JPH0428349B2 - - Google Patents

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JPH0428349B2
JPH0428349B2 JP11969087A JP11969087A JPH0428349B2 JP H0428349 B2 JPH0428349 B2 JP H0428349B2 JP 11969087 A JP11969087 A JP 11969087A JP 11969087 A JP11969087 A JP 11969087A JP H0428349 B2 JPH0428349 B2 JP H0428349B2
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flow
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Otahiko Fukushima
Katsuhisa Tashiro
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Daido Sanso Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、好気的発酵において低剪断力でかつ
比較的低通気量の条件下でも極めて速い酸素移動
をもたらし、その結果高い酸素利用効率が得られ
るとともに、低通気量化により高菌体濃度培養に
おいても発泡現象を回避し得る発酵槽に関する。
[従来の技術] 一般的に、好気的発酵、例えば菌体、酸素、ア
ミノ酸、核酸、さらに二次代謝物としての抗生物
質等の生産を目的とする発酵槽において、好気的
代謝に不可欠な酸素は、液中に常時通気される空
気などの酸素含有ガスから発酵液中へ酸素が溶
解、補給されることによりまかなわれる。
近年、生産性を向上させるため高菌体濃度培養
や大量培養が指向されるとともに工業的発酵槽が
大型化する傾向にある。このような発酵槽の場合
は、空気を通気させることにより得られる酸素移
動では高菌体濃度培養等酸素を多量に要求する微
生物の培養において酸素供給が充分とは云えず、
酸素移動律速となり、支障を来す場合が多い。こ
の酸素律速状態を回避するために、従来、攪拌強
度の増加または通気量の増加などの手段が講じら
れてきた。
しかし、菌体の種類によつては高剪断力下にお
いて菌の破断等を起すことがあつた。また、高通
気量下の高菌体濃度培養等では、培養液の粘度上
昇やそれに伴う発泡現象等が発現するという問題
点があり、これらの酸素移動律速回避手段は好ま
しからざる現象を顕現化させる。さらに、発酵槽
の構造を改善し、効率化をはかる試みが行われて
いるが、酸素移動に空気を使用する限り酸素濃度
約21%の制約があるため酸素移動速度には限界が
ある。このため空気のかわりに酸素富化空気を散
気する方法が試みられている。
[発明が解決しようとする問題点] 酸素富化空気を散気する方法には、次のような
欠陥がある。すなわち、培養液の液存酸素濃度が
ある一定値を越えると、生産物の収率は逆に低下
する傾向があり、従来の通気量増大等による酸素
移動速度増加手段によつて酸素供給を効果的なら
しめようとすると、かかる増殖阻害を惹起する危
険性が高い。このため、極めて高濃度の酸素含有
ガスの使用は困難で、一般には酸素濃度25乃至40
%の酸素富化空気が用いられている。したがつ
て、酸素移動律速回避手段としてかかる方法が採
られる限り、一定の限定を越えて効果を期待する
ことができないという欠点をもつている。
本発明は以上の点に鑑み、酸素と空気とをそれ
ぞれ独立に発酵槽に供給し、前記障害を起こさ
ず、低剪断力、低通気量の条件下においても高酸
素移動速度をもたらし、高菌体濃度培養等にみら
れる酸素移動律速状態に至ることを回避できるの
みならず、発泡現象をも起さない培養を可能とす
る発酵槽を提供する。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するため本発明は次のような
構成を採用した。すなわち、本発明にかかる発酵
槽は、槽内を上向流を形成する区画室と下向流を
形成する区画室に区分し、これら両室を上下両端
部で互いに連通させて循環流路を形成するととも
に、前記上向流を形成する区画室の底部に空気を
噴出する空気噴出ノズルを設け、前記下向流を形
成する区画室の底部には酸素を噴出する酸素噴出
ノズルを設けたことを特徴としている。この発酵
槽に、溶存酸素計または廃ガスラインの酸素分析
計もしくは炭酸ガス分析計等の検出手段を備え、
酸素要求の低い初期工程または後期工程では供給
酸素ガス量を減少させるように制御する制御装置
を設けておけば更に効果的である。
本発明の最も特徴とするところは、前記循環流
を生ぜしめ、この循環流に対向して酸素が供給す
