連続発酵によるイタコン酸の製造方法
【課題】
簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵法によるイタコン酸の製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物であるイタコン酸を回収するとともに、未濾過液を培養液に保持または還流する連続発酵方法であって、分離膜として、高い透過性と高い細胞阻止率を持ち閉塞しにくい特定の多孔性膜を用い、特定の低い膜間差圧で濾過処理することにより、安定に低コストで発酵によるイタコン酸の生産効率を著しく向上させることが可能となる。
簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して高生産性を維持する連続発酵法によるイタコン酸の製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物であるイタコン酸を回収するとともに、未濾過液を培養液に保持または還流する連続発酵方法であって、分離膜として、高い透過性と高い細胞阻止率を持ち閉塞しにくい特定の多孔性膜を用い、特定の低い膜間差圧で濾過処理することにより、安定に低コストで発酵によるイタコン酸の生産効率を著しく向上させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の培養液から、目詰まりが生じにくい多孔性分離膜を通して生産物を含む液を効率よく濾過・回収すること、および未濾過液を培養液に戻すことにより発酵に関与する微生物濃度を向上させ、高い生産性を得ることができるイタコン酸の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく（１）バッチ発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）および流加発酵法（Ｆｅｄ−Ｂａｔｃh発酵法）と、（２）連続発酵法とに分類することができる。上記（１）のバッチ発酵法および流加発酵法は、設備的には簡素であり、短時間で培養が終了し、雑菌汚染による被害が少ないという利点がある。しかしながら、時間経過とともに培養液中の生産物濃度が高くなり、浸透圧あるいは生産物阻害等の影響により生産性および収率が低下してくる。そのため、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持することが困難である。一方、上記（２）の連続発酵法は、発酵槽内で目的物質が高濃度に蓄積されることを回避することによって、長時間にわたって高収率でかつ高生産性を維持することができるという利点がある。
【０００３】
次に、イタコン酸の製造方法に関する技術背景について説明する。イタコン酸は、主に樹脂の分野において用いられている化学品であり、水に対する溶解性が乏しい種々のモノマー、例えばスチレン、塩化ビニル、酢酸ビニルおよびメタクリル酸エステル等のビニルモノマーと共重合させることにより、得られた高分子化合物に、親水性、金属その他との接着性、染料との親和性、イオン交換能力および架橋の能力などを付与することができ、極めて有用である。イタコン酸は、最近では、スチレンブタジエンゴムラテックスを構成するモノマーとして用途が更に広がっている。このイタコン酸を効率的に製造することができれば、上記の樹脂の供給が更に容易になることが期待できる。
【０００４】
一方、現在、イタコン酸は、主にカビであるアスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）による発酵法で工業的に生産されている（非特許文献１および特許文献１参照。）。また、イタコン酸について、ウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビによる生産法が技術開示されているが（特許文献２参照。）、この提案では通常４〜１０日の培養期間を要し、更に効率的な生産方法が望まれている。このようにイタコン酸生産においては、上述のカビによる発酵生産法について、回分式（バッチ式）の発酵生産に関わる技術開示がなされている。
【０００５】
また、イタコン酸の連続発酵に関して培養液からイタコン酸と菌体をリーフ型フィルターで分離し、限界濾過により不純物質を分離精製しながら連続的にイタコン酸を発酵生産する方法が提案されている（特許文献３参照。）。しかしながら、この提案のようにリーフ型フィルターを用いた濾過では、菌体全てを濾過することは困難であり、一部分は必ず流出する。流出した菌体は、不純物質との分離精製工程である後段の限外濾過で目詰まり等の不具合を発生させる原因となる。
【０００６】
すなわち、イタコン酸の連続発酵法において、微生物や細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や細胞を培養液に還流させ、培養液中の微生物や細胞濃度を向上させ、かつ、高く維持させることにより高い物質生産性を得ることは依然として困難であり、技術の革新が望まれていた。
【非特許文献１】財団法人バイオインダストリー協会 発酵と代謝研究会編、「発酵ハンドブック」、６４−６５、共立出版（２００１）
【特許文献１】特開平６−３８７７４号公報
【特許文献２】特開平３−３５７８５号公報
【特許文献３】特公昭５６−５０９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、簡便な操作方法で、長時間にわたり安定して高生産性を維持することができる連続発酵法によるイタコン酸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、微生物や細胞の分離膜内への侵入が少なく、微生物や細胞を膜間差圧が低い条件で濾過した場合に、膜の目詰まりが著しく抑制されることを見出し、課題であった高濃度の微生物の濾過が長期間安定に維持できることを可能とし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明のイタコン酸の製造方法は、イタコン酸を生産する能力を有する微生物の培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵によりイタコン酸を製造する方法であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１から２０ｋＰａの範囲にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法である。
【００１０】
具体的に本発明は、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物であるイタコン酸を回収するとともに、未濾過液を培養液に保持または還流させる連続発酵方法によるイタコン酸の製造方法において、高い透過性と高い細胞阻止率を持ち閉塞しにくい上記特定の分離膜を利用すると共に上記特定の低い膜間差圧で濾過処理することにより、安定に低コストで、発酵生産効率を著しく向上させるイタコン酸の製造方法を提供するものである。
【００１１】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の純水透過係数は、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下である。
【００１２】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の平均細孔径は０.０１μｍ以上０.２μｍ未満であり、該平均細孔径の標準偏差は０.１μｍ以下であり、その膜表面粗さは０.１μｍ以下である。
【００１３】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜は多孔性樹脂層を含む多孔性膜である。
【００１４】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の膜素材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いることである。
【００１５】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の微生物の培養液および発酵原料が糖類を含むことである。
【００１６】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の微生物は、イタコン酸の生産能力のある真核細胞であり、そのイタコン酸の生産能力のある真核細胞はカビである。そのカビは、好ましくはアスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に属する、あるいはウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビであり、さらに好ましくは、カビは、アスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）またはウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、広く発酵工業において、発酵生産物であるイタコン酸を低コストで安定に生産することが可能となる。本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造法により得られたイタコン酸は、例えば、樹脂の添加剤等として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、イタコン酸の生産能力のある微生物もしくは培養細胞の培養液を、分離膜で濾過し濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１以上２０ｋＰａ未満にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法である。
【００１９】
本発明において分離膜として用いられる多孔性膜は、発酵に使用される微生物による目詰まりが起こりにくく、かつ、濾過性能が長期間安定に継続する性能を有するものであることが望ましい。そのため、本発明で使用される多孔性膜は、平均細孔径が、０.０１μｍ以上１μｍ未満であることが重要である。
【００２０】
本発明で分離膜として用いられる多孔性膜の構成について説明する。本発明における多孔性膜は、被処理水の水質や用途に応じた分離性能と透水性能を有するものであり、阻止性能および透水性能や耐汚れ性という分離性能の点からは、多孔質樹脂層を含む多孔性膜であることが好ましい。この多孔性膜は、多孔質基材の表面に、分離機能層として作用とする多孔質樹脂層を有している。多孔質基材は、多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与えるものである。
【００２１】
多孔質基材の材質としては、有機材料および無機材料等で特に限定されないが、有機繊維が望ましい。好ましい多孔質基材は、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエチレン繊維などの有機繊維を用いてなる織布や不織布であり、中でも、密度の制御が比較的容易であり製造も容易で安価な不織布が好ましく用いられる。
【００２２】
多孔質樹脂層は、上述したように分離機能層として作用するもので、有機高分子膜を好適に使用することができる。有機高分子膜の材質としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。ここで主成分とは、５０重量％以上、好ましくは６０重量％以上含有することをいう。なかでも、溶液による製膜が容易で、物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が最も好ましく用いられる。
【００２３】
ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられるが、フッ化ビニリデンの単独重合体の他、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体も好ましく用いられる。かかるビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。
【００２４】
本発明で用いられる多孔性膜は、平膜であっても中空糸膜であっても良い。平膜の場合、その平均厚みは用途に応じて選択されるが、好ましくは２０μｍ以上５０００μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲で選択される。
【００２５】
上述のように、本発明で用いられる分離膜は、多孔質基材と多孔質樹脂層とから形成されている多孔性膜であることが望ましい。その際、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。多孔質基材の平均厚みは、好ましくは５０μｍ以上３０００μｍ以下の範囲で選択される。また、多孔性膜が中空糸膜の場合、中空糸の内径は好ましくは２００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲で選択され、膜厚は好ましくは２０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲で選択される。また、有機繊維または無機繊維を筒状にした織物や編物を中空糸の内部に含んでいても良い。
【００２６】
まず、多孔性膜のうち、平膜の作成法の概要について説明する。
【００２７】
多孔質基材の表面に、樹脂と溶媒とを含む原液の被膜を形成すると共に、その原液を多孔質基材に含浸させる。その後、被膜を有する多孔質基材の被膜側表面のみを、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させると共に、多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を形成する。
【００２８】
原液は、樹脂を溶媒に溶解させて調整する。原液の温度は、製膜性の観点から、通常、５〜１２０℃の範囲内で選定することが好ましい。溶媒は、樹脂を溶解するものであり、樹脂に作用してそれらが多孔質樹脂層を形成するのを促すものである。溶媒としては、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ − メチル− ２ − ピロリドン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、γ − ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、フタル酸ジメチル、プロピレングリコールメチルエーテール、プロピレンカーボネート、ジアセトンアルコール、グリセロールトリアセテート、アセトンおよびメチルエチルケトンなどを用いることができる。なかでも、樹脂の溶解性の高いＮ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が好ましく用いられる。これらの溶媒は、単独で用いても良いし２種類以上を混合して用いても良い。原液は、先述の樹脂を好ましくは５重量％以上６０重量％以下の濃度で、上述の溶媒に溶解させることにより調整することができる。
【００２９】
また、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびグリセリンなどの溶媒以外の成分を溶媒に添加しても良い。溶媒に非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、樹脂を溶解しない液体である。非溶媒は、樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノールおよびエタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも、非溶媒として、価格の点から水やメタノールが好ましく用いられる。溶媒以外の成分および非溶媒は、混合物であってもよい。
【００３０】
原液には、開孔剤を添加することもできる。開孔剤は、凝固浴に浸漬された際に抽出されて、樹脂層を多孔質にする作用を持つものである。開孔剤を添加することにより、平均細孔径の大きさを制御することができる。開孔剤は、凝固浴への溶解性の高いものであることが好ましい。開孔剤としては、例えば、塩化カルシウムや炭酸カルシウムなどの無機塩を用いることができる。また、開孔剤として、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールおよびポリアクリル酸などの水溶性高分子化合物や、グリセリンを用いることができる。
【００３１】
次に、多孔性膜のうち、中空糸膜の作成法の概要について説明する。
【００３２】
中空糸膜は、樹脂と溶媒からなる原液を二重管式口金の外側の管から吐出すると共に、中空部形成用流体を二重管式口金の内側の管から吐出して、冷却浴中で冷却固化して作製することができる。
【００３３】
