(57)【要約】  発酵原料を微生物の発酵培養により化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、該発酵液から分離膜により濾過液として化学品を回収する膜分離工程と、該濾過液を逆浸透膜に通じて化学品を含有する濃縮水と透過水とを得る濃縮工程および／または、濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程を含む連続発酵による化学品の製造方法であって、濃縮工程の逆浸透膜の透過液および／または精製工程の凝縮液を使用して、膜分離工程の分離膜の洗浄などを行うことを特徴とする連続発酵による化学品の製造方法。
2012090556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記透過水を、発酵原料、ｐＨ調整液、発酵液の水分調整液、前記分離膜の洗浄液、および前記逆浸透膜の洗浄液の少なくとも１つとして使用する透過水利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項２】
前記透過水利用工程は、前記透過水を、前記分離膜の洗浄液として使用することを含む請求項１に記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項３】
前記透過水利用工程は、
前記透過水に、アルカリ、酸、酸化剤のいずれかを添加すること、および
添加後の透過水を膜分離工程の分離膜の洗浄液として使用すること、
を含む請求項１または２に記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項４】
前記透過水利用工程は、
前記透過水を、前記発酵工程における発酵温度以上１５０℃以下に昇温すること、および
前記昇温された透過水を用いて分離膜の洗浄を行うこと、
を含む請求項１〜３のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項５】
発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮水中の化学品を晶析する晶析工程と、
前記透過水を用いて、晶析した前記化学品を溶解する溶解工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項６】
発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記培養液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、発酵原料、ｐＨ調整液、発酵液の水分調整液、膜分離工程の分離膜の洗浄液の少なくとも１つとして使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項７】
前記凝縮液利用工程は、前記凝縮液を、前記膜分離工程の分離膜の洗浄液として使用することを含む請求項６に記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項８】
前記凝縮液利用工程は、
前記凝縮液に、アルカリ、酸、酸化剤のいずれかを添加すること、および
添加後の前記凝縮液を用いて前記分離膜の洗浄を行うこと、
を含む請求項６または７に記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項９】
前記凝縮液利用工程は、
前記凝縮液を、発酵工程における発酵温度以上１５０℃以下に昇温すること、および
昇温された前記凝縮液を用いて前記分離膜の洗浄を行うこと、
を含む請求項６〜８のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項１０】
発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記濃縮水中の化学品を晶析して分離する晶析工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、晶析した化学品の溶解に使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項１１】
発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、逆浸透膜の洗浄に使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項１２】
前記凝縮液に含まれる水以外の成分であって、連続発酵により得られる化学品よりも沸点が低い成分の総重量が、凝縮液の重量の１％以下である、請求項６〜１１のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項１３】
前記発酵工程を発酵槽中で行い、
前記分離膜の洗浄に用いる水分量に応じて、発酵原料に添加する水分量、ｐＨ調整液に添加する水分量、および発酵槽に直接添加する水分量からなる群の中から選ばれる少なくとも１つの水分量を調整することで、前記発酵槽に流入する水分の総量を一定に制御する工程を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵連続発酵を利用する化学品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微生物または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）回分発酵法（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。【０００３】
上記（１）の回分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、時間経過と共に培養液中の化学品濃度が高くなり、浸透圧あるいは化学品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。【０００４】
また、上記（２）の連続発酵法は、発酵槽内で目的化学品が高濃度に蓄積す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かつ高生産性を維持できるという特徴がある。この連続発酵法については、Ｌ−グルタミン酸やＬ−リジンの発酵についての連続培養法が開示されている（非特許文献１参照）。しかしながら、この例では、培養液に原料の連続的な供給を行うと共に、微生物または培養細胞を含んだ培養液を抜き出すために、培養液中の微生物および培養細胞が希釈されることから、生産効率の向上は限定されたものであった。【０００５】
そこで、連続発酵法において、微生物または培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から化学品を回収すると同時に濃縮液中の微生物または培養細胞を培養液に保持または還流させることにより、培養液中の微生物または培養細胞の濃度を高く維持する方法が提案されている。例えば、分離膜として有機高分子からなる平膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が提案されている。（特許文献１参照）。【０００６】
一方、発酵液を分離膜で濾過し、得られた濾過液に含まれる化学品を回収するための方法として、蒸留法で発酵液に含まれる水分を除去する方法が知られている。しかし発酵で化学品を得るバイオプロセスでは、発酵工程において化学品量に対して数十倍程度の多量の水を必要とするのが一般的である。連続発酵を行う際には、連続的に供給する発酵の原料や、発酵を効率良く行うために発酵に寄与する微生物に適したｐＨに調整するために添加するｐＨ調整液を調製する際に使用する多量の水が必要となる。また発酵液中の化学品の濃度が高い場合、または発酵液に添加する原料中の微生物による変換前物質濃度が高いことにより、発酵阻害による生産性の低下や、発酵阻害により発酵液に残存する原料中の微生物による変換前物質が、濾過液に含まれて流出し収率が低下する問題、さらには化学品が金属イオンなどと結合して塩を形成し、飽和溶解度以上となって析出し化学品の回収が困難となる問題があるため、発酵液を適正な水分に調整するために、水を添加する必要がある。水の蒸発潜熱は他の化学品に比べ大きいことから、これらの多量の水を蒸留で除去して化学品を得るために、多大なエネルギーを必要としている。また加熱や減圧下で行う蒸留について、多くの設備費を要するという問題もある。【０００７】
セルロースなどのバイオマスを原料としたアルコールの製造において、蒸発させた水を凝縮させて糖化や発酵工程で再利用することが提案されている（特許文献２）。【０００８】
また、コハク酸の製造において、精製工程で濃縮されたコハク酸濃縮液を精製工程の原液に再利用することが提案されている（特許文献３）。【０００９】
近年、省エネルギー型の分離精製プロセスとして、膜分離法が広く普及し始めている。膜分離法の中で逆浸透（ＲＯ；Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）法は、海水、または低濃度の塩水（かん水）を脱塩して淡水化し、工業用、農業用または家庭用の水を提供する造水分野や、低分子量有機物の濃縮回収方法などに利用されており、発酵液を分離膜で濾過し、得られた濾過液に含まれる化学品を回収するために、蒸留を行う前に、逆浸透膜を用いて濾過液を濃縮して、水を除去する方法が提案されている（特許文献４参照）。【００１０】
薬液にて分離膜モジュールを洗浄した後、分離膜モジュール内の薬液を排出し、分離膜モジュール内部に残留する該薬液を精製水にて洗浄する膜モジュールの薬液洗浄方法において、膜モジュールから排出される洗浄精製水を、回収膜モジュールにて処理し、再利用する薬液洗浄方法が提案されている（特許文献５）。【００１１】
海水の淡水化などで、特定の洗浄剤を膜の１次側から流して、堆積物質を溶かして膜面から除去する方法（特許文献６）が知られている。また、透過水に洗浄剤を使用する方法（特許文献７）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２５２３６７号公報
【特許文献２】特許第４１８４０２１号
【特許文献３】特許第４５５４２７７号
【特許文献４】特開２０１０−５７３８９号公報
【特許文献５】特開２００５−２４６３６１号公報
【特許文献６】特開昭６１−１１１０８号公報
【特許文献７】特開２０００−７９３２８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Toshihiko Hirao et al.（ヒラノ・トシヒコ  ら）、 Appl. Microbiol. Biotechnol.（アプライド  マイクロバイアル  アンド  マイクロバイオロジー），３２，２６９−２７３（１９８９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
連続発酵においては、多量の水が必要とされるので、水を安定的に確保することが１つの課題である。また、発酵液に含まれる化学品を濃縮、精製する段階で発生する大量の排水が生じるという問題もある。【００１５】
本発明の目的は、発酵工程で必要となる多量の水を安定的に確保し、かつ排水処理コストを大幅に低減し、さらには化学品の回収率も向上させる連続発酵による化学品の製造方法およびその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、以下の発明に至った。【００１７】
（１）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記透過水を、発酵原料、ｐＨ調整液、発酵液の水分調整液、前記分離膜の洗浄液、および前記逆浸透膜の洗浄液の少なくとも１つとして使用する透過水利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。【００１８】
（２）前記透過水利用工程は、前記透過水を、前記分離膜の洗浄液として使用することを含む前記（１）に記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００１９】
（３）前記透過水利用工程は、
前記透過水に、アルカリ、酸、酸化剤のいずれかを添加すること、および
添加後の透過水を膜分離工程の分離膜の洗浄液として使用すること、
を含む前記（１）または（２）に記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２０】
（４）前記透過水利用工程は、
前記透過水を、前記発酵工程における発酵温度以上１５０℃以下に昇温すること、および
前記昇温された透過水を用いて分離膜の洗浄を行うこと、
を含む前記（１）〜（３）のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２１】
（５）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮水中の化学品を晶析する晶析工程と、
前記透過水を用いて、晶析した前記化学品を溶解する溶解工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。【００２２】
（６）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記培養液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、発酵原料、ｐＨ調整液、発酵液の水分調整液、膜分離工程の分離膜の洗浄液の少なくとも１つとして使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。【００２３】
（７）前記凝縮液利用工程は、前記凝縮液を、前記膜分離工程の分離膜の洗浄液として使用することを含む前記（６）に記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２４】
（８）前記凝縮液利用工程は、
前記凝縮液に、アルカリ、酸、酸化剤のいずれかを添加すること、および
添加後の前記凝縮液を用いて前記分離膜の洗浄を行うこと、
を含む前記（６）または（７）に記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２５】
（９）前記凝縮液利用工程は、
前記凝縮液を、発酵工程における発酵温度以上１５０℃以下に昇温すること、および
昇温された前記凝縮液を用いて前記分離膜の洗浄を行うこと、
を含む前記（６）〜（８）のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２６】
