JPS62186783A - 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】 本発明は水系、好気性発酵法を行なうのに適した発酵装
置に関する。−面において、本発明は微生物を高生産性
で生育するのに有用な発酵装置に関する。

過去数年に渡って全世界の食糧不足により、高品質で低
コストの微生物タン白、即ち単細胞タン白（ＳＣＰ）を
生産する方法・装置の研究開発を促進し、食糧不足を軽
減する必要がある。

全世界のタン白の不足を救済するには各種生合成法があ
る。生物学的に生産されたＳＣＰは、各種の炭素含有基
質で細菌、酵母および真菌類を含む微生物を生育させて
得てきた。炭素・エネルギー源として石油系炭水化物が
使われてきたが、水溶性の欠如および微生物転換に要す
る酸素の消費が高いことから実際的な困難に直面してい
た。他の使用供給原料にはその原料の固有の水溶解性に
より酸素化炭化水素誘導体がある。微生物転換法は本質
的には水性条件下で行なわれるから、その取扱いの容易
さのために、酸素化炭化水素誘導体が通常使われている
。

好気的微生物転換は非常に発熱的酸化反応であり、多量
の分子状酸素を必要どしかつ多量の熱を産生する。熱は
系の過熱を犠牲にして、連続かつ堅実に除かねばならな
い。系が過熱すると微生物の死の原因ともなり、または
少なくとち温度が上るにつれて、微生物の生育に対し酷
しい制約となりうるから、発酵効率の減退となる。更に
、発酵効率を高く維持するために分子状酸素の十分な供
給が必要である。

工業的には高度の発酵効率を維持するために、酸素と培
地が最大限に接触する条件下で、微生物で汚染されてい
ない分子状酸素含有ガスとして培地に酸素を供給する。

これは水性培地に可能な限り多くの酸素を溶解するため
に行なう。

、＾酸素移行率は泡型プロセスとして発酵を行なうこと
により従来なされていた。泡を使うのは、液相と気相間
の接触のために高表面積を得るのに役立つ。気相から水
性相に酸素が高率に移行するのに泡は役立ち、同時に炭
酸ガスが十分除去されることにも有効で、天然の好気性
発酵法となる。

水性相から気体相に移行する炭酸ガスは適当に消費され
る。

高酸素移行率をもつ好気性発酵法を行なうのに適する改
善された装置、即ち水性系と酸素含有気体相との間の有
効接触を供し得る装置のニーズは長く存在している。同
時に、建設が基本的に簡単で、製造・維持が経済的でか
つその意図された使用に十分適する装置が望まれている
。

ＳＣＰを高生産性、例えば高細胞密度で生育するのに供
する方法研究が行なわれてきた（米国特許第４．４１４
，３２９号明細書参照）。高生産性とは、脱気ブロス容
量に基づき、少なくとも８’ｊ／１／時間（ｇ／Ｌ／ｈ
ｒ）の７アーメンター生産性として規定できる。高細胞
密度とは、異常に高い濃度（即ち、細菌については〜≧
５０　ｇ／Ｌおよび酵母では〜≧８０ｇ／Ｌ）の微生物
ｍ胞（即ち、一般には細菌や酵母）の生育と規定するこ
とができる。勿論、ＳＣＰを高生産性に生育する当然の
利点は、あるファーメンタ−容量から一定期間食品源を
多量に供することにある。

高生産性発酵法の開発の結果、微生物細胞を高生産性で
連続生産する好気性発酵装置に対し大きなニーズがある
。よく設計された装置は勿論、発酵装置のいくつかの特
徴や特質を最適にする。例えば、非常に高い熱除去およ
び酸素移行能が必要である。上記の望ましい結果を達成
しつつ、発酵装置の低稼動入力も非常に望ましい。最後
に、高細胞密度発酵法を有効にコントロールするのに消
泡剤を必要としない発酵槽は大きな利点をうむ。

消泡剤が存在すると、酸素移行が減退するだけでなく、
流動体の密度が増ずことになり、電力増を必要とするか
らである。更に、消泡剤に最終製品に残り、それは望ま
しくない。

したがって、水性好気発酵法、特に高生産法に使用する
ことができ、かつ上記特長を適当に最大・最小化する発
酵装置が非常に望ましい。

本発明によれば、任意の水性、好気性発酵法に使用する
のに滴した装置が供され、その装置は熱交換要素が配置
された発酵槽シェル（この熱交換要素は発酵槽の軸に対
する熱交換要素の安息角に関しおよび熱交換要素により
占められた発醇槽容量に関して発酵槽内部に具体的にお
かれている。

本発明の発酵槽は更に攪拌要素が取りつけられ、これは
発酵槽の邪魔にならない帯域、即ち熱交換要素のない発
酵槽の一部分に設置される。熱交換要素の最深インペラ
ーおよび気体を発酵槽に導入する入口要素間の位置関係
はある範囲内に入るようにも特定される。更に、本発明
発酵槽は炭素・エネルギー源や栄養培地導入要素ならび
に生成物の取り出しや排ガス除去の出口要素がついてい
る。

本新規発酵槽に使用するコンポネントの組み合わせなら
びにその間の特定の位置関係の結果、本発明の装置は発
酵法には全く有効である。熱交換性が高くかつ酸素移行
能が高いからである。