原液は、上述の平膜の作成法で述べた樹脂を好ましくは２０重量％以上６０重量％以下の濃度で、上述の平膜の生成法で述べた溶媒に溶解させることにより調整することができる。また、中空部形成用流体には、通常気体もしくは液体を用いることができる。また、得られた中空糸膜の外表面に、新たな多孔性樹脂層をコーティング（積層）することもできる。積層は中空糸膜の性質、例えば、親水性・疎水性あるいは細孔径等を所望の性質に変化させるために行うことができる。積層される新たな多孔性樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた原液を、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させることによって作製することができる。その樹脂の材質は、例えば、上述有機高分子膜の材質と同様のものが好ましく用いられる。また、積層方法としては、原液に中空糸膜を浸漬してもよいし、中空糸膜の表面に原液を塗布してもよく、積層後、付着した原液の一部を掻き取ったり、エアナイフを用いて吹き飛ばしすることにより積層量を調整することもできる。
【００３４】
本発明で用いられる多孔性膜は、支持体と組み合わせることによって分離膜エレメントとすることができる。多孔性膜を有する分離膜エレメントの形態としては、支持体として支持板を用い、該支持板の少なくとも片面に、本発明で用いられる多孔性膜を配した分離膜エレメントは、本発明で用いられる多孔性膜を有する分離膜エレメントの好適な形態の一つである。この形態で、膜面積を大きくすることが困難な場合には、透水量を大きくするために、支持板の両面に多孔性膜を配することも好ましい態様である。
【００３５】
分離膜の平均細孔径が上記した０.０１μｍ以上１μｍ未満の範囲内にあると、菌体や汚泥などがリークすることのない高い排除率と、高い透水性を両立させることができ、さらに目詰まりをしにくく、透水性を長時間保持することが、より高い精度と再現性を持って実施することができる。平均細孔径が、上記の範囲内にあれば、微生物として動物細胞、酵母および糸状菌などを用いた場合、目詰まりが少なく、また、細胞の濾液への漏れもなく安定に連続発酵を実施することが可能である。また、動物細胞、酵母および糸状菌より小さな細菌類を用いた場合、多孔性膜の平均細孔径は０.４μｍ以下であればよく、平均細孔径は０.２μｍ未満であればなお好適に実施することが可能である。平均細孔径は、小さすぎると透水量が低下することがあるので、本発明では、平均細孔径は０.０１μｍ以上であり、好ましくは０．０２μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０４μｍ以上である。
【００３６】
ここで、平均細孔径は、倍率１０，０００倍の走査型電子顕微鏡観察における、９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。平均細孔径の標準偏差σは、０．１μｍ以下であることが好ましい。平均細孔径の標準偏差σは、上述の９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔数をＮとして、測定した各々の直径をＸｋとし、細孔直径の平均をＸ（ａｖｅ）とした下記の（式１）により算出される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
本発明で用いられる多孔性膜においては、培養液の透過性が重要点の一つであり、透過性の指標として、使用前の多孔性膜の純水透過係数を用いることができる。本発明において、多孔性膜の純水透過係数は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出したとき、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、純水透過係数が２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下であれば、実用的に十分な透過水量が得られる。
【００３９】
本発明で用いられる多孔性膜の膜表面粗さは、分離膜の目詰まりに影響を与える因子であり、好ましくは膜表面粗さが０.１μｍ以下のときに分離膜の剥離係数や膜抵抗を好適に低下させることができ、より低い膜間差圧で連続発酵が実施可能である。また、膜表面粗さが低いことにより、微生物の濾過において、膜表面で発生する剪断力を低下させることが期待でき、微生物の破壊が抑制され、多孔性膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が可能になると考えられる。
【００４０】
ここで、膜表面粗さは、下記の原子間力顕微鏡装置（ＡＦＭ）を使用して、下記の条件で測定することができる。
・装置 原子間力顕微鏡装置(Digital Instruments（株）製Nanoscope IIIa)
・条件 探針 ＳｉＮカンチレバー(Digital Instruments（株）製)
走査モード コンタクトモード（気中測定）
水中タッピングモード（水中測定）
走査範囲 １０μm、２５μm 四方（気中測定）
５μm、１０μm 四方（水中測定）
走査解像度 ５１２×５１２
・試料調製 測定に際し膜サンプルは、常温でエタノールに１５分浸漬後、ＲＯ水中に２４時間浸漬し洗浄した後、風乾し用いた。ＲＯ水とは、濾過膜の一種である逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて濾過し、イオンや塩類などの不純物を排除した水を指す。ＲＯ膜の孔の大きさは、概ね２ｎｍ以下である。
【００４１】
膜表面粗さｄｒｏｕｇｈは、上記ＡＦＭにより各ポイントのＺ軸方向の高さから、下記の（式２）により算出する。
【００４２】
【数２】
【００４３】
本発明において、微生物や細胞を濾過処理する際の膜間差圧は、微生物や細胞および培地成分が容易に目詰まりしない条件であればよいが、膜間差圧を０.１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下、好ましくは０.１ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下、さらに好ましくは０.１ｋＰａ以上５ｋＰａの範囲にして濾過処理することが重要である。上記膜間差圧の範囲を外れた場合、目詰まりが急速に発生し、透過水量の低下を招き、連続発酵運転に不具合を生じることがある。
【００４４】
濾過の駆動力としては、培養液と多孔性膜処理水の液位差（水頭差）を利用したサイホンにより多孔性膜に膜間差圧を発生させることが可能であり、また、濾過の駆動力として多孔性膜処理水側に吸引ポンプを設置してもよいし、多孔性膜の培養液側に加圧ポンプを設置することも可能である。膜間差圧は、培養液と多孔性膜処理水の液位差を変化させることにより制御することができる、また、膜間差圧を発生させるためにポンプを使用する場合には、吸引圧力により膜間差圧を制御することができ、更に培養液側の圧力を導入する気体または液体の圧力によっても膜間差圧を制御することができる。これら圧力制御を行う場合には、培養液側の圧力と多孔性膜処理水側の圧力差をもって膜間差圧とし、膜間差圧の制御に用いることができる。
【００４５】
また、本発明において使用される多孔性膜は、濾過処理する膜間差圧として、０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲で濾過処理することができる性能を有することが好ましい。また、本発明で使用される多孔性膜は、上述のように、使用前の純水透過係数が、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出したとき、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、さらに２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下の範囲にあることが好ましい。
【００４６】
本発明で使用される発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物であるイタコン酸を良好に生産させ得るものであればよく、例えば、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸、およびビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地等が好ましく用いられる。
【００４７】
上記の炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、更には酢酸、フマル酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリン等が使用される。ここで糖分とは、多価アルコールの最初の酸化生成物であり、アルデヒド基またはケトン基をひとつ持ち、アルデヒド基を持つ糖をアルドース、ケトン基を持つ糖をケトースと分類される炭水化物のことを指す。
【００４８】
また上記の窒素源としては、例えば、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。
【００４９】
また上記の無機塩類としては、例えば、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩およびマンガン塩等を適宜添加することができる。
【００５０】
本発明で使用される微生物が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加することができる。また、消泡剤も必要に応じて添加使用することができる。
【００５１】
本発明において、培養液とは、発酵原料に微生物が増殖した結果得られる液のことを言い、追加する発酵原料の組成は、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。発酵原料組成から追加する発酵原料の組成への変更する場合、その内容は特に限定されないが、目的とするイタコン酸の生産性が高くなるような変更が好ましい。例えば、上記炭素源に対する窒素源、無機塩類、アミノ酸およびビタミンなどの有機微量栄養素の重量比率を低下させることにより、イタコン酸の生産コストの低減、すなわち広義でイタコン酸の生産性の向上が実現できる場合もある。一方、上記炭素源に対する窒素源、無機塩類、アミノ酸およびビタミンなどの有機微量栄養素の重量比率を増加させることにより、イタコン酸の生産性が向上できる場合もある。
【００５２】
本発明では、培養液中の糖類など発酵原料の濃度は、５ｇ／ｌ以下に保持されるようにすることが好ましい。その理由は、培養液の引き抜きによる発酵原料の流失を最小限にするためである。
【００５３】
微生物の培養は、通常、ｐＨ４〜８、温度２０〜４０℃の範囲で行われることが多い。培養液のｐＨは、無機の酸または有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウムおよびアンモニアガスなどによって、上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節される。
【００５４】
微生物の培養において、酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を２１％以上に保つ、培養を加圧する、攪拌速度を上げる、あるいは通気量を上げるなどの手段を用いることができる。逆に、酸素の供給速度を下げる必要があれば、炭酸ガス、窒素およびアルゴンなど酸素を含まないガスを空気に混合して供給することも可能である。
【００５５】
本発明においては、培養初期にＢａｔｃｈ培養またはＦｅｄ−Ｂａｔｃｈ培養を行って微生物濃度を高くした後に連続培養（引き抜き）を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から発酵原料液の供給および培養物の引き抜きを行うことが可能である。発酵原料液供給と培養物の引き抜きの開始時期は、必ずしも同じである必要はない。また、発酵原料液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。発酵原料液には、上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物の濃度は、培養液の環境が微生物の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得るのに好ましく、一例として、乾燥重量として５ｇ／Ｌ以上に維持することにより良好な生産効率が得られる。また、連続発酵装置の運転上の不具合、生産効率の低下を招かなければ、微生物の濃度の上限値は特に限定されない。
【００５６】
発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、培養管理上、通常、単一の発酵反応槽で行うことが好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵反応槽の数は問わない。発酵反応槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵反応槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵反応槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても、発酵生産物の高生産性は得られる。
【００５７】
本発明においては、微生物を発酵反応槽に維持したままで、発酵反応槽からの培養液の連続的かつ効率的な抜き出しが可能となることから、微生物を連続的に培養し、十分な増殖を確保した後に、発酵原料液組成を変更し、目的とする化学品を効率よく製造することも可能である。
【００５８】
本発明で使用される微生物や培養細胞は、イタコン酸の生産能力を持つもので、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞および昆虫細胞などが挙げられる。使用する微生物や細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。
【００５９】
微生物や培養細胞は、好ましくは、イタコン酸の生産能力のある真核生物である。ここで真核生物とは、真核細胞からなる生物のことである。真核細胞の最も際立った特徴は、細胞内に細胞核（核）と呼ばれる構造を持ち、細胞のそれ以外の部分からは膜（核膜）で区切られていることである。真核生物以外の生物は、原核生物と呼ばれ真核生物とは明確に区別される。
【００６０】
その真核生物のうちで更に好ましくは、カビあるいは酵母を用いることができる。更に好ましくは、アスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、あるいはウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビ、およびカンジダ属（Ｇｅｎｕｓ Ｃａｎｄｉｄａ）、ロドトルラ属（Ｇｅｎｕｓ Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ）に属する酵母を用いたイタコン酸の生産が挙げられる。なかでも、イタコン酸の生産には、アスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）、アスペルギルス イタコニクス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｉｔａｃｏｎｉｃｕｓ）、ウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）、ウスティラゴ シノドンティス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｃｙｎｏｄｏｎｔｉｓ）、およびウスティラゴ ラベンホルスティナ（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｒａｂｅｎｈｏｒｓｔｉｎａ）のカビ、あるいはカンジダ アンタルクティカ（Ｃａｎｄｉａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）を好ましく用いることができる。
【００６１】
本発明の製造方法により製造された濾液に含まれるイタコン酸の分離・精製は、限外濾過や電気透析を用いて行うことができる。例えば、特公昭−５０９５８号公報に示される限外濾過、および塩型カチオン交換樹脂膜を用いた電気透析による精製法を好適に用いることができる。
【００６２】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の１つの例は、主に、微生物を保持しイタコン酸を製造するための発酵反応槽、および微生物と培養液を濾過分離するための多孔性膜を含む分離膜エレメントから構成される。分離膜エレメントは、発酵反応槽の内部または外部のいずれに設置されてもよい。
