JPS6342683A - 滅菌可能な流動床発酵槽 - 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、初期にダブルカラムとして操作される流動床
発酵槽それ自体において滅菌条件下で培養されそして流
動化［２得る顆粒に変えられた微生物が用いられる、低
水分発酵を行うだめの滅菌可能な流動床発酵槽に関する
。

流動床発酵槽は、バイオテクノロジーの方法において広
範にわたる様々な用途を有している。

すなわち、欧州特許出願第５８４２６号には、エタノー
ル生産に適し、た微生物を自由流動性粒子の形で気体に
より流動化゛、きれる床に入れ、そｌ〜て一種またはそ
４以上の発酵可能が炭水化物を含む水性栄養溶液を流動
粒子床中に送入しそしてその中で発酵させることより成
る炭水化物発酵によるエタノールの製造方法が記載され
ている。この発酵の条件は、温度と、流動床に連続相と
ｊ〜て流入する気体中の酸素分圧により本質的に設定さ
れる。このタイプの方法によれば、ボットエール（蒸留
かす）なしにエタノールを生産することができろ。この
方法は、最初に自由流動性微生物粒子が仕込まれ、そ（
７て液溜めから炭水化物含有水性栄養溶液が流動床上方
に装着されたスプレーノズルを介して中に給送されるよ
うになっている発酵槽内で行われる。得られた水／アル
コール混合物はコンデンサで濃縮され、また発酵槽には
一定温度で新鮮な気体が補給される。

欧州特許出願第１０６１４６号にはプレカーサー（前駆
物質）の発酵転化またはエフェクター（奏効物質）の添
加による、生物学的経路によるところの多くの様々々微
生物代謝物および酵素の生産が記載されているが、この
ことから流動床反応の可能々用途が広範にわたることは
明らかである。これにはその微生物を流動化可能な顆粒
に変えることが必要である。プレカーサーまたはエフェ
クターは予め顆粒内に取り込んでおくか、または流動床
発酵槽内で顆粒上に溶液または懸濁液として噴霧される
。このタイプの方法によれば、化学的方法によっては入
手し難いかまたは全く入手でき々い物質を許容し得る収
率で生産することができる。

更に、米国特許第４，０４６，９２１号には、固体担体
に固定された微生物を上行気体流により流動化し、そし
て栄養溶液を噴霧することより成る流動床発酵槽が記載
されている。この特許はまた、微生物が望ましくない異
微生物により汚染される可能性があることを明記してい
る。これに伴う害を防止するために、殺真菌または殺細
菌活性を有する物質をその栄養溶液に添加してシュード
モナダセアエ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｄａｃｅａｅ）、
アクロモバクテリアセアエ（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅ
ｒｉａｃｅａｅ）、エンテロバクテリアセアエ（Ｆｉｎ
ｔｅｒｏｂａａｔｅｒｉａｃｅａｅ）、マイクロコツカ
イ（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｉ）　　またはラクト、Ｓチラ
セアエ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌａｃｅａｅ）の科の微
生物の増殖の防止が図られる。更に、冷却の目的で流動
床発酵槽中を通過する気体に、望ましくない微生物を除
くために二酸化硫黄を添加することが推奨されている。

しかしガから、この処理もまた実施すべき方法に必要々
微生物に対し悪影響を及ぼす。

微生物的方法の収率および生成物の純度にとって異物の
排除は極めて重要なことであるので滅菌可能であって、
しかも滅菌条件下で発酵を行わせることができる流動床
発酵槽の開発が要請されていた。

従って、本発明は初期には・２プル・カラムとして操作
される流動床発酵槽それ自体において滅菌条件下に培養
されそして流動化可能な顆粒に転化され得る微生物が用
いられる低水分発酵を行うための滅菌可能な流動床発酵
槽であって、ａ）流動床ｖＩ（１）は底部に気体流導入
用のオリフィス（２）と気体流分配用の有孔せたけ焼結
（ｓｉｎ−ｔｅｒｅｄ　）ディスク（４）を設けた導入
口底部セクション（♂）とを有１２、 ｂ）ｔｔたけン」ユ上のフィルタ部材（５）が流動床発
酵槽の底部の側部に設けられ、滅菌条件下に使用された
培養ブロスを抜去するのに用いることができるように々
つており、 Ｃ）スチーム・ライン（ａ）と基質ライン（ｂ）とを設
けだ液溜め（６）が設けられ、そこから流動化可能な顆
粒をライン（ｃ）およびノズル（１６）を通して栄養溶
液と共に噴霧することができるようになっており、 ｄ）微生物が気体流により乾燥してしまうのを防止する
温度調節可能な空気加湿装置（７）が設けられ、かつ、 ｅ）微生物と直接接触する流動床発酵槽のすべての装着
部（ｆｉｔｔｉｎｇθ）を滅菌するための過熱スチーム
導入装置（ライン（ａ）および（ｄ））、／ヤケット式
熱交換装置または加熱部１（８）が存在する ことを特徴とするものに関′する。

