JPS5813391A - 微生物固定化膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 支持体表面に生菌体を固定化した微生物固定化膜及び該
膜を用いる発酵方法に関する。

生菌体を固定化し、アルコール発酵等の嫌気発酵に用い
ることは公知である（プロセス・バイオケミストリーｌ
２１０年Ａ６１０／／／　コ〜を頁）。又アルギン酸、
ペクチン等で微生物を粒状に固定化したものも公知であ
る。

固定化微生物が主として適用される嫌気発酵においては
、流体の巨視的な全体の流れは層流であることが好まし
い。これは生産物の菌体に対する阻害が層流の場合乱流
の場合よシ小さいからである。しかるに粒状の固定化菌
体は、乱流になシ易く生産物阻害を受は易い。

さらに生菌体を粒状に固定化し７た粒状固定化物は活性
の発現が充分でない。

この原因について検討した結果、生菌体は固定化粒子の
表面から約７００ｐｍ以内では増殖するが粒子の中・６
部は殆んど増殖しないこと又、これは固定化の原料の素
材による影響ではなく微生物自身の拡散抵抗によって支
配され、従って薄い膜状に固定化できれば効率的に目的
物が得られると判断し、さらに検討を加えて素材として
アルギン酸又はペクチン酸を用いる固定化膜が極めて優
れた性質を有することを見い出した。

本発明の固定化膜はアルギン酸、ペクチン酸もしくはそ
れらの誘導体ＯＪｌｉのアルカリ金属塩（以下同定化原
料という）の水溶液に微生物菌体を混合し、該混合液と
合成又は天然の繊維あるいは布、□金網、セルロース膜
、ラシヒリング等の支持体とを接触せしめ次いでカルシ
ュラム、９ アルミニウム等の多価金襲の溶液と接触せしめることに
よって容易にゲルが生成し固定化膜を得る。

該接触方法はいずれの方法でもよく、例えば支持体を固
定化原料の溶液に浸し次いで該膜を多価の金属塩溶液に
浸せばよい。

固定化はそれ自体公知の条件を適用することによって容
易にかしうる。一般にアルギン酸ソーダ等の固定化原料
の０．　ｊ〜Ｊ　Ｏｗｔ／ｖ　％の液に７０’−７０’
個／ｄの菌体な存在せしめ、０．１〜１０％の固定化剤
と２０〜３ｚ”ｃで菌体の活性発現に好しいｐＨ条件で
接触させればよい。

さらに固定化微生物を用いて嫌気発酵を行う場合に固定
化物表面には炭酸ガスの発生が伴い、この炭酸ガスは好
ましくは売主と同時に移動し系外へ排出されることが菌
の活性を保持する上で好ましい。この目的のためには固
定化物表面は常に新しい液で更新されていることが好ま
しい。即ち嫌気発酵例えばアルコール発酵、アセトンブ
タノール発酵等の固定化微生物としては、微視的には固
定化物表面が常に新しい基質液と交換されるような強い
混合状態、巨視的には、液流れ方向に乱れの少ない層流
の流動を維持しつつ、円滑なガス排出が必要である。

上記本発明の固定化膜はこれを用いるときに適肖な条件
を選ぶことによってこの目的にかなった培養ができるこ
とを見い出し九。

特に本発明の固定化膜は、発酵槽中でゲル化を行うこと
が容易であわ、固定化微生物を用いる発酵法の大きな課
題である雑菌汚染の防除の点で有利である。すなわち、
支持体を反応槽中に設けて、反応槽全体を殺菌層、予め
殺菌した固定化原料液に生産菌を懸濁し友液を支持体に
含浸させる。余剰の液を抜き取った後、多価の金属塩溶
液を加えてゲル化させ固定化微生物担体を得る。　　′
１１：。

拳法固定化膜方式は高さ方向では支持体の強化あるいは
波乱れの少ないような支持体の積み重ね、流れ方向には
蛇行流によシ大型化が可能であ）、経済性の高い発酵槽
を提供するものである。これらの特性はアルコール発酵
、アセトンブタノール発酵に限られるものではなく、他
の乳酸発酵あるいはメタン発酵など各種嫌気発酵に、そ
のまま適用できるものであシ、幅広く特性発現が期待さ
れるものである。

更に固定化微生物を用いる好気発酵の検討を行ったとこ
ろ、 １−−一一一一微生物層は、嫌気発酵に比し薄く、酸素
供給量に依存することが認められ、酸素の供給は、濡れ
接方式で気相よシの酸素供給を行うことによって安定で
良好な好気発酵ができることを見出した。支持体として
は平板膜よシ好ましくはラシヒリングなど通常のガス吸
収塔に使用される表面積の大きい素材め支持体が発酵槽
全体の生産性の面でより優れている。

