JPH0659225B2 - 菌体の抽出分離方法 - Google Patents

菌体の抽出分離方法

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JPH0659225B2
JPH0659225B2 JP61131977A JP13197786A JPH0659225B2 JP H0659225 B2 JPH0659225 B2 JP H0659225B2 JP 61131977 A JP61131977 A JP 61131977A JP 13197786 A JP13197786 A JP 13197786A JP H0659225 B2 JPH0659225 B2 JP H0659225B2
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は菌体が細胞膜内に生成した有用物質を細胞膜外
へ効率的に、かつ省エネルギー的に取り出すことを可能
とする菌体の粉砕方法に関する。
〔従来の技術〕
最近、新種の菌体や遺伝子組換え技術による菌を増殖さ
せて、大量の医薬品の原料を製造することが行われつつ
ある。これらの製造プロセスにおいては、菌体中から細
胞膜を経て特定の成分を抽出する操作が必要である。
従来の抽出方法としては、ボールミルで前もつて菌体を
粉々にした後に特定成分を抽出する方法、又はクロロホ
ルム等の強力な溶剤を用いて菌体を細胞膜ごと溶解して
特定成分を抽出する方法等がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記従来方法のうち前者の方法は、菌体
が数ミクロンの大きさであり、ボールミルで処理した場
合菌体同志がすべり合つて、その間隙に入り込んでしま
うので、粉々にするには長時間を要し、大量生産には不
適当な方法である。
一方、後者の方法ではクロロホルム等の溶剤は有害であ
り、後処理工程でこれを除去することが必要である。こ
の場合、溶剤の分離に通常行われる加熱による蒸発分離
を行うと、加熱による有用成分の変性、蒸発潜熱の負荷
によるエネルギーコストの増大をきたし、好ましくなか
つた。特に溶剤量が多いとそれに比例してエネルギーコ
ストが顕著に増大してしまつた。
本発明はこのような現状に鑑み、短時間でかつ溶剤の回
収も容易な方法により菌体の細胞膜を破壊して、菌体中
の成分を細胞膜外に拡散させ、この中の有用成分を抽出
分離する方法を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は菌体の培養液を、超臨界状態又は擬臨界状態の
溶解溶剤と混合後、圧力を瞬時に下げて第1分離槽に導
入し、該第1分離槽下部より取り出した菌体処理液は抽
出槽に導入して、超臨界状態又は擬臨界状態の溶解溶剤
と向流接触させた後、該抽出槽上部より菌体抽出物が溶
解した溶解溶剤相を取り出しこれを第2分離槽へと導入
し、該第2分離槽にて該溶解溶剤と菌体抽出物が実質的
に分離する圧力条件下で重力沈降分離を行い第2分離槽
下部より菌体抽出物を回収し、上部より該溶解溶剤を回
収することを特徴とする菌体の抽出分離方法である。
本発明において、菌体培養液と超臨界状態又は擬臨界状
態の溶解溶剤の混合物を、圧力を瞬時に下げて第1分離
槽に導入するときの温度は、該溶解溶媒の臨界温度近傍
に保持することが好ましい。
まず本発明の基とした考え方から説明する。
本発明にいう超臨界状態とは、溶解溶剤の臨界温度以上
かつ臨界圧力以上の温度、圧力条件での状態を意味し、
擬臨界状態とは、溶解溶剤の臨界温度Tc以下で、対臨
界温度T=T/Tc(但し、0.90<T<1.