【００６３】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法は、平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を使用し、濾過圧力である膜間差圧が０.１から２０ｋＰａの範囲で濾過処理することを特徴としている。そのため、特別に発酵反応槽内を加圧状態に保つ必要がないことから、濾過分離装置と発酵反応槽間で培養液を循環させる動力手段が不要となり、分離膜エレメントを発酵反応槽内部に設置して発酵装置をコンパクト化することが可能である。
【００６４】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが発酵反応槽の内部に設置された代表的な一例を図１の概要図に示す。図１は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。図１において、連続発酵装置は、分離膜エレメント２を備えた発酵反応槽１と水頭差制御装置３で基本的に構成されている。発酵反応槽１内の分離膜エレメント２には、多孔性膜が組み込まれている。この多孔性膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することができる。分離膜エレメントに関しては、追って詳述する。
【００６５】
次に、図１の連続発酵装置による連続発酵の形態について説明する。培地供給ポンプ７によって、培地を発酵反応槽１に連続的もしくは断続的に投入する。培地については、入前に必要に応じて加熱殺菌、加熱滅菌あるいはフィルターを用いた滅菌処理を行うことができる。発酵生産時には、必要に応じて、発酵反応槽１内の攪拌機５で発酵反応槽１内の培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を発酵反応槽１内に供給することができ、また必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって発酵反応槽１内の培養液のｐＨを調整し、また必要に応じて、温度調節器１０によって発酵反応槽１内の培養液の温度を調節することにより生産性の高い発酵生産を行うことができる。ここでは、計装・制御装置による培養液の物理化学的条件の調節に、ｐＨおよび温度を例示したが、必要に応じて、溶存酸素やＯＲＰ
の制御、更にはオンラインケミカルセンサーなどの分析装置により培養液中のイタコン酸の濃度を測定し、それを指標とした物理化学的条件の制御を行うことができる。また、培地の連続的もしくは断続的投入の形態に関しては、上記計装装置による培養液の物理化学的環境の測定値を指標として、培地投入量および速度を適宜調節することができる。
【００６６】
培養液は、発酵反応槽１内に設置された分離膜エレメント２によって、微生物と発酵生産物に濾過・分離され、発酵生産物は装置系から取り出される。また、濾過・分離された微生物が装置系内に留まることにより装置系内の微生物濃度を高く維持することができ、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離は、発酵反応槽１の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を必要としない。また、必要に応じて、レベルセンサ６および水頭差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度およびよび発酵反応槽１内の培養液量を適当に調節することができる。上記の分離膜エレメントによる濾過・分離には水頭差圧によって行うことを例示したが、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより、濾過・分離することもできる。
【００６７】
次に、本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが、発酵反応槽の外部に設置された代表的な一例を図２の概要図に示す。図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【００６８】
図２において、連続発酵装置は、発酵反応槽１と、分離膜エレメント２を備えた膜分離槽１２と、水頭差制御装置３とで基本的に構成されている。ここで、分離膜エレメント２には、多孔性膜が組み込まれている。この多孔性膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することが好適である。また、膜分離槽１２は、培養液循環ポンプ１１を介して発酵反応槽１に接続されている。
【００６９】
図２において、培地供給ポンプ７によって培地を発酵反応槽１に投入し、必要に応じて、攪拌機５で発酵反応槽１内の培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を供給し、また必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびよびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって培養液のｐＨを調整し、また必要に応じて、温度調節器１０によって培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。さらに、装置内の培養液は、培養液循環ポンプ１１によって発酵反応槽１と膜分離槽１２の間を循環する。発酵生産物を含む培養液は、分離膜エレメント２によって微生物と発酵生産物に濾過・分離され、発酵生産物は装置系から取り出すことができる。また、濾過・分離された微生物は、装置系内にとどまることで装置系内の微生物濃度を高く維持でき、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離は、膜分離槽１２の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を必要としない。また、必要に応じて、レベルセンサ６および水頭差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度および装置系内の培養液量を適当に調節することができる。また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を膜分離槽１２内に供給することができる。上記のように、分離膜エレメント２による濾過・分離には水頭差圧によって行うことを例示したが、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより濾過・分離することもできる。
【００７０】
次に、本発明で用いられる分離膜エレメントの好適な形態の例である国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを、以下に図を用いてその概略を説明する。図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【００７１】
分離膜エレメントは、図３に示すように、剛性を有する支持板１３の両面に、流路材１４と前記の分離膜１５をこの順序で配し構成されている。支持板１３は、両面に凹部１６を有している。分離膜１５は培養液をろ過する。流路材１４は、分離膜１５でろ過された濾液を効率よく支持板１３に流すためのものである。支持板１３に流れた濾液は、支持板１３の凹部１６を通り、集水パイプ１７を介して連続発酵装置外部に取り出される。濾液を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。
【００７２】
図４は、本発明で用いられる別の分離膜エレメントの他の実施の形態を説明するための概略斜視図である。分離膜エレメントは、図４に示すように、中空糸膜（多孔性膜）で構成された分離膜束１８と上部樹脂封止層１９と下部樹脂封止層２０によって主に構成されている。分離膜束１８は、上部樹脂封止層１９および下部樹脂封止層２０よって束状に接着・固定化されている。下部樹脂封止層２０による接着・固定化は、分離膜束１８の中空糸膜（多孔性膜）の中空部を封止しており、培養液の漏出を防ぐ構造になっている。一方、上部樹脂封止層１９は、分離膜束１８の中空糸膜（多孔性膜）の内孔を封止しておらず、集水パイプ２２に濾液が流れる構造となっている。この分離膜エレメントは、支持フレーム２１を介して連続発酵装置内に設置することが可能である。分離膜束１８によって濾過された発酵生産物を含む濾液は、中空糸膜の中空部を通り、集水パイプ２２を介して連続発酵装置外部に取り出される。濾液を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。
【００７３】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作に耐性の部材であることが好ましい。連続発酵装置内が滅菌可能であれば、連続発酵時に好ましくない微生物による汚染の危険を回避することができ、より安定した連続発酵が可能となる。分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作の条件である、１２１℃で１５分間に耐性であることが好ましい。分離膜エレメント部材には、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ＰＶＤＦ、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂およびポリサルホン系樹脂等の樹脂を好ましく選定することができる。
【００７４】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、分離膜エレメントは、図１のように発酵反応槽内に設置しても良いし、図２のように発酵反応槽外に設置しても良い。分離膜エレメントを発酵反応槽外に設置する場合には、別途、膜分離槽を設けてその内部に分離膜エレメントを設置することができ、発酵反応槽と膜分離槽の間を培養液を循環させながら、分離膜エレメントにより培養液を連続的に濾過することができる。
【００７５】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離槽は、高圧蒸気滅菌可能であることが望ましい。膜分離槽が高圧蒸気滅菌可能であると、雑菌による汚染回避が容易である。
【００７６】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法に従って連続発酵を行った場合、従来のバッチ式の発酵と比較して、高い体積生産速度が得られ、極めて効率のよい発酵生産が可能となる。ここで、連続培養における発酵生産速度は、次の（式３）で計算される。
・発酵生産速度（ｇ／Ｌ／ｈｒ）
＝抜き取り液中の生産物濃度（ｇ／Ｌ）×培養液抜き取り速度（Ｌ／ｈｒ）
÷装置の運転液量（Ｌ） ・・・・（式３）
また、バッチ式培養による発酵生産速度は、原料炭素源をすべて消費した時点の生産物量（ｇ）を、炭素源の消費に要した時間（ｈ）とその時点の培養液量（Ｌ）で除して求められる。
【００７７】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で得られるイタコン酸は、樹脂の分野において好適に用いられる。ここで樹脂とは合成樹脂のことであり、高分子化合物からなる物質の中で、成形品や薄膜にして使用することを目的として人為的に製造された物を指す。合成でない植物から採ったロジンや天然ゴム等天然樹脂とは明確に区別される。イタコン酸は、水に対する溶解性が乏しい種々のモノマー、例えば、スチレン、塩化ビニル、酢酸ビニルおよびメタクリル酸エステル等のビニルモノマーと共重合することにより、得られた高分子化合物に、親水性、金属その他との接着性、染料との親和性、イオン交換能力および架橋の能力などを付与することができ、極めて有用である。本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造法を用いることにより、これら幅広い用途のあるイタコン酸を効率的に製造することができることから、より安価にイタコン酸を提供することが可能となる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法をさらに詳細に説明するために、図１および図２の概要図に示す連続発酵装置を用いることによる、連続的なイタコン酸の発酵生産について、実施例を挙げて説明する。本発明は、これら実施例に限定されない。
【００７９】
下記のイタコン酸の製造方法に関する実施例においては、イタコン酸を生産させる微生物として、カビであるアスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）のうち、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を、またウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）のうち、ウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用いた。また、発酵原料のうち炭素源としては、グルコースを用い、窒素源と無機塩類に関しては、下記実施例で説明する原料を用いた。
【００８０】
（参考例１）多孔性膜の作製（その１）
樹脂としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂を、また溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）をそれぞれ用い、これらを９０℃の温度下に十分に攪拌し、下記組成を有する原液を得た。
［原液］
・ＰＶＤＦ：１３．０重量％
・ＤＭＡｃ：８７．０重量％
次に、上記の原液を２５℃の温度に冷却した後、あらかじめガラス板上に貼り付けて置いた、密度が０．４８ｇ／ｃｍ3で、厚みが２２０μｍのポリエステル繊維製不織布（多孔質基材）に塗布し、直ちに下記組成を有する２５℃の温度の凝固浴中に５分間浸漬して、多孔質基材に多孔質樹脂層が形成された多孔性膜を得た。
［凝固浴］
・水 ：３０．０重量％
・ＤＭＡｃ：７０．０重量％
このようにして得られた多孔性膜をガラス板から剥がした後、８０℃の温度の熱水に３回浸漬してＤＭＡｃを洗い出し、分離膜を得た。多孔質樹脂層表面の９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内を、倍率１０，０００倍で走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、観察できる細孔すべての直径の平均は０．１μｍであった。次に、上記分離膜について純水透水透過係数を評価したところ、５０×１０-9ｍ3／ｍ2／ｓ／Ｐａであった。純水透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。また、平均細孔径の標準偏差は０．０３５μｍで、膜表面粗さは０．０６μｍであった。
【００８１】
（参考例２）多孔性膜の作製（その２）
重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマーとγ-ブチロラクトンとを、それぞれ３８重量％と６２重量％の割合で１７０℃の温度で溶解し、原液を作製した。この原液を、γ-ブチロラクトンを中空部形成液体として随拌させながら口金から吐出し、温度２０℃のγ-ブチロラクトン８０重量％水溶液からなる冷却浴中で固化して中空糸膜を作製した。
【００８２】
次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマーを１４重量％、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社、ＣＡＰ４８２−０．５）を１重量％、Ｎ-メチル-２-ピロリドンを７７重量％、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン（三洋化成株式会社製、商品名“イオネットＴ−２０Ｃ”（登録商標））を５重量％、および水を３重量％の割合で９５℃の温度で混合溶解して、原液を調整した。この原液を、上記で得られた中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて本発明で用いる中空糸膜（多孔性膜）を製作した。得られた中空糸膜（分離膜）の被処理水側表面の平均細孔径は、０．０５μｍであった。次に、上記の分離膜である中空糸膜について純水透水量を評価したところ、５．５×１０-9ｍ3／ｍ2・ｓ・Ｐａであった。透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。また、平均細孔径の標準偏差 は０．００６μｍであった。
【００８３】
（実施例１）連続発酵によるイタコン酸の製造（その１）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には、表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例１で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。該多孔質膜の平均細孔径は上記のとおり０.１μｍであり、純水透過係数は５０×１０-9ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａでる。この実施例１における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００８４】
