(57)【要約】  発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて効率よく回収できる技術として、下記工程（Ｉ−１）および（Ｉ−２）を含む、発酵ガス中のイソプレンの回収方法を提供する。（Ｉ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程（Ｉ−２）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程（Ｉ−１）および（Ｉ−２）を含む、発酵ガス中のイソプレンの回収方法。
（Ｉ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（Ｉ−２）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
【請求項２】
さらに下記工程（Ｉ−３）を含む、請求項１に記載の方法。
（Ｉ−３）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
【請求項３】
多孔質吸着剤が、疎水化処理された多孔質吸着剤である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
多孔質吸着剤が、シリカゲルである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
多孔質吸着剤の平均細孔径が１００オングストローム以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
イソプレン生産能を有する微生物が、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
工程（Ｉ−２）において、１００℃以下でイソプレンを脱着させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
圧力スイング吸着法により実施する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
工程（Ｉ−１）を実施する際の圧力（ＰＩ−１）と、工程（Ｉ−２）を実施する際の圧力（ＰＩ−２）が、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧５０ｋＰａを満たす、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
工程（Ｉ−１）と工程（Ｉ−２）とを交互に繰り返して行う、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱水する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱有機物処理する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
工程（Ｉ−１）の後に、さらに下記工程（Ｉ−１ａ）を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
（Ｉ−１ａ）工程（Ｉ−１）に供した発酵ガス中のイソプレン濃度をＣ０とするとき、イソプレン濃度が０．８Ｃ０以下の発酵ガスを排出する工程
【請求項１４】
下記工程（ＩＩ−１）、（ＩＩ−２）および（ＩＩ−３）を含む、精製イソプレンの製造方法。
（ＩＩ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養してイソプレンを含む発酵ガスを得る工程
（ＩＩ−２）イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（ＩＩ−３）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
【請求項１５】
さらに下記工程（ＩＩ−４）を含む、請求項１４に記載の方法。
（ＩＩ−４）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵ガス中のイソプレンの回収方法および精製イソプレンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イソプレンの製造方法の一つとして、発酵法が知られている。発酵法によるイソプレンの製造は、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）に代表されるイソプレン生産能を有する微生物を培養することにより実施可能である（特許文献１）。イソプレンは揮発性であり、かつ、水への溶解度が０．６ｇ／Ｌと低いことから、生成物であるイソプレンは培養液中に蓄積せず、発酵ガス中に含まれる。【０００３】
発酵ガス中のイソプレンを回収する単位操作としては、吸収法が知られている。吸収法は、一般に、i）吸収塔に発酵ガスを導入し、発酵ガスと吸収溶媒とを接触させ、発酵ガス中のイソプレンを吸収溶媒に吸収させる工程、ii）吸収溶媒と接触させた後の発酵ガスを吸収塔の頂部から大気中に排出する工程、iii）イソプレンを吸収した吸収溶媒を真空容器中でフラッシュ蒸発させ、イソプレンを回収する工程、およびiv）回収後の吸収溶媒を吸収塔に戻し、循環使用する工程、を包含する。吸収法に関しては、イソプレンの吸収溶媒として、イソパラフィン系溶剤を用いる方法（特許文献２および３）、炭素原子数６〜１０の炭化水素系溶媒を用いる方法（特許文献４）が知られている。【０００４】
発酵ガス中のイソプレンを回収する単位操作としてはまた、冷却法が知られている。例えば、発酵ガスを−３５℃以下に冷却してイソプレンを液化回収する方法が提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５８４９９７０号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１１／０７５５３４号
【特許文献３】国際公開第２０１０／０９９５５０号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１４３３４１号
【特許文献５】国際公開第２０１０／１０１８５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発酵法によるイソプレンの製造において、発酵ガス中のイソプレン濃度は通常５０体積％以下と低い。したがって、発酵ガス中のイソプレンを吸収法により回収する場合、プロセスへの投入エネルギーに対するイソプレンの回収率が課題となる。詳細には、吸収塔の頂部から大気中に排出される排出ガス中のイソプレン濃度は、真空容器の真空度によって決定される。そのため例えば真空度が２５ｍｍＨｇ程度の場合には吸収塔からの放散ロスがあり、例えば排出ガス中のイソプレン濃度を１体積％程度にするためには真空容器の真空度を７ｍｍＨｇ以下にする必要があり、特に配管中を流れる吸収溶媒の抵抗ロスを考慮すると２ｍｍＨｇ以下にする必要がある。しかしながら、このような真空度で操作する場合、吸収溶媒自身も一部蒸発し、循環使用に耐えられない。一方、２ｍｍＨｇ程度の高真空で、しかも大量（例えば１００〜２０００ｍ３／時）の排出ガスを処理する真空ポンプは見当らない。従って、吸収法では、排出ガス中のイソプレン濃度を１体積％以下に抑えながら目的物質であるイソプレンを回収することが困難である。【０００７】
さらに、ジエン系化合物であるイソプレンは、熱安定性が悪いことが知られている。放散塔（再生塔）の塔内温度によってはイソプレンが分解することもあり、イソプレンの回収率はさらに不利となる。【０００８】
発酵ガス中のイソプレンを冷却法により回収する場合、以下の課題がある。すなわち、発酵ガスを冷却してイソプレンを液化回収するに際して、イソプレンは、その凝縮点以下の温度に達するまでは液化しない。このため、イソプレン濃度が５０体積％以下である発酵ガス中のイソプレンを液化回収するには、冷却温度を下げるか、あるいは圧力を加える必要があり、プロセスへの投入エネルギーに対するイソプレンの回収率が課題となる。例えば、大気圧条件下において、イソプレン濃度が５０体積％である発酵ガス中のイソプレンを回収率９９％にて回収するには−６４℃に温度を下げる必要があり、イソプレン濃度が１０体積％である発酵ガス中のイソプレンを回収率９９％にて回収するには−８０℃に温度を下げる必要がある。一方で、発酵ガスに含まれる二酸化炭素は−５７℃以下に冷却することでドライアイスとなり、冷却管を閉塞させる危険性がある。また１ＭＰａの圧力条件下においても、イソプレン濃度が１０体積％である発酵ガス中のイソプレンを回収率９９％にて回収するには−５５℃に温度を下げる必要がある。また冷媒に関して、−７０℃程度の冷却温度であれば冷媒としてメチルクロライドが使用できるが、この冷媒については、人体に対する毒性があることから、近年、一般的に利用されていない。さらにメチルクロライド以外に工業的に使用できる適切な冷媒は知られていない。【０００９】
