(57)【要約】【課題】短い時間で、確実に分離膜モジュールを滅菌する滅菌方法、連続発酵による化学品の製造方法、分離膜モジュールの滅菌用装置および膜分離型連続発酵装置を提供する。【解決手段】本発明の分離膜モジュールの滅菌方法は、温水を供給して予熱する予熱工程（ステップＳ１）と、前記分離膜モジュール内の温水を排出する排出工程（ステップＳ２）と、前記分離膜モジュールに蒸気を供給して、所定の滅菌温度で所定時間滅菌する滅菌工程（ステップＳ３および４）と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜モジュール内に、温水を供給して予熱する予熱工程と、
前記予熱工程で供給した前記分離膜モジュール内の温水を排出する排出工程と、
前記排出工程後、前記分離膜モジュールに蒸気を供給して、所定の滅菌温度で所定時間滅菌する滅菌工程と、
を含むことを特徴とする分離膜モジュールの蒸気滅菌方法。
【請求項２】
前記予熱工程は、供給する温水の温度を昇温させながら前記分離膜モジュールを予熱することを特徴とする請求項１に記載の分離膜モジュールの蒸気滅菌方法。
【請求項３】
前記分離膜モジュールの分離膜は中空糸膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載の分離膜モジュールの蒸気滅菌方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気滅菌方法により前記分離膜モジュールを滅菌する蒸気滅菌工程と、
発酵原料を微生物の発酵培養により化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、
該発酵液から前記分離膜モジュールにより濾過液として化学品を回収する膜分離工程と、
を含むことを特徴とする連続発酵による化学品の製造方法。
【請求項５】
分離膜モジュールに蒸気を供給する蒸気供給手段と、
温度が制御された温水を生成し、前記分離膜モジュールに供給する温水供給部と、
を備えることを特徴とする分離膜モジュールの滅菌用装置。
【請求項６】
発酵原料を微生物により発酵培養することにより、該発酵原料を、化学品を含有する発酵液に変換する発酵槽と、
前記発酵液から化学品を分離する分離膜モジュールと、
前記発酵槽から前記分離膜モジュールに発酵液を送液する発酵液循環手段と、
温度が制御された温水を生成し、前記分離膜モジュールに供給する温水供給部と、
前記発酵槽および前記分離膜モジュールに蒸気を供給する蒸気供給手段と、
を備えることを特徴とする膜分離型連続発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵液等に含まれる化学品を得るために、発酵液から微生物を濾過する場合などに使用する分離膜モジュールの滅菌方法、連続発酵による化学品の製造方法、分離膜モジュールの滅菌用装置および膜分離型連続発酵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく（１）回分発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）および流加発酵法（Ｆｅｄ−Ｂａｔｃｈ発酵法）と、（２）連続発酵法とに分類することができる。
【０００３】
上記（１）の回分発酵法および流加発酵法は、設備的には簡素であり、短時間で培養が終了し雑菌汚染による被害が少ないという利点がある。しかしながら、時間経過と共に発酵培養液中の化学品濃度が高くなり、浸透圧あるいは化学品阻害等の影響により生産性および収率が低下してくる。そのため、長時間にわたり安定して高収率かつ高生産性を維持することが困難である。
【０００４】
また、上記（２）の連続発酵法は、発酵槽内で目的化学品が高濃度に蓄積することを回避することによって、長時間にわたって高収率かつ高生産性を維持できるという特徴がある。この連続発酵法については、Ｌ−グルタミン酸やＬ−リジンの発酵についての連続培養法が開示されている（非特許文献１参照）。しかしながら、この例では、発酵培養液に原料の連続的な供給を行うと共に、微生物や培養細胞を含んだ発酵培養液を抜き出すために、発酵培養液中の微生物や培養細胞が希釈されることから、生産効率の向上は限定されたものであった。
【０００５】
