。

【００４７】培養開始後１０時間までは、菌糸が紐状に
成長し、１０〜２０ｍｍ程度の長さになったが、その後
は徐々に形がまとまって、２４時間目以降は大きさ２〜
４ｍｍの球状または楕円状の菌体集合物のペレットとな
って均一な流動層を形成した。乳酸の生成は培養開始後
２４時間目から始まり、最終的には８５時間後にグルコ
ースを完全に消費し、このときの培地中の乳酸濃度７．
６％、対糖収率は７２．３％であった。なお、発酵終了
時の菌体集合物のペレットの様子を図１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】実施例２ 表１に示す仕込み培地組成の代わりに表２に示す仕込み
培地組成を用いた以外は、実施例１と同様にして培養を
行った。乳酸の生成は、培養開始後２４時間目から始ま
り、最終的には９１時間後にグルコースを完全に消費
し、このときの培地中の乳酸濃度７．５％であり、対糖
収率は７１．９％であった。なお、菌体集合物のペレッ
トの生成は実施例１とほぼ同等であった。

【００５０】

【表２】

【００５１】次に、上記の発酵終了培地から菌体集合物
のペレットを残して培地のみを無菌的に抜き出すと共
に、残された該ペレットを１リットルの生理食塩水で数
回に分けて洗浄し、該ペレットに表２の液体培地を別に
滅菌して仕込み、再び発酵を繰り返した。発酵開始後、
直ちに乳酸の生成が始まり、４５時間でグルコースを消
費した。乳酸濃度は７．２％、対糖収率は７０．８％で
あった。

【００５２】上記と同様にして上記ペレットの再使用を
行って回分発酵を５回まで続けたところ、発酵終了時
間、対糖収率の関係は表３に示すようになった。

【００５３】

【表３】

【００５４】実施例３ 実施例１と同様の培養系により乳酸発酵を行った後、液
体培地と菌体集合物のペレットを分離し、該ペレットを
ジャーファーメンターに残して実施例２と同様に生理食
塩水で洗浄後、表１の培地を新たに滅菌して加え、図２
に示す抽出発酵用バイオリアクターを構成した。

【００５５】図２より抽出発酵用バイオリアクター１の
構成としては、エアリフト型の流動層発酵装置２、ガラ
ス円筒製の抽出装置３および逆抽出装置４の主構成部材
からなり、該発酵装置２と抽出装置３とが培地循環用往
路配管５および培地循環用復路配管６で連設され、該抽
出装置３と逆抽出装置４とが抽出剤循環用往路配管７お
よび抽出剤循環用復路配管８で連設されている。

【００５６】さらに、該発酵装置２には、ｐＨ電極、温
度センサー（共に図示せず）が付設され、常時発酵装置
２内部のｐＨおよび温度が制御できるように制御機構
（図示せず）が設けられている。また、該発酵装置２の
底部には多孔板９および該多孔板９を通して通気ガスを
送くるための送風口１０が設けられ、系外の送風装置１
１と送風管１２により連結されている。また発酵装置２
の上部には原料供給口１３が設けられ、原料貯蔵塔１４
と原料供給用配管１５により連結されている。さらに上
記配管５の経路上には、沈降室（図示せず）および培地
循環用ポンプ１６が設けられ、同様に配管７の経路上に
は、抽出剤循環用ポンプ１７が設けられている。さらに
送風管１２および原料供給用配管１５にはそれぞれバル
ブ１８およびバルブ１９が設けられている。本実施例で
は、培地循環用ポンプ１６にチューブポンプを、また抽
出剤循環用ポンプ１７にはギアポンプを用いた。

【００５７】また、逆抽出装置４には、二相分離される
上相２０の抽出剤と下相２１のアルカリ水溶液とを充填
した。なお抽出剤としては、トリオクチルホスフィンオ
キシド（ＴＯＰＯ）をヘキサンに溶解した抽出剤を用
い、逆抽出のためのアルカリ水溶液としては、２０モル
％水酸化ナトリウム水溶液を用いた。またヘキサン中の
ＴＯＰＯの濃度は、０．２モル／リッターとした。

【００５８】次に、上記構成の抽出発酵用バイオリアク
ター１を用いて回分的に乳酸の製造を行った。

【００５９】まず、原料貯蔵塔１４より滅菌処理された
表１の仕込み培地組成を、発酵装置２中に配管１５を通
じて新たに添加し、該発酵装置２の底部からは送風装置
１１より送風管１２を通じて無菌処理された空気が多孔
板９により気泡として吹き込まれ、発酵装置２内部の液
体培地および菌体集合物のペレットを撹拌し三相流動層
を形成し、乳酸の発酵が行われた。

【００６０】続いて、該発酵装置２中で生成された乳酸
を含む発酵培地は、沈降室でペレットを分離した後、配
管５を通じて抽出装置３の上部から下部に向けて流し込
まれ、逆に該逆抽出装置４より抽出剤が配管１７を通じ
て抽出装置３の下部から上部に向けて流し込まれ、該抽
出装置３の中央付近で、抽出剤と発酵培地が二相分離さ
れ、上相２２の抽出剤の中では上部から発酵培地が滴下
され下降する間、下相２３の発酵培地の中では抽出剤の
滴が上昇する間に互いに効率よく発酵培地と抽出剤が接
触し、抽出剤中に発酵培地に含まれる乳酸の抽出が行わ
れた。