る酸素供給装置を具備するところにある。循環流
に対向して酸素が供給されることによつて、極め
て大きい酸素移動速度が得られる。この効果は酸
素射出部の著しい乱れの発生に伴い、酸素と培養
液とのより好適な細分化と接触を惹起し、その結
果として速い酸素移動をもたらすものと考えられ
る。就中前記の如く上向流区画室と下向流区画室
を設け、より好適に培養液を回流させ、後者の下
端部に前記酸素供給装置を設けて、下向きの回流
に対向して酸素を射出させる場合には、前記の循
環流と対向することによつて生ずる好適な細分化
と接触するのみならず、下向流による抵抗によつ
て多数の酸素の気泡が下向流区画室内にホールド
アツプされることにより、気泡の滞留時間が増加
することに起因するものとみられる高酸素移動速
度と高酸素利用率が得られるのでより好ましい。
本発明において、槽内の液を循環させる循環手
段として前述の空気の射出によるエアーリフトを
採用する場合には、上述の効果に加えて下記の如
き効果を奏するのでより好適である。すなわち、
酸素と空気の二種の流体からそれぞれ酸素移動が
行われるので、仮りに溶存酸素濃度がたとえば空
気散気に対応する飽和溶存濃度以上となり、菌体
の増殖阻害が生じるとしても、通気されている空
気によつて余剰溶存酸素は速やかに放散されるた
め、増殖阻害が培養に支障を来たす程度に顕現す
るのを防止できる。
攪拌機等の機械的循環手段を採る場合において
も、同様の理由からそれぞれ独立に供給される酸
素と空気の二流体を用いて酸素移動を行わせるこ
とが望ましい。
前述の如く、本発明により高酸素移動速度が得
られる結果、低通気量、低剪断力のもとでより好
適に培養を行うことができる。また高い酸素利用
率が得られるので、培養時に消費される量とほぼ
同量の酸素のみを供給して培養を行うことも、二
酸化炭素濃度増加に伴う阻害現象が生じない培養
においては可能となる。なお培養時に発生する二
酸化炭素濃度は、エタノール資化性菌、アミノ酸
生成菌などのように溶存酸素と同様の阻害作用を
示す場合があるが、この場合には該阻害作用を防
止するに足る量の空気を前記酸素と別個独立に併
せて発酵槽下部より供給することで対処すること
ができる。
さらに、高酸素移動速度に起因して大きい応答
速度が得られるため、溶存酸素濃度の制御も容易
となり、過剰酸素濃度の状態に至ることもなく前
記増殖阻害も容易に回避できる。
空気の射出による培養液循環手段を採る場合に
は、培養時に消費される量の酸素を供給し、排気
流中の二酸化炭素を吸収装置または吸着装置等、
公知の二酸化炭素除去装置で除去することによつ
て空気流を循環再使用できるが、この際循環空気
流中の酸素の顕著な増加をもたらさず空気中に於
けると同程度の酸素濃度を維持できるので好適で
ある。
[作用] 培養液及び菌体への酸素供給能力は dC/dt=KLa(C*−C)−QO2X で表わされる式によつて決る。
C:溶存酸素濃度(m・mo102/1) t:時間(h) KLa:培養液の酸素移動容量係数(h-1) C*:飽和溶存酸素濃度(m・mo102/1) QO2:細胞の酸素の比消費速度(m・mo102
g・h) X:細胞濃度(g/1) そして(C*−C)は酸素濃度が大であるほど
大きくなる。酸素を循環流に対向させて単独また
は別個に供給される空気とともに両者独立に供給
するときには、(C*−C)の増大に起因する酸素
の効率的溶解のみならず、前述した如く、酸素の
射出部における著しい乱れに伴つて生じる好適な
酸素気流の細分化と培養液との接触が得られる。
さらに前述の下向流区画室下端部に下向流に対向
して酸素を射出させる場合には、著しい酸素気泡
のホールドアツプの増加等に起因するものと考え
られる極めて高い酸素移動速度が得られる。
酸素のみを発酵槽に導入する場合のみならず、
酸素と空気を予め混合することなく両者独立に培
養液中に導入する場合においても(C*−C)の
増大に起因する酸素移動速度の増大効果を享受で
きるのは、両流体気泡相互の合一等が予想に反し
起こり難いことによるものとみられる。
[実施例] 第1図、第2図に本発明の発酵槽の実施例を示
し、これに基いて本発明をより詳しく具体的に説
明する。
第1図は発酵装置を示し、1が密閉式の発酵槽
でパイプ8および9から基質、工程水、菌体、栄
養剤等からなる培養液Aをその液面上部に気体空
間Bが存在する状態で収納すべく構成されてい
る。槽内部には、それぞれ上端部および下端部で
互に連結した上向流区画室15と下向流区画室1
4が槽1と同軸的に設けられたドラフト円筒2に
よつて形成されている。槽内の培養液Aに循環流
を与えるための空気噴射ノズル6が上向流区画室
15の下端部に設けられ、これに無菌空気導入管
11および空気濾過器5が接続されている。空気
噴射ノズル6からの空気の噴出により、前記培養
液Aを上向流区画室15内を上方へ、次いで反転