そこで、連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から化学品を回収すると同時に濃縮液中の微生物や培養細胞を発酵培養液に保持または還流させることにより、発酵培養液中の微生物や培養細胞濃度を高く維持する方法が提案されている。例えば、分離膜として有機高分子からなる平膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
この様な連続発酵では、雑菌混入（コンタミネーション）を防いだ状態で純粋培養を行うことが好ましい。発酵培養液を濾過する際に分離膜モジュール等から雑菌が混入すると、発酵効率の低下、発酵槽内での発泡等により化学品の製造が効率的に行えなくなる。そのため、雑菌混入を防ぐために、発酵前に発酵槽や周辺設備、そして分離膜を滅菌する必要がある。
【０００７】
滅菌の方法としては、火炎滅菌、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられるが、分離膜孔中の水分が無くなり、分離膜が乾燥してしまうと分離機能がなくなってしまうことに留意する必要がある。薬剤で殺菌する方法もあるが、殺菌後の薬剤の処理または分離膜モジュールへの薬剤の残留の問題がある。さらに薬剤耐性のある微生物が残る懸念がある。
【０００８】
また、分離膜の形状は、平膜、中空糸膜、スパイラル式などの形状のものがあり、中空糸膜モジュールであれば、外圧式、内圧式がある。特に中空糸膜モジュールは単位装置あたりの膜面積が大きく、工業的にも有用な構造と考えられるが、構造としては複雑なものである。
【０００９】
複雑な構造の分離膜を乾燥させずに滅菌するには、分離膜モジュール内に所定温度の水蒸気を供給して滅菌する蒸気滅菌（一般的には１２１℃、１５分間から２０分間）が適している。
【００１０】
この蒸気滅菌を生産スケールの発酵槽などの設備で行う場合、一般的には、発酵槽や周辺設備に、所定温度・圧力の蒸気、例えば１２５℃の飽和水蒸気を供給し、一般的な蒸気滅菌の温度である１２１℃まで各設備を昇温し、滅菌温度を所定時間保持して（２０分以上）、蒸気滅菌を行っている。蒸気滅菌後、装置をそのまま冷却すると、蒸気が凝縮することにより装置内が負圧となり雑菌混入の懸念が生じる。
【００１１】
これに対して、半透膜モジュールの蒸気滅菌後、原水側から熱水を導入し、濾過装置内が負圧になることを防止する技術や（特許文献２参照)、膜モジュールの蒸気滅菌後、原水を常温のままで濾過処理時よりも低い線速度で通液してモジュールを冷却する技術が提案されている（特許文献３参照)。
【００１２】
また、蒸気滅菌後、原液側（１次側）である中空糸膜内側から空気を供給し、透過側（２次側）である中空糸膜の外側に空気の一部を膜透過させて、透過側の空間を満たした後、原液側より水を供給してモジュールの温度を下げる中空糸膜モジュールの蒸気滅菌方法が提案されている(特許文献４参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２５２３６７号公報
【特許文献２】特開昭６１−２４２６０５号公報
【特許文献３】特開平８−１６４３２８号公報
【特許文献４】特公平８−４７２６号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Toshihiko  Hirao  et  al.，  Appl.  Microbiol.  Biotechnol.，３２，２６９−２７３（１９８９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
分離膜中の水分を損なうことなく滅菌可能な蒸気滅菌方法は、スパイラルや中空糸膜等の複雑な形状を有する分離膜モジュールにおいて、適した滅菌方法であり、上記した種々の技術が提案されている。
【００１６】
ところで、発酵槽や周辺配管などを蒸気滅菌する場合、蒸気の供給温度は、最も温度が上がりにくい場所でも、所定の蒸気滅菌の温度以上になるように設定される。また、蒸気の供給時間は、最も温度が上がりにくい場所が、所定の蒸気滅菌の温度以上に昇温してから、所定の蒸気滅菌の時間以上滅菌するように設定される。通常、保温などで放熱対策を講じるが、供給する蒸気の温度は１２１℃以上とされる。
【００１７】
