JPS6132957B2 - - Google Patents
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- JPS6132957B2 JPS6132957B2 JP56177527A JP17752781A JPS6132957B2 JP S6132957 B2 JPS6132957 B2 JP S6132957B2 JP 56177527 A JP56177527 A JP 56177527A JP 17752781 A JP17752781 A JP 17752781A JP S6132957 B2 JPS6132957 B2 JP S6132957B2
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- substrate
- amount
- culture
- ethanol
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
- C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/48—Automatic or computerized control
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
- C12N1/16—Yeasts; Culture media therefor
- C12N1/18—Baker's yeast; Brewer's yeast
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- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
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- Botany (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は微生物の好気的培養制御方法に係わ
り、とくに培養中の基質流加量を制御する方法に
関するものである。
り、とくに培養中の基質流加量を制御する方法に
関するものである。
食、飼料酵母、パン酵母などの酵母菌体の生産
においては培養中に基質を少量ずつ供給する流加
培養法が行われている。この培養を効率よく実施
するには流加した基質が完全に酵母に消費され、
かつエタノール等の副生成物が少ないことが必須
である。
においては培養中に基質を少量ずつ供給する流加
培養法が行われている。この培養を効率よく実施
するには流加した基質が完全に酵母に消費され、
かつエタノール等の副生成物が少ないことが必須
である。
従来、培養中の菌体濃度や菌体の活性度を迅速
に測定する手段がないことから、予め定めたプロ
グラムに従い基質を培養槽に流加する方式が行わ
れていた。この方式では槽内の菌体活性に応じた
基質流加が不可能であり、生産性は高くなかつ
た。
に測定する手段がないことから、予め定めたプロ
グラムに従い基質を培養槽に流加する方式が行わ
れていた。この方式では槽内の菌体活性に応じた
基質流加が不可能であり、生産性は高くなかつ
た。
本発明は前記現状に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするとこのは培養中の基質流加量を適正
に制御することにより、酵母の菌体生産効率の向
上を可能にする方法を提供するものである。
の目的とするとこのは培養中の基質流加量を適正
に制御することにより、酵母の菌体生産効率の向
上を可能にする方法を提供するものである。
本発明の目的を達成するための基質流加方法は
培養槽への基質流加を菌体量当りの基質流加速度
（比流加速度、α値と称す）を指標とし、培養過
程で生成される副生成物を検出し、副生成物が生
成されない場合はα値を所定の割合で増加させ、
副生成物が生成された場合はα値を上記所定の割
合よりも大きな割合で減少させることを特徴とす
るものである。
培養槽への基質流加を菌体量当りの基質流加速度
（比流加速度、α値と称す）を指標とし、培養過
程で生成される副生成物を検出し、副生成物が生
成されない場合はα値を所定の割合で増加させ、
副生成物が生成された場合はα値を上記所定の割
合よりも大きな割合で減少させることを特徴とす
るものである。
つぎに本発明に基づく基質流加方法を詳細に説
明する。まず、α値は次式で表わされる。
明する。まず、α値は次式で表わされる。
α＝ＦＳｏ／ＶＸ ……(1)
ここで、Ｆ＝流加速度（ｌ／ｈ）、So＝基質濃
度（ｊ／ｌ）、Ｖ＝培養液量（ｌ）、Ｘ＝菌体濃度
（ｇ／ｌ） 式より、流加速度Ｆはα、Ｖ、Ｘを決めるこ
とで次式により設定できる。
度（ｊ／ｌ）、Ｖ＝培養液量（ｌ）、Ｘ＝菌体濃度
（ｇ／ｌ） 式より、流加速度Ｆはα、Ｖ、Ｘを決めるこ
とで次式により設定できる。
Ｆ＝α・ＶＸ／Ｓｏ ……(2)
α値、つまり菌体量当りの基質流加速度は用い
た酵母の活性により変化する。パン酵母の場合、
活性が高ければα値を上げて基質流加速度を増加
させても酵母は摂取した基質により増殖できる
が、活性が低いならば摂取した基質はグルコール
効果によりエタノールとCO2になり、生産性が低
下する。
た酵母の活性により変化する。パン酵母の場合、
活性が高ければα値を上げて基質流加速度を増加
させても酵母は摂取した基質により増殖できる
が、活性が低いならば摂取した基質はグルコール
効果によりエタノールとCO2になり、生産性が低
下する。
酵母の活性度とは流加した基質を完全に消費
し、エタノール等の副生成物を生成せずに菌体を
生産する能力であるから、直接に測定する手段は
なく、結局は副生成物が生成しないように基質を
流加する方法を行わざるを得ない。一方、酵母の