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用い、培地として表１に示す組成のイタコン酸発酵培地を用い、生産物であるイタコン酸の濃度は、コッペシャール（Ｋｏｐｐｅｓｈａａｒ）の方法（共立出版、微生物光学講座第５巻「カビの利用工業」ｐ７２−７３、昭和３１年発行）の方法で測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
【００８５】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、イタコン酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００８６】
（実施例２）連続発酵によるイタコン酸の製造（その２）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸がで得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例１で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。該多孔質膜の平均細孔径は０.１μｍであり、純水透過係数は５０×１０-9ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａである。この実施例２における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・膜分離槽容量：０．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００８７】
微生物としてアスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用い、培地として表１に示す組成のイタコン酸発酵培地を用い、生産物であるイタコン酸の濃度は、実施例１に示す方法で測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
【００８８】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００８９】
（実施例３）連続発酵によるイタコン酸の製造（その３）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例２で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。この実施例３における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００９０】
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用いた。生産物であるイタコン酸の濃度とグルコース濃度の測定は、実施例１と同様の方法で測定した。
【００９１】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、イタコン酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。２５０時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００９２】
（実施例４）連続発酵によるイタコン酸の製造（その４）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸がで得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例２で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。この実施例４における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・膜分離槽容量：０．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用いた。生産物であるイタコン酸の濃度とグルコース濃度の測定は、図１と同様の方法で測定した。
【００９３】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量を２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。２４０時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００９４】
（比較例１） バッチ発酵によるイタコン酸の製造（その１）
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を２Ｌ容のジャーファーメンターを用いて行い、そのイタコン酸生産性を評価した。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。この比較例１では、微生物としてアスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を用い、生産物であるイタコン酸の濃度の評価は、実施例１に示した方法を用いて評価し、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。比較例１の運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量（イタコン酸発酵培地量）：１．５（Ｌ）
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
まず、ＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間振とう培養した（前培養）。前培養液をジャーファーメンターの１．５Ｌの表１に示す連続・バッチ発酵培地に植菌し、バッチ発酵を行った。バッチ発酵の結果を、上記実施例１、実施例２、実施例３および実施例４の連続発酵試験で得られたイタコン酸発酵生産性と比較して表２に示す。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
これらを比較した結果、図１および図２の連続発酵装置を用いることにより、イタコン酸の生産速度が大幅に向上することを明らかになった。すなわち、本発明によって開示された多孔性膜を組み込んだ膜分離型の連続発酵装置を用い、膜間差圧を制御することにより、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に戻す連続発酵方法を可能とし、微生物量を高く維持しながら、連続発酵によるイタコン酸の製造が可能であることが明らかとなった。
【００９８】
（実施例５）連続発酵によるイタコン酸の製造（その５）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてうちウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例１と同じ条件、評価法により、図１の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【００９９】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表２に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示した連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１００】
（実施例６）連続発酵によるイタコン酸の製造（その６）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例２と同じ条件、評価法により図２の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０１】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図２に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０２】
（実施例７）連続発酵によるイタコン酸の製造（その７）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例３と同じ条件、評価法により図１の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０３】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表２に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示した連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量を１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。２４０時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０４】
（実施例８）連続発酵によるイタコン酸の製造（その８）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例４と同じ条件、評価法により図２の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０５】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図２に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、膜分離型連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。２６０時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０６】
（比較例２） バッチ発酵によるイタコン酸の製造（その２）
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を２Ｌ容のジャーファーメンターを用いて行い、そのイタコン酸生産性を評価した。培地には表３に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。この比較例２では、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、生産物であるイタコン酸の濃度の評価は、実施例１に示した方法で用いて評価し、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。比較例２の運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量（イタコン酸発酵培地量）：１．５（Ｌ）
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間振とう培養した（前培養）。前培養液をジャーファーメンターの１．５Ｌの表３に示す連続・バッチ発酵培地に植菌し、バッチ発酵を行った。バッチ発酵の結果を、上記実施例５、実施例６、実施例７および実施例８の連続発酵試験で得られたイタコン酸発酵生産性と比較して表４に示す。
【０１０７】
【表３】
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
これらを比較した結果、図１および図２の連続発酵装置を用いることにより、イタコン酸の生産速度が大幅に向上することを明らかになった。すなわち、本発明によって開示された多孔性膜を組み込んだ膜分離型の連続発酵装置を用い、膜間差圧を制御することにより、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に戻す連続発酵方法を可能とし、微生物量を高く維持しながら、連続発酵によるイタコン酸の製造が可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】図１は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【図３】図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 発酵反応槽
２ 分離膜エレメント
３ 水頭差制御装置
４ 気体供給装置
５ 攪拌機
６ レベルセンサ
７ 培地供給ポンプ
８ ｐＨ調整溶液供給ポンプ
９ ｐＨセンサ・制御装置
１０ 温度調節器
１１ 培養液循環ポンプ
１２ 膜分離槽
１３ 支持板
１４ 流路材
１５ 分離膜
１６ 凹部
１７ 集水パイプ
１８ 分離膜束
１９ 上部樹脂封止層
２０ 下部樹脂封止層
２１ 支持フレーム
２２ 集水パイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の培養液から、目詰まりが生じにくい多孔性分離膜を通して生産物を含む液を効率よく濾過・回収すること、および未濾過液を培養液に戻すことにより発酵に関与する微生物濃度を向上させ、高い生産性を得ることができるイタコン酸の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく（１）バッチ発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）および流加発酵法（Ｆｅｄ−Ｂａｔｃh発酵法）と、（２）連続発酵法とに分類することができる。上記（１）のバッチ発酵法および流加発酵法は、設備的には簡素であり、短時間で培養が終了し、雑菌汚染による被害が少ないという利点がある。しかしながら、時間経過とともに培養液中の生産物濃度が高くなり、浸透圧あるいは生産物阻害等の影響により生産性および収率が低下してくる。そのため、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持することが困難である。一方、上記（２）の連続発酵法は、発酵槽内で目的物質が高濃度に蓄積されることを回避することによって、長時間にわたって高収率でかつ高生産性を維持することができるという利点がある。
【０００３】
次に、イタコン酸の製造方法に関する技術背景について説明する。イタコン酸は、主に樹脂の分野において用いられている化学品であり、水に対する溶解性が乏しい種々のモノマー、例えばスチレン、塩化ビニル、酢酸ビニルおよびメタクリル酸エステル等のビニルモノマーと共重合させることにより、得られた高分子化合物に、親水性、金属その他との接着性、染料との親和性、イオン交換能力および架橋の能力などを付与することができ、極めて有用である。イタコン酸は、最近では、スチレンブタジエンゴムラテックスを構成するモノマーとして用途が更に広がっている。このイタコン酸を効率的に製造することができれば、上記の樹脂の供給が更に容易になることが期待できる。
【０００４】
一方、現在、イタコン酸は、主にカビであるアスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）による発酵法で工業的に生産されている（非特許文献１および特許文献１参照。）。また、イタコン酸について、ウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビによる生産法が技術開示されているが（特許文献２参照。）、この提案では通常４〜１０日の培養期間を要し、更に効率的な生産方法が望まれている。このようにイタコン酸生産においては、上述のカビによる発酵生産法について、回分式（バッチ式）の発酵生産に関わる技術開示がなされている。
【０００５】
また、イタコン酸の連続発酵に関して培養液からイタコン酸と菌体をリーフ型フィルターで分離し、限界濾過により不純物質を分離精製しながら連続的にイタコン酸を発酵生産する方法が提案されている（特許文献３参照。）。しかしながら、この提案のようにリーフ型フィルターを用いた濾過では、菌体全てを濾過することは困難であり、一部分は必ず流出する。流出した菌体は、不純物質との分離精製工程である後段の限外濾過で目詰まり等の不具合を発生させる原因となる。
【０００６】
すなわち、イタコン酸の連続発酵法において、微生物や細胞を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収すると同時に濾過された微生物や細胞を培養液に還流させ、培養液中の微生物や細胞濃度を向上させ、かつ、高く維持させることにより高い物質生産性を得ることは依然として困難であり、技術の革新が望まれていた。
【非特許文献１】財団法人バイオインダストリー協会 発酵と代謝研究会編、「発酵ハンドブック」、６４−６５、共立出版（２００１）
【特許文献１】特開平６−３８７７４号公報
【特許文献２】特開平３−３５７８５号公報