しかしながら、蒸気の供給温度が高く、かつ供給時間が長くなると、高温の蒸気との長時間の接触により、分離膜モジュールの各部材が劣化する懸念がある。例えば、中空糸膜モジュールでは、中空糸膜とモジュール容器を固定するため、ウレタン系やエポキシ系のポッティング剤を使用している。このポッティング剤は、繰り返し行われる蒸気滅菌により劣化して、ポッティング剤と中空糸膜、またはポッティング剤とモジュール容器の剥離が発生する懸念がある。また、中空糸膜モジュールの場合、ポッティング剤としてウレタン系の樹脂を使用することがあるが、ウレタン樹脂は１２０℃を超えると劣化が進行し、一般的な蒸気滅菌の処理温度である１２１℃の蒸気と長時間接触した場合、ポッティング剤が劣化し、リークが発生する懸念がある。
【００１８】
さらに、蒸気は、圧力損失の少ない空間に流れやすいため、例えば中空糸膜が密に集まっているなど、分離膜が密になっている部分には、蒸気は流れにくい懸念がある。蒸気滅菌時は、飽和水蒸気圧で高温に保持するが、分離膜が密になっている部分は、主に伝熱で昇温していくため、蒸気滅菌条件まで昇温するのに多くの時間を要する。分離膜形状が密なものは、膜面積が大きくとれるメリットがある反面、蒸気滅菌時、蒸気の通気が十分行き渡らずに滅菌温度まで昇温できずに滅菌不良となるか、または確実に昇温、滅菌するには長時間を要するといった問題を有していた。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短い時間で、確実に分離膜モジュールを滅菌する滅菌方法、連続発酵による化学品の製造方法、分離膜モジュールの滅菌用装置および膜分離型連続発酵装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分離膜モジュールの蒸気滅菌方法は、分離膜モジュール内に、温水を供給して予熱する予熱工程と、前記予熱工程で供給した前記分離膜モジュール内の温水を排出する排出工程と、前記排出工程後、前記分離膜モジュールに蒸気を供給して、所定の滅菌温度で所定時間滅菌する滅菌工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の分離膜モジュールの蒸気滅菌方法は、上記発明において、前記予熱工程は、供給する温水の温度を昇温させながら前記分離膜モジュールを予熱することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の分離膜モジュールの蒸気滅菌方法は、上記発明において、前記分離膜モジュールの分離膜は中空糸膜であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の連続発酵による化学品の製造方法は、上記のいずれか一つに記載の蒸気滅菌方法により前記分離膜モジュールを滅菌する蒸気滅菌工程と、発酵原料を微生物の発酵培養により化学品を含有する発酵液へと変換する発酵工程と、該発酵液から前記分離膜モジュールにより濾過液として化学品を回収する膜分離工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の分離膜モジュールの滅菌用装置は、分離膜モジュールに蒸気を供給する蒸気供給手段と、温度が制御された温水を生成し、前記分離膜モジュールに供給する温水供給部と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の膜分離型連続発酵装置は、発酵原料を微生物により発酵培養することにより、該発酵原料を、化学品を含有する発酵液に変換する発酵槽と、前記発酵液から化学品を分離する分離膜モジュールと、前記発酵槽から前記分離膜モジュールに発酵液を送液する発酵液循環手段と、温度が制御された温水を生成し、前記分離膜モジュールに供給する温水供給部と、前記発酵槽および前記分離膜モジュールに蒸気を供給する蒸気供給手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、分離膜モジュールに温水を供給して予熱することにより、分離膜モジュールが所定の滅菌温度まで昇温するのに要する時間を大幅に短縮できるため、ポッティング剤等の熱による劣化を抑制しながら、確実に滅菌処理をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる分離膜モジュールの滅菌用装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる滅菌処理を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる分離膜モジュールの滅菌用装置の概