(57)【要約】【課題】有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理により濃縮して有価物を透過液側に回収した後、濃縮液側に残留する有価物を更にダイアフィルトレーションにより回収する方法において、被処理液中のＳＳ分による膜の閉塞を有効に防止すると共に、有価物を高い回収率で回収する。【解決手段】ＳＳ分離手段１で被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する。分離液を膜分離装置２で膜分離処理して濃縮し、その後、濃縮液に水を加えてダイアフィルトレーションするに当たり、分離した粗大ＳＳ分をダイアフィルトレーション用の水に混合して添加する。粗大ＳＳ分中に含まれる有価物を、ダイアフィルトレーションにより回収することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理して有価物を透過液側に回収する方法であって、
該被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する前処理工程と、
該前処理工程で得られた分離液を膜分離処理して濃縮する濃縮工程と、
該濃縮工程で得られた濃縮液に水を加えて膜分離処理する加水処理工程と
を有する膜分離方法において、
前記前処理工程で分離された粗大ＳＳ分を該加水処理される濃縮液に添加することを特徴とする膜分離方法。
【請求項２】
請求項１において、前記前処理工程で分離された粗大ＳＳ分を該加水処理のための水と混合して該濃縮液に添加することを特徴とする膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発酵液や糖化液からの有価物の回収に好適な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。
【０００３】
従来、発酵液からの有価物の回収及び菌体分離のための方法として、ＭＦ（精密濾過）膜又はＵＦ（限外濾過）膜を用いた膜分離法がある。
【０００４】
膜分離法による発酵液からの菌体分離と目的有機物の回収は、発酵液の膜分離（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、菌体の濃縮がある程度進んだ後に、濃縮液側に水を添加（加水処理）して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。
【０００５】
このような膜分離法による透過液側への有価物の回収は、コーンスターチ等の澱粉を酵素により糖化して得られる糖化液の精製にも適用されている。
【０００６】
膜分離に供される発酵液中には、菌体や発酵生産物などのＳＳ分が多く含まれている。また、糖化液中にも油分、蛋白質、繊維等のＳＳ分が多く含まれている。このように、ＳＳ分を多く含む液の膜分離処理には、膜の閉塞を防止するために、チューブラータイプの膜など一次側流路径が大きい膜が用いられる。しかし、このような膜を用いても膜の閉塞を確実に防止することは困難であり、また、このタイプの膜はモジュール容量に対する膜面積が小さく、装置が過大になり、また、クロスフローに必要な動力費も莫大なものになるという欠点がある。
【０００７】
特公平１−１２４７８号公報には、糖化液の膜分離処理に先立ち、遠心分離により糖化液中のＳＳ分を分離する方法が提案されている。このように膜分離処理に先立ち、ＳＳ分の一部を予め除去することにより、膜の閉塞を防止することができ、膜充填密度の高い、スパイラル膜や中空糸膜の適用が可能となる。
【０００８】
しかし、膜分離処理に先立ちＳＳ分の分離を行うと、ＳＳ分は湿潤したウェットケーキとして分離されるため、このケーキ中の液に含まれる有価物がＳＳ分と共に廃棄されることとなり、有価物の回収率が低下する。即ち、一般に、発酵液や糖化液中のＳＳ分は、乾燥重量で０．１〜５重量％程度であるが、湿重量は５〜３０重量％であり、この差に相当する数〜数十重量％の液分中に含まれる有価物が廃棄されてしまう。
【０００９】
分離されたＳＳ分中の有価物を回収するために、分離されたＳＳ分のケーキを洗浄し、洗浄水を膜分離処理することにより洗浄水中から有価物を回収する方法もあるが、この場合には、水洗による被処理液量の増大で、後段の膜分離装置が大型化するという欠点がある。
【００１０】
【特許文献１】
特公平１−１２４７８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理により濃縮して有価物を透過液側に回収した後、濃縮液側に残留する有価物を更にダイアフィルトレーションにより回収する方法において、被処理液中のＳＳ分による膜の閉塞を有効に防止すると共に、有価物を高い回収率で回収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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離方法は、有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理して有価物を透過液側に回収する方法であって、該被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する前処理工程と、該前処理工程で得られた分離液を膜分離処理して濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程で得られた濃縮液に水を加えて膜分離処理する加水処理工程とを有する膜分離方法において、前記前処理工程で分離された粗大ＳＳ分を該加水処理される濃縮液に添加することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、前処理工程で分離した粗大ＳＳ分中に含まれる有価物を、ダイアフィルトレーション（加水処理）により回収することができる。
