JPH0965873A - 酵母の培養方法 - Google Patents
酵母の培養方法Info
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- JPH0965873A JPH0965873A JP24524595A JP24524595A JPH0965873A JP H0965873 A JPH0965873 A JP H0965873A JP 24524595 A JP24524595 A JP 24524595A JP 24524595 A JP24524595 A JP 24524595A JP H0965873 A JPH0965873 A JP H0965873A
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Abstract
(57)【要約】
【発明の名称】 酵母の培養方法
【目的】酵母を高効率で培養し、且つ目標数値の菌体性
能を有する酵母の培養方法の提供。 【効果】エタノール生成による原料のロスを抑制しつ
つ、定量的な数値として設定された「品質」の目標値を
高精度で実現できる。「品質」に関する数学的モデルが
作成できれば、あとは試行錯誤の過程は全くなく、日常
の操業、新プラント建設時の条件検討等が効率化する。
能を有する酵母の培養方法の提供。 【効果】エタノール生成による原料のロスを抑制しつ
つ、定量的な数値として設定された「品質」の目標値を
高精度で実現できる。「品質」に関する数学的モデルが
作成できれば、あとは試行錯誤の過程は全くなく、日常
の操業、新プラント建設時の条件検討等が効率化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は酵母の流加培養に関す
る。酵母を高効率で培養し、且つ目標数値の菌体性能を
有する酵母の培養方法の提供に関するものである。
る。酵母を高効率で培養し、且つ目標数値の菌体性能を
有する酵母の培養方法の提供に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年微生物を利用した工業プロセスは、
目ざましい発展を遂げ、各種抗生物質、アミノ酸、核酸
関連物質の生産や、遺伝子操作技術を用いた微生物の利
用が脚光を浴びてきている。これら微生物を利用したプ
ロセスの運転操作は、単純に微生物菌体を製品として作
り出す場合でも、単純に菌体量を最大にするだけでな
く、菌令や菌体の状態がある希望する状態になるよう要
求されている。
目ざましい発展を遂げ、各種抗生物質、アミノ酸、核酸
関連物質の生産や、遺伝子操作技術を用いた微生物の利
用が脚光を浴びてきている。これら微生物を利用したプ
ロセスの運転操作は、単純に微生物菌体を製品として作
り出す場合でも、単純に菌体量を最大にするだけでな
く、菌令や菌体の状態がある希望する状態になるよう要
求されている。
【０００３】パン酵母の発酵力と貯蔵性が共に出芽率と
逆相関するとして、培養終了時の出芽率が最低となるよ
う糖流加パターンを理論的に求めた。この糖流加パター
ンは、コスト要因である培養終了時の残存糖・エタノー
ル・最終酵母濃度も評価に含めて算出した（Ｊ．Ｂｉｏ
ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，３２，２６１，１９９４）、モデ
ル式中に測定困難な変数が存在する場合でも最適化が可
能な方法を開発し糖使用量に対する菌体生産量を最大に
した（醗酵工学，６２，１３５，１９８４）、培養液中
の溶存酸素濃度をコントロールし、培養後半で酸素源、
炭素源、窒素源、及びリン酸源のうちいずれか１つ以上
を最大摂取速度以下で添加することで、パン酵母を効率
よく増殖させ菌体収率を向上させた（特開平６−１１３
８２２）、微生物の細胞令の分布状態に対応してそれぞ
れに適した成長速度に制御し細胞令を揃えつつ増殖させ
た（特公昭６４−８９９８）等がある。
逆相関するとして、培養終了時の出芽率が最低となるよ
う糖流加パターンを理論的に求めた。この糖流加パター
ンは、コスト要因である培養終了時の残存糖・エタノー
ル・最終酵母濃度も評価に含めて算出した（Ｊ．Ｂｉｏ
ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，３２，２６１，１９９４）、モデ
ル式中に測定困難な変数が存在する場合でも最適化が可
能な方法を開発し糖使用量に対する菌体生産量を最大に
した（醗酵工学，６２，１３５，１９８４）、培養液中
の溶存酸素濃度をコントロールし、培養後半で酸素源、
