JPS63317074A - 醗酵装置 - 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］ 本発明は両端が半円形に閉鎖された、加熱可能、冷却可
能な二重壁円筒形本体より成り、内部に少なくとも２個
の撹Ｉ！１５が回転軸に取り付けられかつその本体内に
空気入口開口および空気出口開口、少なくとも１つの供
給スタブおよび少なくとも１つの試料スタブおよび少な
くとも１つの測定点が設けられた好気性微生物培養用醗
酵用装置に関する。

［従来の技術］ 技術におけるおよび異なった製造工程における微生物の
利用は、ペニシリンの発見および大酒生産のためまた好
気性微生物の培養が研究されたため、急激に広がった。

撹拌および通気に基づくこの方法はかなり完成され、過
去４０年以上の間さらにいちじるしく発展した。発展に
関する多数のマニュアルが刊行されたくたとえば、゛バ
イオテクノロジー″第２＠、ブラウアー１９８５年発行
、参照）。

たとえば組織培養装置、流出液純化用反応器等のような
特殊な目的の装置は別にして、開発は、利用の主要分野
すなわち、抗生物質、酵素およびアミノ酸の生産に一般
的に利用しつる醗酵槽を開Ｒするため、主として醗酵装
置の構造、寸法および性能の決定、撹拌器形状の研究お
よび開発に集中された。

これらの技術は一般的に多足の酸素の要求を特徴として
いる。微生物の新陳代謝に必要な酸素−探検培養法用の
溶解酸素−は撹拌および通気によって大部分供給される
。撹拌および通気は同時にいくつかの重要な機能を奏す
る。すなわち、−それらは均一性、すなわち、ならびに
排出される代謝生成物中の滋養物中における全ｍ酵聞の
分配を確実にし、 −吹き込まれた空気の拡散を通してかなりの液体−ガス
境界を生ずることにより、酸素の溶解を可能にし、 一空気のフラッシュ効果を使用することによって新陳代
謝のガス状生成物の除去を確実にする。

上記３つの機能の内のもつとも重大な機能は、酸素供給
の準備である。

微生物の酸素消費量が多くなればなるほど、一層有効な
拡散、すなわち、撹拌が過剰な酸素を確保するため必要
とする。しかしながらこのことはコストを増加し、コス
トを低下するため長時間掛けたことは理解しつるところ
である。

発見された解決法は部分的でありかつ目的に適合するた
め限定された適用の可能ゼｌしかもたなかった。

それらは巨大ポンプの理論を含み、撹拌器は液面上方に
終る大径のパイプによって包囲され、空気はパイプ下方
に撹拌器下方に吹込まれる。同様の解決法は、撹拌器を
使用しない点において相違する“空気リフトループ反応
器′°である。これらの解決法は流体を移動するのに少
ないエネルギしか必要とけずまたパイプ内に比較的酸素
に富んだ状態を作りだすけれども、パイプ頂部から流入
する培養物（ＭＧ酵体）は−それがパイプに再流入する
まで−きわめてわずかの培養物しか損害なしに耐え得な
い比較的長い、静止した通気されない空気を通らなけれ
ばならない。

流体ジェットによる通気は好ましいところではない。そ
こにおいてポンプは、ｌ’１ｌｌｓＷ体を液体を醗酵槽
の底部から排出することによりそれを外部円周上に循環
し、かつそれを加圧してｆｌＭｌｆｌ　（ジェット反応
器）に醗酵槽ドーム内に数気圧の液体ジェットの形式で
戻す。液体ジェットが装置の頂部空間を通過する間、そ
れは完全な醗酵槽培養のための全過剰酸素を確保するの
に十分なガスを吸収づる。動力の特殊なコストがこの解
決法においてはきわめて好ましいけれども、余分な投資
は新しい醗酵槽およびＦ記の醗酵槽の大型化としてだけ
戻ってくる。

いわゆる゛循環”と称せられる新しいＦ［槽に対する特
殊な動力要求を減少する努力は、液体が円周上ならびに
上下に移動する水平に設けられたパイプより成っている
。比較的大きい空気空間および低い静圧は、酸素供給に
対する好ましい条件を作り出すが、この装置もまたその
欠点を有し、コストが新しいＷａ醗酵槽してだけ戻って
くるばかりでなく、かなりの床面積を必要とする（Ａ、
ＥＩＮＳＥＬＬＳＷ［５ＳＢ１０ＴＥＣ１１，４６／１
９８６　１）。

２１〜２４）。

上記概括したすべての解決法はいずれも余分のコストを
少なくすることによって通常の醗酵槽に存在する動力要
求を減少するのに適していない。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は吹込み空気の拡散を反復することにより酸素供
給の促進を実現することに基づいている。

