(57)【要約】少なくとも１つの低溶解度ガスの気体供給ストリームを前記気体供給ストリームを細胞の生成物に転換できる微生物を含有する水性媒体中に導入し、ガスを水性媒体中に取り込み、微生物が大部分のガスを生成物に転換するのに十分な時間、ガスが反応器内に保持されるようにガスを取り込んだ水性媒体を撹拌することを含んでなる、微生物学的または酵素的な方法などの改善された方法、および細胞の生成物を製造するための装置などの装置。
2005538684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に横向きの軸を有し液状媒体を含有する実質的に円柱状の容器内で、
（ａ）供給ガスを容器内に導入し、
（ｂ）容器の軸に沿って間隔を開けた複数の連続した混合ゾーンを容器内に画定することを含んでなり、
そのゾーンのそれぞれで供給ガスが液状媒体と混合される、
供給ガスを液状媒体と反応させる方法。
【請求項２】
混合ゾーンを画定するステップが、供給ガスを混合ゾーン内に取り込むステップを含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
供給ガスを混合ゾーン内に取り込むステップが、半径方向運動を供給ガスに与えるステップを含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
半径方向運動を与えるステップが、容器軸周囲で回転でき、シャフトに沿って間隔を開けた配列で取り付けられたシャフトおよび複数のインペラーアセンブリーを含んでなるアセンブリーで、液状媒体と供給ガスとの混合物を撹拌するステップを含んでなる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
液状媒体と供給ガスとの混合物を撹拌するステップが、生成物を含有する液相と、非吸収供給ガスおよび気体副産物を含有する気相とを混合ゾーン内に生じる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
供給ガスが、実質的に全ての供給ガスが生成物に転換されるのに十分な時間容器内に取り込まれる請求項２に記載の方法。
【請求項７】
混合ゾーンからの取り込まれた供給ガスを入ってくる供給ガスで置き換えるステップをさらに含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項８】
反応の気体副産物が分析され、分析結果が容器への供給ガスの供給速度を制御するために使用される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
分析が実質的に連続的な様式で実施される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
供給ガスを取り込むステップが、容器への供給ガスの供給速度を制御するステップを含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
取り込まれたガスを混合ゾーン中に保持することによって、容器への供給ガスの供給速度を制御するステップをさらに含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
ガスを取り込むステップが、液状媒体と供給ガスとの混合物の撹拌速度を制御するステップを含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
取り込まれたガスを混合ゾーン内に保持することによって、液状媒体と供給ガスとの混合物の撹拌速度を制御するステップをさらに含んでなる請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
供給ガスが、少なくとも１つの気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとの混合物を含んでなる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
液状媒体が、微生物を含んでなる水性媒体である請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
微生物濃度を微生物細胞が溶解するレベル未満に維持するステップをさらに含んでなる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
細胞生成物を含有する一定容積の液状媒体を容器から除去して、細胞生成物を含有しない実質的に等しい容積の液状媒体を容器に補充することにより、微生物濃度を微生物細胞が溶解するレベル未満に維持する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
細胞生成物を含有する液状媒体を反応器から除去するステップが、連続的に実施される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
細胞生成物を含有する液状媒体を反応器から除去するステップが、定期的な間隔で実施される請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
微生物が気体炭化水素をタンパク質に転換する請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
供給ガスが液状媒体中で１リットル当たり１０ミリモル未満の溶解度を有する請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
気体炭化水素が反応して、タンパク質、カロチノイド、および香料よりなる群から選択される生成物になる請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
（ａ）実質的に横向きの軸を有し、液状媒体を含有する実質的に円柱状の容器、
（ｂ）供給ガスを容器内に導入するための容器の第１の軸端の入り口、
（ｃ）流出ガスを容器から除去するための容器の第２の軸端の出口、
（ｄ）容器の軸に沿って間隔を開けた複数の連続した混合ゾーン、
を含んでなり、
各ゾーン内で供給ガスが液状媒体と混合される、
ガスを液状媒体中で反応させるための混合装置。
【請求項２４】
各混合ゾーン内に供給ガスを取り込むための手段をさらに含んでなる請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
取り込むための手段が、取り込まれた供給ガスが、入ってくる供給ガスによって混合ゾーンから置き換えられるまで、供給ガスを実質的に混合ゾーン内に保持する請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
取り込むための手段が、実質的に全ての供給ガスが反応して生成物になるのに十分な時間供給ガスを容器内に保持する請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
取り込むための手段が１つもしくはそれ以上の阻流板を含んでなる請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