本発明は特に高細胞密度発酵法、例えば米国特許第４．
４１４．３２９号明細書に開示される発酵法を行なうの
に有用である。

本発明は添付図面に示すように特定のｒｉ様を参照しつ
つ説明する。

米国特許第４．４１４．３２９号明細書に開示されてい
るような高生産性発酵法の一利点は発酵液の操作に要す
る簡単な処理である。したがって、ファーメンタ−から
の流液は熱処理工程に直接移すことができ、その後乾燥
要素例えば噴霧乾燥機に直接遭すことができ、そこから
乾燥製品が得られる。本発明の装置は高生産性発酵法を
行なうのによく適しており、次の記述から明らかになる
。

発酵槽１ｏの一般的寸法は、長さ／直径比は約０．１〜
１０：１の範囲に選択する。発酵槽の長さ／直径比は約
０．３〜５：１の範囲がよく、最も望ましいのは約１〜
４：１である。

熱交換流液は第１図に示すように、入口２７を介して平
行管４０に供される。熱交換流液は管４０にこの流液を
分配する入口２７を通過する。熱交換流液が管４０を通
過した後、それを集めそして出口３５を介し排出する。

少なくとも２つのバッフル、各々は第１と第２管ヘツダ
ー（参照番号２７と３５）および平行管４０は本発明発
酵槽にて使う。第１図に示すように、各バッフルは一束
の平行管列を含む。各バッフルの管４０は一般には発酵
槽の直立部分の長さの約２５−９０％であり、ドーム型
の槽頂部は含まない。

冷却バッフルの大きさ、バッフル当りの管の数等により
、様々な数のバッフルが使用できることは当業者には認
識されよう。発酵槽当り３０個ものバッフルが使用でき
、発酵槽当り約４〜２４個のバッフルが望ましい。

別のものとしては、バッフルは積重ねの複数バッフルと
して組立てることができ、その各々は発酵槽で組立てた
バッフルの全体の長さより短い。

冷却用バッフルを接触する平行管配列として組立てた場
合、上記の全体の直立槽の長さの２５〜９０％に等しい
全体の長さで、積み重ねた短い区分としてバッフルを組
立てることにより、発酵中振動や他のストレスに一層敏
感な短管を使用することができる。約１０個までの冷却
用バツフルアセンブリイを積み重ねて、／必要な冷却能
を供し、発酵槽の長さの約２５〜９０％を占めることは
当業者に認識される。

使用する冷却用バツフルアセンブリイの数はある程度、
発酵槽の全体の寸法の函数並びに冷却管の建造材料、即
ち建造材料の耐ストレス性および一般的技術研究である
。第１図に示す冷却用バッフルは一種の接触アセンブリ
イであり、２〜約４個の積み重ね冷却用バツフルアセン
ブリイから成るバッフルは、それが発酵中に受けるスト
レスにそのアセンブリイが十分耐える点で望ましい。

更に別法として、第２図に示すように、入口２８を介し
て、熱交換液は平行管４０に供される。

熱交換液は入口２８を通過し、供給ヘツダーとも呼ぶ主
入ロヘツダ−４４に行き、熱交換液を第−管ヘツダ−４
２を介してバッフルに分配させ、ついで平行管４０へ分
配する。熱交換液が平行管４０を通過した後、第二管ヘ
ツダー４６に先ず集められ、集合ヘツダーとも呼ぶ主出
口ヘツダ−４８に行き、最後に出口３４から排出する。

主入口と主出口ヘツダーは図示されているように発Ｆｌ
ｙ槽内部に位置する代りに、槽外部に位置させることも
出来る。

管バッフルの構造に関する詳細は第３図に示す。

これは第２図に示した態様の断面図である。各管バッフ
ルは１〜６１１１ａの平行管列から構築でき、１〜４個
の平行管列が望ましい。各平行管列は約４〜１００個の
平行管から成り、実際の数は管の直径、槽の大きさ等に
よりいろいろ変る。第３図に示したように、各列内の隣
接管は約０．５〜４管直径範囲に分れているのが望まし
い。管バッフル化り発酵槽内の流量の抵抗が少なく、冷
却面の最大露面を供する為に、１つ以上の平行管を使用
する場合、隣接する管列は互いに補ない合いかつ約０．
５〜４管直径の範囲に分れているのが望ましい。

第３図に更に詳述するように、各管束は発酵槽自体の軸
に対して若干の角度、αで槽に位置している。角度αは
、槽１０（参照７５）の縦軸から、管束（参照７７）を
作り上げる平行管列の縦軸が外部槽直径を横切る点まで
の放射投影図間の角度として第３図に示す。本発明によ
れば、αは約５〜約３０°の範囲をとり、約１０〜２０
’までの範囲に維持するのがよい。

第３図に示すように、バッフルは発酵槽内部に位置し、
内部熱交換直径と外部熱交換直径を画定する。内部熱交
換直径は全体の内部発酵槽直径の約３０〜６０％を占め
る非遮断帯を画定する。攪拌要素は以下に詳述するよう
に、この非遮断帯内に位置する。外部熱交換直径は発酵
槽の内部直径より太き（なく、全内部槽直径の約９０〜
約９８％に維持するのがよい。

伯の態様として、第４図は多管が少なくとも１つＵ−型
ベンドを有する平行管から成るバッフルを示し、熱交換
液の一層連続した流れが第１−３図（熱交換液は排出さ
れる前に単に１つのバッフルの良さを移動する）に示す
態様より達成される。

