JPS6151870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、培養培地中で微生物を連続的に増殖
させるための方法および装置に係る。より特定的
には、本発明は、微生物を連続的に増殖させる方
法に係り、それにより微生物のための粗製あるい
は前段階の培養培地が連続的に処理され、増殖工
程および装置と密着した部分として、微生物のた
めの好適な精製培養培地を提供する。

〔先行技術〕

数多くの生化学的方法が公知であるが、それら
では、微生物が、それに適した培養培地中で、あ
る特定の究極的目的あるいは用途のため大量の微
生物を生育させる目的か、生育している微生物に
よつて生産された生成物を回収する目的のいずれ
かのために、増殖させられる。

経済的および技術的な配慮は、一般に、これら
の目的に対し連続的方法の利用を有利であるとす
るが、僅かな例外をのぞき、商業的な微生物増殖
方法は回分、あるいは半回分法で行われている。
連続的な方法は、困難であり実際上、なかんづ
く、このような方法に要求される高い度合の制御
を達成することが不可能なことにより、多くの微
生物増殖システムに対して望ましくないとされて
来た。このことは、好気性増殖システムにおける
酸素、嫌気性システムにおける酸素および／また
は他のガスのような増殖工程で必要とし、あるい
は存在を望しいものとされるガス状物質の濃度
を、副生物の生成を促進あるいは抑制するよう
に、適当なガス圧を与えるように、あるいは他の
役目のために制御することに関して、とりわけ本
当である。殊に、多くの微生物増殖システムの性
質は、それらが処理されている条件が、概して、
特別に栄養物あるいは培養培地におけるガスの重
要な溶解度に資するようなものでないのである。
その結果、増殖システムにおけるガス（たとえ
ば、酸素）利用率は、一般にきわめて悪く、理論
上必要なガス量に対して、かなりの過剰（たとえ
ば、100〜1000倍）な使用に頼ることも、決して
異例ではない。このような大量のガス状物質を使
用する必要性は、プロセスを連続した手法で行う
ことに対して、かなりの困難性を加え、また、勿
論、全体のプロセスの経費をかなり増大させる。

微生物増殖システムにおける連続処理の可能性
のある利用に対する他の重大な制約は、培養培地
が、それからの回収が求められている所望の微生
物あるいは他の物質を除去するため精製されなけ
ればならないという、かなり普偏的な要求であ
る。必要とする精製の度合は、一般にきわめて高
く、多くの熱処理、ろ過あるいは培養培地から不
所望の物質を除去するための他の手段が含まれ
る。こうした状況のもとで、培地の精製から微生
物の増殖に至るまで真に連続的であるプロセスを
開発することは全く困難である。

経済的な有利性は自明であり乍ら、連続プロセ
スの採用が疑問であつた産業の好適例は、イース
トの商業生産である。

商業的イースト生産は、典型的には複数の増殖
工程を含む回分方法である。一般に、イースト
は、通常シエーカー・フラスコに収容され、予め
滅菌された栄養培地中に接種される。フラスコ中
で、イーストの生育は、温度制御や通気を生ずる
ためのフラスコの振とうといつた種々の手段で促
進させられる。次いで、イーストは、このフラス
コから出され生育を続けるため、より多量の栄養
培地を収容している他のフラスコに接種される。
これらの初期段階はフラスコ段階あるいは培養発
展段階と便宜上称されている。

培養発展段階から、イーストは空気源と撹拌手
段を有する容器に接種される。これらの工程は、
より多量の栄養培地と大きな容器を使用して一二
度繰返される。これらの段階で使用する空気の量
は一般に限られているので、これらの段階は低度
好気性段階と称されている。これらの段階からの
イーストは、次いでより多量の空気の使用を含
み、激しい生育条件が維持されているより大きな
発酵器に移される。これらの段階は、高度好気性
あるいは商業段階と称される、というのはこれら
の段階からのイーストは採取された上、典型的に
は圧さくあるいは活性ドライ型である、ベーカリ
ー向けあるいは家庭向けの用途に加工されるから
である。

高度好気性あるいは商業段階での増殖のため
に、実質上微生物のないイースト培地を大量に用
意する必要がある。これは、これまで最終糖蜜
（final molasses）のような培地を加熱滅菌する
ことによつて達成されて来た。食品用に適当なイ
ーストの生産に有効なレベル迄、汚染源の微生物
の数を減少させるため、大量のエネルギーおよび
熱の発生ならびにそのプロセスへの伝達手段が必
要であつた。典型的には、熱はオイルまたはガス
ボイラーによつて発生されスチームとしてプロセ
スに移送され、それはそのまま注入されるか熱交
換器によつて伝達されるものであつた。加熱につ
づいて、糖蜜は使用に先立つ冷却を要するもので
あつた。このように、滅菌工程はかなりの資本お
よび運転経費をともなうものであつた。

共通に譲渡されている1983年４月12日の米国特
許第4379845号において、上記された熱滅菌の必
要性を除き、その他の改善を提供する改良方法が
開示されている。その方法は、その広い局面にお
いて、糖蜜を、約30000ダルトンを越える分子量
の固体を有効に除去する限外ろ過装置（スパイラ
ル巻きの膜であつてよい）を通過させ第１の透過
物を作り、次いで、この第一の透過物を約0.2か
ら1.2ミクロンの細孔直径を有する少なくとも一
個の追加的ろ過装置（管状膜であつてよい）を通
過させてイーストを培養する培地を作る糖蜜精製
工程を含むものである。このろ過装置は組合せる
ことによつて、食品用途に適するイーストを生産
するため効果的なレベルにまで、微生物の数を減
少させるのに有効である。このイースト用培地
は、次いで、適当な反応器中でイーストを接種さ
れ、イーストおよびイースト用培地はイーストの
増殖に有効な条件下に置かれる。