このように、発酵ガス中のイソプレンを回収する技術に関しては未だ改善の余地があり、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて効率よく、また安全に回収できる技術が求められている。【００１０】
本発明の課題は、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて効率よく回収できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題につき鋭意検討した結果、多孔質吸着剤によるイソプレンの吸脱着を利用することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１２】
すなわち、本発明は以下の内容を含む。
［１］  下記工程（Ｉ−１）および（Ｉ−２）を含む、発酵ガス中のイソプレンの回収方法。
（Ｉ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（Ｉ−２）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
［２］  さらに下記工程（Ｉ−３）を含む、［１］に記載の方法。
（Ｉ−３）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
［３］  多孔質吸着剤が、疎水化処理された多孔質吸着剤である、［１］又は［２］に記載の方法。
［４］  多孔質吸着剤が、シリカゲルである、［１］〜［３］のいずれかに記載の方法。
［５］  多孔質吸着剤の平均細孔径が１００オングストローム以下である、［１］〜［４］のいずれかに記載の方法。
［６］  イソプレン生産能を有する微生物が、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌である、［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。
［７］  工程（Ｉ−２）において、１００℃以下でイソプレンを脱着させる、［１］〜［６］のいずれかに記載の方法。
［８］  圧力スイング吸着法により実施する、［１］〜［７］のいずれかに記載の方法。
［９］  工程（Ｉ−１）を実施する際の圧力（ＰＩ−１）と、工程（Ｉ−２）を実施する際の圧力（ＰＩ−２）が、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧５０ｋＰａを満たす、［８］に記載の方法。
［１０］  工程（Ｉ−１）と工程（Ｉ−２）とを交互に繰り返して行う、［８］又は［９］に記載の方法。
［１１］  工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱水する、［１］〜［１０］のいずれかに記載の方法。
［１２］  工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱有機物処理する、［１］〜［１１］のいずれかに記載の方法。
［１３］  工程（Ｉ−１）の後に、さらに下記工程（Ｉ−１ａ）を含む、［１］〜［１２］のいずれかに記載の方法。
（Ｉ−１ａ）工程（Ｉ−１）に供した発酵ガス中のイソプレン濃度をＣ０とするとき、イソプレン濃度が０．８Ｃ０以下の発酵ガスを排出する工程
［１４］  下記工程（ＩＩ−１）、（ＩＩ−２）および（ＩＩ−３）を含む、精製イソプレンの製造方法。
（ＩＩ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養してイソプレンを含む発酵ガスを得る工程
（ＩＩ−２）イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（ＩＩ−３）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
［１５］  さらに下記工程（ＩＩ−４）を含む、［１４］に記載の方法。
（ＩＩ−４）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて効率よく回収できる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を実施するためのイソプレン回収装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態を実施するための、脱水処理器を備えたイソプレン回収装置の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態を実施するための、水洗処理器および脱水処理器を備えたイソプレン回収装置の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、実施例５においてＰ．ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌を培養して得られる発酵ガス中のイソプレン濃度を示す図である。
【図５】図５は、実施例５においてＰ．ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌を培養して得られる発酵ガス中のイソプレンの積算重量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適な実施形態に即して詳細に説明する。
【００１６】
［発酵ガス中のイソプレンの回収方法］
本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法は、下記工程（Ｉ−１）および（Ｉ−２）を含む。
（Ｉ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（Ｉ−２）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
【００１７】
吸着剤を使用して混合ガス中の特定成分を吸着・分離する技術は、環境保全対策の技術分野において、希薄な濃度の揮発性有機化合物の大気中への放出を抑制する目的で利用されている。本発明においては、斯かる吸着技術を使用して発酵ガス中のイソプレンを多孔質吸着剤に吸着させた後、多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを分解させることなく気体状にて脱着させることにより、発酵ガスから高い回収率にて効率よくイソプレンを回収できることを見出したものである。
【００１８】
＜工程（Ｉ−１）＞
工程（Ｉ−１）において、イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる。
【００１９】
ここで、「イソプレン生産能を有する微生物」には、１）本来的にイソプレン生産能を有する微生物と、２）本来的にはイソプレン生産能を有しない又は実質的に有しないがイソプレンシンターゼ遺伝子を遺伝子組み換えにより導入されて後天的にイソプレン生産能を有するに至った微生物の双方が含まれる。
【００２０】
本来的にイソプレン生産能を有する微生物としては、細菌が好ましく、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌、ストレプトマイセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）属細菌、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌がより好ましく、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌がさらに好ましい。バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌としては、例えば、枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、アミロリクファシエンス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ）、セレウス菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｅｒｅｕｓ）が挙げられ、中でも枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ）が好ましい。
【００２１】