発酵混合物中への外来微生物混人防市は初期に本発明に
よる流動床発酵槽（１）によって竹われるが、これは一
方において、発酵槽を、ライン（ａ）および（ｄ）を通
して過熱スチームを導入することにより、あるいけジャ
ケット式熱交換装置号たけ加熱部材（８）によって発酵
槽を加熱することにより、発酵開始前に滅菌することで
行われる。

流動床発酵槽をこのようにし７て用意しておけば例えば
必ず異微生物による汚染を招くような別の発酵槽で既に
培養済みの微生物バイオマスを導入するようガ手順は不
要である。反対に、この流動床発酵槽には、通常用いら
れる滅菌条件下に小型発酵槽で培養された接種物のみを
装填し１、そして微生物の深部培養を初期ＩＦ、−ニブ
ル・カラムと１−７て操作されるその流動床発酵槽そ１
＋自体で行う。この間に、微生物がその上で増イ１でき
る栄養素言有用体例えば米穀粒、組人−３７粉、ロール
がけしたオート麦（ｒｏＩｌｅｄ　ｏＰＬｔ＋１）など
二′ｒ添加することができる。こねによ−）−（蘭生物
（ハ凝集塊およびコロニーの形成が促Ｊｐ　、僕ｆする
。もちろん、このタイプの固形４１１体がなく゛〔も榊
果塊捷たはコｉＪニーを形成ｔイ）ｆよ生物も４ら７）
３゜十分な址の微生物が生産さｆ１７’ｒ−＋１’、　
Ｃろ（°、１覧ｌちに発酵槽基部近傍に設置ｄ、Ｓ′７
′ｌ／ζノイルタ１”１μ月（５）を通して使用さｆし
た基Ｉ！ｉ、濱液を除１−．すン）。適切なフィルタ部
材は焼結フィルタ、メン／ノン・フィルタまたはフジ（
ｙｕｊｌ）ブｌｚ　−１−’であり、またそれらは必要
に応じ過熱スチームで滅菌することもできる。フィルタ
部材の孔径１ｒｔ、ｐｚ４体凝集塊および菌体コロニー
は保持子＼ＩＬｌ、が紺媒および個々の菌体（１通過で
さるように選Ｖ＜　Ｊべきである。このＰ順により１ば
、流動床発酵イ）Ｈ５その後、異微牛物により汚染さノ
１てぃ々い＋　ｉ；ｉ＋の（・夕生物のｊｇ、　＠物を
含むことが６１１″実と４４１゜−］　○− 実際の流動床反応を行うには、使用された培養ブロスを
ペースト様の粘稠度に達するまで除去した微生物塊をオ
リフィス（２）を通して気体流を導入することにより下
から流動化する。このためには、異微生物が気体流によ
って流動床反応装置内に持ち込まれないように予め細菌
フィルタ（９）まｆｃは（１０）を強制通過させた圧搾
空気（θ）または酸素（ｆ）が用いられる。

生物学的材料の流動化に用いた気体は、メンブランＯフ
ィルタ・ギャンドル（１１）を通して流動床反応装餘か
ら出た後、弁（１？）を通【７て再楯櫨させることがで
きる。その場合気体流は、ライン←）を通って循環気体
ブロア（１３）を介１７て温度調節可能な加湿装置（力
に入り、次いで冷却され水分で１和された気体はもう一
度ライン０１）を通りオリフィス（２）う−介１〜て発
酵槽中に導入される。あろい４−１また、その気体流を
その−ｉ−を通過させることもでき、その場合には、そ
れは、メンプランＧフィルタＣキャント９ル（１１）、
弁（１４）およびフィルタ部材（１５）　、そして流出
ライン（１）を介して発Ｕ檜から出て行く。

流動床発酵中増殖に必要碌栄養溶液（・、を液溜め（６
）内に位置し、そしてライン（Ｃ）およびノズル（１６
）を介して微細液滴の形態で反応装置中に噴４されるが
微生物がその上で増殖し７た栄養素貧有担体を唯一の栄
養源として利用する場合は別である。

