JPS5840461B2 - 発酵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発酵方法及び装置に係る。

発酵を進めるための技術分野には、多くの装置が知られ
ており、これらの装置に於いては単細胞たん白質（ＳＣ
Ｐ）を生成するのに微生物が培養され、その場合に微生
物は成長するのにメタノールの如き炭素給源を使用し、
その際、成長過程には同化可能な形態の酸素並びにその
他の栄養及び無機物も本技術分野に知られているように
必要である。

典型的なこの種の装置はドラフト管を内部に有する容器
であってその場合に媒質はドラフト管を流れ通りかつ次
いでドラフト管と容器の内壁との間の環状空間を流れ通
る。

この装置は用型式の回路流反応器であるが密封容器及び
同容器内に相反する両端を開放されて配置された管状部
材を必要とする。

他の型式の典型的な反応器は回路を形成している管状部
材を有し、空気が前記回路の一直立脚内へ散布されて、
形成された軽い密度の泡が同脚内を上昇しかつ頂上に於
いて相分離が起こり、その後に濃密にされた液相が他の
直立脚を通って装置Ｏ直立脚へ戻るようになっている反
応器である。

これらの装置は双方とも単細胞たん白質を発酵によって
生成するのに有効であり、かっ本発明はこれらに代る装
置を提供する。

単細胞たん白質を発酵によって生成する際の問題の一つ
は微生物の成長速度を適切にするのに適切な量の同化可
能酸素を媒質へ供給することである。

泡式方法は高率の酸素トランスファ（ｔｒａｎｓｆｅｒ
） を達成する際に有効であることが判明しており
、その場合に酸素と液体媒質との間の高度の表面積接触
が高い酸素トランスファ率を得る助けになる。

こうするのは液体媒質を微粒化しかつ同媒質の小滴を酸
素と接触させて両者間に高度の表面積接触を達成するた
めのノズルを使用することによって達成されることもで
きる。

生産性を最高にするのによどみ帯域即ち媒質の流れない
個所を無くするのも発酵過程に重要である。

媒質を同媒質の最適成長温度に維持するように熱を除去
するのも望ましいことである。

今回までに知られている発酵過程は高度に発熱性である
から、熱伝達が大問題である。

上記諸問題を克服する試みは装置に適切な熱伝達面積及
び適切なかき混ぜ装置を設けるのに建設及び保守の困難
なかつ操作にも高い費用のかがる非常に複雑な構造体を
必要とする点で主として主要設備の価格に困難を伴なう
。

本発明によれば、発酵方法が提案されて、同方法は実質
的に連続した回路を形成している管状部材内に同部材に
よって画定された流れ通路に沿って媒質を流し、前記流
れ通路を通った前記媒質の一部を加圧しかつ加圧された
前記媒質を前記流れ通路へノズルを通して吐出し、酸素
を前記流れ通路へ前記ノズルから吐出された前記媒質と
接触可能に導入し、前記流れ通路に沿って流れる間に前
記媒質から熱を除去し、前記媒質を前記流れ通路に沿っ
て流れる間にかき混せ、前記媒質の少くとも一部分な泡
立状態にして前記流れ通路から取出し、かつ前記媒質を
ガス相と液相とに分離す、る諸工程を包含している。

本発明によれば発酵装置も提供されて、同装置は管状部
材にして、同管状部材内に同管状部材によって画定され
た流れ通路に沿って媒質を流すための実質的に連続した
回路を形成している管状部材、前記流れ通路内へ媒質を
吐出すように前記流れ通路に沿って概して軸線方向に向
けられかつ前記流れ通路へ開口しているノズル、前記ノ
ズルと連通している出口と、前記流れ通路と連通してい
る入口とを有しかつ前記ノズルを通して吐出すように媒
質を流れ通路から加圧するように作動することができる
ポンプ装置、前記管状部材の前記ノズルと前記ポンプ装
置入口との間の部分と熱伝達関係に配置された熱交換装
置、入口と、分離されたガス相を排出するための出口装
置と、出口とを有して、前記ノズルと前記ポンプ装置入
口との間の前記流れ通路と連通している相分離装置、前
記ノズルと前記相分離装置の入口との間の前記流れ通路
へ開口して、酸素の給源へ連通されるようになっている
複数のインゼクタ、及び前記流れ通路に沿って流れてい
る流体をかき混ぜるように前記ノズルと前記相分離装置
の入口との間の前記流れ通路内に各々ら旋状に配置され
た複数のかき混ぜ羽根を有することを特徴としている。

