JPH0662831A - バイオリアクター - Google Patents

バイオリアクター

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JPH0662831A
JPH0662831A JP4240131A JP24013192A JPH0662831A JP H0662831 A JPH0662831 A JP H0662831A JP 4240131 A JP4240131 A JP 4240131A JP 24013192 A JP24013192 A JP 24013192A JP H0662831 A JPH0662831 A JP H0662831A
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友沢孝
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Abstract

(57)【要約】 【目的】バイオポリエステルを微生物の体内に生成させ
るためのバイオリアクター(生物反応器)を提供するこ
とにある。 【構成】バイオポリエステルを生成する能力のある微生
物の増殖培養とバイオポリエステル生成のための培養を
上向流式の一つのリアクターで供給培養液の炭素量と窒
素量を制御することにより連続的に行わせることが出来
るバイオリアクターにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリエステル生成菌に
よりPHBなどバイオポリエステルを製造するバイオリ
アクターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリエステル生成菌が効率よく、多量に
バイオポリエステルを生成するには、培養液中の増殖に
必要なある種の栄養塩、例えば窒素、リン、無機塩類な
どのいずれか、あるいは複数を欠乏させる必要がある。
通常は、窒素分を欠乏させる手法が一般的である(増殖
培養条件ではバイオポリエステルは生成しない)。この
ように、ポリエステル生成菌を非増殖状態にしておい
て、有機酸などの炭素源を豊富に供給することにより、
ポリエステル生成菌内にバイオポリエステルが生成され
る。したがって、通常はポリエステル生成菌をまず培養
液を用いてリアクター内で培養する。そして、十分に増
殖させて菌体濃度を高めた後(菌体濃度を高めるのは、
リアクターの単位容積あたりの生産性を良くするた
め)、今度は、例えば、窒素分のない非培養液に切りか
えて、ポリエステルを菌体内に生成させる2段階培養方
法がとられる。また増殖用のリアクターから非増殖のポ
リエステル生成リアクターへポリエステル生成菌を移送
したりする。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、従来の方法
では、次のような問題点がある。 <イ>培養液の切り替え、あるいは別のリアクターへの
菌体の移送など、培養生産システムが複雑となり、制御
も複雑となる。 <ロ>その分、雑菌等による汚染(コンタミネーショ
ン)の危険性も大きい。 <ハ>培養液の切り替えの場合、生成菌の増殖培養とポ
リエステル生成培養を交互に行わねばならないので、一
つのリアクターではポリエステルを連続的に生産でき
ず、システム効率が悪い。 即ち、生成菌の種菌をリアクターへ投入し、増殖培養
を行う。 培養液を切替え、ポリエステル生成培養を行う。 培養停止を停止し、生成菌を取出し、ポリエステルを
抽出する。 リアクターを洗浄し、の操作を行う。 これらステップの繰り返しとなり、増殖したポリエステ
ル生成菌は、培養の度に全て抽出工程へ送られるので、
常に生成菌を別に確保しておいて、培養毎にリアクター
に種菌として投入する必要があり、更に余分の装置が必
要である。
【0004】
【本発明の目的】本発明は、バイオポリエステルを微生
物の体内で効率よく生成させるバイオリアクターを得る
ことにある。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明は、P(3H
B)(ポリ−3−ヒドロキ酪酸)、P(3HV)(ポリ
−3−ヒドロキシ吉草酸)、P(4HB)(ポリ−4−
ヒドロキシ酪酸)、P(3HA)(ポリ−3−ヒドロキ