微生物が乾燥しきらないように特に注意を払う必要があ
る。導入気体流の水分飽和を保証する温度調節可能な空
気加湿装ｗ（７）だけが、これを実現する方法では々い
。更；て、必要に応じ、任意の時点でライン（ト））を
通しフィルタ部材（１７）およびノズル（１８）と介し
て機中ｔの不含水を導入することができ、゛まだそれに
よっては生物を湿らすことができる。

発酵中に、循環気体のｃｏ２含量は絶えず増加し７．゛
またそれに相呼応（７て酸素含廿は低下する。

しかしながら、至適発酵には気体組成が一定しているこ
とが前提となる。このために、本発明の流動床発酵槽に
はメンプランＯフィルタＯキャンドル（１１）およびフ
ィルタ部材（１５）を介する二酸化炭素の連続除去を制
御する制御部材（図示せず）が設けられる。除去された
気体量は、底部オリフィス（２）を通し２．で酸素また
は空気を補給することにより置換される。

流動床反応でケ１、生成する反応熱の除去に特に留意す
る必要がある。このために、底部オリフィス（２）を通
して入ってくる気体流は、温度調節１り能な空気加湿装
置Ｍ、（７）を通過する際に冷却される。更に、流動床
発酵槽（１）には外側に冷却ジャフットが設けられる。

これによって得られる４Ｅ物学的材刺の冷却かなお不十
分である場合に１３−一 は過剰の熱を蒸発冷却によって除去する。これによって
失われる水の量は、ノズル（１８）を通して微生物不含
水を添加することによシ補給される。

以下の実施例は、本発明の流動床発酵槽の可能な用途を
示すものである。

実施例　１ ストレプトマイセス・グリゼウス（Ｓｔｒｅｐｔｏ−ｍ
ｙｃｅｓ　ｇｒｉｓｅｕｓ）　ＤＥｉＭ　４Ｑ６９３株
の培養物を１５Ｑ容の小型発酵槽で培養して５日後に十
分増殖した接種物を得た。その培地は、６０２のカゼイ
ンはプトン、６０ｆの肉エキス、７５２の酵母エキスお
よび３７．５　Ｆの塩化ナトリウムを含有した。３５℃
、７．５　Ｑ空気／分および５００　ｒｐｍの攪拌装置
速度およびｐｉ（７，２でインキュベーションを行った
。この培養物を用いて、３．４Ｋｇのカゼインインにプ
トン、１２に、の肉エキス、１５０２の酵母エキスおよ
び７５０ｆの塩化ナトリウムｆ２５０Ｑの水に含む栄養
培地の存在下に１２１℃で３０分間予め滅菌［７ておい
た本発明の流動床発酵槽に接種した。別個に調製され滅
菌されり５　Ｋｙのグルコース、３に９のコーンスター
チ由来マルトデキストリンおよび５５Ｑの水より成る溶
液を接種前に全混合物に添加した。

次いでその流動床発酵槽に接種しそ１．．２て３００ｅ
／分で通気し４がらバ／ルＯカラムとして操作］〜、そ
の間の温度は３５℃に、そ１２て…は６．８〜Ｚ５に維
持１．／（。

ストレプトＯグリゼウスＯバイオマスけ４８時間内に五
７２ト、９の乾燥）イ【廿に達する。次いで３０Ｑがな
おも培養容器に残るまで、フィルタ部材（４）を通して
液体を吸引抜去した。この液体は蓄積されたストレプト
マイセス・ゲリゼウス菌体と共にば一スト様塊を形成ｌ
〜、そしてそのば−スト様塊を空気入力を適宜高めるこ
とにより流動化させた。更に４８時間かけて、５％カゼ
インはプトン、４％グルコースおよび４９にマルトデキ
ストリンより成る１Ｑの滅菌溶液を１時間置きに流動化
された培養物塊中に噴霧した。

これら４８時間後に、ストレプトマイセス・グリゼウス
バイオマスは、５．６３に９の乾燥重量に増加した。

実施例　２ ストレプトマイセス０グリゼウスＤＡＭ　４０６９３株
の培養物を、実施例１と同様にして小型発酵槽で予備培
養し、そして本発明の流動床発酵槽に対する接種物とし
て用いた。６　Ｋｙの大豆粉および１．５１１４の細分
化しロールがけしたオート麦を２５０Ｑの水に含む栄養
培地を予め調製し、そして１２１℃で４５分間後者の中
で滅菌した。その栄養培地を３０℃の温度に冷却し、そ
し７てこの温度に４０時間保ち、次いでもう一度１２１
℃で４５分間滅菌した。次いで別個に調製されそして滅
菌された１　５　Ｋ９のグルコースおよび３に７のコー
ンスターチ由来マルトデキストリンを３５９の水に含む
溶液を添加し、そしてその混合物に接種した。培養条件
は、実施例１と同様とした。

