JPH0740916B2 - アルコール発酵用バイオリアクター - Google Patents
アルコール発酵用バイオリアクターInfo
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- JPH0740916B2 JPH0740916B2 JP7284689A JP7284689A JPH0740916B2 JP H0740916 B2 JPH0740916 B2 JP H0740916B2 JP 7284689 A JP7284689 A JP 7284689A JP 7284689 A JP7284689 A JP 7284689A JP H0740916 B2 JPH0740916 B2 JP H0740916B2
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- Japan
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- fermentation
- bioreactor
- tube
- reactor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Alcoholic Beverages (AREA)
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。
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リ
アクターにおいても、酸素の供給を行わないとリアクタ
ーの生産速度は徐々に低下することとなる。
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リ
アクターにおいても、酸素の供給を行わないとリアクタ
ー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バイオリアクター
の底部に多孔質の管又は平板を設置しておき、その内部
に徐菌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
揮散し易いこと、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リアクターにおいては、
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。
の底部に多孔質の管又は平板を設置しておき、その内部
に徐菌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
揮散し易いこと、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リアクターにおいては、
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題） 本発明は上記のような従来の問題を解決し、立ち上げに
要する時間を大幅に短縮することができ、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。
要する時間を大幅に短縮することができ、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本発明は、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、酸素透過性をも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
性チューブの壁面を通じて酸素が発酵液中に供給される
ようにし、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ものである。
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、酸素透過性をも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
性チューブの壁面を通じて酸素が発酵液中に供給される
ようにし、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ものである。
（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。
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）はリアクター、（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、
蔗糖等の糖類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）はこのようなリアクター（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。発酵液
（２）中への酸素供給量は、発酵温度が20度の場合には
連続的に0.5〜3.0×10-12mg−O2/min・Free Cellであ
り、より好ましくは0.5〜1.5×10-12mg−O2/min・Free
Cellとする。また発酵温度が30℃では発酵温度20℃の場
合の約２倍の酸素供給量が必要となる。なおFree Cell
とは、発酵液中に遊離状態で浮遊する酵母の数を指す。
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）はリアクター、（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、
蔗糖等の糖類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）はこのようなリアクター（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。発酵液
（２）中への酸素供給量は、発酵温度が20度の場合には
連続的に0.5〜3.0×10-12mg−O2/min・Free Cellであ
り、より好ましくは0.5〜1.5×10-12mg−O2/min・Free
Cellとする。また発酵温度が30℃では発酵温度20℃の場
合の約２倍の酸素供給量が必要となる。なおFree Cell
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℃では連続的あるいは
断続的に0.5〜3.0×10-12mg−O2/min・Free Cellとす
る。また発酵温度が30℃では、発酵温度20℃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。
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℃では連続的あるいは
断続的に0.5〜3.0×10-12mg−O2/min・Free Cellとす
る。また発酵温度が30℃では、発酵温度20℃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℃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210mm、高さは1430mmで、容量は50l
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1mm、外径3mm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℃に
保たれた基質供給タンク、（10）は温度センサー、（1
1）はPHセンサー、（42）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。
リアクターの実施例を示すもので、リアクター（１）は
20℃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210mm、高さは1430mmで、容量は50l
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1mm、外径3mm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℃に
保たれた基質供給タンク、（10）は温度センサー、（1
1）はPHセンサー、（42）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。
以上に示したいずれの実施例でも、菌体濃度が設定濃度
に達するまではチューブ（５）の壁面からの酸素の供給
量を増加させ、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。
に達するまではチューブ（５）の壁面からの酸素の供給
量を増加させ、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。
（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含有ガスを供給すると、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。
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含有ガスを供給すると、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℃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2.5×1
0-12mg/−O2min・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℃
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。
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2.5×1
0-12mg/−O2min・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℃
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。
本発明のリアクターを用いてアルコール発酵を行う際に
は、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/l−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る。
は、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/l−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る。
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リアクターにも均等な酸素供
給が可能であるという大きい利点もある。
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リアクターにも均等な酸素供
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リアクター
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
ル発酵用バイオリアクターとして、産業の発展に寄与す
るところは極めて大である。
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リアクター
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
ル発酵用バイオリアクターとして、産業の発展に寄与す
るところは極めて大である。
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℃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℃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。
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℃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℃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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 英孝 愛知県半田市東洋町２丁目46番地 県営半 田住宅３棟404号 (56)参考文献 特開 昭60−27379（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項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）の壁面を通じて酸素が発酵液（２）中に供給され
るようにし、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アルコール
発酵用バイオリアクター。 - 【請求項２】発酵液（２）中に供給される酸素量が0.5
〜6.0×10-12mg−O2/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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7284689A JPH0740916B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | アルコール発酵用バイオリアクター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7284689A JPH0740916B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | アルコール発酵用バイオリアクター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02249478A JPH02249478A (ja) | 1990-10-05 |
| JPH0740916B2 true JPH0740916B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=13501159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7284689A Expired - Lifetime JPH0740916B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | アルコール発酵用バイオリアクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0740916B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02276565A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Japanese Res & Dev Assoc Bio Reactor Syst Food Ind | 連続酵素反応装置 |
| KR20020059982A (ko) * | 2001-01-09 | 2002-07-16 | 허지석 | 산소함유술의 제조장치 |
| WO2003022983A1 (en) * | 2001-09-13 | 2003-03-20 | Ozmox Pty. Ltd. | Method and apparatus for oxygenating wine |
| DE102005053334A1 (de) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Bayer Technology Services Gmbh | Module zur Membranbegasung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6027379A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-12 | Ishikawa Seisakusho:Kk | 生化学反応装置 |
-
1989
- 1989-03-24 JP JP7284689A patent/JPH0740916B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02249478A (ja) | 1990-10-05 |
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