取り込むための手段が、容器軸の周囲を回転できるシャフト、およびシャフトに沿って間隔を開けた配列で取り付けられた複数のインペラーアセンブリーを含んでなる請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
容器が１つもしくはそれ以上の三日月形の阻流板をさらに含んでなり、各阻流板が、（ａ）シャフト上でインペラーアセンブリーの間に配置された下縁を有し、（ｂ）阻流板の下縁が液状媒体に浸されるような高さである請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
インペラーアセンブリーが、容器直径の約０．３〜０．４５の直径を掃引する請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
インペラーアセンブリーが、インペラー外端の速度が１分当たり３００ｍを超えないような速度で回転させられる請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
第２の軸端が水平から約１０度までの角度で第１の軸端よりも低くなるように、円柱状容器の軸が傾く請求項２３に記載の装置。
【請求項３３】
円柱状容器が約１０度までのテーパー角度で先細であり、テーパー角度が第２の軸端でより小さいシリンダー径を提供する請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
円柱状容器が、約４を超える長さ対直径比を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項３５】
円柱状容器が、約１０を超える長さ対直径比を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
実質的に円柱状の容器の長軸方向の壁を通って伸びるシャフトを含んでなり、容器の実質的に円形の断面の弦に沿って配置される撹拌機をさらに含んでなる請求項２３に記載の装置。
【請求項３７】
シャフトが容器断面の直径の弦に沿って配置される請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
シャフトが容器断面の非直径の弦に沿って配置される請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
液体が容器の容積の少なくとも約８０％を構成する請求項２３に記載の装置。
【請求項４０】
容器の内容物が少なくとも約０．８ｇ／Ｌのかさ密度を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項４１】
供給ガスが少なくとも１つの気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとの混合物を含んでなる請求項２３に記載の装置。
【請求項４２】
液状媒体が微生物を含んでなる水性媒体である請求項２３に記載の装置。
【請求項４３】
微生物が気体炭化水素をタンパク質に転換する請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
供給ガスが液状媒体中で、１リットル当たり１０ミリモル未満の溶解度を有する請求項２３に記載の装置。
【請求項４５】
気体炭化水素が反応して、タンパク質、カロチノイド、および香料よりなる群から選択される生成物になる請求項４１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願明細書は、その内容を本願明細書に引用した２００１年１２月２６日に出願された米国仮出願第６０／３４４，２６９号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
原油採収のプロセス中に膨大な量の副産物天然ガスが生じる。天然ガスは主にメタンであり、メタンは二酸化炭素の約２０倍の温室効果ガスポテンシャルを有するので、その大部分は坑口近くでフレアリングされる。しかしフレアリングは、次第に環境的に許容できなくなってきている。
【０００３】
メタンは、輸送のための顕著なインフラストラクチュアを要する非常に低級の燃料である。高圧パイプラインまたは液化による輸送、液化天然ガス（ＬＮＧ）の貯蔵と輸送は、ポンプ、パイプライン、およびタンクを必要とし、単一立地で大量の天然ガスが利用可能でない限り費用がかかりすぎる。インフラストラクチュア経費の結果として、国際的に１６％未満の天然ガスが取引されている。
【０００４】
液内培養（すなわち水性培養液中での増殖）中の微生物を使用した多くのバイオプロセスは、細胞生育および反応物の細胞生成物への転換のために酸素を必要とする。バイオプロセスは伝統的にグルコース（糖）を炭素源として使用する。特定のバイオプロセスでは、炭素源としてメタンを使用しても良い。酸素およびメタンのどちらも水中では低溶解度を有するので、酸素およびメタンの双方に対する微生物の生物学的要求を満たすために、液体へのガス吸収が高速に起きなくてはならない。
【０００５】
ガススパージングされたバイオリアクターは、歴史的に３〜５のタンク高とタンク径の縦横比を有する垂直の円柱状タンクであった。図１は、先行技術の垂直タンク装置の斜視図を示す。バイオリアクター設計者は、工場据付面積を最小化し、ガス溶解度を増大させるより高い静水頭を提供し、液体からの流出ガス離脱を促進するために、この幾何学的配置に頼ってきた。伝統的にグルコースである固体または液体炭素源は、水中で高い溶解度を有する。しかしメタンおよびその他の炭化水素ガスなどの気体炭素源は、水中で低い溶解度を有し、反応器設計者に難問を呈する。
【０００６】
気体炭化水素（例えばメタン）が炭素源として使用される場合、気体炭化水素の顕著な画分が微生物によって消費されることができる前に液状媒体から逸出する。典型的に気体炭化水素のわずか３０％が消費される。酸素および酸素濃度の高い空気もまた水に比較的不溶性である。酸素の高い百分率も消費されることなく逸出する。典型的に微生物によって二酸化炭素が生成されるので、流出ガスは消費されなかった気体炭化水素、酸素（または空気）および二酸化炭素の混合物である。未使用気体炭化水素大気中に放出することは経済的にも環境的にも許容できないことが多い。ガス混合物の再循環には、ガス分離器を用いて二酸化炭素を除去することが必要であるので、プロセスの投資と操作経費を増大させる。
【０００７】
ほとんどの先行技術の垂直円柱状のバイオリアクターは、典型的にかき混ぜられまたは撹拌される。このような撹拌されるバイオリアクター内では、メタンおよび酸素などのガス混合物は、典型的に反応器の底でスパージングされる（すなわち泡立たされる）。ガスが上昇するにつれて、それは機械的撹拌が大きなガスバブルを小さなものに細かく分割する、かき混ぜ領域を通過する。この機械的撹拌は、ガス吸収の主要な抵抗と考えられる、バブルの周囲を囲む液体境界層を薄くする役割も果たす。浮力がガスを上に、そして究極的に液体外に運ぶにつれて、液体中でのバブルの滞留時間が、各バブルが液体にデリバリできるガスの量を制限する。このような反応器中では、流出ガスには、典型的に二酸化炭素などの反応した材料の気体副産物と混合された、最初の酸素およびメタンの顕著な未消費部分がまだ残っている。このガス混合物は回収されても良く、特許文献１で教示されるように、二酸化炭素から分離された所望の反応物ガスが反応器内に再循環される。このような回収および分離はプロセスの投資および操作経費を増大させる。