４８時間の間に、培養物は十分か菌糸体密度まで増殖し
た。この間に、沈殿物（ＰＭＶ）は６笥から１５９６ま
で増加した。６０　Ｆ、のＲ−スト様残渣が残る１で、
液体を培養物から実施例１と同様にして除去した。

この塊を更に流動床としてインキュベートした。（アリ
フォートを４０Ｏｒｌｒｐｍで１０分間遠心分離するこ
とにより測定された）・２イオマスの乾燥重量、け、　
　１７．８に？であり、そしてこｆ１２は次の４８時間
後には２６．４　Ｆ−ｙに増加した（栄養培地の不溶成
分分含む）。この間における栄養培地および・２イオマ
ス処理は実施例１と同様と１．た。

実施例　３ ハニシリウムＱロケフオルチ（Ｐｓｎｉｃｉｌｌｉｕｍ
ｒｏｑｕｅｆｏｒｔｉ）　ＤＳＭ　１０７９　菌株の培
養物を１５ｅ容の小型発酵槽で予備培養物として培養し
た。その栄養培地は、　　３０（ｌの麦芽エキス、３０
ｆの酵母エキス、１５０Ｆのグルコースおよび７．５９
の（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を含有した。培養は、２３℃、
７、５　Ｑ　／分の通気、および５０　ｎ　ｒｐｍの撹
拌装置速度で４日間続けた。−１は６４〜６．８に保っ
た。

この培養物を本発Ｆ９］の流動床発酵槽に移す前に、後
者において、１２に９の麦芽エキス、９０ＤｆＱ、）酵
母エキスおよび６００ｖの（ＩＪＦｌｚ　）　２ＨＰＯ
４を２３０１１’の水に含んで成る栄養培地を１２１℃
で３０分間滅籾した。６　Ｋ９のグルコースを別個に３
５ｆ２の水に溶解シフ、滅ａイシ、そして全混合物に添
加し＝１８− た。その流動床発酵槽に接種後、それを７２時間ＶＣわ
たり、・ぐプル０カフムとして２５℃、１８ｎ９空気／
分の通気で操作した。−１ｔよ６４〜６８に維持した。

最初の２４時間経過後、水２０Ｑ中の６　Ｋ９のグルコ
ースと３　Ｋ９の麦芽エキスからなる濃縮液を培養物中
に定常的にＫｔ量供給した。菌体・でイオマスは、７２
時間で１７．５Ｋｑ（乾燥物質）甘で増殖した。次に実
施例１と同様に（７て液体ケ吸引法大しそして６０９の
ペースト様残渣全ｊｖ応装置内に残した。後者を流動床
と［て９６時間後にインキュベートした。この間に、６
奮麦芽ニーキス、６％グルコースおよびり、　３９．＜
　（ＮＨ４）　：＋ＨＰＯ４より成る溶液を、１Ｑ／時
の量でル応装置内に噴霧した。この間に、菌糸体は財ｖ
ｃ　２４．５Ｋｙ　（乾燥物質）まで増殖した。

実施例　４ 一／リウノ、・・ロケノオルチＤＡＭ　１０７９株の予
備培養物を実施例５に記載した如く調製し、そして予め
滅菌しておいた流動床発酵槽の接種に用いた。流動床発
酵槽中で調製されたその栄養培地は、６Ｋｇの麦芽エキ
ス、６００ｆの酵母エキスおよび１５０ｖの（ＮＨ４）
　２ＨＰＯ４を２５０Ｑの水に含むものとした。別個に
、３に９のグルコースを３５ｅのＨ＋Ｏに含む溶液を調
製しそして滅菌した。次にその培養物を３６時ｔ（Ｕバ
ブル・カラムとして操作した。この間に１菌糸体は４．
６　Ｋ９（乾燥物質）まで増殖した。次いで’２５Ｑの
残渣が残るまで液体を吸引抜去１７た。は−スト様塊を
流動床として９６時間更にインキュベートした。この時
間の前半で４０に９のカードＱチーズ（ｃｕｒｄ　ｃｈ
ｅｅｓｅ）を計量供給した。菌はカード・チーズに付着
１７て粗粒を形成した。粗粒し、ｔインギュベーション
時間の終ｒ時には、完全に充滴し、−また使用菌に典型
々芳香を呈した。