（１０）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、前記化学品を含有する濃縮水と透過水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記濃縮水中の化学品を晶析して分離する晶析工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、晶析した化学品の溶解に使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。【００２７】
（１１）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
前記発酵液から、分離膜により、前記化学品を含有する濾過液を回収する膜分離工程と、
前記濾過液から、逆浸透膜により、透過水と前記化学品を含有する濃縮水とを得る濃縮工程と、
前記濃縮液を蒸留して化学品の純度を高める精製工程と、
前記精製工程の蒸留で得られる凝縮液を、逆浸透膜の洗浄に使用する凝縮液利用工程と、
を含む連続発酵による化学品の製造方法。【００２８】
（１２）前記凝縮液に含まれる水以外の成分であって、連続発酵により得られる化学品よりも沸点が低い成分の総重量が、凝縮液の重量の１％以下である、前記（６）〜（１１）のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。【００２９】
（１３）前記発酵工程を発酵槽中で行い、
前記分離膜の洗浄に用いる水分量に応じて、発酵原料に添加する水分量、ｐＨ調整液に添加する水分量、および発酵槽に直接添加する水分量からなる群の中から選ばれる少なくとも１つの水分量を調整することで、前記発酵槽に流入する水分の総量を一定に制御する工程を含む、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の連続発酵による化学品の製造方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、連続発酵に使用する水を再利用することから、新たに供給する水量を大幅に削減でき、かつ化学品の回収率を向上させ、排水量を大幅に削減でき、発酵生産物である化学品を低コストで安定に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明で用いられる膜分離型連続発酵装置の例を説明するための概略図である。
【図２】本発明で用いられる逆浸透膜濾過装置の一つの実施の形態を示す概略図である。
【図３】本発明で用いられる逆浸透膜濾過装置の逆浸透膜が装着されたセル断面図の一つの実施の形態を示す概要図である。
【図４】本発明で用いられる逆浸透膜の洗浄装置の一実施態様を示す概略図である。
【図５】本発明で用いられる蒸留装置の一実施態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
Ｉ．化学品の製造方法
１．発酵工程
本形態において、化学品の製造方法は、発酵原料を微生物の発酵培養により化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程を含む。
【００３３】
（Ａ）微生物および培養細胞
以下、微生物および培養細胞について述べる。
【００３４】
化学品の製造において使用される微生物については特に制限はなく、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、および糸状菌等の菌類；大腸菌およびコリネ型細菌などのバクテリア；放線菌などが挙げられる。また、培養細胞としては、動物細胞および昆虫細胞等が挙げられる。また、使用する微生物や培養細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、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。
【００３５】
乳酸を製造する場合、真核細胞であれば酵母、原核細胞であれば乳酸菌を用いることが好ましい。このうち酵母は、乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子を細胞に導入した酵母が好ましい。このうち乳酸菌は、消費したグルコースに対して対糖収率として５０％以上の乳酸を産生する乳酸菌を用いることが好ましく、更に好ましくは対糖収率として８０％以上の乳酸菌であることが好適である。
【００３６】
乳酸を製造する場合に好ましく用いられる乳酸菌としては、例えば、野生型株では、乳酸を合成する能力を有するラクトバチラス属（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）、バチラス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属、ペディオコッカス（Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ）、テトラゲノコッカス属（Ｇｅｎｕｓ
Ｔｅｔｒａｇｅｎｏｃｏｃｃｕｓ）、カルノバクテリウム属（Ｇｅｎｕｓ Ｃａｒｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、バゴコッカス属（Ｇｅｎｕｓ Ｖａｇｏｃｏｃｃｕｓ）、ロイコノストック属（Ｇｅｎｕｓ
Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ）、オエノコッカス属（Ｇｅｎｕｓ Ｏｅｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アトポビウム属（Ｇｅｎｕｓ Ａｔｏｐｏｂｉｕｍ）、ストレプトコッカス属（Ｇｅｎｕｓ
Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、エンテロコッカス属（Ｇｅｎｕｓ Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ）、ラクトコッカス属（Ｇｅｎｕｓ Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ）およびスポロラクトバチルス属（Ｇｅｎｕｓ
Ｓｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）に属する細菌が挙げられる。
【００３７】
また、乳酸の対糖収率や光学純度が高い乳酸菌を選択して用いることができ、例えば、Ｄ−乳酸を選択して生産する能力を有する乳酸菌としてはスポロラクトバチルス属に属するＤ−乳酸生産菌が挙げられ、好ましい具体例として、スポロラクトバチルス・ラエボラクティカス（Ｓｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
ｌａｅｖｏｌａｃｔｉｃｕｓ）またはスポロラクトバチルス・イヌリナス（Ｓｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｉｎｕｌｉｎｕｓ）が使用できる。さらに好ましくは、スポロラクトバチルス・ラエボラクティカス
ＡＴＣＣ ２３４９２、ＡＴＣＣ ２３４９３、ＡＴＣＣ ２３４９４、ＡＴＣＣ ２３４９５、ＡＴＣＣ ２３４９６、ＡＴＣＣ ２２３５４９、ＩＡＭ１２３２６、ＩＡＭ
１２３２７、ＩＡＭ １２３２８、ＩＡＭ １２３２９、ＩＡＭ １２３３０、ＩＡＭ １２３３１、ＩＡＭ １２３７９、ＤＳＭ ２３１５、ＤＳＭ ６４７７、ＤＳＭ ６５１０、ＤＳＭ
６５１１、ＤＳＭ ６７６３、ＤＳＭ ６７６４、ＤＳＭ ６７７１などとスポロラクトバチルス・イヌリナスＪＣＭ ６０１４などが挙げられる。
【００３８】
Ｌ−乳酸の対糖収率が高い乳酸菌としては、例えば、ラクトバシラス・ヤマナシエンシス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｙａｍａｎａｓｈｉｅｎｓｉｓ）、ラクトバシラス・アニマリス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
ａｎｉｍａｌｉｓ）、ラクトバシラス・アジリス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ａｇｉｌｉｓ）、ラクトバシラス・アビアリエス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ａｖｉａｒｉｅｓ）、ラクトバシラス・カゼイ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
ｃａｓｅｉ）、ラクトバシラス・デルブレッキ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｄｅｌｂｒｕｅｋｉｉ）、ラクトバシラス・パラカゼイ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｐａｒａｃａｓｅｉ）、ラクトバシラス・ラムノサス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
ｒｈａｍｎｏｓｕｓ）、ラクトバシラス・ルミニス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｒｕｍｉｎｉｓ）、ラクトバシラス・サリバリス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓａｌｉｖａｒｉｕｓ）、ラクトバシラス・シャーピイ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ
ｓｈａｒｐｅａｅ）、ラクトバシラス・デクストリニクス（Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ ｄｅｘｔｒｉｎｉｃｕｓ）、およびラクトコッカス・ラクティス（Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ
ｌａｃｔｉｓ）などが挙げられ、これらを選択して、Ｌ−乳酸の生産に用いることが可能である。
【００３９】
（Ｂ）発酵原料
発酵原料としては、培養する微生物および培養細胞の生育を促し、目的とする発酵生産物である化学品を良好に生産させ得るものであればよい。
【００４０】
発酵原料としては、液体培地が用いられる。培地中の成分であって、目的の化学品に変換される物質（すなわち狭義の原料）を原料と称することもあるが、本書では、特に区別しない場合には、培地全体を原料と称する。狭義の原料とは、例えば化学品としてアルコールを得るための発酵基質であるグルコース、フルクトース、ショ糖などの糖である。
【００４１】
原料は、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸やビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトースおよび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、酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリンなどが使用される。窒素源としては、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。無機塩類としては、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が添加されてもよい。
【００４２】
微生物または培養細胞が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物が標品またはそれを含有する天然物として、原料に添加される。
【００４３】
原料は、消泡剤を必要に応じて含有してもよい。
【００４４】
（Ｃ）培養液
培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液である。
【００４５】
連続発酵においては、培養液に発酵原料を追加することができるが、追加する発酵原料の組成は、目的とする化学品の生産性が高くなるように、培養開始時の組成から適宜変更してもよい。例えば、狭義の発酵原料の濃度、培地における他の成分の濃度等は、変更可能である。
【００４６】
（Ｄ）発酵液
発酵液は、発酵の結果生じた物質を含有する液であり、原料、微生物または培養細胞、及び化学品を含有してもよい。つまり、文言「培養液」と「発酵液」とはほぼ同じ意味で用いられることがある。
【００４７】
（Ｅ）化学品
本形態の方法によると、上記の微生物または培養細胞によって、発酵液中に、化学品すなわち変換後の物質が生産される。化学品としては、例えば、アルコール、有機酸、アミノ酸および核酸など発酵工業において大量生産されている物質を挙げることができる。例えば、アルコールとしては、エタノール、１，３−ブタンジオール、１,４−ブタンジオールおよびグリセロール等が挙げられる。また、有機酸としては、酢酸、乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸およびクエン酸等を挙げることができ、核酸であればイノシン、グアノシンおよびシチジン等を挙げることができる。また、本発明の方法を、酵素、抗生物質および組換えタンパク質のような物質の生産に適用することも可能である。
【００４８】
また、本発明の製造方法は、化成品、乳製品、医薬品、食品または醸造品の製造に適用できる。ここで化成品としては、例えば、有機酸、アミノ酸および核酸が挙げられ、乳製品としては、例えば、低脂肪牛乳などが挙げられ、食品としては、例えば、乳酸飲料など、醸造品としては、例えば、ビール、焼酎が挙げられる。また、本発明の製造方法によって製造された、酵素、抗生物質、組み換えタンパク質等は、医薬品に適用可能である。
【００４９】
（Ｆ）培養
連続発酵による化学品の製造では、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、連続発酵（つまり培養液の引き抜き）を開始しても良い。または、微生物濃度を高くした後に、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続発酵を行っても良い。連続発酵による化学品の製造では、適当な時期から原料培養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。原料培養液供給と培養液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、原料培養液の供給と培養液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。
【００５０】