【特許文献３】特公昭５６−５０９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、簡便な操作方法で、長時間にわたり安定して高生産性を維持することができる連続発酵法によるイタコン酸の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、微生物や細胞の分離膜内への侵入が少なく、微生物や細胞を膜間差圧が低い条件で濾過した場合に、膜の目詰まりが著しく抑制されることを見出し、課題であった高濃度の微生物の濾過が長期間安定に維持できることを可能とし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明のイタコン酸の製造方法は、イタコン酸を生産する能力を有する微生物の培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵によりイタコン酸を製造する方法であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１から２０ｋＰａの範囲にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法である。
【００１０】
具体的に本発明は、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物であるイタコン酸を回収するとともに、未濾過液を培養液に保持または還流させる連続発酵方法によるイタコン酸の製造方法において、高い透過性と高い細胞阻止率を持ち閉塞しにくい上記特定の分離膜を利用すると共に上記特定の低い膜間差圧で濾過処理することにより、安定に低コストで、発酵生産効率を著しく向上させるイタコン酸の製造方法を提供するものである。
【００１１】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の純水透過係数は、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下である。
【００１２】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の平均細孔径は０.０１μｍ以上０.２μｍ未満であり、該平均細孔径の標準偏差は０.１μｍ以下であり、その膜表面粗さは０.１μｍ以下である。
【００１３】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜は多孔性樹脂層を含む多孔性膜である。
【００１４】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の多孔性膜の膜素材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いることである。
【００１５】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の微生物の培養液および発酵原料が糖類を含むことである。
【００１６】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法の好ましい態様によれば、前記の微生物は、イタコン酸の生産能力のある真核細胞であり、そのイタコン酸の生産能力のある真核細胞はカビである。そのカビは、好ましくはアスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に属する、あるいはウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビであり、さらに好ましくは、カビは、アスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）またはウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡便な操作条件で、長時間にわたり安定して所望の発酵生産物の高生産性を維持する連続発酵が可能となり、広く発酵工業において、発酵生産物であるイタコン酸を低コストで安定に生産することが可能となる。本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造法により得られたイタコン酸は、例えば、樹脂の添加剤等として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、イタコン酸の生産能力のある微生物もしくは培養細胞の培養液を、分離膜で濾過し濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１以上２０ｋＰａ未満にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法である。
【００１９】
本発明において分離膜として用いられる多孔性膜は、発酵に使用される微生物による目詰まりが起こりにくく、かつ、濾過性能が長期間安定に継続する性能を有するものであることが望ましい。そのため、本発明で使用される多孔性膜は、平均細孔径が、０.０１μｍ以上１μｍ未満であることが重要である。
【００２０】
本発明で分離膜として用いられる多孔性膜の構成について説明する。本発明における多孔性膜は、被処理水の水質や用途に応じた分離性能と透水性能を有するものであり、阻止性能および透水性能や耐汚れ性という分離性能の点からは、多孔質樹脂層を含む多孔性膜であることが好ましい。この多孔性膜は、多孔質基材の表面に、分離機能層として作用とする多孔質樹脂層を有している。多孔質基材は、多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与えるものである。
【００２１】
多孔質基材の材質としては、有機材料および無機材料等で特に限定されないが、有機繊維が望ましい。好ましい多孔質基材は、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維およびポリエチレン繊維などの有機繊維を用いてなる織布や不織布であり、中でも、密度の制御が比較的容易であり製造も容易で安価な不織布が好ましく用いられる。
【００２２】
多孔質樹脂層は、上述したように分離機能層として作用するもので、有機高分子膜を好適に使用することができる。有機高分子膜の材質としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。ここで主成分とは、５０重量％以上、好ましくは６０重量％以上含有することをいう。なかでも、溶液による製膜が容易で、物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が最も好ましく用いられる。
【００２３】
ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられるが、フッ化ビニリデンの単独重合体の他、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体も好ましく用いられる。かかるビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。
【００２４】
本発明で用いられる多孔性膜は、平膜であっても中空糸膜であっても良い。平膜の場合、その平均厚みは用途に応じて選択されるが、好ましくは２０μｍ以上５０００μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲で選択される。
【００２５】
上述のように、本発明で用いられる分離膜は、多孔質基材と多孔質樹脂層とから形成されている多孔性膜であることが望ましい。その際、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していても、多孔質基材に多孔質樹脂層が浸透していなくてもどちらでも良く、用途に応じて選択される。多孔質基材の平均厚みは、好ましくは５０μｍ以上３０００μｍ以下の範囲で選択される。また、多孔性膜が中空糸膜の場合、中空糸の内径は好ましくは２００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲で選択され、膜厚は好ましくは２０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲で選択される。また、有機繊維または無機繊維を筒状にした織物や編物を中空糸の内部に含んでいても良い。
【００２６】
まず、多孔性膜のうち、平膜の作成法の概要について説明する。
【００２７】
多孔質基材の表面に、樹脂と溶媒とを含む原液の被膜を形成すると共に、その原液を多孔質基材に含浸させる。その後、被膜を有する多孔質基材の被膜側表面のみを、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させると共に、多孔質基材の表面に多孔質樹脂層を形成する。
【００２８】
原液は、樹脂を溶媒に溶解させて調整する。原液の温度は、製膜性の観点から、通常、５〜１２０℃の範囲内で選定することが好ましい。溶媒は、樹脂を溶解するものであり、樹脂に作用してそれらが多孔質樹脂層を形成するのを促すものである。溶媒としては、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ − メチル− ２ − ピロリドン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリメチル、シクロヘキサノン、イソホロン、γ − ブチロラクトン、メチルイソアミルケトン、フタル酸ジメチル、プロピレングリコールメチルエーテール、プロピレンカーボネート、ジアセトンアルコール、グリセロールトリアセテート、アセトンおよびメチルエチルケトンなどを用いることができる。なかでも、樹脂の溶解性の高いＮ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が好ましく用いられる。これらの溶媒は、単独で用いても良いし２種類以上を混合して用いても良い。原液は、先述の樹脂を好ましくは５重量％以上６０重量％以下の濃度で、上述の溶媒に溶解させることにより調整することができる。
【００２９】
また、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびグリセリンなどの溶媒以外の成分を溶媒に添加しても良い。溶媒に非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、樹脂を溶解しない液体である。非溶媒は、樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノールおよびエタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも、非溶媒として、価格の点から水やメタノールが好ましく用いられる。溶媒以外の成分および非溶媒は、混合物であってもよい。
【００３０】
原液には、開孔剤を添加することもできる。開孔剤は、凝固浴に浸漬された際に抽出されて、樹脂層を多孔質にする作用を持つものである。開孔剤を添加することにより、平均細孔径の大きさを制御することができる。開孔剤は、凝固浴への溶解性の高いものであることが好ましい。開孔剤としては、例えば、塩化カルシウムや炭酸カルシウムなどの無機塩を用いることができる。また、開孔剤として、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールおよびポリアクリル酸などの水溶性高分子化合物や、グリセリンを用いることができる。
【００３１】
次に、多孔性膜のうち、中空糸膜の作成法の概要について説明する。
【００３２】
中空糸膜は、樹脂と溶媒からなる原液を二重管式口金の外側の管から吐出すると共に、中空部形成用流体を二重管式口金の内側の管から吐出して、冷却浴中で冷却固化して作製することができる。
【００３３】
原液は、上述の平膜の作成法で述べた樹脂を好ましくは２０重量％以上６０重量％以下の濃度で、上述の平膜の生成法で述べた溶媒に溶解させることにより調整することができる。また、中空部形成用流体には、通常気体もしくは液体を用いることができる。また、得られた中空糸膜の外表面に、新たな多孔性樹脂層をコーティング（積層）することもできる。積層は中空糸膜の性質、例えば、親水性・疎水性あるいは細孔径等を所望の性質に変化させるために行うことができる。積層される新たな多孔性樹脂層は、樹脂を溶媒に溶解させた原液を、非溶媒を含む凝固浴と接触させて樹脂を凝固させることによって作製することができる。その樹脂の材質は、例えば、上述有機高分子膜の材質と同様のものが好ましく用いられる。また、積層方法としては、原液に中空糸膜を浸漬してもよいし、中空糸膜の表面に原液を塗布してもよく、積層後、付着した原液の一部を掻き取ったり、エアナイフを用いて吹き飛ばしすることにより積層量を調整することもできる。
【００３４】
本発明で用いられる多孔性膜は、支持体と組み合わせることによって分離膜エレメントとすることができる。多孔性膜を有する分離膜エレメントの形態としては、支持体として支持板を用い、該支持板の少なくとも片面に、本発明で用いられる多孔性膜を配した分離膜エレメントは、本発明で用いられる多孔性膜を有する分離膜エレメントの好適な形態の一つである。この形態で、膜面積を大きくすることが困難な場合には、透水量を大きくするために、支持板の両面に多孔性膜を配することも好ましい態様である。
【００３５】
分離膜の平均細孔径が上記した０.０１μｍ以上１μｍ未満の範囲内にあると、菌体や汚泥などがリークすることのない高い排除率と、高い透水性を両立させることができ、さらに目詰まりをしにくく、透水性を長時間保持することが、より高い精度と再現性を持って実施することができる。平均細孔径が、上記の範囲内にあれば、微生物として動物細胞、酵母および糸状菌などを用いた場合、目詰まりが少なく、また、細胞の濾液への漏れもなく安定に連続発酵を実施することが可能である。また、動物細胞、酵母および糸状菌より小さな細菌類を用いた場合、多孔性膜の平均細孔径は０.４μｍ以下であればよく、平均細孔径は０.２μｍ未満であればなお好適に実施することが可能である。平均細孔径は、小さすぎると透水量が低下することがあるので、本発明では、平均細孔径は０.０１μｍ以上であり、好ましくは０．０２μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０４μｍ以上である。
【００３６】
ここで、平均細孔径は、倍率１０，０００倍の走査型電子顕微鏡観察における、９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔すべての直径を測定し、平均することにより求めることができる。平均細孔径の標準偏差σは、０．１μｍ以下であることが好ましい。平均細孔径の標準偏差σは、上述の９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内で観察できる細孔数をＮとして、測定した各々の直径をＸｋとし、細孔直径の平均をＸ（ａｖｅ）とした下記の（式１）により算出される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
本発明で用いられる多孔性膜においては、培養液の透過性が重要点の一つであり、透過性の指標として、使用前の多孔性膜の純水透過係数を用いることができる。本発明において、多孔性膜の純水透過係数は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出したとき、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、純水透過係数が２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下であれば、実用的に十分な透過水量が得られる。
【００３９】
本発明で用いられる多孔性膜の膜表面粗さは、分離膜の目詰まりに影響を与える因子であり、好ましくは膜表面粗さが０.１μｍ以下のときに分離膜の剥離係数や膜抵抗を好適に低下させることができ、より低い膜間差圧で連続発酵が実施可能である。また、膜表面粗さが低いことにより、微生物の濾過において、膜表面で発生する剪断力を低下させることが期待でき、微生物の破壊が抑制され、多孔性膜の目詰まりも抑制されることにより、長期間安定な濾過が可能になると考えられる。
【００４０】
ここで、膜表面粗さは、下記の原子間力顕微鏡装置（ＡＦＭ）を使用して、下記の条件で測定することができる。
・装置 原子間力顕微鏡装置(Digital Instruments（株）製Nanoscope IIIa)
・条件 探針 ＳｉＮカンチレバー(Digital Instruments（株）製)
走査モード コンタクトモード（気中測定）
水中タッピングモード（水中測定）
走査範囲 １０μm、２５μm 四方（気中測定）
５μm、１０μm 四方（水中測定）
走査解像度 ５１２×５１２
・試料調製 測定に際し膜サンプルは、常温でエタノールに１５分浸漬後、ＲＯ水中に２４時間浸漬し洗浄した後、風乾し用いた。ＲＯ水とは、濾過膜の一種である逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いて濾過し、イオンや塩類などの不純物を排除した水を指す。ＲＯ膜の孔の大きさは、概ね２ｎｍ以下である。
