JPH07184634A - 微生物好気培養における培養方法及び装置 - Google Patents
微生物好気培養における培養方法及び装置Info
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- JPH07184634A JPH07184634A JP34924493A JP34924493A JPH07184634A JP H07184634 A JPH07184634 A JP H07184634A JP 34924493 A JP34924493 A JP 34924493A JP 34924493 A JP34924493 A JP 34924493A JP H07184634 A JPH07184634 A JP H07184634A
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- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微生物好気培養発酵槽内の微生物の育成状況
を常時好適状態に保つように制御する。 【構成】 発酵槽内の微生物濃度、炭素源濃度、アンモ
ニウムイオン濃度及び目的生成物濃度を単一測定手段に
より直接かつ同時に測定することによって発酵槽内の微
生物の育成状況を把握し、その測定値をもとに培養液の
温度、炭素源濃度及びアンモニウムイオン濃度を自動的
に制御することを特徴とする微生物好気培養方法。
を常時好適状態に保つように制御する。 【構成】 発酵槽内の微生物濃度、炭素源濃度、アンモ
ニウムイオン濃度及び目的生成物濃度を単一測定手段に
より直接かつ同時に測定することによって発酵槽内の微
生物の育成状況を把握し、その測定値をもとに培養液の
温度、炭素源濃度及びアンモニウムイオン濃度を自動的
に制御することを特徴とする微生物好気培養方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微生物好気培養におけ
る培養液の温度を制御することにより微生物の育成を常
に好適な状態に保つ方法、また炭素源濃度およびアンモ
ニウムイオン濃度を発酵槽内の微生物の状況に適した条
件に自動的に制御する方法、およびそのような方法を実
施するのに好適な装置に関する。
る培養液の温度を制御することにより微生物の育成を常
に好適な状態に保つ方法、また炭素源濃度およびアンモ
ニウムイオン濃度を発酵槽内の微生物の状況に適した条
件に自動的に制御する方法、およびそのような方法を実
施するのに好適な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】典型的な微生物工業での培養手順は以下
のとおりである。種母培養槽に原料が張り込まれ、これ
が蒸煮殺菌され、ついで無菌的状態で予めフラスコなど
で培養された微生物が植菌され、その増殖が行われる。
種母培養槽で培養が開始されると、主発酵槽で同様の準
備がされる。種母培養槽に植菌された菌は、一定時間増
殖させ、菌数から明らかに対数増殖期に達していること
が認められると主発酵槽に移送植菌される。主発酵槽で
は、微生物の増殖をはかる前半と目的生産物の生産を主
とする後半の段階に分けられる。培養中の工程管理に必
要とされる事項は培地調整のほか、炭素源添加速度、温
度、pH、通気などが挙げられる(発酵工学の基礎 P.
F.Stanbury、A.Whitaker、(株)学会出版センター)。
所定時間を経ると発酵は終了し蓄積した生産物は次の回
収工程へ送られる。
のとおりである。種母培養槽に原料が張り込まれ、これ
が蒸煮殺菌され、ついで無菌的状態で予めフラスコなど
で培養された微生物が植菌され、その増殖が行われる。
種母培養槽で培養が開始されると、主発酵槽で同様の準
備がされる。種母培養槽に植菌された菌は、一定時間増
殖させ、菌数から明らかに対数増殖期に達していること
が認められると主発酵槽に移送植菌される。主発酵槽で
は、微生物の増殖をはかる前半と目的生産物の生産を主
とする後半の段階に分けられる。培養中の工程管理に必
要とされる事項は培地調整のほか、炭素源添加速度、温
度、pH、通気などが挙げられる(発酵工学の基礎 P.
F.Stanbury、A.Whitaker、(株)学会出版センター)。
所定時間を経ると発酵は終了し蓄積した生産物は次の回
収工程へ送られる。
【0003】培養液中の炭素源濃度を一定に制御するた
めの方法としては、呼吸活性の変化またはアンモニア消
費速度の変化から培養液中の炭素源濃度を推定し制御す
る方法が知られている。しかしながら微生物濃度および
炭素源消費速度を直接測定していないために微生物の代
謝活性が変化した場合に炭素源濃度を常に一定の値に制
御することは困難であった。
めの方法としては、呼吸活性の変化またはアンモニア消
費速度の変化から培養液中の炭素源濃度を推定し制御す
る方法が知られている。しかしながら微生物濃度および
炭素源消費速度を直接測定していないために微生物の代
謝活性が変化した場合に炭素源濃度を常に一定の値に制
御することは困難であった。
【0004】培養液の濁度からその培養液中の微生物濃
度を推定し、培養液の温度を制御することにより微生物
の育成状況を制御できることが知られている。しかし培
養液の濁度から微生物濃度を推定しているために、原料
のロット差または不純物の混入がある場合には正確に培
養液中の微生物濃度を推定する事ができない。そのた
め、発酵槽内の温度の設定値を培養の全時間帯を通して
自動的に最適な状態に制御する事は困難であった。
度を推定し、培養液の温度を制御することにより微生物
の育成状況を制御できることが知られている。しかし培
養液の濁度から微生物濃度を推定しているために、原料
のロット差または不純物の混入がある場合には正確に培
養液中の微生物濃度を推定する事ができない。そのた
め、発酵槽内の温度の設定値を培養の全時間帯を通して