本発明は次に添付図面を参照して解説される。

添付図面を参照すれば、参照数字１は単細胞たん白質を
生成する際に使用される如き発酵方法を実施するための
装置全体を表わしている。

装置１は流れ通路即ち反応域３を内部に画定している連
続したまたは実質的に連続した回路の形にされた管状部
材２を有している。

装置１は発酵または改良された発酵を起させるように作
動可能な装置４をも有している。

ノズル５も設けられかつ同ノズルは同化可能な酵素、栄
養素、炭素給源等を含有する媒質、即ち流体を本技術分
野に知られているように噴射するように作動可能である
。

相分離装置６が流れ通路３と連通し、かつ同装置は流れ
通路から泡を受けるようにかつ受けた泡を分離して液相
及びガス相にするように作動可能であり、同装置に於い
て液相の一部分は流れ通路へ戻されることができかつガ
ス相は排出されることができる６管状部材２は如何なる
型式でも適当な型式のものであることができかつ作動の
際には無端であり、従って媒質が連続して流れ通路３を
流れ通ることができる。

管状部材２は好ましくはステンレス鋼で作られかつ同管
状部材の内部で進められる特定発酵過程に対する特定所
要条件によって指定される如く如何なる大きさでも適当
な大きさのものであることができる。

連続したとか実質的に連続したとか無端とか言うのは一
管状部材が容器式の発酵装置にあって回路流の達成され
るドラフト管に対抗する如き流れ通路を形成することを
意味している。

然し、管状部材２は下に説明される態様に以外は流れ通
路の一部分から流れ通路の他の部分へ流体の流れるのを
阻むのに１個またはもつと多数の隔壁７を内部に有する
ことができる。

本発明の第１図に見られる如き好適形態に於いて、発酵
を進める装置４は相互に隣接するように配置されて流れ
通路３へ開口しかつ例えば圧縮機１０によるなどして加
圧される空気の如き同化可能酸素の給源へ連通された複
数の空気インゼクタ９を有している。

圧縮機１０はこれらのインゼクタ９へ複数の１１によっ
て連通されている。

これらのインゼクタ９は如何なる方向にでも適当な方向
に向けられることができ、また第５図に見られる如く概
して接線方向に、または第２図に見られる如く概して半
径方向に向けられることができ、かつ下流方向へ傾けら
れることもできる。

装置４は空気インゼクタ９に隣接配置された熱交換装置
１２をも有しておりかつ図示の如くこの熱交換装置は同
装置１２及び管状部材２を貫通するインゼクタ９を有し
かつ管状部材２の外周を囲んで配置されたジャケット形
熱交換装置である。

冷却剤が導管１４を経由して熱交換装置１２へ導入され
、かつ吐出導管１５を通して吐出される。

図示の如く、装置４はノズル５にすぐ隣接しかつ同ノズ
ルのちょうど下流側に、流れ通路３の下流へ概して軸線
方向に同ノズルの向けられるように配置され、かつ同装
置は流れ通路内の熱交換装置によって囲まれた帯域内へ
媒質をインゼクタ９によって導入された空気と接触可能
に噴射するように作動可能である。

ノズル５は如何なる構造でも適当な構造を有することが
でき、かつ好ましくは同ノズルを通して吐出される媒質
を微粒化することになる型式を有している。

好ましくはノズル５は隔壁７に装架されている。

注目されるべきは、隔壁７が入口１７を経由してノズル
５の周囲へ導入された空気を有することができることで
ある。

装置４は、管状部材に沿って少くとも熱交換装置１２の
付近へ媒質の流れるに従って、同媒質をかき混ぜるため
の装置をも有している。

図示の如く、このかき混ぜ装置はら旋状に配置された複
数のかき混せ羽根１８を有しており、これらの羽根は好
ましくは管状部材２の内面に装着されかつ流れ通路内へ
張出しかつ管状部材２０円周方向に配置されている。

