JPH02249478A - アルコール発酵用バイオリアクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアルコールの連続発酵に用いられるアルコール
発酵用バイオリアクターに関するものである。

（従来の技術） 遊離酵母を用いたアルコールの連続発酵においては、酵
母を増殖させるために発酵液中への酸素の供給が不可欠
である。、また酵母を担体に固定化した固定化タイプの
りアクタ−においても、酸素の供給を行わないとりアク
タ−の生産速度は徐々に低下することとなる。

そこで従来から、アルコール発酵用のパイオリアククー
の底部に多孔質の管又は平板を設置しておき、その内部
に徐園エアーを供給して発酵液中に気泡として噴出させ
、遊離酵母又は固定化酵母に対し酸素供給を行う方法が
採用されていた。ところがこのような従来の方法では微
量の酸素供給量をコントロールすることが困難であるこ
と、生成されたアルコールが吹き込まれた空気により揮
敗し易いこと、発泡が著しくなるためにリアクターの体
積を大型化する必要があり、消泡装置が必要となること
、特に固定化担体を充填したりアクタ−においては、担
体内部に均一に酸素を供給することが困難であること、
吹き込むエアーの無菌化が必要であることなどの多くの
問題があった。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 本発明は上記のような従来の問題を解決して、アルコー
ルの連続発酵を高収率を保ちつつ連続的に行わせること
ができ、しかもアルコールの揮散や発泡がなく、固定化
担体の内部にも均一な酸素供給が可能であるうえ、エア
ーの無菌化の必要もないアルコール発酵用バイオリアク
ターを目的として完成されたものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するためになされた第１の発明は、リ
アクターの内部に酸素透過性を持つチューブを配置する
とともに、酸素透過性を持つチューブの内部に酸素含有
ガスを供給するガス供給手段を接続し、酸素透過性を持
つチューブの壁面を通じて微量の酸素が発酵液中に供給
されるようにしたことを特徴とするものである。なお、
発酵液中に供給される酸素量は０．５〜６．０　×１Ｑ
−１！　Ｐｇ　−Ｏ１／ｍｉｎ　−Ｆｒｅｅ　Ｃｅｌ＋
であることが好ましい。さらに、菌体濃度が３〜１５ｇ
−乾燥菌体／１−発酵液に達するまでは、発酵液中に供
給される酸素量を定常時の数倍〜数十倍に増加させ、菌
体濃度が前記設定濃度に達した後は発酵液への酸素の供
給量を定常時の所定量としつつ連続発酵を行わせること
が好ましい。

（実施例） 以下に本発明を図示の実施例によって更に詳細に説明す
る。

第１図は遊離酵母（日本醸造協会の協会酵母７号）を用
いたアルコール発酵用バイオリアクターの実施例を示す
ものであり、（１）はりアクタ−１（２）はその内部の
発酵液、（３）は基質供給口であって、グルコース、蔗
糖等のｔａｇを主成分とする基質がリアクター（１）内
に供給され、発酵液はポンプ（４）によって外部に取り
出される。（５）はこのようなりアクタ−（１）の内部
にループ状に配置された酸素透過性を持つチューブであ
る。この酸素透過性を持つチューブ（５）は例えばシリ
コンチューブのような酸素ガスを透過させることができ
るものであり、その一端に接続されたガス供給手段（６
）により空気その他の酸素含有ガスがこれらの酸素透過
性を持つチューブ（５）内に供給される０発酵液（２）
中への酸素供給量は、発酵温度が２０゛ｃの場合には連
続的に０゜５〜３．ＯＸｌ０−”　ｗｇ−０，／５ｉｎ
−Ｆｒｅｅ　Ｃｅ目でありより好ましくは０．５〜１．
５　Ｘｌ０−目■−〇□／ｓｉｎ・Ｆｒｅｅ　Ｃｅ１ｌ
　とする、また発酵温度が３０’Ｃでは発酵温度２０’
Ｃの場合の約２倍の酸素供給量が必要となる。なおＰｒ
−ｅｅ　Ｃｅ１ｌ　とは、発酵液中に遊離状態で浮遊す
る酵母の数を指す。

