JPH0665293B2 - バイオリアクター用脱気消泡装置 - Google Patents

バイオリアクター用脱気消泡装置

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JPH0665293B2
JPH0665293B2 JP63094580A JP9458088A JPH0665293B2 JP H0665293 B2 JPH0665293 B2 JP H0665293B2 JP 63094580 A JP63094580 A JP 63094580A JP 9458088 A JP9458088 A JP 9458088A JP H0665293 B2 JPH0665293 B2 JP H0665293B2
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進 館川
勲 遠藤
輝行 長棟
康彦 清家
英樹 稲葉
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0031Degasification of liquids by filtration

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、バイオリアクター用脱気消泡装置に関する。
特に、発酵液中の代謝ガスや気泡を高効率に除去するバ
イオリアクター用脱気消泡装置に関する。
[従来の技術] 従来、微生物、酵素などの生体触媒を用いた発酵槽等
を、代謝ガスの発生する嫌気性発酵や、酸素の供給、代
謝ガスの発生を伴う好気性発酵に適用する場合、これら
の代謝ガス及び余剰の酸素をバイオリアクター外に排気
するため脱気消泡装置が必要であるが、従来の脱気装置
や消泡装置では、バイオリアクター外への排気を十分に
行なうことはできない。また、発酵工業で、特に好気性
発酵では、次の理由により発泡が問題になっている。泡
に菌体が付着し、発酵液の菌体濃度が低減することによ
り、生産性が低下したり、発泡がはなはだしい場合に
は、発酵液が泡と共に排気口から流出し、生産物の損失
を招き、更には、コンタミネイションの原因になったり
する。そのため、泡の流出を防止すべく、発酵液量を減
らさざるを得ず、発酵槽の容積効率が低下する場合もあ
る。このような発泡は、好気性発酵に限らず、嫌気性発
酵でも問題になっている。例えば、清酒醸造では泡が仕
込み量(発酵液量)の2倍にも達することがあり、容積
効率が50%以下になることもある。
以上の泡による種々の問題を防止するために、従来より
主として化学的及び機械的消泡方法が提案されている。
そのうちの化学的方法は、消泡剤による方法であるが、
消泡剤の微生物への悪影響、供給された酸素が発酵液へ
移動する移動効率が減少すること、精製工程への悪影
響、製品への悪影響等が懸念され、更に、ランニングコ
ストもかさみ、好ましい消泡方法とは言えない。また、
機械的方法は、泡を形成する薄膜を剪断力、圧縮力、衝
撃力、急激な圧力変化等を利用して破壊する方法であ
る。具体的には、回転翼で泡を叩いたり、回転翼や回転
円板で泡を吹き飛ばして発酵槽壁に衝突させたり、泡に
発酵液をスプレーする等の方法により泡を破壊消泡する
方法である。例えば、特開昭51−14258号では泡
をサイクロンに導いて、破泡し、破泡できなかった小さ
い泡を更に舌付きトレイを充填し、且つ下から上へ通気
している脱泡器に導き破泡し、サイクロン及び脱泡器で
回収した液体を発酵槽に返送するようにしている。然し
乍ら、このような脱気消泡方法では、サイクロンを通過
するような小さな泡を破泡することは極めて困難であ
り、更に、脱泡器に通気するための動力を必要とする等
の欠点がある。また、従来のその他の機械的破泡でも、
かなりの効果は期待できるものの、充分でなく、消泡剤
と併用する場合が殆どで、動力費などのランニングコス
トが必要であった。
[発明が解決しようとする問題点] 上述のような従来の技術的問題点を解決すべく鋭意研究
した結果、従来の機械的消泡装置の消泡性能が不充分
で、動力を必要とする欠点を解決するための装置を提供
する。本発明は、消泡のための動力費等のランニングコ
ストを必要とせずに、確実に消泡できる脱気消泡装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、発生する
泡の空間を確保する必要がないためバイオリアクターの
容積効率がほぼ100%になる脱気消泡装置を提供する
ことを目的とする。更に、本発明は、排気系に雑菌汚染
を防止するためのフィルターを必要としない脱気消泡装
置を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 前記のような問題を解決するために、本発明は、液体中
