(57)【要約】      （修正有）【課題】生物反応時間の短縮および生物反応物の品質向上を図れる生物反応方法および生物反応装置を提供する。【解決手段】培養槽７からの培養液を菌体ろ過器１０で菌体とろ過液に分離し、菌体ろ過器１０からのろ過液をマイクロナノバブル発生槽１５に導入して、上記ろ過液にマイクロナノバブルを混合する生物反応装置。例えばバルブ２２を開としバルブ２３を閉とすると、マイクロナノバブルを含有するろ過液が培養槽７に返送されて、培養槽７の微生物が活性化するので、生物反応時間を短縮できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液にマイクロナノバブルを含有させ、生物反応槽において上記マイクロナノバブルを含有する培養液で微生物を培養することを特徴とする生物反応方法。
【請求項２】
マイクロナノバブルを含有する培養液で微生物を培養する生物反応槽を備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項３】
請求項２に記載の生物反応装置において、
マイクロナノバブルを含有する培養液で種菌としての微生物を培養すると共に上記生物反応槽に上記種菌を含有する培養液を導入する種菌培養槽を備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項４】
請求項３に記載の生物反応装置において、
上記生物反応槽に培地を供給する培地貯槽と、
上記生物反応槽から培養液が導入されると共に上記培養液を菌体とろ過液とに分離する菌体ろ過器と、
上記菌体ろ過器から上記ろ過液が導入されると共に上記ろ過液にマイクロナノバブルを含有させて上記マイクロナノバブルを含有するろ過液を上記種菌培養槽と生物反応槽の少なくとも一方に導入するマイクロナノバブル発生槽とを備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項５】
請求項４に記載の生物反応装置において、
上記種菌培養槽と生物反応槽に、除菌ろ過器で除菌した空気を供給して上記種菌培養槽と生物反応槽を通気,撹拌する空気供給部を備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項６】
請求項４に記載の生物反応装置において、
複数の培地原料を調整する培地調整槽と、
上記培地調整槽で調整した培地原料を殺菌して上記培地貯槽に導入する殺菌部とを備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項７】
請求項４に記載の生物反応装置において、
上記菌体ろ過器から上記ろ過液が導入されると共に上記ろ過液にマイクロナノバブルを含有させるろ液貯槽と、
上記ろ液貯槽から上記マイクロナノバブルを含有するろ過液が導入されると共にこのマイクロナノバブルを含有するろ過液を蒸留する蒸留器とを備えることを特徴とする生物反応装置。
【請求項８】
請求項７に記載の生物反応装置において、
上記ろ液貯槽は、マイクロナノバブル発生機を有することを特徴とする生物反応装置。
【請求項９】
請求項４に記載の生物反応装置において、
上記生物反応槽内に配置した充填材を有することを特徴とする生物反応装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の生物反応装置において、
上記充填材は、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物であることを特徴とする生物反応装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の生物反応装置において、
上記種菌培養槽内に配置した充填材を有することを特徴とする生物反応装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の生物反応装置において、
上記充填材が、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物であることを特徴とする生物反応装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の生物反応装置において、
上記生物反応槽と種菌培養槽に充填材を充填したことを特徴とする生物反応装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の生物反応装置において、
上記充填材は、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物であることを特徴とする生物反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生物反応方法および生物反応装置に関し、例えば、マイクロナノバブルを発生させて生物反応における微生物を活性化させて、活性化微生物によって効率的に生物反応を促進することができる生物反応方法および生物反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物反応は、化学反応と異なり、反応自体は遅いが、多大なエネルギーや多くの化学物質を使用しないので、環境にとって温和で有意義な反応である。