0)の温度Tで、圧力はその温度における溶解溶剤の飽
和蒸気圧以上の状態を意味する。
臨界点近傍では溶解溶剤の密度は圧力により急激に変化
することが知られており、本発明はこれを活用したもの
である。すなわち、臨界点近傍の溶解溶剤は液と同等の
密度であり、又容易に細胞膜内に拡散することにより、
この状態から急激に圧力を下げると、細胞膜内に拡散し
た高密度の溶解溶剤は急激に膨張し、この膨張力に細胞
膜は抗しきれないので、これを粉々に破壊することがで
きる。
したがつて本発明では菌体の培養液を、超臨界状態又は
擬臨界状態の溶剤と混合し、溶解溶剤を菌体の細胞膜内
に拡散させた後に、圧力を瞬時に下げ、温度は該溶解溶
剤の臨界温度近傍に保持して、菌体の細胞膜を粉砕す
る。
ここで圧力を下げても温度がその臨界点近傍であるた
め、溶解溶媒の菌体粉砕物からの分離を、溶解溶媒の蒸
発潜熱を必要とせずに省エネルギー的になしうるもの
で、第1分離槽の下方からは菌体粉砕物を又上方からは
溶解溶媒を回収する。
また本発明者らは、菌体中の成分は細胞膜が存在してい
る場合には超臨界状態又は擬臨界状態の溶解溶剤をもつ
てしても、該細胞膜を通過して抽出されることはない
が、細胞膜が破壊された場合には該成分そのものは超臨
界状態又は擬臨界状態の溶解溶剤に容易に溶解すること
を見出した。
すなわち細胞膜外へ取り出された各種物質のうち有価成
分、例えば脂肪酸は溶解溶剤の密度にほゞ比例して溶解
される。
したがつて前記工程で回収された菌体破砕物を抽出槽に
おいて、超臨界状態又は擬臨界状態の溶解溶剤と向流接
触させることにより、有価成分を溶解溶剤相に抽出す
る。この時の溶解溶剤は、菌体細胞膜破壊に用いたもの
と同一でも、別異であつてもよい。しかしながら、同一
の溶解溶媒を用い、特に細胞膜破壊に用いた後第1分離
槽から回収された溶解溶媒を臨界点近傍まで圧縮してこ
の抽出プロセスに用いれば、プロセス構成が簡略化でき
ると共に、この圧縮熱は加熱に用いることで、エネルギ
ーを有効利用でき、また固型分等の不純物の少ない物質
を抽出できる。
さらに本発明者らは有価成分を含んだ溶解溶剤層は、次
に第2分離槽に導入して、ここでその超臨界状態におい
て該溶解溶剤の密度を下げる、すなわち圧力を下げるか
温度を上げるかの手段によつて、有価成分等抽出物の溶
解度を急激に下げることにより、溶解溶剤の蒸発潜熱を
必要とせずに溶解溶剤と抽出物とを分離できること見出
した。互に実質的に不溶となつた溶解溶剤と抽出物とは
重力沈降分離する。回収された溶解溶剤を再圧縮して循
環使用すると共に、その際の圧縮熱は加熱源として利用
し、省エネルギー効果を得る。
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
溶解溶剤は超臨界状態においてその密度が液並みである
一方、その拡散係数は液の場合の数十倍の大きさとなり
菌体の細胞膜を通過しやすいので、擬臨界状態よりは超
臨界状態の溶解溶剤を用いることが好ましい。
本発明で使用する溶解溶剤としては、菌体の細胞膜内を
拡散する溶剤が好ましく、例えば炭酸ガスCO2、炭素数
2〜4の炭化水素例えばC2H4、C2H6等及びこれらの混合
物等の他にその臨界温度が菌体の熱変性温度以下である
無機もしくは有機溶剤又はこれらの混合溶剤が使用可能
である。下表に本発明で用いられる主な溶剤を例示す
る。
表 溶剤名 臨界温度(℃) CO2 31.1 C2H4 9.7 C2H6 32.4 N2O 36.5 C3H6 92.3 C3H8 96.8 H2S 100.4 C4H10 152.0 本発明における溶解溶剤としては、臨界温度が常温近傍
であり、無害で回収の容易な炭酸ガスが特に好ましい。
炭酸ガスの場合、その臨界温度は31.1℃であり、温
度35℃において、圧力100kg/cm2Gで密度は約0.
