WO2022234836A1 - 発酵を制御する装置および方法 - Google Patents

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WO2022234836A1
WO2022234836A1 PCT/JP2022/019440 JP2022019440W WO2022234836A1 WO 2022234836 A1 WO2022234836 A1 WO 2022234836A1 JP 2022019440 W JP2022019440 W JP 2022019440W WO 2022234836 A1 WO2022234836 A1 WO 2022234836A1
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fermentation
foaming
target substance
degree
antifoaming agent
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PCT/JP2022/019440
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博昭 良知
猛司 三木
英昭 森
ヘゼンデグラミーニョ，エドワード
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味の素株式会社
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    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/10—Citrulline; Arginine; Ornithine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
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    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
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    • C12R2001/07—Bacillus
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/185—Escherichia
    • C12R2001/19—Escherichia coli

Definitions

  • the present invention relates to technology for controlling fermentation.
  • Target substances such as L-amino acids are produced, for example, by fermentation using microorganisms.
  • Production of the target substance by fermentation is carried out by culturing microorganisms capable of producing the target substance.
  • Cultivation of microorganisms can be carried out, for example, using a liquid medium, and in particular, can be carried out aerobically by aerobic culture or the like using oxygen or a mixed gas containing oxygen.
  • foaming typically occurs.
  • the fermentation performance for example, the yield and productivity of the target substance
  • the fermentation performance for example, the yield and productivity of the target substance
  • excessive foaming during fermentation deteriorates the environment for target substance-producing bacteria, which can lead to a decline in fermentation results.
  • foaming during fermentation is insufficient, for example, dissolved oxygen may escape from the surface of the liquid and become insufficient, resulting in a decrease in fermentation results. Excessive foaming can also cause environmental pollution, for example by entrainment. Therefore, a technique for measuring and controlling foaming during fermentation is required.
  • Patent Document 1 discloses a device that uses a laser to measure the sound absorbing surface (for example, foam surface) in the tank.
  • An object of the present invention is to provide a technology for controlling fermentation.
  • the present inventors detect the foam surface during fermentation by non-contact means such as a laser, calculate the degree of foaming, and automatically control the addition of an antifoaming agent according to the degree of foaming, thereby suppressing fermentation. We have found that it can be controlled efficiently, and completed the present invention.
  • a device for controlling fermentation comprising: A device comprising means (A) to (C): (A) means for non-contact detection of the foam surface during fermentation; (B) means for calculating the degree of foaming based on the results of said detection; (C) means for controlling foaming based on the results of said calculation; [2] The apparatus as described above, wherein the fermentation is performed by aerobic culture. [3] The apparatus, wherein the means (A) is means for detecting the foam surface using a laser, radio waves, or ultrasonic waves. [4] The device, wherein the degree of foaming is calculated as the thickness of the foam layer.
  • the device wherein the thickness of the foam layer is calculated as the difference between the position of the foam surface and the position of the liquid surface.
  • the device wherein the position of the liquid level is calculated theoretically.
  • the device wherein the position of the liquid surface is calculated as a value corrected according to the amount of ventilation.
  • the device wherein the control of foaming is decreasing foaming when the degree of foaming is high, increasing foaming when the degree of foaming is low, or a combination thereof.
  • the apparatus as described above, wherein the control of foaming is performed by controlling the addition of an antifoaming agent.
  • the control of the addition of the antifoaming agent includes increasing or decreasing the addition speed of the antifoaming agent, increasing or decreasing the frequency of adding the antifoaming agent, increasing or decreasing the amount of the antifoaming agent added per time, changing the timing of adding the antifoaming agent, or any combination thereof.
  • the device, wherein the control of foaming is performed based on an ideal degree of foaming.
  • the above apparatus utilized in combination with a fermentation apparatus.
  • the above apparatus further comprising a fermenter.
  • the fermenter comprises a transmission section, The device, wherein the transmissive portion is a portion that is transmissive to the signal utilized by the means (A).
  • the above apparatus wherein the surface of the permeation section inside the fermenter is coated with an anti-fogging agent.
  • the device, wherein the anti-fogging agent is a photocatalyst.
  • the device, wherein the photocatalyst is titanium oxide.
  • the device, wherein the fermentation produces a target substance.
  • the target substance is an organic compound.
  • the above device, wherein the target substance is an amino acid, nucleic acid, organic acid, protein, or vitamin.
  • the above device, wherein the target substance is an L-amino acid.
  • the above device, wherein the target substance is L-arginine.
  • a method of controlling fermentation comprising: A method comprising the following steps (A) to (C): (A) a step of contactlessly detecting the foam surface during fermentation; (B) calculating the degree of foaming based on the results of the detection; (C) a step of controlling foaming based on the result of the calculation; [25] A method for producing a target substance by fermentation, A method comprising controlling the fermentation by performing steps (A)-(C): (A) a step of contactlessly detecting the foam surface during fermentation; (B) calculating the degree of foaming based on the results of the detection; (C) a step of controlling foaming based on the result of the calculation; [26] The method, wherein the steps (A) to (C) are performed using the apparatus.
  • the fermentation step is a step of performing the fermentation, The above method, wherein the steps (A)-(C) are performed during the fermentation step.
  • the above method wherein the fermentation step is a step of culturing a microorganism capable of producing the target substance in a medium to produce the target substance.
  • the above method further comprising the step of recovering the target substance.
  • the microorganism is bacteria or yeast.
  • the microorganism is a bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family, a bacterium belonging to the genus Bacillus, or a coryneform bacterium.
  • microorganism is a bacterium belonging to the genus Escherichia, Enterobacter, Pantoea, Bacillus, or Corynebacterium.
  • the microorganism is Escherichia coli, Enterobacter agglomerans, Pantoea ananatis, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Corynebacterium Corynebacterium glutamicum, or Corynebacterium stationis.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes over time in foaming in Test Example 1;
  • FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in bubble interface position in Test Example 1;
  • FIG. 10 is a diagram showing changes over time in foaming in Test Example 2;
  • FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in bubble interface position in Test Example 2;
  • FIG. 10 is a diagram showing changes over time in foaming in Test Example 3;
  • FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in bubble interface position in Test Example 3;
  • “Fermentation” may mean the production of substances by culturing microorganisms.
  • a substance produced by fermentation is also called a “target substance”.
  • Microorganisms used for fermentation are also referred to as “target substance-producing bacteria”.
  • a vessel in which fermentation is performed ie, a vessel in which microbial culture is performed
  • fermentor a vessel in which microbial culture is performed
  • fermenter can or "fermentation tank”.
  • the target substance and target substance-producing bacteria will be described later in the "method of the present invention”.
  • Microorganisms are cultured using a liquid medium.
  • the liquid medium after the initiation of culture is also referred to as “fermentation liquid” or "culture liquid”.
  • the fermented liquid may contain the target substance.
  • Cultivation of microorganisms may be carried out by aeration culture or the like. Cultivation of microorganisms will be described later in the "method of the present invention”.
  • foaming typically occurs, that is, a foam layer is formed on the fermented liquid. That is, during fermentation, there is typically a foam layer above the fermented liquid and a gas phase above the foam layer.
  • the interface between the fermentation liquid and the foam layer is also called “liquid surface” or “liquid interface”
  • the interface between the foam layer and the gas phase is also called “foam surface” or “foam interface”.
  • Liquid level” or “foam level” means the vertical position of the liquid level or foam level, respectively.
  • Fermentation can be controlled by controlling foaming during fermentation. That is, foam control is performed during fermentation. Fermentation control may be performed to obtain desired fermentation performance. In other words, control of foaming may be performed to obtain desired fermentation performance. Fermentation results include the yield and productivity of the target substance.
  • the oxygen utilization efficiency in fermentation may be improved.
  • oxygen usage and/or aeration may be reduced.
  • the apparatus of the present invention is an apparatus for controlling fermentation, comprising the following means (A) to (C): (A) means for non-contact detection of the foam surface during fermentation; (B) means for calculating the degree of foaming based on the results of said detection; (C) means for controlling foaming based on the results of said calculation;
  • fermentation can be controlled by controlling foaming during fermentation.
  • the foaming during the fermentation may be automatically controlled and thus the fermentation automatically controlled.
  • Means (A) is a means for non-contact detection of the foam surface during fermentation. This means is hereinafter also referred to as “detection means”. "Detection of the bubble surface” may mean detection of the position of the bubble surface. The detection means may be read as, for example, "a portion that detects the foam surface during fermentation in a non-contact manner”.
  • the detection means is not particularly limited as long as it can detect the foam surface during fermentation in a non-contact manner.
  • detection means include those using electromagnetic waves such as lasers and radio waves, and those using sound waves such as ultrasonic waves.
  • Detection means that utilize lasers, radio waves, and ultrasonic waves are also referred to as “laser detection means,” “radio wave detection means,” and “ultrasonic detection means,” respectively.
  • the radio wave type detection means is also called “radar type detection means”.
  • Specific examples of detection means include products handled by measuring equipment manufacturers such as Keyence and Yokogawa Electric Corporation in categories such as level meters and level sensors.
  • the detecting means may detect the surface of the foam by irradiating the surface of the foam with signals such as electromagnetic waves and sound waves from above the surface of the foam and receiving the reflection of the signal from the surface of the foam.
  • a portion that irradiates a signal onto the surface of the foam is also called an “irradiating portion”, and a portion that receives the reflection of the signal from the surface of the foam is also called a “receiving portion”.
  • the detection means may, for example, comprise an illuminator and a receiver.
  • the position to install the detection means is not particularly limited as long as the foam surface can be detected in a non-contact manner.
  • the detection means may be installed, for example, so that at least the irradiation section and the reception section are arranged above the surface of the foam.
  • the detection means may be installed, for example, inside the fermenter or outside the fermenter.
  • the detection means may in particular be placed outside the fermenter.
  • the fermenter may be provided with an opening or a transmission section, and the signal may be irradiated and received through the opening or transmission section.
  • transmissive portion may be meant a portion that is transparent to the signal employed by the detection means.
  • the transmission section can be configured with a member transparent to visible light.
  • the material of the transmitting portion can be appropriately selected according to various conditions such as the type of signal. Examples of the material of the transmitting portion include glass and acrylic.
  • the detection of the foam surface by the detection means can be performed continuously or intermittently.
  • the detection interval can be appropriately set according to various conditions such as fermentation scale, type of microorganism, type of target substance, and the like.
  • the detection interval may be, for example, 5 seconds or more, 10 seconds or more, 20 seconds or more, or 30 seconds or more, and may be 150 seconds or less, 120 seconds or less, 90 seconds or less, or 60 seconds or less. , or a combination thereof.
  • the detection interval may be specifically, for example, 5-120 seconds, 10-90 seconds, or 20-60 seconds.
  • Means (B) is means for calculating the degree of foaming based on the result of detection (that is, the result of detection of the foam surface by the detection means). This means is hereinafter also referred to as "calculating means".
  • the calculating means may be read as, for example, "a portion for calculating the degree of bubbling based on the detection result”. “Calculating the degree of foaming based on the detection result” may specifically mean calculating the degree of foaming based on the position of the foam surface.
  • the degree of foaming may be calculated, for example, as the thickness of the foam layer.
  • the thickness of the foam layer can be calculated as the difference between the position of the foam surface and the position of the liquid surface.
  • the position of the liquid level may be actually measured.
  • the position of the liquid surface can be measured, for example, by the method described in Japanese Patent No. 3138238.
  • the position of the liquid surface may be calculated theoretically, for example. That is, if the amount (specifically, volume) of the fermentation liquid present in the fermenter is known when the foam surface is detected, the position of the liquid surface can be calculated from the amount of the fermentation liquid.
  • the amount of fermentation liquor present in the fermenter is generally known when the foam surface is detected, since the entry and exit of material into the fermenter is usually controlled.
  • the relationship between the amount of fermentation broth and the position of the liquid surface may be identified in advance for the fermenter to be used.
  • the volume of the fermented liquid may vary according to the operations.
  • the position of the liquid surface may be calculated as a value appropriately corrected according to the operation.
  • the volume of the fermentation liquid increases (that is, the liquid level rises) compared to when it is not aerated.
  • the rise in liquid level due to ventilation is also called “gas holdup (GHU)”.
  • the liquid level during ventilation is also called “gas holdup (GHU) liquid level”.
  • the degree of GHU can be calculated from the ventilation rate.
  • the relationship between the degree of GHU and the amount of aeration may be identified in advance for the fermenter to be used.
  • the degree of GHU may be calculated for each fermenter, for example, by a linear or quadratic expression with the aeration rate as a variable.
  • the degree of GHU may be calculated, in particular, by a quadratic expression with the amount of ventilation as a variable.
  • the degree of GHU may be calculated by, for example, relational expression (I) or (II) described in the Examples.
  • the aeration rate used to calculate the degree of GHU may be calculated as a value appropriately corrected according to the environment inside the fermenter.
  • the corrected ventilation amount is also referred to as "actual ventilation amount".
  • the environment in the fermenter used for correction includes temperature, internal pressure, and liquid depth.
  • the actual air flow rate may be calculated, for example, by the relational expression (III) described in the Examples.
  • the relational expression (III) described in the Examples may be commonly used for calculating the actual aeration rate for any fermenter.
  • the apparatus of the invention may, for example, comprise means for calculating the position of the liquid level (eg the position of the GHU liquid level).
  • the means for calculating the position of the liquid surface stores a relational expression used for calculating the position of the liquid surface, such as the relationship between the amount of fermentation liquid and the position of the liquid surface, the relationship between the degree of GHU and the amount of aeration, and the like.
  • the position of the liquid surface may be calculated from data such as the amount of fermentation liquid and the amount of aeration using a relational expression.
  • Means (C) is means for controlling foaming based on the result of calculation (that is, the result of calculating the degree of foaming by the calculating means). This means is hereinafter also referred to as "control means".
  • the control means may be read as, for example, "a portion that controls foaming based on the result of calculation”. “Controlling foaming based on the result of calculation” may specifically mean controlling foaming based on the degree of foaming.
  • the control of foaming includes reducing foaming and increasing foaming. Specifically, the control of foaming includes reducing foaming when the degree of foaming is large and increasing foaming when the degree of foaming is small. These controls may be performed singly or in combination as appropriate.
  • the control means may, for example, reduce foaming when the degree of foaming is high and/or increase foaming when the degree of foaming is low.
  • Reduced foaming may specifically mean a reduction in the thickness of the foam layer.
  • Increased foaming may specifically mean increasing the thickness of the foam layer.
  • control of foaming includes the reduction and / or increase of foaming when it is unnecessary to decrease and / or increase foaming (for example, when the degree of foaming is not large and / or when the degree of foaming is not small). /or no augmentation is included.
  • the degree of foaming is large may mean that the thickness of the foam layer is greater than the upper limit.
  • the expression “lower degree of foaming” may mean that the thickness of the foam layer is less than the lower limit.
  • Only one of the upper limit and lower limit may be set, or both may be set.
  • the upper limit value and the lower limit value may or may not be the same. If the upper and lower values are not the same, the lower value is set to a value lower than the upper value.
  • the thickness of the foam layer may be reduced so as to approach the upper limit value.
  • the thickness of the foam layer may be maintained at the upper limit value or less.
  • the thickness of the foam layer may increase so as to approach the lower limit.
  • the thickness of the foam layer may be maintained at the lower limit value or more.
  • the thickness of the foam layer may decrease to approach the upper limit and/or may increase to approach the lower limit. Further, by setting upper and lower limits to control foaming, for example, the thickness of the foam layer may be maintained within the range between the upper and lower limits.
  • the implementation criteria for controlling foaming are not particularly limited as long as the desired fermentation results are obtained.
  • the implementation criteria for controlling foaming can be appropriately set according to various conditions such as fermentation scale, types of microorganisms, types of target substances, and the like.
  • the degree of foaming at which desired fermentation results are obtained (hereinafter also referred to as "ideal degree of foaming") is determined, and based on the ideal degree of foaming (for example, the ideal degree of foaming foam control performance criteria may be established).
  • foaming control may be performed based on an ideal foaming degree (eg, such that the ideal foaming degree can be achieved).
  • the ideal degree of foaming may be determined, for example, as the thickness of the foam layer at which desired fermentation results are obtained (hereinafter also referred to as "ideal foam layer thickness").
  • the ideal degree of foaming can be determined, for example, by culturing microorganisms in advance to identify the relationship between the degree of foaming and fermentation performance, and determining the relationship based on the relationship.
  • the device of the invention may, for example, comprise means for storing the ideal degree of foaming.
  • the apparatus of the present invention may also comprise means for determining foam control performance criteria based on, for example, the ideal degree of foam generation.
  • the invention may also comprise means for storing, for example, foam control practices.
  • Foaming can be controlled, for example, by controlling the addition of an antifoaming agent.
  • foaming can be reduced by increasing the amount of antifoam added.
  • Foaming can also be increased, for example, by reducing the amount of antifoaming agent added. That is, the control means may, for example, decrease the amount of antifoaming agent added when the degree of foaming is small and/or increase the amount of antifoaming agent added when the degree of foaming is high. .
  • Addition of the antifoam agent can be carried out continuously or intermittently. Defoamers include surfactants.
  • Control of the addition of the antifoaming agent includes, for example, increasing/decreasing the addition speed of the antifoaming agent, increasing/decreasing the frequency of adding the antifoaming agent, increasing/decreasing the amount of the antifoaming agent added per time, and changing the addition timing of the antifoaming agent. , or a combination thereof.
  • An increase in the amount of the antifoaming agent added can be achieved by, for example, increasing the speed of addition of the antifoaming agent, increasing the frequency of addition of the antifoaming agent, increasing the amount of the antifoaming agent added per time, and adjusting the timing of addition of the antifoaming agent. can be achieved by expediting, or a combination thereof. "Increasing the amount of antifoam added” also includes starting the addition of antifoam when no antifoam is being added.
  • Decrease in the amount of antifoaming agent added can be achieved, for example, by reducing the speed of addition of antifoaming agent, reducing the frequency of addition of antifoaming agent, reducing the amount of antifoaming agent added per time, and adjusting the timing of addition of antifoaming agent. This can be achieved by delaying, or a combination thereof. "Reducing the amount of antifoam added” also includes stopping the addition of antifoam when antifoam is being added.
  • the mode of controlling the addition of the antifoaming agent (for example, the degree of increase or decrease in the amount of antifoaming agent added) is not particularly limited as long as foaming is controlled to the desired degree.
  • the mode of controlling the addition of the antifoaming agent can be appropriately set according to various conditions such as the fermentation scale, the type of microorganisms, the type of target substance, and the calculated degree of foaming.
  • the mode of controlling the addition of the antifoaming agent can be determined, for example, by culturing microorganisms in advance to identify the relationship between the amount of antifoaming agent added and the degree of increase or decrease in foaming, and determining the relationship based on the relationship.
  • a fermentation apparatus may comprise means used to carry out fermentation, such as fermenters.
  • the structure of the fermenter such as the shape and scale of the fermenter, is not particularly limited as long as the desired fermentation results are obtained.
  • the structure of the fermenter can be appropriately selected according to various conditions such as fermentation scale, type of microorganisms, and type of target substance.
  • the fermenter may, for example, be configured to allow aeration of the fermentation liquor.
  • the fermenter may be configured, for example, so that the fermented liquid can be stirred.
  • the fermenter may also comprise an opening or permeation for use by the detection means, for example.