第４図に示す態様においては、熱交換効率は増大するこ
とができ、と言うのは高速の熱交換液が達成されそして
より強圧は熱交換入口から出口まで落ちるからである。

平行ＩＦ４０のＵ−型ベンドのために、入口要素４３と
出口要素４５は、第１図と第２図の態様に示した上部−
下部配列よりはファーメンタ−の同一レベル（上部又は
底部）に位置させることができる。

第１図と第２図に示すＭＪｉｏは駆動要素５９により動
くシャフト５０がついている。シャフト５０は２個のイ
ンペラー５６と５８がついて示しである。インペラー５
６と５８は夫々ディスク５２と５４から成り、それに夫
々複数のブレード５１と５３がついている。槽の高さ、
幅、熱交換要素の寸法等により多くのインペラーを使用
できる。

本発明によれば、約１２個までのインペラーが使用可能
であるが、８個までのインペラーが望ましい。第１図と
第２図に示すように、最深部のインペラーはスパージャ
−２６に最接近してあり、発酵液中の酸素の移行を容易
にさせることが望ましい。「最接近」とは、最深部のイ
ンペラーとスパージャ−が互いに約１／３〜約１／１０
インペラー直径にあることを意味する。

シャフト５０に使用する付加的な１〜１１個のインペラ
ーは各種相対的方向で交互に位置することができる。攪
拌シャフト５ｏに設置するのを容易にするために、ジャ
７ｉ−に段数のインペラーを等間隔に位置させることが
でき、最上部のインペラーは第１図と第２図に５６とし
て示すように、槽の高さの約６０％に位置させる。

インペラー５６は第３図に詳述する。このインペラーに
は複数のブレード５１があることが分る。

ディスク５２には６個のブレードを含むように示しであ
るが、約２〜１２個のブレードを設置したディスクは本
発明の実施上適切に機能する。更に、ブレード５１は各
種方法でディスク５２に装着でき、例えばディスクの平
面に垂直におよびディスクの軸方向から放射投影的にブ
レード５１は装着している。あるいは別法として、ブレ
ード５１はディスクの軸に対し若干の角度で配向したデ
ィスク５２に装着することができる。あるいは、ここに
示した特定のデザイン以外のインペラーデザインは例え
ば軸流インペラー、マリン型プロペラ−等が使用できる
。

望ましい態様として、最深部インペラー５８は複数のブ
レードがつぎ、これはディスクの平面に垂直に配向して
おり、最深部インペラー以外の付加的インペラーは同一
構造かあるいは当業者に公知の他のインペラー型のもの
である。

インペラー直径に対する上限は熱交換要素の内部直径に
より画定される。この上限に近いインペラー直径はイン
ペラー当りの最大混合間を供する。

インペラー直径は全体の内部槽直径の約２０％より大で
、一般にインペラー直径は全体の内部槽直径の約４０％
を越えないのが望ましい。全体の内部槽直径の約１／４
〜１／３のインペラー直径が使われるのがよい。

本発明の別の態様において、槽１０は第１図と第２図に
示した実質的に同一要素がついているが、シャフト５０
の駆動要素は発酵槽の底にある。したがって、この別の
態様の発酵槽は底駆動ファーメンタ−と呼び、第１図と
第２図に示した槽１０は上部ファーメンタ−と呼ぶ。

底駆動の態様における攪拌シャフト５０と駆動要素５９
の位置度えの結果、発酵槽の他の要素の位置の若干の変
更は可能になっている。例えば、発酵槽１０の出口３０
は、Ｗｌｌｏの類似の流液除去要素３０の位置とは反対
に、槽の底部中心から並置していなければならない。シ
ャフト５０の位置度えの結果、要素６０．６２および６
４を含む消泡アセンブリイは第１図と第２図に示す槽１
０における消泡アセンブリイの位置に対して、発酵槽の
最上部でさらに中心に位置度えすることができる。底部
駆動発酵槽の残りの特長は第１図と第２図に関して記述
した上部駆動槽のコンポネントに匹敵する。

第１図と第２図に示した様に、発酵槽１０にも第一入口
２０と第二入口２２、ならびにガス入口２４がついてい
る。槽１０には２つの入口２０＆２２が示されているが
、ファーメンタ−への全ての供給は１つだけの入口要素
あるいは各種供給要素を別々に導入する複数の入口要素
を介して導入できることは当業者には自明のことである
。例えば、多くの発酵法において、別々の供給流として
栄養培地、炭素・エネルギー源を導入することは望まし
く、槽１ｏは２つの別々の入口要素２０と２２を備えた
望ましい態様として第１図と第２図に示す。入口２ｏと
２２は１つの排出口として示しであるが、複数の排出口
を有する入口を使うことにより、更に分散した供給導入
を行なうことができる。さらに、入口部は発酵槽の曲り
のいろいろな位置におくのが便利であり、しばしば技術
上の都合を考慮して決めることができる。

入口２４は発酵槽に酸素や任意には窒素源を導入するの
に使う。入口２４を介して導入したガスはスパージャ−
２６を通って発酵槽に入る。スパージャ−は発酵槽の縦
軸に対して発酵槽に対称的に位置しそしてその面には複
数の孔がある。既述した様に、スバージ要素の直径は、
スパージャ−の面が接近しである最深部イン、ベラ−の
直径より大きくない。

ガス導入方法の結果、スパージャ−２６に近接している
インペラー５８の位置と管バッフルの位置をプラスして
、発明性のある発酵装置が可能である非常に高レベルの
酸素移行の一助になる。本発明の発酵槽は少なくとも３
００ミリモルの酸素／１／時間でｗＭ索を移行しうる。