本来的にイソプレン生産能を有しない又は実質的に有しないがイソプレンシンターゼ遺伝子を遺伝子組み換えにより導入されて後天的にイソプレン生産能を有し得る微生物としては、細菌又は真菌が好ましい。細菌としては、例えば、エシュリヒア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）属細菌、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）属細菌、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌が挙げられ、エシュリヒア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）属細菌、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）属細菌が好ましく、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌がより好ましい。例えば、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌としては、パントエア・アナナティス（Ｐａｎｔｏｅａ  ａｎａｎａｔｉｓ）、パントエア・スチューアルティ（Ｐａｎｔｏｅａ  ｓｔｅｗａｒｔｉｉ）、パントエア・アグロメランス（Ｐａｎｔｏｅａ  ａｇｇｌｏｍｅｒａｎｓ）、パントエア・シトレア（Ｐａｎｔｏｅａ  ｃｉｔｒｅａ）等が挙げられる。真菌としては、例えば、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌、ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）属菌、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属菌、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属菌、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属菌、ムコール（Ｍｕｃｏｒ）属菌が挙げられ、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌が好ましい。
【００２２】
微生物を培養する培地としては、イソプレンに転換されるための炭素源を含むことが好ましい。炭素源としては、例えば、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類等の炭水化物；ショ糖を加水分解した転化糖；グリセロール；メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸塩、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭素原子数が１の化合物；コーン油、パーム油、大豆油等のオイル；アセテート；動物油脂；動物オイル；飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸等の脂肪酸；脂質；リン脂質；グリセロ脂質；モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライド等のグリセリン脂肪酸エステル；微生物性タンパク質、植物性タンパク質等のポリペプチド；加水分解されたバイオマス炭素源等の再生可能な炭素源；酵母エキス；及びこれらの組み合わせが挙げられる。培地は、炭素源に加えて、窒素源、無機イオン及び必要に応じてその他の有機微量成分を含むことが好ましい。斯かる窒素源、無機イオン及びその他の有機微量成分としては、従来公知の任意の成分を使用してよい。培地は、天然培地であっても、合成培地であってもよい。
【００２３】
培養条件としては、イソプレンの生産が可能な条件であれば、特に限定されず、標準的な細胞培養条件を用いてよい。培養温度としては、２０℃〜３７℃が好ましい。また、微生物の性質に応じて好気性、無酸素性、又は嫌気性条件下で培養を行うことが好ましい。
【００２４】
培養方法としては、バッチ培養法、流加培養法、連続培養法等の公知の発酵方法を用いてよい。
【００２５】
イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られる発酵ガスは、通常、発酵ガス全体に対して、５０体積％以下の濃度にてイソプレンを含む。発酵ガス中のイソプレン濃度は、微生物の種類、培養条件、後述するキャリアとなるガスの量等によっても異なり、発酵ガス全体に対して、４０体積％以下、３０体積％以下、２０体積％以下、又は１０体積％以下であってもよい。本発明によれば、イソプレン濃度が１０体積％以下と極めて低い発酵ガスを使用する場合であっても、イソプレンを高い回収率にて効率よく回収することが可能である。発酵ガス中のイソプレン濃度の下限は、通常０．０５体積％より高く、例えば、０．１体積％以上、１体積％以上、２体積％以上、又は３体積％以上である。
【００２６】
イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られる発酵ガスは、通常、イソプレンに加えて、二酸化炭素、水分、および酸素含有有機化合物（例えば、低級アルコール、低級アルデヒドおよび低級脂肪酸）等を含む。ここで、「低級」とは、炭素原子数が１〜６の範囲にあることを意味する。酸素含有有機化合物の具体例としては、有機酸（例えば、酢酸、ピルビン酸、クエン酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、乳酸、α−ケトグルタル酸、ギ酸）、１，３−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、アセトイン、ブタノール、エタノール、メタノール等が挙げられる。
【００２７】
イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られる発酵ガスは、窒素、空気、二酸化炭素、酸素、イソプレンガス等のキャリアとなるガスと混合して、工程（Ｉ−１）に使用してもよい。斯かる場合は、「イソプレンを含む発酵ガス」は、上記成分に加えて、キャリアとなるガスを含有してもよい。
【００２８】
工程（Ｉ−１）において使用する多孔質吸着剤は、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、疎水化処理された多孔質吸着剤が好ましい。疎水化処理された多孔質吸着剤としては、例えば、１）疎水基を有する表面処理剤によって表面処理された多孔質吸着剤、および２）高温（例えば、２００℃以上、好ましくは３００℃以上、より好ましくは４００℃以上）で加熱処理して疎水性が付与された多孔質吸着剤が挙げられる。また、多孔質吸着剤にゼオライトを使用する場合、スチーミング等の公知の脱アルミニウム処理によりＳｉ／Ａｌ原子比を１０以上、１５以上、２０以上、２５以上、又は３０以上に高めたゼオライトも、疎水化処理された多孔質吸着剤として好適である。斯かる場合、Ｓｉ／Ａｌ原子比の上限は特に限定されないが、通常、１０００以下、５００以下などとし得る。
【００２９】
疎水基を有する表面処理剤としては、疎水基を多孔質吸着剤の表面に導入し得る限り特に限定はされないが、例えば、疎水基を有するシランカップリング剤、疎水基を有するジシラザン化合物が挙げられる。ここで、疎水基としては、例えば、炭素原子数が１〜２０（好ましくは１〜１０、より好ましくは１〜６、さらに好ましくは１〜４）のアルキル基、炭素原子数が６〜２０（好ましくは６〜１４、より好ましくは６〜１２、さらに好ましくは６〜１０）のアリール基、ビニル基が挙げられる。
【００３０】
疎水基を有するシランカップリング剤としては、疎水基を２個又は３個有するシランカップリング剤が好ましく、例えば、トリアルキルハロシラン、ジアルキルハロシラン、トリアリールハロシラン、ジアリールハロシラン、トリアルキルアルコキシシラン、ジアルキルアルコキシシラン、トリアリールアルコキシシラン、及びジアリールアルコキシシランが挙げられる。ここで、アルキル基およびアリール基の炭素原子数は上記のとおりであり、ハロゲン原子としては塩素原子が好ましい。
疎水基を有するシランカップリング剤の好適な具体例としては、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、トリフェニルクロロシラン、及びトリフェニルメトキシシランが挙げられる。
【００３１】
疎水基を有するジシラザン化合物としては、疎水基を４個、５個又は６個有するジシラザン化合物が好ましく、例えば、ヘキサアルキルジシラザン、ペンタアルキルジシラザン、テトラアルキルジシラザン、ヘキサアリールジシラザン、ペンタアリールジシラザン、及びテトラアリールジシラザンが挙げられる。ここで、アルキル基およびアリール基の炭素原子数は上記のとおりである。疎水基を有するジシラザン化合物の好適な具体例としては、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ペンタメチルジシラザン、ペンタフェニルジシラザン、テトラフェニルジシラザン、及びテトラフェニルジシラザンが挙げられる。
【００３２】
多孔質吸着剤の平均細孔径は、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、好ましくは１００オングストローム以下、より好ましくは８０オングストローム以下、さらに好ましくは６０オングストローム以下である。多孔質吸着剤の平均細孔径の下限は、通常、２オングストローム以上であり、好ましくは３オングストローム以上、４オングストローム以上、５オングストローム以上又は２０オングストローム以上である。