8であり、常圧では密度は10−3のオーダーであり、
この約1000倍の密度差が膨脹力となるので、その力
は非常に大きいことがわかる。
本発明における溶解溶剤の添加量は、菌体培養液1重量
部に対して1〜10重量部の範囲とすることが好まし
い。
本発明の対象とできる菌体培養液としては、特に限定さ
れるところはない。一例としては不飽和脂肪酸のγ−リ
ノレン酸を選択的に生産する糸状菌の一種であるモルテ
イエレラ菌が挙げられる。
培養液は、好ましくは遠心分離器等により前もつて水分
を可能なかぎり除去されるべきである。かかる水分の存
在は、溶解溶剤の拡散抵抗の増大をもたらすため好まし
くない。
以下、本発明の実施態様を第1図に示すフローシートに
従つて具体的に説明する。菌体培養液1重量部を菌体培
養液供給ライン1より菌体培養液高圧送液ポンプ2にて
圧送し、一方溶解溶剤1〜10重量部を溶解溶剤供給ラ
イン3より供給し、両者を例えばスタテイクミキサー等
の混合器4にて混合する。該混合器4において溶解溶剤
の超臨界状態又は擬臨界状態となるように、圧力と温度
を制御する。9は加熱器である。次に減圧弁5によりそ
の圧力を常圧付近まで瞬時に下げて温度は溶解溶剤の臨
界点近傍とした第1分離槽6に混合物を導入し、該分離
槽下部の菌体処理物取り出し口8より、細胞膜が破壊さ
れた菌体を回収し、上部の溶解溶剤取り出し口7より溶
解溶剤を回収する。
第1分離槽6の圧力が低い程減圧弁5の前後での差圧が
大きいので破砕効果が大きくなるが、溶解溶剤を再圧縮
して再利用するに際しその分だけエネルギーを必要とす
るので、好ましくは10〜50atmの範囲にすべきであ
る。またこれ以上の圧力では、第1分離槽上部の溶解溶
剤取り出し口7の溶解溶剤中に菌体中の成分が多量に溶
解しはじめるので好ましくない。前記のようにこの工程
において菌体の破砕と、蒸発潜熱を必要とせずに溶解溶
剤の分離が行われる。
次に、破砕された菌体処理物は菌体処理物取り出し口8
より菌体処理物送液ポンプ11によつて、向流接触抽出
塔14の上部に菌体処理物供給ライン13より供給さ
れ、該向流接触抽出塔14の下部に溶解溶剤供給ライン
18から供給した溶解溶剤と該溶解溶剤の超臨界状態又
は擬臨界状態にて向流接触させた後、抽出残液取出口1
7からは実質的に菌体中の有価成分が含まれない残液
を、又溶解溶剤相取出し口16からは実質的に菌体中の
細胞膜を含まない有価成分を含む溶解溶剤相をそれぞれ
取り出し、両者を分離する。
向流接触抽出塔14の例えば充填層、棚段等からなる気
液接触部15の構造は特に限定されないが、固型分等の
付着・堆積を防止できる構造が好ましい。
ライン18より供給する溶解溶剤は、ライン3で菌体破
砕のために用いた溶解溶剤と必ずしも同一である必要は
なく、各々の工程の効率等を考慮して決定されるべきで
あるが、前記したように好ましくは同一の溶解溶剤を用
いる。
次に、溶解溶剤相取出し口16からの溶解溶剤相は、減
圧弁19、熱交換器20を経て溶解溶剤相供給ライン2
1より第2分離槽23に導入され、実質的に溶解溶剤と
抽出物がお互に不溶となり重力沈降分離するに必要な温
度、圧力に保持される。すなわち溶解溶剤の超臨界状態
において密度を下げる、即り減圧弁19により圧力を下
げるか、加熱器29により温度を上げることによつて、
抽出物の溶解溶剤への溶解度を急激に低下させることに
より溶解溶剤と抽出物を分離する。
かくして抽出物取出しライン24より菌体からの抽出物
を、溶解溶剤取出しライン25より溶解溶剤を取り出
し、両者を省エネルギー的に分離することができる。
なお、溶解溶剤取出し口7の溶解溶剤中にも抽出物が含
まれている場合は、これを減圧弁10により圧力を調整
して溶解溶剤供給ライン22より第2分離槽23へ供給
することもできる。
取出しライン25からの溶解溶剤は溶解溶剤循環ライン