【０００８】
ループ反応器も微生物学的プロセスを実施するために用いられている。このような反応器は、特許文献２、特許文献３、および特許文献４で例証されている。垂直のループ反応器は、長い逆流チューブ、長い順流チューブ、および逆流チューブと順流チューブの間の２つの水平の結合チューブを有する。このような反応器はポンプを使用して、ループの周囲に液状媒体を循環させる。特許文献３は、逆流チューブの底またはその近くでガスを液状媒体に導入し、１つもしくはそれ以上のスタティックミキサーを使用して、ガスと液体を混合する。未使用のガスはループの上にある分離器内に収集され、液体はループの周囲を循環して順流チューブに入る。特許文献４は、（より長いガス滞留時間を提供するために）順流チューブ内の１つもしくはそれ以上の箇所でガスを液状媒体内に導入し、順流および逆流チューブの双方の中でガスと液体をスタティックミキサーで混合する。
【０００９】
水平に向いた、かき混ぜられる円柱状の反応器もまた既知である。典型的なのは、廃水を処理するための空気スパージングされた装置を開示している特許文献５である。円柱状容器は、容器の上に長軸方向の軸に平行に位置するスリットの形状であるオリフィスを有する。オリフィスは容器の上で、０．１〜０．１５容器直径の高さに水で満たされる。特許文献５によれば、提供される利点は、空気または酸素含有ガスのバブルが少なくとも１つのそして好ましくはいくつかの回転の間に廃棄水中に保持されるので、注入された酸素が先行技術装置におけるよりも顕著に良好な収率で使用されることである。オリフィスは外に開いているので、容器はこのオリフィスに到達するガスを保持できない。気体炭化水素を使用するバイオプロセスでこのようなシステムを使用することは、環境的に許容できない。水平にかき混ぜられる反応器の別の例は、特許文献６である。この特許は、電動孔あき羽根車撹拌装置を使用して栄養分とガスを混合して、水の０．３よりも低い相対濃度で相状態を維持する。水平にかき混ぜられる反応器の別の例は、反応器容器全体の回転を教示する特許文献７である。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，３４４，７６６号明細書
【特許文献２】ＤＫ  １７０，８２４号明細書
【特許文献３】ＥＰ  １８５，４０７号明細書
【特許文献４】ＥＰ  ４１８，１８７号明細書
【特許文献５】ＦＲ  １，４３８，８９５号明細書
【特許文献６】米国特許第４，１０１，３８４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，１５１，３６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
メタンなどの炭化水素を細菌に効果的にデリバリして、炭素をバイオマスとして隔離する反応器デザインは、環境的にも経済的にも有利であると考えられる。このようなバイオマスは、動物飼料として使用しても良く、またはより高価値の材料に転換される。ガス採収、ガス分離、およびガス再循環の必要性を除外する反応器は、先行技術の不都合を克服すると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施態様は、（ａ）実質的に横向きの軸を有し液状媒体を含有する、実質的に円柱状の容器と、（ｂ）供給ガスを容器に導入するための容器の第１の軸端にある入り口と、（ｃ）容器から流出ガスを除去するための容器の第２の軸端にある出口と、（ｄ）容器の軸に沿って間隔を開けた複数の連続した混合ゾーンとを含んでなり、そのゾーンのそれぞれで供給ガスが液状媒体と混合される、液状媒体中でガスを反応させるための混合装置である。
【００１３】
本発明のさらに別の実施態様は、実質的に横向きの軸を有し液状媒体を含有する実質的に円柱状の容器内で、（ａ）供給ガスを容器内に導入し、（ｂ）容器の軸に沿って間隔を開けた複数の連続した混合ゾーンを容器内に画定することを伴う、そのゾーンのそれぞれで供給ガスが液状媒体と混合される、供給ガスを液状媒体と反応させる方法である。
【００１４】
本発明は、細胞の生成物を産生するための微生物学的または酵素的なプロセスなどの改善されたプロセスも提供する。プロセスは、例えば少なくとも１つの低溶解度ガスの気体供給ストリームを、前記気体供給ストリームを細胞生成物に転換できる微生物を含有する水性媒体に導入することを伴う。このような場合、微生物はそれによって、細胞生成物を含有する液相、および非吸収気体供給ストリームと気体副産物を含有する気相を生じる。プロセスは、前記気体供給ストリームを前記反応器容器に供給するステップと、水性媒体中にガスを取り込んで、微生物がガスの大部分を生成物に転換するのに十分な時間、ガスが反応器内に保持されるように、ガスを取り込んだ水性媒体を撹拌するステップとをさらに伴う。次に気体副産物を反応器から取り出す。
【００１５】
特に本発明は、タンパク質、カロチノイド（例えばβカロチン、アスタキサンチン）、および香料（例えばメントール、ゲラニオール、リナロール、リモネン）よりなる群から選択される生成物を製造するための微生物学的または酵素的なプロセスに向けたものである。
【００１６】
本発明は、前記少なくとも１つの供給ガスを生成物に転換できる微生物の存在下、少なくとも１つの低溶解度供給ガスを水性媒体中に導入することで、生成物を製造するための反応装置も提供し、装置は、実質的に水平な軸を有する概して円柱状の容器と、少なくとも１つの供給ガスを容器に導入するための円柱状容器の第１の軸端の入り口と、流出ガスを容器から取り出すための円柱状容器の第２の軸端の出口と、シャフト、シャフトに沿って間隔を開けた配列に取り付けられた複数のインペラーアセンブリー、およびシャフトを回転させるための駆動手段を含んでなる、軸の周囲で回転できる撹拌アセンブリーとを含んでなり、各インペラーアセンブリーはシャフトの周囲に配列された一群のインペラーを含んでなり、インペラーは、供給ガスが、供給ガスの大部分が生成物に転換されるまで反応器内に保持されるように、供給ガスが入り口を通じて容器に導入され、流出ガスが出口で取り出される際、供給ガスが、入ってくる供給ガスによって置き換えられるまで実質的に各混合ゾーン内に保持されるように、軸に沿って複数の混合ゾーンを画定するように配列される。
【００１７】