における生体触媒反応により有用物質を生産する発酵液
を有するバイオリアクターにおいて使用され、発酵液面
上に気相部を形成する気相溜を設け、その気相溜内上部
に、発酵液中より発生し、下から気相内に流入する代謝
ガスや余剰空気の気泡が、疎水性膜に当って、破泡する
気体透過液体非透過性の疎水性膜を設け、且つ、疎水性
膜の上部に排気口を設けたことを特徴とするバイオリア
クター用脱気消泡装置である。そして、気相溜内に、疎
水性膜と液面との間に加熱用金属網状部材を設けた装置
も好適である。
[発明の構成] 本発明の脱気消泡装置は、生体触媒を用い流体中におけ
る生体触媒反応により有用物質を生産する発酵液中の代
謝ガスや余剰空気の気泡を液中より分離し、分離すると
きに発生する泡を破泡除去する装置である。生体触媒を
含む流体中において有用物質を生産する発酵液中の代謝
ガスや余剰空気の気泡を破泡除去するために、その発酵
液面上に必要最小限の極く少量の気相部を形成するよう
気相溜を設け、その気相溜内の上部に気体透過液体非透
過性の疎水性膜を設け、下から気相溜内に流入する発酵
液の泡が、上部に設けた疎水性膜に当って、破泡し、破
泡により発生した気体はその疎水性膜を透過し、該膜の
上部に設けた排気口から系外に排気されるものである。
本発明は、以上のような構成のバイオリアクター用脱気
消泡装置である。従って、本発明の脱気消泡装置は、従
来のような特別な機械的破泡部分を持たず、動力部分を
必要とせずに脱気消泡が行なわれるものであり、また確
実な脱気消泡が可能である。
本発明の脱気消泡装置に使用する疎水性膜は、蒸気殺菌
に耐える耐熱性を有すること、例えば、最低120℃の
蒸気殺菌処理に耐えること、そして、気体を通し、液体
を透過させないものであること、更に、微生物、基質に
よるスケーリングを防止するため強度の疎水性であるこ
と、微生物の透過を防止できるために細孔径が0.2μ
m以下であることの条件を満たすものが好適である。
具体的には、疎水性膜の材料としては、ポリプロピレン
系樹脂やポリアミド系樹脂では、繰り返し加熱処理に対
して弱く、不都合であるが、実験によれば、多孔質フッ
素樹脂が好適であることが明らかにされた。
本発明によれば、更に、この疎水性膜と発酵液面との間
に、適当な温度に加熱される金網状部材を設けることに
より、泡の破泡がより容易にできるようにすることが好
適である。即ち、加熱された金網に接触した泡は、容易
に破泡されるものである。加熱手段としては例えば、金
網に通電し、80℃位に加熱しておくことで充分であ
る。
以上のように、本発明の脱気消泡装置は、特殊な膜を利
用したユニークな脱気消泡装置であり、嫌気性発酵のみ
ならず、代謝ガス発生系や好気性発酵の場合にも適用可
能である。
以下、本発明の脱気消泡装置の実施例により説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1] 以下、本発明の脱気消泡装置を、チューブラーバイオリ
アクター(例えば、特願昭62−146245号に開
示)に適用した場合を第1図により説明する。
このチューブラーバイオリアクターでは、反応混合物が
閉ループの管状構成の中を循環するものであり、微生物
生体反応において、供給された酸素のうち余剰になった
ガスや、発生した代謝ガスによって装置内にたまるガス
ホールドアップ量を所定値以内に維持しなければならな
い。
即ち、第1図に示すチューブラーバイオリアクターの管
状構成の中に、本発明の脱気消泡装置1を設けた。そし
て、代謝ガスを含む発酵液は流入口2より、脱気消泡装
置1に導かれる。脱気消泡装置1は、上部に気相溜部分
21を有し、その気相溜部分21内に、多孔質ポリフッ
素樹脂の疎水性膜4を設ける。この発酵液中のガスは、
管状接続パイプ8より断面積の大きい脱気消泡装置1に
入ると、浮上分離し、脱気される。浮上したガス気泡に
より発生した泡は、気体透過液体非透過性の疎水性膜4
に達し、後続する泡と膜4との間で、圧縮され破泡され
る。そして、破泡で生じたガスは、膜4を透過し、排気
口5を通って、チューブラーバイオリアクター外に排出
される。一方、破泡により回収された発酵液は、泡の間
を流下し、発酵液本体に戻る。
尚、排気口5には圧力調整弁22を付けて、本発明によ
る脱気消泡装置での気相部分の圧力を調整し、最適な脱
気消泡処理条件が得られるようにできるものである。
更に、疎水性膜4と発酵液面との間に、金網状部材10
を備え、破泡をより容易にできる構成をとることが好適
である。この金網状部材10は、ヒーター等を備え、加
熱できるようにされている。即ち、加熱された金網状部
材10に泡が当ると、容易に破泡され、脱気される。