多孔質吸着剤の平均細孔径は、例えば、ガス吸着法、Ｘ線小角散乱法等の公知の方法により測定することができる。
【００３３】
多孔質吸着剤としては、発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、ゼオライト又はシリカゲルが好ましく、シリカゲルが特に好ましい。
【００３４】
多孔質吸着剤は、１種単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。２種以上の多孔質吸着剤を使用する場合、２種以上の多孔質吸着剤を混合して使用してもよく、種類毎に別個の層を形成するように多孔質吸着剤を積層して使用してもよい。
【００３５】
工程（Ｉ−１）において、イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる際の条件は、多孔質吸着剤にイソプレンが円滑に吸着する限り特に限定されない。
【００３６】
一実施形態において、イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる際の温度は、５０℃以下が好ましく、４０℃以下がより好ましく、３０℃以下がさらに好ましい。当該温度の下限は特に限定されないが、通常、０℃以上、好ましくは１０℃以上である。
【００３７】
一実施形態において、イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる際の発酵ガスの線速度は、０．５〜３００ｃｍ／秒の範囲が好ましく、０．８〜３００ｃｍ／秒の範囲がより好ましく、１．０〜３００ｃｍ／秒の範囲、５〜３００ｃｍ／秒の範囲、１０〜３００ｃｍ／秒の範囲、又は１０〜２００ｃｍ／秒の範囲がさらにより好ましい。
【００３８】
イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる際の圧力は、発酵ガス中のイソプレンが多孔質吸着剤に吸着する限り特に限定されない。発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、工程（Ｉ−１）の際の圧力は、後述する工程（Ｉ−２）の際の圧力よりも高いことが好ましい。圧力条件の詳細に関しては、後述する。
【００３９】
イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる時間は、発酵ガス中のイソプレン濃度、多孔質吸着剤の種類、温度、圧力、線速度等の各種接触条件に応じて適宜決定してよい。採用する接触条件において、破過時間を予め測定し、斯かる破過時間を接触時間の上限とすることが好ましい。ここで、「破過時間」とは、多孔質吸着剤が吸着飽和に達するまでの時間をいう。
【００４０】
工程（Ｉ−１）において多孔質吸着剤に接触させた後の発酵ガスは、系外に排出される。本発明によれば、工程（Ｉ−１）において発酵ガス中のイソプレンを高い吸着率にて多孔質吸着剤に吸着させることができ、多孔質吸着剤に接触させた後の発酵ガス中のイソプレン濃度は極めて低い。多孔質吸着剤に接触させた後の発酵ガス中のイソプレン濃度は、工程（Ｉ−１）に供される発酵ガス中のイソプレン濃度にもよるが、通常１体積％以下又は０．１体積％以下であり、好ましくは５００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
なお、工程（Ｉ−１）に供される発酵ガス（即ち、多孔質吸着剤に接触させる前の発酵ガス）中のイソプレン濃度をＣ０とし、工程（Ｉ−１）において多孔質吸着剤に接触させた後の発酵ガス中のイソプレン濃度をＣ１とするとき、Ｃ０とＣ１は、Ｃ１＜Ｃ０を満たす。Ｃ１／Ｃ０比は、通常０．８以下であり、好ましくは０．６以下、より好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．２以下、さらにより好ましくは０．１以下、０．０１以下、又は０．００１以下である。
【００４１】
好適な一実施形態において、本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法は、工程（Ｉ−１）の後に、下記工程（Ｉ−１ａ）をさらに含んでもよい。
（Ｉ−１ａ）工程（Ｉ−１）に供した発酵ガス中のイソプレン濃度をＣ０とするとき、イソプレン濃度が０．８Ｃ０以下の発酵ガスを排出する工程
【００４２】
工程（Ｉ−１ａ）において、排出される発酵ガス中のイソプレン濃度は、工程（Ｉ−１）に供した発酵ガス中のイソプレン濃度をＣ０とするとき、好ましくは０．６Ｃ０以下、より好ましくは０．４Ｃ０以下、さらに好ましくは０．２Ｃ０以下、さらにより好ましくは０．１Ｃ０以下、０．０１Ｃ０以下、又は０．００１Ｃ０以下である。
【００４３】
好適な一実施形態において、工程（Ｉ−１ａ）は、下記工程（Ｉ−１ａ’）であってよい。
（Ｉ−１ａ’）イソプレン濃度が１体積％以下の発酵ガスを排出する工程
【００４４】
工程（Ｉ−１ａ’）において、排出される発酵ガス中のイソプレン濃度は、好ましくは０．１体積％以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【００４５】
＜工程（Ｉ−２）＞
工程（Ｉ−２）において、多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる。これにより、イソプレンガスが回収される。
【００４６】
一般的に吸着剤から目的物質を脱着させる方法は、脱着した目的物質を他の工程で利用する場合と、利用しない場合で大きく異なる。例えば、先に述べた揮発性有機化合物の大気中への放出を抑制する技術においては、その目的ゆえに、吸着した揮発性有機化合物を、構造を保ったまま脱着させる必要はない。そのため、揮発性有機化合物の吸着した吸着剤を強熱して揮発性有機化合物を脱着させ、吸着剤を再生する場合が多い。斯かる場合、揮発性有機化合物は、脱着処理の前後で分解するなどして構造が変化するのが通常である。
これに対し、本発明は、多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを製品として回収することを目的としており、脱着処理の前後でイソプレンの構造変化を抑制、防止する必要がある。
【００４７】
多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる際の条件は、イソプレンの構造変化を抑制、防止して品質を保った状態でイソプレンを脱着させることが可能な条件でなければならない。
【００４８】
一実施形態において、多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる際の温度は、１００℃以下が好ましく、８０℃以下がより好ましく、６０℃以下がさらに好ましい。当該温度の下限は特に限定されないが、通常、０℃以上、好ましくは１０℃以上である。
【００４９】
工程（Ｉ−２）は、パージガスの流通下に実施してもよい。パージガスとしては、イソプレンの構造変化を引き起こさない限り特に限定はされず、例えば、空気、窒素、及びその混合ガスが挙げられる。パージガスは、工程（Ｉ−２）に先立ち、水分を除去することが好ましい。パージガスの流通下に工程（Ｉ−２）を実施する場合、パージガスの線速度は、特に限定されないが、０．５〜３００ｃｍ／秒の範囲が好ましく、１．０〜３００ｃｍ／秒の範囲がより好ましい。
【００５０】
多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる際の圧力は、特に限定されないが、大気圧以下であることが好ましい。これにより、パージガスの流通下に脱着させる場合のパージガスの使用量を抑えることができる。発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、工程（Ｉ−２）の際の圧力は、工程（Ｉ−１）の際の圧力よりも低いことが好ましい。圧力条件の詳細に関しては、後述することとする。
【００５１】
多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる時間は、多孔質吸着剤の種類、温度、圧力等の各種脱着条件に応じて適宜決定してよい。
【００５２】
工程（Ｉ−２）により、イソプレン、他の吸着物、使用した場合にはパージガス等を含む混合ガスが得られる。得られた混合ガスを冷却（例えば、−２０℃〜１５℃）することにより、イソプレンガスを凝縮させて液体イソプレンを回収することができる。
【００５３】
したがって、好適な一実施形態において、本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法は、上記工程（Ｉ−１）および（Ｉ−２）に加えて、下記工程（Ｉ−３）を含む。
（Ｉ−３）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
【００５４】
液体イソプレンを回収した後の混合ガスにはイソプレンが僅かに残存していることから、斯かる混合ガスを工程（Ｉ−１）に利用してもよい。