自動的に最適な状態に制御する事は困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従前の発酵制御方法で
は、発酵槽内の培養液中の微生物濃度と炭素源濃度とア
ンモニウムイオン濃度と目的生産物などを測定するため
にはサンプリングが必要であった。また、サンプリング
後の分析には最大で1時間程度要したため、発酵槽内の
微生物の育成状況を時々刻々と正確に把握する事は困難
であった。本発明の目的は、微生物の好気的流加培養に
おいて発酵槽内の培養液中の微生物濃度、炭素源濃度、
アンモニウムイオン濃度及び目的生産物などを測定する
ことにより、発酵槽内の微生物の育成状況をオンライン
で正確に把握し、その結果を基に、微生物の育成状況を
好適に保ち、また培養液中の炭素源濃度およびアンモニ
ウムイオン濃度を培養の全時間帯を通して自動的に制御
するための方法および装置を開発することにある。
は、発酵槽内の培養液中の微生物濃度と炭素源濃度とア
ンモニウムイオン濃度と目的生産物などを測定するため
にはサンプリングが必要であった。また、サンプリング
後の分析には最大で1時間程度要したため、発酵槽内の
微生物の育成状況を時々刻々と正確に把握する事は困難
であった。本発明の目的は、微生物の好気的流加培養に
おいて発酵槽内の培養液中の微生物濃度、炭素源濃度、
アンモニウムイオン濃度及び目的生産物などを測定する
ことにより、発酵槽内の微生物の育成状況をオンライン
で正確に把握し、その結果を基に、微生物の育成状況を
好適に保ち、また培養液中の炭素源濃度およびアンモニ
ウムイオン濃度を培養の全時間帯を通して自動的に制御
するための方法および装置を開発することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、発酵槽内の培養液中の微生物濃度、炭素
源濃度、アンモニウムイオン濃度及び目的生成物濃度を
単一測定手段により、直接かつ同時に測定することによ
って発酵槽内の微生物の育成状況を把握し、その測定結
果にもとづいて培養液の温度、炭素源濃度及びアンモニ
ウムイオン濃度を自動的に制御することを特徴とする微
生物好気培養方法とそのための装置にある。
めの本発明は、発酵槽内の培養液中の微生物濃度、炭素
源濃度、アンモニウムイオン濃度及び目的生成物濃度を
単一測定手段により、直接かつ同時に測定することによ
って発酵槽内の微生物の育成状況を把握し、その測定結
果にもとづいて培養液の温度、炭素源濃度及びアンモニ
ウムイオン濃度を自動的に制御することを特徴とする微
生物好気培養方法とそのための装置にある。
【0007】本発明の方法を実施する装置では、まづ、
発酵槽からオンラインサンプリング装置を介して培養液
が近赤外分析計に送液され分析される。近赤外分析計で
は培養液中の炭素源濃度、微生物濃度、目的生産物濃
度、アンモニウムイオン濃度を同時に測定することが可
能である。近赤外分析計には、それに対して通信可能な
パーソナルコンピューターが接続されていて、各測定値
は通信によりパーソナルコンピューターに送信される。
パーソナルコンピューターでは、単独または複数の測定
値を基に、発酵槽内の菌体の育成状況が正確に把握され
る。そして、把握された菌体の育成状況を基に、培養液
の温度を変更し、微生物の育成状況を目的生産物の収率
を高めるために好適な範囲内に制御することが行われ、
また、培養液中の炭素源濃度を基に発酵槽に対する原料
フィード速度の制御設定値を自動的に算出し、フィード
液流量制御装置が制御される。各設定値は、パーソナル
コンピューターに組み込まれた信号変換器を介して、発
酵槽の各培養条件の制御装置に送られる。
発酵槽からオンラインサンプリング装置を介して培養液
が近赤外分析計に送液され分析される。近赤外分析計で
は培養液中の炭素源濃度、微生物濃度、目的生産物濃
度、アンモニウムイオン濃度を同時に測定することが可
能である。近赤外分析計には、それに対して通信可能な
パーソナルコンピューターが接続されていて、各測定値
は通信によりパーソナルコンピューターに送信される。
パーソナルコンピューターでは、単独または複数の測定
値を基に、発酵槽内の菌体の育成状況が正確に把握され
る。そして、把握された菌体の育成状況を基に、培養液
の温度を変更し、微生物の育成状況を目的生産物の収率
を高めるために好適な範囲内に制御することが行われ、
また、培養液中の炭素源濃度を基に発酵槽に対する原料
フィード速度の制御設定値を自動的に算出し、フィード
液流量制御装置が制御される。各設定値は、パーソナル
コンピューターに組み込まれた信号変換器を介して、発
酵槽の各培養条件の制御装置に送られる。
【0008】以下に、本発明における培養条件の制御方
法について述べる。培養方法の概要は、以下のとおりで
ある。シードとなる菌を初発培地に添加すると、菌の育
成速度が徐々に増加し、やがて最大育成速度に達する
(対数増殖期)。そしてついは育成が止まり、いわゆる
定常状態となる(定常期)。更にすすむと全菌数の中に
占める生菌の数が減少する時期(死滅期)にはいる。初
発培地中の炭素源があるレベルまで消費された時点で、
培地を連続あるいは間欠的にフィードする(フィード培
養期)。この時、工程管理に必要とされる事項は培地調
整のほか、温度、炭素源添加速度、pH、通気などが挙
げられる(微生物工学の応用 七字三郎、共立出版株式
会社)。従来の培養装置は、図4に示すように各制御装
置は各測定値をもとに個別に制御を行っていた。
法について述べる。培養方法の概要は、以下のとおりで
ある。シードとなる菌を初発培地に添加すると、菌の育
成速度が徐々に増加し、やがて最大育成速度に達する
(対数増殖期)。そしてついは育成が止まり、いわゆる
定常状態となる(定常期)。更にすすむと全菌数の中に
占める生菌の数が減少する時期(死滅期)にはいる。初
発培地中の炭素源があるレベルまで消費された時点で、