  • the device of the present invention may be provided with any other means as long as it does not impair the purpose of the present invention.
  • the device of the present invention may be equipped with, for example, a fermenter. If the device of the invention comprises a fermenter, the device of the invention may function as a fermentation device.
  • the fermenter is as described above.
  • the device of the present invention may comprise, for example, means for assisting detection of the foam surface by the detection means.
  • the means for assisting the detection of the foam surface by the detection means includes a component that maintains or increases the permeability of the permeation section provided in the fermenter.
  • Such ingredients include antifog agents.
  • Anti-fogging agents can be used, for example, in the coating of the transmissive portion. That is, the transmissive portion may be coated with an anti-fogging agent.
  • the fermenter inner surface of the transmission section may be coated with an anti-fogging agent. Coating can be performed, for example, by painting or spraying. Coating can also be performed, for example, by chemically bonding an antifog agent to the transmissive portion.
  • Antifog agents include photocatalysts.
  • Photocatalysts include titanium oxide.
  • Photocatalysts such as titanium oxide include ST series and STS series products of Ishihara Sangyo.
  • Photocatalysts such as titanium oxide show an antifogging effect by UV irradiation.
  • the UV irradiation conditions such as the timing and intensity of the UV irradiation can be appropriately set so as to obtain the desired antifogging effect.
  • the method of the present invention is a method of controlling fermentation, comprising the following steps (A) to (C): (A) a step of contactlessly detecting the foam surface during fermentation; (B) calculating the degree of foaming based on the results of the detection; (C) a step of controlling foaming based on the result of the calculation;
  • Fermentation can be controlled by performing steps (A) to (C). That is, the method of the present invention may be a method of controlling fermentation, comprising the step of controlling fermentation by performing steps (A)-(C). Moreover, the method of the present invention may be a method of controlling fermentation comprising a step of controlling fermentation, wherein the step of controlling fermentation includes steps (A) to (C).
  • Processes (A) to (C) are also called “detection process”, “calculation process”, and “control process”, respectively. Steps (A)-(C) can be carried out, for example, using means (A)-(C), respectively. That is, steps (A) to (C) can be performed using, for example, the apparatus of the present invention. Steps (A)-(C) may be performed automatically, for example using the apparatus of the present invention. For embodiments of steps (A) to (C), the descriptions of means (A) to (C) can be applied mutatis mutandis.
  • the method of the present invention may include the step of performing fermentation. This process is also called “fermentation process”. Foam control is performed during fermentation (specifically during the fermentation process). That is, steps (A) to (C) are performed during fermentation (specifically, during the fermentation process).
  • the control of foaming may be performed during the entire period of the fermentation process, or may be performed only during a part of the period of the fermentation process. That is, the phrase "foam control is performed during fermentation (specifically, during the fermentation process)" may mean that foam control is performed during at least a part of the fermentation process. It is not required that foam control be performed during the entire fermentation process.
  • the “partial period of the fermentation process” for controlling foaming is not particularly limited as long as the desired fermentation results are obtained.
  • the “partial period of the fermentation process” for controlling foaming can be appropriately set according to various conditions such as the fermentation scale, the type of microorganism, the type of target substance, and the length of the fermentation process.
  • the “partial period of the fermentation process” for controlling foaming is, for example, 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% of the entire period of the fermentation process.
  • the period may be 80% or more, 90% or more, 95% or more, 97% or more, or 99% or more.
  • the fermentation process may be a process of producing the target substance by fermentation.
  • the fermentation step may be a step of culturing a microorganism capable of producing the target substance in a medium to produce the target substance.
  • the fermentation process involves culturing a microorganism capable of producing the target substance in a medium to produce and accumulate the target substance in the fermentation liquid (e.g., in the medium, on the surface of the cell, inside the cell, or a combination thereof).
  • the growth step and the target substance production step may proceed partially or entirely at the same time, or may proceed separately.
  • the target substance production step may be started after the multiplication step has been sufficiently performed.
  • Foam control may be performed in one or both of the growth step and the target product generation step.
  • Foaming control may be implemented at least in the growth step, and may be implemented at least in the target substance production step.
  • Foaming control may be performed, in particular, at least in the target material production step.
  • the target substance can be produced by performing fermentation using the method of the present invention. That is, the method of the present invention may be a method for producing a target substance. Specifically, the method of the present invention may be a method of producing a target substance by fermentation. More specifically, the method of the present invention may be a method of producing a target substance while controlling fermentation. More specifically, the method of the present invention may be a method of producing a target substance while controlling foaming during fermentation.
  • Microorganisms capable of producing the target substance means that when cultured in a medium, the target substance is produced and collected in the fermentation liquid (e.g., in the medium, on the surface of the fungus, inside the fungus, or a combination thereof). may mean a microorganism capable of accumulating in Microorganisms capable of producing the target substance are, for example, 0.01 g/L or more, 0.05 g/L or more, 0.1 g/L or more, 0.5 g/L or more, or 1.0 g/L or more of the target substance in the fermentation broth. may be stored in Microorganisms may have the ability to produce only one target substance, or may have the ability to produce two or more target substances.
  • Target substance is not particularly limited as long as it can be produced by culturing microorganisms.
  • Target substances include organic compounds such as amino acids, nucleic acids, organic acids, proteins, vitamins, and aspartame.
  • Target substances include, in particular, amino acids.
  • Amino acids include L-amino acids.
  • L-amino acids include basic amino acids such as L-lysine, L-ornithine, L-arginine, L-histidine and L-citrulline, L-isoleucine, L-alanine, L-valine, L-leucine and glycine.
  • Aliphatic amino acids amino acids that are hydroxymonoaminocarboxylic acids such as L-threonine and L-serine, cyclic amino acids such as L-proline, aromatic amino acids such as L-phenylalanine, L-tyrosine and L-tryptophan, L- Cysteine, L-cystine, sulfur-containing amino acids such as L-methionine, acidic amino acids such as L-glutamic acid and L-aspartic acid, amino acids having an amide group in the side chain such as L-glutamine and L-asparagine, L-DOPA ( L-3,4-dihydroxyphenylalanine) and other amino acid derivatives.
  • L-amino acids include in particular L-arginine.
  • Nucleic acids include purine-based substances.
  • Purine-based substances include purine nucleosides and purine nucleotides.
  • Purine nucleosides include inosine, guanosine, xanthosine, and adenosine.
  • Purine nucleotides include 5'-phosphate esters of purine nucleosides.
  • the 5'-phosphate esters of purine nucleosides include inosinic acid (inosine-5'-phosphate; IMP), guanylic acid (guanosine-5'-phosphate; GMP), xanthylic acid (xanthosine-5'- phosphate; XMP), and adenylic acid (adenosine-5'-phosphate; AMP).
  • Purine substances include inosine and guanosine, among others. Purine substances more particularly include inosine.
  • Organic acids include carboxylic acids.
  • Carboxylic acids include monocarboxylic acids and dicarboxylic acids.
  • Monocarboxylic acids include monocarboxylic acids having 3 to 8 carbon atoms (C 3 -C 8 monocarboxylic acids). Specific examples of monocarboxylic acids include pyruvic acid.
  • Dicarboxylic acids include dicarboxylic acids having 3 to 8 carbon atoms (C 3 -C 8 dicarboxylic acids).
  • dicarboxylic acids include ⁇ -ketoglutaric acid ( ⁇ -KG; also known as 2-oxoglutaric acid), malic acid, fumaric acid, succinic acid, itaconic acid, malonic acid, adipic acid, glutaric acid, pimelic acid, and suberin. acid.
  • ⁇ -KG also known as 2-oxoglutaric acid
  • malic acid fumaric acid
  • succinic acid succinic acid
  • itaconic acid malonic acid
  • adipic acid glutaric acid
  • pimelic acid and suberin. acid.
  • Vitamins include B vitamins such as vitamins B1, B2, B6, and B12; vitamin K such as vitamin K2; vitamin C; pantothenic acid; and biotin. Vitamins include, in particular, vitamin K2.
  • Proteins include any protein that can be expressed using a microorganism as a host.
  • the protein may be a host-derived protein or a heterologous protein (heterologous protein).
  • heterologous protein refers to a protein that is exogenous to the host that produces the same protein (ie, a microorganism capable of producing the target substance).
  • the protein may be, for example, a naturally occurring protein, a modified protein thereof, or a protein whose amino acid sequence is artificially designed.
  • the protein may be, for example, a microorganism-derived protein, a plant-derived protein, an animal-derived protein, or a virus-derived protein.
  • a protein may be a monomeric protein or a multimeric protein.
  • a protein may be a secreted protein or a non-secreted protein.
  • Protein also includes what is called peptide, such as oligopeptide and polypeptide. Examples of peptides include PGA ( ⁇ -polyglutamic acid) and ⁇ -glutamylcysteinylglycine (glutathione, GSH).
  • proteins include enzymes, physiologically active proteins, antibody-related molecules, receptor proteins, antigen proteins, and other proteins.
  • Enzymes include cellulase, xylanase, transglutaminase, protein glutaminase, protein asparaginase, isomaltodextranase, protease, endopeptidase, exopeptidase, aminopeptidase, carboxypeptidase, collagenase, chitinase, ⁇ -glutamylvaline synthase, glutamic acid- Cysteine ligase, glutathione synthetase and the like.
  • Physiologically active proteins include growth factors (growth factors), hormones, cytokines, and antibody-related molecules.
  • Growth factors include epidermal growth factor (EGF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), transforming growth factor (TGF). ), nerve growth factor (NGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), vascular endothelial growth factor (VEGF), granulocyte colony-stimulating factor (Granulocyte- colony stimulating factor (G-CSF), granulocyte-macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF), platelet-derived growth factor (PDGF), erythropoietin (EPO), Thrombopoietin (TPO), acidic fibroblast growth factor (aFGF or FGF1), basic fibroblast growth factor (bFGF or FGF2), keratinocyte growth factor ; KGF-1 or FGF7, KGF-2 or FGF10), hepatocyte growth factor (HGF).
  • EGF epidermal growth factor
  • IGF-1 insulin-like growth factor-1
  • TGF transforming growth factor
  • NGF nerve growth factor
  • Hormones include insulin, glucagon, somatostatin, human growth hormone (hGH), parathyroid hormone (PTH), calcitonin, and exenatide.
  • Cytokines include interleukins, interferons, and tumor necrosis factor (TNF).
  • physiologically active protein may be the whole protein or a part thereof. Part of the protein includes, for example, a part having physiological activity. Specific examples of the physiologically active portion include the physiologically active peptide Teriparatide consisting of the N-terminal 34 amino acid residues of the mature form of parathyroid hormone (PTH).
  • PTH parathyroid hormone
  • an "antibody-related molecule” may refer to a protein comprising a molecular species consisting of a single domain or a combination of two or more domains selected from domains that constitute a complete antibody.
  • the domains that make up a complete antibody include the heavy chain domains VH, CH1, CH2, and CH3, and the light chain domains VL and CL.
  • the antibody-related molecule may be a monomeric protein or a multimeric protein as long as it contains the molecular species described above.
  • the antibody-related molecule when the antibody-related molecule is a multimeric protein, it may be a homomultimer consisting of a single type of subunit, or a heteromultimer consisting of two or more types of subunits. good too.
  • antibody-related molecules include complete antibody, Fab, F(ab'), F(ab') 2 , Fc, a dimer consisting of a heavy chain (H chain) and a light chain (L chain), Fc Fusion proteins, heavy chain (H chain), light chain (L chain), single chain Fv (scFv), sc(Fv) 2 , disulfide-bonded Fv (sdFv), diabody, VHH fragment (nanobody®). be done.
  • Antibody-related molecules more specifically include trastuzumab.
  • Receptor proteins include physiologically active proteins and receptor proteins for other physiologically active substances. Other physiologically active substances include neurotransmitters such as dopamine.
  • the receptor protein may be an orphan receptor for which the corresponding ligand is unknown.
  • the antigen protein is not particularly limited as long as it can provoke an immune response.
  • An antigen protein can be appropriately selected according to, for example, the target of an assumed immune response.
  • Antigenic proteins can be used, for example, as vaccines.
  • LFABP liver-type fatty acid-binding protein
  • fluorescent protein fluorescent protein
  • immunoglobulin binding protein albumin
  • fibroin-like protein and extracellular protein.
  • Fluorescent proteins include Green Fluorescent Protein (GFP).
  • Immunoglobulin binding proteins include Protein A, Protein G and Protein L.
  • Albumin includes human serum albumin.
  • Fibroin-like proteins include those disclosed in WO2017/090665 and WO2017/171001.
  • Extracellular proteins include fibronectin, vitronectin, collagen, osteopontin, laminin, and subsequences thereof. Partial sequences include laminin E8, which is the E8 fragment of laminin.
  • the target substance When the target substance is a compound that can take a salt form, the target substance may be produced as a free form, as a salt, or as a mixture thereof. That is, unless otherwise specified, the "target substance” may mean the target substance in free form, a salt thereof, or a mixture thereof. Salts include, for example, sulfates, hydrochlorides, carbonates, ammonium salts, sodium salts, potassium salts. As the salt of the target substance, one salt may be employed, or two or more salts may be employed in combination.
  • a target substance-producing bacterium may be one that originally has the target substance-producing ability, or one that has been modified to have the target substance-producing ability.
  • the target substance-producing bacterium can be obtained, for example, by imparting target substance-producing ability to the following microorganisms, or by enhancing the target substance-producing ability of the following microorganisms.
  • Microorganisms include bacteria and yeast.
  • Microorganisms include, in particular, bacteria.
  • Bacteria include bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae, bacteria belonging to the genus Bacillus, and coryneform bacteria.
  • NCBI National Center for Biotechnology Information
  • Bacteria belonging to the genus Escherichia include, but are not limited to, bacteria classified into the genus Escherichia according to the classification known to microbiological experts.
  • Escherichia bacteria for example, Neidhardt et al.'s book (Backmann, B. J. 1996. Derivations and Genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K-12, p. (ed.), Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology/Second Edition, American Society for Microbiology Press, Washington, D.C.).
  • Escherichia bacteria include, for example, Escherichia coli.
  • Escherichia coli specifically, for example, Escherichia coli K-12 strain such as W3110 strain (ATCC 27325) and MG1655 strain (ATCC 47076); Escherichia coli K5 strain (ATCC 23506); BL21 (DE3) strain Escherichia coli B strains such as E. coli; and derivatives thereof.
  • Escherichia coli K-12 strain such as W3110 strain (ATCC 27325) and MG1655 strain (ATCC 47076); Escherichia coli K5 strain (ATCC 23506); BL21 (DE3) strain Escherichia coli B strains such as E. coli; and derivatives thereof.
  • Bacteria belonging to the genus Enterobacter include, but are not limited to, bacteria classified into the genus Enterobacter according to the classification known to microbiological experts.
  • bacteria belonging to the genus Enterobacter include Enterobacter agglomerans and Enterobacter aerogenes.
  • Specific examples of Enterobacter agglomerans include, for example, Enterobacter agglomerans ATCC12287 strain.
  • Specific examples of Enterobacter aerogenes include, for example, Enterobacter aerogenes ATCC13048 strain, NBRC12010 strain (Biotechonol Bioeng. 2007 Mar 27; 98(2) 340-348), and AJ110637 strain (FERM BP-10955).
  • Enterobacter bacteria include those described in European Patent Application Publication No. EP0952221.
  • some Enterobacter agglomerans are classified as Pantoea agglomerans.
  • Bacteria belonging to the genus Pantoea include, but are not limited to, bacteria classified into the genus Pantoea according to the classification known to microbiological experts.
  • Pantoea bacteria include Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, Pantoea agglomerans, and Pantoea citrea.
  • Pantoea ananatis specifically, for example, Pantoea ananatis LMG20103 strain, AJ13355 strain (FERM BP-6614), AJ13356 strain (FERM BP-6615), AJ13601 strain (FERM BP-7207), SC17 strain (FERM BP -11091), SC17(0) strain (VKPM B-9246), and SC17sucA strain (FERM BP-8646).
  • Some Enterobacter and Erwinia bacteria have been reclassified into the Pantoea genus (Int. J. Syst. Bacteriol., 39, 337-345 (1989); Int. J. Syst. Bacteriol. , 43, 162-173 (1993)).
  • Enterobacter agglomerans have recently been reclassified into Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, etc. based on 16S rRNA nucleotide sequence analysis (Int. J. Syst. Bacteriol ., 39, 337-345 (1989)).
  • Bacteria of the genus Pantoea may also include bacteria reclassified into the genus Pantoea in this way.
  • Erwinia bacteria include Erwinia amylovora and Erwinia carotovora.
  • Klebsiella bacteria include Klebsiella planticola.
  • Bacillus bacteria are not particularly limited, but include bacteria classified into the genus Bacillus according to the classification known to microbiological experts.
  • Bacillus genus bacteria include, for example, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium , Bacillus brevis, Bacillus polymixa, Bacillus stearothermophilus, and Bacillus velezensis.
  • Specific examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis 168 Marburg strain (ATCC 6051) and Bacillus subtilis PY79 strain (Plasmid, 1984, 12, 1-9).
  • Specific examples of Bacillus amyloliquefaciens include Bacillus amyloliquefaciens T strain (ATCC 23842) and Bacillus amyloliquefaciens N strain (ATCC 23845).
  • Coryneform bacteria include bacteria belonging to genera such as the genus Corynebacterium, the genus Brevibacterium, and the genus Microbacterium.
  • coryneform bacteria include the following species. Corynebacterium acetoacidophilum Corynebacterium acetoglutamicum Corynebacterium alkanolyticum Corynebacterium callunae Corynebacterium casei Corynebacterium crenatum Corynebacterium flavescens Corynebacterium glutamicum Corynebacterium lilium Corynebacterium melasecola Corynebacterium thermoaminogenes (Corynebacterium efficiens) Corynebacterium herculis Brevibacterium casei Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum) Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum) Brevibacterium immariophilum Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum) Brevibacterium roseum Brevibacterium saccharolyticum Brevibacterium thiogenitalis Corynebacterium ammoniage
  • coryneform bacteria include the following strains. Corynebacterium acetoacidophilum ATCC 13870 Corynebacterium acetoglutamicum ATCC 15806 Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511 Corynebacterium callunae ATCC 15991 Corynebacterium casei JCM 12072 Corynebacterium crenatum AS1.542 Corynebacterium flavescens ATCC 10340 Corynebacterium glutamicum ATCC 13020, ATCC 13032, ATCC 13060, ATCC 13869, FERM BP-734 Corynebacterium lilium ATCC 15990 Corynebacterium melassecola ATCC 17965 Corynebacterium efficiens (Corynebacterium thermoaminogenes) AJ12340 (FERM BP-1539) Corynebacterium herculis ATCC 13868 Brevibacterium casei ATCC 35513 Brevibacterium divari
  • Corynebacterium stathionis includes bacteria that were previously classified as Corynebacterium ammoniagenes, but were reclassified as Corynebacterium stathionis based on 16S rRNA nucleotide sequence analysis (Int. J Syst. Evol. Microbiol., 60, 874-879 (2010)).
  • the yeast may be budding yeast or fission yeast.
  • the yeast may be a haploid yeast, a diploid or higher polyploid yeast.
  • Saccharomyces genus yeast such as Saccharomyces cerevisiae, Pichia ciferrii, Pichia sydowiorum, Pichia pastoris (Wicker harmomyces) Wickerhamomyces) yeast
  • Candida yeast such as Candida utilis, Hansenula yeast such as Hansenula polymorpha, Schizosaccharomyces such as Schizosaccharomyces pombe genus yeasts.