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる分離膜モジュールの滅菌用装置の概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる膜分離型連続発酵装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態にかかる分離膜モジュールの滅菌方法、連続発酵による化学品の製造方法、分離膜モジュールの滅菌用装置および膜分離型連続発酵装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る分離膜モジュールの蒸気滅菌方法について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる分離膜モジュールの滅菌用装置の概略図である。滅菌用装置１００は、分離膜モジュール２に温度を制御した温水を供給する温水供給部２０と、分離膜モジュール２に水蒸気を供給する水蒸気供給部３０と、を備える。
【００３０】
温水供給部２０は、分離膜を備えた分離膜モジュール２の１次側の下部に予熱用の温水を供給して、分離膜モジュール２を予熱する。温水供給部２０は、温水供給ライン２１および温水供給バルブ２２を介して分離膜モジュール２に接続される。温水供給部２０から分離膜モジュール２の１次側下部に供給された温水は、排出ライン２５および排出バルブ３１を介して分離膜モジュール２の系外に排出される。分離膜モジュール２に水を残さないことが望ましい場合は、予熱後、分離膜モジュール２で予熱水を濾過しても良い。
【００３１】
また、水蒸気供給部３０は、水蒸気供給バルブ２８および水蒸気供給ライン２９を介して、分離膜モジュール２の１次側に接続される。水蒸気供給部３０から分離膜モジュール２の１次側に供給された所定温度の水蒸気およびその凝縮水は、水蒸気排出ライン２６および水蒸気排出バルブ２７を介して分離膜モジュール２の系外に排出される。なお、以下、分離膜モジュール２内の、処理対象である原液と接する側を１次側と呼び、処理後の濾過液と接する側を２次側と呼ぶ。
【００３２】
また、分離膜モジュール２には、処理対象である原液を供給する、供給ライン２３が１次側に接続されるとともに、分離膜で濾過された濾過液を排出・回収する濾過液排出ライン２４が２次側に接続されている。供給ライン２３および濾過液排出ライン２４上には、供給バルブ１７および濾過液排出バルブ１３がそれぞれ配置されている。
【００３３】
分離膜モジュール２は、分離膜と該分離膜を収容する容器とを備える。本実施の形態１に使用される分離膜は、有機膜、無機膜を問わない。分離膜の洗浄に逆圧洗浄や薬液浸漬による洗浄などを行うため、分離膜は、これらに対する耐久性を有することが好ましい。分離膜の形状は、平膜、中空糸膜、スパイラル式などいずれの形状のものも採用することができる。中でも、中空糸膜モジュールが好ましく、中空糸膜モジュールであれば、外圧式、内圧式のいずれの形状のものも採用することができる。
【００３４】
本実施の形態１に使用される分離膜として、分離性能及び透水性能、さらには耐汚れ性の観点から、有機高分子化合物を好適に使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。
【００３５】
溶液による製膜が容易で物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が、化学的強度（特に耐薬品性）と物理的強度を併せ有する特徴をもつためより好ましく用いられる。
【００３６】
ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体を用いても構わない。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。
【００３７】
実施の形態１に使用される分離膜の平均細孔径は、使用する目的や状況に応じて適宜決定することができるが、ある程度小さい方が好ましく、通常は０.０１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。中空糸膜の平均細孔径が０.０１μｍ未満であると、糖や蛋白質などの成分やその凝集体などの膜汚れ成分が細孔を閉塞して、安定運転ができなくなる。透水性能とのバランスを考慮した場合、好ましくは０．０２μｍ以上であり、さらに好ましくは０．０３μｍ以上である。また、１μｍを超える場合、膜表面の平滑性と膜面の流れによる剪断力や、逆洗やエアースクラビングなどの物理洗浄による細孔からの汚れの成分の剥離が不十分となり、安定運転ができなくなる。