培地を連続あるいは間欠的にフィードする(フィード培
養期)。この時、工程管理に必要とされる事項は培地調
整のほか、温度、炭素源添加速度、pH、通気などが挙
げられる(微生物工学の応用 七字三郎、共立出版株式
会社)。従来の培養装置は、図4に示すように各制御装
置は各測定値をもとに個別に制御を行っていた。
【0009】本発明で使用する培養装置では図1に示し
たように、発酵液はオンラインサンプリング装置を介し
て近赤外分析計でオンラインで分析される。培養装置は
炭素源添加速度を制御できる装置を備え、酸素供給のた
めに通気流量を制御できる装置および圧力を制御する装
置を備え培養液のpHを検出する電極を含むpH制御装
置を備え、培養液の温度を検出する温度計を含む温度制
御装置を備える。各制御装置は、パーソナルコンピュー
ターからの指示に従い制御を行う。パーソナルコンピュ
ーターは、近赤外分析計の分析値をもとに各制御装置の
動作を決定する。
たように、発酵液はオンラインサンプリング装置を介し
て近赤外分析計でオンラインで分析される。培養装置は
炭素源添加速度を制御できる装置を備え、酸素供給のた
めに通気流量を制御できる装置および圧力を制御する装
置を備え培養液のpHを検出する電極を含むpH制御装
置を備え、培養液の温度を検出する温度計を含む温度制
御装置を備える。各制御装置は、パーソナルコンピュー
ターからの指示に従い制御を行う。パーソナルコンピュ
ーターは、近赤外分析計の分析値をもとに各制御装置の
動作を決定する。
【0010】図1の構成をもった装置で培養が開始され
ると、パーソナルコンピューターに予め設定された時間
が経過した後に、一定時間毎に発酵槽からのサンプリン
グが行われ近赤外分析計による成分分析が行われる。こ
こでサンプリングの周期となる一定時間とは、微生物の
代謝活性状態または育成の状況が大きく変化することが
無い任意の時間である。
ると、パーソナルコンピューターに予め設定された時間
が経過した後に、一定時間毎に発酵槽からのサンプリン
グが行われ近赤外分析計による成分分析が行われる。こ
こでサンプリングの周期となる一定時間とは、微生物の
代謝活性状態または育成の状況が大きく変化することが
無い任意の時間である。
【0011】フィード培養期における初回のフィード添
加は、フィード培養に先行するメイン培養における培養
液中の炭素源濃度が予め設定された炭素源濃度の制御目
標値を初めて下回ったことが近赤外分析計の分析により
検出されたときに開始される。この時のフィード設定値
は、フィード開始時における発酵槽内の微生物の炭素源
消費速度および培養液中の炭素源濃度を基にパーソナル
コンピューターで自動的に算出される。
加は、フィード培養に先行するメイン培養における培養
液中の炭素源濃度が予め設定された炭素源濃度の制御目
標値を初めて下回ったことが近赤外分析計の分析により
検出されたときに開始される。この時のフィード設定値
は、フィード開始時における発酵槽内の微生物の炭素源
消費速度および培養液中の炭素源濃度を基にパーソナル
コンピューターで自動的に算出される。
【0012】フィード設定値の算出アルゴリズムは、前
回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分析
結果および前回サンプリング以降に添加したフィード液
量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に残
糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係か
らフィード液の添加速度を算出する。比較の方法の例は
以下の通りである。
回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分析
結果および前回サンプリング以降に添加したフィード液
量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に残
糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係か
らフィード液の添加速度を算出する。比較の方法の例は
以下の通りである。
【0013】 1)(分析結果)>(SV)+0.2(g/dl) ならば (添加速度)=0.8×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 2)(SV)+0.2(g/dl)≧(分析結果)>
(SV)+0.1(g/dl) ならば (添加速度)=0.9×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 3)(分析結果)=(SV) ならば (添加速度)=(発酵槽内の炭素源消費速度) 4)(SV)−0.1(g/dl)>(分析結果)≧
(SV)−0.2(g/dl) ならば (添加速度)=1.1×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 5)(SV)−0.2(g/dl)>(分析結果) ならば (添加速度)=1.2×(発酵槽内の炭素源消
費速度)
費速度) 2)(SV)+0.2(g/dl)≧(分析結果)>
(SV)+0.1(g/dl) ならば (添加速度)=0.9×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 3)(分析結果)=(SV) ならば (添加速度)=(発酵槽内の炭素源消費速度) 4)(SV)−0.1(g/dl)>(分析結果)≧
(SV)−0.2(g/dl) ならば (添加速度)=1.1×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 5)(SV)−0.2(g/dl)>(分析結果) ならば (添加速度)=1.2×(発酵槽内の炭素源消
費速度)