  • strains can be obtained, for example, from the American Type Culture Collection (address 12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852 P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America). That is, a registration number corresponding to each strain is assigned, and this registration number can be used to obtain distribution (see http://www.atcc.org/). The accession number corresponding to each strain can be found in the catalog of the American Type Culture Collection. In addition, these strains can be obtained, for example, from the depository to which each strain has been deposited.
  • the method of imparting or enhancing the target substance-producing ability is not particularly limited.
  • a known method can be used as a method for imparting or enhancing the target substance-producing ability.
  • Methods for imparting or enhancing the ability to produce L-amino acids are disclosed, for example, in WO2015/060391 and WO2018/030507.
  • Methods for imparting or enhancing nucleic acid productivity are disclosed in WO2015/060391, for example.
  • Methods for imparting or enhancing organic acid-producing ability are disclosed in, for example, WO2016/104814.
  • Methods for imparting or enhancing protein-producing ability are disclosed, for example, in WO2018/074578 and WO2018/074579.
  • the target substance can be produced by the action of enzymes involved in the biosynthesis of the target substance.
  • enzymes are also referred to as "target substance biosynthetic enzymes”.
  • microorganisms may have target substance biosynthetic enzymes.
  • the microorganism may have genes encoding target substance biosynthetic enzymes.
  • genes are also referred to as "target substance biosynthetic genes”.
  • the microorganism may originally have the target substance biosynthesis gene, or may be one into which the target substance biosynthesis gene has been introduced. Techniques for introducing genes are disclosed in, for example, the literature relating to methods for conferring or enhancing target substance-producing ability as described above.
  • the target substance-producing ability of microorganisms can be improved by increasing the activity of target substance biosynthetic enzymes. That is, a method for imparting or enhancing the target substance-producing ability includes a method for increasing the activity of the target substance biosynthetic enzyme. That is, the microorganism may be modified to increase the activity of the target substance biosynthetic enzyme. In the microorganism, the activity of one target substance biosynthetic enzyme may be increased, or the activity of two or more target substance biosynthetic enzymes may be increased. Techniques for increasing the activity of proteins (enzymes, etc.) are disclosed in, for example, the above-mentioned documents related to methods for imparting or enhancing the ability to produce a target substance. Activity of a protein (such as an enzyme) can be increased, for example, by increasing expression of the gene encoding the protein.
  • a protein such as an enzyme
  • Target substance biosynthetic genes and target substance biosynthetic enzymes include those of various organisms such as the microorganisms exemplified above.
  • Specific examples of target substance biosynthetic genes and target substance biosynthetic enzymes include bacteria of the Enterobacteriaceae family (e.g., Escherichia bacterium such as E. coli) and coryneform bacteria (e.g., C. glutamicum, etc.). of the genus Corynebacterium).
  • the target substance biosynthetic genes and target substance biosynthetic enzymes also include organisms individually exemplified below.
  • Nucleotide sequences of target substance biosynthetic genes derived from various organisms and amino acid sequences of target substance biosynthetic enzymes encoded by them can be obtained, for example, from public databases such as NCBI and technical documents such as patent documents. The same applies to genes and proteins other than target substance biosynthetic genes and target substance biosynthetic enzymes that are used to impart or enhance target substance-producing ability.
  • methods for imparting or enhancing the ability to produce the target substance include methods for reducing the activity of enzymes involved in the by-production of substances other than the target substance.
  • Substances other than such target substances are also referred to as "by-products”.
  • Such enzymes are also referred to as "by-product producing enzymes”.
  • By-product-producing enzymes include, for example, enzymes involved in assimilation of target substances, and enzymes that catalyze reactions that branch from the biosynthetic pathway of target substances to produce substances other than target substances.
  • Techniques for reducing the activity of proteins are disclosed in, for example, the literature relating to methods for imparting or enhancing target substance-producing ability as described above.
  • the activity of a protein (enzyme, etc.) can be reduced, for example, by disrupting the gene encoding the protein.
  • the target substance-producing bacterium has the target substance-producing ability based on having at least a gene that encodes the target substance.
  • a gene that encodes a target substance is also referred to as a “target substance gene”. That is, the microorganism may have the target substance gene.
  • Microorganisms may have the ability to produce the target protein, for example, by having the target substance gene or by combining the target substance gene with other properties.
  • a method of imparting or enhancing the target substance-producing ability includes a method of introducing a target substance gene into a microorganism.
  • Proteins may be secreted and produced outside the cell (eg, in the medium or on the surface of the cell), or may accumulate within the cell. For example, by using a signal peptide, the protein can be secretively produced.
  • a gene encoding a target protein may be retained in the host so as to be expressible.
  • a protein expression unit comprising a promoter sequence that functions in the host in the 5′ to 3′ direction, a nucleotide sequence that encodes a signal peptide that functions in the host, and a nucleotide sequence that encodes the protein of interest is used in the host.
  • the protein of interest can be secreted and produced by expressing the protein of interest.
  • the nucleotide sequence encoding the protein of interest may be ligated downstream of the nucleotide sequence encoding the signal peptide so that the protein of interest is expressed as a fusion protein with the signal peptide. That is, target protein genes also include genes encoding such fusion proteins.
  • target protein genes also include genes encoding such fusion proteins.
  • coryneform bacteria can be used as hosts. Examples of coryneform bacteria used for secretory production of proteins include strains in which cell surface protein activity is reduced. Such strains include C. glutamicum YDK010 strain (WO2004/029254), which is a cell surface protein PS2-deficient strain of C. glutamicum AJ12036 (FERM BP-734), and modified strains thereof.
  • Methods for conferring or enhancing protein secretion-producing ability of coryneform bacteria include methods for reducing the activity of cell surface proteins (WO2013/065869, WO2013/065772, WO2013/118544, WO2013/062029), penicillin A method of reducing the activity of a binding protein (WO2013/065869), a method of increasing expression of a gene encoding a metallopeptidase (WO2013/065772), and a host having a mutant ribosomal protein S1 gene (mutant rpsA gene).
  • a method of modifying (WO2013/118544), a method of modifying a host to have a mutant phoS gene (WO2016/171224), a method of decreasing the activity of RegX3 protein (WO2018/074578), a method of decreasing the activity of the HrrSA system (WO2018/074579), a method of expressing a target protein by inserting an amino acid sequence containing Gln-Glu-Thr between a signal peptide and a target protein (WO2013/062029), protein secretion such as Tat-based secretion apparatus
  • WO2013/062029 protein secretion such as Tat-based secretion apparatus
  • genes and proteins used for breeding microorganisms capable of producing the target substance may each have known base sequences and amino acid sequences, such as the base sequences and amino acid sequences exemplified above.
  • the genes and proteins used for breeding microorganisms having the ability to produce the target substance are the genes and proteins exemplified above (for example, have known base sequences and amino acid sequences such as the base sequences and amino acid sequences exemplified above). genes and proteins) may be conservative variants.
  • genes used for breeding microorganisms having the ability to produce the desired substance may have the amino acid sequences exemplified above, as long as the original functions (i.e., enzyme activity, transporter activity, etc.) are maintained.
  • genes used for breeding microorganisms having the ability to produce the target substance are, for example, 50% of the entire known amino acid sequence such as the amino acid sequences exemplified above, as long as the original function is maintained. It may be a gene encoding a protein having an amino acid sequence with 65% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 97% or more, or 99% or more identity.
  • genes used for breeding microorganisms having the ability to produce the target substance are, for example, 50% of the entire known amino acid sequence such as the amino acid sequences exemplified above, as long as the original function is maintained.
  • It may be a gene encoding a protein having an amino acid sequence with 65% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 97% or more, or 99% or more identity.
  • conservative variants of genes and proteins the descriptions of conservative variants of carbohydrate utilization genes and carbohydrate utilization proteins can be applied mutatis mutandis.
  • the medium to be used is not particularly limited as long as the target substance-producing bacteria can grow and the target substance is produced.
  • a normal medium used for culturing microorganisms such as Enterobacteriaceae bacteria and coryneform bacteria can be used as it is or after being appropriately modified.
  • a medium containing a component selected from a carbon source, a nitrogen source, a phosphoric acid source, a sulfur source, and various other organic components and inorganic components can be used as necessary.
  • the types and concentrations of medium components may be appropriately set according to various conditions such as the type of target substance-producing bacteria and the type of target substance used.
  • carbon sources include sugars such as glucose, fructose, sucrose, lactose, galactose, xylose, arabinose, blackstrap molasses, starch hydrolysates, biomass hydrolysates, acetic acid, fumaric acid, citric acid, Examples include organic acids such as succinic acid, alcohols such as glycerol, crude glycerol, ethanol, and fatty acids.
  • a plant-derived raw material can be suitably used as Plants include, for example, corn, rice, wheat, soybeans, sugarcane, beets, and cotton.
  • Plant-derived raw materials include, for example, organs such as roots, stems, trunks, branches, leaves, flowers, seeds, plants containing them, and decomposition products of these plant organs.
  • the form of utilization of the plant-derived raw material is not particularly limited, and for example, it can be used in any form such as unprocessed product, squeezed juice, pulverized product, refined product, and the like.
  • a 5-carbon sugar such as xylose, a 6-carbon sugar such as glucose, or a mixture thereof can be obtained and used, for example, from plant biomass.
  • these sugars can be obtained by subjecting plant biomass to treatments such as steam treatment, concentrated acid hydrolysis, dilute acid hydrolysis, hydrolysis with enzymes such as cellulase, and alkali treatment.
  • hemicellulose in plant biomass may be hydrolyzed in advance to release pentose, and then cellulose may be hydrolyzed to produce hexose. good.
  • xylose may be supplied by conversion from the hexose, for example, by allowing the target substance-producing bacterium to possess a conversion pathway from hexose such as glucose to xylose.
  • the carbon source one type of carbon source may be used, or two or more types of carbon sources may be used in combination.
  • nitrogen sources include ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride, and ammonium phosphate; organic nitrogen sources such as peptone, yeast extract, meat extract, soy protein hydrolyzate; ammonia; and urea.
  • Ammonia gas or ammonia water used for pH adjustment may be used as the nitrogen source.
  • the nitrogen source one type of nitrogen source may be used, or two or more types of nitrogen sources may be used in combination.
  • the phosphate source include phosphates such as potassium dihydrogen phosphate and dipotassium hydrogen phosphate, and phosphate polymers such as pyrophosphate.
  • phosphates such as potassium dihydrogen phosphate and dipotassium hydrogen phosphate
  • phosphate polymers such as pyrophosphate.
  • the phosphoric acid source one phosphoric acid source may be used, or two or more phosphoric acid sources may be used in combination.
  • sulfur sources include inorganic sulfur compounds such as sulfates, thiosulfates, and sulfites, and sulfur-containing amino acids such as cysteine, cystine, and glutathione.
  • the sulfur source one sulfur source may be used, or two or more sulfur sources may be used in combination.
  • organic and inorganic components include inorganic salts such as sodium chloride and potassium chloride; trace metals such as iron, manganese, magnesium, and calcium; vitamin B1, vitamin B2, vitamin B6, and nicotine. Acids, nicotinamide, vitamins such as vitamin B12; amino acids; nucleic acids; As other various organic components and inorganic components, one component may be used, or two or more components may be used in combination.
  • biotin in the medium It is also preferable to limit the amount of biotin in the medium and add a surfactant or penicillin to the medium.
  • the culture conditions are not particularly limited as long as the target substance-producing bacteria can grow and the target substance is produced.
  • the culture conditions for example, the usual conditions used for culturing microorganisms such as Enterobacteriaceae bacteria and coryneform bacteria can be used as they are or by appropriately modifying them.
  • the culture conditions may be appropriately set according to various conditions such as the type of target substance-producing bacteria to be used and the type of the target substance.
  • Cultivation can be performed using a liquid medium.
  • the target substance-producing bacteria may be cultured in a solid medium such as an agar medium and inoculated directly into the liquid medium, or the target substance-producing bacteria may be seed-cultured in a liquid medium and added to the liquid for main culture.
  • the medium may be inoculated. That is, the culture may be divided into seed culture and main culture. In that case, the culture conditions for seed culture and main culture may or may not be the same.
  • the amount of target substance-producing bacteria contained in the medium at the start of culture is not particularly limited.
  • the main culture may be performed, for example, by inoculating 1 to 50% (v/v) of the seed culture into the medium for the main culture.
  • Cultivation can be performed by batch culture, fed-batch culture, continuous culture, or a combination thereof.
  • the medium at the start of culture is also referred to as "starting medium”.
  • the medium supplied to the culture system (fermentor) in fed-batch culture or continuous culture is also referred to as "fed-batch medium”.
  • supplying a feed medium to a culture system in fed-batch culture or continuous culture is also referred to as "fed-batch”.
  • both the seed culture and the main culture may be performed by batch culture, for example.
  • the seed culture may be performed by batch culture
  • the main culture may be performed by fed-batch culture or continuous culture.
  • Each medium component may be contained in the starting medium, feed medium, or both.
  • the types of components contained in the starting medium may or may not be the same as the types of components contained in the feed medium.
  • the concentration of each component contained in the starting medium may or may not be the same as the concentration of each component contained in the feed medium.
  • two or more feed media containing different types and/or concentrations of components may be used. For example, when feeding is performed intermittently a plurality of times, the types and/or concentrations of components contained in each feeding medium may or may not be the same.
  • the concentration of the carbon source in the medium is not particularly limited as long as the target substance-producing bacteria can grow and the target substance is produced.
  • the concentration of the carbon source in the medium may be, for example, as high as possible within a range in which the production of the target substance is not inhibited.
  • the concentration of the carbon source in the medium may be, for example, 1 to 30 w/v%, preferably 3 to 10 w/v%, as the starting concentration (concentration in the starting medium).
  • an additional carbon source may be added to the medium as appropriate.
  • additional carbon sources may be added to the medium in accordance with the consumption of carbon sources as the fermentation progresses.
  • Cultivation may be performed, for example, under aerobic conditions, microaerobic conditions, or anaerobic conditions. Cultivation may in particular be carried out under aerobic conditions. Performing the culture under aerobic conditions, microaerobic conditions, and anaerobic conditions is referred to as “performing the culture aerobically,” “performing the culture microaerobically,” and “cultivating anaerobicly,” respectively. It is also said that Cultures performed under aerobic, microaerobic, and anaerobic conditions are also referred to as “aerobic culture,” “microaerobic culture,” and “anaerobic culture,” respectively.
  • the aerobic condition means that the dissolved oxygen concentration in the liquid medium is 0.33 ppm or more, which is the detection limit of an oxygen membrane electrode, preferably 1.5 ppm or more.
  • the dissolved oxygen concentration in the liquid medium under aerobic conditions may be controlled to, for example, 1 to 50%, preferably 3 to 10%, relative to the saturated dissolved oxygen concentration being 100%.
  • Microaerophilic conditions mean that oxygen is supplied to the culture system, but the dissolved oxygen concentration in the liquid medium is less than 0.33 ppm.
  • Anaerobic conditions refer to conditions in which oxygen is not supplied to the culture system. Culturing can be performed using aeration, shaking, agitation, or combinations thereof, among others. Cultivation may in particular be performed with aeration.
  • Cultivation may also be carried out using, inter alia, aeration and agitation.
  • Cultures that utilize aeration, shaking, and agitation are also referred to as "aeration cultures,” “shaking cultures,” and “agitation cultures,” respectively.
  • the term “aerobic culture” means culture that utilizes at least aeration (that is, culture that is performed while at least aerating), and includes cases where it is used in combination with other means such as shaking and stirring.
  • “Aeration” refers to the supply of gas to the culture medium.
  • Gases utilized for ventilation include oxygen, carbon dioxide, nitrogen, and mixed gases containing one or more thereof.
  • Gases utilized for venting include, inter alia, oxygen, carbon dioxide, and mixtures containing one or more thereof.
  • Gases used for venting are more particularly oxygen or gas mixtures containing it. Cultivation can be carried out under aerobic conditions, for example, by aerobic culture using oxygen or a mixed gas containing it. Air is mentioned as above mixed gases (for example, mixed gas containing oxygen).
  • the pH of the medium may be, for example, pH 3-10, preferably pH 4.0-9.5. During cultivation, the pH of the medium can be adjusted as needed. The pH of the medium can be adjusted with various alkaline or acidic substances such as ammonia gas, ammonia water, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide.
  • the culture temperature may be, for example, 20-40°C, preferably 25-37°C.
  • the culture period may be, for example, 10 hours to 200 hours. Cultivation may be continued, for example, until the carbon source in the medium is consumed, or until the activity of the target substance-producing bacterium disappears. By culturing the target substance-producing bacteria under such conditions, a fermentation broth containing the target substance can be obtained.
  • the fermentation process may be carried out so that bicarbonate ions and/or carbonate ions serve as counter ions for the basic amino acids.
  • Such a fermentation form is also called "carbonate fermentation”.
  • basic amino acids can be fermentatively produced while reducing the amount of sulfate ions and/or chloride ions conventionally used as counter ions for basic amino acids.
  • Carbonate fermentation can be performed, for example, as described in US2002-025564A, EP1813677A, JP-A-2002-65287.
  • the target substance is produced, that is, a fermented liquid containing the target substance is obtained.
  • the target substance may accumulate, for example, in the medium, on the cell surface, within cells, or a combination thereof.
  • the target substance may in particular accumulate in the medium.
  • the production of the target substance can be confirmed by known methods used for compound detection or identification.
  • Such techniques include, for example, HPLC, UPLC, LC/MS, GC/MS, NMR. These techniques can be used alone or in combination as appropriate. These techniques can also be used to determine the concentrations of various components present in the medium.
  • the generated target substance can be collected as appropriate. That is, the method of the present invention may further include a step of recovering the target substance. This process is also referred to as a "recovery process".
  • the target substance can be recovered as a suitable fraction containing the target substance. Such fractions include, for example, cultures, culture supernatants, cells, and processed cells (fragments, lysates, extracts (cell-free extracts), etc.).
  • the cells may be provided in the form of immobilized cells immobilized with a carrier such as acrylamide or carrageenan.
  • the target substance may be further separated and purified from the above fractions. That is, the recovery step may be, for example, a step of recovering a fraction containing the target substance from the fermentation broth.
  • the form of the target substance to be collected can be appropriately selected according to various conditions such as the type of the target substance and its use.
  • the target substance can be recovered by a known technique used for separation and purification of compounds. Such techniques include, for example, ion exchange resin methods, membrane treatment methods, precipitation methods, extraction methods, distillation methods, and crystallization methods.
  • a technique for recovering the target substance can be appropriately selected according to various conditions such as the type of the target substance. These techniques can be used alone or in combination as appropriate.
  • the target substance when the target substance precipitates in the medium, the target substance can be recovered from the medium by solid-liquid separation means such as centrifugation or filtration.
  • the target substance precipitated in the medium may be isolated together with the target substance dissolved in the medium after crystallization.
  • the target substance when the target substance accumulates in the cells, the target substance can be recovered from the processed product, for example, after subjecting the cells to a treatment such as crushing, dissolving, or extracting.
  • a treatment such as crushing, dissolving, or extracting.
  • the solid content is removed from the processed material by solid-liquid separation means such as centrifugation and filtration, and the target substance is recovered from the resulting supernatant by the method used for separating and refining the compound as described above. can do.