米国特許第4379845号の方法は、イーストの増
殖のための精製培地を与えるということに関し、
先行技術に対し重要な進歩を提供する。米国特許
第4379845号の開示は、それまでこの技術で公知
であつた諸方法より、イーストの連続生産のため
に、より役に立つ、しかし乍ら連続的なバイオリ
アクターおよびこの改善された方法を最大限に利
用し、連続プロセスにおいて達成され得る増殖条
件に対する制御の程度に関する他の問題を解決す
る方法を提供する必要が残つている。

現在知られている所謂連続リアクターとして
は、米国特許第2244902および2657174号に開示の
ステイツチ（Stich）のもの、同第3940492号のエ
ーンストロム（Ehnstrom）のもの、および同第
4284724号に開示のフクダら（Fukuda etal）の
ものがある。

米国特許第2244902号においてステイツチは、
多数の互に接続されたリアクターを使用する方法
を開示しており、リアクターのおのおのはイース
ト・マツシユの垂直に循環する流れを形成する手
段およびマツシユの下向きに運転する部分に空気
を導入する手段を有している。イーストは各リア
クター内で何回も循環させられ、次いで他の室に
移される。この方法は、室の上部に向う菌体が比
較的低いレベルの酸素を受取る公知のリアクター
に比べて、空気の導入効率を改善したとされてい
る。

米国特許第2657174号においてステイツチは、
連続的なイースト製造の他の方法を開示してい
る。この方法によれば、イースト・マツシユは発
酵室の底に近い複数の位置から取り出され、冷却
され、栄養物を与えられたのち異なる位置から再
び室内に導入される。ここでも、改良はリアクタ
ー内での改善された酸素分配に係るものであると
されている。さきのステイツチの特許におけるの
と同様に、きわめて大きなリアクターの容積と別
設の精製栄養源を必要とする。

米国特許第3940492号において、エーンストロ
ムは、麦芽汁（wort）が、微生物を導入する長
い閉鎖通路を含む回路へ連続的に供給される方法
を開示している。この回路中で発酵が生じたの
ち、麦芽汁と微生物との混合物は、発酵した麦芽
汁、生菌体の塊および不純物に分離するため遠心
分離にかけられる。これらの三つの成分は、それ
ぞれ別々に遠心分離機から取り出される。発酵し
た麦芽汁および生菌体は連続的に排出される。生
菌体の塊は回路内で生じた過剰の生菌体を含んで
いる。ステイツチの方法と同様に、滅菌した栄養
物の別の源が、この複雑な装置に供給するために
必要である。

米国特許第4284724号におけるフクダらの開示
によれば、イースト菌体のブロスはフアーメンタ
ーから連続的あるいは間けつ的に取除かれる。次
いでイースト菌体は菌体分離機を使用してろ液か
ら分離され、あるいは水で更に洗浄される。この
ようにして得たイースト菌体はフアーメンターに
再循環され、イーストは乾燥重量で６％から約20
％という高い菌体濃度において培養される。培養
システムからろ液を取除くことにより、イースト
の培養を妨げている、代謝物や塩の蓄積がなくな
り、イースト菌体の生育に干渉する雑菌の生育を
抑制することが開示されている。他のシステムと
同様に、滅菌した栄養供給のために別の手段を必
要とする。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

培地中での微生物の増殖のため、連続的な作業
モードで採用し得、増殖プロセスの制御を必要と
される高い程度になしうるものであり、かつプロ
セスに密着した部分として培地の連続的な精製を
準備する装置および方法の確たる必要性が存在し
ている。

本発明の一つの目的は、微生物を連続的に増殖
させるための改良された方法および装置を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、培養あるいは栄養培地
が、増殖プロセスに密着した部分として連続的に
精製あるいは滅菌される、微生物増殖のための改
良された方法および装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、増殖プロセス中に必
要とされるガス状物質がプロセス中でのガスの利
用を改善し、かつ全体としてガス流所要量を減少
させるよう富化した形で用いられ得るようにし
た、微生物増殖のための改良された方法および装
置を提供することにある。

本発明の他のより特定的な目的は、イーストを
連続的に増殖させる改良された方法および装置を
提供することにある。

本発明の更に別のより特定的な目的は、糖蜜が
培地となるように連続的に精製され、それが、精
製手段がその密着した部分である反応帯域におい
てイーストを連続的に増殖させるよう精製された
直後に利用され、したがつて冷却および他の反応
器への転送を不必要とする手法で行われる、イー
ストを連続的に増殖させる改良された方法および
装置を提供することにある。

本発明の追加的な目的は、プロセスに使用され
る酸素が、酸素を主要容積量として、好ましくは
約80％以上含む富化ガス流として与えられること
により、プロセスにおける全体の所要ガス流が、
薄い酸素含有ガス流を使用した従来のプロセスに
比べてかなり減少させられた、イーストを連続的
に増殖させるための方法および装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記およびその他の目的は、培地において微生
物を増殖させるための連続的なバイオリアクター
および方法を提供する本発明によつて達成され
る。

