(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
菌体又は蛋白質等を含む生物系の被処理液の膜分離方法において、
該被処理液を膜分離装置に送液して透過液を取り出すと共に濃縮液側を濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程後に濃縮液側に水を添加しながら膜分離を行うダイアフィルトレーションとからなる第１の工程と、
該第１の工程終了後に該膜分離装置内の被処理液を排出する第２の工程と、
該第２の工程後、膜分離装置の透過液側から、透過液以外の逆洗用水からなる温水を供給して逆洗する第３の工程とを有し、
該第１の工程、第２の工程及び第３の工程を繰り返し行うことを特徴とする膜分離方法。
【請求項２】
該第３の工程において、膜面積１ｍ２に対して１０〜１００Ｌの温水を膜面積１ｍ２当り１〜２０Ｌ／ｍｉｎの送液量で０．５〜１００分送液して逆洗することを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項３】
該第１の工程において、膜面積１ｍ２当り５０〜１０００Ｌの被処理液を膜分離処理する毎に該２の工程及び第３の工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜濾過により発酵液からの菌体の分離及び目的有価物の回収、或いは、蛋白質溶液の脱塩濃縮に好適な膜分離方法に係り、特に、このような膜分離処理において膜の透過流束を高く維持して膜の薬品洗浄頻度を低減する膜分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発酵法によって生産した酵素などの有価物、例えば、リパーゼ、セルラーゼ、キシラーゼ等の酵素や生理活性ペプチド、蛋白質などを製品化する場合、生産菌と発酵生産物とを分離して有価物を回収する必要がある。従来、発酵液からの目的有価物の回収及び菌体分離のための一般的な方法として、珪藻土濾過法がある。珪藻土濾過法では、多量の珪藻土を濾過助剤又はプリコート剤として使用するため、珪藻土の混入した菌体が分離される。この珪藻土の混入した菌体は焼却処理することができず、投棄処分するため、処分場の問題がある。
【０００３】
このため、珪藻土を使用しない分離方法として、ＭＦ（精密濾過）膜又はＵＦ（限外濾過）膜を用いた膜分離法が検討され、上記発酵液の処理や蛋白質溶液の脱塩濃縮処理への適用が試みられている。
【０００４】
なお、膜分離法による発酵液からの菌体分離と目的有価物の回収は、発酵液の濾過、濃縮（有価物の透過と菌体の濃縮）とダイアフィルトレーション（加水処理による、濃縮液側に残った有価物の透過液側への回収）とによって行われる。即ち、まず、発酵液を膜分離処理して有価物を透過液側に回収すると共に菌体を濃縮し（以下、これを「濃縮工程」と称す場合がある。）、菌体の濃縮がある程度進んだ後に、濃縮液側に水を徐々に添加（加水処理）しながら膜分離を続けるダイアフィルトレーションと称される操作を行うことで濃縮液側に残留する有価物の透過液側への回収を促進する（以下、これを「加水工程」と称す場合がある。）。
【０００５】
しかしながら、発酵液や蛋白質溶液のような生物系の被処理液を膜分離処理する場合、被処理液中に含まれる菌体、蛋白質、脂質等により、膜の汚染が著しく、膜の透過流束が早期に低下するという問題がある。特に、前述の如く、濃縮工程と加水工程を行う場合、濃縮工程において高度に濃縮された液を処理することから、膜の汚染が激しいものとなる。
【０００６】
従来、一般的な膜分離処理においては、この膜の汚染対策として、膜の透過液側（二次側）から原水ないし濃縮液側（一次側）へ洗浄水を逆流させる逆洗による膜表面の汚染物の除去、或いは膜の薬品洗浄などが採用されている。また、膜面積を大きくすることで、膜汚染を相対的に低減することもできる。しかし、薬品洗浄は、膜分離装置の稼動効率を著しく低下させる上に、膜の劣化による膜寿命の短縮、薬品洗浄排液の処理等の問題がある。また、膜面積を大きくすることは、膜分離設備が大型化し、コスト的に不利である。従って、膜の薬品洗浄頻度は可能な限り低減し、また、最小の膜面積で、逆洗により効果的に膜の透過流束の低下を防止することが望ましい。
【０００７】
なお、一般的に膜の逆洗を行う場合、逆洗用水としては、多くの場合透過液が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発酵液や蛋白質溶液の膜分離処理では、透過液中に回収目的とする酵素や蛋白質などが含まれているため、これを逆洗用水として用いると、目的物の回収率が低減することとなる上に、これらが逆洗工程で膜面に付着して二次汚染を引き起こす可能性があった。