酸素消費速度を指標として酵母の活性度を推定す
る方法があるが、酸素消費速度は基質流加速度と
密接に関連しており、基質流加速度により変化す
るため、これだけでは不充分である。
し、エタノール等の副生成物を生成せずに菌体を
生産する能力であるから、直接に測定する手段は
なく、結局は副生成物が生成しないように基質を
流加する方法を行わざるを得ない。一方、酵母の
酸素消費速度を指標として酵母の活性度を推定す
る方法があるが、酸素消費速度は基質流加速度と
密接に関連しており、基質流加速度により変化す
るため、これだけでは不充分である。
そこで、本発明はαの初期値を培養開始時に設
定し、そのα値に対する流加速度で基質を流加
し、副生成物が生成しないならばα値を上げると
いう方法を提案するものである。この場合α値の
上げ幅が非常に大きな問題となるが、本発明者ら
は種種検討の結果、酵母の生理活性変化に適合し
た値としてα値を20％以下の値で、望ましくは10
％ずつ増加させる方法を見出した。
定し、そのα値に対する流加速度で基質を流加
し、副生成物が生成しないならばα値を上げると
いう方法を提案するものである。この場合α値の
上げ幅が非常に大きな問題となるが、本発明者ら
は種種検討の結果、酵母の生理活性変化に適合し
た値としてα値を20％以下の値で、望ましくは10
％ずつ増加させる方法を見出した。
α値を20％以下の値で増加させるのは、これよ
り大きければ基質流加が過剰になるからであり、
一方、増加割合が小さすぎると菌体への基質供給
が不足し、菌体生産性の向上を図ることができな
い。これから、望ましい増加割合として10％を設
定した。
り大きければ基質流加が過剰になるからであり、
一方、増加割合が小さすぎると菌体への基質供給
が不足し、菌体生産性の向上を図ることができな
い。これから、望ましい増加割合として10％を設
定した。
つぎに、副生成物が生成した時は基質流加速度
を下げなければ副生成物は生成し続けて、菌体収
率が低下し、菌体生産性が低くなる。しかし、上
げ幅と同じ割合でα値を下げても副生成物の生成
を止めることはできなかつた。これは、基質が分
解されて菌体増殖に向う経路と副生成物生産の経
路が異なり、一度、副生成物生産経路の酵素活性
が高くなると基質流加を少々減らしても代謝物の
流れが副生成物生産の方法に向うためであると考
えられる。これから、基質流加の減少割合の程度
が重要になるのであるが、検討の結果、α値の減
少割合を30％以上とし、望ましくは50％にすれ
ば、副生成物の生成は止まり、かつ培養液中に生
成した副生成物の酵母による再利用が行れること
を見出した。
を下げなければ副生成物は生成し続けて、菌体収
率が低下し、菌体生産性が低くなる。しかし、上
げ幅と同じ割合でα値を下げても副生成物の生成
を止めることはできなかつた。これは、基質が分
解されて菌体増殖に向う経路と副生成物生産の経
路が異なり、一度、副生成物生産経路の酵素活性
が高くなると基質流加を少々減らしても代謝物の
流れが副生成物生産の方法に向うためであると考
えられる。これから、基質流加の減少割合の程度
が重要になるのであるが、検討の結果、α値の減
少割合を30％以上とし、望ましくは50％にすれ
ば、副生成物の生成は止まり、かつ培養液中に生
成した副生成物の酵母による再利用が行れること
を見出した。
パン酵母を用いて種々の基質流加方式を検討し
た実験例を第１図、第２図、第３図に示す。ここ
では培養１時間又は２時間目から呼吸商（RQ）
によるフイードバツク制御を開始し、15分毎にα
値を変化させて基質流加速度を制御した。
た実験例を第１図、第２図、第３図に示す。ここ
では培養１時間又は２時間目から呼吸商（RQ）
によるフイードバツク制御を開始し、15分毎にα
値を変化させて基質流加速度を制御した。
第１図はα値を10％上げ、10％下げる方式で行
なつた。RQの制御範囲を0.8〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが1g／ｌ程度生成した時
にRQが1.0mol／molを越えた。この時点から、
α値を10％ずつ下げたがエタノール生成は止まら
ず、15.4g／ｌのエタノールが生成した。このよ
うに一度エタノールが生成すると酵母の発酵生理
がエタノール生成に適した状態になつており、α
値の下げ幅が小さいと菌体増殖の方に生理状態を
すぐに変えることができないのであろう。
なつた。RQの制御範囲を0.8〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが1g／ｌ程度生成した時
にRQが1.0mol／molを越えた。この時点から、
α値を10％ずつ下げたがエタノール生成は止まら
ず、15.4g／ｌのエタノールが生成した。このよ
うに一度エタノールが生成すると酵母の発酵生理
がエタノール生成に適した状態になつており、α
値の下げ幅が小さいと菌体増殖の方に生理状態を
すぐに変えることができないのであろう。
第２図はα値を20％上げ、20％下げる方式で行
なつた。RQの制御範囲を0.8〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが8.4g／ｌ生成した時に
RQが1.0mol／molを越えた。第１図の場合より
エタノール生成が大きいのはα値の上げ幅を高く
したことによるものと考えられる。以後、α値を
20％ずつ下げたがエタノール生成は止まらず
14.7g／ｌのエタノールが生成した。
なつた。RQの制御範囲を0.8〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが8.4g／ｌ生成した時に
RQが1.0mol／molを越えた。第１図の場合より
エタノール生成が大きいのはα値の上げ幅を高く
したことによるものと考えられる。以後、α値を