して下向流区画室14内を下方へ回流すべく循環
手段が構成されている。酸素を供給するための噴
出ノズル7が、下向流区画室14の下端部に循環
液に対向して設けられ、対向噴出によつてもたら
される細分化に加え培養液Aの下向き循環流れに
よつて浮上しようとする酸素を細分化する状態で
抑えて、ホールドアツプを大きく保持しながら気
泡状酸素を下向流区画室14に滞留させつつ培養
液中に溶解させるべく、酸素供給装置が構成され
ている。下向流区画室14を経て供給された酸素
の大部分は消費されるが、なお消費されずに残存
する酸素は前記密閉構成の気体空間Bにてエアー
リフト用空気と合体し、培養中発生する炭酸ガス
と共に管16を経て排気されるように構成されて
いる。要すれば、該排気は二酸化炭素の吸収装置
または吸着装置を経て炭酸ガスを除去し、管11
へ接続、循環使用する如く構成される。
供給管10からの酸素の供給量やエアーリフト
用空気による循環回流速度の調整により、前記下
向流区画室14における気泡状の酸素の滞留時間
を制御することができる。
3は、培養液に発生する熱を培養液を送液ポン
プ4で外部循環し、除去するために設けられた熱
交換器である。
第2図は、上向流区画室および下向流区画室を
前記ドラフト円筒等の隔壁を設けずに構成された
実施例を示す。電動機17に連結され駆動される
攪拌機18で構成された循環手段で槽中央部近傍
に下向流、槽壁部に上向流を発生させ、管10を
経て槽中央部近傍に設けられた噴出ノズル7から
酸素が下向流に抗して噴出される。槽下部には、
上向流を増強し、前記二酸化炭素による阻害現象
を回避するため管11を経て供給される空気を噴
出するためのノズル6が設けられている。
なお、上記各実施例において、酸素ガスの流量
を溶存酸素計または廃ガスラインの酸素分析計も
しくは炭酸ガス分析計によつて制御する制御装置
を設けることにより、発酵工程の初期や後期の酸
素要求の低い段階では酸素ガスの供給を制限又は
停止して主に空気散気による酸素供給を行なうこ
ととすれば、より経済的な運転を行なうことがで
きる。
[発明の効果] 本発明にかかる発酵槽は、空気と酸素を予め混
ざりあわないように槽内に導き、空気を主として
上向流の形成に使用し、酸素を循環流に対向する
ように噴出するので、撹拌動力を節約し、酸素の
液中への移動を効率よく行わせることが可能とな
り、しかも酸素供給量の制御を容易に行うことが
可能となつた。この効果に起因して低通気量化、
低剪断力下でも好適な酸素移動が可能となる。
本発明の発酵槽は、上記効果を発現し高生産
性、高酸素利用率で培養を行うことができる経済
性の高い発酵槽となつている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の構成説明図、第2
図は、異なる実施例の構成説明図である。 A……培養液、B……槽上部空間、1……発酵
槽、2……ドラフト円筒、6……空気噴出ノズ
ル、7……酸素噴出ノズル、17……電動機、1
8……攪拌翼。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 槽内を上向流を形成する区画室と下向流を形
    成する区画室に区分し、これら両室を上下両端部
    で互いに連通させて循環流路を形成するととも
    に、前記上向流を形成する区画室の底部に空気を
    噴出する空気噴出ノズルを設け、前記下向流を形
    成する区画室の底部には酸素を噴出する酸素噴出
    ノズルを設けたことを特徴とする発酵槽。 2 溶存酸素計または廃ガスラインの酸素分析計
    もしくは炭酸ガス分析計等の検出手段を備え、酸
    素要求の低い初期工程または後期工程では供給酸
    素ガス量を減少させるように制御する制御装置が
    設けられている特許請求の範囲第1項記載の発酵
    槽。
JP11969087A 1987-05-15 1987-05-15 発酵槽 Granted JPS63283570A (ja)

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JP11969087A JPS63283570A (ja) 1987-05-15 1987-05-15 発酵槽

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JP11969087A JPS63283570A (ja) 1987-05-15 1987-05-15 発酵槽

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JPS63283570A JPS63283570A (ja) 1988-11-21
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