【００３８】
また、平均細孔径が微生物または培養細胞の大きさに近づくと、これらが直接細孔を塞いでしまう場合がある。さらに発酵液中の微生物または培養細胞の一部が死滅することにより細胞の破砕物が生成する場合があり、これらの破砕物によって細孔の閉塞を回避するために、平均細孔径は０.４μｍ以下が好ましく、０.２μｍ以下が好適である。
【００３９】
ここで、分離膜の平均細孔径は、倍率１０，０００倍以上の走査型電子顕微鏡観察で観察される複数の細孔の直径を測定し、平均することにより求めることができる。１０個以上、好ましくは２０個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることが好ましい。細孔が円状でない場合などは画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円、すなわち等価円を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求めることも好ましく採用できる。
【００４０】
分離膜モジュール２を使用した濾過処理を行う際、雑菌等による装置内および／または濾過液の汚染を防止するために、濾過処理前に分離膜モジュール２の滅菌処理を行うことが好ましい。
【００４１】
実施の形態１にかかる滅菌方法において、温水供給部２０は分離膜モジュール２に温水を供給する。分離膜モジュール２に供給する温水の温度は、４０〜１００℃未満であることが好ましい。温水供給部２０により分離膜モジュール２に温水を供給することにより、分離膜モジュール２を予熱することができる。温水供給による予熱により、一般的な蒸気滅菌の滅菌温度である１２１℃以上まで、蒸気を供給して分離膜モジュール２を昇温する際に、昇温時間を短くすることができる。供給する温水の温度は、より好ましくは、８０〜１００℃未満である。また、複雑な形状の分離膜モジュール２内では蒸気が行き渡りにくい部分が存在するが、該形状の分離膜モジュール２において、温水で予熱をすることで、予熱後に蒸気を供給してからの昇温時間を短くすることができる。
【００４２】
温水供給部２０は、所定の温度の温水を分離膜モジュール２に供給することができるが、分離膜モジュール２の部材に急激な温度変化に対して耐久性が低いものを含む場合は、供給する温水の温度を徐々に上げて温水を供給することが好ましい。
【００４３】
温水は逆浸透膜を透過させた水や蒸留水、イオン交換水をヒーター等で加熱したものを用いる。滅菌に使用することから、フィルターを透過させてフィルター滅菌する等、滅菌してから使用することが好ましい。なお、フィルターは市販の滅菌用フィルターを使用することができ、捕捉径が０．２μｍ程度のものが好ましい。
【００４４】
温水として使用する水はタンク等に貯蔵しておき、分離膜モジュール２に送液しても良い。この場合、タンクで所定の温度に加熱しておくこともできる。また分離膜モジュール２の送液時に、途中に熱交換器を設けて、加熱することもできる。熱交換器には、プレート式、チューブ式、スパイラル式、二重管式等の一般的な熱交換器を用いることもできる。
【００４５】
温水供給部２０は、図１に示すように、温水を、分離膜モジュール２の１次側（原水側）に供給する。分離膜モジュール２内に気体溜まりが発生しないように、分離膜モジュール２の下側から温水を供給し、分離膜モジュール２の上側から温水を排出することが好ましい。供給口または排出口は、円筒形状の分離膜モジュール容器であれば、円筒のサイドノズルを使用しても良い。
【００４６】
実施の形態１において、温水供給ライン２１を介し分離膜モジュール２に温水を供給し、温水排出ライン２５から温水を排出するクロスフローで温水を供給することが好ましい。分離膜モジュール２内におけるクロスフローの流れにより、分離膜モジュール２内の温水の滞留を減少させて予熱を行うことが好ましい。
【００４７】
