KR840001113B1 - 배기가스분석에 의한 글루타민산 발효공정의 자동화 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

배기가스분석에 의한 글루타민산 발효공정의 자동화 방법

제1도는 본 발명의 계통도.

제2도는 본 발명의 실험 결과이다.

본 발명은 공업적인 글루타민산 발효공정에 필수적인 페니실린(또는 계면 활성제) 투여공정 및 유가배양 발효방식의 추가당 첨가공정을 자동화하는 방법에 관한 것으로, 이를 구체화한다면 발효배기 가스중의 이산화탄소 농도를 연속적으로 측정함으로서 간접적으로 미생물의 성장 및 증식의 정도와 발효 성당의 고갈 여부를 쉽게 측정할 수 있어 페니실린(또는 계면활성제) 투여공정과 추가당 첨가공정을 자동화할 수 있는 것이다.

종래의 방법은 발효시료의 샘플을 채취하여 분광 광도계(Spectrophotmeter)와 같은 분석기기를 사용, 균체의 성장 및 증식을 측정한후 숙련된 작업자의 판단에 의한 페니실린(또는 계면활성제) 투여시기를 결정하여 페니실린(또는 계면 활성제)의 투여가 수동적으로 이루어지고, 또한 페니실린 투여후 일정시간 경과후부터 발효말기까지 추가당의 첨가가 수동적으로 5-6회에 걸쳐 회분식으로 이루어지는데 이는 글루타민산을 생성하는 미생물의 고농도당에 대한 저해작용을 감소시켜 주기 위한 것이다.

이러한 종래의 수동식 방법은 당이 고갈되는 시점을 숙련된 작업자가 pH상승 또는 당분석을 통하여 당의 고갈 상태를 인지후, 추가당을 첨가하기 때문에 작업상에 있어서 실수가 발생할 수 있으며 도한 추가당 첨가 직후 잔당농도가 급격히 상승하는 결점이 있었다. 다라서, 글루타민산 발효공정에 있어서는 매회 추가당의 첨가량을 줄이는 대신 첨가 횟수를 증가시켜 발효조내의 당농도의 변화를 적게 하는 것이 글루타민산 생성에 좋은 조건이 되는 것이다.

그러나, 종래의 수동식 방법으로 추가당 첨가 횟수를 증가시키는 것은 공정관리상 난점이 다대하여 본 발명자들이 종래의 방법을 연구 검토한 결과 본 발명을 완성하게 되었다. 종래의 수동식 방법에 의한 페니실린 투여 및 추가당 첨가 공정을 자동화한 본 발명의 두 공정을 구분하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

1) 페니실린 투여 공정의 자동화

종래 방법에 의한 페니실린의 투여는 분광 광도계에 의하여 균체가 적정수준까지 성장 및 증식이 이루어진 후 발효조에 투여하는 것이나 이러한 균체농도의 기준에 의한 페니실린의 투여 방법은 균체농도가 증식력이 있는 균체(Viable cell)와 증식력이 없는 균체(deadcell)의 합으로 표시되므로 균의 상태에 따라 공정의 불안정을 초래할 수 있다.

본 발명에서는 균체의 증식과 더불어 생성되는 이산화탄소의 발생이 증식력이 있는 실질적인 균체성장과 직접적 관련이 있기 때문에 적정수준의 이산화탄소 농도에 도달되는 순간 솔레노이드밸브를 작동시켜 페니실린 투여를 자동화할수 있었다(제1도 참조).

2) 추가당 첨가 공정의 자동화

페니실린 투여후 시간이 경과함에 따라 발효성당이 모두 소모되어 고갈되게 된다.

종래 수동식에 의한 유가배양은 이때에 당농도분석 도는 pH의 변화를 측정후 일정량의 추가당을 수동으로 첨가하여 주게 되며 이러한 방법으로 전체 글루타민산 발효공정중에 5-6차례 당을 첨가하게 된다.

그러나, 본 발명에서는 글루타민산 발효 진행중의 배기 가스를 분석한 결과 당이 고갈되면 균체에 의한 산소소모속도와 이산화탄소의 생성속도가 급격히 감소하여 배기가스중의 산소농도가 증가하는 동시에 이산화 탄소 농도가 감소하는 것을 알 수 있었다. 발효성 당이 고갈되어 배기가스중의 이산화탄소의 농도가 설정치(Set point) 이하로 낮아지면 제1도에 나타낸 장치중 당첨가 제어기의 릴레이가 작동되어 당첨가 펄프를 작동한다. 새로운 추가당이 첨가되면 이산화탄소의 농도는 증가되어 설정치 이상으로 되면 다시 당첨가제어기의 릴레이가 작동되어 당첨가가 정지된다. 이때, 매회 첨가량은 당첨가펌프의 유속을 변화시켜서 조절하게 된다.