本発明は、前記少なくとも１つの供給ガスを生成物に転換できる微生物の存在下、少なくとも１つの低溶解度供給ガスを水性媒体中に導入することで生成物を生成するための反応装置をさらに提供し、装置は、実質的に水平な長軸方向の軸、第１の軸端壁、第２の軸端壁、および概して円形断面を有する長軸方向の壁を有する概して円柱状の容器と、少なくとも１つの供給ガスを容器に導入するための実質的に第１の軸端近くの円柱状容器底に配置される入り口と、流出ガスを容器から除去するための実質的に円柱状の容器の第２の軸端の円柱状容器上部に配置される出口と、容器の長軸方向の壁を通って伸び円形断面の弦に沿って配置されるシャフト、シャフトの第１の端に取り付けられたインペラーアセンブリー、およびシャフトを回転させるための第２の端の駆動手段をそれぞれが含んでなる、複数の撹拌アセンブリーとを含み、各インペラーアセンブリーは、シャフトの周囲に配列された一群の傾斜ブレードをサポートするハブを含んでなり、インペラーは、供給ガスが、供給ガスの大部分が生成物に転換されるまで反応器内に保持されるように、供給ガスが入り口を通じて容器に導入され、流出ガスが出口で取り出される際、供給ガスが、入ってくる供給ガスによって置き換えられるまで実質的に各混合ゾーン内に保持されるように、軸に沿って複数の混合ゾーンを画定するように配列される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、供給ガスの大部分が流出ガスストリーム中へ漏出することなく、水性媒体中に完全に吸収されるようにする、水平に向けられ排気されてガス−スパージングされるバイオリアクターなどの反応器を提供する。生物学的反応の場合、本発明は、排気される排出ガス中に放出するよりも、コストのかかるまたは環境的に問題なガス原料をバイオマスとして隔離し、または生物学的に生成物に転換できるようにする。本発明の水平に向けられガス−スパージングされる反応器は、典型的に閉鎖しており先行技術に比して以下の利点を有する。
１）ガス−ホールドアップ［分散ガス／（分散ガス＋液体容積）］はガス−スパージング速度から独立している。
２）ガス−液体分散体は、かき混ぜられる容積比あたり経済的な撹拌出力を使用して作られる。
３）分散ガス滞留時間は、ほぼ０から本質的に無限時間の範囲であっても良い。
４）長いガス−分散体滞留時間は、反応器から流出する前に、ガス供給ストリームからガス反応物がほぼ完全に枯渇／吸収されるようにする。
５）ガスは、反応器入り口から出口に本質的に栓流で移動する。
【００１９】
図２は、反応器容器が図解の明確さのために透明として示される、反応器装置の第１の実施態様の斜視図である。反応器装置１０は、液状媒体１００を含有する円柱状のまたは実質的に円柱状の容器２０、撹拌アセンブリー５０、撹拌アセンブリー５０を回転させるための駆動手段６０、ガス供給７０、液状媒体除去／補充システム８０を含む。反応器容器の断面図は、完全な円などの円形の形態に成形されても良く、あるいは完全な円形でなくむしろ実質的に円形であるその他の形状であっても良い。円柱状容器２０は、第１の端壁２０Ｅ１および第２の端壁２０Ｅ２と、長軸方向の軸２０Ａおよび直径寸法２０Ｄを有する概して円柱状の長軸方向の壁２０Ｗと、第１の端壁２０Ｅ１に近接する供給ガス入り口と、第２の端壁２０Ｅ２に隣接する流出ガス出口４０とを有する。長軸方向の軸２０Ａは、示されるように水平または実質的に水平である。あるいは第１の端壁２０Ｅ１が第２の端壁２０Ｅ２よりも高く、約１０度までの角度で水平から傾いていても良い。円柱状容器２０は、ステンレス鋼、適切な内側ライナー付き鉄あるいはガラスなど、液状媒体１００と適合性のあらゆる適切な材料から構築されても良い。
【００２０】
供給ガス入り口３０は、ガス混合物９０を微生物１０２などの反応物を含有する液状媒体１００に導入するのに使用され第１の端壁２０Ｅ１に隣接する、１つもしくはそれ以上のパイプ３２を含んでなる。流出ガス出口４０は、流出ガス９６を収集するためのチャンバー４２と、フィルター４４Ｆと、分析器４６、そして次に適切な廃棄手段（図示せず）に流出ガス９６を移送するためのガス出口パイプパイプ４４とを含んでなる。撹拌アセンブリー５０は、長軸方向のシャフト５０Ｓ、およびシャフトに沿って間隔を開けた複数のインペラーアセンブリー５２を含んでなる。
【００２１】
ここで図３を参照すると、各インペラーアセンブリーは、ハブ５４、およびシャフト周囲に配列された一群のインペラーを含んでなり、各インペラーは、１つもしくはそれ以上のブレード５８を保持するハブ５４に付着するアーム５６を含んでなる。ここで示されるように、各インペラーアセンブリー５２は６個のインペラーを有するが、あらゆる適切な数を用いても良い。各インペラーアセンブリー５２の全体的直径は、典型的に容器直径２０Ｄの約０．３〜約０．４５である。駆動手段６０によって回転されると、撹拌アセンブリー５０は、供給ガス９０が液状媒体１００中に小型バブルとして取り込まれ、容器２０の概して円形の断面を動き回れるようにする。駆動手段は、電気モーター、モーターと変速装置、または油圧モーターなどのあらゆる適切な従来の駆動手段を含んでなっても良い。
【００２２】
インペラーアセンブリーの速度は、液体培地に含有される微生物のための慣例に従って、ブレード５８の先端速度は分速約３００ｍ未満である。液体培地１リットル当たり約４．５の典型的出力レベルが、妥当であることが分かっている。回転すると各インペラーアセンブリー５２は、インペラーのすぐ近くで混合ゾーンを確立し、液状媒体および供給ガスの混合物に半径方向運動を与える。取り込まれたガスバブルは、図３の断面図で示されるように、概して半径方向の流路Ｐに従い、入ってくるガスバブルによって置き換えられるまで、混合ゾーン内に留まる傾向がある。第１の混合ゾーンから置き換えられたガスバブルは、第３の混合ゾーン内のガスバブルを置き換えるのに十分な数が蓄積するまで、第２の混合ゾーンに留まる傾向がある。この置き換えプロセスは、ガス混合物が流出ガス収集チャンバー４２に到着するまで継続する。
【００２３】
供給ガス９０導入速度を制御することで、反応器内の供給ガスの滞留時間は制御できる。例えば反応器を生物学的反応で最初に始動させる場合、反応器１０を最初に増殖培地で満たし滅菌して望ましくない微生物を除去し、次に反応器に所望の微生物を接種する。最初の供給ガス供給速度は、最初の微生物個体数を供給するのに十分であるように確立される。流出ガス９６はガス分析器４６によって分析され、流出ガスの含量が定量される。ガス分析器４６は、周期的または連続的のどちらかで、流出ガスストリームから抜き取ったガスサンプルを分析しても良い。次にガス分析の結果は、供給ガス速度を制御するのに使用される。供給ガスの供給速度は、例えば反応器からの流出ストリーム中に望まれていない量の未反応供給ガスが存在する場合、低下させても良い。理解されるように、適切な生育条件および十分な量の供給ガスが容器に供給されるならば、微生物の個体数は時間がたてば増大する。供給ガス量が不十分であると、微生物細胞は溶菌として知られるプロセスを被るかも知れない。
【００２４】
バッチ操作されるバイオリアクター内では、微生物の細胞濃度は、細胞代謝の要求、すなわち生物学的ガス要求が、バイオリアクターの最大最大酸素移動速度（ＯＴＲ）または最大メタン移動速度（ＭＴＲ）と等しくなる時点まで着実に増大する。この時点を超えると、細胞の維持要求は満たされず細胞は溶解し始める。ポリペプチドおよび多糖類などの界面活性剤は、ガスを取り込み撹拌される増殖培地の泡立ちを引き起こす。ガス、細胞、および水性増殖培地から構成されるこの泡は、反応器を出て、出口フィルターをブロックして、反応器内の圧力高めてプロセスを停止させるかも知れない。好気性メタン栄養プロセスにおいて過剰な泡立ちを防ぐためには、酸素および炭素（メタン）の生物学的ガスに対する要求を満たすことが必要である。最大ＯＴＲおよびＭＴＲは、バッチ操作モードから連続操作モードに変えた際、バイオリアクターがどの細胞濃度で作動するかを決定する、システムの特徴かもしれない。
【００２５】