炭素源、窒素源、及びリン酸源のうちいずれか１つ以上
を最大摂取速度以下で添加することで、パン酵母を効率
よく増殖させ菌体収率を向上させた（特開平６−１１３
８２２）、微生物の細胞令の分布状態に対応してそれぞ
れに適した成長速度に制御し細胞令を揃えつつ増殖させ
た（特公昭６４−８９９８）等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】このように酵母の生
産において利益を向上する方法として提案されてきたの
は、ほとんどが、使用糖量に対する菌体生産量を最大と
することにより、原料及び操業時間に関わるコストを抑
制しようとするものである。また、酵母の品質制御技術
の例は、間接的で品質そのものでなく出芽率等と関連づ
けて用いられていた。
産において利益を向上する方法として提案されてきたの
は、ほとんどが、使用糖量に対する菌体生産量を最大と
することにより、原料及び操業時間に関わるコストを抑
制しようとするものである。また、酵母の品質制御技術
の例は、間接的で品質そのものでなく出芽率等と関連づ
けて用いられていた。
【０００５】酵母自体の性能について、発酵力、冷凍耐
性能等の品質向上・安定化に対する厳しい要求があるな
かで、品質制御は、経験値に基づいた多大な試行錯誤を
余儀なくされている。これに費やされる労力は酵母の開
発・生産過程で非常に大きなウェイトを占めており、理
論的に明確な指針のもとで、品質を含めて培養の最適化
を実現する技術の確立が強く要望されている。このよう
な技術は、具体的には、種々の制御に対する酵母の反応
を数学的にモデル化し、該モデルを使用して最適な制御
法を算出する、という内容となる。しかし、このような
試みはほとんど成されていない。これは酵母生産では、
一般的に以下の問題点があるからと思われる。
性能等の品質向上・安定化に対する厳しい要求があるな
かで、品質制御は、経験値に基づいた多大な試行錯誤を
余儀なくされている。これに費やされる労力は酵母の開
発・生産過程で非常に大きなウェイトを占めており、理
論的に明確な指針のもとで、品質を含めて培養の最適化
を実現する技術の確立が強く要望されている。このよう
な技術は、具体的には、種々の制御に対する酵母の反応
を数学的にモデル化し、該モデルを使用して最適な制御
法を算出する、という内容となる。しかし、このような
試みはほとんど成されていない。これは酵母生産では、
一般的に以下の問題点があるからと思われる。
【０００６】酵母の「品質」とは発酵力等菌体の生理
活性、すなわち多様な生化学反応が複雑に組み合わされ
た結果として観測される性質を指す。従って、単一の物
質（酵素、抗生物質等）の生産性の様に、問題を単純化
できない。
活性、すなわち多様な生化学反応が複雑に組み合わされ
た結果として観測される性質を指す。従って、単一の物
質（酵素、抗生物質等）の生産性の様に、問題を単純化
できない。
【０００７】商業生産における培養条件での酵母の増
殖過程は、非常に複雑である。つまり、菌体の分離・濾
過工程を効率化し、排水量を削減するために高菌体濃度
培養が行われるのが一般的だが、この場合、エタノール
の好気的生成・資化に加え、嫌気的生成という３つの現
象が、培養槽の酸素供給能力の限界に起因して存在す
る。これらの全てを考慮するのは容易ではない。
殖過程は、非常に複雑である。つまり、菌体の分離・濾
過工程を効率化し、排水量を削減するために高菌体濃度
培養が行われるのが一般的だが、この場合、エタノール
の好気的生成・資化に加え、嫌気的生成という３つの現
象が、培養槽の酸素供給能力の限界に起因して存在す
る。これらの全てを考慮するのは容易ではない。
【０００８】酵母の培養時間は１０〜２０数時間と比
較的短く、培養をオンラインで最適化するには計算時間
の高速のアルゴリズムが不可欠である。しかし、一般的
な最適化計算法では短時間での処理は困難である。
較的短く、培養をオンラインで最適化するには計算時間
の高速のアルゴリズムが不可欠である。しかし、一般的
な最適化計算法では短時間での処理は困難である。
【０００９】本発明の目的は、以上で明かにした酵母生
産特有の課題、既往技術の様々な問題点を克服し、現実
のプラントに適用し得る培養最適化技術を提供すること
である。
産特有の課題、既往技術の様々な問題点を克服し、現実
のプラントに適用し得る培養最適化技術を提供すること
である。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】発酵力、冷凍耐性、冷
蔵適性、保存耐久力、フレーバー生成能等品質につい