更に、本発明発酵槽の熱除去能は発酵により生成する多
量の熱を十分除去でき、多量の熱は発酵ブロスに利用さ
れる高レベルの酸素の結果発生する。したがって、少な
くとも約３６Ｋｃａ１／１／時間の熱除去が本発明によ
り構築した発酵装置で可能である。

発酵槽１０にも発酵性物質除去要素即ちボートがついて
いる。発酵を連続法で行なう場合、発酵性物質を連続的
にあるいは断続的にボート３０より除くことができ、新
鮮な栄養素は入口２０．２２および２４より供する。

発酵槽１０は更に少なくとも１・つの泡脱気要素、例え
ば消泡機（米国特許第４，３７３，０２４号明細書参照
）、又は第１図と第２図に示した要素６０．６２および
６４のアセンブリイがついている。コーン６２はシャフ
ト６０に装着し、駆動要素６４により回転する。発泡性
発酵物質が回転コーン６２によりｍ撃を受けると、起泡
が破壊しかつ液体は発酵槽の主要部分に戻り、起泡から
出たガスはライン３２を経てファーメンタ−を出る。

少なくとも１つの消泡機を本発明の発酵槽に使うと、一
定の発酵工程から出る泡のａを処理する十分な消泡機能
は発酵槽のドーム部の間にある適当量の消泡機により供
することができる。別法として、単一の高性能消泡機を
使用することができる。

一般に入口２０から導入された栄養素は基質であり、即
ちファーメンタ−で生育する微生物の炭素エネルギー源
ならびに微ｍ無機塩即ち微生物が少量でも生育するのに
必要な栄養素がある。

炭素エネルギー基質は任意の炭素エネルギー源例えば炭
化水素、酸素化炭化水素等で、微生物の基質として適す
るものである。特定の微生物は基質について各種好みが
変ることはヰ識されよう。

高生産性で水性発酵用に望ましい基質は炭素−酸素−水
素系水溶性化合物である。「Ｍ素化炭化水素」とは、こ
の明細書で使用可能な化合物を記述する一般的定義で、
必ずしも基質源の限定的用語を意味しない。水用ｍ書で
は、酸素化炭化水素は水溶性炭化水素ならびに有意に水
溶性のアルコール、ケトン、エステル、酸、アルデヒド
その２種以上の混合物を含む。一般には分子当り炭素原
子１〜２０個の化合物である。更に適当な酸素化炭化水
素は分子当り約１２個までの炭素原子を有する実質的に
水溶性の高いもので、一般には水溶性炭水化物である。

代表的炭水化物にはグルコース、フラクトース、ガラク
トース、ラクトース、シュクロース、スターチ、デキス
トリン等単独又は混合物ならびに同化可能量の炭素源例
えばホエイ、ホエイ透過液、ケーン糖密、ビート糖密等
を含む副産物である。

他の型の酸素化炭化水素にはメタノール、エタノール、
エチレングリコール、プロピレングリコール、１−プロ
パツール、２−プロパツール、グリセロール、１−ブタ
ノール、２−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール
、１−ペンタノール、２−ヘキサノール、１．７−へブ
タンジオール、１−オクタツール、２−デカノール、１
−へキサデンカノール、１−エイコサノール、アセトン
、２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノン、２−デ
カノン、３−ペンタデカノン、２−エイコサン酸ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド
、ブチルアルデヒド、ヘキサナール、７−メチルオクタ
ナール、テトラデカナール、エイコサナール、酢酸、プ
ロピオン酸、醋酸、グルタル酸、５〜メチルヘキサン酸
、アゼライン酸、ドデカン酸、エイコサン酸、蟻酸メチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル、醋酸プロピル、イソプロ
ピルヘキサノエート、ヘキシル５−メチルオクタノエー
ト、オクチルドデカノエート等ならびにその２種以上の
混合物がある。

基質として１分子当り約１０〜２０個の炭素原子を有す
るノルマルパラフィンを使用することも可能であるが、
ＳＣＰが食品用の目的産物である場合にこの基質は現在
余り望ましいものではない。

と言うのは、微生物の細胞から残存基質を除く場合時に
困難を伴なうからである。これらのノルマルパラフィン
にはデカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テト
ラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン
、エイコサン等ならびにその２種以上の混合物がある。

微生物は一般に１分子当り１０未満の炭素原子のパラフ
ィンを同化しない。

メタン、エタン等の石油ガスを酸化し、その水溶性物質
は相当するアルコールならびに各種アルデヒド、ケトン
、酸等の混合物を供するのに使用できる。同様に、総合
精製にて生成した各種石油精製源由来の適当な炭化水素
フラクションおよび化学処理コンプレックス（時に、ペ
トロコンプレックスと呼ぶ）も発酵の目的に使用できる
。

入口２２より一般に導入された栄養素は多星養素即ち、
ファーメンタ−で比較的多量生育する微生物に必要なミ
ネラル（カリ、リン、マグネシウム、イオウ、カルシウ
ム等）である。

発酵体の組成は使用する微生物や基質により一部帰囚す
るが、広範囲に変り得る。高生産性発酵法での発酵体（
即ち、液体子細胞）のミネラル含酊は比較的高く、従来
先行技術により適当と考えられ又は実施されていたもの
より高レベルである。

表１には発酵体の各種要素の最小濃度、広濃度および所
望濃度が記載され、この濃度は要素のものとして表わす
。勿論、各要素の全部又は一部は可溶性イオンの形で存
在することができ、Ｐのような場合には、リン酸塩の如
きある種の結合した形で存在してもよいことは当業者に
自明のことである。各栄養素の聞は発酵体（細胞を含む
水性相）１当りの９又はηで表わす。