【0014】ただし、目的生産物の生産速度が早く、か
つ微生物の育成が正常の培養で取り得る範囲内に含まれ
る場合には、微生物の代謝活性が高い場合であるため炭
素源の消費を早めるために炭素源濃度を高くして培養時
間を短縮し生産性を高める培養を行う。
つ微生物の育成が正常の培養で取り得る範囲内に含まれ
る場合には、微生物の代謝活性が高い場合であるため炭
素源の消費を早めるために炭素源濃度を高くして培養時
間を短縮し生産性を高める培養を行う。
【0015】培養液の温度は、微生物の育成の状況を推
定することにより決定される。微生物の育成状況は、培
養液中の微生物濃度につき、高い収率を得た培養で取り
得る範囲を予め求めておき、分析結果と比較する事によ
って行われる。微生物の育成が進み、微生物濃度がある
レベルに到達した時点で自動的に第1回目の変更を行っ
た。温度の変更幅は、微生物の育成が早いか遅いかの判
断から決定される。更に微生物濃度が予め設定されたレ
ベルに到達した時点で自動的に第2回目の変更を行う。
第1回目と同様に温度の変更幅は、微生物の育成が早い
か遅いかの判断から決定される。この操作を繰り返し、
予め微生物濃度の範囲に対する温度の制御目標値を決定
しておくことにより培養の全時間帯を通して自動的に温
度を制御することが可能である。
定することにより決定される。微生物の育成状況は、培
養液中の微生物濃度につき、高い収率を得た培養で取り
得る範囲を予め求めておき、分析結果と比較する事によ
って行われる。微生物の育成が進み、微生物濃度がある
レベルに到達した時点で自動的に第1回目の変更を行っ
た。温度の変更幅は、微生物の育成が早いか遅いかの判
断から決定される。更に微生物濃度が予め設定されたレ
ベルに到達した時点で自動的に第2回目の変更を行う。
第1回目と同様に温度の変更幅は、微生物の育成が早い
か遅いかの判断から決定される。この操作を繰り返し、
予め微生物濃度の範囲に対する温度の制御目標値を決定
しておくことにより培養の全時間帯を通して自動的に温
度を制御することが可能である。
【0016】副原料として窒素源が必要な培養において
は、本発明では近赤外分析計によりアンモニウムイオン
を直接測定することが可能なため、副原料のフィード流
量の制御目標値を自動的に算出できる。発酵液のpH、
発酵槽内の通気流量および圧力の制御の目標値は、通常
は一定値に保たれている。
は、本発明では近赤外分析計によりアンモニウムイオン
を直接測定することが可能なため、副原料のフィード流
量の制御目標値を自動的に算出できる。発酵液のpH、
発酵槽内の通気流量および圧力の制御の目標値は、通常
は一定値に保たれている。
【0017】
【作用】本発明の方法及び装置によれば、培養液中の炭
素源濃度を直接測定し、炭素源フィード流量の制御目標
値を制御するため培養途中で微生物の代謝活性が大きく
変化した場合でも培養液中の炭素源濃度を自動的に一定
に制御することができる。
素源濃度を直接測定し、炭素源フィード流量の制御目標
値を制御するため培養途中で微生物の代謝活性が大きく
変化した場合でも培養液中の炭素源濃度を自動的に一定
に制御することができる。
【0018】又、培養液中の微生物濃度および目的生産
物の生産速度を直接測定することが可能なため、原料の
ロット差または不純物の混入がある場合でも発酵槽内の
菌体の育成状況を正確に把握することが可能となる。さ
らに、培養液の温度を自動的に変更する事により全培養
時間帯において微生物の育成状況を好適な状態に保つ事
が可能となる。加えて、発酵槽内の微生物の育成状況の
正確な把握の結果、好適な培養条件を保てるようにな
る。これらは、全て発酵成績の向上につながる。また、
アンモニウムイオンを直接測定可能なため、副原料のフ
ィード流量の制御目標値を自動的に算出することもでき
る。
物の生産速度を直接測定することが可能なため、原料の
ロット差または不純物の混入がある場合でも発酵槽内の
菌体の育成状況を正確に把握することが可能となる。さ
らに、培養液の温度を自動的に変更する事により全培養
時間帯において微生物の育成状況を好適な状態に保つ事
が可能となる。加えて、発酵槽内の微生物の育成状況の
正確な把握の結果、好適な培養条件を保てるようにな
る。これらは、全て発酵成績の向上につながる。また、
アンモニウムイオンを直接測定可能なため、副原料のフ
ィード流量の制御目標値を自動的に算出することもでき
る。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。近赤外分析計としては、BRAN+LUBBE社製
の Infra Alyzer 600を使用した。炭素源濃度、グル
タミン酸濃度、微生物濃度およびアンモニウムイオン濃
度の各検量線は以下のものを使用した。検量線中の記号
のF〔nnnn〕は、波長nnnn(nm)の波長に対
する吸光度である。
る。近赤外分析計としては、BRAN+LUBBE社製
の Infra Alyzer 600を使用した。炭素源濃度、グル
タミン酸濃度、微生物濃度およびアンモニウムイオン濃
度の各検量線は以下のものを使用した。検量線中の記号
のF〔nnnn〕は、波長nnnn(nm)の波長に対
する吸光度である。
【0020】(炭素源濃度)=32.36+0.900
×(295.2×F〔2270〕−1019.0×F
〔2180〕−163.7×F〔1982〕+848.
3×F〔2100〕) (グルタミン酸濃度)=−4.064+1.079×
(−383.2×F〔2190〕+1233.0×F
〔2139〕+122.9×F〔1982〕−998.
5×F〔2100〕)
×(295.2×F〔2270〕−1019.0×F
〔2180〕−163.7×F〔1982〕+848.
3×F〔2100〕) (グルタミン酸濃度)=−4.064+1.079×
(−383.2×F〔2190〕+1233.0×F
〔2139〕+122.9×F〔1982〕−998.