【０００３】
しかし、生物反応は、温和であるが故、反応に多くの時間を要し、現代社会では時間的関係から採用されないケースも実績として多く存在していた。
【０００４】
もっとも、現在までに、(ｉ) アミラーゼの工業的生産の開始、(ii) 異性化糖の工業生産の開始、(iii) Ｌ−リシンの製造方法の開発、(iｖ) Ｄ−アミノ酸製造法の開発などでは生物反応は多くの実績を上げてきた。
【０００５】
ところで、上記の如く、一般的に生物反応は反応が温和で反応が遅く、また、品質的に安定しない傾向があった。すなわち、化学反応は、１時間以内の反応で充分な場合も多いのに対して、生物反応の場合は、数時間から長い場合は数日または特に長い場合数週間以上の反応時間を要する場合も存在していた。
【０００６】
このため、生物反応時間の短縮化と生物反応の効果の増強が求められている。また、生物反応が、多くのプロセスで採用される様になれば、環境面から判断すれば都合の良いプロセスであるが、現実には化学反応よりメリットのある部分が少ないことが課題であった。
【特許文献１】特開２００１−１７８４４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２９８１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、生物反応時間の短縮および生物反応物の品質向上を図れる生物反応方法および生物反応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の生物反応方法は、培養液にマイクロナノバブルを含有させ、生物反応槽において上記マイクロナノバブルを含有する培養液で微生物を培養することを特徴としている。
【０００９】
この発明の生物反応方法によれば、マイクロナノバブルを含有させた培養液で微生物を培養するので、微生物の活性が高まり、生物反応の効率が改善される。よって、生物反応槽での微生物による生物反応時間の短縮および生物反応によって得られる微生物の代謝産物等の目的物の品質向上を図ることができる。
【００１０】
また、一実施形態の生物反応装置は、マイクロナノバブルを含有する培養液で微生物を培養する生物反応槽を備える。
【００１１】
この実施形態の生物反応装置によれば、生物反応槽において、マイクロナノバブルを含有する培養液によって活性が高まった微生物により、生物反応の効率を向上でき、生物反応時間の短縮および生物反応によって得られる微生物の代謝産物等の反応物(目的物)の品質向上を図れる。
【００１２】
また、一実施形態の生物反応装置は、マイクロナノバブルを含有する培養液で種菌としての微生物を培養すると共に上記生物反応槽に上記種菌を含有する培養液を導入する種菌培養槽を備える。
【００１３】
この実施形態の生物反応装置によれば、上記種菌培養槽では種菌としての微生物をマイクロナノバブルでもって格段に活性化し、生物反応槽(培養槽)に導入するので、種菌培養槽および生物反応槽での生物反応時間の短縮および生物反応による反応物の品質向上を図ることができる。
【００１４】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記生物反応槽に培地を供給する培地貯槽と、上記生物反応槽から培養液が導入されると共に上記培養液を菌体とろ過液とに分離する菌体ろ過器と、上記菌体ろ過器から上記ろ過液が導入されると共に上記ろ過液にマイクロナノバブルを含有させて上記マイクロナノバブルを含有するろ過液を上記種菌培養槽と生物反応槽の少なくとも一方に導入するマイクロナノバブル発生槽とを備える。
【００１５】
この実施形態の生物反応装置によれば、生物反応槽からの培養液を菌体ろ過器で菌体とろ過液に分離し、菌体ろ過器からのろ過液をマイクロナノバブル発生槽に導入する。よって、このマイクロナノバブル発生槽でのマイクロナノバブルの発生状態を確認できる。また、マイクロナノバブルの発生状態を確認できるので、マイクロナノバブル発生機の空気量を最適な条件で調整できる。
【００１６】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記種菌培養槽と生物反応槽に、除菌ろ過器で除菌した空気を供給して上記種菌培養槽と生物反応槽を通気,撹拌する空気供給部を備える。
【００１７】
この実施形態によれば、空気供給部が除菌ろ過器で除菌した空気を種菌培養槽と生物反応槽に供給して通気,撹拌しているので、種菌培養槽と生物反応槽において雑菌の影響なしに好気性微生物を培養できる。
【００１８】
また、一実施形態の生物反応装置は、複数の培地原料を調整する培地調整槽と、上記培地調整槽で調整した培地原料を殺菌して上記培地貯槽に導入する殺菌部とを備える。
