JPS6018390B2 - 微生物の好気的培養制御方法 - Google Patents

微生物の好気的培養制御方法

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JPS6018390B2
JPS6018390B2 JP56006332A JP633281A JPS6018390B2 JP S6018390 B2 JPS6018390 B2 JP S6018390B2 JP 56006332 A JP56006332 A JP 56006332A JP 633281 A JP633281 A JP 633281A JP S6018390 B2 JPS6018390 B2 JP S6018390B2
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dissolved oxygen
oxygen concentration
culture
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範夫 清水
哲男 山口
節雄 斉藤
正雄 上野
蓉二 緒田原
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Activated Sludge Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微生物の好気的培養制御方法に係わり、とくに
培養液中の溶存酸素濃度を制御する方法に関するもので
ある。
微生物を好気的に培養する際には空気を培養槽に吹込む
方法が従来行われている。
この場合の培養液中の溶存酸素濃度を制御するには縄梓
機回転数か通気量を変化させる方法が行われていたが、
溶存酸素濃度の制御範囲が狭いという問題があった。ま
た、糸状菌のように蝿拝強度が強くなると菌糸が切断す
るような培養の場合には蝿梓機回転数を上げることが出
来ず、通気量を上げるだけでは適正な溶存酸素レベルを
維持できなかった。
さらに、空気による通気では得られる酸素移動速度は2
00〜300のmol/〆・hであり、高菌体濃度培養
や酸素を多量に要求する微生物の培養においては、綾存
酸素レベルを微生物の増殖阻害が起らないレベルに維持
することは不可能であった。例えばパン酵母培養の際に
溶存酸素濃度が0.2奴以下になると酵母の生理状態は
嫌気的代謝になり、エタノールが生成し菌体収率が著し
く低下する。本発明は前記現状に鑑みてなされたもので
、その目的は培養液中の溶存酸素濃度を適正に制御する
ことにより、生産物の収率の向上を可能にする方法を提
供するものである。本発明の目的を達成するための溶存
酸素濃度制御方法は第一段階として鍵梓機回転数、第二
段階として通気ガスの酸素分圧、第三段階として通気量
を変化させることを特徴とする方法である。
さて、溶存酸素濃度を制御する方法としてSie鞍l1
(Biotechnoloの、and、Bjoen鰹n
eeringvol、WP345〜3501962)は
通気量と縄梓機回転数と通気ガスの酸素分圧を記載し、
実際には通気ガスの酸素分圧のみで溶存酸素濃度を制御
している。
これは大型装置上の問題として通気量と縄梓機回転数を
変化させるのは難しいと考えたからであろう。また石川
ら(特公昭51一9833)はバン酵母の通気培養にお
いて溶存酸素レベルをIQ風以下にする方法として、酸
素濃度30〜80%の高濃度酸素含有空気と空気導入量
と鷹梓等を制御すると述べている。
しかし、上記した文献には蝿梓機回転数、酸素濃度、通
気量をどのように制御するかについては全く述べられて
いない。
本発明者らは溶存酸素濃度を容易にかつ精度よく制御す
る方法について詳細に検討した結果、本発明のように第
一段階として櫨梓機回転数を制御し、第二段階として通
気ガスの酸素分圧を制御し、第三段階として通気量を制
御する方法を発明するに至ったのである。
本発明において第一段階として縄杵機回転数を、第二段
階として通気ガスの酸素分圧を、第三段階として通気量
を変化させて溶存酸素濃度を制御するのはつぎに記す理
由による。
損投機回転数、通気ガスの酸素分圧および通気量を変え
て亜硫酸々化法により培養槽の酸素移動速度を測定した
結果が第1図、第2図である。
第1図のAは純酸素、Bは空気を示す。また第2図のC
は蝿洋機回転数35仇pmを示す。これから明らかなよ
うに、蝿梓機回転数を2倍に上げると酸素移動速度は5
倍以上に向上し、通気ガスの酸素分圧を空気の0.21
atmから純酸素のlatm‘こ上げると酸素移動速度
は約5倍向上する。一方、通気量を2倍多くしても酸素
移動速度はほとんど向上しない。これから、培養液中の
酸素移動速度を変えるには櫨梓機回転数を変えるのが一
番効果的であり、通気ガスの酸素分圧、通気量の順に効
果が小さくなることが分った。培養液中の溶存酸素濃度
を効率よく制御するには、酸素移動速度を効果的に変え