表　　１ Ｐ　　１．９！Ｆ　　２．９−９−２Ｏ，２−１０ｇＫ
　　１ｇ１−２０ｇ１．５−１０ｇ Ｍ　ａ　　０．１５　ｙ　０．１５−３９　０．３−１
．２ｇＣａ　　０．０６　ｇｏ、０６−１．［３ｇ０．
０８−０．８ｇ８　０．１ｇ０．１−８ｇ０．２−５ｇ
Ｆｅ　　Ｇｔｔｑ　　６−１４０ａ＋ｙ　９−８０１ｔ
ｇＺｎ　　２ｑ２−１００ａｙ　３−４０１！ｇＣＵ　
　Ｏ，ｆｌｌｊＦ　　０．６−１６１９　１−１０１１
！５ＦＭ　ｎ　　０．６ａｙ　　Ｏ，（ｉ　−２０ａｙ
　　０．９−８ＩＩ１ｇイオウは硫酸塩の形で使用する
のが望ましい。

必要な金属は硫？ｌ！塩の形で添加するのが都合よく、
通常イオウの最小濃度は越える。挙げた金属の全て又は
任意のものは硫酸塩として使用あるいは存在してもよい
。マグネシウム、カルシウム、鉄、亜鉛、銅およびマン
ガンは硫酸塩又は塩化物の形で、あるいはその場で硫酸
塩又は塩化物に転換する化合物の形で使用するのが望ま
しい。カリウムは硫酸塩、塩化物又はリンＲ塩として又
はその場で硫酸塩、塩化物又はリンＭ塩に転換する化合
物の形で使用するのがよい。リンはリン酸の形又はリン
酸塩の形、リン酸−水素、リン酸二水素例えばカリウム
塩やアンモニウム塩として、又はその場でそのような塩
に転換する化合物として使用するのがよい。

主な無機塩培地はＰｌに、　Ｍｇ、ＳおよびＣａを含む
栄養素を含むように使用するのがよく、微量ミネラル培
地はＦｅ、Ｚｎ、ＭｎおよびＣｕを含む栄養素を供する
ように使用できる。

少なくとも痕跡量で存在しつる他の要素はナトリウムや
コバルト（例えば、ハライド又は硫酸塩）、モリブデン
（例えばモリブデン酸塩として）、ホウ素（例えば、ホ
ウ１ｍとして）、セレン（例えば、亜セレン酸又はセレ
ン酸塩として）又はヨウ素（例えば、ヨウ化物として）
を含む。

一般的な高生産発酵においては、発酵体は容量で約１／
２上清培地と　１／２酵母細胞を包含する。

しかし、これらの１／２容吊酵母細胞は発酵体（液体子
細胞）の無機塩倉出の少なくとも約２／３を含む。

無機塩以外に、ビタミン（有機生育因子）は発酵体に使
用できることは当業者に知られているが、その存在が特
定の微生物の増殖に望ましい場合である。例えば、通常
の増殖のために多くの酵母はビタミン、ビオチンやチア
ミンの一方又は両者の存在、又はこれらのビタミンを含
むその他の培地成分（例えば酵母エキス）を必要とする
。したがって、例えば、ｌ１ａｎｓｅｎｕｌａ　ｐｏｌ
ｙｍｏｒｐｈａの如き酵母では、水性ミネラル培地ｌ当
り約０．０４〜０．８■のビオチンおよび水性ミネラル
培地１当り約４〜８０ηのヂアミンｊ！Ｍ塩を使用づる
ことか望ましい。別法として、ビオチンやチアミンのす
べて又は一部は酵母エキス等を使って供することができ
る。

酵母は同化可能な窒素源を必要とする。同化可能な窒素
は酵母により代謝利用、するのに適切な形で窒素を放出
しうる化合物又は任意の含窒化合物により供することが
できる。各種有機窒素源化合物（例えば、タン白加水分
解物）が工業上使用できるが、通常更に安い含窒化合物
（例えば、アンモニア、水酸化アンモニウム、尿素、硝
酸）および各種アンモニウム塩（例えば、リン酸アンモ
ニウム、硫酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウムお
よび塩化アンモニウム）が使用可能である。

アンモニアガス自体は大規模処理に有利であり、適当借
で水性微生物発酵体に通気して使用できる。

同時に、そのようなアンモニアはｐｌ＋調整にも役立つ
。

水性微生物発酵体のｐＨ範囲は約３〜７の範囲、更に望
ましくは通常Ｗｐ母について約３．５〜５．５であるべ
きである。ある微生物の望ましいｐＨ範囲はある種使用
する培地ならびに特定の微生物によるから、培地により
ある程度変りうるが当業者には容易に決定しうろことで
ある。

残存塩素を含む水は生長因子、特にビオチン又はチアミ
ン等のビタミンを無効化させることが知られている。こ
のような塩素含有水はそれでも塩素によりビタミンを不
活性化させずにビタミンを使用する発酵法で使用できる
。但し、このビタミンは水性栄養培地流とは別の流れと
して発酵帯に′　　添加する。即ち、微量の塩素を含む
ミネラル栄養培地構成水として使用できる。この計画に
より高価で時間を使う予備処理方法の必要性を回避する
。