【００１９】
この実施形態によれば、培地調整槽で調整した複数の培地原料を殺菌部で殺菌して培地貯槽に導入するので、雑菌に影響されることなく、調整した培地原料を培地貯槽に導入できる。
【００２０】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記菌体ろ過器から上記ろ過液が導入されると共に上記ろ過液にマイクロナノバブルを含有させるろ液貯槽と、上記ろ液貯槽から上記マイクロナノバブルを含有するろ過液が導入されると共にこのマイクロナノバブルを含有するろ過液を蒸留する蒸留器とを備える。
【００２１】
この実施形態によれば、蒸留器で蒸留する前のろ過液が、水分と目的代謝物(エタノールなど)に加えてマイクロナノバブルを含有しているので、マイクロナノバブルを含有していない場合に比べて、より低い温度で蒸留が可能となり、省エネルギーを図ることができる。また、蒸留条件が良い方向に変わることによって、目的代謝物の品質が向上する。
【００２２】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記ろ液貯槽は、マイクロナノバブル発生機を有する。
【００２３】
この実施形態によれば、ろ液貯槽に設置したマイクロナノバブル発生機がマイクロナノバブルを発生することによって、ろ液貯槽内のろ過液にマイクロナノバブルを効率良く含有させることができる。
【００２４】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記生物反応槽内に配置した充填材を有する。
【００２５】
この実施形態によれば、培養槽である生物反応槽内に充填材を充填しているので、充填材に微生物を繁殖させて、培養を円滑かつ、安定的に実施できる。
【００２６】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記充填材は、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物である。
【００２７】
この実施形態によれば、上記ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物は、充填材として低コストで容易に調達できるだけでなく、表面積が格段に大きい充填材であるので、微生物を多量に安定的に培養することができる。
【００２８】
また、一実施形態の生物反応装置は、上記種菌培養槽内に配置した充填材を有する。
【００２９】
この実施形態によれば、上記種菌培養槽内に配置した充填材に種菌を安定的に固定化して培養することができる。
【００３０】
また、一実施形態の生物反応装置では、上記充填材が、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物である。
【００３１】
この実施形態によれば、種菌培養槽内に設置した充填材がひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物であるので、耐久性があり、長期間の使用にも耐えて、長持ちする上に、マイナスの電荷を帯びているので、微生物の固定化が容易にできる。
【００３２】
また、一実施形態の生物反応装置では、上記生物反応槽と種菌培養槽に充填材を充填した。
【００３３】
この実施形態によれば、上記生物反応槽(培養槽)と種菌培養槽とに充填した充填材に微生物を固定化でき、かつ高密度培養が可能となるので、培養時間の短縮と生物反応による反応物の品質向上を図ることができる。
【００３４】
また、一実施形態の生物反応装置では、上記充填材は、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物である。
【００３５】
この実施形態の生物反応装置によれば、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物は、耐久性があって長期間の使用にも耐えて長寿命である上に、マイナスの電荷を帯びているので、微生物の固定化が容易にできる。また、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物には、微生物を高濃度で培養可能なので、培養時間の短縮と生物反応物の品質向上を図れる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明の生物反応方法によれば、マイクロナノバブルを含有させた培養液で微生物を培養するので、微生物の活性が高まり、生物反応の効率が改善される。よって、生物反応槽での微生物による生物反応時間の短縮および生物反応によって得られる微生物の代謝産物等の目的物の品質向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３８】
(第１の実施の形態)
図１に、この発明の生物反応装置の第１実施形態を模式的に示す。この第１実施形態は、培地貯槽１と種菌培養槽５と生物反応槽としての培養槽７と菌体ろ過器１０とマイクロナノバブル発生槽１５とろ液貯槽２４とを備える。