【００６１】こうして抽出がなされた培地は、抽出装置
３の下部より配管６を通じて再び発酵装置２に戻され循
環使用された。他方、抽出により乳酸を含んだ抽出剤
は、抽出装置３の上部より配管８を通じて再び逆抽出装
置４に戻され循環使用された。

【００６２】該逆抽出装置４に戻された抽出剤に含まれ
る乳酸は、下相２１のアルカリ水溶液に逆抽出されるこ
とで回収が行われた。

【００６３】なお、発酵培地のｐＨは、乳酸の抽出によ
り常に３．５〜３．６に保たれ、５１時間でグルコース
が消費され、対糖収率は７０．１％であった。発酵終了
後、培地を抜き出して再び菌体集合物のペレットを洗
浄、再使用して同様の操作を抽出後４回まで繰り返し
た。抽出発酵の発酵終了時間および対糖収率を表４に示
す。

【００６４】

【表４】

【００６５】比較例１ 発酵培地のｐＨを、植菌後から一定地５．５にコントロ
ールする以外は、実施例１と同様にして培養を開始し
た。菌体集合物のペレットは成長するが、紐状、楕円状
のものが混在するようになり、中には絡まって成長する
ものもあり、大きさが均一にならなかった。

【００６６】比較例２ 発酵培地のｐＨを、植菌後から一定地３．５にコントロ
ールする以外は、実施例１と同様にして培養を開始し
た。培養開始後１２０時間後に菌体集合物菌のペレット
上に胞子が生成し、乳酸の生成速度が極端に低下した。
発酵開始後１８６時間目における発酵培地の乳酸濃度は
２．３％であった。実施例３と比較すると、抽出発酵の
有効性が理解される。

【００６７】

【発明の効果】本発明の乳酸の製造方法により、支持体
あるいは担体を用いることなしに、乳酸生成能を有する
糸状菌の菌体を比較的均一な大きさの菌体集合物のペレ
ットとして流動層培養を行うことができ、これによって
簡単な装置で乳酸発酵が行え、かつ発酵培地からの菌体
の分離が容易に行え工業的に有利である。

【００６８】さらに本発明の乳酸の製造方法により、生
成物阻害を取り除くことができる抽出発酵または電気透
析発酵等の発酵技術を上記乳酸生成能を有する糸状菌の
菌体を比較的均一な大きさの菌体集合物のペレットとし
て流動層培養を行う培養方法と組み合わせることがで
き、発酵装置の生産性の向上を計ることができる。

【００６９】上記乳酸の製造方法により、比較的安価に
乳酸を得ることができるため、食品添加物として清酒、
清涼飲料、漬物、醤油、製パン、ビールなどの製造に使
用され、また、工業用として皮革、繊維、プラスチック
などの製造に幅広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において生成したリゾプス オリザエ
(Rhizopus oryzae) の菌体集合物のペレットを示す写真
（生物の形態）である。

【図２】実施例３において用いた抽出発酵用バイオリア
クターを示す概略図である。

【符号の説明】

１…抽出発酵用バイオリアクター ２…エアリフト
型の流動層発酵装置 ３…ガラス円筒製の抽出装置 ４…逆抽出装置 ５…培地循環用往路配管 ６…培地循環用
復路配管 ７…抽出剤循環用往路配管 ８…抽出剤循環
用復路配管 ９…多孔板 １０…送風口 １１…送風装置 １２…送風管 １３…原料供給口 １４…原料貯蔵
塔 １５…原料供給用配管 １６…培地循環
用ポンプ １７…抽出剤循環用ポンプ １８、１９…バ
ルブ ２０、２２…上相（抽出剤） ２１…下相（ア
ルカリ水溶液） ２３…下相（発酵培地）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乳酸生成能を有する糸状菌の胞子を液体
   培地に植菌し、通気による撹拌を行いつつ培養すること
   により生成する菌体集合物のペレットを液体培地中に浮
   遊させて、発酵を行わせることを特徴とする乳酸の製造
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、菌体が
   充分育成し、発酵装置内で菌体集合物のペレット、液体
   培地および通気ガスの三相流動層を形成した後に連続的
   または半回分的に新しい液体培地を供給し、乳酸の蓄積
   した培地を抜き出すことを特徴とする乳酸の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法であっ
   て、発酵装置の外部に生成した乳酸の回収装置を設け、
   菌体と分離した発酵培地を該乳酸の回収装置と発酵装置
   の間に循環させて生成した乳酸を回収しつつ発酵を行う
   ことを特徴とする乳酸の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項に記載
   の方法であって、前記糸条菌がリゾプス(Rhizopus)属に
   属する菌体であることを特徴とする乳酸の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
   の方法であって、前記菌体集合物のペレットを生成する
   際の液体培地のｐＨを５以下とすることを特徴とする乳
   酸の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
   の方法であって、別に設けられた培養部において菌体集
   合物のペレットを生成させ、該培養部を発酵装置に供給
   することを特徴とする乳酸の製造方法。