20％ずつ下げたがエタノール生成は止まらず
14.7g／ｌのエタノールが生成した。
第３図はα値を50％上げ、50％下げる方式で行
なつた。RQの制御範囲を0.9〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが1.5g／ｌ程度生成した時
にRQが1.0mol／molを越えた。以後、α値の上
げ下げをくり返したが、エタノールの生成は止ま
らず10.5g／ｌのエタノールが生成した。また、
RQがハンチングした。
なつた。RQの制御範囲を0.9〜1.0mol／molにし
たところ、エタノールが1.5g／ｌ程度生成した時
にRQが1.0mol／molを越えた。以後、α値の上
げ下げをくり返したが、エタノールの生成は止ま
らず10.5g／ｌのエタノールが生成した。また、
RQがハンチングした。
以上のことから、α値の増加割合を50％にする
とRQがハンチングするため、20％以下にすれば
良いことが分かつた。しかし、20％ではエタノー
ルの生成量が大きいことから、10％が最適な増加
割合であつた。一方、α値の減少割合を20％以下
にした場合ではエタノールの生成を抑制すること
はできなかつた。
とRQがハンチングするため、20％以下にすれば
良いことが分かつた。しかし、20％ではエタノー
ルの生成量が大きいことから、10％が最適な増加
割合であつた。一方、α値の減少割合を20％以下
にした場合ではエタノールの生成を抑制すること
はできなかつた。
第１図、第２図において、α値が変化しない場
合でもエタノールが生成したが、第４図にこの現
象の確認実験の結果を示す。α値をRUN1では
0.3g／ｇ・ｈ、RUN2では0.39g／ｇ・ｈ、RUN3
では0.42g／・ｈとほぼ一定として流加したとこ
ろ、α値の高い順に５時間目、７時間目、11時間
目からエタノールが生成した。このことは、α値
を一定として流加しても酵母の生理活性が変化
し、エタノールが生成することを意味しており、
第１図、第２図のように、単にα値をエタノール
が生成する前のα値に戻しただけではエタノール
生成が止まらないのは、酵母の生理活性の変化の
発現、つまりエタノール生成が時間的な遅れを有
しているからだと考えられる。
合でもエタノールが生成したが、第４図にこの現
象の確認実験の結果を示す。α値をRUN1では
0.3g／ｇ・ｈ、RUN2では0.39g／ｇ・ｈ、RUN3
では0.42g／・ｈとほぼ一定として流加したとこ
ろ、α値の高い順に５時間目、７時間目、11時間
目からエタノールが生成した。このことは、α値
を一定として流加しても酵母の生理活性が変化
し、エタノールが生成することを意味しており、
第１図、第２図のように、単にα値をエタノール
が生成する前のα値に戻しただけではエタノール
生成が止まらないのは、酵母の生理活性の変化の
発現、つまりエタノール生成が時間的な遅れを有
しているからだと考えられる。
つぎに、α値の減少割合を検討した結果を第５
図に示す。培養初期にエタノールが12.7g／ｌ存
在している状態で培養を開始した。この場合も第
２図と同じく、RQが1.0mol／molを越えた時点
でα値を20％減少させたがエタノールを減らすこ
とができなかつた。培養４時間目にα値を50％下
げたところ、エタノールは急激に減少し、以後20
％の割合でα値を上げたにもかかわらずエタノー
ルを2g／ｌにまで減らすことができた。以上の
ことから、α値の減少割合を20％にした場合は培
養液中のエタノール濃度の上昇を防ぐことができ
るが、エタノールを減らすことができない。しか
し、減少割合を50％にした場合は、酵母の生理活
性を変えて、エタノールの生成を抑えるととも
に、エタノールの消費が生じることが明らかにな
つた。これより、α値の減少割合は30％以上、望
ましくは50％減少させる方式が良いことが分る。
図に示す。培養初期にエタノールが12.7g／ｌ存
在している状態で培養を開始した。この場合も第
２図と同じく、RQが1.0mol／molを越えた時点
でα値を20％減少させたがエタノールを減らすこ
とができなかつた。培養４時間目にα値を50％下
げたところ、エタノールは急激に減少し、以後20
％の割合でα値を上げたにもかかわらずエタノー
ルを2g／ｌにまで減らすことができた。以上の
ことから、α値の減少割合を20％にした場合は培
養液中のエタノール濃度の上昇を防ぐことができ
るが、エタノールを減らすことができない。しか
し、減少割合を50％にした場合は、酵母の生理活
性を変えて、エタノールの生成を抑えるととも
に、エタノールの消費が生じることが明らかにな
つた。これより、α値の減少割合は30％以上、望
ましくは50％減少させる方式が良いことが分る。
第６図は、α値を10％ずつ増加し、30％ずつ減
少させた場合のデータを示す図で、減少割合が30
％ずつでも効果が認められるが、50％ずつ減少さ
せた場合に比べ、若干劣ることが理解される。
少させた場合のデータを示す図で、減少割合が30
％ずつでも効果が認められるが、50％ずつ減少さ
せた場合に比べ、若干劣ることが理解される。
以上のように、酵母の生理活性に適合するよう
に基質を流加するために、本発明者らはα値の増
加割合を20％以下で、望ましくは10％ずつ増加さ
せ、副生成物が生成した場合は酵母の生理状態を
副生成物生産から菌体増殖のみに移行させるため
にα値を30％以上の割合で、望ましくは50％減少
させる方式が有効であることを見い出したのであ
る。
に基質を流加するために、本発明者らはα値の増
加割合を20％以下で、望ましくは10％ずつ増加さ
せ、副生成物が生成した場合は酵母の生理状態を
副生成物生産から菌体増殖のみに移行させるため
にα値を30％以上の割合で、望ましくは50％減少
させる方式が有効であることを見い出したのであ
る。
本発明を実施するには培養槽内の菌体量を測定