  • Treatments such as disruption, dissolution, or extraction of bacterial cells can be performed by known methods. Examples of such techniques include ultrasonic crushing, dyno milling, bead crushing, French press crushing, lysozyme treatment, surfactant treatment, and organic solvent treatment.
  • the recovered target substance may contain other components such as microbial cells, medium components, moisture, and microbial metabolic by-products.
  • the purity of the recovered target substance is, for example, 30% (w/w) or higher, 50% (w/w) or higher, 70% (w/w) or higher, 80% (w/w) or higher, 90% ( w/w) or higher, or 95% (w/w) or higher.
  • the program of the present invention is a program that causes a computer to execute the steps included in the method of the present invention.
  • a computer may execute the steps included in the method of the present invention.
  • Computers may perform some or all of the steps involved in the methods of the present invention.
  • a computer for example, may perform steps (A)-(C).
  • a computer may execute the steps included in the method of the present invention, for example, using the apparatus of the present invention. Therefore, the program of the present invention may be, for example, a program that causes the apparatus of the present invention to execute the steps included in the method of the present invention.
  • the program of the present invention may be recorded on a computer-readable recording medium and provided.
  • “Computer-readable recording medium” means that information such as data and programs is stored by electrical, magnetic, optical, mechanical, or chemical action, etc., and the stored information can be read by a computer.
  • a recording medium that can Such recording media include floppy (registered trademark) disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, CD-R/Ws, DVD-ROMs, DVD-R/Ws, DVD-RAMs, DATs, 8mm tapes, memory cards. , hard disk, ROM (read only memory), and SSD.
  • the program of the present invention may be recorded as a separate program for each step executed by a computer.
  • gas aerated in the following examples is air or a mixed gas of air and oxygen.
  • the degree of GHU (GHU [%]) is calculated by the following formula (I) or (II) using the actual aeration rate (X [m 3 /min]) as a variable. be able to.
  • R2 was 0.5691.
  • R2 was 0.9809.
  • GHU [%] 0.1529X + 9.3937 (I)
  • GHU [%] 17.919 + 0.4X + (-0032)X ⁇ 2 (II)
  • the actual ventilation rate (X [Nm 3 /min]) can be calculated by the following formula (III) using the ventilation rate (that is, the ventilation rate measured by the flow meter) as a variable.
  • X [Nm 3 /min] (Air flow [m 3 /min]*101.3*(273+Temperature[°C])/(101.3+Internal pressure[kPa]+(Liquid depth[mm]/1000*0.0999)101.3/ 1.033)*273) ⁇ (III)
  • the antifoaming agent (Af) was intermittently added at a preset amount and frequency during the culture.
  • the amount of the antifoaming agent added was about 2.1 ⁇ 10 ⁇ 5 % (v/v) relative to the amount of medium at the start of the culture, and the time cycle of addition of the antifoaming agent was CT 22.3-34. It was 3600 sec for 4%, 1800 sec for CT 34.4 to 46.4%, 600 sec for CT 46.4 to 68.8%, and 100 sec for the period from CT 68.8% to the end of culture.
  • CT means culture time, and is shown as a relative value with 0% at the start of culture and 100% at the end of culture.
  • the results are shown in Figures 1 and 2.
  • the thickness of the foam layer reached 24.1% in the period from CT 56.7% to the end of the culture, decreased after CT 68.8% and stabilized at 12.6%.
  • the thickness of the foam layer is shown as a relative value with the internal height of the fermenter being 100% (same below).
  • Test Examples 1 to 3 the addition of the antifoaming agent (Af) was automatically controlled according to the calculated thickness of the foam layer during the culture. Since the peak of oxygen consumption (oxygen consumption rate) for L-arginine production is between 25.8% and 43.0% of CT, the period of automatic control was set after 56.7% of CT. This is to prevent an increase in oxygen consumption due to an increase in the addition of the antifoaming agent, thereby preventing a low dissolved oxygen concentration.
  • the amount of antifoaming agent added was about 2.1 ⁇ 10 ⁇ 5 % (v/v) with respect to the amount of medium at the start of culture per time.
  • the addition of the antifoaming agent was controlled using the upper limit of the thickness of the foam layer (hereinafter also referred to as "SV").
  • SV1 and SV2 were used as SV.
  • SV1 was set at 3.4% below SV2 as a relative value with the internal height of the fermenter being 100%.
  • the time cycle of antifoam addition by SV1 was double the time cycle of antifoam addition by SV2.
  • the control of the addition of antifoaming agent by SV is as follows: when the thickness of the foam layer exceeds SV1, the antifoaming agent is added and the timer of SV1 starts counting, and the timer of SV1 is quenched by SV1.
  • Additional antifoam is added each time the time cycle of foaming agent addition (here twice the time cycle of antifoam addition by SV2) is reached; If the SV is less than 1, reset the SV1 timer count and return to the beginning; if the thickness of the foam layer exceeds SV2 while the SV1 timer is counting, switch the SV to be used to SV2 and add an antifoaming agent.
  • SV2 timer When the thickness of the foam layer becomes less than SV2 during the counting of , reset the count of the SV2 timer and switch the SV to be used to SV1;
  • Test Example 1 The results of Test Example 1 are shown in Figures 3 and 4.
  • the foam layer thickness at a CT of 56.7% was 21.5%.
  • Automatic control was started at a CT of 56.7%, SV2 was set at 140 cm and the time cycle of addition of defoamer at 400 sec. Since the foam layer thickness was 20.6% at a CT of 58.4%, it was determined that the time cycle of 400 sec was insufficient, and the time cycle was changed to 100 sec.
  • the thickness of the foam layer significantly decreased to less than 16.0%. Therefore, when the time cycle was changed to 150 sec, the thickness of the foam layer stabilized around 16.0%.
  • the CT was changed to 68.8%, the SV2 was changed to 12.6%, and the time cycle of addition of the defoamer was changed to 50 sec.
  • the CT was changed to 75.3% and the time cycle of addition of the defoamer was changed to 30 sec.
  • SV2 was changed to 10.3% and the time cycle of antifoam addition was changed to 20 sec.
  • Changed CT to 86.8% and SV2 to 11.5%.
  • the foam layer thickness reached 11.5% of SV2 at CT91.1% and was precisely controlled at that level until the end of the culture.
  • the thickness of the foam layer could not be strictly controlled in the comparative example, whereas the thickness of the foam layer could be strictly controlled by automatically controlling the addition of the antifoaming agent according to the thickness of the foam layer. It became clear.
  • Test Example 2 The results of Test Example 2 are shown in Figures 5 and 6.
  • the foam layer thickness at a CT of 56.7% was 23.4%. Automatic control was started at a CT of 56.7%, SV2 was set at 17.2%, and the antifoam addition time cycle was set at 40 sec. As a result, the thickness of the foam layer often decreased to less than 17.2%, but stabilized around 17.2% after CT65.7%.
  • the CT was changed to 68.8%, the SV2 was changed to 10.3%, and the time cycle of addition of the defoamer remained at 40 sec. Changed CT to 72.2% and SV2 to 12.6%. As a result, the thickness of the foam layer increased and was controlled to that level up to a CT of 79.1%.
  • Test Example 3 The results of Test Example 3 are shown in Figures 7 and 8. Automatic control was started at CT 56.7%, SV2 was set at 13.7%, and the antifoam addition time cycle was set at 40 sec. As a result, the thickness of the foam layer was controlled to the desired level. At CT 68.8%, SV2 was changed to 11.5% and the antifoam addition time cycle was changed to 20 sec to prevent the foam layer from reaching the looking glass. As a result, the thickness of the foam layer was controlled to the desired level. At CT 75.3%, SV2 was changed to 10.3% to prevent the foam layer from reaching the looking glass, and after CT 0.56%, SV2 was changed to 9.2%. As a result, the thickness of the foam layer was controlled to the desired level. From the above, it has been clarified that in Test Example 3, similarly to Test Example 1, the thickness of the foam layer can be strictly controlled by automatically controlling the addition of the antifoaming agent according to the thickness of the foam layer.
  • the thickness of the foam layer can be controlled by automatically controlling the addition of the antifoaming agent according to the thickness of the foam layer. From the results of Test Examples 1 to 3, with a CT of 56.7 to 68.8%, the thickness of the foam layer can be controlled to 13.7 to 17.2% by setting the time cycle of adding the antifoaming agent to about 40 seconds. was found to be sufficient to After CT 68.8%, it was necessary to set the time cycle of addition of the antifoaming agent according to the target thickness of the foam layer.
  • Table 1 shows the culture data of comparative examples and test examples. In the table, the data are shown as relative values with the data of the comparative example as 100%.
  • the thickness of the foam layer in Test Examples 1 to 3 was controlled to a lower level than in Comparative Example. Therefore, in Test Example 1, the amount of antifoaming agent used was greater than in Comparative Example. However, increasing the amount of defoamer used did not increase the amount of oxygen used. This is probably because the automatic control of foaming was performed while avoiding the peak of oxygen consumption (oxygen consumption rate) during L-arginine production. On the other hand, in Test Examples 2 and 3, the amount of antifoaming agent used was smaller than in Comparative Example. Also, under the conditions of this example, the automatic control of foaming did not affect the fermentation performance (specifically, the yield).
  • the control of the addition of the antifoaming agent by SV is as described in (2) above.
  • the amount of antifoaming agent added was about 2.1 ⁇ 10 ⁇ 5 % (v/v) with respect to the amount of medium at the start of culture per time.
  • CT52.6-65.8% constant addition of antifoaming agent with a time cycle of 400 sec.
  • Table 2 shows the culture data of the comparative example and test example. In the table, the data are shown as relative values with the average value of the data of the comparative example being 100%.