本発明によれば、栄養培地は円筒形のスパイラ
ル巻き限外ろ過膜エレメントの全長にわたつて連
続的に流れる。エレメントは、円筒状の外表面と
同心の内表面とを有し、両者は互いにスパイラル
巻き膜の同心の層によつて隔てられているもので
ある。円筒状の同心内表面は、エレメントの全長
にわたつて内部円筒空間を定める。スパイラル巻
き膜エレメント（典型的にはその外表面近く）へ
の栄養培地の流れは、膜の層を透過し、内部円筒
空間に向う栄養培地の少くとも部分的な半径方向
の流れをもたらす。膜は、予じめ定めたサイズあ
るいは分子量を越える固体を排除するように作ら
れており、その結果、内部円筒空間へと透過して
行く栄養培地が、そこから特定のサイズまたは分
子量を越える固体の除去に関する限り、精製され
る。

このようにして精製され、スパイラル巻き膜の
内部円筒空間内にある培地は、次いで栄養培地か
ら予じめ定められたサイズまたは分子量のより以
上の固体を除去するように作られたチユーブラー
膜の外表面に沿つて通過させられる。チユーブラ
ー膜の中空円筒状内部では、増殖させるべき微生
物が通過し、チユーブラー膜の外表面を通過した
栄養培地と接触する。増殖した微生物と栄養培地
とはチユーブラー膜の中空円筒内部（“反応”あ
るいは“増殖”帯域）から分離、再循環その他の
ために除去される。

増殖プロセスに所要のガス状物質は、チユーブ
ラー膜の外表面に沿つて通過する栄養培地中に溶
解または分散させられるか、あるいはチユーブラ
ー膜内部を流れる微生物流中に直接に導入させ得
る。その中で微生物が増殖する培地中のガス状物
質の濃度の精密な制御は、圧力下に流れる培地中
のガス状物質の増大した溶解度（高度に富化した
ガス流の使用を可能とする）および栄養培地の流
れに関連して必要とされるガスの小さな全容積に
よつて達成される。チユーブラー膜の中空円筒状
内部での微生物との接触のため栄養培地が通過す
る膜材料は、チユーブラー膜の外表面に沿つて通
過する培地内にガスが分散させられる場合、栄養
培地へのガスの微細な分散および／または溶解を
助ける。

本発明の装置およびその好ましい方法におい
て、チユーブラー膜をスパイラル巻きの膜の内表
面によつて決定される内部円筒状空間内に配置す
ることによつて、チユーブラー膜はスパイラル巻
き膜エレメントと密着した部分として作られてい
る。このようにして、スパイラル巻き膜からの精
製栄養培地は、直ちにチユーブラー膜の外表面と
の接触にもたられ、そしてそれを通過し、その中
の微生物との接触のためにチユーブラー膜の空洞
内部に入つて行く間に更に精製される。

増殖プロセスのためにガス状物質が必要である
場合、チユーブラー膜は、好ましくはスパイラル
巻きの膜の内部円筒空間内にあるがスパイラル巻
きの膜の円筒状内表面と間隔をおくように、配置
される。このようにして、チユーブラー膜の外表
面およびスパイラル巻きの膜の内表面が、スパイ
ラル巻きの膜からの精製栄養培地がチユーブラー
膜外表面を通過して更に精製される前の状態にあ
る環状の小室を決定するものとなる。所望のガス
状物質は、そこに収容されている栄養培地への分
散および溶解のためにこの環状小室へ導入され
る。しかしながら、先に指摘したように、ガス状
物質はチユーブラー膜を通過する微生物の流れに
直接導入することもできる。

この装置および方法は、連続プロセスにおける
イーストの増殖にとりわけ有用であつて、そこで
栄養培地（たとえば糖蜜）は、培地中の微生物数
を、イーストとの接触前に栄養培地100ｇあたり
10未満、典型的には１未満に減少させる程度迄精
製することができる。栄養培地中の酸素含有量の
精密な制御は、イーストの増殖なしに栄養源自体
の好気的発酵が生ずるレベルを超えずに、イース
トの増殖に対して充分な酸素を供給するように、
達成される。

本発明の装置は、精製が必要かあるいは精製が
望ましい栄養培地と微生物とがその生育のために
接触する、広い種類の微生物増殖システムに応用
可能である。微生物は、その生育のために好気性
あるいは嫌気性の条件を必要とするものである。

装置および方法の詳細を記述する目的で、糖蜜
を含む栄養培地中におけるイーストの増殖が説明
のため選ばれた。この増殖システムにおいては、
酸素含有ガス（たとえば空気）の存在を必要とす
る、それゆえこのシステムは、いくつかの他のシ
ステムについては、これほど容易に説明できない
本発明の数多い特徴を指摘するのに役立つであろ
う。

イーストの生産に応用したように、本発明の方
法は、糖蜜のような含水炭素物質を連続的に精製
してイーストのための培地を準備することによつ
て生産を改善するものであつて、その手法は、精
製手段中に含まれる反応帯域においてイーストを
連続的に増殖させるため培地の精製直後の使用を
可能とし、冷却および別の反応器への移送を不必
要とするものである。

糖蜜は、ビートまたはさとうきびからの砂糖製
造において母液から蔗糖を採取したあとに残され
る濃い液体である。糖蜜は、商業的な砂糖生産が
多岐にわたつており、それが種々の段階で取り出
されるものである故に、無条件に定まつた組成を
有するものでない。しかしながら、典型的には
「最終糖蜜（final mnlasses）」として知られる製
品は約20％のスクロース、20％の還元糖、10％の
灰分、20％の非糖質有機物質および20％の水を含
むものである。この製品は、本質的には、それ以
上のスクロースを除去することがもはや商業上実
用的でないときに残されるシラツプである。この
製品は、また「黒色帯糖蜜（black strap
molasses）」としても知られており、典型的に発
酵によつてイースト、およびクエン酸のような
種々の化学品および種々のアルコールを生産する
ために利用されている。