5×F〔2100〕)
【0021】(微生物濃度)=−1.570+0.32
1×(−100.1×F〔2348〕+71.18×F
〔2208〕+53.83×F〔1445〕) (アンモニウムイオン濃度)=−2.817+0.85
6×(−846.5×F〔1818〕+878.6×F
〔1778〕−15.8×F〔2100〕)
1×(−100.1×F〔2348〕+71.18×F
〔2208〕+53.83×F〔1445〕) (アンモニウムイオン濃度)=−2.817+0.85
6×(−846.5×F〔1818〕+878.6×F
〔1778〕−15.8×F〔2100〕)
【0022】 実施例−1(L−グルタミン酸の発酵生産) 表1に示した培地にブレビバクテリウム・ラクトフェル
メンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC
13969を接種して31.5℃で17時間のプレ培養
を行った。
メンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC
13969を接種して31.5℃で17時間のプレ培養
を行った。
【0023】
【表1】 培 地 組 成 ──────────────────────────────── 成 分 濃 度 ──────────────────────────────── グルコース 3.0g/dl KH2 PO4 0.1g/dl MgSO4 ・7H2 O 0.04g/dl FeSO4 ・4H2 O 0.001g/dl MeatExtract 1.0g/dl Urea 1.4g/dl MnSO4 ・7H2 O 0.001mg/dl 大豆蛋白水解液 0.098mg/dl (T−N.4g/dl) ビタミンB1−HCl 200γ/リットル Biotin 300γ/リットル Af(AZ−20R) 0.0005mg/dl ────────────────────────────────
【0024】上記のプレ培養に引き続き、容量5Klの
主発酵缶にて培養を行った。培地は表2に示した。その
他の培養条件を表3に示した。
主発酵缶にて培養を行った。培地は表2に示した。その
他の培養条件を表3に示した。
【0025】
【表2】 培 地 組 成 ──────────────────────────────── 成 分 濃 度 ──────────────────────────────── 炭素源(シュークロース換算) 8.0g/dl KH2 PO4 0.2g/dl MgSO4 ・7H2 O 0.1g/dl FeSO4 ・4H2 O 2.0g/dl サイアミン・塩酸縁 200μg/l 大豆蛋白水解液 2.5ml (T−N.4g/dl) ──────────────────────────────── 注)炭素源としてはケインモラセス:澱粉糖化液(1:
1)を使用
1)を使用
【0026】
【表3】 培 養 条 件 ──────────────────────────────── 張り込み液量 1.5Kl 培養温度 31.5℃ 攪拌回転数 145rpm pH 7.8 培養時間 37時間 ────────────────────────────────
【0027】主培養開始と同時に発酵槽からオンライン
サンプリング装置を介して培養液を近赤外分析計に送液
し分析する。サンプリング周期は10分間隔とした。パ
ーソナルコンピューターでは、発酵槽内の菌体の育成状
況、炭素源濃度を把握して、発酵槽に対する原料フィー
ド速度および温度の各設定値を算出する。算出された各
設定値は、パーソナルコンピューターに組み込まれた信
号変換器を介して、発酵槽の各培養条件の制御装置に送
られる。
サンプリング装置を介して培養液を近赤外分析計に送液
し分析する。サンプリング周期は10分間隔とした。パ
ーソナルコンピューターでは、発酵槽内の菌体の育成状
況、炭素源濃度を把握して、発酵槽に対する原料フィー
ド速度および温度の各設定値を算出する。算出された各
設定値は、パーソナルコンピューターに組み込まれた信
号変換器を介して、発酵槽の各培養条件の制御装置に送
られる。
【0028】炭素源濃度の制御方法は、初発培地に含ま
れる炭素源濃度が低下して2g/dlを下回った時点か
らフィード液として炭素源を添加する。フィード液の添
加速度を制御することにより残糖濃度を一定に保つよう
に予めパーソナルコンピューターにプログラムが用意さ
れている。
れる炭素源濃度が低下して2g/dlを下回った時点か
らフィード液として炭素源を添加する。フィード液の添
加速度を制御することにより残糖濃度を一定に保つよう
に予めパーソナルコンピューターにプログラムが用意さ
れている。
【0029】培養開始後に炭素源濃度は低下し始める。
約10時間後には、近赤外分析計の分析結果で残糖濃度
が2g/dlを下回った。フィード液の添加速度は、パ
ーソナルコンピューターで計算される。計算方法は、前
回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分析
結果および前回サンプリング以降に添加したフィード液
量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に残
糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係か
らフィード液の添加速度を算出する。比較の方法は以下
の通りである。
約10時間後には、近赤外分析計の分析結果で残糖濃度
が2g/dlを下回った。フィード液の添加速度は、パ
ーソナルコンピューターで計算される。計算方法は、前
回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分析
結果および前回サンプリング以降に添加したフィード液
量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に残
糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係か
らフィード液の添加速度を算出する。比較の方法は以下
の通りである。
【0030】 1)(分析結果)>(SV)+0.1(g/dl) ならば (添加速度)=0.8×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 2)(SV)+0.1(g/dl)≧(分析結果)>
(SV)+0.05(g/dl) ならば (添加速度)=0.9×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 3)(SV)+0.05(g/dl)≧(分析結果)>
(SV) ならば (添加速度)=0.95×(発酵槽内の炭素源
消費速度) 4)(分析結果)=(SV) ならば (添加速度)=(発酵槽内の炭素源消費速度) 5)(SV)>(分析結果)≧(SV)−0.05(g
/dl) ならば (添加速度)=1.05×(発酵槽内の炭素源
消費速度) 6)(SV)−0.05(g/dl)>(分析結果)≧