上記したビタミンを発酵帯に別々に添加するのは、これ
らの物質を発酵帯に加える前に、炭素エネルギー基質流
の少なくとも一部、望ましくは全部とビタミンとを混和
して行なうのが望ましく有利であ。ビタミンと炭素エメ
ルギー基質の水性混合物を使う場合、ビタミンを最初に
稀釈するのに使う水は微ωの残存塩素を含まない（脱イ
オン水のような）で、メタノール／水の如き水性炭素基
質流と混合する前に、どんな早発のロスも避けるのが望
ましい。

必要なら、水およびメタノールの如き水溶性炭素基質を
例えば約２０容間％メタノール／水で混合することがで
き、ついでビタミンをメタノール／水溶液に溶解しそし
てファーメンタ−に供することができる。この態様によ
って、残存塩素は・先ず除去する必要はなく、ビタミン
は十分保持される。

更に望ましい態様において、ビタミンを発酵帯に別々に
添加するのは、ビタミン、上記炭素エネルギー基質の少
なくとも一部更に、は微量無機塩水溶液の混合物を使っ
て行なう。微Ｆ！に無機塩はコバルト、モリブデン、ホ
ウ素、セレン、ヨウ素などの微量要素ならびにマンガン
、銅、亜鉛および鉄を含む。この一層望ましい態様を使
うと、水性無機塩培地に使う水の微量塩素によりおこる
ビタミンの不活性化問題を回避するだけでなく、発酵法
でしばしばおきるその他の問題をも回避する。この問題
は、時に清浄を必要とする、水性無機培地を処理するの
に使う熱殺菌帯に沈澱物が生成することである。ミネラ
ル栄養素との通常の混合物に微ｍ無機塩が存在すると、
熱殺菌帯にやっかいな沈澱物の生成を明らかに促進する
。したがって、水性無機塩培地流中に微量無機塩を含ま
せず、ビタミンおよび炭素エネルギー基質の少なくとも
一部と混合して微量無機塩を加えることにより、２つの
重大な問題が解決される。上記した様に、微量無機塩の
混合物を調製するのに使う水、炭素エネルギー基質の少
なくとも一部およびビタミンは残存微ｆｆｉ塩素を含ま
ないのがよい。

ビタミン、炭素エネルギー基質の一部および微量ミネラ
ルから成る流れは必要により線通殺菌することができる
。しかし、発酵帯に加える前かつその直前に全体の一緒
にした流れを砿過する前に、前記流れと主炭素エネルギ
ー基質流を一緒にするのが望ましく有利である。

微生物種が生育又は生化学的転換基質の増殖を助けるの
に有効な酸素分圧で発酵体を維持するために、発酵自体
は空気のような分子状酸素含有ガス、酸素豊富化空気又
は実質的に純粋な分子状酸素によっても供される分子状
酸素を必要とする好気水性プロセスである。Ｗ１素化炭
化水素基質を使うことにより、微生物の生育又は基質転
換の全体の酸素所要量は、パラフィンを使用する場合は
その所Ｔ！Ｒより減る。それでも、適当愚の分子状酸素
は生育用に供されなければならない。と言うのは、基質
の同化や生物転換ならびに相当する微生物の生育は一部
燃焼プロセスであるからである。

微生物発酵工程に使用する圧力は広く変化しうる。一般
的な圧力は約０〜１５０ｐｓｉａ、望ましくは約０〜６
０　ｐｓｉｏ、更に望ましくは３５〜４０ｐｓｉｇであ
る。これで装置や操作コスト対酸素溶解性のバランスが
とれる。このような圧力は水性発酵体における溶存酸素
濃度を増大させ、順次ａ砲生育速度の増大を助長しうる
傾向がある点で、大気圧以上が有利である。同時に、こ
のことは、高圧が装置や操作コストを増大させる事実に
より平衡がとれている。

更に次の非限定的実施例により、本発明の発酵槽の利点
を説明する。

実施例 この例は、冷部用プレートバッフルを含む先行技術の７
アーメンターと本発明に係るファーメンタ−の両方で行
なった発酵中の酸素移行率と熱移行係数を開示する。

改良前後の発酵槽は全高９２．３２インチ、内部直径３
４．８インチおよび全体稼動容吊約１５００１のシェル
を有する。改良前は、従来の発酵槽には１０インチ直径
、６−ブレードＲｕ５ｌｔＯｎ型タービン２つ（ブレー
ド高さ１．５インチ）を備えていた。タービンはファー
メンタ−の底上１２１５／１６インチと４フインチにお
いた。従来の発酵槽にも夫々長さ５６．６インチと巾フ
インチの１６プレートバツフルを装着した。バッフルは
発酵槽の囲りに等間隔におき、中央駆動シャフトの軸に
対し放射的にのばした。

この従来の発酵槽にも１インチステンレススチール管（
１６個の１３／　６４インチの直径の孔を有する）より
作った９、５インチ外部直径スパーシリングを装着した
。スパーシリングは低部タービンのミキサーブレードの
最深部下約２インチにおいた。

本発明のファーメンタ−では、すべて１６個のオリジナ
ルプレートバッフルを取り除き、ファーメンタ−の囲り
に大体平らにおきかつ液流方向に１５°に傾いた３−管
バツフルと取り換えた。各管バッフルは０．０６５イン
チ壁の３／４直径ステンレススチ一ル管１２個を有した
。この１２！Ｉｌａの管を夫々６個の管の２つのバンク
に並べた。各バンクの菅笠間隔は１つの管直径で、１つ
のバンクの管中心は隣接バンクの管から管直径の１／２
に並置した。管バッフルは高さ６２１３／１６インチ、
巾９インチ、厚さ３．１インチであった。ファーメンタ
−壁と管バッフルの間隔は１．２５インチで、管バッフ
ルの底とファーメンタ−の底の間隔は１０１／１６イン
チであった。