られる方法が良いことから、培養液の溶存酸素濃度が低
下した場合は、第一段階として礎洋機回転数を上げる。
蝿枠機回転数が設定上限値になった場合は第二段階とし
て通気ガス中の酸素分圧を上げる。通気ガス中の酸素分
圧が設定上限値になった場合は第三段階として通気量を
上げるのである。一方、培養液の溶存酸素濃度が設定値
より高い場合は、第一段階として鷹梓機回転数を下げる
。渡洋機回転数が設定下限値になった場合は第二段階と
して通気ガス中の酸素分圧を下げる。通気ガス中の酸素
分圧が設定下限値になった場合は第三段階として通気量
を下げるのである。さらに、従来の空気だけの通気の場
合に比べて酸素富化ガスを用いることにより、2000
のmol/〆・hという高い酸素移動速度が得られる。
これより従来不可能であった菌体濃度20〜50夕/そ
以上の高菌体濃度培養が可能になり、培養の生産性が向
上するとともに「培養排液量の低減を図ることができる
。その上、高い溶存酸素レベルを要求する培養や高粘度
のために酸素移動速度が低下しやすい高粘性培養などの
培養が可能になる。酸素分圧を制御するには糟内圧を変
化させる方法や通気ガス中の酸素濃度を変化させる方法
がある。これらの方法のいずれをも用いることが可能で
あるし、同時に用いることにより、より大きな酸素分圧
を得ることができる。通気ガス中の酸素濃度を変えるに
は酸素ガスボンベや吸着式の酸素分離装置や深冷式の酸
素分離装置などが用いられる。
本発明に用いられる微生物にはサッカロミセス( Sa
ccharomyces )属 、ハ ン ゼ ヌ ラ
(也nsenula)属、トルロプシス(Tor山op
sis)属、ピヒィア(Pichia)属、キヤンディ
ダ(Candi船)属およびミコトルラ(Mycoto
mla)属などに属する酵母、メチロモナス(Meth
ylomo雌s)属、シ ュ ードモ ナ ス(Pse
udomonas)属、ア ル カ リゲ ネ ス(N
caligenes)属、バシラス(BaCill瓜)
属およびコリネバクテリゥム(Coひnebacter
ium)属などに属する細菌、ノルカルディア(Noc
ardia)属およびストレプトマィセス(Strep
tomyces)属などに属する放線菌、ベニシリウム
(Penicilli皿)属、ァ ス ベルギル ス(
Aspergill雌)属およびトリコデルマ(Tri
chodenna)属などに属するカビなどが用いられ
る。
培養基質としては糠密などの炭水化物、n−パラフィン
、メタノール、エタノール、酢酸および脂肪酸などが用
いられる。
基質以外の副原料として通常の培養に用いられる硫安、
尿素、アンモニア水、リン酸−カリウム、酵母エキス、
硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄および各種ビタミン、ミ
ネラルなどが用いられる。本発明方法の培養制御装置の
一例を第3図に示す。
培養槽1内に種菌を入れ、基質タンク7から基質を基質
供V給ポンプ8により供V給する。この時溶存酸素セン
サ9、酸素分圧測定器5、通気草柳定器6からの信号を
制御用電子計算機4で処理し、制御プログラムに従って
酸素分離機3、鷹梓機2、圧力調節器11に信号を送り
、蝿梓機回転数、通気ガス中の酸素分圧または通気量を
制御するものである。つぎに本発明の実施例について具
体的に説明するが、本発明はこれによりなんら限定され
るものではない。
実施例 1 菌体;SaccMromyoes cerevisia
e(パン酵母)培地:グルコースを300夕、尿素32
.25夕、Na2HP04−2日2015夕、MgSQ
・7405.7夕、KC1 3.3夕、クエン酸ナトリ
ウム37.5夕、酵母エキス7.5夕、ビタミン液15
の【およびミネラル液15の‘を水道水1とに加え、溶
解し、pH5.0に調整した。
但し、ビタミン液はピオチン0.04夕、ビタミンBO
.08夕、ビタミン馬2.0夕、パントテン酸カルシウ
ム1.0夕およびィノシトール20夕を蒸留水1夕に溶
解して作成し、ミネラル液はCuS04・SLOO.0
5夕、ZnS04・7日200.8夕およびFeS04
(N比)2・細200.3夕を蒸留水1クーこ溶解して
作成した。
培養条件;50そ客ジャーファーメンタを用い、温度3
0qo、pH5.0で上記塔地を流加し、溶存酸素濃度
を凝梓回転数、通気ガスの酸素分圧および通気量により
制御した。
なお、通気ガスの酸素分圧はエアーコンブレッサと酸素
ボンベを用いて変化させた。初発液量を15夕とし、初
発菌体濃度を50夕/のこした。結果;培養1幼時間を
通じて溶存酸素濃度を2〜4脚の範囲内に維持でき、ェ
タ/ールの生成量も200脚程度できわめて低く抑える
ことができた。
これにより菌体濃度は95夕/その高濃度に達し、菌体
収率は0.45夕/夕であった。なお最終培養液量は3
2そであった。実施例 2 菌株:Saccharomyces cerevlsl
ae(パン酵母)培地;モラセス0.6そ、尿素19.