細胞濃度が、最大ＯＴＲまたはＭＴＲに近づくレベルに達すると、細胞の材料を含有する液相の一部が典型的に反応器から抜き取られ、反応器１０は実質的に同一容積の新鮮な生育培地１００で補充される。これは定期的または連続的のどちらかで実施されても良い。流出ガスの分析を継続することで、新しい微生物濃度に合わせて供給ガスの供給速度を調節しても良い。細胞材料などの所望の反応生成物含有量における増大の速度または程度の観点から、あるいはＣＯ２などの副産物ガス濃度が、容器の入り口端から出口端に向かって増大するという事実の観点から、反応をこのようにして制御しても良い。
【００２６】
ここで図４を参照すると、供給ガスの各混合ゾーン内における保持をさらに高めるために、複数の概して三日月型の阻流板５２Ｂを反応器の上、１組のインペラーアセンブリー５２の間に配置しても良い。これらの阻流板５２Ｂの底端５２Ｅは、撹拌アセンブリーが回転していないとき、増殖培地１００の液体レベルが端５２Ｅの上になるように配置される。
【００２７】
反応器装置１１０の第２の実施態様は、反応器容器がここでも図解の明確さのために透明として示される図５にある。反応器装置１１０は、液状媒体１００を含有する概して円柱状の容器１２０、反応器容器１２０の長さに沿って間隔を開けた複数の撹拌アセンブリー１５０、各撹拌アセンブリー１５０を回転させるための駆動手段１６０、ガス供給１７０、液状媒体除去／補充システム１８０を含んでなる。円柱状容器１２０は、第１の端壁１２０Ｅ１および第２の端壁１２０Ｅ２と、長軸方向の軸１２０Ａおよび直径寸法１２０Ｄを有する概して円柱状の長軸方向の壁１２０Ｗと、第１の端壁２０Ｅ１に隣接する供給ガス入り口１３０と、第２の端壁２０Ｅ２に隣接する流出ガス出口１４０とを有する。各撹拌アセンブリー１５０は、シャフト１５０の第１の端に取り付けられたインペラー１５２を有するシャフト１５０Ｓを含んでなる。図６では、各インペラーアセンブリー１５２は、ハブ１５４と、シャフト周囲に配列された一群のインペラーとを含んでなり、各インペラーは１つもしくはそれ以上の傾斜ブレード１５８を保持するハブ１５４に付着するアーム１５６を含んでなる。ここに示すように、各インペラーアセンブリー１５２は６個のインペラーを有するがあらゆる適切な数を用いても良い。ブレード先端から直径の反対側のブレード先端までの各インペラーアセンブリー１５２の全体的直径は、典型的に容器直径２０Ｄの約０．３〜約０．４５である。
【００２８】
撹拌アセンブリー１５０は、シャフト１５０Ｓが図５および６に示すように、容器１２０の円形断面の直径の弦に沿って（断面図が単に実質的に円形であれば最長の内部寸法に沿って）位置するように取り付けても良い。このようにして取り付けて、駆動手段１６０によって回転させると、図６の断面図に見られるように、撹拌アセンブリー１５０は、供給ガス９０が液状媒体１００中に小型バブルとして取り込まれ、２つの向流径路で容器２０の概して円形の断面を動き回れるようにする。取り込まれたガスバブルは、図６の断面図の右部分に示すように概して時計回りの流路Ｐ１、あるいは左部分に示すように概して逆時計回り流路Ｐ２に従い、入ってくるバブルで置き換えられるまで混合ゾーン内に留まる傾向がある。第１の混合ゾーンから置き換えられたガスバブルは、第３の混合ゾーン内のガスバブルを置き換えるのに十分な数が蓄積するまで、第２の混合ゾーン内に留まる傾向がある。この置き換えプロセスは、ガスが流出ガスとして収集チャンバー１４２に達するまで継続する。
【００２９】
代案としては撹拌アセンブリー１５０は、シャフト１５０Ｓが図７に示すように、容器の円形の断面の非直径の弦に沿って配置するように取り付けても良い。撹拌アセンブリー１５０をこのようにして取り付け、駆動手段１６０によって回転させると、撹拌アセンブリー１５０は、供給ガス９０が液状媒体１００中に小型バブルとして取り込まれ、概して円形径路Ｐ３で容器２０の概して円形の断面を動き回れるようにする。
【００３０】
撹拌されるバイオリアクターを水平に向け、ガス入り口および出口を反応器の反対端に配置させることで、浮力はもはや反応器のガス出口に向けてガスを動かす原因にはならないので、液体中のガスの滞留時間が延長されるかもしれない。確かに入り口端を出口端よりわずかに高くして水平の容器を傾斜させると、浮力を使用して液体中のガスの滞留時間をさらに延長できる。液状媒体中のガスの滞留時間を延長することで、ガス化学種のより大きな画分（例えば酸素、メタン）が、バブルから液体中に吸収され、微生物などの反応物によって消費されるかもしれない。バイオリアクターなどの水平に向いた反応器は、ガススパージング速度が減少し、減少した量の供給ガス（例えば酸素、メタン）が反応器から排出されるので、垂直に向いた反応器よりも効果的に操作されるかも知れない。
【００３１】
混合ゾーンは、半径方向運動および流れを供給ガスに与えることによって、供給ガスをそこに取り込むことにより画定されても良い。半径方向運動は、例えば容器軸周囲を回転でき、シャフトとシャフトに沿って間隔を開けた配列で取り付けられた複数のインペラーアセンブリーとを含んでなるアセンブリーで、液状媒体の混合物と供給ガスとを撹拌することで与えても良い。インペラーは、容器の長軸方向に沿ってでなく、円柱状容器の長軸方向の壁に向けて強く押す。供給ガスを混合ゾーン内に取り込むための手段としては、マルチ−ブレード櫂形撹拌機、タービンインペラーなどのラシュトンインペラー、またはフラットブレードタービン、後方傾斜タービン、Ｓｃａｂａ  ＳＲＧＴ、またはオープンストレートブレード付きインペラー、ブレードディッシュまたは垂直の曲がりブレードが挙げられる。
【００３２】
ガスは、入ってくる供給ガスによって次のゾーンに置き換えられるまで、混合ゾーン内に取り込まれる。供給ガスを取り込み、取り込まれたガスを混合ゾーン内に保持する側面は、したがって容器への供給ガスの供給速度の制御であり、供給ガスと、液状媒体および供給ガスの混合物との撹拌速度の制御である。
【００３３】
反応の効率は、比較的大きな液体容積を使用することで改善されても良く、例えば液体は容器容積の少なくとも約８０％でも良く、あるいは容器内容物は少なくとも約０．８ｇ／Ｌのかさ密度を有しても良い。このような大きな割合の液体を含有する反応容器中で液状媒体中へのガスの取り込みを提供する際には、少なくとも約４、好ましくは少なくとも約８、そしてより好ましくは少なくとも約１０の長さ対直径比を有する容器を使用することが有益であることがしばしば判明する。
【００３４】
上に述べた本発明の様々な実施態様は、例えば生成物を生成するための微生物学的または酵素的なプロセスにおいて、少なくとも１つの低溶解度ガスの気体供給ストリームを微生物を含有する水性媒体中に導入するステップを伴い、微生物は前記気体供給ストリームを細胞生成物に転換でき、それによって前記細胞の生成物を含有する液相および非吸収ガス供給ストリームおよび気体副産物を含有する気相が生成され、さらに前記気体供給ストリームを前記反応器容器に供給し、水性媒体中にガスを取り込むステップと、微生物が大部分のガスを生成物に転換するのに十分な時間、ガスが反応器内の各混合ゾーン内に保持されるように、ガスを取り込んだ水性媒体を半径方向に撹拌して、複数の連続した混合ゾーンを画定するステップと、気体副産物を反応器から取り出すステップとを伴う。
【００３５】