更に、発酵槽には２１ｔＢの立方なプレートバッフルが
装着し、各々高さ６１．２５インチ、巾９インチおよび
厚さ１２インチである。プレートバッフルは液流方向に
対し１５°傾いていた。プレートバッフルはファーメン
タ−の底より１０３／８インチの高さにあり、プレート
はファーメンタ−壁から１．２５インチにあった。

両方のファーメンタ−はメタノールに対するＰｉｃｈｉ
ａ　ｐａｓｔｏｒｉｓの生育に使った。

好気性連続発酵法では、メタノールと水性ミネラル培地
は夫々４０　：　６０の容量化で、別個にファーメンタ
−に入れ、酵１Ｐｉｃｈｉａ　ｐａｓｔＯｒｉｓカルチ
ャー２１−１　（ＮＲＲＬＹ−１１４３０）を接種した
。このファーメンタ−は１５００１泡充填ファーメンタ
−で、液容聞約６００１、自動ρ！１、温度およびレベ
ル調整装置がついている。攪拌は１０５０　ｒｕ駆動タ
ービンにより行なった。エアレーション率は約６．１〜
６．３ノルマル空気容ｆｆ１（約１ａｔｌ：約０℃にお
いて）／ファーメンター中の発酵体の容量７分であった
。発酵体混合物のｐＨを約３．５に維持する割合で無水
アンモニアを加えた。

主水性無機塩培地は各溶液ｌについて、７５％Ｈ３ＰＯ
４１２，２ａｅ、ＫＣｚ６．０ｇ、ｆｖｌｏｓｏ　　・
７Ｈ２０６，Ｏｇ、ＣａＣ１−２Ｈ２００，８ｇ、８５
％ＫＯＨ２、０ｇ、微量ミネラル溶液２．０ｍ、ビオチ
ン−チアミン塩酸塩溶液０．８ｄおよび溶液を１１にす
るに十分の水道水を混合して調製した。この水道水は先
ず十分量のチオｉｓナトリウムで処理して、存在する遊
離塩素と反応させた。

微量ミネラル溶液は各溶液１１について、ＦｅＣｌ３　
　・６Ｈ２０６７，５９、ＺｎＳＯ４・７Ｈ２０１８ｇ
、ＭｎＳＯ４・Ｈ２゜５．０ｇ、Ｃｕ５Ｏ−５Ｈ２０６
，Ｃ１、濃硫酸２．０ｍおよび全体を１１とするに十分
量の脱イオン水を混合してＩｌｌした。

ビオチン−チアミン塩酸塩溶液は脱イオン水１１に対し
ビオチン０．４！ｉＦ：チアミン塩酸塩４０グの比で成
分を混合して作った。

発酵は３０℃、８〜１ｏｐｓｔｖ圧、約２０時間の保持
時間で行なった。

上記２つのファーメンタ−で行なった反応パラメーター
、その結果の酸素移行率および熱移行係数は表■に示す
。

表■ バッフル型 プレート　　　　　　　管 ガス割合、ＭＣｕＭ／時間＊　　　　　　　２３９．８
　　　　２２７．２ガス速度、Ｆｔ／ｓ　　　　　　　
　　　　　　Ｏ，２５００，２２２圧力、ｐｓｉｇ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　８　　　　　　　
　　９．　５液容１、し、　　　　　　　　　　　　　
　６３６．５　　　　６２５．２ミキサ一速度、叩ｍ　
　　　　　　　　　　１０５０　　　　　１０５０ミキ
サー力、ｋｗ（正味）　　　　　　　　　１０．９　　
　　　１０．４酸素移行率、ミリモル０２／　１／［Ｉ
’ｉ間　　４８７．８　　　　５２６．０除去熱、１０
００００ＢＴＬＪ／時間 ジャケット　　　　　　　　　　　　　　　０．４５　
　　　　０．５１バツフル　　　　　　　　　　　　　
　　　１．２８　　　　　１．１９合体　　　　　　　
　１．７３　　１．７０熱移行係数、ＢＴＵ／時間／ｆ
ｔ２／’Ｆジャケット、全体　　　　　　　　　　　６
１．６　　　　　５８．７バツフル、全体　　　　　　
　　　　　１１４．７　　　　１９９．９バツフル、主
流液　　　　　　　　　　１６１．５　　　　２８９．
９本　通常のＣｌＲ３／時聞 上記０データは、軸配向のブレートバッフルの使用に比
較して、半径から１５°の角度で配向した管状バッフル
の使用から得た全体のより高い熱移行係数（１９９，９
ｖ、１１４．７）および止流液熱移行係数（２８９，９
ｖ、１６１．５）を示す。