【００５５】
好適な一実施形態において、本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法は、圧力スイング吸着法（以下、「ＰＳＡ法」ともいう。）により実施する。本発明の方法をＰＳＡ法により実施することにより、イソプレンの構造変化（品質劣化）を一層抑制することができ、発酵ガス中のイソプレンをより高い回収率にて回収することが可能である。
【００５６】
本発明の方法をＰＳＡ法により実施する場合、工程（Ｉ−１）を実施する際の圧力（ＰＩ−１）と、工程（Ｉ−２）を実施する際の圧力（ＰＩ−２）とは、ＰＩ−１＞ＰＩ−２を満たすことが好ましい。発酵ガス中のイソプレンを高い回収率にて回収する観点から、上記ＰＩ−１およびＰＩ−２は、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧５０ｋＰａを満たすことが好ましく、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧９０ｋＰａを満たすことがより好ましく、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧１００ｋＰａを満たすことがさらに好ましく、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧１５０ｋＰａを満たすことがさらにより好ましく、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧２００ｋＰａ、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧３００ｋＰａ、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧４００ｋＰａ、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧５００ｋＰａ、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧６００ｋＰａ、ＰＩ−１−ＰＩ−２≧７００ｋＰａ、又はＰＩ−１−ＰＩ−２≧８００ｋＰａを満たすことが特に好ましい。上記ＰＩ−１とＰＩ−２の差分（ＰＩ−１−ＰＩ−２）の上限は、通常、９００ｋＰａ以下であり、好ましくは８００ｋＰａ以下である。
【００５７】
本発明の方法をＰＳＡ法により実施する場合、工程（Ｉ−１）を実施する際の圧力（ＰＩ−１）は、上記ＰＩ−１＞ＰＩ−２を満たす限り特に限定されず、使用する多孔質吸着剤の吸着能に応じて決定してよいが、通常、９５０ｋＰａＧ以下であり、好ましくは７５０ｋＰａＧ以下である。
【００５８】
本発明の方法をＰＳＡ法により実施する場合、工程（Ｉ−２）を実施する際の圧力（ＰＩ−２）は、上記ＰＩ−１＞ＰＩ−２を満たす限り特に限定されず、使用する多孔質吸着剤の脱着能に応じて決定してよいが、通常、９００ｋＰａＧ以下であり、好ましくは１００ｋＰａＧ以下、より好ましくは０ｋＰａＧ以下、−５０ｋＰａＧ以下、−９０ｋＰａＧ以下、又は−１００ｋＰａＧ以下である。
【００５９】
本発明の方法をＰＳＡ法により実施する場合、工程（Ｉ−１）と工程（Ｉ−２）とを交互に繰り返して行うことが好ましい。
【００６０】
工程（Ｉ−１）と工程（Ｉ−２）の切り替え時間、即ち、工程（Ｉ−１）の終了時点から工程（Ｉ−２）の開始時点までの時間、又は工程（Ｉ−２）の終了時点から次の工程（Ｉ−１）の開始時点までの時間は、好ましくは１〜３０分間である。また、切り替えの際は、パージ操作を行うことが好ましい。パージ操作は、常温の空気、窒素、又はその混合ガス等を多孔質吸着剤に流通させて行うことができる。
【００６１】
以下、本発明の方法をＰＳＡ法により実施する一実施形態について、図１を参照しつつ、説明する。
【００６２】
図１は、第１の吸着塔１および第２の吸着塔２を備えるイソプレン回収装置１００を示す。多孔質吸着剤は、第１の吸着塔１および第２の吸着塔２に多孔質吸着剤層として含まれる。
【００６３】
はじめに、イソプレンを含む発酵ガス（以下、「フィードガス」ともいう。）３を、フィードガス送気管１０及び１１（または１０及び１１’）を介して、第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）に送気する。これにより、第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）において、イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤と接触させる（即ち、工程（Ｉ−１））。
【００６４】
所定条件にて工程（Ｉ−１）を実施した後、処理済み発酵ガスを、排出管１４（または１４’）を介して、系外に排出する（即ち、工程（Ｉ−１ａ））。
【００６５】
次いで、パージガス４を、パージガス送気管１５及び１６（または１５及び１６’）を介して、第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）に送気すると共に、イソプレン含有パージガス送気管１２（または１２’）を介して真空ポンプ６で吸引する。これにより、第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）において、多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる（即ち、工程（Ｉ−２））。
【００６６】
所定条件にて工程（Ｉ−２）を実施した後、イソプレン含有パージガスを冷却器７により冷却して、イソプレンを液化させる。その後、液化したイソプレンを分離器８によりガス成分と分離して、液体イソプレン９を回収する（即ち、工程（Ｉ−３））。
【００６７】
分離器８で分離したガス成分にはイソプレンが残存する。よって、分離ガス成分を、返送管１３を介して、フィードガス送気管１０に戻し、フィードガス３と一緒にして次の工程（Ｉ−１）に利用することができる。
【００６８】
なお、第１の吸着塔１において工程（Ｉ−１）を実施する際に第２の吸着塔２において工程（Ｉ−２）が実施され、第１の吸着塔１において工程（Ｉ−２）を実施する際に第２の吸着塔２において工程（Ｉ−１）が実施されるように操作することにより、連続的に発酵ガス中のイソプレンを回収することが可能である。
【００６９】
以上、２つの吸着塔を備えるイソプレン回収装置を使用して、本発明の方法をＰＳＡ法により実施する一実施形態について説明したが、イソプレン回収装置が備える吸着塔の数は特に制限されない。イソプレン回収装置は、１つの吸着塔を備えていてもよく、２つの吸着塔を備えていてもよく、３つ以上の吸着塔を備えていてもよい。
【００７０】
＜その他の処理＞
イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られる発酵ガスは、通常、水分を含む。飽和水蒸気を含む場合のように水分量が多い発酵ガスを使用する際、所望のイソプレン回収率を実現する観点から、工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱水することが好ましい。
【００７１】
イソプレンを含む発酵ガスの脱水は、ガス中の水分を除去するに際して従来公知の方法を使用してよい。斯かる脱水方法として、例えば、ｉ）イソプレンを含む発酵ガスを吸湿剤に接触させる方法、ｉｉ）イソプレンを含む発酵ガスを冷却して水分を凝縮除去する方法が挙げられる。ｉ）の方法において、吸湿剤としては、特に限定されないが、例えば、塩化カルシウム、五酸化二リン及び硫酸銅無水塩等の化学的吸湿剤；シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライト等の物理的吸湿剤が挙げられる。なお、物理的吸湿剤は、疎水化処理されていないことが好ましい。ｉｉ）の方法において、イソプレンを含む発酵ガスの冷却温度は、好ましくは０〜３０℃、より好ましくは０〜２０℃である。冷却は、コイル型熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器等の公知の熱交換器を使用して実施してよい。
【００７２】
工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱水する場合、本発明の方法は、例えば、図２に示すイソプレン回収装置２００を使用して実施することができる。イソプレン回収装置２００は、フィードガス送気管１０の途中に、脱水処理器１７を備える。その他の構成は、イソプレン回収装置１００と同様である。
【００７３】
また、回収イソプレン中の有機不純物量を低減させる観点から、工程（Ｉ−１）の前に、脱有機物処理をすることが好ましい。脱有機物処理として、イソプレンを含む発酵ガスを水洗又は冷却することが好ましいが、吸着剤に吸着させる方法や水以外の溶液に吸収させる方法など、有機物（特に先述の酸素含有有機化合物）が除去できる方法であれば水洗、冷却に限定されない。