上に述べた本発明のさらに別の実施態様は、タンパク質、カロチノイド、および香料よりなる群から選択される生成物を生成するための微生物学的または酵素的なプロセスにおいて、少なくとも１つの気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとのガス混合物を含んでなる気体供給ストリームを前記ガス混合物を生成物に転換できる微生物を含有する反応器内の水性媒体中に導入するステップを伴い、それによって前記生成物と非吸収気体炭化水素、非吸収酸素を豊富に含むガス、および気体副産物を含有する気相とを含有する水相を生成し、さらに前記ガス混合物を前記反応器に供給してガス混合物を水性媒体中に取り込むステップと、微生物が大部分の気体炭化水素を生成物に転換するのに十分な時間、ガス混合物が反応器内の各混合ゾーン内に保持されるように、ガスを取り込んだ水性媒体を撹拌して複数の連続した混合ゾーンを画定するステップと、気体副産物を反応器から取り出すステップとを伴う。
【００３６】
上に述べた本発明のさらにまた別の実施態様は、タンパク質を製造するためのプロセスにおいて、少なくとも１つの気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとのガス混合物を伴う炭化水素供給ストリームを前記気体炭化水素をタンパク質に転換できる微生物の存在下、反応器内の水性媒体内で接触させるステップを含んでなり、それによって前記タンパク質を含有する水相と非吸収気体炭化水素、非吸収酸素、および二酸化炭素を含有する気相とを生成し、さらに前記気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとを前記反応器に供給してガス混合物を水性媒体中に取り込むステップと、微生物が炭化水素ガスをタンパク質に転換するのに十分な時間、ガス混合物が反応器内の各混合ゾーン内に保持されるように、ガスを取り込んだ水性媒体を撹拌して複数の連続した混合ゾーンを画定するステップと、流出ガスを反応器から取り出すステップとを伴う。
【００３７】
上に述べた本発明のさらにまた別の実施態様は、少なくとも１つの低溶解度供給ガスを前記少なくとも１つのガスを生成物に転換できる微生物の存在下、水性媒体中に導入することにより生成物を製造するための反応装置内において、装置は、実質的に水平な軸を有する概して円柱状の容器と、少なくとも１つのガスを容器に導入するための円柱状容器の第１の軸端の入り口と、流出ガスを容器から取り出すための円柱状容器の第２の軸端の出口と、シャフト、シャフトに沿って間隔を開けた配列に取り付けられた複数のインペラーアセンブリー、およびシャフトを回転させるための駆動手段を含む、軸の周囲で回転できる撹拌アセンブリーとを含み、各インペラーアセンブリーはシャフトの周囲に配列された一群のインペラーを含んでなり、インペラーは、大部分の供給ガスが生成物に転換するまで供給ガスが反応器内に保持されるように、供給ガスが入り口を通じて容器に導入され、流出ガスが出口で取り出される際、供給ガスが入ってくる供給ガスによって置き換えられるまで実質的に各混合ゾーン内に保持されるように、軸に沿って複数の混合ゾーンを画定し、ガスを取り込んだ液体を半径方向に混合するように配列される。
【００３８】
上に述べた本発明のさらにまた別の実施態様は、少なくとも１つの気体炭化水素と酸素を豊富に含むガスとのガス混合物を含んでなる炭化水素供給ストリームを前記気体炭化水素をタンパク質に転換できる微生物の存在下、水性媒体中で接触させることにより、タンパク質を製造するための反応装置において、装置は、それを通る実質的に水平な軸を有する概して円柱状の容器と、ガス混合物を容器に導入するための円柱状容器の第１の軸端の入り口と、流出ガスを容器から取り出すための円柱状容器の第２の軸端の出口と、シャフト、シャフトに沿ってインペラーアセンブリーとして配列されたシャフトに取り付けられた複数のインペラー、およびシャフトを回転させるための駆動手段を含んでなる、軸の周囲で回転できる撹拌アセンブリーとを含み、各インペラーアセンブリーはシャフトの周囲に配列された一群のインペラーを含んでなり、インペラーは、大部分の気体炭化水素がタンパク質に転換するまでガス混合物が反応器内に保持されるように、ガス混合物が入り口を通じて容器に導入され、流出ガスが出口で取り出される際、ガス混合物が入ってくるガス混合物によって置き換えられるまで実質的に各混合ゾーン内に保持されるように、軸に沿って複数の混合ゾーンを画定するように配列される。
【００３９】
上に述べた本発明のさらにまた別の実施態様は、少なくとも１つの低溶解度供給ガスを前記少なくとも１つのガスを生成物に転換できる微生物の存在下、水性媒体中に導入することにより生成物を製造するための反応装置内において、装置は概して実質的に水平な長軸方向の軸、第１の軸端壁、第２の軸端壁、および概して円形断面を有する長軸方向の壁を有する円柱状容器と、少なくとも１つの供給ガスを容器に導入するための実質的に第１の軸端近くの円柱状容器底に配置される入り口と、流出ガスを容器から除去するための実質的に円柱状の容器の第２の軸端の円柱状容器上部に配置される出口と、容器の長軸方向の壁を通って伸び概して容器の円形断面の弦に沿って配置されるシャフト、シャフトの第１の端に取り付けられたインペラーアセンブリー、およびシャフトを回転させるための第２の端の駆動手段をそれぞれが含んでなる、複数の撹拌アセンブリーとを含み、各インペラーアセンブリーは、シャフトの周囲に配列された一群の傾斜ブレードをサポートするハブを含み、インペラーは、供給ガスが、供給ガスの大部分が生成物に転換されるまで反応器内に保持されるように、供給ガスが入り口を通じて容器に導入され、流出ガスが出口で取り出される際、供給ガスが、入ってくる供給ガスによって置き換えられるまで実質的に各混合ゾーン内に保持されるように、軸に沿って複数の混合ゾーンを画定するように配列される。
【００４０】
上に述べた本発明のさらにまた別の実施態様は、反応物と少なくとも１つのガスとの反応で、それから生成物と副産物の双方が得られる反応物を含有する水性媒体中で、反応物とガスとを反応させるプロセスはガスを水性媒体に供給するステップと、水性媒体を撹拌してガスを複数の連続した混合ゾーンに取り込むステップと、反応物とガスとの反応から生成物を副産物よりも多くの量で生成するのに十分な時間、そこに取り込まれたガスを混合ゾーン内に保持するステップと、副産物を水性媒体から取り出すステップとを伴う。
【００４１】
本発明の例証を意図し制限するものではない以下の実施例を参照して、本発明はさらに詳しく理解されるであろう。
【実施例】
【００４２】
実施例１
７Ｌの総容積を有するバイオリアクターを使用して、メタンを炭素源として使用し、液内培養としてメチロモナス属（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ  ｓｐ．１６ａ）を好気的に培養した。反応器は長さ１７．２５インチおよび直径５．２５インチを有する円柱状の幾何学的配置を有したので、縦横比は３〜４であった。反応器は、シリンダーの長さ（ｌｅｎｇｔｈ）／長さ（ｌｏｎｇ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が水平になるように向けた。反応器容器は、長さに沿って４個の等間隔に開いて壁に取り付けられた阻流板を含有して、機械的撹拌中の渦を防止し乱流を促進した。反応器のはじめの３／４の長さ内で等間隔に開いた３個のラシュトンタービンインペラーで撹拌した。各タービンは６個の外径２．０インチの平らなブレードを有した。混合出力は、撹拌機シャフトに直接連動し、最大毎分回転数１０００回（ｒｐｍ）を有する変速モーターによって提供された。ガスは０．２５インチ外径の末端が開いたステンレス鋼管を通ってシステムに入る。管開口部は、撹拌シャフトの端に固定されたインペラーにきわめて接近して位置する。ガスは、容器の反対端の冷却された凝縮器を通って反応器から排出される。