更に、酸素移行率はファーメンタ−の改良の結果一層高
い様である（５２６ｖ、４８８）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一態様により計画した発酵槽の破断図
である。 第２図は本発明の別態様により計画した発酵槽の破断図
である。 第３図は第２図に示した発酵槽の断面図である。 第４図は本発明により計画した発酵槽の別の態様の頭上
図である。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の要素から成る発酵装置であつて、（ａ）流液
   を含むように適合した中空内部チヤンバーを有する発酵
   槽、この槽は上部末端部と低部末端部および内部直径と
   外部直径を有する；（ｂ）この発酵槽にとりつけた熱交
   換要素、この要素には複数のバツフルを含み、各バツフ
   ルは第一末端と第二末端を有する複数の平行管を有し、
   かつ各バツフルには （ｉ）平行管の第一末端と開放連結している、各バツフ
   ルに熱交換液を導入する入口ヘツ ダー要素、および （ｉｉ）平行管の第二末端と開放連結している、各バツ
   フルから熱交換液を除く出口ヘツダー要素 が装着しており、 複数のバツフルは上記発酵槽内に位置して、内部熱交換
   直径と外部熱交換直径を画定し、この内部熱交換直径は
   全体の内部フアーメンター槽直径の約３０〜６０％の範
   囲を占める非障壁帯を画定しかつこの外部熱交換要素直
   径は発酵槽の内直径より大きくなく、この複数バツフル
   の平行管の軸はフアーメンター槽の縦軸に平行しており
   、複数バツフルの各々は発酵槽の縦軸から、平行管列の
   縦軸が発酵槽の内直径を横切る点までの放射突出部に関
   して角αに位置し、αは５〜３０°の範囲であり、 （ｃ）栄養培地と炭素・エネルギー源を上記フアーメン
   ター槽に導入する第一入口要素、 （ｄ） （ｉ）フアーメンター槽内に中心的に位置しかつこのフ
   アーメンター槽の縦軸と同軸に配列したシヤフト、 （ｉｉ）このシヤフトに付属する駆動要素、および （ｉｉｉ）このシヤフトに装着した複数のインペラー、
   このインペラーの直径は内部熱交換直径により画定され
   た非障壁帯より大きくなく、少なくとも最深部のインペ
   ラーは発酵槽の低末端部の攪拌シヤフトに装着されてい
   る、 を包含する攪拌要素、 （ｅ）表面に複数の孔をもつ散布要素を包含するフアー
   メンター槽にガスを導入する第二入口要素、この散布要
   素はフアーメンター槽の縦軸に対してフアーメンター槽
   に対称的に位置し、散布要素の直径はインペラーの直径
   より大きくなく、散布要素の表面は複数のインペラーの
   最深部インペラーのボトムエツジから１／３〜１／１０
   インペラー直径におよびそれ以内に平行して位置し、（
   ｆ）フアーメンター槽の低末端部から発酵体を取り出す
   出口要素、および （ｇ）フアーメンター槽の上部に装着しかつその外辺部
   に位置する消泡要素、 を包含する発酵装置。
2. （２）角αは１０〜２０°である、特許請求の範囲第１
   項記載の装置。
3. （３）複数の冷却バツフルは２〜３０の数である、特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。
4. （４）平行管はフアーメンター槽の縦型槽の長さの２５
   〜９０％の長さ範囲である、特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれか１項記載の装置。
5. （５）平行管には、バツフルの平行管の第１と第２末端
   が相互に隣接しているように少なくとも１つのＵ型ベン
   ドを有する、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
   か１項に記載の装置。
6. （６）平行管の間隔は約０．５〜４管直径である、特許
   請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の装
   置。
7. （７）バツフルは４〜２４個の範囲にある、特許請求の
   範囲第１項から第６項のいずれか１項に記載の装置。
8. （８）バツフルは１〜６個の平行管列のアセンブリイか
   らなる、特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１
   項記載の装置。
9. （９）平行管は複数の積重ねた冷却バツフルを含み、そ
   の各々は全平行管の長さより短かい、特許請求の範囲第
   １項から第８項のいずれか１項記載の装置。
10. （１０）発酵槽は槽長さ対直径比０．１：１〜１０：１
    の範囲である、特許請求の範囲第１項から第９項のいず
    れか１項記載の装置。
11. （１１）２〜１２個のインペラーがある、特許請求の範
    囲第１項から第１０項のいずれか１項記載の装置。
12. （１２）最深部インペラーはそこに複数のブレードが装
    着されたデイスクを有し、ブレードはデイスクの平面に
    垂直かつデイスクの垂直軸から放射突起に位置する、特
    許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１項に記載
    の装置。
13. （１３）外部熱交換要素直径は全体の内部槽直径の約９
    ０〜９８％の範囲である、特許請求の範囲第１項から第
    １２項のいずれか１項に記載の装置。
14. （１４）栄養培地と炭素・エネルギー源を導入する第二
    入口要素を包含する、特許請求の範囲第１項から第１３
    項のいずれか１項に記載の装置。
15. （１５）駆動要素は外部槽直径の外側および槽の上部末
    端に位置する、特許請求の範囲１項から第１４項のいず
    れか１項に記載の装置。
16. （１６）駆動要素は外部槽直径の外側および槽の低部末
    端に位置する、特許請求の範囲第１項から第１４項のい
    ずれか１項に記載の装置。
17. （１７）入口ヘツダー要素はそれと開放的に連結してい
    る供給ヘツダー要素に付属している、特許請求の範囲１
    項から第１６項のいずれか１項記載の装置。
18. （１８）供給ヘツダー要素はフアーメンター槽の外側に
    位置する、特許請求の範囲第１７項記載の装置。
19. （１９）外部ヘツダー要素はそれと開放的に連結するコ
    レクターヘツダー要素に付属している、特許請求の範囲
    第１項から第１８項のいずれか１項に記載の装置。
20. （２０）コレクターヘツダー要素はフアーメンター槽の
    外側に位置する、特許請求の範囲第１９項記載の装置。