【００４１】
膜表面粗さｄｒｏｕｇｈは、上記ＡＦＭにより各ポイントのＺ軸方向の高さから、下記の（式２）により算出する。
【００４２】
【数２】
【００４３】
本発明において、微生物や細胞を濾過処理する際の膜間差圧は、微生物や細胞および培地成分が容易に目詰まりしない条件であればよいが、膜間差圧を０.１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下、好ましくは０.１ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下、さらに好ましくは０.１ｋＰａ以上５ｋＰａの範囲にして濾過処理することが重要である。上記膜間差圧の範囲を外れた場合、目詰まりが急速に発生し、透過水量の低下を招き、連続発酵運転に不具合を生じることがある。
【００４４】
濾過の駆動力としては、培養液と多孔性膜処理水の液位差（水頭差）を利用したサイホンにより多孔性膜に膜間差圧を発生させることが可能であり、また、濾過の駆動力として多孔性膜処理水側に吸引ポンプを設置してもよいし、多孔性膜の培養液側に加圧ポンプを設置することも可能である。膜間差圧は、培養液と多孔性膜処理水の液位差を変化させることにより制御することができる、また、膜間差圧を発生させるためにポンプを使用する場合には、吸引圧力により膜間差圧を制御することができ、更に培養液側の圧力を導入する気体または液体の圧力によっても膜間差圧を制御することができる。これら圧力制御を行う場合には、培養液側の圧力と多孔性膜処理水側の圧力差をもって膜間差圧とし、膜間差圧の制御に用いることができる。
【００４５】
また、本発明において使用される多孔性膜は、濾過処理する膜間差圧として、０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲で濾過処理することができる性能を有することが好ましい。また、本発明で使用される多孔性膜は、上述のように、使用前の純水透過係数が、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出したとき、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、さらに２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下の範囲にあることが好ましい。
【００４６】
本発明で使用される発酵原料としては、培養する微生物の生育を促し、目的とする発酵生産物であるイタコン酸を良好に生産させ得るものであればよく、例えば、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸、およびビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する液体培地等が好ましく用いられる。
【００４７】
上記の炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、更には酢酸、フマル酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリン等が使用される。ここで糖分とは、多価アルコールの最初の酸化生成物であり、アルデヒド基またはケトン基をひとつ持ち、アルデヒド基を持つ糖をアルドース、ケトン基を持つ糖をケトースと分類される炭水化物のことを指す。
【００４８】
また上記の窒素源としては、例えば、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。
【００４９】
また上記の無機塩類としては、例えば、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩およびマンガン塩等を適宜添加することができる。
【００５０】
本発明で使用される微生物が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物を標品もしくはそれを含有する天然物として添加することができる。また、消泡剤も必要に応じて添加使用することができる。
【００５１】
本発明において、培養液とは、発酵原料に微生物が増殖した結果得られる液のことを言い、追加する発酵原料の組成は、培養開始時の発酵原料組成から適宜変更しても良い。発酵原料組成から追加する発酵原料の組成への変更する場合、その内容は特に限定されないが、目的とするイタコン酸の生産性が高くなるような変更が好ましい。例えば、上記炭素源に対する窒素源、無機塩類、アミノ酸およびビタミンなどの有機微量栄養素の重量比率を低下させることにより、イタコン酸の生産コストの低減、すなわち広義でイタコン酸の生産性の向上が実現できる場合もある。一方、上記炭素源に対する窒素源、無機塩類、アミノ酸およびビタミンなどの有機微量栄養素の重量比率を増加させることにより、イタコン酸の生産性が向上できる場合もある。
【００５２】
本発明では、培養液中の糖類など発酵原料の濃度は、５ｇ／ｌ以下に保持されるようにすることが好ましい。その理由は、培養液の引き抜きによる発酵原料の流失を最小限にするためである。
【００５３】
微生物の培養は、通常、ｐＨ４〜８、温度２０〜４０℃の範囲で行われることが多い。培養液のｐＨは、無機の酸または有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウムおよびアンモニアガスなどによって、上記範囲内のあらかじめ定められた値に調節される。
【００５４】
微生物の培養において、酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を２１％以上に保つ、培養を加圧する、攪拌速度を上げる、あるいは通気量を上げるなどの手段を用いることができる。逆に、酸素の供給速度を下げる必要があれば、炭酸ガス、窒素およびアルゴンなど酸素を含まないガスを空気に混合して供給することも可能である。
【００５５】
本発明においては、培養初期にＢａｔｃｈ培養またはＦｅｄ−Ｂａｔｃｈ培養を行って微生物濃度を高くした後に連続培養（引き抜き）を開始しても良いし、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続培養を行っても良い。適当な時期から発酵原料液の供給および培養物の引き抜きを行うことが可能である。発酵原料液供給と培養物の引き抜きの開始時期は、必ずしも同じである必要はない。また、発酵原料液の供給と培養物の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。発酵原料液には、上記に示したような菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物の濃度は、培養液の環境が微生物の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが効率よい生産性を得るのに好ましく、一例として、乾燥重量として５ｇ／Ｌ以上に維持することにより良好な生産効率が得られる。また、連続発酵装置の運転上の不具合、生産効率の低下を招かなければ、微生物の濃度の上限値は特に限定されない。
【００５６】
発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、培養管理上、通常、単一の発酵反応槽で行うことが好ましい。しかしながら、菌体を増殖しつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵反応槽の数は問わない。発酵反応槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵反応槽を用いることもあり得る。この場合、複数の発酵反応槽を配管で並列または直列に接続して連続培養を行っても、発酵生産物の高生産性は得られる。
【００５７】
本発明においては、微生物を発酵反応槽に維持したままで、発酵反応槽からの培養液の連続的かつ効率的な抜き出しが可能となることから、微生物を連続的に培養し、十分な増殖を確保した後に、発酵原料液組成を変更し、目的とする化学品を効率よく製造することも可能である。
【００５８】
本発明で使用される微生物や培養細胞は、イタコン酸の生産能力を持つもので、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞および昆虫細胞などが挙げられる。使用する微生物や細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。
【００５９】
微生物や培養細胞は、好ましくは、イタコン酸の生産能力のある真核生物である。ここで真核生物とは、真核細胞からなる生物のことである。真核細胞の最も際立った特徴は、細胞内に細胞核（核）と呼ばれる構造を持ち、細胞のそれ以外の部分からは膜（核膜）で区切られていることである。真核生物以外の生物は、原核生物と呼ばれ真核生物とは明確に区別される。
【００６０】
その真核生物のうちで更に好ましくは、カビあるいは酵母を用いることができる。更に好ましくは、アスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、あるいはウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビ、およびカンジダ属（Ｇｅｎｕｓ Ｃａｎｄｉｄａ）、ロドトルラ属（Ｇｅｎｕｓ Ｒｈｏｄｏｔｏｒｕｌａ）に属する酵母を用いたイタコン酸の生産が挙げられる。なかでも、イタコン酸の生産には、アスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）、アスペルギルス イタコニクス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｉｔａｃｏｎｉｃｕｓ）、ウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）、ウスティラゴ シノドンティス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｃｙｎｏｄｏｎｔｉｓ）、およびウスティラゴ ラベンホルスティナ（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｒａｂｅｎｈｏｒｓｔｉｎａ）のカビ、あるいはカンジダ アンタルクティカ（Ｃａｎｄｉａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）を好ましく用いることができる。
【００６１】
本発明の製造方法により製造された濾液に含まれるイタコン酸の分離・精製は、限外濾過や電気透析を用いて行うことができる。例えば、特公昭−５０９５８号公報に示される限外濾過、および塩型カチオン交換樹脂膜を用いた電気透析による精製法を好適に用いることができる。
【００６２】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の１つの例は、主に、微生物を保持しイタコン酸を製造するための発酵反応槽、および微生物と培養液を濾過分離するための多孔性膜を含む分離膜エレメントから構成される。分離膜エレメントは、発酵反応槽の内部または外部のいずれに設置されてもよい。
【００６３】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法は、平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を使用し、濾過圧力である膜間差圧が０.１から２０ｋＰａの範囲で濾過処理することを特徴としている。そのため、特別に発酵反応槽内を加圧状態に保つ必要がないことから、濾過分離装置と発酵反応槽間で培養液を循環させる動力手段が不要となり、分離膜エレメントを発酵反応槽内部に設置して発酵装置をコンパクト化することが可能である。
【００６４】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが発酵反応槽の内部に設置された代表的な一例を図１の概要図に示す。図１は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。図１において、連続発酵装置は、分離膜エレメント２を備えた発酵反応槽１と水頭差制御装置３で基本的に構成されている。発酵反応槽１内の分離膜エレメント２には、多孔性膜が組み込まれている。この多孔性膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することができる。分離膜エレメントに関しては、追って詳述する。
【００６５】
次に、図１の連続発酵装置による連続発酵の形態について説明する。培地供給ポンプ７によって、培地を発酵反応槽１に連続的もしくは断続的に投入する。培地については、入前に必要に応じて加熱殺菌、加熱滅菌あるいはフィルターを用いた滅菌処理を行うことができる。発酵生産時には、必要に応じて、発酵反応槽１内の攪拌機５で発酵反応槽１内の培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を発酵反応槽１内に供給することができ、また必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって発酵反応槽１内の培養液のｐＨを調整し、また必要に応じて、温度調節器１０によって発酵反応槽１内の培養液の温度を調節することにより生産性の高い発酵生産を行うことができる。ここでは、計装・制御装置による培養液の物理化学的条件の調節に、ｐＨおよび温度を例示したが、必要に応じて、溶存酸素やＯＲＰ
の制御、更にはオンラインケミカルセンサーなどの分析装置により培養液中のイタコン酸の濃度を測定し、それを指標とした物理化学的条件の制御を行うことができる。また、培地の連続的もしくは断続的投入の形態に関しては、上記計装装置による培養液の物理化学的環境の測定値を指標として、培地投入量および速度を適宜調節することができる。
【００６６】
培養液は、発酵反応槽１内に設置された分離膜エレメント２によって、微生物と発酵生産物に濾過・分離され、発酵生産物は装置系から取り出される。また、濾過・分離された微生物が装置系内に留まることにより装置系内の微生物濃度を高く維持することができ、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離は、発酵反応槽１の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を必要としない。また、必要に応じて、レベルセンサ６および水頭差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度およびよび発酵反応槽１内の培養液量を適当に調節することができる。上記の分離膜エレメントによる濾過・分離には水頭差圧によって行うことを例示したが、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより、濾過・分離することもできる。
【００６７】
次に、本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置のうち、分離膜エレメントが、発酵反応槽の外部に設置された代表的な一例を図２の概要図に示す。図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【００６８】
図２において、連続発酵装置は、発酵反応槽１と、分離膜エレメント２を備えた膜分離槽１２と、水頭差制御装置３とで基本的に構成されている。ここで、分離膜エレメント２には、多孔性膜が組み込まれている。この多孔性膜としては、例えば、国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜、および分離膜エレメントを使用することが好適である。また、膜分離槽１２は、培養液循環ポンプ１１を介して発酵反応槽１に接続されている。
【００６９】
図２において、培地供給ポンプ７によって培地を発酵反応槽１に投入し、必要に応じて、攪拌機５で発酵反応槽１内の培養液を攪拌し、また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を供給し、また必要に応じて、ｐＨセンサ・制御装置９およびよびｐＨ調整溶液供給ポンプ８によって培養液のｐＨを調整し、また必要に応じて、温度調節器１０によって培養液の温度を調節することにより、生産性の高い発酵生産を行うことができる。さらに、装置内の培養液は、培養液循環ポンプ１１によって発酵反応槽１と膜分離槽１２の間を循環する。発酵生産物を含む培養液は、分離膜エレメント２によって微生物と発酵生産物に濾過・分離され、発酵生産物は装置系から取り出すことができる。また、濾過・分離された微生物は、装置系内にとどまることで装置系内の微生物濃度を高く維持でき、生産性の高い発酵生産を可能としている。ここで、分離膜エレメント２による濾過・分離は、膜分離槽１２の水面との水頭差圧によって行い、特別な動力を必要としない。また、必要に応じて、レベルセンサ６および水頭差圧制御装置３によって、分離膜エレメント２の濾過・分離速度および装置系内の培養液量を適当に調節することができる。また必要に応じて、気体供給装置４によって必要とする気体を膜分離槽１２内に供給することができる。上記のように、分離膜エレメント２による濾過・分離には水頭差圧によって行うことを例示したが、必要に応じて、ポンプ等による吸引濾過あるいは装置系内を加圧することにより濾過・分離することもできる。
