JPH0789941B2 - 酢酸の製造方法 - Google Patents

酢酸の製造方法

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JPH0789941B2
JPH0789941B2 JP11161786A JP11161786A JPH0789941B2 JP H0789941 B2 JPH0789941 B2 JP H0789941B2 JP 11161786 A JP11161786 A JP 11161786A JP 11161786 A JP11161786 A JP 11161786A JP H0789941 B2 JPH0789941 B2 JP H0789941B2
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Description

【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」 この発明は、微生物を利用してC2化合物の酢酸を製造す
る方法に係り、特に出発原料としてC1化合物のメタノー
ルが用いられる酢酸の製造方法に関する。 「背景」 酢酸は、例えば食品工業などの分野においてアセトバク
ター属などに属する酢酸生産菌を好気的に培養すること
によって醸造酢などとして製造されている。 このような酢酸の製造方法においては、例えば出発原料
としてエタノールなどのC2化合物が用いられており、こ
のエタノールは発酵中に酢酸生産菌により代謝されてC2
化合物である酢酸に変換される。 「目的」 この発明は、上記のような事情から鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、酢酸を発酵法により製造
するにあたり、酢酸より炭素数の少ないC1化合物のメタ
ノールを出発原料としてC2化合物の酢酸を得ることにあ
る。 「構成」 そこで、発明者らは、上記の目的を達成するためにスク
リーニングなどを重ね、かつそのデータについて鋭意検
討を重ねた結果、好気的条件下でエタノール、酢酸、メ
タノール等からメタンを生成するメタノサルシナ属、メ
タノバクテリウム属またはメタノゲニウム属より選択さ
れる少なくとも1種の酢酸生産菌を炭素源としてのメタ
ノールや硫酸イオンを含む培地中で嫌気的に培養する
と、メタノールが効率良く酢酸に変換されることを見出
だした。 以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明する。 この発明の特徴は、メタノサルシナ属、メタノバクテリ
ウム属またはメタノゲニウム属より選択される少なくと
も1種の酢酸生産菌をメタノールおよび硫酸イオンを含
む培地中で嫌気的に培養し、この培養物から酢酸を採取
することにある。 上記のメタノサルシナ属、メタノバクテリウム属または
メタノゲニウム属より選択される酢酸生産菌としては、
Deutsche Sammlung von Mikroorganismen(DSM)に寄託
されている下記の5種の菌株がそれぞれ単独あるいは数
種混合して用いられる。すなわち、これらの菌株は、 〔1〕メタノサルシナ菌 (Methano sarcina sp.) (DSM 1825) 〔2〕メタノサルシナ(“アセチヴォランス”サワー
ズ)菌 (Methano sarcina《“acetivorans"sowers》) (DSM 2834) 〔3〕メタノバクテリウム・サーモオートトロフィカム
菌 (Methano bacterium thermoautotrophicum) (DSM 1910) 〔4〕メタノゲニウム(“サーモフィリカム”)菌 (Methanogenium《“thermophilicum"》) (DSM 2373) 〔5〕メタノゲニウム菌 (Methanogenium sp.) (DSM 2624) である。 そして、これらの酢酸生成菌は、必要に応じて例えば抗
火石などの多孔質担体などに吸着あるいは付着せしめら
れて固定化される。ここで、上記の担体としては、上記
の抗火石に限らず、表面積が大きく、かつ後述の培養液
に対して不活性なキチン等の天然物担体、ガラスビー
ズ、アルギン酸ソーダ等の無機質担体、ナイロン、セル
ロース等の有機質担体なども好適に用いられる。 次いで、上記の担体に固定化された酢酸生産菌は、例え
ば第1図に示すような密閉型の円筒状の発酵槽1内に収
容されて発酵に供される。この発酵槽1は、内部に収容
された酢酸生産菌により生物的に酢酸を生成するバイオ
リアクターとして機能するものである。そして、この発
酵槽1内には、予め酢酸生産菌を培養するための培養液
(培地)2が充填されている。この培養液2は、概略、
上記の酢酸生産菌の炭素源となるメタノールと、過剰の
硫酸イオンを含む混合塩とからなるものである。培養液
2中のメタノール含量は、上記の酢酸生産菌の力価、培