【００１４】
この分離した粗大ＳＳ分は、ダイアフィルトレーションのために濃縮液に添加する水に混合して添加することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の膜分離方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１，２はそれぞれ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１，２において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００１７】
図１の方法では、バルブＶ１，Ｖ２を閉として、まず、被処理液を配管１１よりＳＳ分離手段１に導入して被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する。このＳＳ分離手段１としては、被処理液中の粗大ＳＳ分を除去することができるものであれば良く、特に制限はないが、デカンタ、遠心分離機、傾斜スクリーン、ウエッジワイヤースクリーン等を用いることができる。
【００１８】
ＳＳ分離手段１で粗大ＳＳ分を除去した後の分離液は次いで配管１２より膜分離装置２に導入し、濃縮液の循環ライン１３に循環させてクロスフロー方式で膜分離処理することにより、有価物を透過液中に回収すると共に、ＳＳ分等を濃縮液中に濃縮する。透過液は配管１４より取り出す。一方、ＳＳ分離手段１で分離した粗大ＳＳ分は配管１５より混合槽３に送給し、配管１６からの水と混合する。
【００１９】
膜分離装置２において、所定の倍率まで濃縮が進んだ後、濃縮液側に残存する有価物を更に回収するために水を加えてダイアフィルトレーションを行う。
【００２０】
即ち、バルブＶ１を開としてダイアフィルトレーションのための水（以下「ＤＦ用添加水」ということがある。）として、ＳＳ分離手段１で分離された粗大ＳＳ分が混合された水を配管１７より濃縮液の循環ライン１３に添加して更に膜分離処理を行い、有価物を透過液側に回収する。このダイアフィルトレーションに必要な加水量や加水方法は、濃縮液中の有価物の濃度、膜による有価物の阻止率、及び目標とする有価物回収率等によって、適宜選択される。なお、加水方法は、連続加水であっても間欠加水であっても良い。
【００２１】
ダイアフィルトレーションにより濃縮液中の有価物を十分に回収した後は、バルブＶ１を閉，バルブＶ２を開として配管１８より濃縮液を系外へ排出する。
【００２２】
図１では、１機の膜分離装置により、濃縮とダイアフィルトレーションとを行うが、図２では、膜分離装置を２機直列に接続し、前段の第１の膜分離装置４で濃縮を行い、後段の第２の膜分離装置５で加水処理によるダイアフィルトレーションを行う。
【００２３】
図２の方法においても、図１と同様にして被処理液中の粗大ＳＳ分をＳＳ分離手段１で分離除去し、分離液を第１の膜分離装置４の濃縮液循環ライン１３に供給して濃縮を行う。第１の膜分離装置４の濃縮液は配管１９より、混合槽３からのＤＦ添加水が導入される第２の膜分離装置５に供給し、循環ライン２０を循環させてクロスフロー方式でダイアフィルトレーションを行う。
【００２４】
第１の膜分離装置４及び第２の膜分離装置５から得られる有価物を含む透過液は、配管１４，２１より取り出される。一方、第２の膜分離装置４の濃縮液は配管１８より系外へ排出される。
【００２５】
なお、図１，２は本発明の膜分離方法の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２６】
例えば、図２において、濃縮用の膜分離装置を更に設け、第１，第２の膜分離装置で濃縮を行い、第３の膜分離装置でダイアフィルトレーションを行うようにしても良い。
【００２７】
いずれの方法であっても、被処理液から予め粗大ＳＳ分を分離除去し、この分離除去した粗大ＳＳ分からダイアフィルトレーションにより有価物を回収することができるため、有価物の回収効率が高い。この粗大ＳＳ分からの有価物の回収に当たり、粗大ＳＳ分をダイアフィルトレーション工程に供給するため、膜の閉塞等を防止して安定な膜分離処理を行うことができる。即ち、ダイアフィルトレーション工程では、被処理液中の有価物の回収がある程度進行し、濃縮液中の有価物濃度が低いために、有価物による粘度上昇の問題等がなく、ＳＳ分による膜の閉塞が起こり難い状態となっている。このため、このダイアフィルトレーション工程に、分離した粗大ＳＳ分を添加しても、このＳＳ分により膜の閉塞が促進されることが防止される。特に、粗大ＳＳ分をダイアフィルトレーションのための水と混合して供給することにより、粗大ＳＳ分を均一な水分散液として徐々に供給することができるため、ダイアフィルトレーションの安定運転を損なうことなく、有価物を効率的に回収することが可能となり、好ましい。
【００２８】
本発明において、前段のＳＳ分離手段の負荷を過度に増大させることなく、後段の膜分離装置の膜の閉塞を効果的に防止するために、前処理用のＳＳ分離手段では被処理液中のＳＳ分の２０〜７０％程度を分離除去することが好ましい。
【００２９】
また、分離した粗大ＳＳ分を水と混合してＤＦ添加水として添加する場合、このＤＦ添加水中のＳＳ濃度は特に制限はないが、過度にＳＳ濃度が高いと、このＤＦ添加水が添加される膜分離装置の安定運転が損われることから、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は乾燥濃度で８重量％以下であることが好ましい。ただし、ＳＳ濃度を低くするとＤＦ添加水量が多くなり、処理効率が悪くなることから、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は被処理液中のＳＳ濃度、用いる膜分離装置の性能や膜分離条件（ダイアフィルトレーションに必要な加水量等）に応じて、ＤＦ添加水量が過度に多くならないように設定することが好ましい。通常の場合、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は、乾燥濃度で１〜８重量％であることが好ましい。