【００７４】
イソプレンを含む発酵ガスの水洗方法としては、例えば、イソプレンを含む発酵ガスを水にバブリングする方法、スクラバーのように水洗塔の上部から水を降らし、下部からガスを通気する方法等が挙げられる。
【００７５】
水洗処理に使用する水の温度は、好ましくは５〜４０℃、より好ましくは１０〜２５℃である。
【００７６】
なお、工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを水洗する場合、斯かる水洗の後に、イソプレンを含む発酵ガスを脱水することが好ましい。したがって、好適な一実施形態においては、本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法は、工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを水洗した後に脱水することを含む。
【００７７】
工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱有機物処理する場合、本発明の方法は、例えば、図３に示すイソプレン回収装置３００を使用して実施することができる。イソプレン回収装置３００は、フィードガス送気管１０の途中に、フィードガス上流側から水洗処理器１８および脱水処理器１７を備える。その他の構成は、イソプレン回収装置１００と同様である。
【００７８】
イソプレンを含む発酵ガスを冷却して脱水処理と脱有機物処理を実施する場合、本発明の方法は、例えば、図２に示すイソプレン回収装置２００を使用して実施することができる。斯かる場合、イソプレン回収装置２００における脱水処理器１７は、脱有機物処理器としての役割も併せ持つ。
【００７９】
本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法においてはまた、工程（Ｉ−１）の前に、イソプレンを含む発酵ガスを脱炭酸ガス処理することが好ましい。イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られる発酵ガスには、炭酸ガス（二酸化炭素）が相当量含まれる。発酵ガス中の炭酸ガス量を減じることにより、処理対象となる発酵ガス量を減じることができ、吸脱着時の加熱、加圧に要するエネルギーを低減させることができる。
【００８０】
脱炭酸ガス処理としては、例えば、イソプレンを含む発酵ガスを低温の水で洗浄する方法、アルカリ性の水溶液で洗浄する方法等が挙げられる。イソプレンを含む発酵ガスを低温の水やアルカリ性の水溶液で洗浄する方法として、例えばイソプレンを含む発酵ガスを低温の水やアルカリ性の水溶液にバブリングする方法、スクラバーのように水洗塔の上部から低温の水やアルカリ性の水溶液を降らし、下部から発酵ガスを通気する方法等を用いてよい。ここで、脱炭酸ガス処理に使用する「低温の水」とは、好ましくは３０℃以下、より好ましくは２５℃以下、さらに好ましくは２０℃以下、さらにより好ましくは１５℃以下、特に好ましくは１０℃以下の水である。
【００８１】
脱炭酸ガス処理として、低温の水で洗浄する方法を使用する場合、斯かる低温水洗処理は、上記の有機不純物を除去するための水洗処理と同時に実施してもよく、別個の処理として実施してもよい。
【００８２】
本発明の発酵ガス中のイソプレンの回収方法によれば、１０００ｍ３／時を超える大量の発酵ガスから、該発酵ガスに５０体積％以下の低濃度で含まれるイソプレンを高い回収率にて回収することができる。本発明によれば、イソプレン濃度が４０体積％以下、３０体積％以下、２０体積％以下、又は１０体積％以下と極めて低い発酵ガスを使用する場合であっても、イソプレンを高い回収率にて回収することが可能である。
【００８３】
本発明の方法をＰＳＡ法により実施する場合、吸着塔から排出される処理済み発酵ガス中のイソプレン濃度は１体積％以下と低く、例えば、０．１体積％以下、５００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、又は１０ｐｐｍ以下にまで低減させることが可能である。
【００８４】
［精製イソプレンの製造方法］
本発明はまた、精製イソプレンの製造方法も提供する。本発明の精製イソプレンの製造方法は、下記工程（ＩＩ−１）、（ＩＩ−２）および（ＩＩ−３）を含む。
（ＩＩ−１）イソプレン生産能を有する微生物を培養してイソプレンを含む発酵ガスを得る工程
（ＩＩ−２）イソプレンを含む発酵ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程
（ＩＩ−３）多孔質吸着剤に吸着したイソプレンを脱着させる工程
【００８５】
工程（ＩＩ−１）において、イソプレン生産能を有する微生物を培養してイソプレンを含む発酵ガスを得る。
【００８６】
イソプレン生産能を有する微生物および培養条件等は、上記［発酵ガス中のイソプレンの回収方法］において説明したとおりである。
【００８７】
工程（ＩＩ−２）および工程（ＩＩ−３）は、それぞれ、上記［発酵ガス中のイソプレンの回収方法］において説明した工程（Ｉ−１）および工程（Ｉ−２）と同様に実施してよい。また、工程（ＩＩ−２）の後に、先述の工程（Ｉ−１ａ）を実施してよい。斯かる場合、先述の工程（Ｉ−１ａ）において、「工程（Ｉ−１）」は「工程（ＩＩ−２）」と読み替えて適用すればよい。
【００８８】
本発明の精製イソプレンの製造方法は、上記工程（ＩＩ−１）、（ＩＩ−２）および（ＩＩ−３）に加えて、下記工程（ＩＩ−４）を含むことが好ましい。
（ＩＩ−４）脱着したイソプレンを冷却して液体イソプレンを回収する工程
【００８９】
本発明の精製イソプレンの製造方法はまた、工程（ＩＩ−１）と工程（ＩＩ−２）の間に、i）イソプレンを含む発酵ガスを脱有機物処理すること、ii）イソプレンを含む発酵ガスを脱水すること、及びiii）イソプレンを含む発酵ガスを脱炭酸ガス処理すること、から選ばれる１以上の処理を実施してもよい。
斯かる処理に関しては、上記［発酵ガス中のイソプレンの回収方法］において説明したとおりである。
【実施例】
【００９０】
［実施例１］
１．多孔質吸着剤の評価
１．１．評価した多孔質吸着剤の種類
多孔質吸着剤として、活性炭［味の素ファインテクノ社製「Ｙ−４」（商品名）］、疎水性モレキュラーシーブ（ハイシリカゼオライト）［ユニオン昭和社製「Ｈｉｓｉｖ−１０００」、「Ｈｉｓｉｖ−３０００」、「ＵＳＫＹ−７９０」（いずれも商品名）］、および疎水性シリカゲル［（富士シリシア化学社製「Ｓ−３」、「Ｓ−６」（いずれも商品名）］を用いた。なお、各多孔質吸着剤の平均細孔径は以下のとおりであった。
・活性炭「Ｙ−４」：約２０オングストローム
・疎水性モレキュラーシーブ「Ｈｉｓｉｖ−１０００」：９オングストローム
・疎水性モレキュラーシーブ「Ｈｉｓｉｖ−３０００」：６オングストローム
・疎水性モレキュラーシーブ「ＵＳＫＹ−７９０」：９オングストローム
・疎水性シリカゲル「Ｓ−３」：約３０オングストローム
・疎水性シリカゲル「Ｓ−６」：約６０オングストローム【００９１】
１．２．イソプレンガスの調製方法
３７℃に加温した三口フラスコに、一つの口から０．０２５ｍＬ／分の速度で試薬イソプレン（東京化成工業社製）を滴下し、別の口から３００ｍＬ／分の速度で窒素ガスを通気した。残った口から、濃度約１体積％のイソプレンガスを得た。【００９２】
１．３．イソプレン吸着量の測定
両端が密閉できる内径２ｃｍ、長さ２０ｃｍのステンレス製カラムに、下記表１に示す重量の多孔質吸着剤を充填した。上記１．２．で得られた濃度１体積％のイソプレンガスを流速３００ｍＬ／分（線速度１．５９ｃｍ／秒）にて多孔質吸着剤を充填したカラムに通気し、カラム出口のイソプレン濃度をセンサーガスクロマトグラフ（ＦＩＳ社製「ＯＤＳＡ−Ｐ２」）にて連続的に測定した。カラム出口のイソプレン濃度が１体積％付近になった時点で破過したと判断し、通気を停止した。その後、カラムと多孔質吸着剤の合計重量を測定し、該合計重量からカラム重量を減算して多孔質吸着剤の重量を算出した。多孔質吸着剤の重量の増加分を、吸着イソプレン重量とした。結果を表１に示す。【００９３】
【表１】
2014156997.tif 000002
【００９４】
表１に示すとおり、活性炭が最もよくイソプレンを吸着した。【００９５】
１．４．イソプレン脱着量の測定
上記１．３．にて破過した多孔質吸着剤が充填されたカラムの一端に真空ポンプを接続し、カラムの内圧が３．４ｋＰａになるまで減圧した。その際、活性炭および疎水性モレキュラーシーブに関しては、カラムを８０℃に加熱した。疎水性シリカゲルに関しては、室温（２５℃）下、真空ポンプと反対側のカラム口から窒素ガスを流量３００ｍＬ／分で通気した。
脱着時間は、活性炭は７時間、疎水性モレキュラーシーブは１６時間若しくは２１時間、疎水性シリカゲルは０．５時間であった。脱着処理の後、カラムと多孔質吸着剤の合計重量を測定し、該合計重量からカラム重量を減算して多孔質吸着剤の重量を算出した。多孔質吸着剤の重量の減少分を、脱着イソプレン重量とした。結果を表２に示す。【００９６】
【表２】