【００７０】
次に、本発明で用いられる分離膜エレメントの好適な形態の例である国際公開第２００２／０６４２４０号パンフレットに開示されている分離膜および分離膜エレメントを、以下に図を用いてその概略を説明する。図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【００７１】
分離膜エレメントは、図３に示すように、剛性を有する支持板１３の両面に、流路材１４と前記の分離膜１５をこの順序で配し構成されている。支持板１３は、両面に凹部１６を有している。分離膜１５は培養液をろ過する。流路材１４は、分離膜１５でろ過された濾液を効率よく支持板１３に流すためのものである。支持板１３に流れた濾液は、支持板１３の凹部１６を通り、集水パイプ１７を介して連続発酵装置外部に取り出される。濾液を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。
【００７２】
図４は、本発明で用いられる別の分離膜エレメントの他の実施の形態を説明するための概略斜視図である。分離膜エレメントは、図４に示すように、中空糸膜（多孔性膜）で構成された分離膜束１８と上部樹脂封止層１９と下部樹脂封止層２０によって主に構成されている。分離膜束１８は、上部樹脂封止層１９および下部樹脂封止層２０よって束状に接着・固定化されている。下部樹脂封止層２０による接着・固定化は、分離膜束１８の中空糸膜（多孔性膜）の中空部を封止しており、培養液の漏出を防ぐ構造になっている。一方、上部樹脂封止層１９は、分離膜束１８の中空糸膜（多孔性膜）の内孔を封止しておらず、集水パイプ２２に濾液が流れる構造となっている。この分離膜エレメントは、支持フレーム２１を介して連続発酵装置内に設置することが可能である。分離膜束１８によって濾過された発酵生産物を含む濾液は、中空糸膜の中空部を通り、集水パイプ２２を介して連続発酵装置外部に取り出される。濾液を取り出すための動力として、水頭差圧、ポンプ、液体や気体等による吸引濾過、あるいは装置系内を加圧するなどの方法を用いることができる。
【００７３】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置の分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作に耐性の部材であることが好ましい。連続発酵装置内が滅菌可能であれば、連続発酵時に好ましくない微生物による汚染の危険を回避することができ、より安定した連続発酵が可能となる。分離膜エレメントを構成する部材は、高圧蒸気滅菌操作の条件である、１２１℃で１５分間に耐性であることが好ましい。分離膜エレメント部材には、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ＰＶＤＦ、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂およびポリサルホン系樹脂等の樹脂を好ましく選定することができる。
【００７４】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、分離膜エレメントは、図１のように発酵反応槽内に設置しても良いし、図２のように発酵反応槽外に設置しても良い。分離膜エレメントを発酵反応槽外に設置する場合には、別途、膜分離槽を設けてその内部に分離膜エレメントを設置することができ、発酵反応槽と膜分離槽の間を培養液を循環させながら、分離膜エレメントにより培養液を連続的に濾過することができる。
【００７５】
本発明のイタコン酸の製造方法で用いられる連続発酵装置では、膜分離槽は、高圧蒸気滅菌可能であることが望ましい。膜分離槽が高圧蒸気滅菌可能であると、雑菌による汚染回避が容易である。
【００７６】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法に従って連続発酵を行った場合、従来のバッチ式の発酵と比較して、高い体積生産速度が得られ、極めて効率のよい発酵生産が可能となる。ここで、連続培養における発酵生産速度は、次の（式３）で計算される。
・発酵生産速度（ｇ／Ｌ／ｈｒ）
＝抜き取り液中の生産物濃度（ｇ／Ｌ）×培養液抜き取り速度（Ｌ／ｈｒ）
÷装置の運転液量（Ｌ） ・・・・（式３）
また、バッチ式培養による発酵生産速度は、原料炭素源をすべて消費した時点の生産物量（ｇ）を、炭素源の消費に要した時間（ｈ）とその時点の培養液量（Ｌ）で除して求められる。
【００７７】
本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法で得られるイタコン酸は、樹脂の分野において好適に用いられる。ここで樹脂とは合成樹脂のことであり、高分子化合物からなる物質の中で、成形品や薄膜にして使用することを目的として人為的に製造された物を指す。合成でない植物から採ったロジンや天然ゴム等天然樹脂とは明確に区別される。イタコン酸は、水に対する溶解性が乏しい種々のモノマー、例えば、スチレン、塩化ビニル、酢酸ビニルおよびメタクリル酸エステル等のビニルモノマーと共重合することにより、得られた高分子化合物に、親水性、金属その他との接着性、染料との親和性、イオン交換能力および架橋の能力などを付与することができ、極めて有用である。本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造法を用いることにより、これら幅広い用途のあるイタコン酸を効率的に製造することができることから、より安価にイタコン酸を提供することが可能となる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の連続発酵によるイタコン酸の製造方法をさらに詳細に説明するために、図１および図２の概要図に示す連続発酵装置を用いることによる、連続的なイタコン酸の発酵生産について、実施例を挙げて説明する。本発明は、これら実施例に限定されない。
【００７９】
下記のイタコン酸の製造方法に関する実施例においては、イタコン酸を生産させる微生物として、カビであるアスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）のうち、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を、またウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）のうち、ウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用いた。また、発酵原料のうち炭素源としては、グルコースを用い、窒素源と無機塩類に関しては、下記実施例で説明する原料を用いた。
【００８０】
（参考例１）多孔性膜の作製（その１）
樹脂としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂を、また溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）をそれぞれ用い、これらを９０℃の温度下に十分に攪拌し、下記組成を有する原液を得た。
［原液］
・ＰＶＤＦ：１３．０重量％
・ＤＭＡｃ：８７．０重量％
次に、上記の原液を２５℃の温度に冷却した後、あらかじめガラス板上に貼り付けて置いた、密度が０．４８ｇ／ｃｍ3で、厚みが２２０μｍのポリエステル繊維製不織布（多孔質基材）に塗布し、直ちに下記組成を有する２５℃の温度の凝固浴中に５分間浸漬して、多孔質基材に多孔質樹脂層が形成された多孔性膜を得た。
［凝固浴］
・水 ：３０．０重量％
・ＤＭＡｃ：７０．０重量％
このようにして得られた多孔性膜をガラス板から剥がした後、８０℃の温度の熱水に３回浸漬してＤＭＡｃを洗い出し、分離膜を得た。多孔質樹脂層表面の９．２μｍ×１０．４μｍの範囲内を、倍率１０，０００倍で走査型電子顕微鏡観察を行ったところ、観察できる細孔すべての直径の平均は０．１μｍであった。次に、上記分離膜について純水透水透過係数を評価したところ、５０×１０-9ｍ3／ｍ2／ｓ／Ｐａであった。純水透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。また、平均細孔径の標準偏差は０．０３５μｍで、膜表面粗さは０．０６μｍであった。
【００８１】
（参考例２）多孔性膜の作製（その２）
重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマーとγ-ブチロラクトンとを、それぞれ３８重量％と６２重量％の割合で１７０℃の温度で溶解し、原液を作製した。この原液を、γ-ブチロラクトンを中空部形成液体として随拌させながら口金から吐出し、温度２０℃のγ-ブチロラクトン８０重量％水溶液からなる冷却浴中で固化して中空糸膜を作製した。
【００８２】
次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマーを１４重量％、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社、ＣＡＰ４８２−０．５）を１重量％、Ｎ-メチル-２-ピロリドンを７７重量％、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン（三洋化成株式会社製、商品名“イオネットＴ−２０Ｃ”（登録商標））を５重量％、および水を３重量％の割合で９５℃の温度で混合溶解して、原液を調整した。この原液を、上記で得られた中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて本発明で用いる中空糸膜（多孔性膜）を製作した。得られた中空糸膜（分離膜）の被処理水側表面の平均細孔径は、０．０５μｍであった。次に、上記の分離膜である中空糸膜について純水透水量を評価したところ、５．５×１０-9ｍ3／ｍ2・ｓ・Ｐａであった。透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。また、平均細孔径の標準偏差 は０．００６μｍであった。
【００８３】
（実施例１）連続発酵によるイタコン酸の製造（その１）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には、表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例１で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。該多孔質膜の平均細孔径は上記のとおり０.１μｍであり、純水透過係数は５０×１０-9ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａでる。この実施例１における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００８４】
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用い、培地として表１に示す組成のイタコン酸発酵培地を用い、生産物であるイタコン酸の濃度は、コッペシャール（Ｋｏｐｐｅｓｈａａｒ）の方法（共立出版、微生物光学講座第５巻「カビの利用工業」ｐ７２−７３、昭和３１年発行）の方法で測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
【００８５】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、イタコン酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００８６】
（実施例２）連続発酵によるイタコン酸の製造（その２）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸がで得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例１で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。該多孔質膜の平均細孔径は０.１μｍであり、純水透過係数は５０×１０-9ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａである。この実施例２における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・膜分離槽容量：０．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００８７】
微生物としてアスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用い、培地として表１に示す組成のイタコン酸発酵培地を用い、生産物であるイタコン酸の濃度は、実施例１に示す方法で測定した。また、グルコース濃度の測定には、“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。
【００８８】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００８９】
（実施例３）連続発酵によるイタコン酸の製造（その３）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例２で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。この実施例３における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
【００９０】
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用いた。生産物であるイタコン酸の濃度とグルコース濃度の測定は、実施例１と同様の方法で測定した。
【００９１】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、イタコン酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。２５０時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００９２】
（実施例４）連続発酵によるイタコン酸の製造（その４）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸がで得られるかどうかを調べるため、同装置を用いた連続発酵試験を行った。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。分離膜エレメント部材として、ステンレスおよびポリサルホン樹脂の成形品を用いた。分離膜には、参考例２で作成したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を主成分とする多孔性膜を用いた。この実施例４における運転条件は、特に断らない限り下記のとおりである。
・発酵反応槽容量：１．５（Ｌ）
・膜分離槽容量：０．５（Ｌ）
・使用分離膜：ＰＶＤＦ濾過膜
・膜分離エレメント有効濾過面積：１２０平方ｃｍ
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・滅菌：分離膜エレメントを含む培養槽、および使用培地は総て１２１℃、２０ｍｉｎの
オートクレーブにより高圧蒸気滅菌。
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
・膜透過水量制御：膜分離槽水頭差により流量を制御（水頭差は２ｍ以内で制御した。）。
微生物として、アスペルギルス テレウス（Ａ．ｔｅｒｒｅｕｓ）ＡＴＣＣ１００２０株を用いた。生産物であるイタコン酸の濃度とグルコース濃度の測定は、図１と同様の方法で測定した。
【００９３】
まず、アスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地１００ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３５℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整と温度調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量を２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表２に示した。２４０時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【００９４】
（比較例１） バッチ発酵によるイタコン酸の製造（その１）