  • the automatic control of foaming did not affect the fermentation results (specifically, the culture time and yield), but the amount of oxygen used, the amount of aeration, and the amount of antifoaming agent used , and improved the efficiency of oxygen utilization in fermentation.
  • fermentation can be controlled.

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Abstract

発酵を制御する技術を提供する。発酵時の泡面をレーザー等の非接触的手段により検出して発泡の程度を算出し、発泡の程度に応じて消泡剤の添加を制御することにより、発酵を効率的に制御する。

Description

発酵を制御する装置および方法
　本発明は、発酵を制御する技術に関するものである。
　Ｌ－アミノ酸等の目的物質は、例えば、微生物を利用した発酵法により生産されている。発酵法による目的物質の生産は、目的物質生産能を有する微生物を培養することにより実施される。微生物の培養は、例えば、液体培地を用いて実施することができ、特に、酸素またはそれを含有する混合ガスを利用した通気培養等により好気的に実施することができる。
　発酵時には、典型的には、発泡が生じる。ここで、発酵時には、発泡が過剰になっても不足しても発酵成績（例えば、目的物質の収率や生産性）が低下し得る。すなわち、発酵時の発泡が過剰になると、例えば、目的物質生産菌の環境が悪化し、以て発酵成績が低下し得る。また、発酵時の発泡が不足すると、例えば、溶存酸素が液面より抜けて不足し、以て発酵成績が低下し得る。また、過剰な発泡は、例えば、エントレインメントによる環境汚染の原因にもなり得る。そのため、発酵時の発泡を計測し制御する技術が求められている。
　特許文献１には、レーザーを利用してタンク内の吸音面（例えば、泡面）を測定する装置が開示されている。
特許第3138238号明細書
　本発明は、発酵を制御する技術を提供することを課題とする。
　本発明者らは、発酵時の泡面をレーザー等の非接触的手段により検出して発泡の程度を算出し、発泡の程度に応じて消泡剤の添加を自動制御することにより、発酵を効率的に制御できることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は以下の通り例示できる。
［１］
　発酵を制御する装置であって、
　下記手段（A）～（C）を備える、装置：
（A）発酵時の泡面を非接触的に検出する手段；
（B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する手段；
（C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する手段。
［２］
　前記発酵が、通気培養により実施される、前記装置。
［３］
　前記手段（A）が、レーザー、電波、または超音波を利用して前記泡面を検出する手段である、前記装置。
［４］
　前記発泡の程度が、泡層の厚みとして算出される、前記装置。
［５］
　前記泡層の厚みが、前記泡面の位置と液面の位置の差として算出される、前記装置。
［６］
　前記液面の位置が、理論的に算出される、前記装置。
［７］
　前記液面の位置が、通気量に応じて補正された値として算出される、前記装置。
［８］
　前記発泡の制御が、発泡の程度が大きい場合に発泡を減少させること、発泡の程度が小さい場合に発泡を増大させること、またはそれらの組み合わせである、前記装置。
［９］
　前記発泡の制御が、消泡剤の添加を制御することにより実施される、前記装置。
［１０］
　前記消泡剤の添加の制御が、消泡剤の添加速度の増減、消泡剤の添加頻度の増減、消泡剤の１回あたりの添加量の増減、消泡剤の添加タイミングの変更、またはそれらの組み合わせにより実施される、前記装置。
［１１］
　前記発泡の制御が、理想的な発泡の程度に基づいて実施される、前記装置。
［１２］
　発酵装置と組み合わせて利用される、前記装置。
［１３］
　さらに、発酵槽を備える、前記装置。
［１４］
　前記発酵槽が、透過部を備え、
　前記透過部が、前記手段（A）が利用する信号に対して透過性である部位である、前記装置。
［１５］
　前記透過部の発酵槽内側の面が、防曇剤でコーティングされている、前記装置。
［１６］
　前記防曇剤が、光触媒である、前記装置。
［１７］
　前記光触媒が、酸化チタンである、前記装置。
［１８］
　前記発酵により目的物質が生産される、前記装置。
［１９］
　前記目的物質が、有機化合物である、前記装置。
［２０］
　前記目的物質が、アミノ酸、核酸、有機酸、タンパク質、またはビタミンである、前記装置。
［２１］
　前記目的物質が、Ｌ－アミノ酸である、前記装置。
［２２］
　前記目的物質が、Ｌ－アルギニンである、前記装置。
［２３］
　前記発酵が、好気的に実施される、前記装置。
［２４］
　発酵を制御する方法であって、
　下記工程（A）～（C）を含む、方法：
（A）発酵時の泡面を非接触的に検出する工程；
（B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する工程；
（C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する工程。
［２５］
　発酵により目的物質を製造する方法であって、
　下記工程（A）～（C）の実施により発酵を制御する工程を含む、方法：
（A）発酵時の泡面を非接触的に検出する工程；
（B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する工程；
（C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する工程。
［２６］
　前記工程（A）～（C）が、前記装置を利用して実施される、前記方法。
［２７］
　さらに、発酵工程を含み、
　前記発酵工程が、前記発酵を実施する工程であり、
　前記工程（A）～（C）が、前記発酵工程中に実施される、前記方法。
［２８］
　前記発酵工程が、目的物質生産能を有する微生物を培地で培養して目的物質を生成する工程である、前記方法。
［２９］
　さらに、前記目的物質を回収する工程を含む、前記方法。
［３０］
　前記微生物が、細菌または酵母である、前記方法。
［３１］
　前記微生物が、腸内細菌科（Enterobacteriaceae）に属する細菌、バチルス（Bacillus）属細菌、またはコリネ型細菌である、前記方法。
［３２］
　前記微生物が、エシェリヒア（Escherichia）属細菌、エンテロバクター（Enterobacter）属、パントエア（Pantoea）属、バチルス（Bacillus）属細菌、またはコリネバクテリウム（Corynebacterium）属細菌である、前記方法。
［３３］
　前記微生物が、エシェリヒア・コリ（Escherichia coli）、エンテロバクター・アグロメランス（Enterobacter agglomerans）、パントエア・アナナティス（Pantoea ananatis）、バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）、バチルス・アミロリケファシエンス（Bacillus amyloliquefaciens）、コリネバクテリウム・グルタミカム（Corynebacterium glutamicum）、またはコリネバクテリウム・スタティオニス（Corynebacterium stationis）である、前記方法。
比較例の発泡の経時変化を示す図。 比較例の泡界面位置の経時変化を示す図。 試験例１の発泡の経時変化を示す図。 試験例１の泡界面位置の経時変化を示す図。 試験例２の発泡の経時変化を示す図。 試験例２の泡界面位置の経時変化を示す図。 試験例３の発泡の経時変化を示す図。 試験例３の泡界面位置の経時変化を示す図。
　「発酵」とは、微生物の培養による物質生産を意味してよい。発酵により生産される物質を「目的物質」ともいう。発酵に用いられる微生物を、「目的物質生産菌」ともいう。発酵が実施される容器（すなわち、微生物の培養が実施される容器）を、「発酵槽」、「発酵缶」、または「発酵タンク」ともいう。目的物質および目的物質生産菌については、「本発明の方法」において後述する。
　微生物の培養は、液体培地を用いて実施される。培養開始後の液体培地を、「発酵液」または「培養液」ともいう。発酵液は、目的物質を含有していてよい。微生物の培養は、通気培養等により実施されてよい。微生物の培養については、「本発明の方法」において後述する。
　発酵時（特に、通気培養時）には、典型的には、発泡が生じ、すなわち、発酵液上に泡層が形成される。すなわち、発酵時には、典型的には、発酵液上に泡層が存在し、泡層上に気相が存在する。発酵液と泡層の界面を「液面」または「液界面」、泡層と気相の界面を「泡面」または「泡界面」ともいう。「液面の位置」または「泡面の位置」とは、それぞれ、液面または泡面の垂直方向の位置を意味する。
　発酵時の発泡を制御することにより、発酵を制御することができる。すなわち、発泡の制御は、発酵時に実施される。発酵の制御は、所望の発酵成績が得られるように実施されてよい。言い換えると、発泡の制御は、所望の発酵成績が得られるように実施されてよい。発酵成績としては、目的物質の収率や生産性が挙げられる。
　発酵時には、発泡が過剰になっても不足しても発酵成績が低下し得る。すなわち、発酵時の発泡が過剰になると、例えば、目的物質生産菌の環境が悪化し、以て発酵成績が低下し得る。また、発酵時の発泡が不足すると、例えば、溶存酸素等の溶存ガスが液面より抜けて不足し、以て発酵成績が低下し得る。よって、発酵時の発泡を制御することにより、例えば、発酵成績が向上してよい。
　発酵時の発泡を制御することにより、例えば、発酵における酸素の利用効率が向上してよい。よって、発酵時の発泡を制御することにより、例えば、酸素使用量および／または通気量が削減されてよい。
　また、過剰な発泡は、例えば、エントレインメントによる環境汚染の原因にもなり得る。よって、発酵時の発泡を制御することにより、例えば、エントレインメントが防止されてよく、以て、環境負荷が軽減されてもよい。
（１）本発明の装置
　本発明の装置は、下記手段（A）～（C）を備える、発酵を制御する装置である：
（A）発酵時の泡面を非接触的に検出する手段；
（B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する手段；
（C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する手段。
　「装置」は、「システム」と読み替えてもよい。
　本発明の装置によれば、発酵時の発泡を制御することにより、発酵を制御することができる。本発明の装置によれば、特に、発酵時の発泡が自動的に制御されてよく、以て発酵が自動的に制御されてよい。
　手段（A）は、発酵時の泡面を非接触的に検出する手段である。同手段を、以下、「検出手段」ともいう。「泡面の検出」とは、泡面の位置の検出を意味してよい。検出手段は、例えば、「発酵時の泡面を非接触的に検出する部位」と読み替えてもよい。
　検出手段は、発酵時の泡面を非接触的に検出できるものであれば特に制限されない。検出手段としては、レーザーや電波等の電磁波を利用するものや、超音波等の音波を利用するものが挙げられる。レーザー、電波、および超音波を利用する検出手段を、それぞれ、「レーザー式検出手段」、「電波式検出手段」、「超音波式検出手段」ともいう。電波式検出手段を、「レーダー式検出手段」ともいう。検出手段として、具体的には、キーエンスや横河電機株式会社等の計測機器メーカーがレベル計やレベルセンサ等のカテゴリで取り扱う製品が挙げられる。レーザー式検出手段およびそれによる泡面の検出については、例えば、特許3138238号に記載の内容を参照できる。
　検出手段は、具体的には、泡面より上部から泡面に電磁波や音波等の信号を照射し、泡面からの信号の反射を受信することにより、泡面を検出するものであってよい。泡面に信号を照射する部位を「照射部」、泡面からの信号の反射を受信する部位を「受信部」ともいう。すなわち、検出手段は、例えば、照射部および受信部を備えていてよい。
　検出手段を設置する位置は、泡面を非接触的に検出できる限り特に制限されない。検出手段は、例えば、少なくとも、照射部および受信部が泡面より上部に配置されるように設置してよい。検出手段は、例えば、発酵槽の内部に設置してもよく、発酵槽の外部に設置してもよい。検出手段は、特に、発酵槽の外部に設置してよい。検出手段を発酵槽の外部に設置する場合、例えば、発酵槽に開口部または透過部を設け、当該開口部または透過部を通じて信号の照射および受信を実施することができる。「透過部」とは、検出手段が採用する信号に対して透過性である部位を意味してよい。例えば、検出手段が可視光を信号として採用する場合、可視光に対して透明な部材で透過部を構成することができる。透過部の材質は、信号の種類等の諸条件に応じて適宜選択できる。透過部の材質としては、ガラスやアクリルが挙げられる。
　検出手段による泡面の検出は、連続的または間欠的に実施することができる。泡面の検出を間欠的に実施する場合、検出のインターバルは、例えば、発酵スケール、微生物の種類、目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜設定できる。検出のインターバルは、例えば、５秒以上、１０秒以上、２０秒以上、または３０秒以上であってもよく、１５０秒以下、１２０秒以下、９０秒以下、または６０秒以下であってもよく、それらの組み合わせであってもよい。検出のインターバルは、具体的には、例えば、５～１２０秒、１０～９０秒、または２０～６０秒であってもよい。
　手段（B）は、検出の結果（すなわち、検出手段による泡面の検出結果）に基づき発泡の程度を算出する手段である。同手段を、以下、「算出手段」ともいう。算出手段は、例えば、「検出の結果に基づき発泡の程度を算出する部位」と読み替えてもよい。「検出の結果に基づき発泡の程度を算出する」とは、具体的には、泡面の位置に基づき発泡の程度を算出することを意味してよい。
　発泡の程度は、例えば、泡層の厚みとして算出されてよい。泡層の厚みは、泡面の位置と液面の位置の差として算出できる。
　液面の位置は、例えば、実際に測定してよい。液面の位置は、例えば、特許3138238号に記載の方法で測定することができる。
　また、液面の位置は、例えば、理論的に算出してもよい。すなわち、泡面の検出時に発酵槽内に存在する発酵液の量（具体的には、体積）が明らかであれば、発酵液の量から液面の位置を算出することができる。通常、発酵槽への物質の出入りは管理されているため、泡面の検出時に発酵槽内に存在する発酵液の量は明らかである。発酵液の量と液面の位置の関係は、用いる発酵槽について予め同定すればよい。なお、発酵時に通気等の操作を実施する場合、同操作に応じて発酵液の体積は変動し得る。よって、発酵時に通気等の操作を実施する場合、液面の位置は、同操作に応じて適宜補正された値として算出されてよい。例えば、通気時には、非通気時と比較して、発酵液の体積が増大する（すなわち、液面の位置が上昇する）。通気による液面の位置の上昇を、「ガスホールドアップ（ＧＨＵ）」ともいう。通気時の液面を、「ガスホールドアップ（ＧＨＵ）液面」ともいう。ＧＨＵの程度は、通気量から算出することができる。ＧＨＵの程度と通気量の関係は、用いる発酵槽について予め同定すればよい。ＧＨＵの程度は、例えば、発酵槽ごとに、通気量を変数とする１次式または２次式により算出されてよい。ＧＨＵの程度は、特に、通気量を変数とする２次式により算出されてよい。ＧＨＵの程度は、例えば、実施例に記載の関係式（I）または（II）により算出されてよい。ＧＨＵの程度の算出に用いられる通気量は、発酵槽内の環境に応じて適宜補正された値として算出されてよい。当該補正された通気量を、「実通気量」ともいう。補正に用いられる発酵槽内の環境としては、温度、内圧、液深が挙げられる。実通気量は、例えば、実施例に記載の関係式（III）により算出されてよい。実施例に記載の関係式（III）は、いずれの発酵槽に対しても共通に、実通気量の算出に用いられてよい。本発明の装置は、例えば、液面の位置（例えば、ＧＨＵ液面の位置）を算出する手段を備えていてもよい。液面の位置を算出する手段は、例えば、発酵液の量と液面の位置の関係やＧＨＵの程度と通気量の関係等の液面の位置の算出に用いられる関係式を記憶し、同関係式を利用して発酵液の量や通気量等のデータから液面の位置を算出するものであってよい。
　手段（C）は、算出の結果（すなわち、算出手段による発泡の程度の算出結果）に基づき発泡を制御する手段である。同手段を、以下、「制御手段」ともいう。制御手段は、例えば、「算出の結果に基づき発泡を制御する部位」と読み替えてもよい。「算出の結果に基づき発泡を制御する」とは、具体的には、発泡の程度に基づき発泡を制御することを意味してよい。
　発泡の制御としては、発泡を減少させることや発泡を増大させることが挙げられる。発泡の制御として、具体的には、発泡の程度が大きい場合に発泡を減少させることや、発泡の程度が小さい場合に発泡を増大させることが挙げられる。これらの制御は、単独で、あるいは適宜組み合わせて、実施してよい。すなわち、制御手段は、例えば、発泡の程度が大きい場合に発泡を減少させ、且つ／又は、発泡の程度が小さい場合に発泡を増大させるものであってよい。「発泡の減少」とは、具体的には、泡層の厚みの減少を意味してよい。「発泡の増大」とは、具体的には、泡層の厚みの増大を意味してよい。なお、「発泡の制御」には、発泡の減少および／または増大が不要である場合（例えば、発泡の程度が大きくなく、且つ／又は、発泡の程度が小さくない場合）に、発泡の減少および／または増大を実施しないことも包含される。
　「発泡の程度が大きい」とは、泡層の厚みが上限値よりも大きいことを意味してよい。「発泡の程度が小さい」とは、泡層の厚みが下限値よりも小さいことを意味してよい。
　上限値および下限値は、その一方のみが設定されてもよく、両方が設定されてもよい。上限値および下限値の両方を設定する場合、上限値および下限値は同一であってもよく、同一でなくてもよい。上限値および下限値が同一でない場合、下限値は上限値より低い値に設定される。
　上限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが上限値に近付くように減少してよい。また、上限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが上限値以下に維持されてよい。
　下限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが下限値に近付くように増大してよい。また、下限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが下限値以上に維持されてよい。
　上限値および下限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが上限値に近付くように減少してよく、且つ／又は、下限値に近付くように増大してよい。また、上限値および下限値を設定して発泡を制御することにより、例えば、泡層の厚みが上限値と下限値の範囲内に維持されてよい。
　発泡の制御の実施基準（例えば、泡層の厚みの上限値および下限値）は、所望の発酵成績が得られる限り、特に制限されない。発泡の制御の実施基準は、例えば、発酵スケール、微生物の種類、目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜設定できる。例えば、所望の発酵成績が得られる発泡の程度（以下、「理想的な発泡の程度」ともいう）を決定し、当該理想的な発泡の程度に基づいて（例えば、当該理想的な発泡の程度を達成できるように）発泡の制御の実施基準を設定してよい。言い換えると、発泡の制御は、理想的な発泡の程度に基づいて（例えば、当該理想的な発泡の程度を達成できるように）実施されてよい。理想的な発泡の程度は、例えば、所望の発酵成績が得られる泡層の厚み（以下、「理想的な泡層の厚み」ともいう）として決定されてよい。理想的な発泡の程度は、例えば、予め微生物を培養して発泡の程度と発酵成績の関係を同定し、当該関係に基づいて決定することができる。本発明の装置は、例えば、理想的な発泡の程度を記憶する手段を備えていてもよい。また、本発明の装置は、例えば、理想的な発泡の程度に基づいて発泡の制御の実施基準を決定する手段を備えていてもよい。また、本発明は、例えば、発泡の制御の実施基準を記憶する手段を備えていてもよい。
　発泡の制御は、例えば、消泡剤の添加を制御することにより実施することができる。例えば、消泡剤の添加量を増大させることにより、発泡を減少させることができる。また、例えば、消泡剤の添加量を減少させることにより、発泡を増大させることができる。すなわち、制御手段は、例えば、発泡の程度が小さい場合に消泡剤の添加量を減少させ、且つ／又は、発泡の程度が大きい場合に消泡剤の添加量を増大させるものであってよい。消泡剤の添加を制御することにより、例えば、消泡剤の不必要な使用が防止されてよく、以て消泡剤の使用量が削減されてよい。消泡剤の添加は、連続的または間欠的に実施することができる。消泡剤としては、界面活性剤が挙げられる。
　消泡剤の添加の制御は、例えば、消泡剤の添加速度の増減、消泡剤の添加頻度の増減、消泡剤の１回あたりの添加量の増減、消泡剤の添加タイミングの変更、またはそれらの組み合わせにより達成できる。
　消泡剤の添加量の増大は、例えば、消泡剤の添加速度の増大、消泡剤の添加頻度の増大、消泡剤の１回あたりの添加量の増大、消泡剤の添加タイミングを早めること、またはそれらの組み合わせにより達成できる。「消泡剤の添加量の増大」には、消泡剤の添加が実施されていない場合に消泡剤の添加を開始することも包含される。
　消泡剤の添加量の減少は、例えば、消泡剤の添加速度の減少、消泡剤の添加頻度の減少、消泡剤の１回あたりの添加量の減少、消泡剤の添加タイミングを遅らせること、またはそれらの組み合わせにより達成できる。「消泡剤の添加量の減少」には、消泡剤の添加が実施されている場合に消泡剤の添加を停止することも包含される。
　消泡剤の添加の制御態様（例えば、消泡剤の添加量の増大および減少の程度）は、所望の程度に発泡が制御される限り、特に制限されない。消泡剤の添加の制御態様は、例えば、発酵スケール、微生物の種類、目的物質の種類、算出された発泡の程度等の諸条件に応じて適宜設定できる。消泡剤の添加の制御態様は、例えば、予め微生物を培養して消泡剤の添加量と発泡の増減の程度の関係を同定し、当該関係に基づいて決定することができる。
　本発明の装置は、発酵装置と組み合わせて利用できる。発酵装置は、発酵槽等の、発酵の実施に用いられる手段を備えていてよい。発酵槽の形状やスケール等の発酵槽の構造は、所望の発酵成績が得られる限り、特に制限されない。発酵槽の構造は、例えば、発酵スケール、微生物の種類、目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜選択できる。発酵槽は、例えば、発酵液に通気できるように構成されていてよい。また、発酵槽は、例えば、発酵液を撹拌できるように構成されていてよい。また、発酵槽は、例えば、検出手段が利用する開口部または透過部を備えていてもよい。
　本発明の装置は、本発明の目的を損なわない限り、その他の任意の手段を備えていてよい。
　本発明の装置は、例えば、発酵槽を備えていてよい。本発明の装置が発酵槽を備える場合、本発明の装置は、発酵装置として機能してよい。発酵槽については、上述の通りである。
　本発明の装置は、例えば、検出手段による泡面の検出を補助する手段を備えていてもよい。検出手段による泡面の検出を補助する手段としては、発酵槽に設けられた透過部の透過性を維持または高める成分が挙げられる。そのような成分としては、防曇剤が挙げられる。防曇剤は、例えば、透過部のコーティングに利用することができる。すなわち、透過部は、防曇剤でコーティングされていてよい。例えば、透過部の発酵槽内側の面は、防曇剤でコーティングされていてよい。コーティングは、例えば、塗布または噴霧により実施できる。また、コーティングは、例えば、防曇剤を透過部に化学結合させることによっても実施できる。防曇剤としては、光触媒が挙げられる。光触媒としては、酸化チタンが挙げられる。酸化チタン等の光触媒としては、石原産業のSTシリーズやSTSシリーズの製品が挙げられる。酸化チタン等の光触媒は、例えば、UV照射により防曇効果を示す。UV照射のタイミングや強度等のUV照射の条件は、所望の防曇効果が得られるように適宜設定できる。