する必要があるが、現在のところ菌体量を直接測
定する有効な方法はない。そこで本発明者らは(1)
酸素収支、(2)炭素収支、(3)増殖モデルにより菌体
量の推定が良好に行なえることを見い出した。
する必要があるが、現在のところ菌体量を直接測
定する有効な方法はない。そこで本発明者らは(1)
酸素収支、(2)炭素収支、(3)増殖モデルにより菌体
量の推定が良好に行なえることを見い出した。
酸素収支による菌体量の推定は次式で表わされ
る。
る。
ΔＸ＝（a2・Δｓ−ΔO2−a3ΔＰ）a1 ……(3)
ΔＸ＝菌体増殖量(g)、Δｓ＝基質流加量(g)、Δ
O2＝酸素消費量（mol）、ΔＰ＝副生成物量(g)、 a1＝菌体の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）、 a2＝基質の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）、 a3＝副生成物の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）。
O2＝酸素消費量（mol）、ΔＰ＝副生成物量(g)、 a1＝菌体の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）、 a2＝基質の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）、 a3＝副生成物の完全燃焼に必要な酸素量（mol／
ｇ）。
(3)式による菌体量の推定は、副生成物について
は生成量が少ないとして計算から除くと、基質の
燃焼に必要な酸素量は既知であり、菌体の酸素消
費量は入口ガスを出口ガスの酸素量の差より求め
られることから可能になる。
は生成量が少ないとして計算から除くと、基質の
燃焼に必要な酸素量は既知であり、菌体の酸素消
費量は入口ガスを出口ガスの酸素量の差より求め
られることから可能になる。
炭素収支による菌体量の推定は次式で表わされ
る。
る。
ΔＸ＝（b2・Δｓ−12・ΔCO2−b3・ΔＰ）／b1
……(4) ΔCO2＝炭酸ガス生成量（mol）、b1＝菌体の炭
素含有率（ｇ／ｇ）、b2＝基質の炭素含有率
（ｇ／ｇ）、b3＝副生成物の炭素含有率（ｇ／
ｇ）。
……(4) ΔCO2＝炭酸ガス生成量（mol）、b1＝菌体の炭
素含有率（ｇ／ｇ）、b2＝基質の炭素含有率
（ｇ／ｇ）、b3＝副生成物の炭素含有率（ｇ／
ｇ）。
(4)式による菌体量の推定は、副生成物について
は生成量が少ないとして計算から除くと、基質の
炭素量は既知であり、排ガスの炭酸ガス量は測定
できることから可能になる。
は生成量が少ないとして計算から除くと、基質の
炭素量は既知であり、排ガスの炭酸ガス量は測定
できることから可能になる。
増殖モデルによる菌体量の推定は次式で表わさ
れる。
れる。
ｄ（ＶＸ）／ｄｔ＝μVX ……(5)
μ＝μnax・Ｓ／Ｋｓ＋Ｓ ……(6)
ｄ（ＶＳ）／ｄｔ＝FSo−１／ＹＧμVX−mVX ……(7)
ｄＶ／ｄｔ＝Ｆ ……(8)
Ｓ＝液中基質濃度（ｇ／ｌ）、μ＝比増殖速度
（１／ｈ）、μnax＝最大比増殖速度（１／ｈ）、Ｙ
G＝基質に対する菌体収率定数（ｇ／ｇ）、ｍ＝基
質に対する維持定数（ｇ／ｇ）、Ks＝飽和定数
（ｇ／ｌ）、ｔ＝時間（ｈ）。
（１／ｈ）、μnax＝最大比増殖速度（１／ｈ）、Ｙ
G＝基質に対する菌体収率定数（ｇ／ｇ）、ｍ＝基
質に対する維持定数（ｇ／ｇ）、Ks＝飽和定数
（ｇ／ｌ）、ｔ＝時間（ｈ）。
この式に初発液量Vo、初発菌体濃度Xoと係数
μnax、ＫS、ＹG、ｍを入れた後、基質流加速度
Ｆの測定値を入れることで、菌体量を算出でき
る。
μnax、ＫS、ＹG、ｍを入れた後、基質流加速度
Ｆの測定値を入れることで、菌体量を算出でき
る。
以上のように、酸素収支、炭素収支、増殖モデ
ルにより菌体量を推定できるが、実際の使用にあ
たつては各々を組み合わせて平均することにより
一層確実な菌体量の推定が可能になる。
ルにより菌体量を推定できるが、実際の使用にあ
たつては各々を組み合わせて平均することにより
一層確実な菌体量の推定が可能になる。
最適な基質流加を行なうには副生成物の生成を
検知する必要があるが、この方法としてＱCO2と
ＱO2の比である呼吸商（RQ）による方法、出口
ガスと入口ガスの流量比（β値と称す）による方
法及び排ガス中の揮発性副生成物、例えばエタノ
ール等をガスクロマトグラフ等により測定する方
法により良好に検知できることを見出した。
検知する必要があるが、この方法としてＱCO2と
ＱO2の比である呼吸商（RQ）による方法、出口
ガスと入口ガスの流量比（β値と称す）による方
法及び排ガス中の揮発性副生成物、例えばエタノ
ール等をガスクロマトグラフ等により測定する方
法により良好に検知できることを見出した。
糖を基質とした酵母培養において、RQ＝1.0の
場合は完全な好気的菌体増殖を示し、RQ＞1.0の
場合は炭酸ガス生成量が多いことからエタノール
生成を示しており、RQ＜1.0の場合は基質量が不
足しているか、生成したエタノールを酵母が消費
していることを示している。そこで、RQが1.0を
越えた場合はエタノールが生成したとしてα値を
低下させ、RQが1.0よりかなり低くなつた場合は
基質が不足したとしてα値を上げるのである。
場合は完全な好気的菌体増殖を示し、RQ＞1.0の
場合は炭酸ガス生成量が多いことからエタノール
生成を示しており、RQ＜1.0の場合は基質量が不
足しているか、生成したエタノールを酵母が消費
していることを示している。そこで、RQが1.0を
越えた場合はエタノールが生成したとしてα値を
低下させ、RQが1.0よりかなり低くなつた場合は
基質が不足したとしてα値を上げるのである。
出口ガス量と入口ガス量の比（β値）でエタノ
ール生成を検知できる理由は、エタノールが生成