シアルカノエート)などのポリエステルあるいはこれら
の共重合体(以上を総称して、バイオポリエステルとい
う)を微生物の体内に生成させるためのバイオリアクタ
ー(生物反応器)であって、バイオポリエステルを生成
する能力のある微生物(以下ポリエステル生成菌とい
う)の増殖培養とバイオポリエステル生成のための培養
を上向流式の一つのリアクターで供給培養液の炭素量と
窒素量を制御することにより連続的に行わせることが出
来るバイオリアクターにある。
【0006】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。実施例のバイオリアクター1の構造を図1に示
す。 <イ>本体部11 バイオリアクター1は上向流式であり、縦に配置された
筒状の本体部11を有している。本体部11は、ポリエ
ステル生成菌及び培養液を筒内部に保持でき、下部のポ
リエステル生成菌の増殖ゾーン(Aゾーン)、中間部の
PHB等ポリエステル生成ゾーン(Bゾーン)と上部の
沈澱分離ゾーン(C)を有している。増殖ゾーン(A)
では脱窒素処理も行われている。本体部11に多数の出
入口a〜hを設ける。
【0007】<ロ>注入口12 本体部11の底部から培養液を投入する注入口12が設
けられている。注入口12から入った培養液が均一に上
向流で流れるよう底部に分散装置13が配置されてい
る。培養液としては、炭素、窒素、リン、無機塩、ビタ
ミン等が使用される。 <ハ>増殖ゾーン(A) 増殖ゾーン(A)でポリエステル生成菌が増殖培養され
る。ポリエステル生成菌として、 ・Alcaligenes eutrophus ・Bacillus megaterium ・Rhodospirillum rubrum ・Pseudomonas oleovolans 等 があり、その他、活性汚泥が使用される。活性汚泥には
多数のポリエステル生成菌が含まれている。攪拌装置1
6によりポリエステル生成菌の層をゆるやかに攪拌(1
〜5r.p.m.程度)する。この攪拌は生成ゾーン(B)で
も行われる。
【0008】<ハ>生成ゾーン(B) 増殖ゾーン(A)で増殖したポリエステル生成菌は、増
加して生成ゾーン(B)に上昇する。そして、生成ゾー
ンでは、上昇してきた培養液の窒素は増殖ゾーン(A)
で既に消費されている。そのため、ポリエステル生成菌
の増殖は押さえられ、その代わり培養液の炭素を取り込
み、PHB等ポリエステルを生成する。生成ゾーン
(B)の炭素濃度が少ない場合は、出入口bからリアク
ター内に炭素源を補給する。
【0009】<ニ>取出口14 生成ゾーン(B)でPHB等ポリエステルを生成したポ
リエステル生成菌を取出口14(出入口f)から取出
す。取出されたポリエステル生成菌は、従来から行われ
ている抽出、濃縮、脱水、乾燥処理を行い、バイオポリ
エステルを生産する。 <ホ>沈殿分離ゾーン(C) 増殖ゾーンと生成ゾーンで利用された培養液は,沈澱分
離ゾーン(C)でポリエステル生成菌と分離し、上部の
排出口15から排出される。
【0010】以下に、バイオリアクター1の運転方法を
説明する。 <イ>運転方法 (1)注入口12から連続的に培養液を投入する。培養
液は、炭素、窒素、リン、無機塩、ビタミン等、増殖ゾ
ーン、生成ゾーンで用いられるポリエステル生成菌の増
殖に必要な成分を含んでいる。 (2)増殖ゾーンではポリエステル生成菌は活発に増殖
し、炭素、窒素、リン、無機塩を消費する。この時、増
殖ゾーン(A)内で窒素成分のみがなくなるよう、注入
口12からの培養液中の炭素/窒素比をあらかじめ設定
しておく。これは使用するポリエステル生成菌の増殖特
性を調べておくことで、見当をつけることもできるし、
リアクター内の窒素消費挙動をあらかじめ測定しておけ
ば検討をつけることが可能である。したがって、増殖ゾ
ーンと生成ゾーンの境界部では、培養液中に炭素、リ
ン、無機塩等はまだ残っているが、窒素分のみが欠乏し
ている状態となる。
【0011】(3)この培養液が生成ゾーン(B)に入
ると、ここでは残った炭素源を使って、バイオポリエス
テルを生成する。所定の生成量に達しない場合、また最
初の培養液で炭素濃度をあまり上げられない場合(生成
菌によっては、増殖時に炭素がありすぎると増殖障害を