如何なる数でも適当な数の羽根が設けられることができ
かつかき混ぜ羽根の高さ及びかきまぜ羽根の長さは特定
の方法及び所望されるかき混ぜ程度によって決定される
。

流れ通路３に沿って媒質の流れるに従って同媒質のかき
混せられるのを助けるのにかき混ぜ羽根１８が管状部材
２のその他の部分に配置されることができることも注目
されるべきである。

必要ではなＬ・けれども、第２熱交換装置１９が設けら
れることができ、かつ図示の如く同装置は熱交換装置１
２に近接して管状部材２内に配置される。

図示の如く熱交換装置１９は熱せられた冷却剤を吐出す
ための吐出管２１へ冷却剤を適当な給源から管状部材に
沿って流れさせるための入口管２０を有して軸線方向に
延びている管状部材である。

熱交換装置１９は図示の如く、管状部材２内に概して中
心に配置されかつ特定発酵過程に必要であるように熱交
換装置１２の範囲内から管状部材２のその他の部分へ延
びていることができる。

好−ましくは、熱交換装置１９は同装置のそばを流れて
いる媒質による熱伝達を助けるのに同装置から張出して
いる複数のひれ２２を有し、かつひれ２２は熱交換装置
１９のそばを流れている媒質のかき混せられるのを助け
るのにら旋状に配置されることもできる。

熱交換装置１２及び１９は双方とも、流れ通路３を流れ
通る触質に対して如何なる態様でも適当な態様で熱伝達
関係にある。

管状部材２は既述の如く、熱交換装置１２内に流れ流路
３を画定する壁を有している。

相分離装置６は本技術分野に知られているように、泡を
ガス及び液体に遠心分離可能に軸線を中心として回転さ
れる複数の截頭円錐形部材２３を使用する如き如何なる
型式でも適当な形式のものであることができる。

図を見易くするのに、相分離装置６は正しくない平面内
に図示されているが実際の構造に於いては軸の軸線が概
して鉛直な即ち管状部材２の平面に垂直な筈でありかつ
吐出管２６が底に配置されている筈である。

相分離装置は截頭円錐形部材の装架されている軸を好ま
しくは通して同装置の内部と連通ずるガス排出管２４を
有している。

相分離装置６は熱交換装置の下流の位置に於いて流れ通
路３と連通している入口を有しており、かつ図示の如く
導管２５が両者を連通している。

相分離装置は導管２７を経由して流れ通路３と連通ずる
吐出管２６をも有しており、かつ吐出し管２６は相分離
装置６に於いて分離された生成物を処理するためのその
他の装置へ連通されることもできる。

ポンプ３４及び弁３５が流れ通路３へ媒質の流れを導入
するのに適切な圧力を確保するのに導管２７の途中に設
げられることができ、かつ弁３５は流れ通路３へ導入さ
れる媒質の流量をもしもあるなら制御するように作動可
能である。

吐出管２６は流れ通路３と入口導管２５の連通点の下流
の点に於いて流れ通路３と連通している、即ち入口が管
状部材２と導管２７の連通点と熱交換装置１２の媒質吐
出し端２８との間に配置されている。

随意には、補助の適当な熱交換器３０が管状部材２に沿
った諸位置に於いて管状部材２に対して熱伝達関係にさ
れることができる。

ポンプ装置が設けられ、同装置に於いてポンプ３１は同
ポンプへの入口導管３２によって流れ通路３と連通して
おり、同導管は装置４の上流端２９に隣接して配置され
たノズル５と、流れ通路３と吐出管２６の連通点との間
の位置に於いて流れ通路３と連通している。

ポンプ出口管３３は加圧された媒質をノズル５から吐出
し可能にノズル５と連通している。

注目されるべきは、ポンプ３１が管状部材２の外部に配
置されていることであると、は言え、同ポンプが流れ通
路３内に配置されることができかつ同じ結果を達成する
ことができることも注目されるべきである。

上述されたように、ポンプ３１及び相分離装置６に対す
る入口及び出口の位置は実際の物理的位置に対立する如
く管状部材２に沿う流れに関して説明されている。

第１図に見られるように、複数ずつのポンプ３１、装置
４、及び相分離装置６が管状部材２の長さに沿って設け
られることができる。

装置１は媒質が概して水平な平面内に管状部材２の配置
されている故に流れ通路３に沿って概して水平な平面内
を流れるのに、相分離装置６が概して鉛直な平面内にあ
る筈であって吐出管２６が第１図に示されているのとは
違って同装置の底にある筈であるように作動する。