(SV)−1.0(g/dl) ならば (添加速度)=1.1×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 7)(SV)−0.1(g/dl)>(分析結果) ならば (添加速度)=1.2×(発酵槽内の炭素源消
費速度)
費速度) 2)(SV)+0.1(g/dl)≧(分析結果)>
(SV)+0.05(g/dl) ならば (添加速度)=0.9×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 3)(SV)+0.05(g/dl)≧(分析結果)>
(SV) ならば (添加速度)=0.95×(発酵槽内の炭素源
消費速度) 4)(分析結果)=(SV) ならば (添加速度)=(発酵槽内の炭素源消費速度) 5)(SV)>(分析結果)≧(SV)−0.05(g
/dl) ならば (添加速度)=1.05×(発酵槽内の炭素源
消費速度) 6)(SV)−0.05(g/dl)>(分析結果)≧
(SV)−1.0(g/dl) ならば (添加速度)=1.1×(発酵槽内の炭素源消
費速度) 7)(SV)−0.1(g/dl)>(分析結果) ならば (添加速度)=1.2×(発酵槽内の炭素源消
費速度)
【0031】具体的計算例を示す。現時点でのSV=2
(g/dl)、分析結果が1.92(g/dl)、炭素
源消費速度は20(kg/h)とする。上記6)の条件
に当てはまり、フィード添加速度は22(kg/h)と
なる。以降は、サンプリング周期毎にフィード添加速度
の設定値を算出することを繰り返す。上記の条件で残糖
濃度制御を行った結果、制御開始以降は残糖濃度は安定
して2±0.2g/dlに保つことができた。
(g/dl)、分析結果が1.92(g/dl)、炭素
源消費速度は20(kg/h)とする。上記6)の条件
に当てはまり、フィード添加速度は22(kg/h)と
なる。以降は、サンプリング周期毎にフィード添加速度
の設定値を算出することを繰り返す。上記の条件で残糖
濃度制御を行った結果、制御開始以降は残糖濃度は安定
して2±0.2g/dlに保つことができた。
【0032】培養液の温度制御設定値は、以下のように
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。微生
物の育成が進み、微生物濃度が5.6g/リットルに到
達した時点で自動的に第1回目の変更を行った。温度の
変更幅は、微生物の育成が通常の範囲内にあるため3
5.0℃とした。更に微生物濃度が8.0g/リットル
に到達した時点で自動的に第2回目の変更を行った。微
生物の育成が通常の範囲内であったため39.0℃とし
た。
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。微生
物の育成が進み、微生物濃度が5.6g/リットルに到
達した時点で自動的に第1回目の変更を行った。温度の
変更幅は、微生物の育成が通常の範囲内にあるため3
5.0℃とした。更に微生物濃度が8.0g/リットル
に到達した時点で自動的に第2回目の変更を行った。微
生物の育成が通常の範囲内であったため39.0℃とし
た。
【0033】培養開始後、微生物濃度が5.6g/dl
に到達した時点で微生物の増殖を阻害してグルタミン酸
を産出させる目的でポリオキシエチレンソルビタンモノ
パルミテートを0.18g/dl相当量を自動的に添加
した。
に到達した時点で微生物の増殖を阻害してグルタミン酸
を産出させる目的でポリオキシエチレンソルビタンモノ
パルミテートを0.18g/dl相当量を自動的に添加
した。
【0034】上記の残糖制御および温度制御を行うこと
によって培養開始から終了まで、培養条件の制御を自動
で行うことができた。また、グルタミン酸の蓄積として
は12.5g/dl、収率は56.5%であった。
によって培養開始から終了まで、培養条件の制御を自動
で行うことができた。また、グルタミン酸の蓄積として
は12.5g/dl、収率は56.5%であった。
【0035】 実施例−2(L−グルタミン酸の発酵生産) 表1に示した培地にブレビバクテリウム・ラクトフェル
メンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC
13969を接種して31.5℃で17時間のプレ培養
を行った。上記のプレ培養に引き続き、容量5Klの主
発酵缶にて培養を行った。培地は実施例−1と同様に表
2に示した。その他の培養条件も実施例−1と同様に表
3に示したものを使用した。装置およびサンプリング周
期も実施例−1と同様の条件のもとで培養を行った。
メンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC
13969を接種して31.5℃で17時間のプレ培養
を行った。上記のプレ培養に引き続き、容量5Klの主
発酵缶にて培養を行った。培地は実施例−1と同様に表
2に示した。その他の培養条件も実施例−1と同様に表
3に示したものを使用した。装置およびサンプリング周
期も実施例−1と同様の条件のもとで培養を行った。
【0036】炭素源濃度の制御方法は、初発培地に含ま
れる炭素源濃度が低下して2g/dlを下回った時点か
らフィード液として炭素源を添加する。フィード液の添
加速度を制御することにより残糖濃度を一定に保つよう
に予めパーソナルコンピューターにプログラムが用意さ
れていた。培養開始後に炭素源濃度は低下し始めた。約
8時間10分後には、近赤外分析計の分析結果で残糖濃
度が2g/dlを下回った。フィード液の添加速度は、
パーソナルコンピューターで計算される。計算方法は、
前回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分
析結果および前回サンプリング以降に添加したフィード
液量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に
残糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係
からフィード液の添加速度を算出する。比較の方法は実
施例−1と同様ある。
れる炭素源濃度が低下して2g/dlを下回った時点か
らフィード液として炭素源を添加する。フィード液の添
加速度を制御することにより残糖濃度を一定に保つよう
に予めパーソナルコンピューターにプログラムが用意さ
れていた。培養開始後に炭素源濃度は低下し始めた。約
8時間10分後には、近赤外分析計の分析結果で残糖濃
度が2g/dlを下回った。フィード液の添加速度は、
パーソナルコンピューターで計算される。計算方法は、
前回サンプリング時の炭素源濃度の分析結果と現在の分
析結果および前回サンプリング以降に添加したフィード
液量から発酵槽内での炭素源消費速度を算出する。更に
残糖濃度の制御設定値(以下、SVとする)の大小関係
からフィード液の添加速度を算出する。比較の方法は実
施例−1と同様ある。
【0037】ただし、残糖開始後約13時間で目的生産
物の生産速度が通常より早く、かつ微生物の育成が正常