起こすことがある。)には、生成ゾーンの下部の位置
(出入口b)において、炭素源のみを追加投入して、生
成ゾーンの炭素源を豊富にし、生成量を上昇させること
もできる。この様に、ポリエステル生成菌は増殖ゾーン
(A)で増殖し、その増加分が生成ゾーン(B)へ入っ
て、今度はバイオポリエステルを体内に蓄積する。常に
下部から増殖分がくるので、ポリエステルを蓄積した菌
は上部へ移動していく。こうして、増殖分を取出口14
から引抜けるので、常に増殖とポリエステル生成が一つ
のリアクターで行える。ポリエステル生成菌として活性
汚泥を用いると、この上向流式リアクター内で、活性汚
泥は沈降性の良い粒状体を形成するので、取出口14か
ら取り出して容易に固液分離ができ、次の抽出工程への
ハンドリングが容易に行える。
【0012】(4)排出口15からの排出される使用済
み培養液の中に、炭素源が残存している場合には、これ
を再び注入口12、あるいは出入口bに戻して再利用す
ることもできる。以下の運転条件により培養液の供給量
をコントロールすることが望ましい。増殖ゾーン(A)
を培養液が通過する時間を1〜12時間とする。生成ゾ
ーン(B)を培養液が通過する時間を2〜24時間とす
る。
【0013】以下に活性汚泥をバイオポリエステル生成
菌として使用する例を示す。 <イ>注入口12からの培養液 炭素源として酢酸とプロピオン酸を使い、炭素濃度20
0mg/lとした。窒素源として硝酸ナトリウムを使
い、窒素濃度100mg/lとした。 <ロ>窒素の消費 バイオリアクター1での窒素の消費が図2に示されてい
る。増殖ゾーン(A)で、ほとんど窒素が消費されてい
ることが分かる。
【0014】<ハ>炭素の消費 バイオリアクター1での炭素の消費が図3に示されてい
る。但し、炭素源として、出入口bから炭素濃度約70
0mg/l(酢酸+プルピオン酸)を追加投入してい
る。炭素は生成ゾーン(B)で消費されている。このこ
とは消費された炭素がPHBなどバイオポリエステルに
転換されていることを示唆している。以上の運転条件は
増殖ゾーン、生成ゾーンあわせて培養液通過時間は約
4.8時間であった。 <ニ>バイオポリエステルの抽出 生成ゾーン(サンプリング位置は図3の出入口f)から
粒状化活性汚泥を取り出しPHBを測定したところ、乾
燥汚泥重量あたり約4%のバイオポリエステルが生成さ
れていた。
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように次のよう
な格別な効果を得ることができる。 <イ>生成菌の増殖が常に下部で起こっているので、一
度、生成菌を投入すれば、補充する必要がない。 <ロ>常に、ポリエステルを蓄積した生成菌が上部取出
口から得られるので、連続生産が可能である。 <ハ>しかも、一つのリアクターでバイオポリエステル
生産が可能である。 <ニ>バイオポリエステル生産リアクターとしてのみで
なく、排水処理システムの脱窒素法(排水中の硝酸態窒
素をリアクター下部で消費させる)と兼用させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バイオリアクターの構成図
【図2】バイオリアクター内の窒素濃度の変化を示す図
【図3】バイオリアクター内の炭素濃度の変化を示す図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バイオポリエステル生成菌を内部に有する
    本体部を備えたバイオポリエステルを製造するバイオリ
    アクターにおいて、 該本体部の下部に培養液が注入できる注入口を設け、 該本体部の側面にバイオポリエステル生成菌が取り出せ
    る取出口を設け、 該本体部の上部に培養液の排出口を設け、 下部に存在するバイオポリエステル生成菌は培養液から
    養分を取り込み増殖し、窒素濃度が減少した上部に存在
    するバイオポリエステル生成菌は体内にバイオポリエス
    テルを生成し、上昇した培養液は排出口から排出され
    る、 ことを特徴とするバイオリアクター。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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