【００３０】
このＤＦ添加水中のＳＳ濃度は、ダイアフィルトレーション工程中、必ずしも一定である必要はなく、徐々に高めていっても良い。即ち、ダイアフィルトレーションの初期においては粗大ＳＳ分を含まない水を添加し、ある程度ダイアフィルトレーションを行い、濃縮液中の有価物濃度が低減してその粘性が低下した段階で、粗大ＳＳ分を含むＤＦ添加水を添加するようにしても良い。
【００３１】
なお、本発明において、膜分離処理に用いる膜としてはＭＦ又はＵＦ膜が好適に用いられる。膜素材にも制限はなく、金属膜、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。ＭＦ又はＵＦ膜の選択、及び膜素材の選択は、有価物の分子量や被処理液の性状などを加味して行われる。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、プレートアンドフレーム型膜モジュールなどが用いられる。
【００３２】
特に、図２に示す如く、膜分離装置を直列に多段に配置して処理を行う場合には、前段側の濃縮用の膜分離装置に有機膜を用い、後段側のダイアフィルトレーション用の膜分離装置に無機膜を用いることが好ましい。
【００３３】
即ち、有機膜は無機膜に比べて安価で装置が小型であるため経済的に有利であるが、化学的、機械的強度が無機膜に比べて劣り、過酷な条件での運転ができないことから濃縮率を上げることができず、１０〜２０倍濃縮程度が限度であるという短所がある。一方、無機膜は、有機膜に比べて化学的、機械的強度が高く、有機膜よりも運転条件を上げることができ、５０倍濃縮程度まで可能であるが、高価で装置が大型化するため、経済的に不利である。
【００３４】
従って、このような有機膜と無機膜の特性を生かし、前段側の膜分離装置による低濃縮時に有機膜を使用し、後段側の膜分離装置による高濃縮時に無機膜を使用することにより、装置の大型化、設備費の高騰を防止した上で有価物を効率的に回収することができる。
【００３５】
この場合、前段側の膜分離装置の有機膜としては、中空系型、スパイラル型等のポリテトラフルオロエチレン膜、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜、ポリオレフィン膜、ポリスルホン膜等を用いることができ、後段側の無機膜としては、チューブラー型のステンレスチタン膜（均一なステンレスパウダーを焼結させたステンレス支持体の表面に、チタンパウダーを焼結させたチタン活性層を形成したＭＦ膜）等を用いることができる。
【００３６】
【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。
【００３７】
実施例１
本発明の方法に従って、酵素糖化したブドウ糖液（ブドウ糖濃度：３００ｇ／Ｌ，ＳＳ乾燥濃度：０．３重量％）の膜分離処理を行った。このブドウ糖液５００Ｌをウエッジワイヤースクリーン（目開き：０．３ｍｍ）で処理して粗大ＳＳ分を分離除去した（前処理工程）。これにより、スクリーン通過液のＳＳ乾燥濃度は、０．２重量％になった。このスクリーン通過液４９０Ｌを、第１膜分離装置（孔径０．１μｍのチューブラー膜，膜面積０．５ｍ２）で膜分離処理した。一方、スクリーン上の粗大ＳＳ分は、６０Ｌの水と混合してスラリーとした。このスラリーは、ブドウ糖濃度：５０ｇ／Ｌ，ＳＳ乾燥濃度：０．７重量％であった。
【００３８】
膜分離装置で４９０Ｌのスクリーン通過液を２４．５Ｌまで濃縮した後（濃縮工程）、上記粗大ＳＳ分のＳＳを１０Ｌずつに分けて濃縮液側に添加してダイアフィルトレーションを行い（加水処理工程）、透過液を得た。
【００３９】
濃縮工程の透過液４６５．５Ｌとダイアフィルトレーションにおける透過液７０Ｌとを合わせて、ブドウ糖の回収率を調べたところ、９８．６％であった。
【００４０】
比較例１
実施例１において、スクリーン上の粗大ＳＳ分を加水処理工程に供給しなかったこと以外は同様にして処理を行ったところ、ブドウ糖の回収率は９７．４％であった。
【００４１】
この結果から、前処理工程で分離した粗大ＳＳ分を加水処理工程に供給してダイアフィルトレーションすることにより、有価物の回収効率を高めることができることがわかる。
【００４２】
【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、前処理工程において、発酵液や糖化液等の被処理液中に含まれる粗大ＳＳ分を予め除去するため、後段の膜分離工程における膜の閉塞を防止して、長期に亘り安定に処理を行うことができる。しかも、分離した粗大ＳＳ分中に含まれる有価物をダイアフィルトレーションにより回収することにより、有価物を高い回収率で回収することができる。
【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】本発明の膜分離方法の別の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１　ＳＳ分離手段
２，４，５　膜分離装置
３　混合槽
【図１】
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【図２】
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