【００３９】
図１において、培地貯槽１では、窒素源、炭素源、無機塩類、ビタミンなどが投入され、混合されている。この培地貯槽１の液体培地は、バルブ４が開であり、かつバルブ３が閉の状態である場合には、培地貯槽ポンプ２によって、種菌培養槽５に移送される。
【００４０】
一方、培養槽７において、種菌による培養が完了して、微生物の培養が安定している状態に至った場合、バルブ３が開状態となると共にバルブ４が閉状態となり、培地貯槽ポンプ２によって培地貯槽１から培養槽７に直接に液体培地が移送される。ただし、この様に、培地貯槽１から培養槽７に直接に液体培地が移送されるのは、培養槽７での試運転後の時間が充分に経過した場合である。
【００４１】
いずれにしても、最初は、培地貯槽１からの液体培地が、種菌培養槽５に導入されて、種菌と液体培地とが、種菌培養槽５において撹拌機６によって撹拌されて、種菌が培養される。
【００４２】
種菌培養槽５は、主培養槽である培養槽７において微生物を培養するに必要な初期菌体量を培養することを目的としている。
【００４３】
よって、本来、目的とする微生物の代謝産物は培養槽７から取得する。すなわち、種菌培養槽５での培養は、第１段階の生物反応であり、その後の培養槽７での微生物培養が第２段階の生物反応である。
【００４４】
すなわち、種菌培養槽５での種菌の培養が充分となった場合は、種菌培養液は、種菌培養槽５から培養槽７に自然流下で導入される。そして、バルブ３が開となると共にバルブ４が閉となり、液体培地が培地貯槽１から培地貯槽ポンプ２によって培養槽７に供給される。
【００４５】
この培養槽７には、槽内を撹拌するために培養槽撹拌機８が設置されている。そして、このバルブ３が開でバルブ４が閉の状態において、培地貯槽１からの液体培地が、培養槽７に導入されて培養槽撹拌機８で撹拌されて微生物が培養される。なお、この培養槽７では、微生物を培養する培養液の水温およびｐＨを制御する装置(図示せず)が設置されている。
【００４６】
ここで、この実施形態では、菌体ろ過器１０の後段にマイクロナノバブル発生槽１５を設置することで、培養槽７での培養時間を従来よりも短縮するようにしている。
【００４７】
すなわち、第１の場合として、培養槽７での培養中に、バルブ１２とバルブ１４を開とする一方、バルブ１３とバルブ２５を閉とする。これにより、培養槽７から培養槽ポンプ９によって導入された培養液を菌体ろ過器１０でろ過することで得たろ過液をマイクロナノバブル発生槽１５に導入する。そして、このマイクロナノバブル発生槽１５において、マイクロナノバブルを発生させて、上記ろ過液にマイクロナノバブルを混合する。そして、例えば、バルブ２２を開とし、バルブ２３を閉とすると、マイクロナノバブルを含有するろ過液が培養槽７に返送されて、培養槽７の微生物が活性化するので、生物反応時間を短縮できた。
【００４８】
また、第２の場合としては、培養槽７での培養中に、バルブ１２とバルブ１４を開とする一方、バルブ１３とバルブ２５を閉とし、培養槽７での培養液の水質に応じて、バルブ２３を開とし、バルブ２２を閉とする。これにより、種菌培養槽５において、新たな種菌とマイクロナノバブルを含有したろ液とを混合して、種菌をより活性化して培養することも可能となる。そして、種菌培養槽５で活性化した種菌としての微生物を培養槽７に自然流下で導入して培養することができる。
【００４９】
上述の第１の場合と第２の場合のどちらを選定するかは、目的とする微生物の代謝産物の生産状況から判断すればよい。
【００５０】
こうして、マイクロナノバブルを含有したろ過液が、培養槽７や種菌培養槽５に導入されるので、培養槽７,種菌培養槽５に繁殖している微生物をより活性化して、反応時間を短縮できる。
【００５１】
そして、培養槽７での培養が所定時間後に終了した時点で、培養槽ポンプ９を運転して、培養液を菌体ろ過器１０を通して、菌体とろ過液を分離する。菌体ろ過器１０には、精密ろ過膜１１が設置されている。精密ろ過膜１１とは、培養液は通すが、微生物は通さない程度の孔径を有する膜である。この精密ろ過膜１１は、一例として滅菌可能なセラミックろ材や合成高分子膜が採用されている。
【００５２】
培養槽ポンプ９を運転して、バルブ１２とバルブ２５を開にする一方、バルブ１３とバルブ１４を閉にすると、製品としての微生物代謝物(すなわち、ろ過液)をろ液貯槽２４に貯留できる。
【００５３】
この実施形態の生物反応装置は、一例として、醸造や発酵と言った生物反応を利用する食品や薬品などの分野に適用可能であり、微生物をマイクロナノバブルで活性化して利用することで、生物反応時間の短縮および生物反応物の品質向上を図れるものである。
【００５４】
より具体的には、微生物の培養槽７で、微生物を培養後、菌体(微生物自体)と液体とを分離精製する菌体ろ過器１０において、菌体分離後の液体(ろ過液)にマイクロナノバブルを含有させて、マイクロナノバブル発生槽１５よりも前段の種菌培養槽５や培養槽７に返送することによって、微生物が活性化して、培養槽７での反応時間を短縮できる。