ここに糖蜜なる用語を用いたが、これは単に、
スクロースの高度の除去によつて比較的低い経済
的価値を有する最終糖蜜だけを含む意味ではな
く、それからかなりの量のスクロースを晶出しう
る他の形の糖液を含むものである。たとえば、一
般に「第一糖蜜（first molasses）」と呼ばれ
る、スクロースの第１の晶出の後に残つた母液を
も含む。

また第２の晶出から得られる「第二糖蜜」も含
み、さらにそれに続く最終糖蜜に至る各段階での
糖蜜をも含む。また、ホール・ジユース・モラセ
ス（whole juice molasses）を使用することも可
能であるが、多くの条件の下で経済的に望ましい
ことではない。

さらに、糖蜜なる用語は何等かの特定した源か
ら製造された糖蜜に限定されるわけでなく、ビー
トまたはさとうきび処理からの産物であり得る。
その広い局面において、糖蜜は、イーストの増殖
のため有効な含水炭素源を与える任意のスクロー
ス含量、任意の植物源からのものである。

イースト培養の栄養培地は、糖蜜だけを含むも
のであつてもよいが、適当な量の窒素、リン、含
水炭素を得るのに必要な他の栄養物、塩その他を
用い、さらに、イーストの特定の株により、ある
いはイーストの所望の使用目的に応じて必要とさ
れる少量栄養分を用いることも出来る。PHを適当
な値、典型的にはおよそPH3.5からPH７に、調節
するため酸またはアルカリを用いることも望まし
い。

生イーストの最大の用途はベーキング目的であ
つて、本発明の方法はこの型のイースト生産にと
りわけ適している。イーストは二つの主要な形、
すなわち活性ドライおよび圧さく型で、ベーカリ
ーおよび消費者のベーキングのために供給されて
いる。ベーキング目的のイーストの種は一般にサ
ツカロミセス・セレビシアエ（Saccharomyces
Cerevisiae）である。この種の中に含まれるイー
ストには多くの株があり、使用される特定の株は
イーストの所望の型のような多くの要件に依存す
る。

ベーカーズ・イーストの株は、シユルツおよび
アトキン（Shultz and Atkin）によつてアーキ
ーブス・オブ・バイオケミストリイ
（ARCHIVES OF BIOCHEMISTRY）、第14巻、
369頁（1947年８月）に記され、出版されたバイ
オス・レスポンス・プロセデユア（bios
response procedure）によつて分類されると
き、一般に広いカテゴリーに分類されうる。第一
のグループはバイオス（Bios）No.236として分類
される。このグループのイーストは一般に圧さく
型のイーストが所望されるとき使用される。圧さ
くイーストは、一般に適当な寸法のブリツク（方
形塊）に成型され、約70％の湿分を含有するもの
である。第二のグループはバイオスNo.23として
分類され、典型的に活性ドライ・イーストを作る
とき使用される。バイオスNo.23のイーストは高
収率で増殖し、バイオスNo.236グループのイー
ストより硬く安定であるが、あとのグループの圧
さくイーストの方が、そのより優れた発酵活性の
故に商業的ベーカーに好まれている。

活性ドライ・イーストは典型的には、10％未
満、一般に約４〜８％の湿分を含んでいる。バイ
オスNo.23グループのイーストは通常活性ドラ
イ・イーストの生産のために選択される、これ
は、それがバイオスNo.236グループのイースト
より硬くまた代謝的に安定であるというこのグル
ープのイーストの特性によるものであつて、これ
がバイオスNo.23のイーストを当初の発酵活性の
損失を最小に保ち乍ら、より低い湿分レベルまで
乾燥させることを可能としている。ある例におい
て、バイオスNo.236グループのイーストも活性
ドライ・イースト製品を製造するのに使用するこ
とが出来る。

第１図は本発明を実施する好ましいプロセスの
略図を示すものである。タンク１０に貯えられた
生の糖蜜は高いバクテリア数、典型的には液状糖
蜜１ｇあたり10³〜10⁷個のオーダーの微生物を有
しており、増殖前に減少させなければならない。
これはイーストの生育条件はバクテリアの生育に
とつても高度に好ましいものである故必要なこと
である。すべての供給流およびプロセス装置にお
けるバクテリアのレベルも実用上最低のレベルに
減少させることも又必要なことである。たとえ
ば、好気性条件下にイーストを増殖させるために
必要とする空気の供給は一般に過されていなけ
ればならない。加えて、装置は、きちようめんに
清浄に保たれ、正規の基準において滅菌されてい
なければならない。同様に、イースト自身が汚染
バクテリアの出来る丈ない培養物から得られたも
のであることを必要とする。

タンク１０に保有された生の糖蜜は確実変位の
ポンプ１２により、導管１４を通じスラツジ除去
器１６に移送される。導管１８を通じ、熱湯が加
えられて生糖蜜と混合され、約50゜〜70゜ブリツ
クス（brix）、温度約49℃（120〓）〜58℃（135
〓）の溶液が作られる。スラツジ除去器１６は遠
心機あるいはフイルター・スクリーン・ユニツト
のいずれかであつてもよい。スラツジ除去器の主
な目的は糖蜜液中の懸濁粒子を除去し、約90〜
100ミクロンより大きい粒子を排除することであ
る。一つの、とりわけ効果的なスラツジ除去ユニ
ツトは100ミクロン・スウエコ（SWECO）スク
リーン・システムである。