【０００９】
逆洗効果の面からは、逆洗用水として温水を用いるのが好ましく、温水逆洗を行うことにより、逆洗による膜汚染物質の剥離効果を向上させることができるが、発酵液や蛋白質溶液の膜分離処理で得られる透過液を加熱すると、透過液中に含まれる蛋白質等の有価物が変性してしまうため、透過液を加熱することはできない。また、温水を膜分離装置の一次側に逆流させることで、有価物を含む一次側の液中の有価物が変性する恐れもある。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決し、発酵液や蛋白質溶液等の生物系の被処理液を膜分離処理するに当り、効果的な逆洗を行って、膜の透過流束を高く維持することができる膜分離方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離方法は、菌体又は蛋白質等を含む生物系の被処理液の膜分離方法において、該被処理液を膜分離装置に送液して透過液を取り出すと共に濃縮液側を濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程後に濃縮液側に水を添加しながら膜分離を行うダイアフィルトレーションとからなる第１の工程と、該第１の工程終了後に該膜分離装置内の被処理液を排出する第２の工程と、該第２の工程後、膜分離装置の透過液側から、透過液以外の逆洗用水からなる温水を供給して逆洗する第３の工程とを有し、該第１の工程、第２の工程及び第３の工程を繰り返し行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、膜分離装置内の被処理液を排出した後、温水を逆流させる逆洗を周期的に行うため、膜汚染物を効果的に剥離除去して、膜の透過流束を高く維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の膜分離方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１５】
この方法は発酵液からの菌体の分離と目的有価物の回収を行うものであり、まず、被処理液貯槽１内の被処理液の所定量をポンプＰ１により調整槽２に送給した後、バルブＶ１開、バルブＶ２，Ｖ３閉でポンプＰ２を作動させて調整槽２内の被処理液をクロスフローで膜分離装置３に供給し、目的有価物を含む透過液を透過液受槽４に回収する。膜分離装置３から流出する濃縮液は調整槽２に戻して循環処理する。これに伴い、濃縮液側に菌体が濃縮されていく。所定の倍率まで濃縮が進んだ後、ポンプＰ３を作動させて希釈水を導入して濃縮液側に残存する有価物を更に回収するためのダイアフィルトレーションを行う。この場合、ダイアフィルトレーションに必要な加水量や加水形態は、濃縮液中の目的有価物の濃度、膜による目的有価物の阻止率、及び目標とする目的有価物回収率等に応じて適宜選択される。なお、加水形態は連続加水であっても間欠加水であっても良いが、濃縮液量を一定に保ちながら透過液量に見合った水量を徐々に加えていく方法が一般的に用いられる。
【００１６】
このようにして目的有価物を所定の回収率で透過液側に回収した後は、上記膜分離処理工程を終了し、ポンプＰ２，Ｐ３を停止してバルブＶ３を開き、膜分離装置３の一次側や濃縮液配管及び調整槽２内の濃縮液を系外へ排出する。
【００１７】
この排出工程終了後、バルブＶ１閉、バルブＶ２開としてポンプＰ４を作動させ、温水を膜分離装置３の二次側から一次側に逆流させて逆洗を行う。
【００１８】
この逆洗に用いる温水の温度には特に制限はなく、膜素材の耐熱性や汚れの性状等に応じて適宜設定されるが、通常の場合、４０〜８０℃程度の温水が用いられる。
【００１９】
また、温水の送液量等の逆洗条件にも特に制限はなく、汚れの程度に応じて適宜決定されるが、一般的には膜面積１ｍ２に対して１０〜１００Ｌ程度の温水を膜面積１ｍ２当り１〜２０Ｌ／ｍｉｎの送液量で０．５〜１００分程度送液して逆洗するのが好ましい。
【００２０】
この逆洗工程終了後は、再び、被処理液貯槽１から調整槽２に所定量の被処理液を送液し、前記膜分離工程、排出工程及び逆洗工程を繰り返し行う。
【００２１】
本発明においては温水を用いて逆洗を行うため、膜の汚染物を効果的に洗浄除去することができるが、生物系の被処理液の膜分離処理では膜汚染が特に著しいことから、逆洗は、膜の透過流束が低下する前に行うようにするのが好ましい。この逆洗間隔は、被処理液の性状や膜分離処理条件、膜面積や膜の型式等によっても異なるが、膜面積１ｍ２当り５０〜１０００Ｌの被処理液を膜分離処理する毎に逆洗を実施するのが好適である。