2014156997.tif 000003
【００９７】
活性炭および疎水性モレキュラーシーブに関しては、長時間の脱着操作を行ってもイソプレンを十分に脱着することはできなかった。なお、疎水性モレキュラーシーブ（Ｈｉｓｉｖ−１０００）に関しては、疎水性シリカゲルと同様に窒素ガスを流量３００ｍＬ／分で通気した条件下でも脱着率を測定したが、イソプレンの脱着率に変化はなかった。
一方、疎水性シリカゲルに関しては、０．５時間の脱着時間で、吸着したイソプレンのほぼ全てを脱着することができた。【００９８】
［実施例２］
２．ＰＳＡ法によるイソプレンの回収および回収イソプレンの品質評価
２．１．イソプレン回収装置および回収条件の説明
本実施例では、図１、図２又は図３に示すイソプレン回収装置を使用した。第１の吸着塔１（内径８．４ｃｍ）、第２の吸着塔２（内径８．４ｃｍ）の両方に、疎水性シリカゲル「Ｓ−３」および疎水性シリカゲル「Ｓ−６」を使用した２層構造の多孔質吸着剤層を設けた。なお、吸着塔下部層（フィードガス上流側層）には疎水性シリカゲル「Ｓ-３」を使用し、吸着塔上部層（フィードガス下流側層）には疎水性シリカゲル「Ｓ-６」を使用した。多孔質吸着剤層は、予め濃度１体積％のイソプレンガスを吹き込むことにより、プレコートした状態にて実施に供した。
吸着工程では、イソプレン濃度１体積％に調製したフィードガス３を、フィードガス送気管１０及び１１（１０及び１１’）を介して第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）に送気した。吸着時の条件は、温度２５℃、圧力１０１．３ｋＰａ、フィードガス線速度０．９ｃｍ／秒であった。吸着工程の後に大気に放出された排出ガス５中のイソプレン濃度は、センサーガスクロマトグラフ（ＦＩＳ社製「ＯＤＳＡ−Ｐ２」）にて測定した。
脱着工程では、パージガス４として窒素ガスを使用し、真空ポンプ６により吸着塔内を３．３ｋＰａまで減圧した（パージガスの線速度：０．９２ｃｍ／秒）。冷却器７は４℃の冷却水を循環し、イソプレン含有パージガスを冷却した。
また、吸着工程と脱着工程とを交互に切り替えながら運転した（各工程の実施回数２４回；各工程の切り替え時間１５分間）。【００９９】
２．２．フィードガスの調製方法
３７℃に加温した三口フラスコに、一つの口から０．１ｍＬ／分の速度で試薬イソプレン（東京化成工業社製）を滴下し、別の口から２．５Ｌ／分の速度で窒素ガスを通気した。残った口から、イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＡ（窒素ガスキャリア）を得た。
窒素ガスに代えて空気を使用した以外は、上記と同様にして、イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＢ（空気キャリア）を得た。
飽和水蒸気を含むフィードガスは、以下の手順で調製した。３７℃に加温した三口フラスコに水を張り込み、一つの口から０．１ｍＬ／分の速度で試薬イソプレンを滴下し、別の口から２．５Ｌ／分の速度で空気を通気した。残った口から、飽和水蒸気を含むイソプレン濃度約１体積％のフィードガスＣ（飽和水蒸気−空気キャリア）を得た。
模擬発酵ガスは、以下の手順で調製した。イソプレン生産菌の宿主となる微生物（Pantoea  ananatis）を下記表３に示すグルコース培地で２４時間培養した培養液を、３７℃に加温した三口フラスコに張り込み、一つの口から０．１ｍＬ／分の速度で試薬イソプレンを滴下し、別の口から２．５Ｌ／分の速度で空気を通気した。残った口から、イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＤ（模擬発酵ガス）を得た。【０１００】
【表３】
2014156997.tif 000004
【０１０１】
Ａ区とＢ区をそれぞれ５０ｍＬ調製した後、１１５℃にて、１０分間加熱滅菌を行った。放冷後、Ａ区とＢ区を混合し、炭酸カルシウム１．０ｇを添加して、培地として使用した。【０１０２】
２．３．フィードガスの脱水方法
フィードガスを脱水する場合、脱水は次の方法にて実施した。５００ｍＬ容のガラス製メディウム瓶に塩化カルシウム３００ｇを充てんした塩化カルシウム瓶を用意した。該塩化カルシウム瓶に、フィードガスを２．５Ｌ／分の速度で通過させることにより、フィードガスを脱水した。【０１０３】
２．４．フィードガスの脱有機物処理方法
フィードガスを脱有機物処理する場合、脱有機物処理はフィードガスを下記の手順にて水洗することにより実施した。５００ｍＬ容のガラス製ガス洗浄瓶に３００ｍＬの水を張り込み、１０℃の恒温槽に浸漬して冷却した。該ガス洗浄瓶にフィードガスを２．５Ｌ／分の速度で通過させることにより、フィードガスを水洗した。【０１０４】
２．５．イソプレンの回収結果
イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＡ（窒素キャリア）について、図１に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、９３．３％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は７ｐｐｍであった。
イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＢ（空気キャリア）について、図１に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、９２．１％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は７ｐｐｍであった。
イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＣ（飽和水蒸気−空気キャリア）について、図１に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、８２．７％の回収率にて液体イソプレンが回収された。フィードガス中の水分量が多いと、イソプレンの回収率が大きく低下することが確認された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は７ｐｐｍであった。
イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＤ（模擬発酵ガス）について、図２に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、９８．１％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は２ｐｐｍであった。
また、イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＤ（模擬発酵ガス）については、図３に示すイソプレン回収装置によってもイソプレンを回収した。その結果、９５．７％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は２ｐｐｍであった。
なお、「イソプレンの回収率」とは、フィードガスの調製に使用した試薬イソプレンの重量（ＷＡ)に対する、イソプレン回収装置により回収された液体イソプレンの重量（ＷＢ）の割合、すなわち、１００×ＷＢ／ＷＡ（％）を意味する。
結果を表４にまとめて示す。【０１０５】
【表４】
2014156997.tif 000005
【０１０６】
２．６．回収イソプレンの品質評価
上記２．５．で回収したイソプレンのＧＣ−ＭＳ分析を実施した。ＧＣ−ＭＳ分析は、アジレント製ＨＰ−５ＭＳＵＩカラムを用いて、注入口温度２８０℃、検出器温度２５０℃の条件下で実施した。カラムは、３０℃で５分間保持した後、２５℃/分にて昇温し、３００℃に達温後５分間保持した。
ＧＣ−ＭＳ分析結果を表５乃至表９に示す。
その結果、フィードガスＡ、Ｂ及びＣから回収したイソプレンでは検出されなかったＲｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ（Ｒ．Ｔ．）  ６：００：１−Ｐｒｏｐａｎｏｌ，２−ｍｅｔｈｙｌ、Ｒ．Ｔ．  ７：４０：Ａｃｅｔｏｉｎ、Ｒ．Ｔ．  ８：０４：１−Ｂｕｔａｎｏｌ，３−ｍｅｔｈｙｌ、Ｒ．Ｔ．  ８：０７：Ｐｅｎｔａｎｅ，３−ｍｅｔｈｙｌの４成分が、フィードガスＤ（前処理：脱水）から回収したイソプレンでは検出された（表５乃至表８）。フィードガスＤ（前処理：水洗および脱水）から回収したイソプレンではＡｃｅｔｏｉｎ、Ｐｅｎｔａｎｅ，３−ｍｅｔｈｙｌは検出されず、脱有機物処理により回収イソプレン中の有機不純物を低減できることが確認された（表９）。【０１０７】
【表５】
2014156997.tif 000006
【０１０８】
【表６】
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【０１０９】
【表７】
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【０１１０】