糖蜜はスラツジ除去器１６から導管２０を通じ
て供給タンク２２へ移送される。導管２４からの
熱湯が薄められた糖蜜と混合され約20゜〜50゜ブ
リツクス濃度、温度約49℃（120〓）〜55℃（130
〓）の最終溶液とされる。ポンプ２６が糖蜜を限
外過システムへ運ぶ。

糖蜜は、導管２８を通じ、ここで３０および３
２で示されている複数の放射状導管へ移送され、
ついでスパイラル巻き限外ろ過膜３４に供給され
る。スパイラル巻き限外ろ過膜は、アブコア
（ABCOR）スパイラル型メンブレン・カートリ
ツジのような市販のユニツトであつてもよい。食
品用途の製品を製造するのに有効であるために、
限外ろ過膜は、30000ダルトンより大きな分子量
を有する懸濁または溶解している固型物をしりぞ
ける能力を有さなければならない。所望ならば、
10000ダルトンを超える分子量の固体の排除能を
有する限外ろ過装置を用いることができる。好ま
しくは、装置が約15000〜20000ダルトンの最小レ
ベルの分子量を有する固型物をしりぞける能力を
有すべきである。

糖蜜がスパイラル巻きの限外ろ過膜３４の全長
にわたりその長手方向に流れるとき、それは連続
的に圧力を受け、高分子量物質を除くすべてのも
のが、膜３４の多数の層を通じて半径方向に流れ
環状室３６に向うようにさせられる。

環状室３６はスパイラル巻き膜３４の内表面と
チユーブラーろ過膜３８の外表面によつて決定さ
れている。端部キヤツプ３９および４０はチユー
ブラー膜をスパイラル巻き膜の中で、その位置決
めをする手段である。こうして、スパイラル巻き
膜３４を通じる糖蜜の流れは室３６に流入し、第
二のろ過装置、チユーブラーろ過膜３８に向う透
過物の流れを生じる。

スパイラル巻き膜によつて排除された高分子量
物質は、ここに４１および４２として示す放射状
に位置するポートを通じて取り去され、濃縮した
部分を供給タンク２２に戻す再循環導管４４に向
う。スパイラル巻き膜３４からの透過物もまた環
状室の長軸に沿つて流れるようにされるが、過剰
分は、半径方向に間隔をあけられた導管４６およ
び４８を通じ、かつ導管５０を通じ、再循環導管
４４へと通過して行く。

バイオリアクターの他端には、元導管５２から
の半径的に間隔をあけられた導管５２および５４
を通じて空気あるいは酸素富化ガスが導入され
る。好ましくは、焼結金属のスパージヤーのよう
な空気分散ユニツトが、環状室３６内の透過物内
に空気を微細に分散させるために配置される。室
３６の空間内に沿う透過物の流れは空気をその内
で流れるようにさせる。好ましくは、入口導管５
２および５４から出口導管４６および４８での空
気流は、導管５８を通じチユーブラー膜３８内部
を通過するイースト懸濁液に対して向流である。

その代り、ガスの一部または全部は、適当なス
パージヤー手段を用いて室６０内に導入すること
も出来る（後記）。

チユーブラー膜フイルターはスパイラル巻き限
外ろ過膜３４と組合されて、糖蜜から実質上すべ
ての微生物を除去し食品用途のイーストの生育を
支えるイースト培養培地を作るのに有効である。
チユーブラー膜フイルターは約0.2〜1.2、好まし
くは約0.2〜0.5ミクロンの平均細孔直径を有する
ものである。透過物はチユーブラー膜カートリツ
ジを半径方向に通過し、膜内の反応帯域６０に達
する。カートリツジの平均細孔径が小さいので、
環状室３６内の透過物に導入された空気は、それ
が反応帯域に達するとき、微細に分散しかつ高度
に溶解した状態となつている。

イーストの増殖およびガス状物質を必要とする
他の微生物の増殖に応用したときの本発明の特別
の有利性は、そこで微生物が増殖する栄養培地中
のガス濃度の精密な制御を達成出来る能力にあ
る。たとえば、イーストのシステムにおいて、高
度に好気的な条件が要求される。典型的には、栄
養培地への酸素の溶解度は、増殖が行われる条件
において、きわめて低く、薄い酸素流（たとえば
16〜20％の酸素を含む空気）が用いられ、増殖を
起させるのに充分な培地中溶解酸素の存在を保証
するためには、理論上の所要量をかなり超過する
量用いなければならない程である。このような状
況のもとで、酸素濃度の制御は達成困難である。
さらに過剰の酸素の存在は、パスツール
（Pasteur）あるいはクラブトリー（Crabtree）
効果（イーストの増殖なしに起る培地中の含水炭
素のアルコールへの好気性発酵）といつた不所望
の結果を生ずることがある。

