JPS61224994A - 連続アルコ−ル発酵装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は連続アルコール発酵装置、特に、培養液供給槽
と培養槽との隔壁を微生物を透過させない多孔質膜で形
成し、そして培養槽とアルコール水溶液回収槽との隔壁
をサーモパーベーパレーション機能を有する疎水性多孔
質膜で形成してなる連続アルコール発酵装置に関する。

（従来の技術） アルコール発酵は９通常９回分式により行われる。回分
式のアルコール発酵は発酵効率が悪いうえに大型の装置
を必要とする。このような欠点を解消するために、最近
では、酵母やバクテリアを固定し連続してアルコール発
酵を行う方法が開発され、実用化されつつある。しかし
、この方法では菌の増殖による余剰菌体が発酵液中に混
入し。

後工程のアルコール蒸留を困難にしている。この余剰菌
体を実質的に除去回収することはむづかしい。特開昭５
７−７２９３号公報には、微生物が存在する処理空間と
微生物の存在しない被処理液体との間に膜体を介在させ
被処理液中の有機物質を微生物により連続処理する方法
が開示されている。この方法では９分解された有機物質
は微生物と混在した状態で回収される。それゆえ、この
混在微生物の分離はさらに別の処理によりなされねばな
らない、また、特開昭５７−１６６９８４号公報には９
反応操作をより簡便にする目的で、微生物反応系と生成
物分離系を一体にした装置が開示されている。

この装置は、微生物または酵素が自由に通過できない複
数の多孔質膜を順次並列に配置した構造でなり、複数の
多孔質膜により形成された個々の空間領域は、培地液を
通過させる第１の隔室と、微生物菌体混在液を通過させ
る第２の隔室とを構成している。第１の隔室と第２の隔
室とは、いずれも上記多孔質膜を隔てて隣り合っており
１両隔室とも上記多孔質膜との接触面以外の面は流入口
および流出口を除いて密封されている。第１の隔室に供
給された培地液は多孔質膜を浸透し、第２の隔室へ流入
し、微生物反応が開始されるす生成物は第２の隔室から
多孔質膜を介して第１の隔室に浸透し、そこの未反応培
地とともに系外に流出し。

回収される。生成物は多量の培地液中に混入した状態で
得られるため、その生成物の濃度は極端に低い、生成物
濃度を高めるためには、膜ユニットを複数基連結するこ
とが行われ、そのための装置の大型化は避けられない。

膜ユニットを複数基連結しない場合には、精製工程とし
て蒸留が必要である。アルコール蒸留の場合には、処理
が繁雑でランニングコストも高いため、アルコールを安
価に供給することができない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その
目的とするところは、簡単な構造でなる連続アルコール
発酵装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、生成物の溶解した発酵液中に菌体
および培地液を実質的に混入させることなく該発酵液を
連続的に処理しうる装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、連続アルコール発酵装置、特に、培養液供給
槽と培養槽°との隔壁を微生物を透過させない多孔質膜
で形成し、そして培養槽とアルコール水溶液回収槽との
隔壁をサーモパーベーパレーション機能を有する疎水性
多孔質膜で形成することにより、菌体および培地液を実
質的に混入させることなくアルコール発酵液からアルコ
ール水溶液を効果的に回収しうる。との発明者の知見に
もとづいて完成された０本発明の連続アルコール発酵装
置は、（ｌ）適当な間隔をもって相対向する少なくとも
一対の多孔質膜により形成され、一端に微生物菌体供給
口を、そして他端に培養液流出口を有する培養槽と、（
２）該多孔質膜のうちの第１の膜を隔てて該培養槽と反
対側に形成された培地液供給口付き培地液供給槽と、（
３）該多孔質膜のうちの第２の膜を隔てて該培養槽と反
対側に形成されたアルコール水溶液回収槽と、を有し、
（４）上記多孔質膜のうちの第２の膜が上記培養槽の培
養液は透過させず培養液の蒸気のみを透過させる疎水性
多孔質膜である。ことを特徴とし、そのことにより上記
目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について述べる。

本発明の装置は０例えば、第１図に示すように。

プレート型に構成される。この装置は、少なくとも一対
の多孔質膜１１および１３が適当な間隔をもって相対向
して配置されている。これら多孔質膜により囲まれる空
間領域は培養槽１を形成している。