매회 첨가량을 증가시키게 되면 전체 첨가 횟수가 줄게되고, 첨가량을 줄이면 전체 첨가 횟수가 많아지게 되며 그 첨가 횟수를 증가시키는 경우 즉 매 추가당첨가시 그 양을 적게하면 발효조내의 당농도를 비교적 낮게 유지시킬 수 있다. 이상과 같은 목적의 페니실린 투여 및 추가당 첨가 제어기는 국내에서 용이하게 의뢰 제작하여 사용할 수 있다.

[실시예 1]

30ℓ소형 발효조를 이용하여 Mg⁺⁺, Mn⁺⁺, Fe⁺⁺, PO₄ ^-2등이 함유된 공업용 당밀배지에 코리네박테리움속 종균을 식균하여 공기유량 0.92VVM, 온도 31℃, pH 7.6, 교반속도 400rpm에서 증식시켰다.

이때 사용된 본 배지의 조성은 다음과 같다.

균체의 증식과 더불어 생성되는 배기가스의 일부는 건조기를 통과하여 이산화탄소 측정기에 유입되어 그 농도가 측정되며 이 측정기에서 발생되는 전류는 제어기 및 레코더에 입력된다. 균체의 증식에 따라 이산화탄소의 농도(즉, 측정기로부터 발생되는 전류)는 증가되고 이산화탄소 농도가 2.7%(또는 2.6mV)에 도달되었을 때 제어기에 연결된 솔레노이드 밸브가 작동되어 페니실린 투여를 자동화하였다(제1도 참조).

[실시예 2]

페니실린 투여 자동화는 실시예 1과 같이 이산호탄소 농도 2.7%에서 실시하였다.

당첨가 제어기의 설정치는 이산화 탄소 측정기로부터 얻어지는 최대치의 50%(설정치 B=0.5A)로 하였으며 추가당은 425g/l의 살균당밀을 사용하였다. 당 첨가 펌프의 유속은 100ml/min으로 고정하였으며 추가당첨가 이후부터는 온도 35℃, pH 7.8로 유지하였다.

위의 조건으로 실험한 결과 추가당은 19회에 걸쳐 자동으로 첨가되었으며 발효조내의 잔당 농도는 비발효성당을 포하여이 35g/l 이하로 유지될 수 있었고 전체 발효시간은 26.5시간, 최종 글루타민산 농도 104g/l, 대당수율 0.50을 얻었다.

본 실시예에 대한 이산화탄소 측정기의 전류변화와 이를 이용한 자동 당첨가에 의한 발효조내의 당농도 분석 결과를 제2도에 표시하였다.

[실시예 3]

실시예 2와 같은 조건에서 실험하였으며 추가당은 442g/l 살균당밀을 사용하였다. 당 첨가 제어기의 설정치는 이산화탄소 측정기로부터 얻어지는 최대치의 40%로 하였다.

위의 조건으로 실험한 결과 추가당은 발효전체 25시간 동안에 12회에 걸쳐 자동 첨가되었으며 발효조내의 잔당 농도는 비발효성당을 포함하여 35g/l 이하로 유지할 수 있었고 최종 글루타민산 농도 95g/l, 대당수율 0.493을 얻었다.

[실시예 4]

실시예 2와 같은 조건에서 당첨가를 종래 수동식 방법에 의하여 매회 0.8ℓ씩 첨가한 것과 배기 가스중의 이산화탄소 농도를 측정하여 자동으로 첨가한 것을 비교하여 표 1에 표시하였다.

표 1에서 표시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동 당 첨가 방법에 의해 최종 글루타민산 농도와 대당 수율이 향상되었고 자동화 함으로써 작업상 실수 방지 및 인력 절감등의 효과를 기할 수 있는 잇점이 있었다.

Claims (1)

1. 글루타민산 발효배기가스중의 이산화탄소 농도를 연속적으로 측정하여 페니실린 투여시기 및 발효성당의 고갈 상태를 측정함으로서 유가배양 방법에 의한 공업적 글루타민산 발효공정에 필수적인 페니실린(또는 계면활성제) 투여공정과 추가당 첨가공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 글루타민산 발효공정의 자동화 방법.

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