【００５５】
また、この実施形態の生物反応装置は、排水処理の分野でも使用できるが、食品工業、医薬工業などの広い工業分野で使える有用なものである。
【００５６】
また、この実施形態では、マイクロナノバブル発生槽１５は菌体ろ過器１０からのろ過液に対してマイクロナノバブルを発生しているので、マイクロナノバブル発生機１６の目詰まりを抑制できる。これに対し、例えば、培養槽７や種菌培養槽５などのように、菌体の存在する液の中でマイクロナノバブルを発生させる場合には、菌の存在により、マイクロナノバブル発生機の目詰まりが生じ易い。つまり、この実施形態では、ろ過液に対してマイクロナノバブルを発生しているので、菌体の殆どないろ過液においてマイクロナノバブル発生を行うので、目詰まりが生じ難いという利点がある。
【００５７】
また、種菌培養槽５は、本来の発酵等を行う培養槽７の稼動初期に運転する必要があるものであり、培養槽７が稼動してから所定時間が経過した運転状態においては、種菌培養槽５を運転する必要はなくなる。この種菌培養槽５は、培地(微生物の餌)が供給されて、種菌によって初期の培養を行うものであり、標準的な一例として１トン程度である。この場合の培養槽７は例えば１０トン程度となる。
【００５８】
なお、上記マイクロナノバブル発生槽１５の内部にマイクロナノバブル発生機１６が設置されると共にこのマイクロナノバブル発生機１６に関係する機器等が設置されている。マイクロナノバブル発生槽１５では、マイクロナノバブル発生機１６から吐出する微細な泡により水流１７が発生している。その水流１７はマイクロナノバブル発生槽１５内の循環水流となって槽内を撹拌している。つまり、マイクロナノバブル発生機１６はマイクロナノバブル流を発生させて、ろ過液とマイクロナノバブルとを混合する。マイクロナノバブル発生機１６への循環水の必要量の供給は循環ポンプ２０で実施し、必要な除菌空気は、空気吸い込み管１９とバルブ１８および除菌ろ過器２７により調整されてマイクロナノバブル発生機１６に供給される。これにより、マイクロナノバブル発生機１６では最適なマイクロナノバブルが発生する。
【００５９】
尚、ここで、マイクロバブルとは、その発生時において、１０〜数１０μｍの気泡径を有する気泡であり、マイクロバブルは発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルに変化する。そして、マイクロナノバブルは、１０μｍから数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡であり、ナノバブルは数１００ｎｍ以下の直径を有する気泡である。マイクロナノバブルはマイクロバブルとナノバブルを含んでいる。
【００６０】
(第２の実施の形態)
次に、図２にこの発明の生物反応装置の第２の実施形態を示す。この第２実施形態は、図１の第１実施形態における種菌培養槽５に散気管４３が設置されると共に培養槽７に散気管４４が設置されている点と、この散気管４３,４４に除菌ろ過器２７を経由して空気供給部としてのコンプレッサー２６を接続した点とが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付して、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００６１】
この第２実施形態では、散気管４３から種菌培養槽５内に吐出する空気、および、散気管４４から培養槽７に吐出する空気は、コンプレッサー２６から吐出された除菌ろ過器２７で除菌された空気である。よって、種菌培養槽５および培養槽７を除菌された空気でもって通気,撹拌できるので、種菌培養槽５,培養槽７に雑菌の影響なしに好気性微生物を繁殖させることができる。したがって、この第２実施形態は、目的としている微生物の代謝産物が好気性微生物の代謝産物である場合に好適である。
【００６２】
この第２実施形態では、マイクロナノバブル発生槽１５でマイクロナノバブルを菌体ろ過器１０からのろ過液に含有させて混合して、返送ポンプ２１で、種菌培養槽５と培養槽７に導入することで、好気性微生物の活性度を増加させることができる。よって、代謝産物の生産量の大幅な増加を図れる。
【００６３】
なお、バルブ２８によって、散気管４４から培養槽７に吐出する空気量を増減もしくは停止でき、バルブ２９によって、散気管４３から種菌培養槽５に吐出する空気量を増減もしくは停止できる。
【００６４】
(第３の実施の形態)
次に、図３にこの発明の生物反応装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、図１の第１実施形態と比較して、培地貯槽１の上方に、培地調整槽３１と培地調整槽３１の下方の殺菌部３０とが配置されている点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略すると共に、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００６５】