培養槽１の１例えば、−一には微生物菌体供給口１０が
設けられ９例えば、他端には培養液流出口１２が設けら
れている。両者は菌体循環管１４により連結されている
。微生物菌体供給口１０は、また２図外の通常の菌体培
養槽に連結されている。これら多孔質膜のうちの第１の
膜１１を隔てて培養槽１と反対側には、培地液供給槽２
が設けられている。

培地液供給槽２の９例えば、一端には培地液供給口２０
が設けられている。培地液供給槽２の外部空間は仕切り
板２１を介して温度調整用水循環路５が設けられ、一端
の温度調整用水供給口５１から供給された水が温度調整
用水排出口５２から排出される。

この温度調整用水は図外の適当な温度調整手段により温
度調整用水循環路５を循環している。上記第１の膜を構
成する多孔質膜は、孔径０．０１〜１０μ園。

好ましくは０．０１〜０．５μｍの微孔を有する。これ
より大きい径では菌体が微孔を通じて培養槽外へ流出し
てゆく、小さい径では透過液量が少なく発酵液の処理効
率が低下する。ま気、多孔質膜の空孔率は２０％以上が
好ましい。このような、多孔質膜は９例えば、セラミッ
クや金属焼結体などの無機物質、ポリオレフィン系樹脂
やシリコーンなどの有機物質で作られる。ポリオレフィ
ン系樹脂としては、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリフッ化ビニリデンなど）、ポリプロピレン
、ポリ塩化ビニルなどがある。多孔質膜の材質としては
、上記物質に限定されるものではなく。

菌体に浸食されないものや著しく汚染されないものであ
れば、公知のあらゆる膜材が使用できる。

なかでも、ポリオレフィン系限外濾過膜ＮＴＵ−２００
０（分画分子量２万１日東電工社製）やセラベールセラ
ミックフィルター（フランスセラベール社製）などが好
適に用いられる。また、上記仕切り板は熱伝導性の高い
材料で形成され９例えば、金属製板が利用される。

上記多孔質膜のうちの第２の膜１３を隔てて培養槽１と
反対側には、アルコール水溶液回収槽３が設けられてい
る。このアルコール水溶液回収槽３を隔てて第２の膜１
３と反対側には冷却板３１が設けられている。この第２
の膜は疎水性多孔質膜であり、培養槽１のアルコール発
酵液は透過しないがアルコール発酵液の水蒸気（アルコ
ール蒸気と水蒸気）を透過させるサーモパーベーパレー
ション機能を有する。この第２の膜１３を透過したアル
コール発酵液水蒸気が冷却板３１により冷却され凝縮し
てアルコール水溶液となりアルコール水溶液回収槽３に
回収される。上記第２の膜を構成する疎水性多孔質膜は
９発酵液を透過させないが発酵液の蒸気のみを透過させ
るサーモパーベーパレーション機能を有し１例えば、ポ
リテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂の膜であ
り０．０１〜１０μｍ。

好ましくは０．０１〜０．５μ−の微孔を有する。多孔
度は５０％以上であることが好ましい。膜厚は特に制限
されないが１通常、１〜２０００μｍ、好ましくは５〜
１０００　ｐ　ｍである。疎水性多孔質膜は、また。

フッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン
共重合体などのフッ素系樹脂の膜も使用できる。フッ素
系樹脂は耐熱性を有するため、被透過物質が高温である
とき特に有利である。フッ素樹脂のような疎水性重合体
に代えて、ポリスルホン、セルロース樹脂などの親水性
樹脂の多孔質膜の表面にフッ素系樹脂やシリコーン樹脂
などの撥水性樹脂を被覆して疎水性の多孔質表面を付与
してなる多孔質膜も使用することができる。

培養槽１中のアルコール水溶液がこの膜１３を介してこ
の回収槽３へ効果的に回収されるためにも。

この膜１３を透過するアルコール蒸気の透過速度が水蒸
気の透過速度よりも大であることが好ましい。

冷却板３１を隔ててアルコール水溶液回収槽３と反対側
には冷却液通路４が形成され、そこを流れる冷却液が冷
却板３１を常時冷却している。この冷却板３１も熱伝導
性の高い材料１例えば、金属製板で形成される。アルコ
ール水溶液回収槽３には、アルコール水溶液排出口３４
が設けられている。

アルコール水溶液回収槽３には必要に応じて。

スペーサーが配置される。スペーサーとしては。

多孔質のものが使用される。スペーサーは凝縮したアル
コール水溶液を所定方向に導きうるよう少なくとも一定
方向に通液性を有することが必要である。第１図に示す
装置にスペーサーを配設する場合には、アルコール水が
鉛直方向に流れるように鉛直方向に通液性を有するスペ
ーサーが使用される。このようなスペーサーとしては１
０〜１　、０００メツシユの天然もしくは合成の繊維か
らなる織布。