分離膜モジュール２に供給された温水の分離膜モジュール２内でのクロスフローの流束は、０．０１〜１０ｍ／ｓの範囲であることが好ましい。クロスフローの流速が０.０１m／ｓより小さい場合は、分離膜モジュール２への供給熱量は少なくなり、昇温に時間を要すること、および分離膜モジュール２内での流れが層流となり、熱交換が遅くなる等のデメリットがある。一方、クロスフローの流束が１０ｍ／ｓより大きい場合、クロスフローの送液動力コストが大きくなること、および分離膜モジュール２内で分離膜が損傷する懸念等のデメリットがある。クロスフローの流束は、０．０１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓであり、さらに０．１ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの範囲とすることが好ましい。
【００４８】
水蒸気供給部３０は分離膜モジュール２の１次側に水蒸気を供給する。分離膜モジュール２に供給する水蒸気の温度は、滅菌対象物の特性により決定される滅菌温度に設定すれば良く、特に、一般的な蒸気滅菌の滅菌温度と同様の１２１℃以上であることが好ましい。供給する水蒸気として、イオン交換水、逆浸透膜処理水、蒸留水、またはそれと同程度の清浄性を有する水を用いることが好ましい。水蒸気用の水は、イオン交換水、逆浸透膜処理水、蒸留水などを予め滅菌し、その後に所定の水蒸気としてもよく、イオン交換水、逆浸透膜処理水、蒸留水などを予め所定の温度の水蒸気とし、その後に滅菌フィルター等を通して滅菌処理するようにしてもよい。
【００４９】
実施の形態１にかかる分離膜モジュール２の滅菌方法において、分離膜モジュール２内部が予熱温度に達するまでの予熱時間、および滅菌可能な温度に昇温するまでの昇温時間は、分離膜モジュール２内に熱電対を設置して事前に測定して決定することが好ましい。または、特定の微生物を分離膜モジュール２内に配置し、滅菌性を確認して決定しても良い。
【００５０】
なお、分離膜モジュール２内の、最も温度が上がりにくい場所でも、所定の滅菌温度以上になるように予熱時間および昇温時間を設定することが好ましい。通常、保温などで放熱対策を講じるが、蒸気の供給温度は１２１℃以上とすることが好ましい。
【００５１】
分離膜モジュール２の滅菌は、１２１℃以上で１５分〜２０分間保持されることが好ましく、分離膜モジュール２に１２１℃以上の水蒸気を１５〜２０分間供給し続けることにより滅菌を行うことが特に好ましい。
【００５２】
次に、図２を参照して、実施の形態１にかかる分離膜モジュール２の蒸気滅菌方法を説明する。図２は、実施の形態１にかかる分離膜モジュール２の滅菌処理を説明するフローチャートである。
【００５３】
実施の形態１にかかる蒸気滅菌処理では、まず、分離膜モジュール２の１次側に温水供給部２０により所定温度に調整した温水を供給して分離膜モジュール２を予熱する（ステップＳ１）。温水の供給の際、水蒸気排出バルブ２７、濾過液排出バルブ１３、供給バルブ１７および水蒸気供給バルブ２８を閉、温水供給バルブ２２および温水排出バルブ３１を開とし、温水供給部２０により温水供給ライン２１を介して分離膜モジュール２の１次側に温水を供給する。分離膜モジュール２の１次側に供給された温水は、分離膜モジュール２を予熱し、排出ライン２５から排液される。
【００５４】
分離膜モジュール２を所定温度まで予熱した後、分離膜モジュール２内の温水を排出して（ステップＳ２）、分離膜モジュール２の１次側に水蒸気供給部３０から水蒸気を供給する（ステップＳ３）。水蒸気供給の際、供給バルブ１７、濾過液排出バルブ１３、温水供給バルブ２２および温水排出バルブ３１を閉、水蒸気供給バルブ２８および水蒸気排出バルブ２７を開とし、水蒸気供給ライン２９を介して水蒸気を分離膜モジュール２の１次側に供給する。水蒸気供給部３０による水蒸気の供給は、水蒸気排出ライン２６から水蒸気および凝縮水を排出しながら、分離膜モジュール２が所定の滅菌温度に昇温するまで継続される。
【００５５】
分離膜モジュール２が所定の滅菌温度に昇温した後、分離膜モジュール２を所定の滅菌温度で所定時間滅菌する（ステップＳ４）。水蒸気を用いた滅菌においては、通常は滅菌温度が１２１℃、滅菌時間が１５分から２０分であるが、分離膜モジュール２に要求される滅菌のレベルなどに応じて、滅菌温度および滅菌時間を適宜変更してもよい。また、分離膜モジュール２の温度を保持しやすくするために、分離膜モジュール２に水蒸気を、各部分の放熱分を補う量の蒸気を供給する。分離膜モジュール２の保温等により所定の滅菌温度を保持しやすいように行ってもよい。
【００５６】