【００４３】
作業容積は、およそ５．５Ｌの液体であった。５．５Ｌの液体で満たすと、液体上のヘッドスペース容積は、およそ０．５５Ｌのガスから構成された。高度に撹拌すると（例えばシャフト速度＞＝７００ｒｐｍ）、反応器の円柱状部分のヘッドスペースガスは、液体中に完全に分散した。
【００４４】
１００Ω白金サーミスタを使用して温度を測定した。反応媒体に浸した熱交換管を通して、熱水または冷水をポンピングして温度を制御した。インゴールド−マテラー−トレド（Ｉｎｇｏｌｄ−Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ）溶解酸素プローブを使用して、溶解した酸素を測定した。反応器を通るガス流速と撹拌速度の双方を制御することにより、溶解した酸素濃度を制御した。インゴールド−マテラー−トレド（Ｉｎｇｏｌｄ−Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ）ｐＨプローブを使用して混合物のｐＨを測定した。酸または塩基液体を必要に応じて反応器内にポンピングして、混合物のｐＨを制御した。
【００４５】
２５０ｍＬの増殖培地を阻流板付き５００ｍＬ三角フラスコに入れて、生物反応のための種菌を調製した。およそ１ｍＬの凍結細胞懸濁液を含有するバイアルを解凍し、フラスコに入れた。フラスコを振盪台に載せて２１０ｒｐｍで３６時間撹拌した。温度を３０℃に制御した。
【００４６】
２５０ｍＬの種菌を増殖培地を含有するバイオリアクターに移した。メタンと空気の比例量を反応器内にスパージングした。ガス割合は、微生物の代謝によって決まった。ガススパージング速度と撹拌機速度の組み合わせによって、溶解した酸素レベルを制御した。バッチプロセスの過程において、細胞懸濁液のサンプルを反応器から抜き出し、細胞濃度を分光光度法によって測定し、遠心分離による細胞分離に続いて乾燥と秤量を行った。バッチプロセスは３０時間にわたって稼働され、最大細胞吸光度は波長５５０ｎｍで１２．１と測定された。
【００４７】
出願人らは、「特許手続きのための微生物寄託の国際認識に関するブダペスト条約」に従って、以下の生物学的寄託を行った。
【００４８】
【表１】
2005538684.tif 000003
【００４９】
実施例２
凍結メチロモナス属（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ  ｓｐ．１６ａ）細胞懸濁液の１．５ｍＬのバイアルを解凍し、２５０ｍＬの種菌増殖培地および１．０ｍＬのメタノールを含有する５００ｍＬ阻流板付き三角フラスコに入れた。フラスコ内外へのガスの拡散を許すモルトン・クロージャー（Ｍｏｒｔｏｎ  Ｃｌｏｓｕｒｅ）で、フラスコに栓をした。種菌増殖培地は以下から構成された。
【００５０】
【表２】
2005538684.tif 000004
【００５１】
【表３】
2005538684.tif 000005
【００５２】
フラスコを３０℃に設定し２１０ｒｐｍで動く振盪台に載せた。フラスコ内容物を２７時間培養して、反応器種菌Ｅ９８０１０−９０−２を得た。最終吸光度は５５０ｎｍで０．６５３と測定された。
【００５３】
使用したバイオリアクターについては実施例１で述べた。使用した反応器増殖培地の組成は次の通りであった。
【００５４】
【表４】
2005538684.tif 000006
【００５５】
５．２５Ｌの反応器増殖培地を反応器に入れた。ｐＨプローブを較正した。反応器を１２１℃で４０分間蒸気滅菌し、次に冷却して３０℃に保った。ＢＡＳＦコーポレーション（ＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる１．０ｍＬのＭａｚｕ  ＤＦ−２０４消泡剤を反応器に入れた。６時間を超える分極化の後、溶解酸素プローブを較正した。それぞれ分当たり標準リットル（ＳＬＰＭ）を０．０６に制御される、空気とメタンを反応器にスパージングした。反応器撹拌機速度を下限値の３６０ｒｐｍに絞った。撹拌機速度を使用して溶解酸素制御装置を空気中飽和率５％に設定して、定値を維持した。必要に応じてＨ２ＳＯ４またはＮＨ４ＯＨの添加によってｐＨを７．０に制御した。ＮＨ４ＯＨは、ｐＨを制御するため、並びに窒素源として使用した。
【００５６】
およそ２５０ｍＬの種菌を反応器に添加した。細胞懸濁液を時々サンプリングして吸光度（Ｏ．Ｄ．）を測定した。
【００５７】
次に下に列挙する成分を含有する、ＢＴＺ生育培地濃縮物を調製した。
【００５８】
【表５】
2005538684.tif 000007
【００５９】
反応器増殖培地濃縮物をフィルター滅菌し、バッチバイオプロセスの過程で反応器に添加した。
【００６０】
バイオプロセスの時間的経過は次のようであった。
【００６１】
【表６】
2005538684.tif 000008
【００６２】
実施例３
実施例２に詳述したようにして、２５０ｍＬの生細胞懸濁液を調製した。３０℃に設定し２１０ｒｐｍで動く振盪台にフラスコを載せた。フラスコ内容物を３０．５時間にわたり培養して、反応器種菌を製造した。最終吸光度は５５０ｎｍで１．０１６と測定された。
【００６３】
使用したバイオリアクターは、実施例１で述べたものである。ペンシルベニア州ピッツバーグのマイニング・セーフティ・アプライアンシズ・カンパニー（Ｍｉｎｉｎｇ  Ｓａｆｅｔｙ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ））によって製造されるモデル・ウルティマ酸素ガスモニター（Ｕｌｔｉｍａ）ＴＭＯ２を使用して、反応器のガス排出ストリーム中の酸素モル画分を測定した。使用した媒体は以下から構成された（溶液１は実施例２で述べたものである）。
【００６４】
【表７】
2005538684.tif 000009
【００６５】
５．２５Ｌの反応器増殖培地を反応器に入れた。ｐＨプローブを較正した。反応器を１２１℃で４０分間蒸気滅菌し、次に冷却して３０℃に保った。１．０ｍＬのＢＡＳＦ  Ｍａｚｕ  ＤＦ−２０４消泡剤を反応器に添加した。６時間を超える分極化の後、溶解酸素プローブを較正した。それぞれ分当たり標準リットル（ＳＬＰＭ）を０．０６に制御される、空気とメタンを反応器にスパージングした。反応器撹拌機速度を下限値の３６０ｒｐｍに絞った。撹拌機速度を使用して溶解酸素制御装置を空気中飽和率５％に設定して、定値を維持した。必要に応じてＨ２ＳＯ４またはＮａＯＨの添加によってｐＨを７．０に制御した。
【００６６】
およそ２５０ｍＬの種菌を反応器に添加した。細胞懸濁液を時々サンプリングして吸光度（Ｏ．Ｄ．）を測定した。
【００６７】
細胞懸濁液を時々サンプリングして吸光度（Ｏ．Ｄ．）を測定した（溶液１は実施例２で述べたものである）。
【００６８】
【表８】
2005538684.tif 000010
【００６９】
反応器増殖培地濃縮物をフィルター滅菌し、バッチバイオプロセスの過程で反応器に添加した。バイオプロセスの時間的経過は次のようであった。