このチューブラーバイオリアクターの循環ループには、
次のような機器を備えている。
7はセラミック或いは高分子等で作製された多孔性の管
状分離膜モジュールであり、生体触媒を透過しないもの
である。6は装置内に組み込まれた液循環用ポンプであ
る。図ではポンプで示したが、図示のような閉ループ装
置内に液循環を生ぜしめる液循環力発生装置であればど
のような装置でも利用できる。9は原料供給口である。
8はパイプであり、管状の分離膜7、ポンプ6、原料供
給口9等の機器を結合するパイプである。
また、以上の閉ループを構成する各機器の配列順は、第
1図に示す配列に限定されることはなく、閉ループを構
成すればどのような配列でも可能である。
[実施例2] 本発明の脱気消泡装置を、タンク型発酵槽に適用した例
を第2図を参照に説明する。
この実施例では脱気消泡装置11を泡供給管12と破泡
液戻り管13を介して発酵槽16に連通して設けてあ
る。発酵槽16で発生した泡は、泡供給管12を介して
余剰ガス等と共に、脱気消泡装置11に導かれる。即
ち、脱気消泡装置11には、発酵槽本体16から発酵液
の泡が流入する。脱気消泡装置11には、気相溜部分2
1を設け、その上部に気体透過液体非透過性の疎水性膜
14を設けてある。泡供給管12から間欠的或いは連続
的に流入する泡は、疎水性膜14に押し付けられ或いは
衝突して破泡し、その破泡により発生した気体は疎水性
膜14を透過し、該膜14の上部に設けた排気口15か
ら系外に排気される。即ち、脱気消泡装置11に導かれ
た泡は、後続の泡と膜14の間で圧縮破泡され、気体は
膜14を透過して排気され、液体は破泡液戻り管13を
介して発酵槽16に戻る。
[発明の効果] 本発明による脱気消泡装置は、 第1に、確実な消泡ができること。
第2に、消泡のための動力費などのランニングコストを
必要としないこと。
第3に、発生した泡の空間を確保する必要がないために
リアクターの容積効率がほぼ100%になること。
第4に、従来の発酵槽では排気系に雑菌汚染を防止する
ためフィルターを必要としたが、本発明の脱気消泡装置
では、疎水性膜がフィルター機能を果すため、フィルタ
ーを必要としないこと等の顕著な技術的な効果を奏する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の脱気消泡装置をチューブラーバイオ
リアクターに適用した場合の構成を説明する説明構成図
である。 第2図は、本発明の他の具体的な脱気消泡装置を説明す
る説明構成図である。 [主要部分の符号の説明] 1……脱気消泡装置本体 2……脱気消泡装置流入口 3……脱気消泡装置流出口 4……気体透過液体非透過性疎水性膜 5……排気口 10……金網状部材 11……脱気消泡装置本体 12……泡流入管 13……破泡液戻り管 14……気体透過液体非透過性疎水性膜 15……排気口 16……発酵槽本体 21……気相溜部分 22……圧力調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長棟 輝行 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 清家 康彦 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚研究所内 (72)発明者 稲葉 英樹 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−42708(JP,A) 実開 昭62−87706(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体中における生体触媒反応により有用物
    質を生産する発酵液を有するバイオリアクターにおいて
    使用され、 該発酵液面上に気相部を形成する気相溜を設け、その気
    相溜内上部に、発酵液中より発生し、下から気相内に流
    入する代謝ガスや余剰空気の気泡が、該疎水性膜に当っ
    て、破泡する気体透過液体非透過性の疎水性膜を設け、
    且つ、該疎水性膜の上部に排気口を設けたことを特徴と
    するバイオリアクター用脱気消泡装置。
  2. 【請求項2】前記気相溜内に、疎水性膜と液面との間に
    加熱用金属網状部材を設けたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のバイオリアクター用脱気消泡装置。
JP63094580A 1988-04-19 1988-04-19 バイオリアクター用脱気消泡装置 Expired - Fee Related JPH0665293B2 (ja)

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