この第３実施形態では、原料Ａ,Ｂ,ＣおよびＤといった複数種類の培地原料を培地調整槽３１において、混合調整している。そして、この培地調整槽３１において、混合した複数種類の原料Ａ〜Ｄを殺菌部３０で殺菌した後に、自然流下で培地貯槽１に導入している。
【００６６】
したがって、この第３実施形態では、上記混合された原料が殺菌されているので、雑菌による汚染を発生させることなく、各種の原料を混合した培地原料を培養槽７に導入できる。よって、培養槽７では、目的とする微生物の培養条件に合わした培地原料でもって、確実に微生物培養できる。
【００６７】
(第４の実施の形態)
次に、図４に、この発明の生物反応装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、図１の第１実施形態におけるろ液貯槽２４にマイクロナノバブル発生機３５を設置したと共に、このろ液貯槽２４からマイクロナノバブルを含んだろ過液が導入される蒸留器３２と、この蒸留器３２の後段の冷却凝縮器３３、凝集液槽３４を備えた点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００６８】
この第４実施形態では、ろ液貯槽２４にマイクロナノバブル発生機３５を設置して、このろ液貯槽２４からのマイクロナノバブルを含んだろ過液を、蒸留器３２および冷却凝縮器３３によって、目的生成物を凝縮して、凝集液槽３４に回収している。
【００６９】
マイクロナノバブル発生機３５からは、吐出する微細な泡により水流３６を発生している。その水流３６が、ろ液貯槽２４内の循環水流となって、槽内を撹拌している。マイクロナノバブル発生機３５はマイクロナノバブル流を発生させて、ろ過液とマイクロナノバブルとを混合する。
【００７０】
なお、ろ液貯槽２４には、マイクロナノバブル発生機３５に関係する機器等が設置されている。すなわち、循環ポンプ３９はマイクロナノバブル発生機３５へ必要量の循環水を供給する。また、空気吸い込み管３８とバルブ３７および除菌ろ過器２７は必要な除菌空気を調整してマイクロナノバブル発生機３５へ供給する。これにより、マイクロナノバブル発生機３５は最適なマイクロナノバブルを発生する。
【００７１】
この第４実施形態では、ろ液貯槽２４からろ液貯槽ポンプ４０でマイクロナノバブルを含んだろ過液を蒸留器３２に導入するので、蒸留が容易にでき、また冷却凝縮器３３で容易に凝縮できる。たとえば、アルコール発酵において発酵後の液体中のアルコール濃度を増加させる場合は、発酵液にマイクロナノバブルを含有させて蒸留すると、マイクロナノバブル含有発酵液を蒸留することとなり、より低い温度で蒸留,精製が可能となる。これにより、大幅な省エネルギーを図ることができると共に、蒸留条件が良い方向に変わることによって、目的代謝物の品質が向上する。
【００７２】
(第５の実施の形態)
次に、図５にこの発明の生物反応装置の第５実施形態を示す。この第５実施形態の生物反応装置は、図１の第１実施形態における培養槽７に充填材としてひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１を設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第５実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７３】
この第５の実施形態は、培養槽７に設置されたひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１は、充填材として低コストで容易に調達できるだけでなく、表面積が格段に大きい充填材である。しかも、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１は、耐久性があって長期間の使用にも耐えて長寿命である上に、マイナスの電荷を帯びているので、微生物の固定化が容易にできる。よって、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１には、マイクロナノバブルで活性化した微生物を多量に高濃度で培養でき、培養槽７での反応時間の短縮、および培養液の品質の向上などが期待できる。
【００７４】
(第６の実施の形態)
次に、図６にこの発明の生物反応装置の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、図１の第１実施形態における種菌培養槽５にひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２を設置している点が前述の第１実施形態と異なる。よって、この第６実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７５】