滅菌処理の終了後、分離膜モジュール２を冷却して濾過処理を行うが、冷却の際、分離膜モジュール２の部材に急激な温度変化に対して耐久性が低いものを含む場合は、所定の滅菌温度から徐々に温度を下げるように制御することが好ましい。かかる場合、滅菌終了後、蒸気の供給を停止し、その状態で放置してもよいが、温水供給部２０により、徐々に温度を下げた温水を分離膜モジュール２に供給することにより、温度変化に弱い部材への影響を低減しながら、短い時間で冷却することも可能である。
【００５７】
本実施の形態１によれば、分離膜モジュール２に温水供給部２０により温水を供給して予熱することにより、分離膜モジュール２が所定の滅菌温度まで昇温するのに要する時間を大幅に短縮できる。これにより、ポッティング剤等の熱による劣化を抑制することが可能となり、分離膜モジュール２の交換頻度を低減できる。さらに、確実に滅菌温度まで昇温できるので滅菌不良を防止することが可能となる。
【００５８】
また、図３に変形例１として示すように、分離膜モジュール２の１次側および２次側に温水を供給して分離膜モジュール２を予熱してもよい。図３の滅菌用装置１００Ａは、分離膜モジュール２の１次側および２次側に温水をそれぞれ供給する温水供給ライン２１ａおよび２１ｂと、温水をそれぞれ排出する排出ライン２５ａおよび２５ｂとを備える。温水供給ライン２１ａおよび２１ｂ上には、温水供給バルブ２２ａおよび２２ｂがそれぞれ配置され、排出ライン２５ａおよび２５ｂ上には、温水排出バルブ３１ａおよび３１ｂがそれぞれ配置される。分離膜モジュール２の１次側および２次側に、温水供給ライン２１ａおよび２１ｂから温水をそれぞれ供給し、排出ライン２５ａおよび２５ｂから温水を排水（クロスフロー）することにより、分離膜モジュール２を予熱し、蒸気滅菌時の昇温に要する時間をさらに短縮することができる。なお、変形例１において、排出ライン２５ｂを設けずに、濾過液排出ライン２４により２次側に供給した温水を排出してもよい。
【００５９】
さらに、図４に変形例２として示すように、分離膜モジュール２の１次側に温水を供給し、温水を分離膜に透過させてもよい。図４の滅菌用装置１００Ｂは、温水供給ライン２１により分離膜モジュール２の１次側にのみ温水を供給し、温水の排出は、１次側の排出ライン２５ａに加え、排出ライン２５ｂにより２次側からも排出する。
【００６０】
分離膜モジュール２内の１次側に温水供給部２０から温水が供給されると、排出ライン２５ａを介して温水が系外に排出される。温水供給部２０から温水を供給しながら排出ライン２５ａ上の排出バルブ３１ａを調整することにより、分離膜モジュール２の１次側に供給された温水を２次側にも通液する。２次側に通液された温水は、排出ライン２５ｂを介して系外に排出される。
【００６１】
変形例２では、温水が分離膜を透過することにより、分離膜内部まで温水が行き渡るため、予熱の効率をさらに高めることができる。温水を分離膜に透過させる方法としては、上記のようにバルブを調整するほか、１次側から加圧して２次側通液する方法や、２次側から温水を排出する温水排出ライン２４ｂに吸引ポンプを設置して該吸引ポンプにより温水を吸引して２次側に透過させる方法が例示される。
【００６２】
あるいは、温水を分離膜モジュール２の２次側（透過液側）から、１次側に温水を供給しても良い。分離膜モジュール２の２次側に温水を供給して予熱を行う場合、２次側から供給した温水を分離膜モジュール２の１次側に透過し、分離膜モジュール２の１次側から排出、または２次側から供給した温水を分離膜モジュール２の１次側に一部透過し、分離膜モジュール２の１次側および２次側から排出すればよい。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態２にかかる膜分離型連続発酵装置の概略図である。
【００６４】
膜分離型連続発酵装置２００は、発酵原料を微生物の発酵培養により化学品を含有する発酵液への変換を行う発酵槽１と、発酵液から化学品を分離する分離膜モジュール２と、分離膜モジュール２に発酵液を供給する循環ポンプ８と、分離膜モジュール２に温水を供給する温水供給部２０と、蒸気滅菌用の蒸気を供給する水蒸気供給部３０と、各部を制御する制御装置４０と、を備える。
【００６５】
発酵槽１内には、原料供給ポンプ９により原料及び微生物または培養細胞が投入される。発酵工程は発酵槽１内で進行する。膜分離型連続発酵装置２００は、撹拌装置４および気体供給装置１５を備える。撹拌装置４は発酵槽１内の発酵液を撹拌する。また、気体供給装置１５は、必要とする気体を供給することができる。このとき、供給された気体を回収し、リサイクルして再び気体供給装置１５で供給することができる。