すなわち通常の装置において、酸素入力の低効率の主要
な理由は撹拌器によって拡散される空気が液体−ガス境
界相を迅速に団塊化しかつ縮小するという物理的事実で
あり、そのことはガス交換の速度低下を生ずる。１番下
の撹拌器の上の撹拌器は、泡のほんの一部しか活性混合
区域に侵入せず、残りはほとんど再拡散なしに撹拌器を
回避し、かなりの量が装置の内壁に沿って逃げることに
なる。

本発明の目的は、動力要求を減少し、また同時に酸素供
給を増加しかつ現存する装置に適用しうる、微生物の好
気性培養用装置を得ることにある。

Ｅ問題点を解決するための手段および作用］この目的を
達成する本発明による装置は、２つの隣接する撹拌器の
間に好ましくは円錐形のバッフルスクリーンが設けられ
、該スクリーンは底部においてまたその頂部において開
放し、さらにその下方リムの内周が円筒形本体の内周よ
りも小さくされている。

各バッフルスクリーンとその下方の撹拌器との間に案内
リングが設けられ、その外側円周が円筒形本体の内周に
接触するとともに、案内リング内周は上方バッフルスク
リーンの下方リム外周と同じかあるいはそれより小さい
ことが有利である。

バッフルスクリーンは截頭円錐形を有し円錐角度は９０
’と１２０°との間にあるのが好ましい。

本発明によって形成配置されたバッフルスクリーンは、
最下端の撹拌器によって拡散された空気を集合し、つい
で団塊とし、かつ気泡を、それらが完全に再拡散される
ように、その上方の活性混合区域に通過させる。この方
法は装置内にある撹拌器と同じ数だけ繰返される。反復
拡散は同じ酸素供給が通常の醗酵槽におりるよりも少な
い空気Ｇで確保されるか、または、同じ吊の酸素で通常
の醗酵槽において達成しえたよりも一層よい酸素供給を
確保する。

空気を集めるバッフルスリーンの効率は、各スクリーン
下方にそしてその下方の撹拌器上方に案内リングを設置
することにより、いちじるしく改善される。このことは
液体の垂直運動すなわち醗酵を阻止することなく、装置
の円筒壁側方に空気が逃げることを阻止する。バッフル
スクリーンおよび案内リングの使用が空気の運動方向を
不均一に決定するため、完全な均質性が、醗酵の垂直運
動を妨害することなしに、バッフルスクリーンによって
分離された部分内に確保される。

本発明による解決法は別の利点を生ずる。公知のように
撹拌器を液体中で一定速度で回転するのに要する動力は
、液体−ガス再拡散方式が液体単独よりも撹拌器に対す
る抵抗が少ないため、ガスたとえば空気を撹拌器下方に
吹込むことによって減少することができる。通常の！９
１酵槽において、空気を最下端の撹拌器のみに導入する
と、この撹拌器のみが一層容易に回転することができる
ようになるため、混合されることの少ない媒体中で回転
する撹拌器の残りは一層多くのエネルギを消費する。

本発明による装置において、各撹拌器は同様の流体−ガ
ス再拡散方式において回転し一エネルギを消費を最少に
して一各撹拌器へ別々に空気を供給する必要性なしに回
転する。このことは撹拌器とそれらの下方に設けられた
案内リングとの間のバッフルスクリーンによって可能に
なる。

［実施例］ 以下、本発明を例示として本発明装置の線図的縦断面図
に基づいて説明する。

図面に示すように、本発明の装置は両端において半円形
で閉鎖された二重壁円筒形本体１を備えている。本体１
には、底部に空気入口間口２および頂部に空気出口開口
３が設けられている。本体１には、頂部に少なくとも１
つの供給スタブ２２および底部に少なくとも１つの試別
スタブ２３が、さらに底部には蒸気人口２５および頂部
には蒸気出口２６が設けられている。本体１のマントル
には水位２１以下に測定点２４が設けられている。

円筒形本体１は、それぞれ、二重壁内に導入された冷た
い流体によって冷却することかできまた二重壁に導入さ
れた蒸気によって加熱することができる。

回転軸４は本体１の中心に設けられ、その軸４上に図示
の実施例においては３つの撹拌３５．６゜７が固定され
ている。もつとも下の撹拌器５とその上の撹拌器６との
間にはバッフルスクリーン８が、そして撹拌器６とその
上の撹拌器７との間にはスクリーン９が設けられている
。バツフルスクリーン８および９は円錐形、好ましくは
截頭円錐形である。円錐角は９０°と１２０°との間に
ある。低頭円錐は底部でまた頭部で開き、軸４とバッフ
ルスクリーン８との間には環状間口１０が、また軸４と
バッフルスクリーン９との間には環状間口１１がそのま
ま残っている。

バッフルスクリーン８の下方リム外周１２と円筒形本体
１との間ならびにバッフルスクリーン９の下方リム外周
１３と円筒形本体１との間は開いている。その訳はバッ
フルスクリーン８の外周１２とバッフルスクリーン９の
外周１３との間が、それぞれ、円筒形本体の内周より小
さいからである。１閃１４の幅すは醗酵槽内の材料の密
度に対応し、もし材料が淵いならば、溝１４の幅すに対
して一層大きい（直が選ばれる。バッフルスクリーン８
および９の円錐角αは、それぞれ１ＩｉｌＷ槽内の材料
の密度に対応する。