【００２２】
この膜分離装置３の膜としてはＭＦ膜又はＵＦ膜が用いられる。この膜素材には特に制限はなく、ポリオレフィン膜、ポリスルホン膜、テフロン膜、セラミック膜などが用いられる。膜型式にも特に制限はないが、一般的には中空糸、チューブラー、スパイラル、プレート＆フレーム型膜モジュールなどが用いられる。ＭＦ又はＵＦ膜の選択及び膜素材や膜型式の選択は、使用目的、即ち、目的有価物を透過液側に回収するか、或いは濃縮液中に濃縮するかといった使用目的や、目的有価物の分子量、その他発酵液等の被処理液の性状などを加味して行われる。
【００２３】
なお、図１では、ダイアフィルトレーションによる発酵液からの菌体の分離及び目的有価物の回収を行う場合を例示したが、本発明の膜分離方法は何らこの方法に限定されず、一般的に行われる発酵液からの菌体の分離及び、蛋白質やリパーゼ、セルラーゼ、キシラーゼなどの酵素、生理活性ペプチド等の目的有価物の回収や蛋白質溶液の脱塩濃縮処理等の生物系の被処理液の、濃縮工程と加水工程とからなる膜分離処理に極めて有用である。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２５】
実施例１
図１に示す本発明の方法に従って、発酵液（乾燥菌体濃度：１重量％，目的有価物：分子量約１万８０００の酵素）の菌体分離を行った。
【００２６】
膜分離装置にはＭＦ中空糸膜モジュール（孔径０．１μｍ，外径５ｃｍ，長さ１ｍ，膜面積１ｍ２）を用い、処理温度２０℃、モジュール入口圧２．０ｋｇ／ｃｍ２，モジュール出口圧１．５ｋｇ／ｃｍ２の条件でクロスフロー濾過を行った。
【００２７】
被処理液貯槽から調整槽に移送した発酵液５０Ｌを膜分離装置に送液し、濃縮液を循環処理する菌体の分離濃縮と、目的有価物の透過液側への回収を行い、その後、循環液がある程度濃縮された段階で加水処理によるダイアフィルトレーションを行い、所定の回収率が達成されるまで処理を継続した。この発酵液５０Ｌの処理で濃縮工程において透過液３０Ｌを回収し、加水工程で透過液４０Ｌを回収した。
【００２８】
上記膜分離工程の終了後、膜分離ユニットから濃縮液をブローアウトした。排出された濃縮液（菌体含有廃液）量は２０Ｌであった。
【００２９】
次いで、逆洗ポンプにより、膜分離ユニットの透過液側から６０℃の市水５０Ｌを１０Ｌ／分で逆流させることにより膜の逆洗を行った。
【００３０】
逆洗終了後、再度上記と同様にして発酵液５０Ｌの膜分離工程、排出工程及び洗浄工程を繰り返し行い、１０回の膜分離工程を実施することにより、発酵液５００Ｌを処理した。
【００３１】
この処理における各回の膜分離工程の膜の透過流束（濃縮工程の透過流束と加水工程の透過流束との平均値）の変化を図２に示した。
【００３２】
比較例１
実施例１において、逆洗水として１８℃の市水を用いたこと以外は同様にして処理を行い、同様に透過流束の変化を調べ、結果を図２に示した。
【００３３】
比較例２
実施例１において、逆洗を行わず、発酵液５００Ｌを一度に処理したこと以外は同様に処理を行った。即ち、７００Ｌ容量の調整槽を用い、濃縮工程で透過液３００Ｌを回収し、その後加水工程で透過液４００Ｌを回収し、濃縮液（菌体含有廃液）２００Ｌを排出した。
【００３４】
この処理において、発酵液を７０Ｌ処理する毎に透過流束を調べ、結果を図２に示した。
【００３５】
図２より、温水による逆洗を行うことにより、膜の透過流束を高く維持できることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜分離方法によれば、発酵液や蛋白質溶液等の生物系の被処理液を膜分離処理するに当り、効果的な逆洗を行って、膜の透過流束を高く維持することができる。このため、膜面積の小さい小型の膜分離設備で処理することができ、また、膜の薬品洗浄頻度を抑えて装置の稼動効率を高めると共に、膜の劣化を防止して膜寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例１及び比較例１，２における透過流束の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  被処理液貯槽
２  調整槽
３  膜分離装置
４  透過液受槽
【図１】
0003577992.tif 000002
【図２】
0003577992.tif 000003