不織布、炭素繊維などが用いられる。繊維の素材として
は１例えば、ポリエチレン、ポリエステル。

ポリアミドが用いられる。スペーサーの厚さは特に制限
されないが、厚すぎると蒸気の凝縮効率を低下させる。

その厚さは１通常、０．１〜５．０ｍ。

好ましくは０．２〜３．０鶴である。スペーサーは第２
の膜（疎水性多孔質膜）１３や冷却板３１の表面にあら
かじめ接合されたものを使用してもよい。

上記第１・第２の多孔質膜１１および１３を隔てて形成
される培養槽１．培地供給槽２およびアルコール水溶液
回収槽３でなるユニットを上記冷却板３１とこれを冷却
する冷却液の通路４に対して対称位置に配置することが
可能である。

本発明の装置は、既述のようなプレート型の他に、第２
図および第３図に示すように９円筒状にも構成されうる
。この場合も同様に、相対する一対の管状多孔質膜１１
および１３により培養槽１が形成され、アルコール水溶
液回収槽３．培養槽１および培地供給槽２が順次同心円
状に内側から外側方向へ配置されている。アルコール水
溶液回収槽３内には冷却管３１が配置されその中を冷却
液が循環している。培地液供給槽２の外周には同心円状
に仕切り壁２１を介して温度調整用水循環領域５が設け
られている。

上記装置を用いて発酵液は例えば次のようにして処理さ
れる： まず、新鮮な培地液が培地液供給口２０から培地液供給
槽２へ供給される。この培地液は、第１の膜１１を浸透
して培養槽１へ流入する。微生物菌体は培養槽１の供給
口１０から培養槽１へ供給される。

培地液および微生物菌体は、培養槽１が３０℃〜６０℃
に保持されるようあらかじめ加温されている。

培地液は培養槽１に滞留する微生物菌体により微生物反
応を受ける。第１の膜１１には培地液供給圧に相当する
圧力がかかっているので、培養槽１内の液が膜１１を通
じて逆流するおそれはない。培養槽１で得られる培養液
からアルコール蒸気および水蒸気だけが選択的に第２の
膜（疎水性多孔質膜）１３を浸透しアルコール水溶液回
収槽３に至る。アルコール蒸気および水蒸気は冷却板３
１により冷却され凝縮してアルコール水溶液となる。こ
のようなサーモパーベーパレーション法により得られる
アルコール水溶液のアルコール濃度は、培養液中のアル
コール濃度よりも高い、このアルコール水溶液は冷却板
３１表面に沿って流下しアルコール水溶液排出口３４か
ら排出される。培養槽１内にとどまった微生物菌体は引
続き供給されてくる培地液を発酵させる。培養槽１内の
微生物菌体は、目的とする発酵を常時効果的になしうる
定常状態に維持されることが好ましい。それゆえ、その
微生物固有のライフサイクルに合わせて、微生物菌体供
給口１０から新鮮な菌体懸濁液が培養槽１に適宜供給さ
れる。培養槽ｌ内の菌体を含む培養液は、この菌体懸濁
液供給圧等に依存して培養液流出口１２から槽外へ順次
排出されてゆく。その一部は菌体循環管１４を経て、再
び培養槽１へ供給されうる。

上記の培地液は１例えば、糖質、澱粉、繊維質原料など
から得られた１０〜２５重量％のグルコース水溶液に適
当な栄養成分や無機塩を加えることによって調製される
。使用される菌体としては１例えば、サツカロマイセス
（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属のサツカロマイセス
　セレビシェ（Ｓ、ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）　ｒサツカ
ロマイセス　ラバラム（Ｓ、ｕｂａｒｕｍ）などを代表
とする酵母；チモモ芋ス　モビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａ
ｓｗ＋ｏｂｉｌｉｓ）、クロストリディウム　サーモハ
イドロサルフリカム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　ｔｈｅ
ｒ＋ｗｏｈｙｄｒｏｓｕｌｆｕｒｉｃｕｍ）などの細菌
；トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）などのカビ
類が挙げられる。培養温度は３０〜６０℃が適切である
。培養温度が高すぎると菌体の酵素活性が失われるおそ
れがある。培地液のｐＨは培養期間中３〜６に維持され
ることが望ましい。ｐＨの調整には水酸化ナトリウムも
しくは硫酸が用いられる。