この第６実施形態では、種菌培養槽５にひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２が充填されている。したがって、マイクロナノバブルで活性化した微生物をひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２に多量に培養できる。これにより、種菌培養槽５での反応時間の短縮、および培養液の品質の向上などを図ることができる。そして、この種菌培養槽５で活性化した微生物を培養槽７に導入することで、培養槽７での反応時間の短縮、および培養液の品質の向上などを図ることができる。
【００７６】
(第７の実施の形態)
次に、図７にこの発明の生物反応装置の第７実施形態を示す。この第７実施形態は、図１の第１実施形態における種菌培養槽５にひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２を設置すると共に培養槽７にひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１を設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第７実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７７】
この第７実施形態では、種菌培養槽５に設置されたひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２と、培養槽７に設置されたひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４２とに、それぞれ、マイクロナノバブルで活性化した微生物を多量に培養できる。よって、種菌培養槽５と培養槽７での反応時間の短縮、および培養液の品質の向上などを図ることができる。
【００７８】
なお、上記第５〜第７実施形態では、ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物４１,４２に替えて、他の形状のポリ塩化ビニリデン充填物を採用することもできる。さらには、他の材質,形状の充填材を採用することもできる。
【００７９】
(実験例)
図１に示す第１実施形態に対応する生物反応装置としてエタノール製造実験装置を製作した。このエタノール製造実験装置における培地貯槽１の容量は約０.５ｍ３であり、種菌培養槽５の容量は約１ｍ３であり、培養槽７の容量は約３ｍ３である。また、菌体ろ過器１０の容量を約０.５ｍ３とし、マイクロナノバブル発生槽１５の容量を約１ｍ３とし、ろ液貯槽２４の容量を０.５ｍ３とした。
【００８０】
このエタノール製造実験装置に、約１ケ月、アミノ酸、ビタミン類、無機塩類などから構成される液体培地を導入して試運転と培養を行った。そして、この試運転の後に、ろ液貯槽２４での分析を実施したところ、エタノールを主として、乳酸、酢酸などを効率良く製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明の生物反応装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【図２】この発明の生物反応装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【図３】この発明の生物反応装置の第３実施形態を模式的に示す図である。
【図４】この発明の生物反応装置の第４実施形態を模式的に示す図である。
【図５】この発明の生物反応装置の第５実施形態を模式的に示す図である。
【図６】この発明の生物反応装置の第６実施形態を模式的に示す図である。
【図７】この発明の生物反応装置の第７実施形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  培地貯槽
２  培地貯槽ポンプ
３、４  バルブ
５  種菌培養槽
６  種菌培養槽撹拌機
７  培養槽
８  培養槽撹拌機
９  培養槽ポンプ
１０  菌体ろ過器
１１  精密ろ過膜
１２〜１４  バルブ
１５  マイクロナノバブル発生槽
１６  マイクロナノバブル発生機
１７  水流
１８  バルブ
１９  空気吸い込み管
２０  循環ポンプ
２１  返送ポンプ
２２、２３、２５、２８、２９  バルブ
２４  ろ液貯槽
２６  コンプレッサー
２７  除菌ろ過器
３０  殺菌部
３１  培地調整槽
３２  蒸留器
３３  冷却凝縮器
３４  凝縮液槽
３５  マイクロナノバブル発生機
３６  水流
３７  バルブ
３８  空気吸い込み管
３９  循環ポンプ
４０  ろ液貯槽ポンプ
４１  ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物
４２  ひも状型ポリ塩化ビニリデン充填物
４３  散気管
４４  散気管
【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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