27を経て圧縮器28又は12により再圧縮され、この
際得られる圧縮熱を第1分離槽6及び第2分離槽23の
加熱源として用いるとともに、溶解溶剤を循環使用する
ことにより、溶解溶剤の有効利用と省エネルギー効果が
得られる。なお26は溶解溶剤補充ラインである。
〔実施例〕
実施例1 糸状菌の一種であるモルテイエラ菌の培養液を遠心分離
器で脱水して含水率50重量%とした菌体培養液1重量
部と、CO22重量部を、容量1のオートクレーブ中に
仕込み、温度40℃、圧力105kg/cm2Gにて5分間混
合し、次に急激にバルブを開けることにより該オートク
レーブから容量10、20kg/cm2Gの分離槽へと混合
物を導入し、CO2を該分離槽上部より排出し、下部に残
つた菌体培養物を顕微鏡で観察したところ、殆んどすべ
ての菌体の細胞膜は破れており、外部に脂肪酸が分散し
ていた。
一方、回収されたCO2中には不純物は殆んど検出されな
かった。このCO2を圧縮器で温度40℃、圧力20kg/cm
2Gから110kg/cm2Gに圧縮したところ約85℃とな
つたので、この熱を加熱源として使用できることが分つ
た。
次に、この菌体処理物を再度オートクレープに仕込み、
下部からCO2を温度40℃、圧力140kg/cm2Gで連続
的に5時間流した後、上部ラインからCO相を圧力制
御弁を経て圧力25kg/cm2Gの分離槽へ導入し、CO2
抽出物とを分離した。
その結果、抽出物には菌体中の脂肪酸の98重量%が抽
出されていた。
一方、回収されたCO2中には不純物は殆ど検出されなか
つた。このCO2を圧縮器で40℃、20kg/cm2Gから1
10kg/cm2Gに圧縮するとその温度は約85℃となり、
この熱を加熱源として使用できることがわかつた。
比較例1 実施例1において、細胞膜を破砕していない菌体をオー
トクレーブに仕込み、下部からCO2を温度40℃、圧力
140kg/cm2Gで連続的に5時間流したが、CO2中へは
菌体中の脂肪酸は0.5重量%しか抽出されなかつた。
(本発明の効果) 本発明は、以上詳記したように、超臨界状態又は擬臨界
状態の溶解溶剤を用いることにより、容易に菌体の細胞
膜を破壊することができ、又溶剤の回収が容易に、省エ
ネルギー的にできるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施態様を説明するフローシートで
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】菌体の培養液を、超臨界状態又は擬臨界状
    態の溶解溶剤と混合後、圧力を瞬時に下げて第1分離槽
    に導入し、該第1分離槽下部より取り出した菌体処理液
    は抽出槽に導入して、超臨界状態又は擬臨界状態の溶解
    溶剤と向流接触させた後、該抽出槽上部より菌体抽出物
    が溶解した溶解溶剤相を取り出しこれを第2分離槽へと
    導入し、該第2分離槽にて該溶解溶剤と菌体抽出物が実
    質的に分離する圧力条件下で重力沈降分離を行い第2分
    離槽下部より菌体抽出物を回収し、上部より該溶解溶剤
    を回収することを特徴とする菌体の抽出分離方法。
JP61131977A 1986-06-09 1986-06-09 菌体の抽出分離方法 Expired - Lifetime JPH0659225B2 (ja)

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US6004508A (en) * 1997-08-01 1999-12-21 The Coca-Cola Company Method and apparatus for super critical treatment of liquids

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