（２）本発明の方法
　本発明の方法は、下記工程（A）～（C）を含む、発酵を制御する方法である：
（A）発酵時の泡面を非接触的に検出する工程；
（B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する工程；
（C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する工程。
　工程（A）～（C）を実施することにより、発酵を制御することができる。すなわち、本発明の方法は、工程（A）～（C）の実施により発酵を制御する工程を含む、発酵を制御する方法であってもよい。また、本発明の方法は、発酵を制御する工程を含む、発酵を制御する方法であって、発酵を制御する工程が工程（A）～（C）を含む方法であってもよい。
　工程（A）～（C）を、それぞれ、「検出工程」、「算出工程」、および「制御工程」ともいう。工程（A）～（C）は、それぞれ、例えば、手段（A）～（C）を利用して実施できる。すなわち、工程（A）～（C）は、例えば、本発明の装置を利用して実施できる。工程（A）～（C）は、例えば、本発明の装置を利用して自動的に実施されてよい。工程（A）～（C）の実施態様については、手段（A）～（C）の記載を準用できる。
　本発明の方法は、発酵を実施する工程を含んでいてよい。同工程を、「発酵工程」ともいう。発泡の制御は、発酵時（具体的には、発酵工程中）に実施される。すなわち、工程（A）～（C）は、発酵時（具体的には、発酵工程中）に実施される。
　発泡の制御は、発酵工程の全期間において実施されてもよく、発酵工程の一部の期間にのみ実施されてもよい。すなわち、「発泡の制御が発酵時（具体的には、発酵工程中）に実施される」とは、発泡の制御が発酵工程の少なくとも一部の期間において実施されることを意味してよく、発泡の制御が発酵工程の全期間において実施されることを要しない。
　発泡の制御についての「発酵工程の一部の期間」は、所望の発酵成績が得られる限り、特に制限されない。発泡の制御についての「発酵工程の一部の期間」は、発酵スケール、微生物の種類、目的物質の種類、発酵工程の長さ等の諸条件に応じて適宜設定できる。発泡の制御についての「発酵工程の一部の期間」は、例えば、発酵工程の全期間の１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、または９９％以上の期間であってよい。
　発酵工程は、発酵により目的物質を生成する工程であってよい。発酵工程は、具体的には、目的物質生産能を有する微生物を培地で培養して目的物質を生成する工程であってよい。発酵工程は、より具体的には、目的物質生産能を有する微生物を培地で培養して目的物質を発酵液中（例えば、培地中、菌体表層、菌体内、またはそれらの組み合わせ）に生成蓄積する工程であってもよい。発酵工程は、目的物質生産能を有する微生物が増殖する工程（以下、「増殖工程」ともいう）と目的物質が生成する工程（以下、「目的物質生成工程」ともいう）を含んでいてよい。増殖工程と目的物質生成工程は、一部または全部が同時に進行してもよく、別個に進行してもよい。例えば、十分に増殖工程を実施してから目的物質生成工程を開始してもよい。発泡制御は、増殖工程と目的物質生成工程の一方または両方において実施されてよい。発泡制御は、少なくとも増殖工程に実施されてもよく、少なくとも目的物質生成工程において実施されてもよい。発泡制御は、特に、少なくとも目的物質生成工程において実施されてよい。
　本発明の方法を利用して発酵を実施することにより、目的物質を製造することができる。すなわち、本発明の方法は、目的物質を製造する方法であってよい。本発明の方法は、具体的には、発酵により目的物質を製造する方法であってもよい。本発明の方法は、より具体的には、発酵を制御しつつ目的物質を製造する方法であってもよい。本発明の方法は、より具体的には、発酵時の発泡を制御しつつ目的物質を製造する方法であってもよい。
　「目的物質生産能を有する微生物」とは、培地で培養したときに、目的物質を生産し、回収できる程度に発酵液中（例えば、培地中、菌体表層、菌体内、またはそれらの組み合わせ）に蓄積することができる微生物を意味してよい。目的物質生産能を有する微生物は、例えば、0.01 g/L以上、0.05 g/L以上、0.1 g/L以上、0.5 g/L以上、または1.0 g/L以上の量の目的物質を発酵液中に蓄積することができてもよい。微生物は、１種の目的物質の生産能のみを有していてもよく、２種またはそれ以上の目的物質の生産能を有していてもよい。
　目的物質は、微生物の培養により生産できるものであれば特に制限されない。目的物質としては、アミノ酸、核酸、有機酸、タンパク質、ビタミン、アスパルテーム等の有機化合物が挙げられる。目的物質としては、特に、アミノ酸が挙げられる。
　アミノ酸としては、Ｌ－アミノ酸が挙げられる。Ｌ－アミノ酸としては、Ｌ－リジン、Ｌ－オルニチン、Ｌ－アルギニン、Ｌ－ヒスチジン、Ｌ－シトルリン等の塩基性アミノ酸、Ｌ－イソロイシン、Ｌ－アラニン、Ｌ－バリン、Ｌ－ロイシン、グリシン等の脂肪族アミノ酸、Ｌ－スレオニン、Ｌ－セリン等のヒドロキシモノアミノカルボン酸であるアミノ酸、Ｌ－プロリン等の環式アミノ酸、Ｌ－フェニルアラニン、Ｌ－チロシン、Ｌ－トリプトファン等の芳香族アミノ酸、Ｌ－システイン、Ｌ－シスチン、Ｌ－メチオニン等の含硫アミノ酸、Ｌ－グルタミン酸、Ｌ－アスパラギン酸等の酸性アミノ酸、Ｌ－グルタミン、Ｌ－アスパラギン等の側鎖にアミド基を有するアミノ酸、L-DOPA（L-3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン）等のアミノ酸誘導体が挙げられる。Ｌ－アミノ酸としては、特に、Ｌ－アルギニンが挙げられる。
　核酸としては、プリン系物質が挙げられる。プリン系物質としては、プリンヌクレオシドおよびプリンヌクレオチドが挙げられる。プリンヌクレオシドとしては、イノシン、グアノシン、キサントシン、およびアデノシンが挙げられる。プリンヌクレオチドとしては、プリンヌクレオシドの５’－リン酸エステルが挙げられる。プリンヌクレオシドの５’－リン酸エステルとしては、イノシン酸（イノシン－５’－リン酸エステル；IMP）、グアニル酸（グアノシン－５’－リン酸エステル；GMP）、キサンチル酸（キサントシン－５’－リン酸エステル；XMP）、およびアデニル酸（アデノシン－５’－リン酸エステル；AMP）が挙げられる。プリン系物質としては、特に、イノシン、グアノシンが挙げられる。プリン系物質として、さらに特には、イノシンが挙げられる。
　有機酸としては、カルボン酸が挙げられる。カルボン酸としては、モノカルボン酸やジカルボン酸が挙げられる。モノカルボン酸としては、炭素数が３つから８つのモノカルボン酸（Ｃ3－Ｃ8モノカルボン酸）が挙げられる。モノカルボン酸として、具体的には、ピルビン酸が挙げられる。ジカルボン酸としては、炭素数が３つから８つのジカルボン酸（Ｃ3－Ｃ8ジカルボン酸）が挙げられる。ジカルボン酸として、具体的には、α－ケトグルタル酸（α－ＫＧ；別名２－オキソグルタル酸）、リンゴ酸、フマル酸、コハク酸、イタコン酸、マロン酸、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸が挙げられる。
　ビタミンとしては、ビタミンB1、B2、B6、B12等のビタミンB；ビタミンK2等のビタミンK；ビタミンC；パントテン酸；ビオチンが挙げられる。ビタミンとしては、特に、ビタミンK2が挙げられる。
　タンパク質としては、微生物を宿主として発現可能な任意のタンパク質が挙げられる。タンパク質は、宿主由来のタンパク質であってもよく、異種由来のタンパク質（異種タンパク質）であってもよい。「異種タンパク質」（heterologous protein）とは、同タンパク質を生産する宿主（すなわち目的物質生産能を有する微生物）にとって外来性（exogenous）であるタンパク質をいう。タンパク質は、例えば、天然に存在するタンパク質であってもよく、それらを改変したタンパク質であってもよく、人工的にアミノ酸配列をデザインしたタンパク質であってもよい。タンパク質は、例えば、微生物由来のタンパク質であってもよく、植物由来のタンパク質であってもよく、動物由来のタンパク質であってもよく、ウイルス由来のタンパク質であってもよい。タンパク質は、単量体タンパク質であってもよく、多量体タンパク質であってもよい。タンパク質は、分泌性タンパク質であってもよく、非分泌性タンパク質であってもよい。なお、「タンパク質」には、オリゴペプチドやポリペプチド等の、ペプチドと呼ばれるものも包含される。また、ペプチドとして、PGA（γ-ポリグルタミン酸）やγ－グルタミルシステイニルグリシン（グルタチオン、GSH）などが挙げられる。
　タンパク質として、具体的には、酵素、生理活性タンパク質、抗体関連分子、レセプタータンパク質、抗原タンパク質、その他のタンパク質が挙げられる。
　酵素としては、セルラーゼ、キシラナーゼ、トランスグルタミナーゼ、プロテイングルタミナーゼ、プロテインアスパラギナーゼ、イソマルトデキストラナーゼ、プロテアーゼ、エンドペプチダーゼ、エキソペプチダーゼ、アミノペプチダーゼ、カルボキシペプチダーゼ、コラゲナーゼ、キチナーゼ、γ－グルタミルバリン合成酵素、グルタミン酸－システインリガーゼ、グルタチオン合成酵素などが挙げられる。
　生理活性タンパク質としては、成長因子（増殖因子）、ホルモン、サイトカイン、抗体関連分子が挙げられる。
　成長因子（増殖因子）としては、上皮成長因子（Epidermal growth factor；EGF）、インスリン様成長因子-1（Insulin-like growth factor-1；IGF-1）、トランスフォーミング成長因子（Transforming growth factor；TGF）、神経成長因子（Nerve growth factor；NGF）、脳由来神経栄養因子（Brain-derived neurotrophic factor；BDNF）、血管内皮細胞増殖因子（Vascular endothelial growth factor；VEGF）、顆粒球コロニー刺激因子（Granulocyte-colony stimulating factor；G-CSF）、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（Granulocyte-macrophage-colony stimulating factor；GM-CSF）、血小板由来成長因子（Platelet-derived growth factor；PDGF）、エリスロポエチン（Erythropoietin；EPO）、トロンボポエチン（Thrombopoietin；TPO）、酸性線維芽細胞増殖因子（acidic fibroblast growth factor；aFGFまたはFGF1）、塩基性線維芽細胞増殖因子（basic fibroblast growth factor；bFGFまたはFGF2）、角質細胞増殖因子（keratinocyte growth factor；KGF-1またはFGF7, KGF-2またはFGF10）、肝細胞増殖因子（Hepatocyte growth factor；HGF）が挙げられる。
　ホルモンとしては、インスリン、グルカゴン、ソマトスタチン（somatostatin）、ヒト成長ホルモン（human growth hormone；hGH）、副甲状腺ホルモン（parathyroid hormone；PTH）、カルシトニン（calcitonin）、エキセナチド（exenatide）が挙げられる。
　サイトカインとしては、インターロイキン、インターフェロン、腫瘍壊死因子（Tumor Necrosis Factor；TNF）が挙げられる。
　また、生理活性タンパク質は、タンパク質全体であってもよく、その一部であってもよい。タンパク質の一部としては、例えば、生理活性を有する部分が挙げられる。生理活性を有する部分として、具体的には、例えば、副甲状腺ホルモン（parathyroid hormone；PTH）の成熟体のN末端３４アミノ酸残基からなる生理活性ペプチドTeriparatideが挙げられる。
　「抗体関連分子」とは、完全抗体を構成するドメインから選択される単一のドメインまたは２もしくはそれ以上のドメインの組合せからなる分子種を含むタンパク質を意味してよい。完全抗体を構成するドメインとしては、重鎖のドメインであるVH、CH1、CH2、およびCH3、ならびに軽鎖のドメインであるVLおよびCLが挙げられる。抗体関連分子は、上述の分子種を含む限り、単量体タンパク質であってもよく、多量体タンパク質であってもよい。なお、抗体関連分子が多量体タンパク質である場合には、単一の種類のサブユニットからなるホモ多量体であってもよく、２またはそれ以上の種類のサブユニットからなるヘテロ多量体であってもよい。抗体関連分子として、具体的には、完全抗体、Fab、F(ab’)、F(ab’)2、Fc、重鎖（Ｈ鎖）と軽鎖（Ｌ鎖）からなる二量体、Fc融合タンパク質、重鎖（Ｈ鎖）、軽鎖（Ｌ鎖）、単鎖Fv（scFv）、sc(Fv)2、ジスルフィド結合Fv（sdFv）、diabody、VHHフラグメント（nanobody（登録商標））が挙げられる。抗体関連分子として、より具体的には、トラスツズマブが挙げられる。
　レセプタータンパク質としては、生理活性タンパク質やその他の生理活性物質に対するレセプタータンパク質が挙げられる。その他の生理活性物質としては、ドーパミン等の神経伝達物質が挙げられる。なお、レセプタータンパク質は、対応するリガンドが知られていないオーファン受容体であってもよい。
　抗原タンパク質は、免疫応答を惹起できるものであれば特に制限されない。抗原タンパク質は、例えば、想定する免疫応答の対象に応じて適宜選択できる。抗原タンパク質は、例えば、ワクチンとして使用することができる。
　その他のタンパク質としては、Liver-type fatty acid-binding protein（LFABP）、蛍光タンパク質、イムノグロブリン結合タンパク質、アルブミン、フィブロイン様タンパク質、細胞外タンパク質が挙げられる。蛍光タンパク質としては、Green Fluorescent Protein（GFP）が挙げられる。イムノグロブリン結合タンパク質としては、Protein A、Protein G、Protein Lが挙げられる。アルブミンとしては、ヒト血清アルブミンが挙げられる。フィブロイン様タンパク質としては、WO2017/090665やWO2017/171001に開示されたものが挙げられる。細胞外タンパク質としては、フィブロネクチン、ビトロネクチン、コラーゲン、オステオポンチン、ラミニン、それらの部分配列が挙げられる。部分配列としては、ラミニンのE8断片であるラミニンE8が挙げられる。
　目的物質が塩の形態を取り得る化合物である場合、目的物質は、フリー体として生産されてもよく、塩として生産されてもよく、それらの混合物として生産されてもよい。すなわち、「目的物質」とは、特記しない限り、フリー体の目的物質、もしくはその塩、またはそれらの混合物を意味してよい。塩としては、例えば、硫酸塩、塩酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が挙げられる。目的物質の塩としては、１種の塩を採用してもよく、２種またはそれ以上の塩を組み合わせて採用してもよい。
　目的物質生産菌は、本来的に目的物質生産能を有するものであってもよく、目的物質生産能を有するように改変されたものであってもよい。目的物質生産菌は、例えば、下記のような微生物に目的物質生産能を付与することにより、または、下記のような微生物の目的物質生産能を増強することにより、取得できる。
　目的物質生産菌またはそれを構築するための親株として用いられる微生物は、特に制限されない。微生物としては、細菌や酵母が挙げられる。微生物としては、特に、細菌が挙げられる。
　細菌としては、腸内細菌科（Enterobacteriaceae）に属する細菌、バチルス（Bacillus）属細菌、コリネ型細菌が挙げられる。
　腸内細菌科に属する細菌としては、エシェリヒア（Escherichia）属、エンテロバクター（Enterobacter）属、パントエア（Pantoea）属、クレブシエラ（Klebsiella）属、セラチア（Serratia）属、エルビニア（Erwinia）属、フォトラブダス（Photorhabdus）属、プロビデンシア（Providencia）属、サルモネラ（Salmonella）属、モルガネラ（Morganella）等の属に属する細菌が挙げられる。具体的には、NCBI（National Center for Biotechnology Information）のデータベース（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=91347）で用いられている分類法により腸内細菌科に分類されている細菌を用いることができる。
　エシェリヒア属細菌としては、特に制限されないが、微生物学の専門家に知られている分類によりエシェリヒア属に分類されている細菌が挙げられる。エシェリヒア属細菌としては、例えば、Neidhardtらの著書（Backmann, B. J. 1996. Derivations and Genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K-12, p. 2460-2488. Table 1. In F. D. Neidhardt (ed.), Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology/Second Edition, American Society for Microbiology Press, Washington, D.C.）に記載されたものが挙げられる。エシェリヒア属細菌としては、例えば、エシェリヒア・コリ（Escherichia coli）が挙げられる。エシェリヒア・コリとして、具体的には、例えば、W3110株（ATCC 27325）やMG1655株（ATCC 47076）等のエシェリヒア・コリK-12株；エシェリヒア・コリK5株（ATCC 23506）；BL21(DE3)株等のエシェリヒア・コリB株；およびそれらの派生株が挙げられる。
　エンテロバクター属細菌としては、特に制限されないが、微生物学の専門家に知られている分類によりエンテロバクター属に分類されている細菌が挙げられる。エンテロバクター属細菌としては、例えば、エンテロバクター・アグロメランス（Enterobacter agglomerans）やエンテロバクター・アエロゲネス（Enterobacter aerogenes）が挙げられる。エンテロバクター・アグロメランスとして、具体的には、例えば、エンテロバクター・アグロメランスATCC12287株が挙げられる。エンテロバクター・アエロゲネスとして、具体的には、例えば、エンテロバクター・アエロゲネスATCC13048株、NBRC12010株（Biotechonol Bioeng. 2007 Mar 27; 98(2) 340-348）、AJ110637株（FERM BP-10955）が挙げられる。また、エンテロバクター属細菌としては、例えば、欧州特許出願公開EP0952221号明細書に記載されたものが挙げられる。なお、Enterobacter agglomeransには、Pantoea agglomeransと分類されているものも存在する。
　パントエア属細菌としては、特に制限されないが、微生物学の専門家に知られている分類によりパントエア属に分類されている細菌が挙げられる。パントエア属細菌としては、例えば、パントエア・アナナティス（Pantoea ananatis）、パントエア・スチューアルティ（Pantoea stewartii）、パントエア・アグロメランス（Pantoea agglomerans）、パントエア・シトレア（Pantoea citrea）が挙げられる。パントエア・アナナティスとして、具体的には、例えば、パントエア・アナナティスLMG20103株、AJ13355株（FERM BP-6614）、AJ13356株（FERM BP-6615）、AJ13601株（FERM BP-7207）、SC17株（FERM BP-11091）、SC17(0)株（VKPM B-9246）、及びSC17sucA株（FERM BP-8646）が挙げられる。なお、エンテロバクター属細菌やエルビニア属細菌には、パントエア属に再分類されたものもある（Int. J. Syst. Bacteriol., 39, 337-345 (1989); Int. J. Syst. Bacteriol., 43, 162-173 (1993)）。例えば、エンテロバクター・アグロメランスのある種のものは、最近、16S rRNAの塩基配列分析等に基づき、パントエア・アグロメランス、パントエア・アナナティス、パントエア・ステワルティイ等に再分類された（Int. J. Syst. Bacteriol., 39, 337-345 (1989)）。パントエア属細菌には、このようにパントエア属に再分類された細菌も包含されてよい。
　エルビニア属細菌としては、エルビニア・アミロボーラ（Erwinia amylovora）、エルビニア・カロトボーラ（Erwinia carotovora）が挙げられる。クレブシエラ属細菌としては、クレブシエラ・プランティコーラ（Klebsiella planticola）が挙げられる。
　バチルス属細菌としては、特に制限されないが、微生物学の専門家に知られている分類によりバチルス属に分類される細菌が挙げられる。バチルス属細菌としては、例えば、バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）、バチルス・アミロリケファシエンス（Bacillus amyloliquefaciens）、バチルス・プミルス（Bacillus pumilus）、バチルス・リケニフォルミス（Bacillus licheniformis）、バチルス・メガテリウム（Bacillus megaterium）、バチルス・ブレビス（Bacillus brevis）、バチルス・ポリミキサ（Bacillus polymixa）、バチルス・ステアロサーモフィラス（Bacillus stearothermophilus）、バチルス・ベルエゼンシス（Bacillus velezensis）が挙げられる。バチルス・サブチリスとして、具体的には、例えば、バチルス・サブチリス168 Marburg株（ATCC 6051）やバチルス・サブチリスPY79株（Plasmid, 1984, 12, 1-9）が挙げられる。バチルス・アミロリケファシエンスとして、具体的には、例えば、バチルス・アミロリケファシエンスT株（ATCC 23842）やバチルス・アミロリケファシエンスN株（ATCC 23845）が挙げられる。
　コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム（Corynebacterium）属、ブレビバクテリウム（Brevibacterium）属、およびミクロバクテリウム（Microbacterium）属等の属に属する細菌が挙げられる。
　コリネ型細菌としては、具体的には、下記のような種が挙げられる。
コリネバクテリウム・アセトアシドフィラム（Corynebacterium acetoacidophilum）
コリネバクテリウム・アセトグルタミカム（Corynebacterium acetoglutamicum）
コリネバクテリウム・アルカノリティカム（Corynebacterium alkanolyticum）
コリネバクテリウム・カルナエ（Corynebacterium callunae）
コリネバクテリウム・カセイ（Corynebacterium casei）
コリネバクテリウム・クレナタム（Corynebacterium crenatum）
コリネバクテリウム・フラベセンス（Corynebacterium flavescens）
コリネバクテリウム・グルタミカム（Corynebacterium glutamicum）
コリネバクテリウム・リリウム（Corynebacterium lilium）
コリネバクテリウム・メラセコーラ（Corynebacterium melassecola）
コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス（コリネバクテリウム・エフィシエンス）（Corynebacterium thermoaminogenes (Corynebacterium efficiens)）