て、定量的な目標値が与えられた場合に、これら品質と
糖流加速度・温度・窒素源流加速度等の各種操作量との
関係を、直接的に表現する数学的モデルを利用して、目
標値を実現する培養方法。また、糖流加速度の計画にあ
たり、エタノール生成による原料糖のロスを防ぐため
に、糖流加速度計画値とエタノール制御時の理論最大糖
流加速度の差の積分値を利用し、最適化計算を遺伝的ア
ルゴリズムによって行う方法である。
蔵適性、保存耐久力、フレーバー生成能等品質につい
て、定量的な目標値が与えられた場合に、これら品質と
糖流加速度・温度・窒素源流加速度等の各種操作量との
関係を、直接的に表現する数学的モデルを利用して、目
標値を実現する培養方法。また、糖流加速度の計画にあ
たり、エタノール生成による原料糖のロスを防ぐため
に、糖流加速度計画値とエタノール制御時の理論最大糖
流加速度の差の積分値を利用し、最適化計算を遺伝的ア
ルゴリズムによって行う方法である。
【００１１】本発明は、操作変数と「品質」を直接関係
付ける数学的モデルを利用する。複雑な生化学反応の結
果として表現される酵母の「品質」を、あたかも単一の
変数として扱うことは、従来にない発想であるが、この
ような方法が可能なのは実験によって確認された。例え
ば、発酵力のダイナミクス、及び操作変数である菌体の
比増殖速度と発酵力の関係について、出芽率等の間接的
な変数を介さずに次のような関係式が求められた。
付ける数学的モデルを利用する。複雑な生化学反応の結
果として表現される酵母の「品質」を、あたかも単一の
変数として扱うことは、従来にない発想であるが、この
ような方法が可能なのは実験によって確認された。例え
ば、発酵力のダイナミクス、及び操作変数である菌体の
比増殖速度と発酵力の関係について、出芽率等の間接的
な変数を介さずに次のような関係式が求められた。
【００１２】
【数１】ｄＰ／ｄｔ＝（Ｐｍ−Ｐ）／τ Ｐｍ＝ａ／μ＋ｂ Ｐ ：発酵力 （ｍｌ／０．５ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ
／２ｈ） ｔ ：時間 （ｈ） Ｐｍ ：時間ｔのμにおける定常状態での発酵力（ｍｌ
／０．５ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ／２ｈ） τ ：時定数 （ｈ） μ ：比増殖速度 （ｈ-1） ａ，ｂ：定数
／２ｈ） ｔ ：時間 （ｈ） Ｐｍ ：時間ｔのμにおける定常状態での発酵力（ｍｌ
／０．５ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ／２ｈ） τ ：時定数 （ｈ） μ ：比増殖速度 （ｈ-1） ａ，ｂ：定数
【００１３】ダイナミクスモデルとは、微分方程式等で
記述される速度論的なモデルで、時間経過にしたがい刻
々と変化するような現象を表現するものである。一般の
条件最適化に用いられる多変量解析等の、定常状態での
モデルで時間変化に関係する項を含まないスタティック
モデルとは異なる。上式は、ダイナミクスモデルとスタ
ティックモデルから成り立っている。ダイナミクスモデ
ルに「品質」そのものを変数として用いる点に特徴を有
する。
記述される速度論的なモデルで、時間経過にしたがい刻
々と変化するような現象を表現するものである。一般の
条件最適化に用いられる多変量解析等の、定常状態での
モデルで時間変化に関係する項を含まないスタティック
モデルとは異なる。上式は、ダイナミクスモデルとスタ
ティックモデルから成り立っている。ダイナミクスモデ
ルに「品質」そのものを変数として用いる点に特徴を有
する。
【００１４】ついで、エタノール生成の簡便な評価（ペ
ナルティ変数）として、エタノールが培養開始から終了
まで生成しないような糖流加速度軌道を選択する方法を
考える。時刻ｔにおけるエタノール生成のない最大の糖
流加速度とは、ｔにおける状態（菌体濃度及び溶存酸素
濃度）の培養系に対して、エタノール定値制御培養を行
う際の糖流加速度に相当する。
ナルティ変数）として、エタノールが培養開始から終了
まで生成しないような糖流加速度軌道を選択する方法を
考える。時刻ｔにおけるエタノール生成のない最大の糖
流加速度とは、ｔにおける状態（菌体濃度及び溶存酸素
濃度）の培養系に対して、エタノール定値制御培養を行
う際の糖流加速度に相当する。
【００１５】