すると多量に生成したCO2のために出口ガス流量
が入口ガス流量より増加するためであり、本発明
者らが見い出した。この方法はRQを用いる場合
のようにO2，CO2濃度を測定する必要がないため
きわめて有効である。
ール生成を検知できる理由は、エタノールが生成
すると多量に生成したCO2のために出口ガス流量
が入口ガス流量より増加するためであり、本発明
者らが見い出した。この方法はRQを用いる場合
のようにO2，CO2濃度を測定する必要がないため
きわめて有効である。
出口ガス中の揮発性成分を測定する方法は直接
にエタノールのような副生成物を測定する方法で
ある。これは培養液中に排出された副生成物が排
ガス中に揮散するため、これをガスクロマトグラ
フや半導体センサ等で測定するものである。
にエタノールのような副生成物を測定する方法で
ある。これは培養液中に排出された副生成物が排
ガス中に揮散するため、これをガスクロマトグラ
フや半導体センサ等で測定するものである。
本発明に用いられる基質としてグルコース、フ
ラクトース、シユクロース及び工業用原料の糖密
等がある。また、副原料として通常の培養に用い
られる硫安、尿素、アンモニア水、リン酸―カリ
ウム、酵母エキス、硫酸マグネシウム、硫酸第一
鉄及び各種ビタミン、ミネラルなどがある。
ラクトース、シユクロース及び工業用原料の糖密
等がある。また、副原料として通常の培養に用い
られる硫安、尿素、アンモニア水、リン酸―カリ
ウム、酵母エキス、硫酸マグネシウム、硫酸第一
鉄及び各種ビタミン、ミネラルなどがある。
本発明方法を実施する培養装置例を第７図に示
す。培養槽１内に種菌を入れ、基質タンク７より
基質を基質供給ポンプ８により供給する。この
時、入口酸素分圧測定器５、入口ガス量測定器
６、出口ガスの酸素分圧測定器１１、炭酸ガス分
圧測定器１２、排ガス量測定器１３からのデータ
を制御用電子計算機４に入れ、酸素収支、炭素収
支及び基質供給速度を基にした増殖モデル計算か
ら槽内の菌体量を算出し、これからα値とにより
基質流加速度を求め、その速度に応じて基質供給
ポンプ８を稼動させる。一方、RQ、出口ガス量
と入口ガス量の比（β値）を求めこれに応じてα
値を変更させて、基質供給速度を制御する。培養
中は溶存酸素濃度を２mg／以上に維持する必要
があるが、これは溶存酸素センサ９の信号を溶存
酸素計１０で検知し、その値を制御用電子計算機
４に送り、撹拌機２で回転数、酸素分離機３によ
り入口ガス酸素濃度と入口ガス量を制御すること
により溶存酸素濃度を一定値に維持する。
す。培養槽１内に種菌を入れ、基質タンク７より
基質を基質供給ポンプ８により供給する。この
時、入口酸素分圧測定器５、入口ガス量測定器
６、出口ガスの酸素分圧測定器１１、炭酸ガス分
圧測定器１２、排ガス量測定器１３からのデータ
を制御用電子計算機４に入れ、酸素収支、炭素収
支及び基質供給速度を基にした増殖モデル計算か
ら槽内の菌体量を算出し、これからα値とにより
基質流加速度を求め、その速度に応じて基質供給
ポンプ８を稼動させる。一方、RQ、出口ガス量
と入口ガス量の比（β値）を求めこれに応じてα
値を変更させて、基質供給速度を制御する。培養
中は溶存酸素濃度を２mg／以上に維持する必要
があるが、これは溶存酸素センサ９の信号を溶存
酸素計１０で検知し、その値を制御用電子計算機
４に送り、撹拌機２で回転数、酸素分離機３によ
り入口ガス酸素濃度と入口ガス量を制御すること
により溶存酸素濃度を一定値に維持する。
本発明方法を実施する他の培養装置例を第８図
に示す。これは排ガスラインに揮発成分測定器１
８を設置し、副生成物である揮発成分が検知され
ない時はα値を上げ、検知される時はα値を下げ
るという方式で基質流加制御を行うものである。
排ガスライン以外の構成は第７図で示した装置と
同じである。
に示す。これは排ガスラインに揮発成分測定器１
８を設置し、副生成物である揮発成分が検知され
ない時はα値を上げ、検知される時はα値を下げ
るという方式で基質流加制御を行うものである。
排ガスライン以外の構成は第７図で示した装置と
同じである。
つぎに本発明の実施例について具体的に説明す
るが、本発明はこれによりなんら限定されるもの
ではない。
るが、本発明はこれによりなんら限定されるもの
ではない。
実施例 １
菌体；Saccharomyces cerevisiae（パン酵
母） 培地；グルコース500g、尿素53.75g、
Na2HPO4・2H2O25g、MgSO4・7H2O9.5g、
KCl5.5g、クエン酸ナトリウム62.5g、酵母エキ
ス12.2g、ビタミン液25ml及びミネラル液25mlを
水道水１に加え、溶解し、PH5.0に調整した。
母） 培地；グルコース500g、尿素53.75g、
Na2HPO4・2H2O25g、MgSO4・7H2O9.5g、
KCl5.5g、クエン酸ナトリウム62.5g、酵母エキ
ス12.2g、ビタミン液25ml及びミネラル液25mlを
水道水１に加え、溶解し、PH5.0に調整した。
但し、ビタミン液はビオチン0.04g、ビタミン
B10.08g、ビタミンB62.0g、パントテン酸カルシ
ウム1.0g及びイノシトール20gを蒸留水１に溶
解して作成し、ミネラル液はCuSO4・
5H2O0.05g、ZnSO4・7H2O0.8g及びFeSO4
（NH4）2・6H2O0.3gを蒸留水１に溶解して作成
した。
B10.08g、ビタミンB62.0g、パントテン酸カルシ
ウム1.0g及びイノシトール20gを蒸留水１に溶
解して作成し、ミネラル液はCuSO4・
5H2O0.05g、ZnSO4・7H2O0.8g及びFeSO4
（NH4）2・6H2O0.3gを蒸留水１に溶解して作成
した。
培養条件；50ジヤーフアーメンタを用い、温
度30℃、PH5.0、溶存酸素濃度を撹拌機回転数、
通気ガスの酸素分圧及び通気量により４〜６mg／