養液温度および経済効率などに応じて決められるが、通
常0.5〜5重量%程度の範囲とされ、好ましくは約2重
量%程度である。0.5重量%未満では、メタノール量が
少な過ぎてメタノールから酢酸への変換効率が悪く、不
経済であるなどの不都合が生じる。また、5重量%を越
えると、メタノール量が多過ぎて酢酸生産菌に対する基
質(メタノール)が過剰となり、そのため基質による発
酵阻害が生じ易くなる。 また、上記の培養液2中の硫酸イオン含量は、酢酸生産
菌に応じて決められ、通常500〜15000ppm程度の範囲と
され、好ましくは1500〜7500ppm程度である。培養液2
中の硫酸イオン含量が500ppm未満では、硫酸イオン量が
少な過ぎて酢酸生産菌に必要な酢酸生成を促す効果を与
えることができにくい。また、培養液2中の硫酸イオン
含量が15000ppm以上であっても、それ以上酢酸生成の促
進効果が得られにくく、また不経済であるなどの不都合
が生じる。 そして、この培養液2には、上記酢酸生産菌のための栄
養源としてNH4Cl,FeCl2,MnCl2,CoCl2,ZnCl2,CaCl2,H3BO
3,Na2MoO4などの塩類やNPK(窒素、リン、カリウム)系
の肥料などを必要に応じて適宜の混合割合で添加するこ
とができる。また、上記の培養液2には、発酵時におい
て培養液2のpHやイオン強度などの諸条件を常に一定と
するために蒸留水やアルコール蒸留廃水などを間欠的に
適量添加することもできる。 次に、上記の発酵槽1の外周部に設けられた保温ジャケ
ット3により、発酵槽1内の培養液2は発酵に適した温
度に加温される。この保温ジャケット3は、このジャケ
ット3の内部に恒温槽4で加温された水が循環するよう
になっているものである。ここで、上記培養液2の温度
は、酢酸生産菌の菌体内酵素の活性が得られる範囲で決
められ、通常45〜60℃程度の範囲とされ、好ましくは52
〜54℃程度とされる。 次いで、発酵中において、循環ポンプ5により、発酵槽
1の上部から培養液2が徐々に発酵槽1の外部に排出さ
れる。この排出された培養液2は、まずpH調整槽6内に
送られ、pH調整ポンプ7によりpH調整液8と適宜混合さ
れてpH調整が行なわれる。ここで、培養液2のpHは、上
記の酢酸生産菌が正常に機能して正常な培養が行なわれ
る範囲で決められ、通常3〜9程度の範囲とされ、好ま
しくは5〜7程度とされる。 次いで、pH調整された培養液2は、限外濾過装置9によ
り培養液2中の酢酸生産菌と生成物の酢酸を含む低分子
量画分とに分けられ、菌体は再び発酵槽1内に戻される
とともに、低分子量画分を分析用サンプルとして取り出
せる。この限外濾過装置9は通常はバイパスする。ま
た、この供給・排出ポンプ10により発酵槽1内には、培
養液貯槽11から新たに培養液2が供給される。同時に、
供給・排出ポンプ10により排出された培養液2は酢酸の
精製工程に送られる。そして、この低分子量画分中の酢
酸は、例えばイオン交換樹脂に選択的に吸着され、かつ
アルカリ溶液などで溶出されて精製される。このように
して発酵槽1内においては、培養液2が連続供給されて
連続的に発酵が進められる。この連続発酵に要する時間
は、酢酸生産菌の力価、培養液中の基質濃度、培養規模
および経済性などに応じて適宜決められ、通常、1〜10
日間程度の範囲とされるが、これに限定されるものでは
ない。 なお、第1図に示した発酵槽1には、その上部に本来の
発酵生成物であるメタンガスを早期に検知して緊急排気
するメタンガス検知排気装置12を設けることができる。
このメタンガス検知排気装置12は、万一、発酵槽1内の
培養液2から発生したメタンガスをトラップしてガス発
生を検知するガストラップ13と、このガストラップ13内
のガス濃度を測定するガスメーター14とから構成されて
いる。 この方法によれば、本来、代謝産物としてメタンを生成
するメタノサルシナ属に属するDSM 1825株、メタノサル
シナ属に属するDSM 2834株、メタノバクテリウム属に属
するDSM 1910株、メタノゲニウム属に属するDSM 2373
株、メタノゲニウム属に属するDSM 2624株からなる群よ
り選択される少なくとも1種の酢酸生産菌株を嫌気的に
発酵させ、かつ培養液にメタノールおよび硫酸イオンを
含有せしめたので、C1化合物のメタノールから高い変換
効率でC2化合物の酢酸を得ることができる。 以下、実験例を示してこの発明の作用効果を明確にす
る。 (実験例1) まず、第1表および第2表に示した組成からなる培養液
を調製した。 次いで、蒸留水8ml(培地1)、培養液8ml(培地2)、
培養液8mlに10%硫酸イオン(Na2SO4)1mlを添加したも
の(培地3)をそれぞれ密栓付き試験管に注入したの
ち、上記培地1〜3にそれぞれ前述の酢酸生産菌液を2m
lずつ植菌して53℃の恒温槽内で3日間嫌気的に培養し
た。そして、培養終了後、各試験管内の培地1〜3中の