（実験例） 第１図に示されるプレート型処理装置を用いて。

以下の実験を行った。疎水性多孔質膜１３として０．２
μｍの微孔を有する厚さ０．１鶴のポリテトラフルオロ
エチレン膜、多孔質膜１１としてポリオレフィン系限外
濾過膜ＮＴＵ２０００　（分画分子量２万２日東電工社
製）を使用した。　１０％グルコースを含む完全培地（
グルコース１０％、酵母エキス０．１５％。

ＮＨ４Ｃｌ　０．２５％、にｚＨＰＯ４０，５５％、　
　Ｍｇ５ｏ、　　０．０２５％。

ＮａＣｌ０１％、クエン酸０．３％）を培地液供給口２
０より多孔質Ｈｉｌｌを通じて培養槽１に３０ａａ／ｈ
ｒ、の速度で供給した。この培養槽１には、微生物菌体
供給口１０からサンカロマイセス　セレビシェ（Ｓａｃ
ｃｈａｒｏｍａｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）　（
ＡＴＣＣ４１２６）の２．０％アルギン酸ナトリウム懸
濁液を供給した。微生物菌体懸濁液の培養槽１での滞留
時間は３時間に調整された。培養槽１での培養条件は、
温度３５℃そしてｐＨ５，０であった。冷却液通路４を
流れる冷却水の温度は５℃であった。アルコール水溶液
回収槽３から発酵液流出口３４を経て流出してくる発酵
液から３５ｇ／ｊ！−ｈｒ、のエタノールが回収された
。

（発明の効果） 本発明の連続アルコール発酵装置によれば、このように
、培地液供給槽とアルコール水溶液回収槽とが相対向す
る一対の多孔質膜で形成される培養槽により隔てられて
いるため、培地供給液とアルコール水溶液とは混ざり合
わない。また、培養槽の発酵液からのアルコール水溶液
の回収は発酵液と冷却水との温度差を利用した疎水性多
孔質膜によるサーモパーベーパレーション法により行わ
れるので、比較的高濃度のアルコールを含有するアルコ
ール水溶液が連続的に回収されうる。したがって、従来
技術のようなアルコール濃度を上げ。

るための培養ユニットの連結は不要である。しかも、培
養系も小さいので、培養系の濃度・温度・ｐＨ等の培養
条件の設定が容易である。また、培地液の培養槽への供
給は、常に、多孔質膜を通じて行われるので、培地中の
雑菌や夾雑物が多孔質膜により効果的に除去され、培養
槽内の培地は常時清澄状態にある。構造も極めて簡単で
ある。

４、　　　　の　　　な畳　日 第１図は本発明装置の一実施例の断面平面図。

第２図および第３図は本発明の装置の他の一実施例を示
す正面模式図および平面模式図である。

１・・・培養槽、２・・・培地供給槽、３・・・アルコ
ール水溶液回収槽、４・・・冷却液通路、５・・・温度
調整用水循環路、　１０・・・微生物菌体供給口、１１
・・・第１の多孔質膜、１２・・・培養液流出口、１３
・・・第２の多孔質膜。

１４・・・微生物菌体循環管、２１・・・仕切り板、３
１・・・冷却板、３４・・・発酵液流出口。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１）適当な間隔をもって相対向する少なくとも一
   対の多孔質膜により形成され、一端に微生物菌体供給口
   を、そして他端に培養液流出口を有する培養槽と、 （２）該多孔質膜のうちの第１の膜を隔てて該培養槽と
   反対側に形成された培地液供給口付き培地液供給槽と、 （３）該多孔質膜のうちの第２の膜を隔てて該培養槽と
   反対側に形成されたアルコール水溶液回収槽と、 を有し、 （４）上記多孔質膜のうちの第２の膜が上記培養槽の培
   養液は透過させず培養液の蒸気のみを透過させる疎水性
   多孔質膜である、 ことを特徴とする連続アルコール発酵装置。 ２、前記疎水性多孔質膜を透過するアルコール蒸気の速
   度が水蒸気の速度より大である特許請求の範囲第１項に
   記載の連続アルコール発酵装置。 ３、前記アルコール水溶液回収槽を隔てて前記疎水性多
   孔質膜と反対側に冷却板が配置された特許請求の範囲第
   １項に記載の連続アルコール発酵装置。 ４、前記微生物菌体供給口に菌体増殖槽を連結させた特
   許請求の範囲第１項に記載の連続アルコール発酵装置。