特に、微生物膜の厚さが薄い為、表面積の大きい形状が
有効であるが、膜中の微生物増殖による閉塞を防止する
点で支持体は直径が３〜を繻、かつ肉厚のうすい形状が
良好である。

（ｊ） 素材としては、ステンレス製の金網を成型した充填塔素
材、特に固定化原料との親和性と均一な薄膜形成の点で
合成線維、好ましくはセルに菌体外に生産物を生成する
発酵に適しておシ、リジン、グルタミン酸、アルギニン
等のアミノ酸発酵、イノシン酸、イノシンなどの核酸発
酵、あるいけスピラマイシンなどの抗生物質発酵など広
範囲に応用できる。

次に本発明の態様を実施例によって説明する。

実施例／。

滅菌処理を行った３、３チアルギン酸ナトリウム水溶液
２部に醸造協会−号ワイン酵母の培養液１部を加えて混
合した。該混合液にガーゼを浸した後、コチ塩化カルシ
ウム水溶液中に浸しアルギン酸を膜状にゲル化させｊａ
ｍ角に切断した。又比較のためアルギン酸ナトリウム、
菌体の混合液をノズルから、２％塩化カルシウム液中に
滴下して直径ｐｍの球状担体を作成した。得（ｔ）　　
　　　゛ られた担体を各々実容量ｔＯｄ秤取し、２００−カラム
に充填し、これに上昇流で、１ｏｏｉ７ｔの糖濃度とな
るように加水した廃糖蜜を通塔した。出口の糖が３０１
１／ｌ以下となるように徐々に通塔液量を増大した。い
づれも参口重でほぼ定常状態に達した。ここで各担体の
エタノール比生成速度を測定したところ、球状担体では
≠Ｏｇアルコール／　ｊｌ　−ｇｅｌ、　ｈｒであった
のに対し、膜状担体ではｔｏｙアルコ−）Ｉｙ／　／−
ｇｅｌ、　ｈｒであった。なお、担体の実容量は担体を
水中に沈めたときの体積変化から測定した。次いで、糖
濃度が１ｒｏｔｉ７ｔとなるように調製した糖蜜液を／
　００／　ｈｒの速度で各々のカラムに連続的に通塔し
た。カラム出口での定常状態でのアルコール濃度は球状
担体で３ａｇ７ｔ、膜状担体でｊ　／、　１１／ｌであ
った。更に球状担体のカラムに球状担体を３０−追加充
填し通塔を再開した。出口のアルコール濃度は定常状態
でＩＩＩ／ｊと膜状担体に比し劣っていた。

実施例２ ＪＯ６ｎ×２０Ｃｍの木綿布を多層平行に３間間隔で張
った支持体をつくり、これを７１容量の反応槽に設置し
た。本装置を殺菌後、実施例１と同様に調製した酵母を
含有するアルギン酸ソーダ混合液を反応槽に送シ込み、
木綿布を該混合液に浸した。次いで反応槽下部より余剰
の混合液を抜き去り、その後下部より、２チ塩化カルシ
ウム溶液を送シ込みゲル化を行った。次いで／ｊチ糖含
有糖蜜から成る培地を反応槽の一端より供給した。液を
膜面と平行に流し７、他端底部より液量を維持しつつ溢
流液を抜き出した。

通液速度は／ｌ／ｈｒから徐々に増加し最終的に３．ｊ
ｌ　／　ｈ　ｒにて定常的に４ｊ−４ｒｉ／ｌのエタノ
ールの生産が反応槽内の閉塞等の異常なく継続できた。

実施例３．　　　　□：、１・□、：１：。

下記の種培養培地、２ｊＯｄ′ｆｔコｌ容三角フラスコ
に入れＬ−リジン生産菌コリネバクテリウム・グルタミ
カムＡＴＯＯコ／ｊ１３を接種して培養温度λｒ　”ｃ
で２ｊ時間振盪培養を行った。