第２図は日本醸造協会の協会酵母７号を担体に固定した
固定型のアルコール発酵用バイオリアクターの実施例を
示すもので、（７）がセラミックハニカム等からなる担
体であり、酸素透過性を持つチューブ（５）がこの担体
（７）の内部に均一に配置されているが、その他の構成
は第１図の実施例と同様である。このような固定化法の
場合の酸素供給量は発酵温度２０″Ｃでは連続的あるい
は断続的に０．５〜３．ＯＸｌ０−目■−０２／５ｉｎ
−Ｆｒｅｅ　Ｃｅ１ｌ　　とする。

また発酵温度が３０°Ｃでは、発酵温度２０”Ｃの場合
の約２倍の酸素供給量が必要となる。なお浮遊法と比較
して酸素供給量が多い理由は、固定化担体に吸着してい
る酵母にも酸素を与えたいために、浮遊法よりも多めの
酸素を供給するからである。

第３図はより具゛体的な・固定型のアルコール発酵用バ
イオリアクターの実施例を示すもので、リアクター（１
）は２０°Ｃの恒温水が供給されるジャケット（８）付
きのものであり、その内径は２１０　ｔｍ、高さは１４
３０閤で容量は５０ｆである。リアクター（１）の内部
には酵母を固定化したセラミックハニカムの担体（７）
が７段積みされており、その最下部及び中間部には内径
ＩＩＩＩｍ、外径３ｔｍの酸素透過性を持つチューブ（
５）が屈曲状態として配置されている。酸素透過性を持
つチューブ（５）の全長は１００ｍであり、ガス供給手
段（６）であるエアーポンプによって空気が連続的に供
給されている。なお（９）は４°Ｃに保たれた基質供給
タンク、０ωは温度センサー、（１１）はｐＨセンサー
、０２）は基質供給用のチューブポンプである。

なお酸素透過性を持つチューブとして、実施例ではシリ
コンゴムから成るチューブを使用したが、シリコン系、
フッ素系で構成される酸素透過性の良い樹脂あるいはテ
フロン等で代表されるフッ素系ポリマーやポリエチレン
等の表面エネルギーの小さな素材で構成される微孔性薄
膜素材からなるチューブを使用してもよい。

（作用） このように構成された本発明のアルコール発酵用バイオ
リアクターは、その内部に遊離酵母又は固定化酵母を存
在させ、グルコース、蔗糖等の基質を供給して酵母によ
りアルコール発酵を行わせ、アルコール濃度が増加した
発酵液（２）を外部に取り出すためのものであることは
従来のバイオリアクターと同様である。しかし本発明に
おいてはリアクター（１）の内部に酸素透過性を持つチ
ューブ（５）が配置されており、ガス供給源（６）から
その内部に空気その他の酸素台をガスを供給すると、酸
素ガスが酸素透過性を持つチューブ（５）の壁面を透過
して発酵液（２）中に微量ずつ拡散する。この結果、長
期間にわたりアルコールの連続発酵を行わせてもリアク
ターの生産速度の低下を生ずることがなく、高収率を保
ちつつ連続発酵が可能となる。また酸素の供給量を微量
なレベルで容易に制御することができ、収率等を好まし
いレベルに維持することができる。

第４図は発酵温度を２０°Ｃとし、日本醸造協会の協会
酵母７号を用いた場合における酸素供給量とエタノール
生産量との関係を示したグラフであり、酸素供給量が２
．５　Ｘｌ０−目■−〇、／ｍ１ｎ−Ｃｅｌｌを越して
もエタノール生産量は増加しないことを示している。ま
た第５図は発酵温度２０°Ｃとし、日本醸造協会の協会
酵母７号を用いた場合の酸素供給量とエタノールの収率
との関係を示すグラフであり、酸素供給量が増加すると
収率は次第に低下する傾向を示している。これらの第４
図と第５図のグラフはいずれも浮遊法についてのデータ
を示したものであるが、固定法の場合にも同様の傾向が
認められる。