【数２】 μ＝μ* （ＣO≧０） ＝（ＹS/OｋLａ・ＣO *／Ｘ−ｍS）・ＹX/S （ＣO≒０） ＱS＝μ／ＹX/S＋ｍS Ｆｅｃｏｎｔ＝ＱS・Ｘ・Ｖ／Ｓf ｄｐ／ｄｔ＝Ｆｐｒｅ−Ｆｅｃｏｎｔ （Ｆｐｒｅ＞Ｆｅｃｏｎｔ ） ＝０ （Ｆｐｒｅ≦Ｆｅｃｏｎ ｔ） μ ：エタノールを生成しない最大の比増殖速度 （ｈ-1） μ* ：比増殖速度 （ｈ-1） ＣO ：溶存酸素濃度 （ｇ Ｏ2／Ｌ） ＣO * ：飽和溶存酸素濃度 （ｇ Ｏ2／Ｌ） ＹS/O ：糖消費量／酸素消費量 （ｇ ｓｕｇａｒ／ｇ Ｏ2） ＹX/S ：対糖増殖収率定数（ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ／ｇ ｓｕｇａｒ） ｋLａ ：酸素移動容量係数 （ｈ-1） Ｘ ：菌体濃度 ｍS ：糖に関する維持定数（ｇ ｓｕｇａｒ／ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ ） ＱS ：糖比消費速度（ｇ ｓｕｇａｒ／ｇ ｗｅｔ ｙｅａｓｔ／ｈ ） Ｖ ：培養液量 （Ｌ） Ｓf ：流加培地中の糖濃度 （ｇ ｓｕｇａｒ／Ｌ） Ｆｐｒｅ ：糖流加速度計画値 （Ｌ／ｈ） Ｆｅｃｏｎｔ：エタノール定値制御時の理論上の最大糖流加速度 （Ｌ／ｈ）
【００１６】本発明では、最適化計算の途中で仮定され
た糖流加速度が妥当であるか判定するために、算出され
るＦｅｃｏｎｔとの差を利用することを考えた。すなわ
ちペナルティ変数として定義されるｐを導入し、ｄｐ／
ｄｔの時間積分値が０に接近するように計算を進めた。
た糖流加速度が妥当であるか判定するために、算出され
るＦｅｃｏｎｔとの差を利用することを考えた。すなわ
ちペナルティ変数として定義されるｐを導入し、ｄｐ／
ｄｔの時間積分値が０に接近するように計算を進めた。
【００１７】ペナルティ変数の表現する意味は、基本的
には、「過剰に加えられた糖のエタノール変換量」であ
る。しかし、数２では、過剰糖のうちエタノール生成に
使用される量と菌体生成に使用される量を決定する部分
がなく、また、エタノールの資化に関する部分も持たな
いので、培養系におけるエタノール残存量を正確に表現
するものではない。
には、「過剰に加えられた糖のエタノール変換量」であ
る。しかし、数２では、過剰糖のうちエタノール生成に
使用される量と菌体生成に使用される量を決定する部分
がなく、また、エタノールの資化に関する部分も持たな
いので、培養系におけるエタノール残存量を正確に表現
するものではない。
【００１８】最適化計算を「遺伝的アルゴリズム」で行
う。遺伝的アルゴリズムは、最適化計算を高速で行うた
めの手法である。ニューラルネットワークやファジィを
用いた場合に対象系が不連続な関数で表現されたり、評
価関数が複雑であったり、操作変数が多数である場合に
も適用可能である。
う。遺伝的アルゴリズムは、最適化計算を高速で行うた
めの手法である。ニューラルネットワークやファジィを
用いた場合に対象系が不連続な関数で表現されたり、評
価関数が複雑であったり、操作変数が多数である場合に
も適用可能である。
【００１９】本発明の実施形態を以下に記載する。酵母
の流加培養において、初期条件・培養槽の酵素供給能力
・菌体に関する定数・製造菌体量目標値が与えられた場
合に、培養時間最短で目標の発酵力を有する菌体を得ら
れるよう、菌体の比増殖速度を糖流加速度によって制御
した。
の流加培養において、初期条件・培養槽の酵素供給能力
・菌体に関する定数・製造菌体量目標値が与えられた場
合に、培養時間最短で目標の発酵力を有する菌体を得ら
れるよう、菌体の比増殖速度を糖流加速度によって制御
した。
【００２０】比増殖速度（μ）の制御変数と、発酵力と
の関係を、実験結果に基づくモデル化は数１に示した。
ついで、培養系全体のモデル式を作成した。 基本モデルは、基質流加速度、菌体増殖速度、基質消
費速度、酸素消費速度、培養液増加速度等に関する数式
を物質収支をもとに作成した。
の関係を、実験結果に基づくモデル化は数１に示した。
ついで、培養系全体のモデル式を作成した。 基本モデルは、基質流加速度、菌体増殖速度、基質消
費速度、酸素消費速度、培養液増加速度等に関する数式
を物質収支をもとに作成した。
【００２１】
【数３】ｄＶＸ／ｄｔ＝ＹX/S・Ｆ・Ｓf−ｍs・ＶＸ ｄＶ／ｄｔ＝Ｆ ｄＣO／ｄｔ＝ｋLａ・Ｖ・（ＣO *−ＣO）−ＱO・ＶＸ
【００２２】基本モデルに、数１の数式モデル、及び
数２のペナルティ変数算出式を加え、培養系全体を表現
する。
数２のペナルティ変数算出式を加え、培養系全体を表現
する。
【００２３】最適化計算を行い培養制御の計画を立て
た。評価関数の設定についての問題を数式で表現した
場合以下の式となった。
た。評価関数の設定についての問題を数式で表現した
場合以下の式となった。
【００２４】