の培養で取り得る範囲内に含まれることから微生物の代
謝活性が高いと判断された。そこで、炭素源の消費を早
めるために炭素源濃度の設定を2g/dlから3g/d
lに高くして培養時間を短縮し生産性を高める培養を開
始した。上記の条件で残糖濃度制御を行った結果、炭素
源濃度は設定値±0.2g/dlに保つことができた。
物の生産速度が通常より早く、かつ微生物の育成が正常
の培養で取り得る範囲内に含まれることから微生物の代
謝活性が高いと判断された。そこで、炭素源の消費を早
めるために炭素源濃度の設定を2g/dlから3g/d
lに高くして培養時間を短縮し生産性を高める培養を開
始した。上記の条件で残糖濃度制御を行った結果、炭素
源濃度は設定値±0.2g/dlに保つことができた。
【0038】培養液の温度制御設定値は、以下のように
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。微生
物の育成が進み、培養開始後約8時間で微生物濃度が
5.6g/リットルに到達し自動的に第1回目の変更を
行った。温度の変更幅は、微生物の育成が通常の範囲よ
りやや早いため微生物の育成を抑える目的で36.0℃
とした。更に微生物濃度が8.0g/リットルに到達し
た時点で自動的に第2回目の変更を行った。微生物の育
成が通常の範囲内であったため39.0℃とした。
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。微生
物の育成が進み、培養開始後約8時間で微生物濃度が
5.6g/リットルに到達し自動的に第1回目の変更を
行った。温度の変更幅は、微生物の育成が通常の範囲よ
りやや早いため微生物の育成を抑える目的で36.0℃
とした。更に微生物濃度が8.0g/リットルに到達し
た時点で自動的に第2回目の変更を行った。微生物の育
成が通常の範囲内であったため39.0℃とした。
【0039】培養開始後、微生物濃度が5.6g/dl
に到達した時点で微生物の増殖を阻害してグルタミン酸
を産出させる目的でポリオキシエチレンソルビタンモノ
パルミテートを0.18g/dl相当量を自動的に添加
した。上記の残糖制御および温度制御を行うことによっ
て培養開始から終了まで、培養条件の制御を自動で行う
ことができた。30時間の培養の結果、グルタミン酸の
蓄積としては12.3g/dl、収率は55.5%であ
った。
に到達した時点で微生物の増殖を阻害してグルタミン酸
を産出させる目的でポリオキシエチレンソルビタンモノ
パルミテートを0.18g/dl相当量を自動的に添加
した。上記の残糖制御および温度制御を行うことによっ
て培養開始から終了まで、培養条件の制御を自動で行う
ことができた。30時間の培養の結果、グルタミン酸の
蓄積としては12.3g/dl、収率は55.5%であ
った。
【0040】以下、比較例(従来法)を説明する。 比較例(L−グルタミン酸の発酵生産) 培地、菌ともに実施例と全く同じ条件で行った。培養条
件の制御は、サンプリングを手分析することにより人の
判断によりフィード添加速度、pHおよび温度の制御設
定値を決定および設定を行う。サンプリングおよび分析
の周期は1時間とした。
件の制御は、サンプリングを手分析することにより人の
判断によりフィード添加速度、pHおよび温度の制御設
定値を決定および設定を行う。サンプリングおよび分析
の周期は1時間とした。
【0041】残糖濃度はサンプルをレーマンシュール法
により得られた分析結果とする。残糖濃度の制御方法
は、初発培地に含まれる炭素源濃度が低下して2g/d
lを下回った時点からフィード液として炭素源を添加す
る。フィード液の添加速度は、人の判断により決定され
る。残糖濃度制御の結果としては、制御開始以降おもに
2±1.0g/dlの範囲で制御された。培養中のpH
制御は、培養開始時から7.8で一定に保つ。
により得られた分析結果とする。残糖濃度の制御方法
は、初発培地に含まれる炭素源濃度が低下して2g/d
lを下回った時点からフィード液として炭素源を添加す
る。フィード液の添加速度は、人の判断により決定され
る。残糖濃度制御の結果としては、制御開始以降おもに
2±1.0g/dlの範囲で制御された。培養中のpH
制御は、培養開始時から7.8で一定に保つ。
【0042】培養液の温度制御設定値は、以下のように
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。サン
プルを採取した際に26倍に希釈して濁度を測定した。
濁度が0.45となった時点で第1回目の変更として3
5℃に変更する。更に2時間後に第2回目の変更として
39℃に変更した。
行った。培養開始時には31.5℃で一定に保つ。サン
プルを採取した際に26倍に希釈して濁度を測定した。
濁度が0.45となった時点で第1回目の変更として3
5℃に変更する。更に2時間後に第2回目の変更として
39℃に変更した。
【0043】培養開始後、サンプルを26倍に希釈した
液の濁度が0.45に達した時点で微生物の増殖を阻害
してグルタミン酸を産出させる目的でポリオキシエチレ
ンソルビタンモノパルミテートを0.18g/dl相当
量を添加した。上記の培養を行うことによってグルタミ
ン酸の蓄積としては11.4g/dl、収率は51.5
%であった。これは、実施例より収率が5%低い。
液の濁度が0.45に達した時点で微生物の増殖を阻害
してグルタミン酸を産出させる目的でポリオキシエチレ
ンソルビタンモノパルミテートを0.18g/dl相当
量を添加した。上記の培養を行うことによってグルタミ
ン酸の蓄積としては11.4g/dl、収率は51.5
%であった。これは、実施例より収率が5%低い。
【0044】また、L−リジン、L−バリン、L−グル
タミン等のアミノ酸発酵液又はイノシン、イノシン酸、
グアノシン、グアニル酸等の核酸発酵液においても同様
に収率向上効果が確認された。
タミン等のアミノ酸発酵液又はイノシン、イノシン酸、
グアノシン、グアニル酸等の核酸発酵液においても同様
に収率向上効果が確認された。
【0045】
【発明の効果】本発明により発酵槽内部の微生物の育成
状況を正確に把握することが可能となった。また、残糖
濃度および温度の自動制御が可能となり発酵収率を約5
%高めることができた。
状況を正確に把握することが可能となった。また、残糖
濃度および温度の自動制御が可能となり発酵収率を約5
%高めることができた。
【図1】実施例−1および実施例−2に使用した装置を
示す。
示す。
【図2】実施例−1における発酵槽内の各状態の分析結
果を示す。
果を示す。
【図3】実施例−2における発酵槽内の各状態の分析結
果を示す。
果を示す。
【図4】比較例に使用した装置を示す。
【図5】比較例における発酵槽内の各状態の分析結果を
示す。
示す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年2月17日