相分離装置の軸線は概して鉛直な筈である。

第４図は本発明の改変形態を示しており、同図に於いて
同じ参照数字は同じかまたは類似の部分または構造体を
表わしている。

参照数字３８は改変形態の装置を表わしており、かつ同
装置は装置４、相分離装置６、及びノズル５へ連通され
たポンプ３１を有している。

本発明の第１図及び第４図に示されている同形態量の主
なる差異は第４図の管状部材２が概して鉛直な平面内に
配置されて、その場合に相分離装置によって分離された
液相が同装置の底に集まることができかつノズル５を通
して吐出されることによって管状部材２の発酵域へ戻さ
れることができることである。

相分離装置はこの場合にも同装置の軸線を概して鉛直に
配置されて有することになる。

本発明の同形態は第５図に最も明瞭に見られるように、
他の改変形態にされることができ、同形態に於いて媒質
は１個またはもつと多数のノズル５を通して概して接線
方向に流れ通路３へ射入されることができ、同通路内に
於いてかき混ぜ羽根１８は同通路３内の媒質を旋回させ
るように傾けられることができかつひれ２２も流れ通路
３内の媒質を旋回させるのを助けるように傾けられるこ
とができる。

空気インゼクタ９も第５図に見られる如く、旋回即ち渦
巻流を助けるように概して接線方向に向けられている。

かつまた、導管２７が流れ通路３と連通して、媒質は概
して接線方向に流れ通路３内へ吐出されることになる。

上述された本発明の諸形態の作動は同様である。

炭素及びエネルキー給源としてメタノールの使用される
上記装置の作動を示すのに計算された実例が下に挙げら
れる。

典型的な作動パラメータは次の通りである。

細胞生成量 メタノール装入１ｋｇ当り０．４ｋｇ（１
１ｂ 当り０４１ｂ ）（見積り） 必要な酸素 生成される細胞１ｋｇ当り２．０９ｋｇ（
１ｌｂ 当り２０９１ｂ ） 発酵装置フロス（ｂｒｏｔｈ ）中の細胞濃度 ３．５
重量％ 泡分離装置からの液中の細胞濃度 ８重量％反応持続時
間 ４時間 発酵熱 細胞１ｋｇ当り１００８０ｋｃａｌ （１ｌｂ
当り１８０００ＢＴＵ） 媒質の流速 毎秒３．０５ｍ（１０ｆｔ）液体対ガス比
約１容積対容積 空気入力圧力 ２．４５ ｋｇ／ｃｒｔｉ （３５１ｂ
／ １ｎ２）発酵温度 ４０℃（１０４″Ｆ） 実例 約２８．４キロリツトル（７５００ガロン）の容量を有
する発酵装置に対して、次の状態が上掲作動パラメータ
に基いて典型的であることにな２１、発酵装置管状部材 第１図に見られる如き両水平部分９１４．＝１リメート
ル（３６インチ）直径Ｘ８．５４メール（２８フイート
）長さ及び第１図に見らｔ如く両鉛直部分７６２ミリメ
ートル（３ｏ１チ）直径Ｘ１６．４７メートル（５４フ
ィート長さが４個の７６２ミリメートル（３０インエル
ボによって結合されて矩形回路にされ六２、メタノール
装入速度 毎時２３８リツトル（６３ガロン） ３、細胞生成速度 毎時７０キログラム（１５５ポンド） ４ ガス分散 １０２９キログラム毎平方センチメートノＬ（１４，７
ポンド毎平方インチ）及び１５．５℃（６０’Ｆ）に於
いて毎分９．９立方メートル（３５０立方フート） ５ 流体媒質循環速度 毎分８３キロリツトル（２２０００ガロン６、泡分離装
置 ０９１５メートル（３フイート）直径×１．８メートル
（６フイート）高さの在来型 ７ 冷却水流量 １Ｆｃ（２０”Ｆ）の温度上昇に於いて毎夕８．７キロ
リツトル（２３００ガロン） ８、所要動力