の範囲に制御した。なお、通気ガスの酸素分圧
はエアーコンプレツサと酸素ボンベを用いて変化
させた。槽内圧は0.5Kg／cm2Ｇに、排ガス炭酸ガ
ス濃度は20％以内に制御した。初発液量は15と
し、初発菌体濃度は50g／、α値は0.3g／ｇ・
ｈにした。培養槽内の菌体量は酸素収支と炭素収
支から求めた菌体量の平均値を用いた。この時の
係数として、a1＝0.042、a2＝0.033、b1＝0.47、
b2＝0.40を用いた。副生成物であるエタノールの
生成はRQ値で検知することにし、RQ＜0.8mol／
molの時はα値を10％上げ、RQ＞1.0mol／molの
時はα値を50％下げた。
度30℃、PH5.0、溶存酸素濃度を撹拌機回転数、
通気ガスの酸素分圧及び通気量により４〜６mg／
の範囲に制御した。なお、通気ガスの酸素分圧
はエアーコンプレツサと酸素ボンベを用いて変化
させた。槽内圧は0.5Kg／cm2Ｇに、排ガス炭酸ガ
ス濃度は20％以内に制御した。初発液量は15と
し、初発菌体濃度は50g／、α値は0.3g／ｇ・
ｈにした。培養槽内の菌体量は酸素収支と炭素収
支から求めた菌体量の平均値を用いた。この時の
係数として、a1＝0.042、a2＝0.033、b1＝0.47、
b2＝0.40を用いた。副生成物であるエタノールの
生成はRQ値で検知することにし、RQ＜0.8mol／
molの時はα値を10％上げ、RQ＞1.0mol／molの
時はα値を50％下げた。
結果；培養12時間を通じてエタノール濃度を第
８図に示すように3.4g／以下に低く抑えること
ができた。また、第１０図に示すように菌体量の
推算値は実測値にほぼ一致した。これにより菌体
濃度は104g／の高濃度に達し、菌体収率は
0.43g／ｇであつた。なお最終培養液量は25.5
であつた。
８図に示すように3.4g／以下に低く抑えること
ができた。また、第１０図に示すように菌体量の
推算値は実測値にほぼ一致した。これにより菌体
濃度は104g／の高濃度に達し、菌体収率は
0.43g／ｇであつた。なお最終培養液量は25.5
であつた。
実施例 ２
菌株；Saccharomyces cerevisiae（パン酵
母） 培地；実施例１と同様。
母） 培地；実施例１と同様。
培養条件；培養槽内の菌体量の推定を増殖モデ
ルにより行なつた以外は実施例１と同様に実施し
た。なお、増殖モデルの係数として、μnax＝
0.371／ｈ、Ks＝0.0648g／、ＹG＝0.52g／ｇ、
ｍ＝0.025g／ｇを用いた。
ルにより行なつた以外は実施例１と同様に実施し
た。なお、増殖モデルの係数として、μnax＝
0.371／ｈ、Ks＝0.0648g／、ＹG＝0.52g／ｇ、
ｍ＝0.025g／ｇを用いた。
結果：培養10時間を通じてエタノール濃度を
0.15〜4.2g／の範囲内に抑えることができた。
これにより菌体濃度は100g／の高濃度に達
し、菌体収率は0.43g／ｇであつた。なお、最終
培養液量は24.3であつた。
0.15〜4.2g／の範囲内に抑えることができた。
これにより菌体濃度は100g／の高濃度に達
し、菌体収率は0.43g／ｇであつた。なお、最終
培養液量は24.3であつた。
実施例 ３
菌株；Saccharomyces cerevisiae（パン酵
母） 培地；実施例１と同様。
母） 培地；実施例１と同様。
培養条件；エタノールの生成を出口ガス量と入
口ガス量の比（β値）で検知することにし、β＜
0.95の時はα値を10％上げ、β＜1.0の時はα値
を50％下げた。これ以外の条件は実施例１と同様
に行つた。
口ガス量の比（β値）で検知することにし、β＜
0.95の時はα値を10％上げ、β＜1.0の時はα値
を50％下げた。これ以外の条件は実施例１と同様
に行つた。
結果；培養10時間を通じてエタノール濃度を
1g／以下に抑えることができた。これにより
菌体濃度は105g／の高濃度に達し、菌体収率
は0.44g／ｇであつた。なお、最終培養液量は
24.1であつた。
1g／以下に抑えることができた。これにより
菌体濃度は105g／の高濃度に達し、菌体収率
は0.44g／ｇであつた。なお、最終培養液量は
24.1であつた。
実施例 ４
菌株；Saccharomyces cerevisiae（パン酵
母） 培地；実施例１と同様 培養条件；出口ガスをガスクロマトグラフに導
入しエタノールの生成を検知し、エタノールが生
成しない時はα値を10％上げ、ガス中のエタノー
ル濃度が1ppmを越えた時はα値を50％下げた。
これ以外の条件は実施例２と同様に行つた。
母） 培地；実施例１と同様 培養条件；出口ガスをガスクロマトグラフに導
入しエタノールの生成を検知し、エタノールが生
成しない時はα値を10％上げ、ガス中のエタノー
ル濃度が1ppmを越えた時はα値を50％下げた。
これ以外の条件は実施例２と同様に行つた。
結果；培養12時間を通じてエタノール濃度を
1.4g／以下に抑えることができた。これにより
菌体濃度は106g／の高濃度に達し、菌体収率
は0.45g／ｇであつた。なお、最終培養液量は
24.4であつた。
1.4g／以下に抑えることができた。これにより
菌体濃度は106g／の高濃度に達し、菌体収率
は0.45g／ｇであつた。なお、最終培養液量は
24.4であつた。
本発明は、副生成物の生成を少なくした基質流
加制御が可能になるため、高い菌体収率で、
100g／以上の高菌体濃度培養を達成できる効
果があり、培養槽の生産性を向上できる。
加制御が可能になるため、高い菌体収率で、
100g／以上の高菌体濃度培養を達成できる効
果があり、培養槽の生産性を向上できる。
第１図、第２図、第３図、第４図、第５図およ
び第６図はα値の変化とエタノールの生成を表わ
す図、第７図、第８図は本発明方法を実施する培
養装置例の概略図、第９図は本発明の培養例を表
わす図、第１０図は本発明の菌体推算例を表わす