本発明におけるシステム全体の加圧条件は、栄
養培地に対する酸素の溶解度をかなり増大させ
る。その結果、濃縮した酸素含有ガス（たとえ
ば、モレキユラー・シーブのような適当な酸素富
化手段を通過させることによつて作られる）が採
用可能であり（たとえば50％より大きく、典型的
には80〜95％のオーダーの酸素を含有するも
の）、また増殖に必要とされる量の存在を保証す
るための巨大な過剰量のガスを用いる必要性が除
去される。このようにして、全体としてのガス利
用が改善され、大きなガス流を取扱うための装置
的要求が減少し、またシステムへ加えられた量お
よび過剰酸素の回避に関してのきわめて精密な制
御が維持できる。

本発明方法および装置の他の有利性は、システ
ムを操業するのに必要なエネルギーにおける、か
なりの削減である。

たとえば、イースト増殖のための従来の回分プ
ロセスにおいての全使用エネルギーは、イースト
１Kg（30％固型分）あたり550〜1000キロワツト
のオーダーであつた。本発明のシステムを採用す
ると、たとえば、栄養培地の滅菌のためのスチー
ムを作る必要性の除去、ガス状の流れをポンプで
移送する必要性の減少、および大きなバツチ混合
物を移動し、取扱いまた撹拌する必要性の減少の
結果、300Kw／イースト１Kg以下の使用エネル
ギーが達成できる。加えて、本発明の方法および
装置においては栄養培地の全体としての利用も改
善される。

反応完結とともに、イーストは導管６２を通じ
て反応帯域６０から取り出され収集タンク６４に
導かれる、ここからその一部が製品として導管６
６を通じて取出され、一部が導管６８を通じ、反
応帯域への導管５８を通じる再循環のためポンプ
７０に導かれる。収集タンク６４から、製品イー
ストはサージ・タンク７２内に集められるが、そ
の内には、イーストを一定の通気条件に保つた
め、ポンプ７４および導管７６を通じて空気ある
いは他の酸素含有ガスが導入される。タンク７２
からイーストは、導管７８およびポンプ８０を通
じて、遠心分離機８２に取出される。遠心分離機
はイースト・クリームを分離し、それを導管８４
を通じて貯蔵タンク８６に送る。遠心分離機８２
によつて取除かれた液は、プロセスへ再循環する
か、廃棄あるいは別の処理において用いることが
できる。

前記した具体例の説明において、糖蜜の栄養培
地は、種々の追加的栄養素、リン酸塩窒素含有物
質などを添加されていてもよい。これらの物質
は、スパイラル巻き膜への供給に先立つて糖蜜に
混入されていてもよいが、これらの物質を、スパ
イラル巻き膜によつて限外ろ過されたのちの栄養
培地（たとえば、環状室３６または直接反応帯域
６０のいずれかに）に加えることが好ましい。

第２図には、スパイラル巻き限外ろ過ユニツト
とチユーブラー膜との組合せが斜視図で、第３図
にはその断面図で示されている。

スパイラル巻き限外ろ過膜は円筒状外殻１０２
および同心の内表面１０４より成るものである。
これらの表面間には、本質的に同心のスパイラル
に巻かれた膜材料の層３４が充填されている。内
表面１０４はそれ自体膜の１層であつてもよい
が、典型的には多孔の支持層である（とくに、チ
ユーブラー膜が、それから間隔をおいて配置され
ている場合）。

内側層１０４はスパイラル巻き膜素子の全長に
わたつて内部円筒空間を定め、その中に外側円筒
膜３８および反応帯域として役立つ内側中空円筒
空間６０を有するチユーブラー膜が配置されてい
る。チユーブラー膜の外表面３８とスパイラル巻
き膜素子の内表面は環状室３６を定める。適当な
端部キヤツプ支持材あるいはハウジング（図示せ
ず）の使用および／または組立体の長さ方向に沿
つて設けられたスペーサーの使用により、これら
の種々の素子間はその固定された相対位置に保た
れている。

スパイラル巻き膜の一端（典型的には、膜層群
の外縁に向う点）への栄養培地の流れは、栄養培
地の一部（透過物）の実質上半径方向の流れを生
じ、膜は、透過物から特定の寸法あるいは分子量
を有する固体（不純物）を排除する。透過物は環
状室３６へ移り、チユーブラー膜の外側膜表面３
８を通過して反応帯域６０にもたらされる。ガス
状物質、栄養培地添加物などは、個別に環状室３
６（および／または微生物と共に反応帯域６０）
に導入される。

本発明は、次の実施例により、より詳しく説明
される。

〔実施例〕

この実施例によると、イーストは、添付図面に
示された型であるがチユーブラー過膜３８がス
パイラル巻き膜３４内で同心には配置されていな
い装置内で培養される。

この例では、チユーブラー膜はユニツト３４の
下流の別のカートリツジ内に配置される。この例
によると、ビートまたはさとうきび糖蜜、または
その混合物が、水の添加によりブリツクス25〜40
゜の濃度まで稀釈され、アブコア・カートリツジ
型のスパイラル巻き限外ろ過膜に通され、透過物
は集められミリポア（Milipore）型のカートリツ
ジ内に支持されたチユーブラーろ過膜に通され
る。空気は、そのチユーブラーろ過膜の通過前に
透過物中にスパージ（注入）される。約１〜10％
の固型物を含むバイオス329イーストの懸濁液が
チユーブラー過膜内部に流され、同時に高度に
分散した空気を含む透過物がチユーブラー膜の外
側に向流的に流される。このようにして、イース
トが、イースト培養培地を精製する手段に含まれ
る反応帯域内で生産される。