【図面の簡単な説明】

第１図は発酵装置の平面図の略図、第２図は第１図の発
酵装置の線２−２に沿った断面図、第３図は第１図の発
酵装置の線３−３に沿った断面図、第４図は改変された
形態の発酵装置の立面図の略図、そして第５図は本発明
の改変された形態のやはり第１図の概して線２−２に沿
う如き断面の略図である。 １・・・・・・１一本発明の装置」、２・・・・・・［
管状部材」３・・・・・・「流れ通路」、５・・・・・
・「ノズル」、６・・・・・・「相分離装置」、９・・
・・・・「空気インゼクタ」、１２・・・・・・１熱交
換装置」、１８・・・・・・「かき混ぜ羽根」、２５・
・・・・・相分離装置の１入口導管」、２６・・・・・
・相分離装置の「吐出導管」、３１・・・・・・「ポン
プ」３２・・・・・・ポンプの「入口導管」、３３・・
・・・・「ポンプ出口」。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）管状部材によって画定された流路に沿う媒質の
   流れのための実質的に連続した回路を形成している管状
   部材と、 （ｂ） 前記流路内へ媒質の排出のために前記流路内
   に開口しかつ前記流路内に向う排出ノズルと、（ｅ）
   前記ノズルを通る吐出のために前記流路からの圧力媒
   質のために可動し、前記流路と連通ずる入口と、前記ノ
   ズルと連通ずる吐出口とを有するポンプ装置と、 （ｄ） 上流と下流を有し、前記管状部材の外側部分
   と熱伝導関係に置かれ、前記管状部材の外側部分は前記
   ノズルの下流と前記ポンプ装置入口の上流に隣接して置
   かれた熱交換用ジャケットと、（ｅ） 入口と出口を
   有し、前記管状部材の前記部分の下流の点において流路
   と連通ずる入口と出口とを有する相分離装置と、 （ｆ） 前記ノズルと前記相分離装置の入口との間に
   よって画定された流路の部分に開かれ、酸素の給源に連
   結されるように適用されている複数のインゼクタと、 （ｇ） 前記ノズルと前記流路に沿う流体の流れの混
   合に効果を与えるための相分離装置の入口との間の管状
   部材によって画定される流路の部分内に置かれ、らせん
   状に設けられかつ前記管状部材部分の内側に固定されて
   いる複数のかき混ぜ羽根とを有する発酵装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載した発酵装置において （ａ） 前記管状部材部分の内側に位置し、かつ流路
   部分の少くとも一部分に沿って軸方向に延びる第二の熱
   交換装置と、 （ｂ） 前記流路内に延びる第二の熱交換装置の内部
   に固定され、前記第二の熱交換装置に沿ってら旋状に配
   置されている複数の第二のかき混ぜ羽根を更に有する発
   酵装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の発酵装置におち・て 前記分離装置の出口は前記分離装置の入口と前記管状部
   材と連通ずるポンプ装置の入口点との間の点において前
   記管状部材と連通している発酵装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の発酵装置において、
   前記管状部材が概して水平な平面に配置されている発酵
   装置。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載の発酵装置において、
   前記管状部材が概して鉛直な平面内に配置されている発
   酵装置。 ６ 特許請求の範囲第３項記載の発酵装置において、前
   記インゼクタのうちのあるものが、前記熱交換装置を貫
   通しかつ前記管状部材の長手方向軸線の方へ概して半径
   方向に向けられている発酵装置。 ７ 特許請求の範囲第３項記載の発酵装置において、前
   記インゼクタのうちのあるものが前記熱交換装置を貫通
   しかつ前記流れ通路内へ概して接線方向に向けられてい
   る発酵装置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の発酵装置において、前
   記相分離装置出口が前記流れ通路内へ概して接線方向に
   向けられている発酵装置。 ９ 特許請求の範囲第３項記載の発酵装置において、前
   記ポンプ装置入口とノズルとの間の流路内に位置する隔
   壁は該隔壁の上流側から下流側へ前記ノズルを通るもの
   を除いて、媒質の流れを阻んでいる発酵装置。 １０ 特許請求の範囲第３項記載の発酵装置において
   、前記排出ノズルは前記流路に沿って概して軸方向に向
   けられている発酵装置。 １１ 特許請求の範囲第３項記載の発酵装置において
   、前記排出ノズルは前記流路内に前記管状部材に関して
   概して接線方向に向けられている発酵装置。