図である。 １…培養槽、２…撹拌機、３…酸素分離機、４
…制御用電子計算機、５…酸素分圧測定器、６…
入口ガス量測定器、７…基質タンク、８…基質供
給ポンプ、９…溶存酸素センサ、１０…溶存酸素
計、１１…酸素分圧測定器、１２…炭酸ガス分圧
測定器、１３…排ガス量測定器、１４，１５，１
６，１７…導管、１８…揮発成分測定器。
び第６図はα値の変化とエタノールの生成を表わ
す図、第７図、第８図は本発明方法を実施する培
養装置例の概略図、第９図は本発明の培養例を表
わす図、第１０図は本発明の菌体推算例を表わす
図である。 １…培養槽、２…撹拌機、３…酸素分離機、４
…制御用電子計算機、５…酸素分圧測定器、６…
入口ガス量測定器、７…基質タンク、８…基質供
給ポンプ、９…溶存酸素センサ、１０…溶存酸素
計、１１…酸素分圧測定器、１２…炭酸ガス分圧
測定器、１３…排ガス量測定器、１４，１５，１
６，１７…導管、１８…揮発成分測定器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酵母を好気的に培養する際に、培養槽への基
質流加量を菌体量当りの基質流加速度（比流加速
度、α値と称する）を指標とし、培養過程で生成
される副生成物の有無を検出し、副生成物が生成
されない場合はα値を所定の割合で増加させ、副
生成物が生成された場合はα値を上記所定値より
大きな割合で、減少させることを特徴とする培養
基質の流加制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、副生成物が
生成されない場合は上記α値を20％以下の割合
で、望ましくは10％ずつ増加させ、副生成物が生
成された場合は、上記α値を30％以上の割合で、
望ましくは50％ずつ減少させることを特徴とする
培養基質の流加制御方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、培養槽内の
菌体量は酸素収支により算出されることを特徴と
する基質流加制御方法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、培養槽内の
菌体量は炭素収支により求められることを特徴と
する基質流加制御方法。 ５ 特許請求の範囲第１項において、培養槽内の
菌体量は基質流加量を基にした増殖モデルから求
められることを特徴とする基質加流制御方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17752781A JPS5878584A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 培養基質の流加制御方法 |
| DE8282109930T DE3265882D1 (en) | 1981-11-04 | 1982-10-27 | Method and apparatus for controlling the aerobic cultivation of yeasts |
| EP82109930A EP0078500B1 (en) | 1981-11-04 | 1982-10-27 | Method and apparatus for controlling the aerobic cultivation of yeasts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17752781A JPS5878584A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 培養基質の流加制御方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20652585A Division JPS61173772A (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | 培養基質の流加制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5878584A JPS5878584A (ja) | 1983-05-12 |
| JPS6132957B2 true JPS6132957B2 (ja) | 1986-07-30 |
Family
ID=16032476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17752781A Granted JPS5878584A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 培養基質の流加制御方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0078500B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5878584A (ja) |
| DE (1) | DE3265882D1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3245312A1 (de) * | 1982-12-08 | 1984-06-14 | Hoechst Ag, 6230 Frankfurt | Verfahren zum durchfuehren (bio-)chemischer reaktionen |
| JPH078231B2 (ja) * | 1985-03-25 | 1995-02-01 | 株式会社日立製作所 | 培養制御方法及び培養制御装置 |
| WO1987001129A1 (en) * | 1985-08-15 | 1987-02-26 | Amgen | Fermentation methods for hepatitis vaccine production |