種培養培地組成 り−グルコース　４’　０１１／ｌ　、　Ｋ−ＨＰＯダ
　／、ｊｌｉ／ｌＫＨコＰＯダ　　ｏ、ｚｇ／ｌ−尿　
素ＪＯ１／ｌＭｇ５Ｏ，−７Ｈ，２００，Ｊ１１／１．
ペプトン　Ｊ　ｏ　ｉ７を肉エキス　　　　　！１１／
１．ビオチン　ｊＯγ／ｌ培養液を７％ロウメトキシペ
クチン（Ｕｎｉｐｅｃｔｉｎ　＠ｇ　）水溶液３１に加
え、よく混合、実施例−と同じ反応装置に該混合液を送
シ込み実施例コと同様処理してゲル化を行った。ゲル化
後、次に示す生産培地ｊ００−を装置上部ゲル上に滴下
し、培地を濡れ壁状に流下させ下部より担体層内に通気
（ｊＯ／／ｍ１ｎ）を行った。

生産培地組成 廃糖蜜（グルコースとして）　　　ｉｚｏｙ７ｔＭｇＳ
０　　・７Ｈ，ＯＯ，ＪＩ／Ｉ ＫＨ，Ｐｏ、　　　　　　　　　　　　　０．７１１／
１大豆粕酸加水分解物　　　　　　λ０１７／１０イシ
ン　　　　　　　　コ００叩／ｌ流下液は一コチアンモ
ニア水にてｐ；　Ｈｚ、　ｏに（り） 調整後、無菌的に供給口へ戻し、た。μを時間培養後か
ら、生産培地を連続通塔した。生産培地を１００ｗｄ／
ｈｒの流量で連続通塔し、反応槽から溢流した発酵液中
にリジン塩酸塩とｌ〜て！０１１／ｌを得た。

実施例弘 中容ｉ−Ｊ／から成る容器に金網製ラシヒリング（東京
特殊金網■製ＤｉＸＯｎ型径Ａ　−ｍ　）コ３１を充填
した。該装置全体を殺菌した。イノシン生産菌ブレビバ
クテリウム・アンモニアゲネスＡＴＯＯＩｊ／１７の種
培養液（培地組成ニゲルコース−２％、ペプトン！％、
酵母エキス／％、Ｎａｐ／　０．　Ｊ　％、３０℃２４
！ｈｒ　：［＠養）　／　００　ｍおよび、市販アルギ
ン酸ソーダ（富士化学■スノーアルギンＬ　）　Ｊ、　
Ｊ　％水溶液ＰＯＯｄの混合液を当該反応槽に上部より
平均的に滴下し、担体を当該混合液で濡らした。当該反
応槽下部よ如余剰混合液を抜勇出し、次いで塩化カルシ
ウムコチ水溶液を送υ込みゲル化を行った。ゲル化後直
ちに、下記生産培地を反応槽に送り込み。

（１０） 流下液を／ｌ／ｈｒにてリサイクルし、発酵を開始させ
た。装置下部及びリサイクルラインに空気を送り込み、
空気はミストセパレーターを通して装置外に排出した。

通気量は１１１７分とした。

生産培地 グルコース　１ｚｏｌ／ｌ、　Ｋ、２ＨＰｏ、　　　３
１／ＩＫＨ，２ＰＯ７Ｈ／ｌ、　Ｍｇ５Ｏ，ｆ−７Ｉ（
！０　．３ｇ／ｌ肉エキス　　　１０９／Ｌ　ｌＰｅ５
ｏ、−７Ｈ２０１０８１／／ｌＺｎ５Ｏ，−７Ｈ２０／
叩／／、　ｕｎｓｏ４１−性、ｏ　ｉｏｍｙ／１ビタミ
ンＢ　、　　／　ｊＱ／ｌ　、パントテン動ルシウム／
Ｄ１ｔシスチン　　　コθ叩／１．ビオチン　ｓ　ｏ　
ｒ７ｔＣａＣ１！・コ馬０（別蒸煮）＃／ｌ、尿素（側
材）コぬり１※初発のみ、連続フィードでは除外 生産培地は予めｉ、ｚｏ℃３０分殺菌し使用した。ＴＩ
Ｈは塔底液をｊ、ｆに、２コチアンモニア水を用いて調
節した。発酵開始後／４ｈｒより連続供給を開始した。

培養液の残糖を監視しつつ培地供給を増加しほぼ４０＋
ａ（／ｈｒにて定常状態を得た。

培養液中にはイノシンｊ　ｊ　Ｉｉ／ｌが安定して７ケ
月得られた。

イノシンの分析は高速液体クロマトグラフィーを用いた
。

特許出願人　新燃料油開発技術研究組合理事長　野　口
　照　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定化原料としてアルギン酸又はペクチン酸を用いて、
   生菌体を支持体上に膜状に固定化した微生物固定化膜。