【数４】 Ｊ＝１−（ｗ1・ｅ1＋ｗ2・ｅ2＋ｗ3・Ｔ＋ｗ4・ｐ） Ｊ ：評価関数 ｗ1〜ｗ4：重み係数 ｅ1，ｅ2：目標値との誤差 Ｔ ：培養終了時間 ＳＶ ：目標値
【００２５】最適化計算は、数１、数２及び数３で構
成される培養系の数学的モデルを利用し、の評価関数
ができるだけ１に近似するような糖流加速度の軌跡を求
める。この制御実施前の計画段階での最適化計算は遺伝
的アルゴリズム以外の手段の動的計画法や最大原理等で
行ってもよい。
成される培養系の数学的モデルを利用し、の評価関数
ができるだけ１に近似するような糖流加速度の軌跡を求
める。この制御実施前の計画段階での最適化計算は遺伝
的アルゴリズム以外の手段の動的計画法や最大原理等で
行ってもよい。
【００２６】制御を実施する。上記の培養制御の計画に
従い糖を流加した。またオンラインでデータが取得でき
る場合は、培養中に遺伝的アルゴリズムにより最適化計
算を再度行って予定の修正を行うことも可能である。
従い糖を流加した。またオンラインでデータが取得でき
る場合は、培養中に遺伝的アルゴリズムにより最適化計
算を再度行って予定の修正を行うことも可能である。
【００２７】酵母の成長速度を律する物質には、炭素
源、例えばグルコース、シュクロース等の糖類、エタノ
ール等のアルコール類があり、これらは酵母が計画され
た成長速度をとった時に消費される量を逐次追加され、
成長速度の制御に利用される。
源、例えばグルコース、シュクロース等の糖類、エタノ
ール等のアルコール類があり、これらは酵母が計画され
た成長速度をとった時に消費される量を逐次追加され、
成長速度の制御に利用される。
【００２８】炭素源以外栄養素である窒素源、リン源、
無機塩類等の供給量を制御することによって成長速度を
制御してもよい。酸素の供給量を制限したり、溶存酸素
濃度を制御することによって成長速度を制御してもよ
い。
無機塩類等の供給量を制御することによって成長速度を
制御してもよい。酸素の供給量を制限したり、溶存酸素
濃度を制御することによって成長速度を制御してもよ
い。
【００２９】本発明による培養方法は、出芽又は分裂に
よって増殖する微生物一般に適用できる。すなわち、酵
母が挙げられＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ属、パン酵母
等が好ましい例である。
よって増殖する微生物一般に適用できる。すなわち、酵
母が挙げられＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ属、パン酵母
等が好ましい例である。
【００３０】本発明の培養方法は、連続式、半回分式又
及び回分式培養のいずれの型式のいずれにも適用でき
る。また半回分式又は回分式培養において一定時間間隔
で培養液を抜き出す場合、抜き出した培養液の一部をリ
サイクルする場合にも適用できる。
及び回分式培養のいずれの型式のいずれにも適用でき
る。また半回分式又は回分式培養において一定時間間隔
で培養液を抜き出す場合、抜き出した培養液の一部をリ
サイクルする場合にも適用できる。
【００３１】本発明の培養方法に使用する培養槽は公知
のいずれの型式のものでもよい。例えば通気攪拌槽、気
泡塔型の培養槽、流動層充填塔型の培養槽等任意に使用
することができる。
のいずれの型式のものでもよい。例えば通気攪拌槽、気
泡塔型の培養槽、流動層充填塔型の培養槽等任意に使用
することができる。
【００３２】本発明の菌体性能とは、発酵力、冷凍耐
性、冷蔵適性、保存耐久力、フレーバー生成能等の品質
について、定量的な目標値が与えられるもので有ればよ
い。
性、冷蔵適性、保存耐久力、フレーバー生成能等の品質
について、定量的な目標値が与えられるもので有ればよ
い。
【００３３】以下に本発明を実施例にて更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。
するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。
【００３４】
【実施例１】指数流加培養により市販パン酵母（オリエ
ンタル酵母工業株式会社製）におけるμと発酵力の関係
を示す。
ンタル酵母工業株式会社製）におけるμと発酵力の関係
を示す。
【００３５】「静特性」を示す場合、時間によるファク
ターを除かなければならない。すなわち、μが一定の値
をとり続けて定常状態にあるときに、Ｆｍ（５）の対応
値の調査が必要である。
ターを除かなければならない。すなわち、μが一定の値
をとり続けて定常状態にあるときに、Ｆｍ（５）の対応