上記開示は、この技術の当業者に本発明を実施
するやり方を教示する目的でなされたものであ
り、これを読むことにより当業者に明らかとなる
凡ての自明の改良および変更を詳細に述べること
を意図したものでない。しかしながら冒頭の特許
請求の範囲によつて定義される、本発明の範囲内
にある凡てのそのような改良および変更を含むこ
とを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による好ましい処理システム
を略図的に現わしたものであり、第２図は、本発
明によるスパイラル巻き限外ろ過膜の斜視図であ
つて、その中で微生物増殖が生ずるチユーブラー
膜は、該スパイラル巻き膜内部の、かつその密着
した部分として配置されている、また第３図は、
第２図の軸に垂直な面による断面図である。 １０，２２……タンク、１２，２６，７０，７
４，８０……ポンプ、１６……スラツジ除去器、
３４……スパイラル巻き限外ろ過膜、３６……環
状室、３８……チユーブラー膜、６０……中空円
筒状内部／反応帯域、６４，７２，８４……タン
ク、８２……遠心分離機、１０２……円筒状外
殻、１０４……内表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 以下の工程を含む微生物連続培養方法。 不純物培養培地を精製するための手段の中に含
   まれる反応帯域の中へ、精製された微生物の流れ
   を形成する工程、その精製するための手段は不純
   物培養培地を限外ろ過装置と少なくとも１つの付
   加的ろ過装置とを通過させることによつて精製す
   るものであつて、その限外ろ過装置は所定値より
   大きな分子量の固体を除外するのに有効なもので
   あり、その付加的ろ過装置は反応帯域中の微生物
   が通過できずかつ付加的な不純物がそれによつて
   排除されるような平均細孔径を有しそれを組み合
   せることによつて不純物培養培地の汚染微生物総
   数（count）の減少に有効なものである； 微生物を、微生物を増殖させるのに有効な条件
   下の該反応帯域を通じて連続的に前進させる工
   程； および過剰の培養培地から増殖している微生物
   を分離する工程。 ２ 以下の特徴を有する特許請求の範囲第１項記
   載の微生物連続培養方法。 前記限外ろ過装置は、円筒状の外表面と該外表
   面と同心的な円筒状の内表面とをもつ円筒状のス
   パイラル巻き膜を備えており、そして談内表面は
   そのスパイラル巻き膜の同心的な層によつて該外
   表面と隔てられており、ここで該内表面は該円筒
   状のスパイラル巻き膜の全長にわたつて内部円筒
   状空間を定め、それにより該栄養培地の少くとも
   一部の、該スパイラル巻き膜を通じ該内部円筒状
   空間へ達する実質上半径方向の流れを形成するも
   のであり、該栄養培地の半径方向の流れは、それ
   から該膜によつて予じめ定められた値を越えるサ
   イズの不純物を含む固体を取除かれたものとなつ
   ており； そして前記付加的ろ過装置は前記反応帯となる
   中空円筒内部を有するチユーブラ膜材料を備えて
   おり、そしてここで該チユーブラー膜材料は該ス
   パイラル巻き膜の内部円筒状空間に、それと実質
   上同心となるように配置されており、該チユーブ
   ラー膜の細孔径（ポア・サイズ）は、該微生物を
   その中空円筒内部に閉じ込め、栄養培地の該半径
   方向の流れの少くとも一部が、該中空円筒内部で
   の微生物との接触のため該チユーブラー膜を通過
   するようにされており、該チユーブラー膜を通過
   する栄養培地は、それから該膜によつて予じめ定
   めた値を越えるサイズの、不純物を含む固体を取
   除かれたものとなつている。 ３ 該チユーブラー膜材料が、該スパイラル巻き
   膜の内部円筒状空間内に、該スパイラル巻き膜の
   円筒状内表面と間隔をあけるように配置され、そ
   れによつてスパイラル巻き膜の該内表面および該
   チユーブラー膜の外表面とが環状室を定めるもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲２に記載
   の方法。 ４ ガス状物質が該環状室内に導入されることを
   特徴とする特許請求の範囲３に記載の方法。 ５ 該円筒状スパイラル巻き膜の全長にわたる液
   体栄養培地の連続的な流れが、該チユーブラー膜
   の中空円筒内部を通じる微生物の流れに対し向流
   的であることを特徴とする特許請求の範囲３に記
   載の方法。 ６ 該円筒状スパイラル巻き膜の全長にわたる液
   体培地の連続的な流れが、該チユーブラー膜の中
   空円筒内部を通じる微生物の流れに対し並流的で
   あることを特徴とする特許請求の範囲３に記載の
   方法。 ７ スパイラル巻き限外ろ過膜が、該栄養培地か
   ら約30000ダルトンより大きな分子量を有する固
   体を除去するのに有効であることを特徴とする特
   許請求の範囲３に記載の方法。 ８ 該チユーブラー膜材料が約0.2から約1.2ミク
   ロンの平均細孔直径を有するものであることを特
   徴とする特許請求の範囲７に記載の方法。 ９ スパイラル巻き限外ろ過膜が、該栄養培地か
   ら約15000ダルトンより大きい分子量の固体を除
   去するのに有効であることを特徴とする特許請求
   の範囲３に記載の方法。 １０ 該チユーブラー膜材料が約0.2から約0.5ミ
   クロンの平均細孔直径を有するものであることを
   特徴とする特許請求の範囲９に記載の方法。 １１ 該微生物が増殖のために好気性条件を必要
   とし、該環状室内に導入される該ガス状物質が酸
   素含有ガスであることを特徴とする特許請求の範