培養液には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。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、培養液の環境が微生物または培養細胞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上で好ましい態様である。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、一例として、ＳＬ乳酸菌を用いたＤ−乳酸発酵では、乾燥重量として、微生物濃度を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。
【００５１】
連続発酵による化学品の製造において、原料に糖類を使用する場合は、培養液中の糖類濃度は５ｇ／Ｌ以下に保持されることが好ましい。培養液中の糖類濃度を５ｇ／Ｌ以下に保持することが好ましい理由は、培養液の引き抜きによる糖類の流失を最小限にするためである。
【００５２】
微生物および培養細胞の培養は、通常、ｐＨ３以上８以下、温度２０℃以上６０℃以下の範囲で行われる。培養液のｐＨは、無機の酸あるいは有機の酸、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、通常、ｐＨ３以上８以下のあらかじめ定められた値に調節する。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、培養液を加圧する、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。
【００５３】
連続発酵の運転においては、微生物発酵槽の微生物濃度をモニタリングすることが望ましい。微生物濃度の測定はサンプルを採取し、測定することでも可能だが、微生物発酵槽に、ＭＬＳＳ測定器など、微生物濃度センサーを設置し、微生物濃度の変化状況を連続的にモニタリングすることが望ましい。
【００５４】
連続発酵による化学品の製造では、必要に応じて、発酵槽内から培養液、微生物または培養細胞を引き抜くことができる。例えば、発酵槽内の微生物または培養細胞濃度が高くなりすぎると、分離膜の閉塞が発生しやすくなることから、引き抜くことで、閉塞から回避することができる。また、発酵槽内の微生物または培養細胞濃度によって化学品の生産性能が変化することがあるが、生産性能を指標として微生物または培養細胞を引き抜くことで、生産性能を維持させることも可能である。
【００５５】
連続発酵による化学品の製造では、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、菌体を増殖させつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵槽の数は問わない。連続発酵による化学品の製造では、連続培養操作は、通常、培養管理上単一の発酵槽で行うことが好ましい。発酵槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることも可能である。この場合、配管によって並列または直列に接続された複数の発酵槽を用い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。
【００５６】
２．膜分離工程
（Ａ）分離膜
化学品の製造方法における膜分離工程において用いられる分離膜について説明する。
【００５７】
分離膜は、有機膜、無機膜を問わない。分離膜の洗浄に逆圧洗浄や薬液浸漬による洗浄などを行うため、分離膜は、これらに対する耐久性を有することが好ましい。
【００５８】
分離性能及び透水性能、さらには耐汚れ性の観点から、有機高分子化合物を好適に使用することができる。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。
【００５９】
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、化学的強度（特に耐薬品性）と物理的強度を併せ有する特徴をもつためより好ましく用いられる。
【００６０】
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。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、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を用いても構わない。フッ化ビニリデンと共重合可能な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。
【００６１】
分離膜は、さらに好ましくは、フッ素樹脂系高分子を含む中空糸膜であり、三次元網目構造と球状構造の両方を有し、三次元網目構造中に脂肪酸ビニルエステル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドから選ばれる少なくとも１種を有する親水性高分子、またはセルロースエステルを含有することで親水性を有する中空糸膜である。
【００６２】
ここで、三次元網目構造とは、固形分が三次元的に網目状に広がっている構造を意味する。三次元網目構造は、網を形成する固形分に仕切られた細孔およびボイドを有する。
【００６３】
また、球状構造とは、多数の球状もしくは略球状の固形分が、直接もしくは筋状の固形分を介して連結している構造を意味する。
【００６４】
さらに、球状構造層と三次元網目構造層の両方を有していれば特に限定されないが、球状構造層と三次元網目構造層とが積層されたものであることが好ましい。一般に層を多段に重ねると、各層の界面では層同士が互いに入り込むために緻密になり、透過性能が低下する。層同士が互いに入り込まない場合は、透過性能は低下しないが、界面の剥離強度が低下する。従って、各層の界面の剥離強度と透過性能を考慮すると、球状構造層と三次元網目構造層の積層数は少ない方が好ましく、球状構造層１層と三次元網目構造層１層の合計２層が積層されることが特に好ましい。
【００６５】
また、分離膜は、球状構造層と三次元網目構造層以外の層、例えば多孔質基材などの支持体層を含んでいても良い。多孔質基材としては、有機材料、無機材料等、特に限定されないが、軽量化しやすい点から有機繊維が好ましい。多孔質基材は、さらに好ましくは、セルロース系繊維、酢酸セルロース系繊維、ポリエステル系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリエチレン系繊維などの有機繊維からなる織布や不織布である。
【００６６】
三次元網目構造層と球状構造層の上下や内外の配置は、濾過方式によって変えることができるが、三次元網目構造層が分離機能を担い、球状構造層が物理的強度を担うため、三次元網目構造層を分離対象側に配置することが好ましい。特に、汚れ物質の付着による透過性能の低下を抑制するためには、分離機能を担う三次元網目構造層を分離対象側の最表層に配置することが好ましい。
【００６７】
また平均細孔径は、透水性能が上述の範囲にあれば使用する目的や状況に応じて適宜決定することができるが、ある程度小さい方が好ましく、通常は０.０１μｍ以上１μｍ以下であることが良い。中空糸膜の平均細孔径が０.０１μｍ未満であると、糖や蛋白質などの成分やその凝集体などの膜汚れ成分が細孔を閉塞して、安定運転ができなくなる。透水性能とのバランスを考慮した場合、好ましくは０．０２μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０３μｍ以上である。また、１μｍを超える場合、膜表面の平滑性と膜面の流れによる剪断力や、逆洗やエアースクラビングなどの物理洗浄による細孔からの汚れの成分の剥離が不十分となり、安定運転ができなくなる。さらに中空糸膜の平均細孔径が微生物または培養細胞の大きさに近づくと、これらが直接孔を塞いでしまう場合がある。また発酵液中の微生物または培養細胞の一部が死滅することにより細胞の破砕物が生成する場合があり、これらの破砕物によって中空糸膜の閉塞することから回避するために、平均細孔径は０.４μｍ以下が好ましく、０.２μｍ以下であれば、より好適に実施することができる。
【００６８】
ここで、平均細孔径は、倍率１０，０００倍以上の走査型電子顕微鏡観察で観察される複数の細孔の直径を測定し、平均することにより求めることができる。１０個以上、好ましくは２０個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることが好ましい。細孔が円状でない場合などは画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円、すなわち等価円を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求めることも好ましく採用できる。
【００６９】
分離膜の形状は、平膜、中空糸膜、スパイラル式などいずれの形状のものも採用することができ、中空糸膜モジュールであれば、外圧式、内圧式のいずれの形状のものも採用することができる。
【００７０】
（Ｂ）分離条件
微生物または培養細胞の発酵液を膜モジュール中の分離膜で濾過処理する際の膜間差圧は、微生物および培養細胞、並びに培地成分が容易に目詰まりしない条件であればよい。例えば、膜間差圧を０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲にして濾過処理することができる。膜間差圧は、好ましくは０．１ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の範囲であり、さらに好ましくは０．１ｋＰａ以上５ｋＰａの範囲である。上記膜間差圧の範囲内であれば、微生物（特に原核生物）および培地成分の目詰まり、並びに透過水量の低下を抑制することで、連続発酵運転に不具合を生じることを効果的に抑制することができる。
【００７１】
濾過の駆動力としては、発酵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、またはクロスフロー循環ポンプにより分離膜に膜間差圧を発生させることができる。また、濾過の駆動力として分離膜処理水側に吸引ポンプを設置してもよい。また、クロスフロー循環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る。更に、発酵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、発酵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。
【００７２】
３．濃縮工程
（Ａ）濃縮工程の概略
化学品の製造方法は、上述の膜分離工程において分離膜を通過した濾過液から、逆浸透膜により透過水と濃縮水とを得る濃縮工程を含んでいてもよい。本工程によって、濾過液における化学品の濃度よりも高い化学品の濃度を有する濃縮水が得られる。
【００７３】
「逆浸透膜によって透過水と濃縮水とを得る」とは、濃縮工程で分離膜を通過した濾過液を、逆浸透膜に通じて濾過し、非透過液側に化学品を含んだ水溶液（つまり濃縮水）を濾別回収し、透過液側に化学品以外の物質を濾液（つまり透過水）として透過させることを意味する。ただし、操作条件によっては一部の化学品が透過液側に含まれる。なお、濃縮水は濃縮液と言い換えられてもよいし、透過水は透過液またと言い換えられてもよい。
【００７４】
（Ｂ）逆浸透膜
濃縮工程において用いられる逆浸透膜について説明する。
【００７５】
逆浸透膜の透過性の評価方法としては、化学品の透過率を算出して評価する方法が挙げられるが、この方法に限定されるものではない。化学品の透過率は、高速液体クロマトグラフィーに代表される分析により、原水中に含まれる化学品濃度（原水化学品濃度）および透過水中に含まれる化学品濃度（透過水化学品濃度）を測定することで、式１によって算出することができる。なお、原水とは膜による処理を受ける前の液である。
化学品透過率（％）＝（透過水化学品濃度／原水化学品濃度）×１００  ・・・（式１）
また、式１と同様に、化学品以外の副生成物等の透過率を式２によって算出することができる。
副生成物透過率（％）＝（透過水副生成物濃度／原水副生成物濃度）×１００  ・・・（式２）
膜単位面積、単位圧力あたりの透過流量（膜透過流束）の評価方法としては、透過水量および透過水量を採取した時間および膜面積を測定することで、式３によって算出することができる。
膜透過流束（ｍ３／（ｍ２・日））＝透過水量／（膜面積×採水時間）  ・・・（式３）
ここで、逆浸透膜の膜分離性能としては、温度２５℃、ｐＨ６．５に調整した塩化ナトリウム（原水塩化ナトリウム濃度３．５％）を５．５ＭＰａの濾過圧で評価したときの塩化ナトリウム除去率が４０％以上のものが好ましく用いられ、６０％以上のものがより好ましく用いられる。塩化ナトリウム除去率は、前記の透過水塩化ナトリウム濃度を測定することにより、式４により算出することができる。
塩化ナトリウム除去率（％）＝１００×（１−（透過水中の塩化ナトリウム濃度／原水中の塩化ナトリウム濃度））  ・・・（式４）
また、逆浸透膜の透過性能としては、塩化ナトリウム（３．５％）を５．５ＭＰａの濾過圧において、膜透過流束（ｍ３／（ｍ２・日））が０．２以上のものであれば、非透過液側の化学品と透過液側の不純物を分離する速度を高めることができることから、好ましく用いられる。
【００７６】
本発明で用いられる逆浸透膜の膜素材としては、一般に市販されている酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができるが、該一種類の素材で構成させる膜に限定されず、複数の膜素材を含む膜であっても良い。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部、あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に、別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のいずれでも良い。
【００７７】
逆浸透膜としては、例えば、酢酸セルロース系のポリマーを機能層とした複合膜（以下、酢酸セルロース系の逆浸透膜ともいう）、またはポリアミドを機能層とした複合膜（以下、ポリアミド系の逆浸透膜ともいう）、またはポリスルホンを機能層とした複合膜（ポリスルホン系の逆浸透膜ともいう）が挙げられる。ここで、酢酸セルロース系のポリマーとしては、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酪酸セルロース等のセルロースの有機酸エステルの単独もしくはこれらの混合物並びに混合エステルを用いたものが挙げられる。ポリアミドとしては、脂肪族および／または芳香族のジアミンをモノマーとする線状ポリマーまたは架橋ポリマーが挙げられる。