値の調査が必要である。
【００３６】μを一定に保つための便法として、指数流
加培養法がある。指数流加培養法は数５の式に従い基質
を流加する方法で、μを設定した任意の値に保つことが
できる。
加培養法がある。指数流加培養法は数５の式に従い基質
を流加する方法で、μを設定した任意の値に保つことが
できる。
【００３７】
【数５】 Ｆ＝Ｖｏ・Ｘｏ・μ・ｅｘｐ（μ・ｔ）／（Ｙ・Ｓｆ） Ｆ ：基質流加速度（Ｌ／ｈ） Ｖｏ：初期培養液量（Ｌ） Ｘｏ：初期菌体濃度（ｇ／Ｌ） ｔ ：時間（ｈ） Ｙ ：対糖収率（ｇ-ｃｅｌｌ／ｇ-ｓｕｇａｒ） Ｓｆ：流加培地の基質濃度（ｇ-ｓｕｇａｒ／Ｌ）
【００３８】通気攪拌装置を備えた３０Ｌ容ジャーファ
メンターを用いて以下に示す条件においてパン酵母を培
養した。培養装置については図１に示した。
メンターを用いて以下に示す条件においてパン酵母を培
養した。培養装置については図１に示した。
【００３９】 （培養条件） 菌体 ：市販パン酵母（無糖生地用酵母） 仕込水 ：１４Ｌ 通気量 ：１６Ｌ／ｍｉｎ 温度 ：３０℃ ｐＨ ：４．５〜６．０ 攪拌 ：７００ｐｐｍ 栄養源 ：尿素、リン酸を含む基礎培地に、殺菌、清澄した糖蜜 を 培養液中に流加する。
【００４０】培養時間を５時間とし、表１に示したμ及
び種量の設定値を数５の式に代入して、種々のμ設定値
における糖流加速度の軌道を計画した。
び種量の設定値を数５の式に代入して、種々のμ設定値
における糖流加速度の軌道を計画した。
【００４１】
【表１】 ────────────────────────────── μ設定値（１／ｈ） ０．１０ ０．１５ ０．２０ ０．２５ 種量（ｗｅｔ ｇ） ５００ ３００ ２００ ２００ ──────────────────────────────
【００４２】酵母濃度は、もろみ５ｍｌをホールピペッ
トにて採取し、２回遠心洗浄して１０５℃、５時間乾燥
し重量を測定した。乾物３３％として酵母濃度を算出し
た。
トにて採取し、２回遠心洗浄して１０５℃、５時間乾燥
し重量を測定した。乾物３３％として酵母濃度を算出し
た。
【００４３】流加糖蜜は、糖蜜の重量と予め測定した重
量あたりの体積から算出した。酵母量は培養終了後のも
ろみ体積と流加糖蜜量の差から蒸発液量を算出し、蒸発
速度は一定であるとして、仕込水量と流加糖蜜量との和
から蒸発量を引いて算出した培養液量と酵母濃度から求
めた。
量あたりの体積から算出した。酵母量は培養終了後のも
ろみ体積と流加糖蜜量の差から蒸発液量を算出し、蒸発
速度は一定であるとして、仕込水量と流加糖蜜量との和
から蒸発量を引いて算出した培養液量と酵母濃度から求
めた。
【００４４】μの実測値は酵母量の自然対数値を縦軸、
培養時間を横軸としたプロットの傾きを最少自乗法で求
めて得た。
培養時間を横軸としたプロットの傾きを最少自乗法で求
めて得た。
【００４５】評価項目としてＦｍ（５）について、イー
スト技法：第６０号（１９９０）に準じて行った。もろ
みをファルコンチューブに採取し、２０００ｒｐｍ、５
分間遠心分離。洗浄を２回行った後、約１０％懸濁液と
となるようにＲＯ膜処理水を添加しサンプルとし測定に
用いた。
スト技法：第６０号（１９９０）に準じて行った。もろ
みをファルコンチューブに採取し、２０００ｒｐｍ、５
分間遠心分離。洗浄を２回行った後、約１０％懸濁液と
となるようにＲＯ膜処理水を添加しサンプルとし測定に
用いた。
【００４６】μの実測値とＦｍ（５）定常値の相関を図
２に示した。種母、糖蜜のロットが異なる複数の試験結
果が数６に示す同一曲線状にプロットされ、Ｆｍ（５）
とμには一定の静特性があることが判明した。。
２に示した。種母、糖蜜のロットが異なる複数の試験結
果が数６に示す同一曲線状にプロットされ、Ｆｍ（５）
とμには一定の静特性があることが判明した。。
【００４７】
【数６】Ｆｍ（５）＝−６．３９４／μ＋２４７．４
【００４８】ついで、Ｆｍ（５）の動特性について調査
した。培養時間を６時間目にμ設定値を切り換え、更に
６時間培養するとして、表２に示したμ及び種量の設定
値を数５の式に代入して、μ設定値における糖流加速度
の軌道を計画した以外は、上記の培養条件と同様にして
試験した。結果を図３に示した。図３より、Ｆｍ（５）
はμのステップ状変化に対して１次遅れ型の応答を示す
ことが判明した。複数の試験結果の平均値より数１の時
定数τを算出した。
した。培養時間を６時間目にμ設定値を切り換え、更に
６時間培養するとして、表２に示したμ及び種量の設定
値を数５の式に代入して、μ設定値における糖流加速度