コリネバクテリウム・ハーキュリス（Corynebacterium herculis）
ブレビバクテリウム・カセイ（Brevibacterium casei）
ブレビバクテリウム・ディバリカタム（コリネバクテリウム・グルタミカム）（Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum)）
ブレビバクテリウム・フラバム（コリネバクテリウム・グルタミカム）（Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum)）
ブレビバクテリウム・イマリオフィラム（Brevibacterium immariophilum）
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム（コリネバクテリウム・グルタミカム）（Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum)）
ブレビバクテリウム・ロゼウム（Brevibacterium roseum）
ブレビバクテリウム・サッカロリティカム（Brevibacterium saccharolyticum）
ブレビバクテリウム・チオゲニタリス（Brevibacterium thiogenitalis）
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス（コリネバクテリウム・スタティオニス）（Corynebacterium ammoniagenes (Corynebacterium stationis)）
ブレビバクテリウム・アルバム（Brevibacterium album）
ブレビバクテリウム・セリナム（Brevibacterium cerinum）
ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム（Microbacterium ammoniaphilum）
　コリネ型細菌としては、具体的には、下記のような菌株が挙げられる。
Corynebacterium acetoacidophilum ATCC 13870
Corynebacterium acetoglutamicum ATCC 15806
Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511
Corynebacterium callunae ATCC 15991
Corynebacterium casei JCM 12072
Corynebacterium crenatum AS1.542
Corynebacterium flavescens ATCC 10340
Corynebacterium glutamicum ATCC 13020, ATCC 13032, ATCC 13060, ATCC 13869, FERM BP-734
Corynebacterium lilium ATCC 15990
Corynebacterium melassecola ATCC 17965
Corynebacterium efficiens (Corynebacterium thermoaminogenes) AJ12340 (FERM BP-1539)
Corynebacterium herculis ATCC 13868
Brevibacterium casei ATCC 35513
Brevibacterium divaricatum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 14020
Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 13826, ATCC 14067, AJ12418 (FERM BP-2205)
Brevibacterium immariophilum ATCC 14068
Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum) ATCC 13869
Brevibacterium roseum ATCC 13825
Brevibacterium saccharolyticum ATCC 14066
Brevibacterium thiogenitalis ATCC 19240
Corynebacterium ammoniagenes (Corynebacterium stationis) ATCC 6871, ATCC 6872
Brevibacterium album ATCC 15111
Brevibacterium cerinum ATCC 15112
Microbacterium ammoniaphilum ATCC 15354
　なお、コリネバクテリウム属細菌には、従来ブレビバクテリウム属に分類されていたが、現在コリネバクテリウム属に統合された細菌（Int. J. Syst. Bacteriol., 41, 255(1991)）も含まれる。また、コリネバクテリウム・スタティオニスには、従来コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに分類されていたが、16S rRNAの塩基配列解析等によりコリネバクテリウム・スタティオニスに再分類された細菌も含まれる（Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 60, 874-879(2010)）。
　酵母は出芽酵母であってもよく、分裂酵母であってもよい。酵母は、一倍体の酵母であってもよく、二倍体またはそれ以上の倍数性の酵母であってもよい。酵母としては、サッカロマイセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）等のサッカロマイセス属酵母、ピチア・シフェリイ（Pichia ciferrii）、ピチア・シドウィオラム（Pichia sydowiorum）、ピチア・パストリス（Pichia pastoris）等のピヒア属（ウィッカーハモマイセス（Wickerhamomyces）属ともいう）酵母、キャンディダ・ユティリス（Candida utilis）等のキャンディダ属酵母、ハンゼヌラ・ポリモルファ（Hansenula polymorpha）等のハンゼヌラ属酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ（Schizosaccharomyces pombe）等のシゾサッカロマイセス属酵母が挙げられる。
　これらの菌株は、例えば、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション（住所12301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852 P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America）より分譲を受けることが出来る。すなわち各菌株に対応する登録番号が付与されており、この登録番号を利用して分譲を受けることが出来る（http://www.atcc.org/参照）。各菌株に対応する登録番号は、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションのカタログに記載されている。また、これらの菌株は、例えば、各菌株が寄託された寄託機関から入手することができる。
　目的物質生産能を付与または増強する方法は、特に制限されない。目的物質生産能を付与または増強する方法としては、例えば、公知の方法を利用できる。Ｌ－アミノ酸の生産能を付与または増強する方法は、例えば、WO2015/060391やWO2018/030507に開示されている。核酸の生産能を付与または増強する方法は、例えば、WO2015/060391に開示されている。有機酸の生産能を付与または増強する方法は、例えば、WO2016/104814に開示されている。タンパク質の生産能を付与または増強する方法は、例えば、WO2018/074578やWO2018/074579に開示されている。
　以下、目的物質生産能を付与または増強する方法について具体的に例示する。なお、以下に例示するような目的物質生産能を付与または増強するための改変は、いずれも、単独で用いてもよく、適宜組み合わせて用いてもよい。
　目的物質は、目的物質の生合成に関与する酵素の作用により生成し得る。そのような酵素を、「目的物質生合成酵素」ともいう。よって、微生物は、目的物質生合成酵素を有していてよい。言い換えると、微生物は、目的物質生合成酵素をコードする遺伝子を有していてよい。そのような遺伝子を、「目的物質生合成遺伝子」ともいう。微生物は、本来的に目的物質生合成遺伝子を有するものであってもよく、目的物質生合成遺伝子が導入されたものであってもよい。遺伝子を導入する手法は、例えば、上記のような目的物質生産能を付与または増強する方法に係る文献に開示されている。
　また、目的物質生合成酵素の活性の増大により、微生物の目的物質生産能を向上させることができる。すなわち、目的物質生産能を付与または増強するための方法としては、目的物質生合成酵素の活性を増大させる方法が挙げられる。すなわち、微生物は、目的物質生合成酵素の活性が増大するように改変されていてよい。微生物においては、１種の目的物質生合成酵素の活性が増大していてもよく、２種またはそれ以上の目的物質生合成酵素の活性が増大していてもよい。タンパク質（酵素等）の活性を増大させる手法は、例えば、上記のような目的物質生産能を付与または増強する方法に係る文献に開示されている。タンパク質（酵素等）の活性は、例えば、同タンパク質をコードする遺伝子の発現を増大させることにより、増大させることができる。
　目的物質生合成遺伝子および目的物質生合成酵素としては、上記例示した微生物等の各種生物のものが挙げられる。目的物質生合成遺伝子および目的物質生合成酵素として、具体的には、腸内細菌科（Enterobacteriaceae）の細菌（例えば、E. coli等のEscherichia属細菌）やコリネ型細菌（例えば、C. glutamicum等のCorynebacterium属細菌）のものが挙げられる。また、目的物質生合成遺伝子および目的物質生合成酵素としては、以下に個別に例示する生物のものも挙げられる。各種生物由来の目的物質生合成遺伝子の塩基配列およびそれらにコードされる目的物質生合成酵素のアミノ酸配列は、例えば、NCBI等の公開データベースや特許文献等の技術文献から取得できる。目的物質生合成遺伝子および目的物質生合成酵素以外の、目的物質生産能の付与または増強に利用される遺伝子およびタンパク質についても同様である。
　また、目的物質生産能を付与または増強するための方法としては、目的物質以外の物質の副生に関与する酵素の活性を低下させる方法が挙げられる。そのような目的物質以外の物質を、「副生物」ともいう。そのような酵素を、「副生物生成酵素」ともいう。副生物生成酵素としては、例えば、目的物質の資化に関与する酵素や、目的物質の生合成経路から分岐して目的物質以外の物質を生成する反応を触媒する酵素が挙げられる。タンパク質（酵素等）の活性を低下させる手法は、例えば、上記のような目的物質生産能を付与または増強する方法に係る文献に開示されている。タンパク質（酵素等）の活性は、例えば、同タンパク質をコードする遺伝子を破壊等することにより、低下させることができる。
　目的物質が遺伝子の発現産物（例えば、タンパク質）である場合、目的物質生産菌は、少なくとも目的物質をコードする遺伝子を有することに依拠して目的物質生産能を有する。目的物質をコードする遺伝子を、「目的物質遺伝子」ともいう。すなわち、微生物は、目的物質遺伝子を有していてよい。微生物は、例えば、目的物質遺伝子を有することにより、あるいは目的物質遺伝子を有することと他の性質との組み合わせにより、目的タンパク質生産能を有していてよい。また、目的物質生産能を付与または増強する方法としては、目的物質遺伝子を微生物に導入する方法が挙げられる。
　タンパク質は、例えば、菌体外（例えば、培地中または菌体表層）に分泌生産されてもよく、菌体内に蓄積してもよい。例えば、シグナルペプチドを利用することにより、タンパク質を分泌生産することができる。目的のタンパク質をコードする遺伝子（目的タンパク質遺伝子）は、発現可能に宿主に保持されていればよい。具体的には、例えば、５’から３’方向に宿主で機能するプロモーター配列、宿主で機能するシグナルペプチドをコードする塩基配列、および目的のタンパク質をコードする塩基配列を含むタンパク質の発現ユニットを宿主に保持させ、目的のタンパク質を発現することにより、目的のタンパク質を分泌生産することができる。目的のタンパク質をコードする塩基配列は、シグナルペプチドをコードする塩基配列の下流に、シグナルペプチドとの融合タンパク質として目的のタンパク質が発現するよう連結されていればよい。すなわち、目的タンパク質遺伝子としては、このような融合タンパク質をコードする遺伝子も挙げられる。タンパク質の分泌生産には、例えば、コリネ型細菌を宿主として用いることができる。タンパク質の分泌生産に用いるコリネ型細菌としては、例えば、細胞表層タンパク質の活性が低下した株が挙げられる。そのような株としては、C. glutamicum AJ12036 (FERM BP-734) の細胞表層タンパク質PS2の欠損株であるC. glutamicum YDK010株（WO2004/029254）やその改変株が挙げられる。また、コリネ型細菌についてタンパク質の分泌生産能を付与または増強するための方法としては、細胞表層タンパク質の活性を低下させる方法（WO2013/065869、WO2013/065772、WO2013/118544、WO2013/062029）、ペニシリン結合タンパク質の活性を低下させる方法（WO2013/065869）、メタロペプチダーゼをコードする遺伝子の発現を増大させる方法（WO2013/065772）、変異型リボソームタンパク質S1遺伝子（変異型rpsA遺伝子）を有するように宿主を改変する方法（WO2013/118544）、変異型phoS遺伝子を有するように宿主を改変する方法（WO2016/171224）、RegX3タンパク質の活性を低下させる方法（WO2018/074578）、HrrSAシステムの活性を低下させる方法（WO2018/074579）、Gln-Glu-Thrを含むアミノ酸配列をシグナルペプチドと目的のタンパク質の間に挿入して目的のタンパク質を発現する方法（WO2013/062029）、Tat系分泌装置等のタンパク質の分泌系を増強する方法（特許第4730302号）が挙げられる。
　目的物質生産能を有する微生物の育種に使用される遺伝子およびタンパク質は、それぞれ、例えば、上記例示した塩基配列およびアミノ酸配列等の公知の塩基配列およびアミノ酸配列を有していてよい。また、目的物質生産能を有する微生物の育種に使用される遺伝子およびタンパク質は、それぞれ、上記例示した遺伝子およびタンパク質（例えば、上記例示した塩基配列およびアミノ酸配列等の公知の塩基配列およびアミノ酸配列を有する遺伝子およびタンパク質）の保存的バリアントであってもよい。具体的には、例えば、目的物質生産能を有する微生物の育種に使用される遺伝子は、元の機能（すなわち、酵素活性やトランスポーター活性等）が維持されている限り、上記例示したアミノ酸配列等の公知のアミノ酸配列において、１若しくは数個の位置での１又は数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び／又は付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。また、例えば、目的物質生産能を有する微生物の育種に使用される遺伝子は、元の機能が維持されている限り、上記例示したアミノ酸配列等の公知のアミノ酸配列全体に対して、例えば、50%以上、65%以上、80%以上、90%以上、95%以上、97%以上、または99%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。遺伝子およびタンパク質の保存的バリアントについては、糖資化遺伝子および糖資化タンパク質の保存的バリアントに関する記載を準用できる。
　使用する培地は、目的物質生産菌が増殖でき、目的物質が生産される限り、特に制限されない。培地としては、例えば、腸内細菌科の細菌やコリネ型細菌等の微生物の培養に用いられる通常の培地をそのまま、あるいは適宜改変して用いることができる。培地としては、例えば、炭素源、窒素源、リン酸源、硫黄源、その他の各種有機成分や無機成分から選択される成分を必要に応じて含有する培地を用いることができる。培地成分の種類や濃度は、使用する目的物質生産菌の種類や目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜設定してよい。
　炭素源として、具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、スクロース、ラクトース、ガラクトース、キシロース、アラビノース、廃糖蜜、澱粉加水分解物、バイオマスの加水分解物等の糖類、酢酸、フマル酸、クエン酸、コハク酸等の有機酸類、グリセロール、粗グリセロール、エタノール等のアルコール類、脂肪酸類が挙げられる。なお、炭素源としては、植物由来原料を好適に用いることができる。植物としては、例えば、トウモロコシ、米、小麦、大豆、サトウキビ、ビート、綿が挙げられる。植物由来原料としては、例えば、根、茎、幹、枝、葉、花、種子等の器官、それらを含む植物体、それら植物器官の分解産物が挙げられる。植物由来原料の利用形態は特に制限されず、例えば、未加工品、絞り汁、粉砕物、精製物等のいずれの形態でも利用できる。また、キシロース等の５炭糖、グルコース等の６炭糖、またはそれらの混合物は、例えば、植物バイオマスから取得して利用できる。具体的には、これらの糖類は、植物バイオマスを、水蒸気処理、濃酸加水分解、希酸加水分解、セルラーゼ等の酵素による加水分解、アルカリ処理等の処理に供することにより取得できる。なお、ヘミセルロースは一般的にセルロースよりも加水分解されやすいため、植物バイオマス中のヘミセルロースを予め加水分解して五炭糖を遊離させ、次いで、セルロースを加水分解して六炭糖を生成してもよい。また、キシロースは、例えば、目的物質生産菌にグルコース等の六炭糖からキシロースへの変換経路を保有させて、六炭糖からの変換により供給してもよい。炭素源としては、１種の炭素源を用いてもよく、２種またはそれ以上の炭素源を組み合わせて用いてもよい。
　窒素源として、具体的には、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、大豆タンパク質分解物等の有機窒素源、アンモニア、ウレアが挙げられる。pH調整に用いられるアンモニアガスやアンモニア水を窒素源として利用してもよい。窒素源としては、１種の窒素源を用いてもよく、２種またはそれ以上の窒素源を組み合わせて用いてもよい。
　リン酸源として、具体的には、例えば、リン酸２水素カリウム、リン酸水素２カリウム等のリン酸塩、ピロリン酸等のリン酸ポリマーが挙げられる。リン酸源としては、１種のリン酸源を用いてもよく、２種またはそれ以上のリン酸源を組み合わせて用いてもよい。
　硫黄源として、具体的には、例えば、硫酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩等の無機硫黄化合物、システイン、シスチン、グルタチオン等の含硫アミノ酸が挙げられる。硫黄源としては、１種の硫黄源を用いてもよく、２種またはそれ以上の硫黄源を組み合わせて用いてもよい。
　その他の各種有機成分や無機成分として、具体的には、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類；鉄、マンガン、マグネシウム、カルシウム等の微量金属類；ビタミンB1、ビタミンB2、ビタミンB6、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、ビタミンB12等のビタミン類；アミノ酸類；核酸類；これらを含有するペプトン、カザミノ酸、酵母エキス、大豆タンパク質分解物等の有機成分が挙げられる。その他の各種有機成分や無機成分としては、１種の成分を用いてもよく、２種またはそれ以上の成分を組み合わせて用いてもよい。
　また、生育にアミノ酸などを要求する栄養要求性変異株を使用する場合には、培地に要求される栄養素を補添することが好ましい。
　また、培地中のビオチン量を制限することや、培地に界面活性剤またはペニシリンを添加することも好ましい。
　培養条件は、目的物質生産菌が増殖でき、目的物質が生産される限り、特に制限されない。培養条件としては、例えば、腸内細菌科の細菌やコリネ型細菌等の微生物の培養に用いられる通常の条件をそのまま、あるいは適宜改変して利用することができる。培養条件は、使用する目的物質生産菌の種類や目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜設定してよい。
　培養は、液体培地を用いて行うことができる。培養の際には、目的物質生産菌を寒天培地等の固体培地で培養したものを直接液体培地に接種してもよく、目的物質生産菌を液体培地で種培養したものを本培養用の液体培地に接種してもよい。すなわち、培養は、種培養と本培養とに分けて行われてもよい。その場合、種培養と本培養の培養条件は、同一であってもよく、そうでなくてもよい。培養開始時に培地に含有される目的物質生産菌の量は特に制限されない。本培養は、例えば、本培養の培地に、種培養液を1～50％（v/v）植菌することにより行ってよい。
　培養は、回分培養（batch culture）、流加培養（Fed-batch culture）、連続培養（continuous culture）、またはそれらの組み合わせにより実施することができる。なお、培養開始時の培地を、「初発培地」ともいう。また、流加培養または連続培養において培養系（発酵槽）に供給する培地を、「流加培地」ともいう。また、流加培養または連続培養において培養系に流加培地を供給することを、「流加」ともいう。なお、培養が種培養と本培養とに分けて行われる場合、例えば、種培養と本培養を、共に回分培養で行ってもよい。また、例えば、種培養を回分培養で行い、本培養を流加培養または連続培養で行ってもよい。
　各培地成分は、初発培地、流加培地、またはその両方に含有されていてよい。初発培地に含有される成分の種類は、流加培地に含有される成分の種類と、同一であってもよく、そうでなくてもよい。また、初発培地に含有される各成分の濃度は、流加培地に含有される各成分の濃度と、同一であってもよく、そうでなくてもよい。また、含有する成分の種類および／または濃度の異なる２種またはそれ以上の流加培地を用いてもよい。例えば、複数回の流加が間欠的に行われる場合、各回の流加培地に含有される成分の種類および／または濃度は、同一であってもよく、そうでなくてもよい。
　培地中の炭素源の濃度は、目的物質生産菌が増殖でき、目的物質が生産される限り、特に制限されない。培地中の炭素源の濃度は、例えば、目的物質の生産が阻害されない範囲で可能な限り高くしてよい。培地中の炭素源の濃度は、例えば、初発濃度（初発培地中の濃度）として、１～３０w/v%、好ましくは３～１０w/v%であってよい。また、適宜、炭素源を追加で培地に添加してもよい。例えば、発酵の進行に伴う炭素源の消費に応じて、炭素源を追加で培地に添加してもよい。