【００７８】
逆浸透膜の形態としては、平膜型、スパイラル型、中空糸膜型などの適宜の形態のものが使用できる。
【００７９】
逆浸透膜の具体例としては、例えば、東レ（株）製ポリアミド系逆浸透膜ＵＴＣ−７０、ＳＵ−７１０、ＳＵ−７２０、ＳＵ−７２０Ｆ、ＳＵ−７１０Ｌ、ＳＵ−７２０Ｌ、ＳＵ−７２０ＬＦ、ＳＵ−７２０Ｒ、ＳＵ−７１０Ｐ、ＳＵ−７２０Ｐ、ＳＵ−８１０、ＳＵ−８２０、ＳＵ−８２０Ｌ、ＳＵ−８２０ＦＡ、ＳＵ−６１０、ＳＵ−６２０、ＳＵＬ−Ｇ１０、ＳＵＬ−Ｇ２０、ＳＵＬ−Ｇ２０Ｆ、ＳＵＬ−Ｇ１０Ｐ、ＳＵＬ−Ｇ２０Ｐ、ＴＭ８００、ＴＭ８００Ｃ、ＴＭ８００Ａ、ＴＭ８００Ｈ、ＴＭ８００Ｅ、ＴＭ８００Ｌ、同社酢酸セルロース系逆浸透膜ＳＣ−Ｌ１００Ｒ、ＳＣ−Ｌ２００Ｒ、ＳＣ−１１００、ＳＣ−１２００、ＳＣ−２１００、ＳＣ−２２００、ＳＣ−３１００、ＳＣ−３２００、ＳＣ−８１００、ＳＣ−８２００、日東電工（株）製ＮＴＲ−７５９ＨＲ、ＮＴＲ−７２９ＨＦ、ＮＴＲ−７０ＳＷＣ、ＥＳ１０−Ｄ、ＥＳ２０−Ｄ、ＥＳ−２０Ｕ、ＥＳ−１５Ｄ、ＥＳ−１５Ｕ、ＬＦ１０−Ｄ、アルファラバル製Ｒ０９８ｐＨｔ、ＲＯ９９、ＨＲ９８ＰＰ、ＣＥ４０４０Ｃ−３０Ｄ、ＮＦ９９、ＮＦ９９ＨＦ、ＧＥ製Ａ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＧＥ  Ｓｅｐａ、ＯＳＭＯ  ＢＥＶ  ＮＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＨＬ    Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｓｌｉｃｋ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＭＵＮＩ  ＲＯ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＭＵＮＩ  ＮＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＭＵＮＩ  ＲＯ  ＬＥ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ  ＲＯ  ＨＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＣＫ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＤＫ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｓｅａｓｏｆｔ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ  ＲＯ  ＨＦ  Ｓｅｒｉｅｓ、Ｄｕｒａｔｈｅｒｍ  ＨＷＳ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＰＲＯ  ＲＯ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＰＲＯ  ＲＯ  ＬＥ  Ｓｅｒｉｅｓ、ＳＡＥＨＡＮ  ＣＳＭ製のＢＬＦシリーズ、ＢＬＲシリーズ、ＢＥシリーズ、ＫＯＣＨ製のＳｅｌＲＯ
Ｓｅｒｉｅｓ、Ｆｉｌｍｔｅｃ製ＢＷ３０−４０４０、ＴＷ３０−４０４０、ＸＬＥ−４０４０、ＬＰ−４０４０、ＬＥ−４０４０、ＳＷ３０−４０４０、ＳＷ３０ＨＲＬＥ−４０４０、ＮＦ４５、ＮＦ９０、ＮＦ２００、ＮＦ４００などが挙げられる。
【００８０】
（Ｃ）モジュール
上記の逆浸透膜を使用した逆浸透膜モジュールは直列または並列に配置することもできる。直列に配置した場合は、前段の逆浸透膜モジュールの濃縮水を原水として濾過を行い、透過水と濃縮水に分離する。これを繰り返すことで、濃縮水側で化学品の濃縮をすることができる。
【００８１】
（Ｄ）濃縮
本発明の化学品の製造方法において、微生物培養液の逆浸透膜による濾過は、圧力をかけて行うが、その濾過圧は、１ＭＰａより低ければ膜透過速度が低下し、８ＭＰａより高ければ、膜の損傷の可能性があるため、１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の範囲であることが好ましい。また濾過圧が１ＭＰａ以上７ＭＰａ以下の範囲であれば、膜透過流束が高いことから、化学品溶液を効率的に通じることができ、膜の損傷の可能性が少ないことから好ましく、２ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましい。
【００８２】
逆浸透膜による分離に供される培養液中の化学品の濃度は、特に限定されないが、高濃度であれば、化学品生産量あたりの濾過時間を短縮することができることから、コスト削減に好適であり、例えば、１０ｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下が好ましい。
【００８３】
４．精製工程
次に本発明の精製工程について説明する。
【００８４】
精製工程において、発酵液を濃縮するため、本発明においては蒸留の操作を行う。化学品の分解や副反応を防止するため、蒸留を行う際の操作温度を低くするため減圧での操作も行うことができる。
【００８５】
蒸留は、単蒸留を用いることもできるが、多段の蒸留塔を用いることもでき、また幾つかの蒸留塔を並列または直列に配置することもできる。特に化学品の純度を高める場合は、多段の蒸留塔を用いることが好ましい。蒸留塔では、リボイラー等で缶出液を加熱し、気液平衡により組成が定まる蒸気を冷却器で凝縮し回収する。化学品の純度を高めるために必要により凝縮液を還流して、蒸留塔内で気液接触させることもできる。蒸留により、低沸点の物質は蒸発し、高沸点の物質は凝縮するので、化学品の濃縮を行うこともできる。
【００８６】
５．晶析工程
高純度の化学品を回収する場合、化学品を一旦、晶析して回収し、不純物を低減することもできる。
【００８７】
晶析は、過飽和状態を推進力とした非平衡状態での結晶化現象を利用する単位操作である。結晶は分子またはイオンが秩序良く配列した固体であることから、晶析は、単なる分離ではなく、精製のために利用可能である。
【００８８】
晶析工程は、化学品を結晶化させるため、冷却、加圧、または蒸発等による濃縮操作により、まず化学品を過飽和状態にする。ここで発酵液は、そのまま晶析しても良いし、晶析操作の前に蒸発缶を用いて加熱および減圧濃縮することにより、または逆浸透膜に通じることにより、さらに濃縮しても良い。または、晶析缶内を減圧下とし、水を蒸発させながら晶析しても良い。
【００８９】
次に、晶析では過飽和を推進力として核化が起こり、結晶が成長する。晶析現象は、温度、圧力、濃度を変えることで、推進力である過飽和を生成するが、得られる結晶の品質は、相平衡だけでなく、速度論的な現象によって変化するため、撹拌条件や冷却等の操作速度を適正化する必要がある。
【００９０】
晶析後の母液については、逆浸透膜に通じることで、晶析操作によって回収できなかった化学品を濃縮・回収できる。そのため、晶析後の母液は化学品または化学品の塩を含んだ培養液と混合して、再度晶析または晶析前の濃縮を行うことが好ましい。
【００９１】
６．分離膜の洗浄工程
化学品の製造方法は、分離膜の洗浄工程を含んでいてもよい。洗浄工程は、具体的な方法に限定されるものではないが、例えば、逆圧洗浄が採用されてもよい。
【００９２】
ここで、逆圧洗浄とは、分離膜の２次側である濾過液側から、１次側である発酵液側へ洗浄液を送ることにより、膜面の汚れ物質を除去する方法である。例えば逆圧に用いられる洗浄液には、発酵に大きく阻害しない範囲で、アルカリ、酸、酸化剤または還元剤を添加することができる。ここで、アルカリの例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを挙げることができる。酸の例としては、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硝酸などを挙げることができる。また酸化剤の例としては、次亜塩素酸塩、過酸化などを挙げることができる。還元剤の例としては、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどの無機系還元剤などを挙げることができる。
【００９３】
逆圧洗浄液が酸化剤を含有する場合は、洗浄後に分離膜モジュールおよび２次側である濾過側配管内に酸化剤が残留する可能性がある。よって、逆圧洗浄後、還元剤を含有する水溶液を１次側から２次側へ濾過させることもできる。この時、還元剤の濃度としては、１ppm以上５０００ppm以下の範囲でよく、残留していると思われる酸化剤に対し、還元中和するのに必要な理論濃度の１倍から５倍以下程度がより好ましい。また還元剤を含む水溶液を濾過する周期は、酸化剤による逆圧洗浄周期と合わせて決定される。微生物への影響など考慮して、必要に応じて、複数の酸化剤による逆圧洗浄を行った後、還元剤の洗浄を行うこともできる。
【００９４】
なお、還元剤を含む水を濾過する時間および注入速度としては、分離膜モジュールの中などの酸化剤が還元中和されるまで行うことが好ましい。例えば酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、濾過側の２次配管中の遊離塩素濃度が０．１ppm程度となる程度まで実施することが望ましい。遊離塩素濃度の測定法には、ＤＰＤ法、電流法、吸光光度計などが用いられる。測定は適宜採水し、DPD法および電流法により遊離塩素濃度の測定を行うが、吸光光度計を用いた連続自動測定機器より、遊離塩素濃度の測定を行う。これらの測定により、遊離塩素濃度を監視し、還元剤を添加した水を濾過する時間を決定する。
【００９５】
ここで、発明の効果を阻害しない範囲の洗浄剤とは、例えば次亜塩素酸ナトリウムの場合は、有効塩素濃度が１０〜５０００ｐｐｍの洗浄液を使用することが好ましく、例えば水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムは、ｐＨが１０〜１３の洗浄液を使用することが好ましい。この範囲を超える濃度では分離膜の損傷、微生物への悪影響が考えられ、これ未満の濃度では、膜洗浄効果の低下が懸念される。
【００９６】
この逆圧洗浄液は高温で使用することもできる。なお、逆圧洗浄液の逆圧洗浄速度は、膜濾過速度の０．５倍以上１０倍以下の範囲が好ましく、１倍以上５倍以下の範囲であることがより好ましい。逆圧洗浄速度が膜濾過速度の１０倍以下であることで、分離膜に損傷を与える可能性を低減し、また０．５倍以上であることで洗浄効果を充分に得ることができる。
【００９７】
逆圧洗浄液の逆圧洗浄周期は、膜差圧および膜差圧の変化により決定することができる。逆圧洗浄周期は、時間あたり０．５回以上１２回以下の範囲であり、より好ましくは時間あたり１回以上６回以下の範囲である。逆圧洗浄周期がこの範囲より多いと、分離膜に損傷を与える可能性があり、濾過を行う時間が短くなる。またこの範囲より少ないと、洗浄効果が充分に得られないことがある。
【００９８】
逆圧洗浄液の逆圧洗浄時間は、逆圧洗浄周期、膜差圧および膜差圧の変化により決定することができる。逆圧洗浄時間は、１回あたり５秒以上３００秒以下の範囲であり、より好ましくは１回あたり３０秒以上１２０秒以下の範囲である。逆圧洗浄時間がこの範囲より長いと、分離膜に損傷を与える可能性があり、またこの範囲より短いと、洗浄効果が充分に得られないことがある。
【００９９】
また逆圧洗浄をする際に、一旦濾過を停止し、逆圧洗浄液で分離膜を浸漬することができる。浸漬時間は、浸漬洗浄周期、膜差圧および膜差圧の変化により決定することができる。浸漬時間は、好ましくは１回あたり１分以上２４時間以下、より好ましくは１回あたり１０分以上１２時間以下の範囲である。
【０１００】
連続発酵装置においては、分離膜を複数系列とし、分離膜を逆圧洗浄液で浸漬洗浄する際に、系列を切り替えて、濾過が全停止しないようにすることも好ましく採用できる。
【０１０１】
洗浄剤保管タンク（つまり洗浄液槽）、洗浄剤供給ポンプ、洗浄剤保管タンクからモジュールまでの配管およびバルブは、耐薬品性に優れるものを使用すれば良い。逆圧洗浄剤の注入は手動でも可能だが、ろ過・逆洗制御装置を設け、ろ過ポンプおよびろ過側バルブ、洗浄剤供給ポンプおよび洗浄剤供給バルブを、タイマーなどにより自動的に制御して注入することが望ましい。
【０１０２】
７．逆浸透膜の洗浄
化学品の製造方法は、濃縮工程に用いられる逆浸透膜の洗浄工程を含んでいてもよい。洗浄工程は、具体的な方法に限定されるものではない。
【０１０３】
逆浸透膜を用いて、膜分離工程の濾過液の濃縮を行うと、濾過液に含まれる化学品や低分子量の有機物などにより、逆浸透膜の表面に種々の有機物やスケール成分の無機物などの汚染物質が堆積し沈着して膜の分離性能や透過水量を低下させ、さらには逆浸透膜を破損させる懸念もある。そこで、汚染物質にて汚染された逆浸透膜を洗浄する必要がある。
【０１０４】
濃縮工程の洗浄液は、逆浸透膜の材質に応じて選択される。例えば、逆浸透膜の性能を低下させたり劣化させたりしない範囲で、洗浄液には、アルカリ、酸、酸化剤、還元剤、界面活性剤、酵素などを添加することができる。
【０１０５】
アルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属の水酸化物やアンモニアを挙げることができる。酸は、シュウ酸、クエン酸などの有機酸、塩酸、硝酸などの無機酸を挙げることができる。アルカリでは、タンパク質由来物質の変性作用が促進され、逆浸透膜の高い洗浄効果を得ることができる。発酵液の濾過液にはタンパク質などの有機物を含んでおり、アルカリにより洗浄することで、逆浸透膜の濾過性を維持できる。
【０１０６】
アルカリの濃度は任意に調製することができるが、逆浸透膜の耐久性や薬液調製の作業性などから、ｐＨ１０以上１２以下に調製して、好ましく用いることができる。
【０１０７】
また酸化剤は、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、過酸化水素などを挙げることができる。酸化剤により、逆浸透膜に付着した汚れ物質を酸化分解することができる。還元剤は、ヒドラジン、ヒドラジン水和物などを挙げることができる。例えば次亜塩素酸ナトリウムは強い酸化剤でおり、酸化剤により洗浄を行うことによって、炭水化物由来膜付着物質の酸化作用が促進される。
【０１０８】
界面活性剤は、例えば、アルキルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムなどのアニオン系界面活性剤や、ポリアルキレングリコールなどのノニオン系界面活性剤が挙げられる。汚染物質に対し親和性の高い界面活性剤を選択することで、汚染物質を除去することができる。
【０１０９】