バッフルスクリーン８とその下の撹拌器５との間および
バッフルスクリーン９とその下の撹拌器６との間には、
案内リング１５および１６がそれぞれ設けられている。

これらの案内リング１５゜１６の外周は円筒形本体１の
内壁に接触し、図示の実施例において、それらは前記内
壁に固定されている。

案内リング１５および１６の内周１７および１８は案内
リング１５および１６上方のそれぞれバッフルスクリー
ン８および９の下方リムのそれぞれ外周１２および１３
と同じかそれより小さい。

案内リング１５．１６の幅ｅは醗酵槽内の材料密度に対
応する。案内リング１５とその上のバッフルスクリーン
８との距離および案内リング１６とその上のバッフルス
クリーン９との距離もまた醗酵槽内の材料密度に対応す
る。

図面には本発明による装置の実施例が例示として示され
ているが、バッフルスクリーン８．９および案内リング
１５．１６ならびにそれらの相対的関係は所望により変
更することができる。

本発明による装置は下記のように作用する。

底部から入口開口２を通って醗酵槽内に侵入する空気は
、装置を液面２１まで充満した、液体中の撹拌器５０作
用によって拡散される。団塊となった拡散液体は案内リ
ング１５およびつぎの撹拌器６の活性混合区域のバッフ
ルスクリーン８によって案内され、再び完全に拡散され
る。

再び団塊となった気泡は案内リング１６および１Ｑｆｆ
器７の活性混合区域のバッフルスクリーン９によって案
内されそれらは再び拡散される。

３つの高さに混合区域を備えたＦ＋１酵槽のモデルにお
いて、バッフルスクリーン８．９および案内リング１５
．１６がまず設冒され、ついでこれらの要素なしで混合
を実施し、亜硫酸塩酸化および流体媒体中における酸化
の間に消費された酸素８が比較された。

下記の表は、通気比１：０．４の場合のデータである。

流出空気の酸素含有量 毎　分　バッフル　および　バッフル　　および回転数
　スクリーン　　　　スクリーン表から分るように、同
じ断面積の場合、バッフルスクリーンならびに案内リン
グの使用によって、装Ｕを通る酸素含有量２１％の空気
から多量の酸素が吸収された。２つの欄の変化は他の通
気比の場合も同様である。

必要動力量についても測定された。与えられたモデルに
おいて、必要動力量の減少は３０％に近かったが、この
数字は装置のレイアウト、すなわち形状、寸法およびバ
ッフルスクリーンならびに案内リングの数に緊密に対応
し、それらを最善に変化したとき、エネルギ節約量は一
層大きくなるであろう。

［発明の効果１ 本発明は、２つの隣接する撹拌器の間にバッフルスクリ
ーンを設けたため、撹拌器によって拡散された空気を上
方の活性混合区域に反復して通過させることができ、通
常の醗酵槽におけるよりも少ない空気量で同じ迅の酸素
を供給することかできるか、もしくは、同じ量の少ない
吊の空気から供給することができ、動力消費を増加する
ことなく醗酵槽の性能をいらじるしく改善した、好気性
微生物培養用醗酵装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の線図的縦断面図である。 １・・・円筒形本体、２・・・空気入口、３・・・空気
出口、４・・・回転軸、５．６．７・・・撹拌器、８．
９・・・バッフルスクリーン、 １０．１１・・・環状開口、１２・・・下方リム、１３
・・・リム外周、１４・・・溝、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端が半円形に閉鎖された、加熱可能、冷却可能
   な二重壁円筒形本体より成り内部に少なくとも２個の撹
   拌器が回転軸に取り付けられかつその本体に空気入口開
   口および空気出口開口、少なくとも１つの供給スタブお
   よび少なくとも１つの試料スタブおよび少なくとも１つ
   の測定点が設けられた好気性微生物培養用醗酵装置であ
   つて、該装置が２つの隣接する撹拌器の間に好ましくは
   円錐形のバッフルスクリーンが設けられ該スクリーンが
   底部および頂部で開きその下方リムの外周が円筒形本体
   の内周より小さいことを特徴とする、前記好気性微生物
   培養用醗酵装置。
2. （２）各バッフルスクリーンとその下方の撹拌器との間
   に案内リングが設けられその外周が円筒形本体の内周に
   接触するとともに、案内リングの内周が上記バッフルの
   下方リム外周に等しいかまたはそれより小さいことを特
   徴とする、請求項１記載の装置。
3. （３）バッフルスクリーンが截頭円錐形をなし円錐角が
   ９０°と１２０°との間にあることを特徴とする請求項
   １記載の装置。