　培養は、例えば、好気条件で実施してもよく、微好気条件で実施してもよく、嫌気条件で実施してもよい。培養は、特に、好気条件で実施してもよい。培養を好気条件、微好気条件、および嫌気条件で実施することを、それぞれ、「培養を好気的に実施する」、「培養を微好気的に実施する」、および「培養を嫌気的に実施する」ともいう。好気条件、微好気条件、および嫌気条件で実施する培養を、それぞれ、「好気培養」、「微好気培養」、および「嫌気培養」ともいう。好気条件とは、液体培地中の溶存酸素濃度が、酸素膜電極による検出限界である0.33 ppm以上であることをいい、好ましくは1.5 ppm以上であることであってよい。好気条件における液体培地中の溶存酸素濃度は、例えば、飽和溶存酸素濃度を100％とする相対値として、1～50％、好ましくは3～10％程度に制御されてもよい。微好気条件とは、培養系に酸素が供給されているが、液体培地中の溶存酸素濃度が0.33 ppm未満であることをいう。嫌気条件とは、培養系に酸素が供給されない条件をいう。培養は、具体的には、通気、振盪、撹拌、またはそれらの組み合わせを利用して実施することができる。培養は、特に、通気を利用して実施されてよい。また、培養は、特に、通気と撹拌を利用して実施されてよい。通気、振盪、および撹拌を利用する培養を、それぞれ、「通気培養」、「振盪培養」、および「撹拌培養」ともいう。「通気培養」とは、少なくとも通気を利用する培養（すなわち、少なくとも通気しながら実施する培養）を意味し、振盪や撹拌等の他の手段と併用する場合も包含する。「通気」とは、気体を培地に供給することをいう。通気に利用される気体としては、酸素、二酸化炭素、窒素、それらの１種またはそれ以上を含有する混合ガスが挙げられる。通気に利用される気体としては、特に、酸素、二酸化炭素、それらの１種またはそれ以上を含有する混合ガスが挙げられる。通気に利用される気体として、さらに特には、酸素またはそれを含有する混合ガスが挙げられる。酸素またはそれを含有する混合ガスを利用した通気培養により、例えば、培養を好気条件で実施することができる。上記のような混合ガス（例えば、酸素を含有する混合ガス）としては、空気が挙げられる。培地のpHは、例えば、pH3～10、好ましくはpH4.0～9.5であってよい。培養中、必要に応じて培地のpHを調整することができる。培地のpHは、アンモニアガス、アンモニア水、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の各種アルカリ性または酸性物質を用いて調整することができる。培養温度は、例えば、20～40℃、好ましくは25℃～37℃であってよい。培養期間は、例えば、10時間～200時間であってよい。培養は、例えば、培地中の炭素源が消費されるまで、あるいは目的物質生産菌の活性がなくなるまで、継続してもよい。このような条件下で目的物質生産菌を培養することにより、目的物質を含有する発酵液が得られる。
　また、塩基性アミノ酸を製造する場合、発酵工程は、重炭酸イオン及び／又は炭酸イオンが塩基性アミノ酸のカウンタイオンとなるように実施してもよい。そのような発酵形態を「炭酸塩発酵」ともいう。炭酸塩発酵によれば、塩基性アミノ酸のカウンタイオンとして従来利用されていた硫酸イオン及び／又は塩化物イオンの使用量を削減しつつ、塩基性アミノ酸を発酵生産することができる。炭酸塩発酵は、例えば、US2002-025564A、EP1813677A、特開2002-65287に記載されているように実施することができる。
　このような条件下で微生物を培養することにより、目的物質が生成する、すなわち、目的物質を含有する発酵液が得られる。目的物質は、具体的には、例えば、培地中、菌体表層、菌体内、またはそれらの組み合わせに蓄積してよい。目的物質は、特に、培地中に蓄積してよい。
　目的物質が生成したことは、化合物の検出または同定に用いられる公知の手法により確認することができる。そのような手法としては、例えば、HPLC、UPLC、LC/MS、GC/MS、NMRが挙げられる。これらの手法は、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることができる。これらの手法は、培地中に存在する各種成分の濃度を決定するためにも用いることができる。
　生成した目的物質は、適宜回収することができる。すなわち、本発明の方法は、さらに、目的物質を回収する工程を含んでいてよい。同工程を、「回収工程」ともいう。目的物質は、目的物質を含有する適当な画分として回収することができる。そのような画分としては、例えば、培養物、培養上清、菌体、菌体処理物（破砕物、溶解物、抽出物（無細胞抽出液）等）が挙げられる。菌体は、例えば、アクリルアミドやカラギーナン等の担体で固定化した固定化菌体の形態で提供されてもよい。目的物質は、上記のような画分からさらに分離精製されてもよい。すなわち、回収工程は、例えば、発酵液から目的物質を含有する画分を回収する工程であってもよく、発酵液から、具体的には培地、菌体表層、菌体、またはそれらの組み合わせ等の目的物質を含有する画分から、目的物質を回収する工程であってもよい。回収される目的物質の態様は、例えば、目的物質の種類や用途等の諸条件に応じて、適宜選択できる。目的物質の回収は、化合物の分離精製に用いられる公知の手法により行うことができる。そのような手法としては、例えば、イオン交換樹脂法、膜処理法、沈殿法、抽出法、蒸留法、および晶析法が挙げられる。目的物質を回収する手法は、目的物質の種類等の諸条件に応じて適宜選択できる。これらの手法は、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることができる。
　また、目的物質が培地中に析出する場合、目的物質は、例えば、遠心分離や濾過の固液分離手段により培地から回収することができる。また、培地中に析出した目的物質は、培地中に溶解している目的物質を晶析した後に、併せて単離してもよい。
　また、目的物質が菌体内に蓄積する場合、目的物質は、例えば、例えば、菌体を破砕、溶解、または抽出等の処理に供した後、処理物から回収することができる。具体的には、例えば、処理物から遠心分離や濾過等の固液分離手段によって固形分を除去し、得られた上清から上記のような化合物の分離精製に用いられる手法により目的物質を回収することができる。菌体の破砕、溶解、または抽出等の処理は、公知の手法により行うことができる。そのような手法としては、例えば、超音波破砕、ダイノミル法、ビーズ破砕、フレンチプレス破砕、リゾチーム処理、界面活性剤処理、有機溶媒処理が挙げられる。
　尚、回収される目的物質は、目的物質以外に、例えば、微生物菌体、培地成分、水分、微生物の代謝副産物等の他の成分を含んでいてもよい。回収された目的物質の純度は、例えば、30％（w/w）以上、50％（w/w）以上、70％（w/w）以上、80％（w/w）以上、90％（w/w）以上、または95％（w/w）以上であってよい。
＜３＞本発明のプログラム
　本発明のプログラムは、本発明の方法に含まれる工程をコンピュータに実行させるプログラムである。
　すなわち、本発明においては、本発明の方法に含まれる工程をコンピュータが実行してもよい。コンピュータは、本発明の方法に含まれる工程の一部または全部を実行してよい。コンピュータは、例えば、工程（A）～（C）を実行してよい。
　コンピュータは、例えば、本発明の装置を利用して本発明の方法に含まれる工程を実行してよい。よって、本発明のプログラムは、例えば、本発明の方法に含まれる工程を本発明の装置に実行させるプログラムであってもよい。
　本発明のプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録され、提供されてよい。「コンピュータが読み取り可能な記録媒体」とは、データやプログラム等の情報が電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用等により蓄積され、さらに蓄積された情報をコンピュータから読み取ることのできる記録媒体をいう。そのような記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、メモリカード、ハードディスク、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＳＳＤが挙げられる。また、本発明のプログラムは、コンピュータにより実行される各ステップが別個のプログラムとして記録されていてもよい。
　以下、非限定的な実施例を参照して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例で通気した気体は、空気、または、空気と酸素の混合ガスである。
（１）ガスホールドアップ（ＧＨＵ）液面の位置の算出
　発酵槽に水を大容量または小容量入れて通気し、ＧＨＵの程度と通気量の関係を確認した。小容量は、大容量に対し55.6%(v/v)の量とした。その結果、ＧＨＵの程度は、通気量を変数とする１次式または２次式により算出できることが明らかとなった。
　具体的には、この発酵槽の場合、ＧＨＵの程度（ＧＨＵ[%]）は、実通気量（X [m3/min]）を変数として、下記式（I）または（II）で算出することができる。式（I）について、R2は0.5691であった。式（II）について、R2は0.9809であった。
　ＧＨＵ [%] = 0.1529X + 9.3937　・・・（I）
　ＧＨＵ [%] = 17.919+0.4X + (-0032)X^2　・・・（II）
　実通気量（X [Nm3/min]）は、通気量（すなわち、流量計で測定された通気量）を変数として、下記式（III）で算出することができる。
　X [Nm3/min] = (通気量[m3/min]*101.3*(273+温度[℃])/(101.3+内圧[kPa]+(液深[mm]/1000*0.0999)101.3/1.033)*273)　・・・（III）
（２）発泡の自動制御－１
　E. coliのＬ－アルギニン生産菌を通気撹拌培養により好気的に培養し、Ｌ－アルギニン発酵を実施した。培養中、泡面の位置をレーザーで測定した。レーザーによる測定は、発酵槽の上部に設けたガラス製の透過部（以下、「ルッキンググラス」ともいう）を介して実施した。また、培養中、（１）で決定した関係式（II）に従い、通気量に基づきＧＨＵ液面の位置を計算で求めた。泡面の位置とＧＨＵ液面の位置から泡層の厚みを算出した。
＜比較例＞
　比較例では、培養中、予め設定した量および頻度で消泡剤（Af）の添加を間欠的に実施した。消泡剤の添加量は１回当たり培養開始時の培地量に対して約２．１×１０－５％（ｖ／ｖ）とし、消泡剤の添加のタイムサイクルはＣＴ２２．３～３４．４％では３６００ｓｅｃ、ＣＴ３４．４～４６．４％では１８００ｓｅｃ、ＣＴ４６．４～６８．８％では６００ｓｅｃ、ＣＴ６８．８％～培養終了の期間では１００ｓｅｃとした。「ＣＴ」とは、培養時間を意味し、培養開始時を０％、培養終了時を１００％とする相対値として示す。
　結果を図１および２に示す。ＣＴ５６．７％～培養終了の期間において、泡層の厚みは２４．１％に達し、ＣＴ６８．８％以後は減少して１２．６％で安定した。泡層の厚みは、発酵槽内部高さを１００％とする相対値として示す（以下、同じ）。
＜試験例＞
　試験例１～３では、培養中、算出された泡層の厚みに応じて消泡剤（Af）の添加を自動制御した。なお、Ｌ－アルギニン生産の酸素消費量（酸素消費速度）のピークはＣＴ２５．８～４３．０％にあるため、自動制御の期間はＣＴ５６．７％以後とした。これは、消泡剤の添加の増大による酸素消費の増大を防止し、以て低溶存酸素濃度となることを防止するためである。消泡剤の添加量は１回当たり培養開始時の培地量に対して約２．１×１０－５％（ｖ／ｖ）とした。消泡剤の添加の制御は、泡層の厚みの上限値（以下、「ＳＶ」ともいう）を用いて実施した。ＳＶとしては、ＳＶ１とＳＶ２を用いた。ＳＶ１は、発酵槽内部高さを１００％とする相対値として、ＳＶ２の３．４％下に設定した。ＳＶ１による消泡剤の添加のタイムサイクルは、ＳＶ２による消泡剤の添加のタイムサイクルの２倍とした。ＳＶによる消泡剤の添加の制御は以下の通りである：泡層の厚みがＳＶ１を超えた場合、消泡剤を添加してＳＶ１のタイマーのカウントを開始し、ＳＶ１のタイマーがＳＶ１による消泡剤の添加のタイムサイクル（ここでは、ＳＶ２による消泡剤の添加のタイムサイクルの２倍）に到達する度に消泡剤をさらに添加する；ＳＶ１のタイマーのカウント中に泡層の厚みがＳＶ１未満となった場合はＳＶ１のタイマーのカウントをリセットし最初に戻る；ＳＶ１のタイマーのカウント中に泡層の厚みがＳＶ２を超えた場合、使用するＳＶをＳＶ２に切り替え、消泡剤を添加してＳＶ２のタイマーのカウントを開始し、ＳＶ２のタイマーがＳＶ２による消泡剤の添加のタイムサイクル（ここでは、後述するタイムサイクル）に到達する度に消泡剤をさらに添加する；ＳＶ２のタイマーのカウント中に泡層の厚みがＳＶ２未満となった場合はＳＶ２のタイマーのカウントをリセットし、使用するＳＶをＳＶ１に切り替える；以下、繰り返し。
　試験例１の結果を図３および４に示す。ＣＴ５６．７％での泡層の厚みは２１．５％であった。ＣＴ５６．７％に自動制御を開始し、ＳＶ２を１４０ｃｍ、消泡剤の添加のタイムサイクルを４００ｓｅｃに設定した。ＣＴ５８．４％での泡層の厚みは２０．６％であったため、４００ｓｅｃのタイムサイクルは不十分だと判断し、タイムサイクルを１００ｓｅｃに変更した。その結果、ＣＴ６４．１％では泡層の厚みは１６．０％未満に顕著に低下した。そこで、タイムサイクルを１５０ｓｅｃに変更したところ、泡層の厚みは１６．０％付近で安定した。ＣＴ６８．８％に、ＳＶ２を１２．６％に変更し、消泡剤の添加のタイムサイクルを５０ｓｅｃに変更した。ＣＴ７５．３％に、消泡剤の添加のタイムサイクルを３０ｓｅｃに変更した。ＣＴ７６．０％に、泡層がルッキンググラスに到達するのを防ぐため、ＳＶ２を１０．３％に変更し、消泡剤の添加のタイムサイクルを２０ｓｅｃに変更した。ＣＴ８６．８％に、ＳＶ２を１１．５％に変更した。ＣＴ９１．１％に泡層の厚みはＳＶ２の１１．５％に到達し、培養終了時までそのレベルに正確に制御された。以上より、比較例では泡層の厚みは厳密には制御できなかったのに対し、泡層の厚みに応じて消泡剤の添加を自動制御することにより泡層の厚みを厳密に制御できることが明らかとなった。
　試験例２の結果を図５および６に示す。ＣＴ５６．７％での泡層の厚みは２３．４％であった。ＣＴ５６．７％に自動制御を開始し、ＳＶ２を１７．２％、消泡剤の添加のタイムサイクルを４０ｓｅｃに設定した。その結果、泡層の厚みはしばしば１７．２％未満に低下したが、ＣＴ６５．７％以降は１７．２％付近で安定した。ＣＴ６８．８％に、ＳＶ２を１０．３％に変更し、消泡剤の添加のタイムサイクルは４０ｓｅｃのままとした。ＣＴ７２．２％に、ＳＶ２を１２．６％に変更した。その結果、泡層の厚みは増大し、ＣＴ７９．１％までそのレベルに制御された。ＣＴ７９．１％に、泡層がルッキンググラスに到達するのを防ぐため、ＳＶ２を８．０％に変更し、消泡剤の添加のタイムサイクルを１０ｓｅｃに変更した。以上より、試験例２でも、試験例１と同様、泡層の厚みに応じて消泡剤の添加を自動制御することにより泡層の厚みを厳密に制御できることが明らかとなった。
　試験例３の結果を図７および８に示す。ＣＴ５６．７％に自動制御を開始し、ＳＶ２を１３．７％、消泡剤の添加のタイムサイクルを４０ｓｅｃに設定した。その結果、泡層の厚みは所望のレベルに制御された。ＣＴ６８．８％に、泡層がルッキンググラスに到達するのを防ぐため、ＳＶ２を１１．５％に変更し、消泡剤の添加のタイムサイクルを２０ｓｅｃに変更した。その結果、泡層の厚みは所望のレベルに制御された。ＣＴ７５．３％に、泡層がルッキンググラスに到達するのを防ぐため、ＳＶ２を１０．３％に変更し、そのＣＴ０．５６％後に、ＳＶ２を９．２％に変更した。その結果、泡層の厚みは所望のレベルに制御された。以上より、試験例３でも、試験例１と同様、泡層の厚みに応じて消泡剤の添加を自動制御することにより泡層の厚みを厳密に制御できることが明らかとなった。
＜結果＞
　上述した通り、泡層の厚みに応じて消泡剤の添加を自動制御することにより泡層の厚みを制御できることが明らかとなった。試験例１～３の結果から、ＣＴ５６．７～６８．８％では、消泡剤の添加のタイムサイクルを４０ｓｅｃ程度に設定すれば、泡層の厚みを１３．７～１７．２％に制御するのに十分であることが明らかとなった。ＣＴ６８．８％以降では、消泡剤の添加のタイムサイクルは、目標とする泡層の厚みに応じて設定する必要があった。
　比較例および試験例の培養データを表１に示す。表中、データは、比較例のデータを１００％とする相対値として示す。本実施例では、発泡の自動制御の有効性を検証するため、試験例１～３の泡層の厚みを比較例より低いレベルに制御した。そのため、試験例１では、比較例よりも消泡剤の使用量が増大した。しかし、消泡剤の使用量が増大しても、酸素使用量は増大しなかった。これは、発泡の自動制御をＬ－アルギニン生産の酸素消費量（酸素消費速度）のピークを避けて実施したためだと考えられる。一方、試験例２と３では、比較例よりも消泡剤の使用量が減少した。また、本実施例の条件では、発泡の自動制御は、発酵成績（具体的には、収率）に影響しなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（３）発泡の自動制御－２
　上記（２）と同一の手順で、Ｌ－アルギニン発酵を実施し、培養中の泡層の厚みを算出した。
＜比較例＞
　比較例のＬ－アルギニン発酵は５バッチで実施し（n=5）、上記（２）の比較例と同一の条件で消泡剤を添加した。
＜試験例＞
　試験例のＬ－アルギニン発酵は５バッチで実施し（ｎ＝５；試験例１～５）、ＣＴ２２．０％以降に以下の条件で消泡剤を添加した。ＳＶによる消泡剤の添加の制御は上記（２）に記載の通りである。消泡剤の添加量は１回当たり培養開始時の培地量に対して約２．１×１０－５％（ｖ／ｖ）とした。
ＣＴ２１．４～５２．６％：ＳＶ１＝２７．５％、ＳＶ２＝２９．８％、ＳＶ１による消泡剤の添加のタイムサイクル＝６００ｓｅｃ、ＳＶ２による消泡剤の添加のタイムサイクル＝３００ｓｅｃ。
ＣＴ５２．６～６５．８％：タイムサイクル４００ｓｅｃで消泡剤を恒常添加。
ＣＴ６５．８％～培養終了：ＳＶ１＝１２．６％、ＳＶ２＝１４．９％、ＳＶ１による消泡剤の添加のタイムサイクル＝１００ｓｅｃ、ＳＶ２による消泡剤の添加のタイムサイクル＝４０ｓｅｃ。
＜結果＞
　比較例および試験例の培養データを表２に示す。表中、データは、比較例のデータの平均値を１００％とする相対値として示す。また、本実施例の条件では、発泡の自動制御は、発酵成績（具体的には、培養時間や収率）には影響しなかったが、酸素使用量、通気量、および消泡剤使用量の削減に寄与し、発酵における酸素の利用効率を向上させた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明によれば、発酵を制御することができる。

Claims (33)

  1. 　発酵を制御する装置であって、
    　下記手段（A）～（C）を備える、装置：
    （A）発酵時の泡面を非接触的に検出する手段；
    （B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する手段；
    （C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する手段。
  2. 　前記発酵が、通気培養により実施される、請求項１に記載の装置。
  3. 　前記手段（A）が、レーザー、電波、または超音波を利用して前記泡面を検出する手段である、請求項１または２に記載の装置。
  4. 　前記発泡の程度が、泡層の厚みとして算出される、請求項１～３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 　前記泡層の厚みが、前記泡面の位置と液面の位置の差として算出される、請求項４に記載の装置。
  6. 　前記液面の位置が、理論的に算出される、請求項５に記載の装置。
  7. 　前記液面の位置が、通気量に応じて補正された値として算出される、請求項６に記載の装置。
  8. 　前記発泡の制御が、発泡の程度が大きい場合に発泡を減少させること、発泡の程度が小さい場合に発泡を増大させること、またはそれらの組み合わせである、請求項１～７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 　前記発泡の制御が、消泡剤の添加を制御することにより実施される、請求項１～８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 　前記消泡剤の添加の制御が、消泡剤の添加速度の増減、消泡剤の添加頻度の増減、消泡剤の１回あたりの添加量の増減、消泡剤の添加タイミングの変更、またはそれらの組み合わせにより実施される、請求項１～９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 　前記発泡の制御が、理想的な発泡の程度に基づいて実施される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 　発酵装置と組み合わせて利用される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 　さらに、発酵槽を備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載の装置。
  14. 　前記発酵槽が、透過部を備え、
    　前記透過部が、前記手段（A）が利用する信号に対して透過性である部位である、請求項１３に記載の装置。
  15. 　前記透過部の発酵槽内側の面が、防曇剤でコーティングされている、請求項１４に記載の装置。
  16. 　前記防曇剤が、光触媒である、請求項１５に記載の装置。
  17. 　前記光触媒が、酸化チタンである、請求項１６に記載の装置。
  18. 　前記発酵により目的物質が生産される、請求項１～１７のいずれか１項に記載の装置。
  19. 　前記目的物質が、有機化合物である、請求項１８に記載の装置。
  20. 　前記目的物質が、アミノ酸、核酸、有機酸、タンパク質、またはビタミンである、請求項１８または１９に記載の装置。
  21. 　前記目的物質が、Ｌ－アミノ酸である、請求項１８～２０のいずれか１項に記載の装置。
  22. 　前記目的物質が、Ｌ－アルギニンである、請求項１８～２１のいずれか１項に記載の装置。
  23. 　前記発酵が、好気的に実施される、請求項１～２２のいずれか１項に記載の装置。
  24. 　発酵を制御する方法であって、
    　下記工程（A）～（C）を含む、方法：
    （A）発酵時の泡面を非接触的に検出する工程；
    （B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する工程；
    （C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する工程。
  25. 　発酵により目的物質を製造する方法であって、
    　下記工程（A）～（C）の実施により発酵を制御する工程を含む、方法：
    （A）発酵時の泡面を非接触的に検出する工程；
    （B）前記検出の結果に基づき発泡の程度を算出する工程；
    （C）前記算出の結果に基づき発泡を制御する工程。
  26. 　前記工程（A）～（C）が、請求項１～２３のいずれか１項に記載の装置を利用して実施される、請求項２４または２５に記載の方法。
  27. 　さらに、発酵工程を含み、
    　前記発酵工程が、前記発酵を実施する工程であり、
    　前記工程（A）～（C）が、前記発酵工程中に実施される、請求項２４～２６のいずれか１項に記載の方法。
  28. 　前記発酵工程が、目的物質生産能を有する微生物を培地で培養して目的物質を生成する工程である、請求項２７に記載の方法。
  29. 　さらに、前記目的物質を回収する工程を含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 　前記微生物が、細菌または酵母である、請求項２８または２９に記載の方法。
  31. 　前記微生物が、腸内細菌科（Enterobacteriaceae）に属する細菌、バチルス（Bacillus）属細菌、またはコリネ型細菌である、請求項２８～３０のいずれか１項に記載の方法。
  32. 　前記微生物が、エシェリヒア（Escherichia）属細菌、エンテロバクター（Enterobacter）属、パントエア（Pantoea）属、バチルス（Bacillus）属細菌、またはコリネバクテリウム（Corynebacterium）属細菌である、請求項２８～３１のいずれか１項に記載の方法。
  33. 　前記微生物が、エシェリヒア・コリ（Escherichia coli）、エンテロバクター・アグロメランス（Enterobacter agglomerans）、パントエア・アナナティス（Pantoea ananatis）、バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）、バチルス・アミロリケファシエンス（Bacillus amyloliquefaciens）、コリネバクテリウム・グルタミカム（Corynebacterium glutamicum）、またはコリネバクテリウム・スタティオニス（Corynebacterium stationis）である、請求項２８～３２のいずれか１項に記載の方法。
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