また酵素は、例えばキチン分解作用を持つ酵素としてキチナーゼを挙げることができる。キチンはＮ−アセチルグルコサミンのポリマーおよびタンパクなどからなる糖タンパク複合体であり、キチナーゼはこのポリマーを分解するため、酵母などの細胞壁はキチンなのでキチナーゼで分解できる。
【０１１０】
洗浄液は発酵温度以上に昇温して高温水とした後で逆浸透膜の洗浄水として使用することもできる。発酵温度以上の高温にて洗浄を行うことで、膜付着物が逆浸透膜から剥がれやすくなる。逆浸透膜付着物が炭水化物由来物質である場合、高温水によって溶解しやすい状況となり、逆浸透膜に付着されていた状況から、高温水へ溶解されるようになる。前記、逆浸透膜付着物質がタンパク質由来物質である場合、高温水によるタンパク質の変性が生じ、逆浸透膜付着の特性が変わることで、逆浸透膜から剥がれやすい状況になる。
【０１１１】
以上の洗浄液は、単独で使用しても良いし、幾つかの種類の洗浄液を順番に使用して洗浄を行っても良い。また、逆浸透膜の洗浄を行った後に、水洗をすることで、未溶解物質や不溶性物質を洗い流すこともできる。
【０１１２】
洗浄は、逆浸透膜へ洗浄液を送液し、逆浸透膜の１次側で洗浄液を循環させることもできるし、洗浄液にて逆浸透膜を浸漬させることもできる。ここで、逆浸透膜の１次側に浸透圧よりも高い圧力をかけて透過させて洗浄をすることもできる。また、逆浸透膜の１次側の圧を浸透圧より低くして、逆浸透膜の２次側から１次側に逆流させて洗浄をすることもできる。以上の洗浄液の循環および浸漬などを組み合わせて行うこともできる。洗浄が終了した後は、水を逆浸透膜の１次側に送液して薬液を洗い流すことが好ましい。
【０１１３】
洗浄液の循環および浸漬の時間は、洗浄による長時間の運転休止により生産性は低下することを考慮し、洗浄効率から任意に設定することができる。例えば、はじめに１時間循環運転し、その後、１時間浸漬運転、再び１時間循環運転して、水ですすぎ洗浄液を洗い流すといった方法にて逆浸透膜を洗浄することができる。
【０１１４】
洗浄液を使用する際は、槽に溜めてから使用しても良いし、送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１１５】
洗浄液を使用する場合は、濾過液での汚染を防止するため、滅菌をしてから使用しても良い。滅菌の方法としては、火炎滅菌、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられるが、逆浸透膜が乾燥してしまうと分離機能がなくなってしまうことに留意する必要がある。そのため、逆浸透膜中の水分を損なうことなく滅菌するには、蒸気滅菌（通常は１２１℃、１５分間から２０分間）が適した滅菌方法である。
【０１１６】
逆浸透膜の洗浄は、逆浸透膜のエレメントの許容値に達する懸念がある場合や、逆浸透膜の透過液量が運転初期に比べて低下した場合、逆浸透膜１次側の通液時の差圧が、上昇傾向を続ける懸念がある場合に行なう。洗浄の頻度は、対象濾過液の性状、要求濾過特性にも影響するが、運転開始時の逆浸透膜１次側の通液時の初期差圧の１．５倍程度まで上昇すると、逆浸透膜の洗浄を行なう方が良い。
【０１１７】
逆浸透膜の洗浄液の調製には、逆浸透膜の透過水や蒸留工程の凝縮液を用いることができる。洗浄液の調製に用いる水には、逆浸透膜の透過水や蒸留工程の凝縮液の少なくとも一部を使用する。この際、連続的または間欠的に使用しても良い。洗浄液の調製に用いる際は、槽に溜めてから洗浄液の調製槽に送液しても良いし、洗浄液の送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１１８】
洗浄に用いた洗浄液は、そのまま排水として処理しても良いが、排水負荷を減らすため水を再利用するには、含有物は主にタンパク質等を含む有機物であることから、蒸留して水を再利用することが好ましい。
【０１１９】
８．逆浸透膜の透過水の利用
化学品の製造方法は、透過水利用工程を含むことができる。透過水利用工程とは、透過水を化学品の製造方法のいずれかの工程に利用することであり、例えば、分離膜の洗浄、逆浸透膜の洗浄、発酵液への直接的または間接的な添加、晶析物の溶解に用いることを含んでいてもよい。発酵液への直接的な添加とは、必要に応じて処理された透過水を、水分調整等の目的により、発酵液に添加することを意味する。発酵液への間接的な添加とは、透過水を発酵原料およびｐＨ調整液の少なくとも一方に添加することを含む。また、透過水を分離膜または逆浸透膜の洗浄に用いるとは、洗浄液に透過水を添加すること含む。
【０１２０】
逆浸透膜の透過水は、精製工程における蒸留の凝縮液と共に、一つの槽に集められてもよい。また、透過水に含まれる水以外の物質の種類および含有量に応じて、個別に回収しても良く、必要に応じてｐＨ調整や濾過処理をしても良い。ただし、前記の逆浸透膜の透過水は、多くの場合、透過水に含まれる水以外の物質は少量であり、発酵阻害などの懸念は少なく、生産管理上の観点からも区分せずに使用することができる。
【０１２１】
逆浸透膜の透過水は、分離膜の洗浄のために逆圧洗浄や薬液浸漬による洗浄に使用することができる。洗浄に用いる水には、逆浸透膜の透過水を一部または全て使用して良く、また連続的または間欠的に使用しても良い。逆浸透膜の透過水を使用する際は、槽に溜めてから洗浄液の調製槽に送液しても良いし、洗浄液の送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１２２】
透過水を分離膜の洗浄の洗浄に使用する際、発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、培養液の水分調整、晶析物の溶解の何れか２つ以上の用途に同時に使用することもでき、また、これらの用途の何れかのみに使用することもできる。透過水を使用する際は、槽に溜めてから発酵原料の調製槽、ｐＨ調整液の調製槽、発酵液の水分調整の何れかに送液しても良いし、各送液ラインにインジェクションする形で使用してもよい。
【０１２３】
透過水に化学品と水以外の物質が含まれる場合、透過水におけるその物質の含有率と発酵槽中の発酵液におけるその物質の含有率とがほぼ同じであれば、発酵の阻害などの問題もなく、透過水を発酵工程における分離膜の洗浄などに使用できる。好ましくは、透過水に含まれる水以外の成分であって、連続発酵により得られる化学品よりも沸点が低い成分の総重量が、透過水の重量の１％以下であることが好ましい。透過水と発酵液とで組成が大きく異なる場合は、必要により、蒸留を行うこともできるし、中和塩として濾過処理するなどの分離操作を行うこともできる。
【０１２４】
なお、透過水を発酵原料、洗浄液、ｐＨ調整液等として使用する場合、調製された発酵原料および洗浄液等に最終的に透過水が含まれていればよく、発酵原料および洗浄液等は、透過水以外の成分を含有し得る。
【０１２５】
逆浸透膜の透過水には、発酵に大きく阻害しない範囲で、アルカリ、酸または酸化剤を添加して分離膜の洗浄水として使用することができる。つまり、透過水利用工程は、透過水にこれらの添加剤を加えることを含んでいてもよい。ここで、アルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを挙げることができる。酸は、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硝酸などを挙げることができる。例えばアルカリでは、タンパク質由来物質の変性作用が促進され、分離膜の高い洗浄効果を得ることができる。
【０１２６】
また酸化剤は、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、過酸化水素などを挙げることができる。酸化剤により、分離膜に付着した汚れ物質を酸化分解することができる。例えば次亜塩素酸ナトリウムは強い酸化剤でおり、酸化剤により洗浄を行うことによって、炭水化物由来膜付着物質の酸化作用が促進される。
【０１２７】
逆浸透膜の透過水は、高温水として、分離膜や逆浸透膜の洗浄に使用することもできる。すなわち、透過水利用工程は、透過水の温度を調整することを含んでいてもよい。発酵温度以上の高温にて洗浄を行うことで、膜付着物が分離膜から剥がれやすくなる。一方、微生物は、高温水に接触することによって、増殖に適切な環境ではないことを確認し、増殖を止める。膜付着物が炭水化物由来物質である場合、高温水によって溶解しやすい状況となり、膜に付着されていた状況から、高温水へ溶解されるようになる。前記膜付着物質がタンパク質由来物質である場合、高温水によるタンパク質の変性が生じ、膜付着の特性が変わることで、膜から剥がれやすい状況になる。発酵温度は、発酵に適した温度であり、微生物の種類、発酵基質の種類およびその他諸条件によって異なるので、洗浄水の温度は適宜変更される。洗浄水の温度は、例えば、４０℃以上又は５０℃以上に設定可能である。また、温度の上限も発酵の諸条件に応じて適宜設定され、例えば１５０℃以下又は１００℃以下に設定可能である。
【０１２８】
逆浸透膜の透過水を使用した分離膜の洗浄方法としては、本書に述べる分離膜の洗浄方法を適用することができ、例えば、逆圧洗浄や浸漬洗浄を行うことができる。
【０１２９】
逆浸透膜の透過水を、分離膜の洗浄に使用する際、同時に発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、発酵液の水分調整、逆浸透膜の洗浄液の何れかに同時に使用することもでき、また、発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、発酵液の水分調整、逆浸透膜の洗浄液の何れかのみに使用することもできる。逆浸透膜の透過水を使用する際は、槽に溜めてから発酵原料の調製槽、ｐＨ調整液の調製槽、発酵液の水分調整の何れかに送液しても良いし、各送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１３０】
逆浸透膜の透過水は、本書に述べる逆浸透膜の洗浄方法に適用することができ、例えば、逆浸透膜の１次側で透過水を用いた循環洗浄を行うことができる。
【０１３１】
逆浸透膜の透過水を逆浸透膜の洗浄に使用する際、同時に発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、発酵液の水分調整、または分離膜の洗浄液の何れかに同時に使用することもでき、また、発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、発酵液の水分調整、または分離膜の洗浄液の何れかのみに透過水を使用することもできる。逆浸透膜の透過水を使用する際は、槽に溜めてから発酵原料の調製槽、ｐＨ調整液の調製槽、発酵液の水分調整の何れかに送液しても良いし、各送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１３２】
また、逆浸透膜の透過水および後述する蒸留の凝縮液を含む、分離膜の洗浄に使用する水分量に応じて、原料に添加する水分量、ｐＨ調整液に添加する水分量、および発酵槽に直接添加する水分量からなる群の中から選ばれる少なくとも一つの水分量を調整し、発酵槽に流入する水分の総量を一定に制御することが好ましい。
【０１３３】
例えば分離膜の洗浄において逆圧洗浄が行われる場合、分離膜の２次側である濾過液側から、１次側である発酵液側へ洗浄液が送られる。逆圧洗浄液は、分離膜モジュールの１次側で系外に廃棄されてもよいし、または発酵槽に流入するように循環されてもよい。
【０１３４】
逆圧洗浄液を系外に廃棄する場合には、逆圧洗浄液と一緒に廃棄される発酵液中に含まれる化学品がロスすることによる収率の低下が懸念される。また、発酵液中に含まれる微生物も廃棄されるので、微生物量の低下も懸念される。また、廃棄ラインから系外の微生物等が混入することも懸念されるので、廃棄ラインを滅菌することが好ましい。
【０１３５】
逆圧洗浄液を発酵槽に循環する場合には、化学品のロスや微生物量の低下の懸念は小さいが、逆圧洗浄液中に含まれ、かつ分離膜に閉塞する物質（例えば微生物の代謝物）が発酵槽に循環される。その結果、このような物質が系内に蓄積するので、分離膜の濾過性が低下する懸念がある。
【０１３６】
特に長期の連続発酵では、必要に応じて、逆圧洗浄液の系外への廃棄と、発酵槽への循環とを組み合わせて、化学品のロスおよび微生物量の低下を抑制すると共に、分離膜に閉塞する物質を適時、系外に排出する運転管理をすることが好ましい。
【０１３７】
分離膜の洗浄によって発酵槽に流入する水分量が多い場合には、発酵原料の添加量を一定に保ったまま添加する水分量を少なくし、また分離膜の洗浄によって発酵槽に流入する水分量が少ない場合には、発酵原料の添加量を一定に保ったまま添加する水分量を多くすることで、分離膜の洗浄によって発酵槽に流入する水分量に関わらず、常に発酵原料の添加量および発酵槽に流入する水分量を一定に保ったまま運転を継続することが可能となり、発酵液の濃度変化を抑え、安定した高効率の発酵が可能となる。
【０１３８】
この際、水を添加する箇所としては、発酵原料の槽に添加しても構わないし、発酵原料の槽から発酵槽に至るまでの配管から添加しても構わない。同じく、ｐＨ調整液の槽に添加しても構わないし、ｐＨ調整液の槽から発酵槽に至るまでの配管から添加しても構わない。また、発酵槽に直接添加しても構わないし、前記の複数の箇所から添加しても構わない。
【０１３９】
発酵槽に直接水を添加する場合、ろ過を行っている際に添加する水分量から、逆圧洗浄時に逆圧洗浄で発酵槽に流入する水分量だけ減らしても良い。
【０１４０】
ここで、連続運転している発酵液に流入する水分の総量は、発酵原料に含まれる水分、ｐＨ調整液に含まれる水分、分離膜の洗浄液に含まれる水分、および、添加する水分の物質収支から計算することができる。またカールフィッシャーなどの水分測定装置により水分自体を測定することもできる。
【０１４１】
発酵液の水分の総量が少ないと、発酵液中の化学品濃度が高いこと、または発酵液に添加する発酵原料濃度が高いことにより発生する発酵阻害による生産性の低下や、発酵阻害により発酵液に残存する発酵原料がろ過液に含まれて流出し、発酵原料投入に対する収率が低下、コストアップに直結し、生産効率が低下する問題がある。また化学品が金属イオンなどと結合して塩を形成し飽和溶解度以上となり析出し化学品の回収が困難になる懸念がある。
【０１４２】
このため発酵原料や化学品は、発酵に用いる微生物により異なるが、例えば発酵原料が糖類であれば、発酵液中の糖類濃度は５ｇ／Ｌ以下になるように水分量を制御することが望ましい。また例えば、乳酸発酵で中和に水酸化カルシウムを用いる場合は、発酵液中の乳酸濃度は、発酵液の温度が３０℃の場合、約６０ｇ／Ｌ以下になるように水分量を制御することが望ましい。
【０１４３】