の軌道を計画した以外は、上記の培養条件と同様にして
試験した。結果を図３に示した。図３より、Ｆｍ（５）
はμのステップ状変化に対して１次遅れ型の応答を示す
ことが判明した。複数の試験結果の平均値より数１の時
定数τを算出した。
【００４９】
【表２】 ────────────────────────────── μ設定値（１／ｈ） ０．２０→０．１０ ０．１０→０．２０ 種量（ｗｅｔ ｇ） １３０ １２０ ──────────────────────────────
【００５０】
【実施例２】実施例１の方法同様の装置を用いて下記に
示す培養条件にて、遺伝的アルゴリズムを用いて計画の
糖流加速度軌道に従い目的の発酵力に近似するよう培養
した。評価項目のＦｍ（５）の測定方法は実施例１の方
法と同様に行った。
示す培養条件にて、遺伝的アルゴリズムを用いて計画の
糖流加速度軌道に従い目的の発酵力に近似するよう培養
した。評価項目のＦｍ（５）の測定方法は実施例１の方
法と同様に行った。
【００５１】 （培養条件） 菌体 ：市販パン酵母（無糖生地用酵母） 仕込水 ：１３Ｌ 通気量 ：１６Ｌ／ｍｉｎ 温度 ：３０℃ ｐＨ ：４．５〜６．０ 攪拌 ：７００ｐｐｍ 栄養源 ：尿素、リン酸を含む基礎培地に、殺菌、清澄した糖蜜 を 培養液中に流加する。
【００５２】糖流加速度の計画については、遺伝的アル
ゴリズムを用い数４が最大になるような糖流加速度軌道
を求めた。遺伝的アルゴリズムの計算の流れは図４に示
した。
ゴリズムを用い数４が最大になるような糖流加速度軌道
を求めた。遺伝的アルゴリズムの計算の流れは図４に示
した。
【００５３】求めた最適糖流加速度軌跡、培養中のＦｍ
（５）の実測値と目標値の各々の変化を図５、６に示し
た。また、培養終了時のＦｍ（５）の実測値と目標値を
下表に示した。
（５）の実測値と目標値の各々の変化を図５、６に示し
た。また、培養終了時のＦｍ（５）の実測値と目標値を
下表に示した。
【００５４】
【表３】 表３ 発酵力の目標値と実測値 ────────────────── 目標値 ２００ １８０ １６０ ────────────────── 実測値 １９５ １７３ １６７ ──────────────────
【００５５】
【発明の効果】本発明によればエタノール生成による原
料のロスを抑制しつつ、定量的な数値として設定された
品質の目標値を高精度で実現できる。「品質」に関する
数学的モデルが作成できれば、あとは試行錯誤の過程は
全くなく、新規菌株開発時のスケールアップ、日常の操
業、新プラント建設時の条件検討等が効率化する。
料のロスを抑制しつつ、定量的な数値として設定された
品質の目標値を高精度で実現できる。「品質」に関する
数学的モデルが作成できれば、あとは試行錯誤の過程は
全くなく、新規菌株開発時のスケールアップ、日常の操
業、新プラント建設時の条件検討等が効率化する。
【００５６】同一菌株にて様々な性質を有する製品を得
ることが可能である。すなわち、小数の菌株による用途
別の「作り分け」が可能となり、多品種生産への対応が
容易となる。また、最適化計算が高速で行えるので、オ
ンラインデータに基づく再計算が可能であり、制御の精
度を更に高められる。
ることが可能である。すなわち、小数の菌株による用途
別の「作り分け」が可能となり、多品種生産への対応が
容易となる。また、最適化計算が高速で行えるので、オ
ンラインデータに基づく再計算が可能であり、制御の精
度を更に高められる。
【図１】培養装置を示す図である。
【図２】比増殖速度と発酵力の静特性を示す図である。
【図３】比増殖速度の変化に対する発酵力の動特性を示
す図である。
す図である。
【図４】遺伝的アルゴリズムの計算の流れを示す図であ
る。
る。
【図５】最適糖流加速度軌跡を示す図である。
【図６】培養中の発酵力変化を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】酵母の製造において、菌体性能の定量的数
値の目標値についてあらかじめ決定し、それに基づいて
該酵母の成長速度を律する栄養源の培養への供給及び温
度調整等の各種操作を数学的モデルを使用し制御する酵
母の培養方法。 - 【請求項２】糖流加速度計画値と、エタノールを生成し
ない理論上の糖流加速度値の差の積分値を利用する請求
項１記載の酵母の培養方法。 - 【請求項３】数学的モデルの最適化計算を遺伝的アルゴ