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡安 祥夫 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1−1 味の 素株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 高橋 宏安 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1−1 味の 素株式会社川崎工場内 (72)発明者 清水 栄厚 神奈川県川崎市川崎区鈴木町1−1 味の 素株式会社生産技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項1】 発酵槽内の培養液中の微生物濃度、炭素
源濃度、アンモニウムイオン濃度及び目的生成物濃度を
単一測定手段により直接かつ同時に測定することによっ
て発酵槽内の微生物の育成状況を把握し、その測定値を
もとに培養液の温度、炭素源濃度及びアンモニウムイオ
ン濃度を自動的に制御することを特徴とする微生物好気
培養方法。 - 【請求項2】 単一測定手段が近赤外分析計であること
を特徴とする請求項1記載の微生物好気培養方法。 - 【請求項3】 培養液がアミノ酸発酵液であることを特
徴とする請求項1又は2記載の微生物好気培養方法。 - 【請求項4】 培養液が核酸発酵液であることを特徴と
する請求項1又は2記載の微生物好気培養方法。 - 【請求項5】 発酵槽、発酵槽にそれぞれ接続されてい
る主原料添加流量制御装置、副原料添加流量制御装置、
温度制御装置及びサンプリング装置を備え、さらに、サ
ンプリング装置に接続された近赤外分析計及び近赤外分
析計に接続され、該分析計の測定値をもとに各制御装置
を制御して発酵槽内を微生物の育成に好適な状況に常時
維持するためのパーソナルコンピューターを備えた微生
物好気培養装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34924493A JPH07184634A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 微生物好気培養における培養方法及び装置 |
PE25608794A PE2696A1 (es) | 1993-12-28 | 1994-11-30 | Metodo de cultivo y aparato utilizado en el cultivo aerobico de microorganismos |
EP94120312A EP0661380A3 (en) | 1993-12-28 | 1994-12-21 | Method and apparatus for aerobic culture of microorganisms. |
HU9403798A HUT72843A (en) | 1993-12-28 | 1994-12-27 | Method and apparatus cultivation in aerobic culture of microorganism |
BR9405292A BR9405292A (pt) | 1993-12-28 | 1994-12-28 | Processo e aparelho para cultivar um microorganismo aerobicamento |
CN 94113462 CN1110316A (zh) | 1993-12-28 | 1994-12-28 | 好氧微生物培养物的培养方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34924493A JPH07184634A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 微生物好気培養における培養方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07184634A true JPH07184634A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18402458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34924493A Pending JPH07184634A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 微生物好気培養における培養方法及び装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0661380A3 (ja) |
JP (1) | JPH07184634A (ja) |
CN (1) | CN1110316A (ja) |
BR (1) | BR9405292A (ja) |
HU (1) | HUT72843A (ja) |
PE (1) | PE2696A1 (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999054438A1 (fr) * | 1998-04-16 | 1999-10-28 | Ajinomoto Co., Inc. | Culture microbienne avec activite de la glutaminase amelioree et son utilisation |
WO2001064848A1 (fr) * | 2000-03-02 | 2001-09-07 | Takagi Industrial Co., Ltd. | Procede et dispositif de culture cellulaire ou tissulaire |
JP2003235544A (ja) * | 2002-02-20 | 2003-08-26 | Hitachi Ltd | 生体細胞の培養制御方法及び培養装置の制御装置並びに培養装置 |
JP2003289851A (ja) * | 2003-05-12 | 2003-10-14 | Takagi Ind Co Ltd | 細胞又は組織の培養装置 |
WO2006070752A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | National University Corporation Nagoya University | 制御プログラム及び培養装置 |
JP2010183863A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Npo Hiroshima Junkangata Shakai Suishin Kiko | 食品廃棄物からのエタノール製造方法及びその装置 |
WO2011000129A1 (zh) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 西门子公司 | 发酵过程中的参数测量结果校准方法和装置 |
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