実施例　り ｒ＋ｒｉひのスギノ゛サツカロマイセス０ボムベ（ｉｉ
Ｌ：旧：ｙｎｏａｒｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｐｏｍｂｅ
）　ＤＡＭ　７０５７７の培女’ｌ！ｎ全１５ν容の小
型発酵槽を用い、実施例５ＶＣＩ１１’、載の栄養培地
中で予備培養物として培養しｆｒ　ｏ培養番！４５℃で
３［〕時間続行し、その間７、５　Ｑ空気／分を導入し
そ【７て５００　ｒｐｍの攪拌装置速度を用いた。…は
５６〜６．１１Ｋ保った。この培譬′吻を次いで予め滅
菌しておいた本発明の流動床発酵槽に移した。その流動
床発酵槽には１２１℃で３０分間滅菌しである。２１に
９の麦芽°Ｌキス、３ＫＦの肉エキスおよび１．５　Ｋ
９のカゼインペゾトンを２８５Ｑの水に含んで成る栄養
培地が含オれていた。次にこの培養物を、１８０１２空
気／分を導入しｌがら、また声を５６〜６．０に保ちな
がら、バブル・カラムとして３５℃で４８時間］染作し
た。この間Ｖ（，３）：ｙのグル：ノースイｒ−２〕　
− １０ｆｆの水に含んで成る熱滅菌溶液を連続添加した。

この間に、酵母塊は５．８　Ｋ、　（乾燥物質）まで増
殖した。次に、使用された培養ブロスを３０Ｑの残渣が
残る寸で滅菌フィルタを通して吸引抜去した。依然とし
て可動件のそのは−ストを更に流動床としてインキュベ
ートシた。十分な流動が起きるまで空気のスループット
を増加した。更に４８時間の間、１Ｑ／時の、２０％麦
芽エキス、６％グルコースおよび３％カゼインはプトン
の滅菌溶液を反応装置内に噴霧した。酵母バイオマスは
更にこの時間１１．８に９　（乾燥重量）まで増殖した
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の流動床発酵槽の一例を示す模式図である。 １・・・流動床発酵槽 ２・・・気体流動入用オリフィス ３・・・導入口底部セクション ４・・・有孔または焼結ディスク ５・・・フィルタ部材 ６・・・液溜め ７・・・温度調節可能な空気加湿装置 ８・・・ジャケット式熱交換装置またＪ・１加熱要素１
６・・・ノズル 特許邑願人　　ヘキスト・アクチェンゲセルシャフト５
１″で一１゛ 一ユ　１　・−１ 代理人　弁理士　高木千嘉−−−−？−外２名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）初期にはバブル・カラムとして操作される流動床発
   酵槽それ自体において滅菌条件下に培養されそして流動
   化可能な顆粒に転化され得る微生物が用いられる低水分
   発酵を行うための滅菌可能な流動床発酵槽において、 ａ）流動床槽（１）は底部に気体流導入用のオリフィス
   （２）と気体流分配用の有孔または焼結ディスク（４）
   を設けた導入口底部セクション（３）とを有し、 ｂ）１または２以上のフィルタ部材（５）が流動床発酵
   槽の底部の側部に設けられ、使用さ れた培養ブロスを滅菌条件下に抜去するの に用いることができるようになつており、 ｃ）スチーム・ライン（ａ）と基質ライン（ｂ）とを設
   けた液溜め（６）が設けられ、そこから流動化可能な顆
   粒をライン（ｃ）およびノズル（１６）を通して栄養溶
   液と共に噴霧することがで きるようになつており、 ｄ）微生物が気体流により乾燥してしまうのを防止する
   温度調節可能な空気加湿装置（７）が設けられ、かつ、 ｅ）微生物と直接接触する流動床発酵槽のすべての装着
   部を滅菌するための過熱スチー ム導入装置、ジャケット式熱交換装置また は加熱部材（８）が存在する ことを特徴とする、滅菌可能な流動床発酵槽。 ２）微生物を流動化するために底部オリフィス（２）を
   通して導入された気体流が再循環される特許請求の範囲
   第１項記載の流動床発酵槽。 ３）微生物を流動化するために底部オリフィス（２）を
   通して導入された気体流がそのまま通り抜ける特許請求
   の範囲第１項記載の流動床発酵槽。 ４）発酵において形成された気体が、メンブラン・フィ
   ルタ・キャンドル（１１）、弁（１４）およびフィルタ
   部材（１５）を通して除去される特許請求の範囲第１項
   記載の流動床発酵槽。 ５）除去された量の気体が、酸素または空気を底部オリ
   フィス（２）を通して導入することにより置換される特
   許請求の範囲第３項記載の流動床発酵槽。