発酵液の水分の総量が多いと、濾過量は同じでも濾過液中の化学品濃度が低くなるために化学品の生産量が低くなる問題がある。生産量を確保しようと濾過量を増加させるには、必要濾過面積が増加するため、設備費の増加などコストアップする問題がある。また化学品濃度も低いため、発酵速度が低く抑えられ、生産性が制限される問題がある。また、水分の総量が多いと、後工程で蒸発法などにより水分を分離するコストが増加する問題がある。
【０１４４】
逆浸透膜の透過水を発酵工程や膜分離工程の分離膜の洗浄で使用する場合は、発酵工程において雑菌の汚染を防止するため、滅菌をしてから使用しても良い。滅菌の方法としては、火炎滅菌、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられるが、分離膜が乾燥してしまうと分離機能がなくなってしまうことに留意する必要がある。そのため、分離膜中の水分を損なうことなく滅菌するには、蒸気滅菌（通常は１２１℃、１５分間から２０分間）が適した滅菌方法である。
【０１４５】
晶析した化学品の溶解に透過水を用いる場合、化学品が溶解できる範囲で、化学品と透過水との量比、温度、撹拌時間、および撹拌速度等の諸条件を設定することができる。
【０１４６】
以上に述べたように、透過水は、発酵原料、ｐＨ調整液、発酵液の水分調整液、
９．精製工程で得られる凝縮液の利用
化学品の製造方法は、凝縮液利用工程を含むことができる。凝縮液利用工程とは、凝縮液を化学品の製造方法のいずれかの工程に利用することを含んでいてもよく、例えば、凝縮液を分離膜の洗浄、逆浸透膜の洗浄、発酵液への直接的または間接的な添加、晶析物の溶解に用いることを含んでいてもよい。発酵液への間接的な添加とは、発酵原料およびｐＨ調整液の少なくとも一方に添加することを含む。
【０１４７】
凝縮液は、前述の逆浸透膜の透過水と共に、一つの槽に集められてもよいし、精製工程で複数の蒸留塔が用いられる場合には、蒸留塔ごとに分けて集められてもよい。凝縮液に含まれる水以外の物質の含有量に違いがある場合は、含有量が異なる凝集液は個別に回収されても良い。また、凝縮液には、必要に応じてｐＨ調整や濾過処理をしても良い。
【０１４８】
凝縮液に化学品と水以外の物質が含まれる場合、発酵槽中の発酵液の含有量とほぼ同じ組成であれば、発酵の阻害などの問題もなく、凝縮液を発酵工程における分離膜の洗浄などに使用できる。ただし目的とする化学品が精製工程において分解などする可能性もあり、好ましくは、凝縮液に含まれる水以外の成分であって、連続発酵により得られる化学品よりも沸点が低い成分の総重量が、凝縮液の重量の１％以下であることが好ましい。組成が大きく異なる場合は、必要により、再度、蒸留を行うこともできるし、中和塩として濾過処理するなどの分離操作を行うこともできる。
【０１４９】
凝縮液に含まれる成分の測定方法としては、測定対象物質に対して適当なカラム、検出器を用い、液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィーを用いることができる。
【０１５０】
凝縮液は、分離膜の洗浄のために逆圧洗浄や薬液浸漬による洗浄に使用することができる。洗浄に用いる水には、凝縮液を一部または全て使用して良く、また連続的または間欠的に使用しても良い。凝縮液を使用する際は、槽に溜めてから洗浄液の調製槽に送液しても良いし、洗浄液の送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１５１】
なお、凝縮液を発酵原料、洗浄液、ｐＨ調整液等として使用する場合、調製された発酵原料および洗浄液等に最終的に透過水が含まれていればよく、発酵原料および洗浄液等は、凝縮液以外の成分を含有し得る。
【０１５２】
凝縮液には、発酵に大きく阻害しない範囲で、アルカリ、酸または酸化剤を添加して分離膜の洗浄水として使用することができる。つまり、凝縮液利用工程は、凝縮液にこれらの添加剤を加えることを含んでいてもよい。ここで、アルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを挙げることができる。酸は、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硝酸などを挙げることができる。例えばアルカリでは、タンパク質由来物質の変性作用が促進され、分離膜の高い洗浄効果を得ることができる。
【０１５３】
また酸化剤は、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、過酸化水素などを挙げることができる。酸化剤により、分離膜に付着した汚れ物質を酸化分解することができる。例えば次亜塩素酸ナトリウムは強い酸化剤でおり、酸化剤により洗浄を行うことによって、炭水化物由来膜付着物質の酸化作用が促進される。
【０１５４】
凝縮液は高温水として分離膜の洗浄水として使用することもできる。すなわち、凝縮液利用工程は、凝縮液の温度を調整することを含んでいてもよい。発酵温度以上の高温にて洗浄を行うことで、膜付着物が分離膜から剥がれやすくなる。一方、微生物は、高温水に接触することによって、増殖に適切な環境ではないことを確認し、増殖を止める。膜付着物が炭水化物由来物質である場合、高温水によって溶解しやすい状況となり、膜に付着されていた状況から、高温水へ溶解されるようになる。前記膜付着物質がタンパク質由来物質である場合、高温水によるタンパク質の変性が生じ、膜付着の特性が変わることで、膜から剥がれやすい状況になる。発酵温度は、発酵に適した温度であり、微生物の種類、発酵基質の種類およびその他諸条件によって異なるので、洗浄水の温度は適宜変更される。洗浄水の温度は、例えば、４０℃以上又は５０℃以上に設定可能である。また、温度の上限も発酵の諸条件に応じて適宜設定され、例えば１５０℃以下又は１００℃以下に設定可能である。
【０１５５】
凝縮液を使用した分離膜の洗浄方法としては、本書に述べる分離膜の洗浄方法を適用することができ、例えば、逆圧洗浄や浸漬洗浄を行うことができる。
【０１５６】
凝縮液を分離膜の洗浄に使用する際、同時に発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、培養液の水分調整の何れかに同時に使用することもでき、また、発酵原料の調製、ｐＨ調整液の調製、発酵液の水分調整の何れかのみに使用することもできる。凝縮液を使用する際は、槽に溜めてから発酵原料の調製槽、ｐＨ調整液の調製槽、発酵液の水分調整の何れかに送液しても良いし、各送液ラインにインジェクションする形で使用しても良い。
【０１５７】
また、凝縮液を含めた、分離膜の洗浄に使用する水分量に応じて、原料に添加する水分量、ｐＨ調整液に添加する水分量、および発酵槽に直接添加する水分量からなる群の中から選ばれる少なくとも一つの水分量を調整し、発酵槽に流入する水分の総量を一定に制御することが好ましい。
【０１５８】
凝縮液を発酵工程や膜分離工程の分離膜の洗浄で使用する場合は、発酵工程において雑菌の汚染を防止するため、滅菌をしてから使用しても良い。滅菌の方法としては、火炎滅菌、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられるが、分離膜が乾燥してしまうと分離機能がなくなってしまうことに留意する必要がある。そのため、分離膜中の水分を損なうことなく滅菌するには、蒸気滅菌（通常は１２１℃、１５分間から２０分間）が適した滅菌方法である。
【０１５９】
晶析した化学品の溶解に凝縮液を用いる場合、化学品が溶解できる範囲で、化学品と凝縮液との量比、温度、撹拌時間、および撹拌速度等の諸条件を設定することができる。
【０１６０】
ＩＩ．化学品の製造装置
本発明の実施の一形態に係る連続発酵装置について、図を用いて説明する。以下の連続発酵装置は、上述した化学品の製造方法を実行するための装置の一例である。よって、製造方法を実行するための装置の構成として製造方法の欄で既に言及された構成については、説明を省略することがある。
【０１６１】
１．連続発酵装置
図１に、化学品の製造装置において用いられる連続発酵装置を例示する。図１は、分離膜モジュールが発酵槽の外部に設置された代表的な構成の例である。図１に示す装置は、発酵槽１と分離膜モジュール２と洗浄剤供給部５０で基本的に構成されている。
【０１６２】
分離膜モジュール２には、多数の中空糸膜が組み込まれている。
【０１６３】
また、分離膜洗浄装置５０は、洗浄液槽と、濾過バルブ１３と、洗浄液供給ポンプ１２と、洗浄液バルブ１４とを備える。洗浄液供給ポンプ１２は、洗浄液バルブ１４によって洗浄液槽と分離膜モジュール２とが接続されているときに稼働することで、洗浄液槽から分離膜モジュール２に洗浄液を供給する。このように洗浄液が分離膜モジュール２に供給されることで、分離膜の洗浄が実行される。濾過バルブ１３は、分離膜モジュール２と濾過ポンプ１１との間に配置されており、逆圧洗浄を行う場合、濾過バルブ１３が閉じることで、分離膜モジュール２における濾過が停止される。
【０１６４】
発酵槽１内には、原料及び微生物または培養細胞が投入される。発酵工程は発酵槽１内で進行する。図１において、原料供給ポンプ９によって、原料が原料槽から発酵槽１に投入される。
【０１６５】
発酵装置は、必要に応じて、撹拌装置４および気体供給装置１５を備える。撹拌装置４は発酵槽１内の発酵液を撹拌する。また、気体供給装置１５は、必要とする気体を供給することができる。このとき、供給された気体を回収し、リサイクルして再び気体供給装置１５で供給することができる。
【０１６６】
また、発酵装置は、必要に応じて、ｐＨセンサー・制御装置５および中和剤供給ポンプ１０を備える。ｐＨセンサー・制御装置５は培養液のｐＨを検出し、その結果に応じて、培養液が設定範囲内のｐＨを示すように、中和剤供給ポンプ１０を制御する。中和剤供給ポンプ１０は、酸性水溶液の槽及びアルカリ性水溶液の槽に接続されており、いずれかの水溶液を発酵槽１に添加することによって培養液のｐＨを調節する。培養液のｐＨが一定範囲内に保たれることで、生産性の高い発酵生産を行うことができる。中和剤、つまり酸性水溶液およびアルカリ性水溶液は、ｐＨ調整液に該当する。
【０１６７】
さらに、装置内の培養液、つまり発酵液は、循環ポンプ８によって発酵槽１と分離膜モジュール２の間を循環する。発酵生産物を含む発酵液は、分離膜モジュール２によって濾過されることで微生物と発酵生産物に分離され、装置系から取り出される。また、分離された微生物は、装置系内にとどまるので、装置系内の微生物濃度が高く維持される。その結果、生産性の高い発酵生産を可能としている。循環ポンプ８と分離膜モジュール２との間には、循環バルブ８１が設けられる。
【０１６８】
分離膜モジュールは、膜分離を実行する装置の一例である。図１に示すように、分離膜モジュール２は、循環ポンプ８を介して発酵槽１に接続されている。分離膜モジュール２による濾過は、循環ポンプ８による圧力によって、特別な動力を使用することなく実施可能である。ただし、発酵装置は、必要に応じて濾過ポンプ１１および差圧センサー・制御装置７を備えてもよい。濾過ポンプ１１は、分離膜モジュール２の透過側で、吸引濾過を行う。この際、差圧センサー・制御装置７は、分離膜モジュール２の分離膜の差圧を検出しながら、分離膜モジュール２の分離膜の差圧が一定の範囲内の値を示すように、濾過ポンプ１１を制御することで、発酵槽１から分離膜モジュール２へ送られる発酵液量を適当に調整することができる。
【０１６９】
発酵装置は、必要に応じて、温度制御装置３を備えることができる。温度制御装置３は、温度検出する温度センサーと、加熱部と、冷却部と、制御部とを備える。温度制御装置３は、温度センサーによって発酵槽１内の温度を検出し、検出結果に応じて、温度が一定の範囲内の値を示すように制御部によって加熱部及び冷却部温度を制御する。こうして、発酵槽１の温度が一定に維持されることで、微生物濃度が高く維持される。
【０１７０】
また、発酵槽１には直接又は間接的に水を添加することができる。水供給部は、発酵槽１に直接的に水を供給し、具体的には水供給ポンプ１６で構成される。間接的な水の供給は、原料の供給およびｐＨ調整液の添加等を含む。連続発酵装置に添加される物質は、コンタミによる汚染を防止し、発酵を効率よく行うため、滅菌されていることが好ましい。例えば、培地は、培地原料を混合後に加熱されることで滅菌されてもよい。また、培地、ｐＨ調整液および発酵槽に添加される水は、必要に応じて、滅菌用フィルターを通すなどして無菌化されてもよい。
【０１７１】
レベルセンサー・制御装置６は、発酵槽１内の液面の高さを検知するセンサーと、制御装置とを備える。制御装置は、このセンサーの検知結果に基づいて、原料ポンプ９、水供給ポンプ１６等を制御することによって、発酵槽１内に流入する液量を制御することで、発酵槽１内の液面の高さを一定の範囲内に維持する。
【０１７２】
２．逆浸透膜装置
図２は、化学品の製造装置の一部である逆浸透膜装置を例示説明するための概略側面図である。図３は、逆浸透膜が装着されたセルの構造を例示説明するための概略側面図である。図２及び図３において、逆浸透膜装置は、原水槽１７、逆浸透膜が装着されたセル１８、および高圧ポンプ１９で基本的に構成されている。原水槽１７から高圧ポンプ１９により、逆浸透膜が装着されたセル１８へ原水が供給される。逆浸透膜２３に通じて濾過し、非透過液側に化学品を含んだ濃縮水２１を濾別回収し、透過液側に化学品以外の物質を透過水２０として透過させる。逆浸透膜２３は、支持板２４と共に、セル１８に装着されている。
【０１７３】
化学品を含む発酵液から、公知の方法により化学品が回収されるが、ここで化学品は塩類として発酵液中に溶解していても良い。例えば、化学品が乳酸の場合は、乳酸無機塩が挙げられる。ここでいう無機塩としては、乳酸リチウム塩、乳酸ナトリウム塩、乳酸カリウム塩、乳酸マグネシウム塩、乳酸カルシウム塩、乳酸アンモニウム塩などであり、これらの混合物であっても良い。乳酸を含んだ水溶液から、逆浸透膜を用いて濃縮することにより、非解離の乳酸（フリー体）を得ることができる。
【０１７４】
例えば、化学品が乳酸の場合は、一般的に発酵液中にアルカリ性物質を添加することで、微生物発酵に最適なｐＨに保持されながら行われる。微生物発酵により生産された酸性物質である乳酸の多くは、アルカリ性物質が添加されているために、発酵液中では、乳酸塩として存在している。この場合、非解離の乳酸（フリー体）は、発酵終了後、発酵液に酸性物質、例えば硫酸を添加することで得られる。
【０１７５】
化学品の製造装置は、セル１８で得られる透過水を、発酵槽に投入される水を貯留する水槽、発酵槽に投入される原料を貯留する原料槽、発酵槽に投入される中和剤を貯留する中和剤槽、分離膜または逆浸透膜の洗浄液を貯留する洗浄液槽、および晶析物を溶解する溶解槽の少なくとも１つに供給する透過水供給装置を備えてもよい。透過水供給装置は、セル１８と、上述の各槽とを繋ぐパイプ及びポンプ等によって実現可能である。透過水供給装置によって、透過水の再利用が容易に実現される。透過水供給装置は、透過水利用装置の一例である。また、透過水利用装置は、透過水を加熱する加熱部を備えてもよい。加熱された透過水は、分離膜または逆浸透膜を洗浄等に用いられる。