【００７０】
【表９】
2005538684.tif 000011
【００７１】
バッチバイオプロセスの進行に連れて、増殖培地濃縮物を容器に添加した。細胞濃度の増大に連れて、容積空気流量を増大させて生物学的酸素要求を満たした。吸収されたＯ２の百分率は、３４．２％〜８４．８％の範囲であった。
【００７２】
実施例４
実施例２に詳述したようにして、２５０ｍＬの生細胞懸濁液を調製した。３０℃に設定し２１０ｒｐｍで動く振盪台にフラスコを載せた。フラスコ内容物を３０．５時間にわたり培養して、反応器種菌を製造した。最終吸光度は５５０ｎｍで１．０１６と測定された。
【００７３】
使用したバイオリアクターは、実施例１で述べたものである。ペンシルベニア州ピッツバーグのマイニング・セーフティ・アプライアンシズ・カンパニー（Ｍｉｎｉｎｇ  Ｓａｆｅｔｙ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ））によって製造されるモデル・ウルティマ酸素ガスモニター（Ｕｌｔｉｍａ）ＴＭＯ２を使用して、反応器のガス排出ストリーム中の酸素モル画分を測定した。使用した媒体は以下から構成された（溶液１は実施例２で述べたものである）。
【００７４】
【表１０】
2005538684.tif 000012
【００７５】
５．２５Ｌの反応器増殖培地を反応器に入れた。ｐＨプローブを較正した。反応器を１２１℃で４０分間蒸気滅菌し、次に冷却して３０℃に保った。１．０ｍＬのＢＡＳＦ  Ｍａｚｕ  ＤＦ−２０４消泡剤を反応器に添加した。６時間を超える分極化の後、溶解酸素プローブを較正した。それぞれ分当たり標準リットル（ＳＬＰＭ）を０．０６に制御される、空気とメタンを反応器にスパージングした。反応器撹拌機速度を下限値の３６０ｒｐｍに絞った。撹拌機速度を使用して溶解酸素制御装置を空気中飽和率５％に設定して、定値を維持した。必要に応じてＨ２ＳＯ４またはＮａＯＨの添加によってｐＨを７．０に制御した。
【００７６】
およそ２５０ｍＬの種菌を反応器に添加した。細胞懸濁液を時々サンプリングして吸光度（Ｏ．Ｄ．）を測定した。次に下に列挙した成分を含有する反応器増殖培地濃縮物を調製した（溶液１は実施例２で述べたものである）。
【００７７】
【表１１】
2005538684.tif 000013
【００７８】
反応器増殖培地濃縮物をフィルター滅菌し、バッチバイオプロセスの過程で反応器に添加した。バイオプロセスの時間的経過は次のようであった。
【００７９】
【表１２】
2005538684.tif 000014
【００８０】
バッチバイオプロセスの進行に連れて、増殖培地濃縮物を容器に添加した。細胞濃度の増大に連れて、容積空気流量を増大させて生物学的酸素要求を満たした。吸収されたＯ２の百分率は、３４．２％〜８４．８％の範囲であった。
【００８１】
実施例５
数学モデルを書き、コンピューターシミュレーションを実施して、水平に−向いたバイオリアクター内のメチロモナス属（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ  ｓｐ１６ａ．）のガス吸収速度および細胞生育速度に対する反応器の縦横比の効果をシミュレートした。以下の成分のために、５つの非定常状態材料バランスを書いた。気相メタン濃度、気相酸素濃度、溶解メタン濃度、溶解酸素濃度、および細胞濃度。細胞生育速度は、溶解メタンおよび酸素濃度に依存するので、細胞生育は経時的溶解ガス濃度を計算することでシミュレートされた。
【００８２】
各コンピューターシミュレーションの開始時に、バイオリアクターは、反応器増殖培地と初期細胞濃度を含有した。反応器に供給されるメタンおよび空気ガス流速は、反応器流出ガスストリームに含有されるメタン濃度に依存した。数学モデルで体現される制約は、排出メタン濃度が１０モル％以下に維持される場合、供給メタンおよび空気流を増大させることである。
【００８３】
米国マサチューセッツ州ケンブリッジ、テン・カナル・パークのアスペン・テクノロジー（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，（ＴｅｎＣａｎａｌＰａｒｋ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ０２１４１Ｕ．Ｓ．Ａ．））からのコンピューター・ソフトウェア・アプリケーションであるアスペン・カスタム・モデラー（Ａｓｐｅｎ  Ｃｕｓｔｏｍ  Ｍｏｄｅｌｅｒ）Ｖｅｒｓｉｏｎ１０．１を使用して、非定常状態材料バランスを経時的に数値的に統合した。反応器容積を一定に保ちながら、反応器縦横比（すなわち容器長さと直径の比率）が１から１５に変化する、いくつかのコンピューターシミュレーションを実施した。これらのシミュレーションは、指定期間中の細胞蓄積に対する反応器縦横比の効果を明らかにした。図８は反応器縦横比の関数としてバイオマス蓄積を示す。
【００８４】
ガス溶解度
ここでの用法では、「低溶解性」と言う用語は、水性媒体中のガス溶解度がリットル当たり１０ミリモル未満であることを意味する。表１Ａは、１気圧の圧力における様々な温度での水中の酸素溶解度を示す。表１Ｂは塩酸、硫酸、および塩化ナトリウム溶液中の酸素溶解度を示す。データは「国際クリティカルテーブル」（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔａｂｌｅｓ）第ＩＩＩ巻、２７１ページ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９２８およびＦ．トッド（Ｔｏｄｔ）著「電気化学的酸素測定」（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｃｈｅ  Ｓａｕｅｒｓｔｏｆｆｍｅｓｓｕｎｇｅｎ）Ｗ．ｄｅ  Ｇｕｙ  ａｎｄ  Ｃｏ．Ｂｅｒｌｉｎ，１９５８からのものである
【００８５】
【表１３】
2005538684.tif 000015
【００８６】
【表１４】
2005538684.tif 000016
【００８７】
【表１５】
2005538684.tif 000017
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】先行技術の垂直シリンダー装置の断面図を示す。
【図２】水平シャフト撹拌アセンブリーを示す第１の実施態様反応器装置の斜視図である。
【図３】ガスを取り込んだ液体の流れパターンも示す、切断線３−３に沿った図２の断面図である。
【図４】混合ゾーン阻流板を示す斜視図である。
【図５】第２の実施態様反応器装置の斜視図である。
【図６】インペラーシャフトが容器の直径の弦に沿って配置され、得られるガスを取り込んだ液体の流れパターンを示す、第１のインペラー配列を示す切断線６−６に沿った図５の断面図である。
【図７】、インペラーシャフトが容器の非直径の弦に沿って配置され、得られるガスを取り込んだ液体の流れパターンを示す、図６の代案の配列としての第２のインペラー配列を示す断面図である。
【図８】バイオマス蓄積に対する容器の縦横比の効果を示すプロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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