酢酸生成の有無を調べた。その結果を第3表に示した。 この第3表から明らかなように、メタノールおよび硫酸
イオンを含む培地3において、上記5種の酢酸生産菌か
らは、いずれも発酵生産物として酢酸が得られることが
わかる。
【酢酸生成の確認】
上記の酢酸生産菌による酢酸生成を確認する方法として
は、まず高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いた
分析方法を採用した。第2図のグラフは、上記の第3表
中の酢酸生産菌による酢酸生成を示す一例としてHPLCに
よる培養液(培地3、DSM2373)の分析結果を示すとと
もに、この第2図のグラフを補足説明するものとして、
下記にHPLCの積算データを示す。 TIME(分) MU 13.77 5248.6 17.35 64.5 24.03 8.7(酢酸) 27.52 737.2(メタノール) (実験例2) 第1図に示した発酵槽1内に、前述した酢酸生産菌体の
混合物を抗火石表面に固定した微生物担体を充填したの
ち、下記の第4表に示す培養液を注入した。 次に、上記の培養液(メタノール含量約1重量%)を53
℃程度に加温して酢酸生産菌の嫌気培養を行なった。そ
して、この培養液中のNa2SO4添加量を2.2180gとした
(硫酸イオン濃度1500ppm)うえ、その培養液のpHを5.5
に調製したものを実施例1とし、またpHを6.8に調製し
たものを実施例2とした。また、上記の培養液中のNa2S
O4量を11.0900gとした(硫酸イオン濃度7500ppm)う
え、その培養液のpHを5.5に調製したものを実施例3と
し、pHを6.8に調製したものを実施例4とした。 また、上記の第4表に示した組成においてNa2SO4を添加
しないものを比較例とした。 上記の実施例1〜4および比較例において、いずれも培
養期間を15日間とした。 その結果、上記の実施例1、2においては、発酵開始か
ら10日目で酢酸生成の増加傾向の傾きが0に収束し始
め、また実施例3、4においては、5日目でやはり酢酸
生成の増加傾向が鈍化し始めた。そして、最終的に生成
された酢酸の濃度を測定し、かつメタノール−酢酸変換
率を算出してその結果を第5表に示した。これら実施例
1〜4に対して比較例では、全く酢酸生成が認められな
かった。 この第5表から明らかなように、前述した酢酸生産菌体
混合物は、メタノールおよび硫酸イオンを含む培地中で
メタノールを高い変換効率で酢酸に変換する機能を有す
ることがわかる。
【酢酸生成の確認】
発酵終了したのちの発酵槽1内の培養液を採取し、この
培養液を、イオン交換樹脂(DIAION PA318)2000ml充填
したカラムに流して酢酸を吸着せしめ、その後0.1N苛性
ソーダ水溶液500mlでカラムから溶出せしめて酢酸画分
を分取した。 (1)この分取画分を中性としたうえ、FeCl3溶液を添
加して濃赤色とし、これに塩酸を添加して上記の濃赤色
が消えたことにより、分取画分が酢酸であると確認し
た。(塩化鉄〔III〕反応) (2)分取画分とCaCO3とを共に蒸発乾固せしめたの
ち、これらが収容された容器の口部をo−ニトロベンズ
アルデヒドを浸したろ紙で覆うとインジゴ青を呈したこ
とにより、分取画分が酢酸であると確認した。(インジ
ゴ生成反応) 「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、本来、代謝産
物としてメタンを生成するメタノサルシナ属に属するDS
M 1825株、メタノサルシナ属に属するDSM 2834株、メタ
ノバクテリウム属に属するDSM 1910株、メタノゲニウム
属に属するDSM 2373株、メタノゲニウム属に属するDSM
2624株からなる群より選択される少なくとも1種の酢酸
生産菌株をメタノールおよび硫酸イオンを含む培地中で
嫌気的に培養したので、メタノールを代謝産物としての
酢酸に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の酢酸の製造方法を実施する上で好
適に用いられる発酵装置の概略構成図、第2図は、この
発明の酢酸の製造方法によって得られた生産物の固定結
果を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタノサルシナ属に属するDSM 1825株、メ
    タノサルシナ属に属するDSM 2834株、メタノバクテリウ
    ム属に属するDSM 1910株、メタノゲニウム属に属するDS
    M 2373株、メタノゲニウム属に属するDSM 2624株からな
    る群より選択される少なくとも1種の酢酸生産菌株をメ
    タノールおよび硫酸イオンを含む培地中で嫌気的に培養
    し、この培養物から酢酸を採取することを特徴とする酢
    酸の製造方法。
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