3夕、85%リン酸85夕、水道水0.3その割合で混
合して調製した。
培養条件;50そ容ジャーファーメンタを用い、温度3
0℃、pH5.0で上記塔地を流加し、溶存酸素濃度を
鷹梓機回転数、通気ガスの酸素分圧および通気量により
制御した。なお、通気ガスの酸素分圧はエアーコンブレ
ッサと酸素ボンベを用いて変化させた。初発液量を15
夕とし、初発菌体濃度を25タ′夕にした。結果;培養
1虫時間を通じて溶存酸素濃度を2〜4脚の範囲内に維
持でき、エタノールの生成量も20■側程度できわめて
低く抑えることができた。
これにより菌体濃度は110夕/その高濃度に達し、菌
体収率は0.49夕/夕であった。なお、最終培養液量
は30そであった。実施例 3 菌株;也nsenulaに属する−・菌株塔地:基質と
してエタノール400のこ対し、副原料を硫安60夕、
K比P0430夕、Na2HP0430夕、MgS04
・7Z05夕 、FeS04・7日200.2夕 、M
hS〇4・4〜母日2〇〇‐02夕、CaC12・2日
2〇〇.〇2夕、サィアミン4雌量用いた。
培養条件;50〆容ジャーファーメンタを用い、温度3
yo、pH3.5で上記培地を流加し、溶存酸素濃度を
礎梓機回転数、通気ガスの酸素分圧および通気量により
制御した。
なお、通気ガスの酸素分圧はエアーコンブレツサと酸素
ボンベを用いて変化させた。初発液量を15〆とし、初
発菌体濃度を50夕/そにした。結果:培養1虫時間を
通じて溶存酸素濃度を2〜4脚の範囲内に維持すること
ができた。
これにより、菌体濃度は110夕/その高濃度に達し、
菌体収率は0.70夕/夕であった。本発明は以上述べ
たように、溶存酸素濃度の制御が容易に行えるようにな
るため、高菌体濃度培養が可能になり、培養槽の生産性
を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は濃伴機回転数と酸素移動速度との関係を示す図
、第2図は通気量と酸素移動速度との関係を示す図、第
3図は培養制御装置の一例の概略図である。 1・・・・・・培養糟、2・・・・・・縄梓機、3・・
・・・・酸素分離機、4……制御用電子計算機、5・・
・・・・酸素分圧測定器、6・・・・・・通気量測定器
、7・・・・・・基質タンク、8・・・・・・基質供給
ポンプ、9…・・・溶存酸素センサ、10……溶存酸素
計、11……圧力調節器、12,13,14,15・・
・・・・導管。 多′図 多Z菌 茅j図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 微生物を好気的に培養する際に培養液の溶存酸素濃
    度を設定値と比較し、溶存酸素濃度が設定値より低下し
    た場合は、第一段階として撹拌機回転数を上げ、撹拌機
    回転数が設定上限値になつた場合は第二段階として通気
    ガス中の酸素分圧を上げ、通気ガス中の酸素分圧が設定
    上限値になつた場合は第三段階として通気量を上げ、逆
    に培養液の溶存酸素濃度が設定値より高い場合は、第一
    段階として撹拌機回転数を下げ、撹拌機回転数が設定下
    限値になつた場合は第二段階として通気ガス中の酸素分
    圧を下げ、通気ガス中の酸素分圧が設定下限値になつた
    場合は第三段階として通気量を下げることを特徴とする
    微生物の好気的培養制御方法。
JP56006332A 1980-11-26 1981-01-21 微生物の好気的培養制御方法 Expired JPS6018390B2 (ja)

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DE8181109902T DE3176062D1 (en) 1980-11-26 1981-11-25 Process and apparatus for controlling cultivation of microorganisms
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JP2735215B2 (ja) * 1988-03-18 1998-04-02 株式会社日立製作所 培養槽の運転方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5467085A (en) * 1977-11-09 1979-05-30 Oriental Yeast Co Ltd Apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in culturing liquid

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