【０１７６】
３．逆浸透膜の洗浄装置
図４で、逆浸透膜装置の逆浸透膜を洗浄する装置を例示説明する。洗浄液タンク２５から、送液ポンプ１９により、逆浸透膜が装着されたセル１８へ、洗浄液を送液する。洗浄液は、逆浸透膜の１次側で循環させて洗浄することもでき、逆浸透膜の１次側を通液した洗浄液２７を洗浄液タンク２５に循環し、これを繰り返し洗浄することもできる。
【０１７７】
また、洗浄液タンク２５から、送液ポンプ１９により、逆浸透膜が装着されたセル１８へ、洗浄液を送液し、洗浄液にて逆浸透膜を浸漬して洗浄することもできる。洗浄液タンク２５は、原水槽１７と兼用して、原水槽に洗浄液を入れて使用しても良い。
【０１７８】
図示しないが、化学品の製造装置は、透過水を逆浸透膜装置から洗浄液タンク２５に導く管及びポンプを備えてもよい。それによって、透過水の洗浄への利用が容易に実現される。
【０１７９】
４．精製装置
図５は、発酵液を濃縮するためのロータリーエバポレータ蒸留装置を例示説明するための概略側面図である。
【０１８０】
温度センサー３２で温度を測定し、温度制御装置３４にて、恒温槽３３を設定の温度に制御する。ここで、恒温槽３３に浸かっている、ナス型フラスコ２９に、濃縮された発酵液を入れて、恒温槽３３で所定の温度に昇温する。また、ロータリーエバポレータ冷却部２８に冷媒を供給し、発酵液から蒸発した蒸気を凝縮させ、丸底フラスコ３０に凝縮液を回収する。
【０１８１】
蒸留に際しては、減圧ポンプ３９により、ロータリーエバポレータ内を減圧雰囲気とし、圧力センサー４０にて圧力を測定し、減圧蒸留を行うこともできる。減圧状態では、化学品の沸点が大気圧下よりも低下するため、高温に昇温することなく、蒸留を行うことができ、高温での分解や副反応を防止することができる。減圧する際は、温度センサー３５で温度を測定し、温度制御装置３８にて、冷却槽３７を設定の温度に制御し、ロータリーエバポレータで蒸発し、ロータリーエバポレータ冷却部２８で冷却しきれなかった蒸気が、減圧ポンプ３９まで到達しないように、トラップ３６にて蒸気を凝縮させる。
【０１８２】
丸底フラスコ３０で凝縮した蒸気は、凝縮液として回収される。化学品の製造装置は、各工程を担う装置に凝縮液を送るパイプおよびポンプ等を備えることで、上述したように、凝縮液を各工程で利用することができる。例えば、化学品の製造装置は、丸底フラスコ３０内の凝縮液を、発酵槽に投入される水を貯留する水槽、発酵槽に投入される原料を貯留する原料槽、発酵槽に投入される中和剤を貯留する中和剤槽、分離膜または逆浸透膜の洗浄液を貯留する洗浄液槽、および晶析物を溶解する溶解槽の少なくとも１つに供給する凝縮液供給装置を備えることができる。凝縮液供給装置は、パイプ及びポンプ等によって実現可能である。凝集液供給装置によって、凝集液の再利用が容易に実現される。凝集液供給装置は、凝集液利用装置の一例である。また、透過水利用装置は、凝集液を加熱する加熱部を備えてもよい。加熱された凝集液は、分離膜または逆浸透膜を洗浄等に用いられる。
【０１８３】
５．まとめ
本願が以下の化学品の製造装置を含むことは、以上の説明から明らかである。
【０１８４】
（ｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液から、透過水と化学品を含有する濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記透過水を前記分離膜の洗浄に使用する透過水利用装置と、
を備える化学品の製造装置。
（ｉｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液から、透過水と化学品を含有する濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記化学品を晶析する晶析部と、
晶析した化学品に前記透過水を供給することで前記化学品を溶解させる透過水利用装置と、
を備える化学品の製造装置。
【０１８５】
（ｉｉｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液から、透過水と化学品を含有する濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記透過水を発酵原料の調製に使用する透過水利用装置と、を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【０１８６】
（ｉｖ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液から、透過水と化学品を含有する濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記透過水をｐＨ調整液の調製に使用する透過水利用装置と、を備える連続発酵による化学品の製造装置。
（ｖ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液から、透過水と化学品を含有する濃縮水とに分離する逆浸透膜と、
前記透過水を該発酵液の水分調整に使用する透過水利用装置を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【０１８７】
（ｖｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製装置と、
前記精製装置での蒸留で得られる凝縮液を前記分離膜の洗浄に使用する凝縮液供給部と、を備える連続発酵による化学品の製造装置。
（ｖｉｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製装置と、
前記精製装置での蒸留で得られる凝縮液を晶析した化学品の溶解に使用する凝縮液利用装置と、を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【０１８８】
（ｖｉｉｉ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製装置と、
前記精製装置での蒸留で得られる凝縮液を発酵原料の調製に使用する凝縮液利用装置を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【０１８９】
（ｉｘ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製装置と、
精製装置での蒸留で得られる凝縮液をｐＨ調整液の調製に使用するための凝縮液利用装置を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【０１９０】
（ｘ）発酵原料を、化学品を含有する発酵液へと変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を含有する濾過液を回収する分離膜と、
前記濾過液を蒸留して化学品の純度を高める精製装置と、
精製装置での蒸留で得られる凝縮液を該発酵液の水分調整に使用する凝縮液利用装置を備える連続発酵による化学品の製造装置。
【実施例】
【０１９１】
以下、本発明の効果をさらに詳細に、上記化学品としてＤ−乳酸を選定し、実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１９２】
（参考例１）中空糸膜の作製
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℃の温度で溶解した。この高分子溶液をγ−ブチロラクトンを中空部形成液体として随伴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球状構造からなる中空糸膜を作製した。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製、ＣＡＰ４８２−０．５）を１重量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを７７重量％、Ｔ−２０Ｃを５重量％、水を３重量％の割合で９５℃の温度で混合溶解して高分子溶液を調製した。この製膜原液を、球状構造からなる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球状構造層の上に三次元編目構造を形成させた中空糸膜を作製した。得られた中空糸膜の被処理水側表面の平均細孔径は、０．０４μｍであった。次に、上記の分離膜である中空糸多孔性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。【０１９３】
（参考例２）  逆浸透膜の塩化ナトリウム除去性評価
超純水１０Ｌに塩化ナトリウム（和光純薬製）を添加して２５℃１時間撹拌し、３．５％塩化ナトリウム水溶液を調整した。次に、図２に示す膜濾過装置の原水槽１７に上記で調整した３．５％塩化ナトリウム水溶液１０Ｌを注入した。図３の符号２３に示される逆浸透膜として、ポリアミド系逆浸透膜“ＵＴＣ−７０”（東レ製）をステンレス製（ＳＵＳ３１６製）のセルにセットし、原水温度を２５℃、高圧ポンプ１９の圧力を５．５ＭＰａに調整し、透過水２０を回収した。原水槽１７、透過水２０に含まれる、塩化ナトリウムの濃度をイオンクロマトグラフィー（ＤＩＯＮＥＸ製）により以下の条件で分析し、塩化ナトリウムの透過率を計算した。【０１９４】
陰イオン；カラム（ＡＳ４Ａ−ＳＣ（ＤＩＯＮＥＸ製））、溶離液（１．８ｍＭ炭酸ナトリウム／１．７ｍＭ炭酸水素ナトリウム）、温度（３５℃）
陽イオン；カラム（ＣＳ１２Ａ（ＤＩＯＮＥＸ製））、溶離液（２０ｍＭメタンスルホン酸）、温度（３５℃）
測定の結果、原水の塩化ナトリウム濃度が３５ｇ／Ｌであったのに対し、透過水の塩化ナトリウム濃度は０．２１ｇ／Ｌであった。すなわち、塩化ナトリウム除去率は９９．４％であった。【０１９５】
（実施例１）
参考例１の中空糸膜を用いて分離膜モジュールを製作した。分離膜モジュールケースにはポリスルホン樹脂製筒状容器である成型品を用いて中空糸膜モジュールを作製した。製作した多孔性中空糸膜および膜ろ過モジュールを用いて、実施例１を行った。実施例１における運転条件は、特に断らない限り、以下のとおりである。
発酵槽容量:2(L)
発酵槽有効容積:1.5(L)
使用分離膜:ポリフッ化ビニリデン中空糸膜60本（有効長8cm、総有効膜面積 0.020(m2）)
温度調整:37(℃)
発酵槽通気量:窒素ガス0.2(L/min)
発酵槽攪拌速度:600(rpm)
pH調整:3N Ｃａ(ＯＨ)2によりpH6に調整
乳酸発酵培地供給:発酵槽液量が約1.5Lで一定になる様に制御して添加
発酵液循環装置による循環液量:2(L/min)
膜濾過流量制御:吸引ポンプによる流量制御
間欠的な濾過処理：濾過処理(9分間)〜濾過停止および逆圧洗浄処理(1分間)の周期運転
膜濾過流束：0.01(m/day)以上0.3（m/day）以下の範囲で膜間差圧が20kPa以下となる様に可変。膜間差圧が範囲を超えて上昇し続けた場合は、連続発酵を終了した。【０１９６】
培地は121℃、20分での飽和水蒸気下の蒸気滅菌をして用いた。微生物としてSporolactobacillus laevolacticus  JCM2513（SL株）を用い、培地として表１に示す組成の乳酸発酵培地を用い、生産物である乳酸の濃度の評価には、下記に示したHPLCを用いて以下の条件下で行った。【０１９７】
【表１】
2012090556.tif 000003
【０１９８】
カラム：Shim-Pack SPR-H（島津社製）
移動相：5 mM  p-トルエンスルホン酸（0.8 mL/min）
反応相：5 mM  p-トルエンスルホン酸、20 mM  ビストリス、0.1 mM  EDTA・2Na（0.8 mL/min）
検出方法：電気伝導度
カラム温度：45℃
なお、乳酸の光学純度の分析は、以下の条件下で行った。
カラム：TSK-gel Enantio L1（東ソー社製）
移動相 ：1 mM 硫酸銅水溶液
流速：1.0 mL/分
検出方法 ：UV 254 nm
温度 ：30℃
L-乳酸の光学純度は、次式（５）で計算される。【０１９９】
光学純度（％）＝100×（L-D）／（D＋L）  ・・・（５）
また、D-乳酸の光学純度は、次式（６）で計算される。【０２００】
光学純度（％）＝100×（D-L）／（D＋L）  ・・・（６）
ここで、LはL-乳酸の濃度を表し、DはD-乳酸の濃度を表す。【０２０１】
培養は、まずSL株を試験管で5mLの乳酸発酵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乳酸発酵培地100mLに植菌し、500mL容坂口フラスコで24時間、30℃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の発酵槽に培地を入れて植菌し、発酵槽１を付属の攪拌装置４によって攪拌し、発酵槽１の通気量の調整、温度調整、pH調整を行い、循環ポンプ８を稼働させることなく、24時間培養を行った(前培養)。前培養完了後直ちに、循環ポンプ８を稼働させ、前培養時の運転条件に加え、乳酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量が1.5Lとなるよう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Ｄ−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、濾過ポンプ１１により濾過量が発酵培地供給流量と同一となるように制御した。適宜、膜透過発酵液中の生産されたＤ−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。【０２０２】
また、図２に示す、逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、こうして得られた濾過液を注入した。図３の逆浸透膜２３として、ポリアミド系逆浸透膜“ＵＴＣ−７０”（東レ製、膜面積１ｍ２）をセルにセットし、高圧ポンプ１９の圧力を４ＭＰａに調整し、透過水２０を回収した。原水槽１７、透過水２０に含まれる乳酸濃度を、前記に示す条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）により分析した。【０２０３】
逆浸透膜の非透過側から回収した濃縮水２１における乳酸回収率を式７の方法で算出した。【０２０４】
乳酸回収率（％）＝濃縮水から回収した総乳酸量／原水槽に注入した総乳酸量・・・（式７）