   囲４に記載の方法。 １２ 該微生物がイーストであることを特徴とす
   る特許請求の範囲１１に記載の方法。 １３ 該栄養培地が糖密を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲１２に記載の方法。 １４ 以下の特徴を有する特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 前記微生物はイーストであり； 前記栄養は糖密であり； 前記ガス状物質は酸素含有ガスであり； スパイラル巻き限外ろ過膜は該栄養培地から約
   30000ダルトンより大きな分子量を有する固体を
   除去するのに有効であり； そして前記チユーブラー膜材料は約0.2から約
   1.2ミクロンの平均細孔直径を有するものであ
   る。 １５ 該スパイラル巻きの限外ろ過膜と該チユー
   ブラー膜とが該チユーブラー膜の中空円筒状内部
   にある該栄養培地の微生物の数を、栄養培地100
   ｇあたり微生物数10個未満まで減少させるのに有
   効であることを特徴とする特許請求の範囲１４に
   記載の方法。 １６ 該栄養培地の該スパイラル巻き限外ろ過膜
   の全長にわたる流れおよび酸素含有ガスの該環状
   室への流れが該チユーブラー膜の中空円筒内部で
   のイーストの流れに対し向流であることを特徴と
   する特許請求の範囲１５に記載の方法。 １７ 該酸素含有ガスが容積ベースで少なくとも
   約50％の酸素を含有していることを特徴とする特
   許請求の範囲１４に記載の方法。 １８ 次記各工程を含むことを特徴とする精製栄
   養培地中で微生物を連続的に増殖させる方法； (a) 円筒状外表面およびこれと同心でスパイラル
   巻きの膜の同心的な層によつて該外表面から隔
   てられている内表面を有するスパイラル巻きの
   円筒状スパイラル巻き限外ろ過膜の全長にわた
   つて液体栄養培地を連続的に流す工程、ここで
   該内表面は、該スパイラル巻き膜の全長にわた
   つて内部円筒状空間を定め、それによつて該栄
   養培地の少なくとも一部の該スパイラル巻き膜
   を通じ該内部円筒状空間へ達する実質上半径方
   行の流れを形成するものであり、該栄養培地の
   流れは、それから該スパイラル巻き膜によつて
   約30000ダルトンを越える分子量の固体を除去
   されたものとなつている； (b) 該内部円筒状空間から、栄養培地を連続的に
   取除く工程； (c) (b)で取除かれた栄養培地をチユーブラー膜材
   料の円筒状外表面に沿つて連続的に通過させる
   工程、ここで該膜材料は約0.2から1.2ミクロン
   の平均細孔径を有し、それによつて該栄養培地
   の少なくとも一部が該チユーブラー膜材料を通
   じ、その中空円筒状内部に通過するものであ
   る； (d) 微生物を、該チユーブラー膜材料の該中空円
   筒状内部に、その中の栄養培地との連続的な接
   触のため連続的に導入する工程； (e) 該チユーブラー膜材料の該中空円筒状内部に
   おいて、該微生物が該栄養培地中で増殖するの
   に有効な条件を維持する工程；および (f) 該中空円筒状内部から、増殖した微生物と栄
   養培地とを連続的に取除く工程。 １９ ガス状物質が(b)で取除かれた該栄養培地と
   混合させられることを特徴とする特許請求の範囲
   １８に記載の方法。 ２０ 該微生物がイースト、該ガス状物質が酸素
   含有ガスであることを特徴とする特許請求の範囲
   １９に記載の方法。 ２１ 微生物を、そのための精製栄養培地中で連
   続的に増殖させる装置であつて、 (a) 円筒状外表面と、該外表面と同心であつて、
   該外表面とスパイラル巻き膜の同心的層によつ
   て隔てられている円筒状内表面とを有する円筒
   状のスパイラル巻き限外ろ過膜素子、該内表面
   は該スパイラル巻き膜素子の全長にわたつて内
   部円筒状空間を定めるものであり、該スパイラ
   ル巻き限外ろ過素子はその全長にわたつて液状
   栄養培地の連続的な流れを受容するようにされ
   ており、それによつて、それから予じめ定めた
   サイズを越える固体を除去された該栄養培地の
   少くとも一部の、該スパイラル巻きの膜を通過
   して該内部円筒状空間に達する、実質上半径方
   向の流れを形成するものとなつている；および (b) 円筒状外表面と中空円筒状内部を有し、該ス
   パイラル巻き膜素子の内部円筒状空間内に、そ
   れと実質上同心であるように配置されたチユー
   ブラー膜材料、ここで該チユーブラー膜の外表
   面は該スパイラル巻き膜の内円筒状表面と、該
   チユーブラー膜の外表面の周りに環状室を形成
   するように間隔をおかれており、該チユーブラ
   ー膜の細孔径は該微生物を、その中空円筒状内
   部に閉じ込め、かつ該チユーブラー膜によつ
   て、予じめ定めたサイズあるいは分子量を越え
   る固体を取除かれた栄養培地の該実質上半径方
   向の流れの少くとも一部を、そこを通過して該
   中空円筒内部に達するようにさせるものとなつ
   ている。 ２２ 該スパイラル巻き膜が、該栄養培地から約
   30000ダルトンを越える分子量を有する固体を除
   去するのに有効であり、該チユーブラー膜の平均
   細孔径が約0.2〜1.2ミクロンであることを特徴と
   する特許請求の範囲２１に記載の装置。 ２３ 該チユーブラー膜の円筒状外表面の周りの
   環状室内にガス状物質を導入する手段を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲２１に記載の装置。