リズムを用いる請求項１〜２記載の酵母の培養方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24524595A JPH0965873A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 酵母の培養方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24524595A JPH0965873A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 酵母の培養方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0965873A true JPH0965873A (ja) | 1997-03-11 |
Family
ID=17130824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24524595A Pending JPH0965873A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 酵母の培養方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0965873A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001352971A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-25 | Oriental Yeast Co Ltd | クリームイーストの輸送可貯留槽および供給方法 |
| WO2003080814A1 (fr) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | New Century Fermentation Research, Ltd. | Procede de culture en continu de bacteries anaerobies |
| EP1816188A1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-08 | Hitachi Plant Technologies, Ltd. | Operation controller of culture tank |
| US11999939B2 (en) | 2017-11-20 | 2024-06-04 | Lonza Ltd | Process and system for propagating cell cultures while preventing lactate accumulation |
-
1995
- 1995-08-31 JP JP24524595A patent/JPH0965873A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001352971A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-25 | Oriental Yeast Co Ltd | クリームイーストの輸送可貯留槽および供給方法 |
| WO2003080814A1 (fr) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | New Century Fermentation Research, Ltd. | Procede de culture en continu de bacteries anaerobies |
| EP1816188A1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-08-08 | Hitachi Plant Technologies, Ltd. | Operation controller of culture tank |
| JP2007202500A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Hitachi Ltd | 培養槽の運転制御装置 |
| US11999939B2 (en) | 2017-11-20 | 2024-06-04 | Lonza Ltd | Process and system for propagating cell cultures while preventing lactate accumulation |
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