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を２Ｌ容のジャーファーメンターを用いて行い、そのイタコン酸生産性を評価した。培地には表１に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。この比較例１では、微生物としてアスペルギルス テレウスＡＴＣＣ１００２０株を用い、生産物であるイタコン酸の濃度の評価は、実施例１に示した方法を用いて評価し、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。比較例１の運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量（イタコン酸発酵培地量）：１．５（Ｌ）
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
まず、ＡＴＣＣ１００２０株を、試験管で表１に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間振とう培養した（前培養）。前培養液をジャーファーメンターの１．５Ｌの表１に示す連続・バッチ発酵培地に植菌し、バッチ発酵を行った。バッチ発酵の結果を、上記実施例１、実施例２、実施例３および実施例４の連続発酵試験で得られたイタコン酸発酵生産性と比較して表２に示す。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
これらを比較した結果、図１および図２の連続発酵装置を用いることにより、イタコン酸の生産速度が大幅に向上することを明らかになった。すなわち、本発明によって開示された多孔性膜を組み込んだ膜分離型の連続発酵装置を用い、膜間差圧を制御することにより、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に戻す連続発酵方法を可能とし、微生物量を高く維持しながら、連続発酵によるイタコン酸の製造が可能であることが明らかとなった。
【００９８】
（実施例５）連続発酵によるイタコン酸の製造（その５）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてうちウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例１と同じ条件、評価法により、図１の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【００９９】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表２に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示した連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１００】
（実施例６）連続発酵によるイタコン酸の製造（その６）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例２と同じ条件、評価法により図２の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０１】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図２に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。３００時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０２】
（実施例７）連続発酵によるイタコン酸の製造（その７）
図１に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディス（Ｕ．ｍａｙｄｉｓ）ＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例３と同じ条件、評価法により図１の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０３】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表２に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図１に示した連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の培養液量を１．５Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。２４０時間の発酵試験を行った結果、図１に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０４】
（実施例８）連続発酵によるイタコン酸の製造（その８）
図２に示す連続発酵装置を稼働させることにより、イタコン酸が連続発酵で得られるかどうかを調べるため、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、表３に示す培地を用い、その他は実施例４と同じ条件、評価法により図２の連続発酵装置を用いた連続発酵試験を行った。
【０１０５】
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し、５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間、３０℃の温度で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図２に示す連続発酵装置の１．５Ｌの連続・バッチ発酵培地に植菌し、発酵反応槽１を付属の攪拌機５によって２００ｒｐｍで攪拌し、発酵反応槽１の通気量の調整、温度調整およびｐＨ調整を行い、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、連続・バッチ発酵培地の連続供給を行い、膜分離型連続発酵装置の培養液量が２Ｌとなるように膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるイタコン酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、水頭差制御装置３により、発酵反応槽水頭を最大２ｍ以内、すなわち膜間差圧が２０ｋＰａ以内となるように適宜水頭差を変化させることにより行った。適宜、濾液中の生産されたイタコン酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。また、イタコン酸およびグルコース濃度から算出された投入グルコースから算出されたイタコン酸生産速度を、表４に示した。２６０時間の発酵試験を行った結果、図２に示した連続発酵装置を用いることにより、安定したイタコン酸の連続発酵による製造が可能であることを確認することができた。
【０１０６】
（比較例２） バッチ発酵によるイタコン酸の製造（その２）
微生物を用いた発酵形態として最も典型的なバッチ発酵を２Ｌ容のジャーファーメンターを用いて行い、そのイタコン酸生産性を評価した。培地には表３に示す培地を用い、１２１℃の温度で１５分間高圧蒸気滅菌処理して用いた。この比較例２では、微生物としてウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を用い、生産物であるイタコン酸の濃度の評価は、実施例１に示した方法で用いて評価し、グルコース濃度の測定には“グルコーステストワコーＣ”（登録商標）（和光純薬社製）を用いた。比較例２の運転条件は、次のとおりである。
・発酵反応槽容量（イタコン酸発酵培地量）：１．５（Ｌ）
・温度調整：３５（℃）
・発酵反応槽通気量：１．５（Ｌ／ｍｉｎ）
・発酵反応槽攪拌速度：２００（ｒｐｍ）
・ｐＨ調整：４Ｎ ＮａＯＨによりｐＨ５に調整
まず、ウスティラゴ メイディスＩＦＯ５３４６株を、試験管で表３に示す５ｍｌの前培養培地で一晩振とう培養した（前々培養）。前々培養液を新鮮な前培養培地５０ｍｌに植菌し５００ｍｌ容坂口フラスコで４８時間振とう培養した（前培養）。前培養液をジャーファーメンターの１．５Ｌの表３に示す連続・バッチ発酵培地に植菌し、バッチ発酵を行った。バッチ発酵の結果を、上記実施例５、実施例６、実施例７および実施例８の連続発酵試験で得られたイタコン酸発酵生産性と比較して表４に示す。
【０１０７】
【表３】
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
これらを比較した結果、図１および図２の連続発酵装置を用いることにより、イタコン酸の生産速度が大幅に向上することを明らかになった。すなわち、本発明によって開示された多孔性膜を組み込んだ膜分離型の連続発酵装置を用い、膜間差圧を制御することにより、培養液を分離膜によって濾液と未濾過液に分離し、濾液から所望の発酵生産物を回収するとともに、未濾過液を培養液に戻す連続発酵方法を可能とし、微生物量を高く維持しながら、連続発酵によるイタコン酸の製造が可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】図１は、本発明で用いられる膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる他の膜分離型の連続発酵装置の一つの実施の形態を説明するための概略側面図である。
【図３】図３は、本発明で用いられる分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明で用いられる他の分離膜エレメントの一つの実施の形態を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ 発酵反応槽
２ 分離膜エレメント
３ 水頭差制御装置
４ 気体供給装置
５ 攪拌機
６ レベルセンサ
７ 培地供給ポンプ
８ ｐＨ調整溶液供給ポンプ
９ ｐＨセンサ・制御装置
１０ 温度調節器
１１ 培養液循環ポンプ
１２ 膜分離槽
１３ 支持板
１４ 流路材
１５ 分離膜
１６ 凹部
１７ 集水パイプ
１８ 分離膜束
１９ 上部樹脂封止層
２０ 下部樹脂封止層
２１ 支持フレーム
２２ 集水パイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イタコン酸を生産する能力を有する微生物の培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵によりイタコン酸を製造する方法であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１から２０ｋＰａの範囲にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項２】
多孔性膜の純水透過係数が、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項３】
多孔性膜の平均細孔径が０.０１μｍ以上０.２μｍ未満であり、かつ、該平均細孔径の標準偏差が０.１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項４】
多孔性膜の膜表面粗さが０.１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項５】
多孔性膜が多孔性樹脂層を含む多孔性膜である請求項１から４のいずれかに記載のイタコン酸の製造方法。
【請求項６】
多孔性膜の膜素材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項７】
微生物の培養液および発酵原料が、糖類を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項８】
微生物がイタコン酸の生産能力のある真核細胞であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項９】
真核細胞がカビであることを特徴とする請求項８記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１０】
カビがアスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に属するカビであることを特徴とする請求項９に記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１１】
カビがアスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）であることを特徴とする請求項９または１０記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１２】
カビがウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビであることを特徴とする請求項９記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１３】
カビがウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）であることを特徴とする請求項９または１２記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１】
イタコン酸を生産する能力を有する微生物の培養液を分離膜で濾過し、濾液から生産物を回収するとともに未濾過液を前記培養液に保持または還流し、かつ、発酵原料を前記培養液に追加する連続発酵によりイタコン酸を製造する方法であって、前記分離膜として平均細孔径が０.０１μｍ以上１μｍ未満の多孔性膜を用い、膜間差圧を０.１から２０ｋＰａの範囲にして濾過処理することを特徴とする連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項２】
多孔性膜の純水透過係数が、２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上６×１０−７ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項３】
多孔性膜の平均細孔径が０.０１μｍ以上０.２μｍ未満であり、かつ、該平均細孔径の標準偏差が０.１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項４】
多孔性膜の膜表面粗さが０.１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項５】
多孔性膜が多孔性樹脂層を含む多孔性膜である請求項１から４のいずれかに記載のイタコン酸の製造方法。
【請求項６】
多孔性膜の膜素材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項７】
微生物の培養液および発酵原料が、糖類を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項８】
微生物がイタコン酸の生産能力のある真核細胞であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項９】
真核細胞がカビであることを特徴とする請求項８記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１０】
カビがアスペルギルス属（Ｇｅｎｕｓ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）に属するカビであることを特徴とする請求項９に記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１１】
カビがアスペルギルス テレウス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓ）であることを特徴とする請求項９または１０記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１２】
カビがウスティラゴ属（Ｇｅｎｕｓ Ｕｓｔｉｌａｇｏ）に属するカビであることを特徴とする請求項９記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【請求項１３】
カビがウスティラゴ メイディス（Ｕｓｔｉｌａｇｏ ｍａｙｄｉｓ）であることを特徴とする請求項９または１２記載の連続発酵によるイタコン酸の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−６１６４５（Ｐ２００８−６１６４５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５５８９（Ｐ２００７−１９５５８９）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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