分析した結果、透過水に含まれる乳酸の濃度は１．９ｇ／Ｌであり、濃縮水に含まれる乳酸の濃度は９８．０ｇ／Ｌであった。【０２０５】
この透過水を膜分離工程の逆圧洗浄液の調製に使用し、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行った。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を570時間行うことができた。ここで、原料の調製に使用した水は４７g/hr、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hrで、これらに透過水を再利用した。なお、pH調整に使用した水は９g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrであった。乳酸の回収率は９９．９％であった。【０２０６】
（比較例１）
実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行った。本比較例では、流束0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を500時間行うことができた。【０２０７】
ここで、原料に使用した水は４７g/hr、pH調整に使用した水は９g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hr、逆圧洗浄に使用した水は１７ｇ／ｈｒであった。【０２０８】
図２に示す、逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、比較例１で得られた濾過液を注入した。図３の逆浸透膜２３として、ポリアミド系逆浸透膜“ＵＴＣ−７０”（東レ製、膜面積１ｍ２）をセルにセットし、高圧ポンプ１９の圧力を４ＭＰａに調整し、透過水２０を回収した。原水槽１７、透過水２０に含まれる乳酸濃度を、実施例１に示す条件で高速液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）により分析した。【０２０９】
逆浸透膜の非透過側から回収した濃縮水２１における乳酸回収率を実施１と同様に、式７によって算出した。【０２１０】
分析した結果、透過水２０に含まれる乳酸の濃度は１．９ｇ／Ｌであり、濃縮水２１に含まれる乳酸の濃度は９８．０ｇ／Ｌであった。乳酸の回収率は９８．９％であった。廃棄する透過水は２７ｇ／ｈｒ発生した。【０２１１】
（実施例２）
図２に示す、逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、実施例１と同様の操作で得られた濾過水を、実施例１と同様に注入し、透過水を回収した。実施例１と同様に分析した結果、透過水２０に含まれる乳酸の濃度は２．０ｇ／Ｌであり、濃縮側に含まれる乳酸の濃度は９９．０ｇ／Ｌであった。【０２１２】
この透過水を膜分離工程の逆圧洗浄液の調製に使用し、実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。ここで逆圧洗浄の流束は、0.2m/dayで行い、逆圧洗浄液は、0.01N水酸化カルシウム水溶液を使用した。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を630時間行うことができた。ここで、原料の調製に使用した水は４４g/hr、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hr、pH調整に使用した水は１１g/hrで、これらに透過水を再利用した。なお、発酵槽に直接添加する水は２５g/hrであった。乳酸の回収率は９９．９％であった。【０２１３】
（比較例２）
実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行わなかった。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において、連続発酵を310時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は30g/hr、pH調整に使用した水は4g/hr、発酵槽に直接添加する水は3g/hrであった。廃棄する透過水は１４ｇ／ｈｒ発生した。【０２１４】
（実施例３）
図２に示す、逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、比較例２で得られた濾過液を、実施例１と同様に注入し、透過水を回収した。実施例１と同様に分析した結果、透過水に含まれる乳酸の濃度は１．８ｇ／Ｌであり、濃縮側に含まれる乳酸の濃度は９５．０ｇ／Ｌであった。【０２１５】
この透過水を膜分離工程の原料の調製に使用し、比較例２と同様に、連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を370時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は３０g/hrで、一部に透過水を再利用した。なお、pH調整に使用した水は４g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrであった。乳酸の回収率は９９．９％であった。廃棄する水は発生しなかった。
（実施例４）
実施例１で得られた濾過液１０００ｇをバッチでロータリーエバポレーター(東京理科社製)を用いて、減圧下で蒸留処理した。蒸留時の温度は、４０℃、４０Ｔｏｒｒで蒸留を開始し濃縮を行い、蒸気をコンデンサで凝縮し、９１０ｇの凝縮液を得た。凝縮液中の乳酸濃度を上記に示したHPLCを用いて測定したところ約０．１％であった。【０２１６】
この凝縮液を膜分離工程の逆圧洗浄液の調製に使用し、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行った。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を580時間行うことができた。ここで、原料の調製に使用した水は４７g/hr、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hrで、これらに先に回収した凝縮液を全て再利用した。なお、pH調整に使用した水は９g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrであった。廃棄する凝縮液は発生しなかった。【０２１７】
（比較例３）
実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行った。本比較例では、流束0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を500時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は４７g/hr、pH調整に使用した水は９g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hr、逆圧洗浄に使用した水は１７ｇ/hrであった。【０２１８】
濾過液の濃縮は、実施例１と同様に行い、回収した凝縮液は再利用しなかったので、廃棄する水は７３ｇ/hr発生した。【０２１９】
（実施例５）
実施例１で得られた濾過液を、実施例４と同様に、バッチでロータリーエバポレーター(東京理科社製)を用いて、減圧下で蒸留処理した。蒸留時の温度は、４０℃、４０Ｔｏｒｒで蒸留を開始し濃縮を行い、蒸気をコンデンサで凝縮し、９１０ｇの凝縮液を得た。凝縮液中の乳酸濃度は約０．１％であった。【０２２０】
この凝縮液を膜分離工程の逆圧洗浄液の調製に使用し、実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行った。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行った。逆圧洗浄液としては、0.01N水酸化カルシウム水溶液を使用し、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を630時間行うことができた。ここで、原料の調製に使用した水は４９g/hr、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hr、pH調整に使用した水は１１g/hrで、これらに凝縮液を再利用した。なお、発酵槽に直接添加する水は２０g/hrであった。【０２２１】
（比較例４）
実施例１と同様に、間欠的な濾過処理で、濾過処理(9分間)〜濾過停止処理(1分間)の周期運転で、濾過停止時に逆圧洗浄を行わなかった。連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において、連続発酵を300時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は30g/hr、pH調整に使用した水は4g/hr、発酵槽に直接添加する水は3g/hrであった。廃棄する凝縮液は３６ｇ／ｈｒ発生した。【０２２２】
（実施例６）
比較例２で得られた濾過液を、実施例４と同様に、バッチでロータリーエバポレーター(東京理科社製)を用いて、減圧下で蒸留処理した。蒸留時の温度は、４０℃、４０Ｔｏｒｒで蒸留を開始し濃縮を行い、蒸気をコンデンサで凝縮し、９１２ｇの凝縮液を得た。凝縮液中の乳酸濃度は約０．１％であった。【０２２３】
この凝縮液を膜分離工程の原料の調製に使用し、比較例２と同様に、連続発酵試験を行った結果を表２に示す。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を380時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は３０g/hr、pH調整に使用した水は４g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrで、凝縮液を再利用した。廃棄する凝縮液は発生しなかった。【０２２４】
（実施例７）
図２の逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、実施例１と同様の操作得られた濾過液を、実施例１と同様に注入し、透過水を回収した。実施例１と同様に分析した結果、透過水に含まれる乳酸の濃度は１．８ｇ／Ｌであり、濃縮側に含まれる乳酸の濃度は９７．８ｇ／Ｌであった。【０２２５】
この透過水を膜分離工程の原料の調製に使用し、実施例１と同様に、連続発酵試験を行った結果を表２に示す。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を560時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は２５g/hrで、一部に透過水を再利用した。なお、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hr、pH調整に使用した水は７g/hr、発酵槽に直接添加する水は２７g/hrであった。乳酸の回収率は９９．８％であった。廃棄する水は発生しなかった。【０２２６】
（実施例８）
実施例１で得られた濾過液を、実施例１と同様に、バッチでロータリーエバポレーター(東京理科社製)を用いて、減圧下で蒸留処理した。蒸留時の温度は、４０℃、４０Ｔｏｒｒで蒸留を開始し濃縮を行い、蒸気をコンデンサで凝縮し、凝縮開始後１０２ｇの凝縮液を得た。凝縮液中の乳酸濃度は約１．１％であった。【０２２７】
この凝縮液を膜分離工程の原料の調製に使用し、実施例１と同様に、連続発酵試験を行った結果を表２に示す。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を570時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は４７g/hr、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hr、pH調整に使用した水は９g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrで、凝縮液を再利用した。乳酸の回収率は９９．８％であった。廃棄する凝縮液は発生しなかった。【０２２８】
（実施例９）
図２に示す、逆浸透膜濾過装置の原水槽１７に、実施例１で得られた濾過液を、実施例１と同様に注入し、透過水を回収した。実施例１と同様に分析した結果、透過水に含まれる乳酸の濃度は１．８ｇ／Ｌであり、濃縮側に含まれる乳酸の濃度は９７．９ｇ／Ｌであった。【０２２９】
この透過水を膜分離工程の原料の調製に使用し、実施例１と同様に、連続発酵試験を行った結果を表２に示す。本実施例では、流速0.2m/dayで逆圧洗浄を行い、逆圧洗浄液を発酵槽に循環させた。図１に示す連続発酵装置において化学品を製造したことにより、連続発酵を600時間行うことができた。ここで、原料に使用した水は５３g/hrで、一部に透過水を再利用した。なお、逆圧洗浄液の調製に使用した水は１７g/hr、pH調整に使用した水は１０g/hr、発酵槽に直接添加する水は３g/hrであった。乳酸の回収率は９９．９％であった。廃棄する水は発生しなかった。【０２３０】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明の製造方法によると、広く発酵工業において、発酵生産物である化学品を低コストで安定に生産することが可能となる。
【符号の説明】
【０２３２】
１：発酵槽
２：分離膜モジュール
３：温度制御装置
４：撹拌装置
５：ｐＨセンサー・制御装置
６：レベルセンサー・制御装置
７：差圧センサー・制御装置
８：循環ポンプ
９：培地供給ポンプ
１０：中和剤供給ポンプ
１１：濾過ポンプ
１２：洗浄液供給ポンプ
１３：濾過バルブ
１４：洗浄液バルブ
１５：気体供給装置
１６：水供給ポンプ
１７：原水槽
１８：逆浸透膜が装着されたセル
１９：高圧ポンプ
２０：透過水
２１：濃縮水
２２：高圧ポンプにより送液された原水
２３：逆浸透膜
２４：支持板
２５：洗浄液タンク
２６：洗浄液タンクより送液された洗浄液
２７：逆浸透膜の１次側を通液した洗浄液
２８：ロータリーエバポレータ冷却部
２９：ナス型フラスコ
３０：丸底フラスコ
３１：冷媒
３２：温度センサー
３３：恒温槽
３４：温度制御装置
３５：温度センサー
３６：トラップ
３７：冷却槽
３８：温度制御装置
３９：減圧ポンプ
４０：圧力センサー
５０：分離膜洗浄装置
８１：循環バルブ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【国際調査報告】
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