【表８】
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【０１１１】
【表９】
2014156997.tif 000010
【０１１２】
［実施例３］
３．ＰＳＡ法によるイソプレンの回収
３．１．イソプレン回収装置および回収条件の説明
本実施例では、図１に示すイソプレン回収装置を使用した。第１の吸着塔１（内径３．５ｃｍ）、第２の吸着塔２（内径３．５ｃｍ）の両方に、疎水性モレキュラーシーブ「Ｈｉｓｉｖ−３０００」の多孔質吸着剤層を設けた。多孔質吸着剤層は、予め濃度１体積％のイソプレンガスを吹き込むことにより、プレコートした状態にて実施に供した。
吸着工程では、イソプレン濃度１体積％に調製したフィードガス３を、フィードガス送気管１０及び１１（１０及び１１’）を介して第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）に送気した。吸着時の条件は、温度２５℃、圧力１０１．３ｋＰａ、フィードガス線速度１．０ｃｍ／秒であった。吸着工程の後に大気に放出された排出ガス５中のイソプレン濃度は、センサーガスクロマトグラフ（ＦＩＳ社製「ＯＤＳＡ−Ｐ２」）にて測定した。
脱着工程では、パージガス４として窒素ガスを供給し、真空ポンプ６により吸着塔内を１．２ｋＰａまで減圧した（パージガスの線速度：８．８ｃｍ／秒）。冷却器７は１０℃の冷却水を循環し、イソプレン含有パージガスを冷却した。
また、吸着工程と脱着工程とを交互に切り替えながら運転した（各工程の実施回数８０回；各工程の切り替え時間１５分間）。【０１１３】
３．２．フィードガスの調製方法
−５℃に冷却した試薬イソプレン（東京化成工業社製）に３０ｍＬ／分の速度で窒素ガスを通気した。得られたガスを、さらに５７０ｍＬ／分の窒素ガスで希釈して、イソプレン濃度約１体積％のフィードガスＥ（窒素ガスキャリア）を得た。【０１１４】
３．３．イソプレンの回収結果
フィードガスＥ（窒素キャリア）について、図１に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、８５．５％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は４ｐｐｍであった。【０１１５】
［実施例４］
脱着工程時の圧力を３．３ｋＰａに変更した点、および脱着工程時のパージガスの線速度を０．９６ｃｍ／秒に変更した点を除いて、実施例３と同様にして、イソプレンを回収した。その結果、３６．６％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は０．５１体積％であった。【０１１６】
［実施例５］
５．イソプレン生産能を有する微生物を培養して得られるイソプレンを含む発酵ガスからのＰＳＡ法によるイソプレンの回収
５．１．イソプレン回収装置および回収条件の説明
本実施例では、図２に示すイソプレン回収装置を使用した。第１の吸着塔１（内径３．５ｃｍ）、第２の吸着塔２（内径３．５ｃｍ）の両方に、疎水性シリカゲル「Ｓ−６」の多孔質吸着剤層を設けた。多孔質吸着剤層は、予め濃度０．１体積％のイソプレンガスを吹き込むことにより、プレコートした状態にて実施に供した。
吸着工程では、発酵槽より生成した発酵ガスをフィードガス３として使用し、該フィードガスを脱水処理及び脱有機物処理に付した後、その１／１５量を、フィードガス送気管１０及び１１（１０及び１１’）を介して第１の吸着塔１（または第２の吸着塔２）に送気した。吸着時の条件は、温度２５℃、圧力１０１．３ｋＰａ、フィードガス線速度１．２ｃｍ／秒であった。吸着工程の後に大気に放出された排出ガス中のイソプレン濃度は、センサーガスクロマトグラフ（ＦＩＳ社製「ＯＤＳＡ−Ｐ２」）にて測定した。なお、吸着塔に送気しなかった残りの１４／１５量のガスについては活性炭カラムにて吸着処理を行った。
脱着工程では、パージガスとして窒素ガスを供給し、真空ポンプにより吸着塔内を３．３ｋＰａまで減圧した（パージガスの線速度：１．６ｃｍ／秒）。冷却器は１０℃の冷却水を循環し、イソプレン含有パージガスを冷却した。
また、吸着工程と脱着工程とを交互に切り替えながら運転した（各工程の実施回数１２０回；各工程の切り替え時間１５分間）。【０１１７】
５．２．発酵ガスの調製方法
５．２．１．イソプレン生産能を有する微生物の培養条件
イソプレン生産能を有する微生物として、Ｐａｎｔｏｅａ  ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌（「Ｐ．ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌」と略称する場合がある。）を使用した。Ｐ．ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌株を、６０ｍｇ／Ｌのクロラムフェニコールを含むＬＢプレートに塗布し、３４℃にて１６時間培養を実施した。
上記表３に示すグルコース培地０．３Ｌを１Ｌ容積の発酵槽２基の各々に投入した後、充分に生育したプレート１枚分の菌体を接種し、培養を開始した。培養条件は、ｐＨ７．０（アンモニアガスにて制御）、３０℃、１５０ｍＬ／分の通気にて行い、培地中の酸素濃度が５％以上になるように撹拌制御を行った。なお、本実施例においては、表３に示すグルコース培地は、Ａ区とＢ区を０．１５Ｌ調製して用意した。
培地中に含まれるグルコースを全て消費したところで、４００ｍＬの培養液を５０Ｌ容積の発酵槽に張り込んだ表１０に示すグルコース培地２０Ｌに投入した。培養条件は、ｐＨ７．０（アンモニアガスにて制御）、３０℃、１０Ｌ／分の通気にて行い、培地中の酸素濃度が５％以上になるように撹拌制御を行った。培養中は、培地中のグルコース濃度が１０ｇ／Ｌ以上になるよう５００ｇ／Ｌに調整したグルコースを連続的に添加した。最終的に４８時間の培養で３８８４ｇのグルコースを消費した。【０１１８】
【表１０】
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【０１１９】
Ａ区とＢ区を０．１５Ｌ調製した後、１１５℃にて、１０分間加熱滅菌を行った。放冷後、Ａ区とＢ区を混合し、クロラムフェニコール（６０ｍｇ／Ｌ）を添加し、培地として使用した。【０１２０】
５．２．２．イソプレン生産期への誘導方法
本実施例で使用したＰ．ａｎａｎａｔｉｓイソプレン生産菌株は、メバロン酸経路上流遺伝子をアラビノース誘導型プロモーターにて発現させるため、Ｌ−アラビノース（和光純薬工業社製）の存在下でイソプレン生産量が顕著に向上する。本実施例においては、表１０に示すグルコース培地に終濃度２０ｍＭとなるようＬ−アラビノースを添加することでイソプレン生産期へと誘導した。【０１２１】
５．２．３．発酵ガス中のイソプレン濃度
発酵ガス中のイソプレン濃度を、マルチガスアナライザー（ＧＡＳＥＲＡ社製「Ｆ１０」）にて測定した。結果を図４に示す。培養開始６時間目からイソプレンが検出され、３０時間目には発酵ガス中のイソプレン濃度は約８００ｐｐｍに達した。その後、培養終了する４８時間目まで、イソプレン濃度約８００ｐｐｍの発酵ガスをイソプレン回収装置に供給した。【０１２２】
５．３．発酵ガスの脱水方法および脱有機物処理方法
発酵ガスの脱水及び脱有機物処理は次の方法にて実施した。コイル型熱交換器（冷却水温度：１０℃）を使用して発酵ガスを冷却し、水分および有機物を凝縮させ、気液分離器にて凝縮液を回収した。【０１２３】
５．４．イソプレンの回収結果
発酵ガスについて、図２に示すイソプレン回収装置によりイソプレンを回収した。その結果、８１．５％の回収率にて液体イソプレンが回収された。また、排出ガス中のイソプレン濃度（平均値）は７ｐｐｍであった。
なお、本実施例において、「イソプレンの回収率」とは、イソプレン回収装置に供給した発酵ガス中のイソプレンの積算重量（ＷＡ’)に対する、イソプレン回収装置により回収された液体イソプレンの重量（ＷＢ）の割合、すなわち、１００×ＷＢ／ＷＡ’（％）を意味する。培養時間に対する、発酵ガスに含まれるイソプレンの積算重量のプロット図を図５に示す。
【符号の説明】
【０１２４】
１  第１の吸着塔
２  第２の吸着塔
３  イソプレンを含む発酵ガス（フィードガス）
４  パージガス
５  排気ガス
６  真空ポンプ
７  冷却器
８  分離器
９  回収イソプレン（液体イソプレン）
１０，１１，１１’  フィードガス送気管
１２，１２’  イソプレン含有パージガス送気管
１３  返送管
１４，１４’  排出管
１５，１６，１６’  パージガス送気管
１７  脱水処理器
１８  水洗処理器
１００，２００，３００  イソプレン回収装置
【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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【国際調査報告】
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