| JP2676511B2 (ja) * | 1987-03-23 | 1997-11-17 | 株式会社日立製作所 | 酢酸を指標とした培養方法及びその装置 |
| CA1293217C (en) * | 1987-11-09 | 1991-12-17 | Sooyoung Stanford Lee | Controlled growth rate fermentation |
| DK174835B1 (da) * | 2002-03-15 | 2003-12-15 | Pharma Nord Aps | Selengærprodukt, fremgangsmåde til fremstilling af et selengærprodukt samt anvendelse af produktet til fremstilling af en fødevare, et kosttilskud, eller et lægemiddel |
| SI2432865T1 (en) * | 2009-05-20 | 2018-07-31 | Xyleco, Inc. | Treatment of biomass |
| DK181562B1 (en) * | 2021-11-11 | 2024-05-17 | Dsm Ip Assets Bv | Feed control system for a fermentation system, and related method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE739021C (de) * | 1937-11-17 | 1943-09-24 | Max Seidel | Verfahren und Einrichtung zum Regeln und UEberwachen des Prozessverlaufes bei der biologischen Verarbeitung von Naehrloesungen zum Zuechten von Mikroorganismen |
| US3002894A (en) * | 1958-11-14 | 1961-10-03 | Vogelbusch Gmbh | Method and device for controlling the growth of microbial cultures |
| DE1174733B (de) * | 1961-08-14 | 1964-07-30 | Heinz Von Fries Dr Ing | Verfahren zur Gewinnung von Presshefe erhoehter Haltbarkeit |
| CH618736A5 (en) * | 1974-12-03 | 1980-08-15 | Sick Peter | Continuous process for the cultivation of microorganisms and apparatus for carrying it out. |
| CS181337B1 (en) * | 1975-11-20 | 1978-03-31 | Miroslav Rut | Method of continuous aerobic cultivating microorganismus |
| US4167450A (en) * | 1977-07-13 | 1979-09-11 | University Of New Hampshire | Method and apparatus for the production of secondary metabolites by the maintenance-state cultivation of microorganisms |
| FR2483458B3 (fr) * | 1980-05-30 | 1983-04-01 | Agronomique Inst Nat Rech | Dispositif de determination automatique de parametres, notamment quotient respiratoire, de cultures microbiennes aerobies |
-
1981
- 1981-11-04 JP JP17752781A patent/JPS5878584A/ja active Granted
-
1982
- 1982-10-27 DE DE8282109930T patent/DE3265882D1/de not_active Expired
- 1982-10-27 EP EP82109930A patent/EP0078500B1/en not_active Expired
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING=1977 * |
| BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING=1979 * |
| J.FERMENT TECHNOLOGY=1977 * |
| JOURNAL OF BACTERIOLOGY=1968 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5878584A (ja) | 1983-05-12 |
| DE3265882D1 (en) | 1985-10-03 |
| EP0078500B1 (en) | 1985-08-28 |
| EP0078500A1 (en) | 1983-05-11 |
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