また上記のりアクタ−を用いてアルコール発酵を行う際
に、リアクターの立ち上げ時にはチューブ内に送る酸素
含有ガスの圧力を上げるか、酸素分圧を上げてリアクタ
ー内の発酵液に定常時の２倍以上の酸素を供給した。こ
の操作によってリアクター内の発酵液中の菌体濃度は短
時間で増加する。菌体濃度が３〜１５ｇ−乾燥菌体／１
−発酵液まで増加したところで、発酵液の酸素供給量を
定常時の供給量に調節して連続発酵を行った。上記の一
連の操作により、リアクターの立ち上げに要する時間を
大幅に短縮することが可能であった。

以上の説明から分かるように、酸素供給量は微量なレベ
ルで制御することが好ましく、この目的からも本発明の
酸素透過性を持つチューブ（５）を用いたバイオリアク
ターは好適である。このほか、直接エアー吹き込みを行
う従来法とは異なり発泡のおそれがなく、リアクター（
１）の大型化や消泡装置の設置の必要がないこと、アル
コールの揮散が抑制されること、酸素透過性を持つチュ
ーブ（５）を通じて酸素ガスが発酵液中に拡散するので
空気等の酸素含有ガスを無菌化する必要がないこと等の
多くの利点がある。更にまたこの酸素透過性を持つチュ
ーブ（５）は固定化担体の内部にも自由に配置できるの
で、固定化担体を用いたりアクタ−にも均等な酸素供給
が可能であるという大きい利点もある。

（発明の効果） 本発明は以上に説明したとおり、アルコールの連続発酵
を高収率で行わせるに適したものであり、アルコールの
揮散、発泡のおそれがなく、吹き込むエアー等の無菌化
の必要がなく、しかも固定化担体を利用したりアクタ−
の内部にも均等な酸素供給が可能であって酵母の失活を
効果的に防止できる等の多くの作用効果を有するもので
ある。

よって本発明は従来の問題点を一掃したアルコール発酵
用パイオリアククーとして、産業の発展に寄与するとこ
ろは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
第２の実施例を示す断面図、第３図は第３の実施例を示
す断面図、第４図は発酵温度２０°Ｃにて日本醸造協会
の協会酵母７号を用いた場合の発酵液中への酸素供給量
とエタノール生産量との関係を示すグラフ、第５図は同
じく発酵温度２０°Ｃにて日本醸造協会の協会酵母７号
を用いた場合の発酵液中への酸素供給量とエタノールの
収率との関係を示すグラフである。 （１）；リアクター、（２）：発酵液、（５）：酸素透
過性を持つチューブ、（６）：ガス供給手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酵母を用いてアルコールを生産するバイオリアクタ
   ーにおいて、リアクター（１）の内部に酸素透過性を持
   つチューブ（５）を配置するとともに、酸素透過性をも
   つチューブ（５）の内部に酸素含有ガスを供給するガス
   供給手段（６）を接続し、酸素透過性チューブ（５）の
   壁面を通じて所定量の酸素が発酵液（２）中に供給され
   るようにしたことを特徴とするアルコール発酵用バイオ
   リアクター。 ２、発酵液（２）中に供給される酸素量が０．５〜６．
   ０×１０＾−＾１＾２ｍｇ−Ｏ＿２／ｍｉｎ・Ｆｒｅｅ
   　Ｃｅｌｌであることを特徴とする請求項１記載のアル
   コール発酵用バイオリアクター。 ３、菌体濃度が３〜１５ｇ−乾燥菌体／ｌ−発酵液に達
   するまでは、発酵液中に供給される酸素量を定常時の数
   倍〜数十倍に増加させ、菌体濃度が前記設定濃度に達し
   た後は発酵液への酸素の供給量を定常時の所定量としつ
   つ連続発酵を行わせることを特徴とする請求項１記載の
   アルコール発酵用バイオリアクター。