【００６６】
膜分離型連続発酵装置２００は、ｐＨセンサー・制御装置５および中和剤供給ポンプ１０を備えることができる。ｐＨセンサー・制御装置５は培養液のｐＨを検出し、その結果に応じて、培養液が設定範囲内のｐＨを示すように、中和剤供給ポンプ１０を制御する。中和剤供給ポンプ１０は、酸性水溶液の槽及びアルカリ性水溶液の槽に接続されており、いずれかの水溶液を発酵槽１に添加することによって培養液のｐＨを調節する。培養液のｐＨが一定範囲内に保たれることで、生産性の高い発酵生産を行うことができる。中和剤、つまり酸性水溶液およびアルカリ性水溶液は、ｐＨ調整液に該当する。
【００６７】
循環ポンプ８は、装置内の培養液、つまり発酵液を、発酵槽１から分離膜モジュール２に送液し、クロスフローにより未濾過の発酵液を、分離膜モジュール２から発酵槽１に循環する。循環ポンプ８は、供給バルブ１７、供給ライン２３を介して、発酵液を分離膜モジュール２に送液し、分離膜モジュール２で濾過されなかった未濾過の発酵液を、排出ライン２５を介して、発酵槽１に循環させる。発酵生産物である化学品を含む発酵液は、分離膜モジュール２によって濾過されることで微生物と発酵生産物である化学品に分離され、装置系から濾過液として取り出される。また、分離された微生物は、装置系内にとどまるので、装置系内の微生物濃度が高く維持される。その結果、生産性の高い発酵生産を可能としている。
【００６８】
分離膜モジュール２は、循環ポンプ８を介して発酵槽１に接続されている。分離膜モジュール２による濾過は、濾過ポンプ１１により吸引しながら行うことが好ましい。分離膜モジュール２により濾過された濾液は、濾過液排出ライン２４から濾過液排出バルブ１３を介して排出・回収される。膜分離型連続発酵装置２００は、分離膜モジュール２の分離膜の差圧を検出する差圧センサー・制御装置７を備えることできる。差圧センサー・制御装置７により、分離膜モジュール２の分離膜の差圧を検出しながら、分離膜モジュール２の分離膜の差圧が一定の範囲内の値を示すように、濾過ポンプ１１を制御することで、安定したろ過を行うことができる。あるいは、濾過ポンプ１１による吸引を行うことなく、循環ポンプ８による圧力のみによって、特別な動力を使用することなく濾過を行うことも可能である。また、循環ポンプ８の出力を調整することで、発酵槽１から分離膜モジュール２へ送られる発酵液量を適当に調整することができる。
【００６９】
発酵槽１は、温度制御装置３を備えることができる。温度制御装置３は、温度検出する温度センサーと、加熱部と、冷却部と、制御部とを備える。温度制御装置３は、温度センサーによって発酵槽１内の温度を検出し、検出結果に応じて、温度が一定の範囲内の値を示すように制御部によって加熱部及び冷却部温度を制御する。こうして、発酵槽１の温度が一定に維持されることで、微生物濃度が高く維持される。
【００７０】
また、発酵槽１には直接又は間接的に水を添加することができる。水供給部は、発酵槽１に直接的に水を供給し、具体的には水供給ポンプ１６で構成される。間接的な水の供給は、原料の供給およびｐＨ調整液の添加等を含む。膜分離型連続発酵装置２００に添加される物質は、コンタミによる汚染を防止し、発酵を効率よく行うため、滅菌されていることが好ましい。例えば、培地は、培地原料を混合後に加熱されることで滅菌されてもよい。また、培地、ｐＨ調整液および発酵槽に添加される水は、必要に応じて、滅菌用フィルターを通すなどして無菌化されてもよい。
【００７１】
レベルセンサー・制御装置６は、発酵槽１内の液面の高さを検知するセンサーと、制御装置とを備える。制御装置は、このセンサーの検知結果に基づいて、原料供給ポンプ９、水供給ポンプ１６等を制御することによって、発酵槽１内に流入する液量を制御することで、発酵槽１内の液面の高さを一定の範囲内に維持する。
【００７２】
分離膜洗浄装置１８は、洗浄液槽と、洗浄液供給ポンプ１２と、洗浄液バルブ１４と、洗浄液供給ライン１９と、を備える。分離膜洗浄装置１８は、洗浄液供給ポンプ１２を駆動することにより、洗浄液槽から洗浄液供給ライン１９を介して分離膜モジュール２の２次側に洗浄液を供給して逆圧洗浄を行う。ここで、逆圧洗浄とは、分離膜の２次側である濾過液側から、１次側である発酵液側へ洗浄液を送ることにより、分離膜表面に堆積した汚れ物質を除去する方法である。分離膜モジュール２の２次側に供給された洗浄液は、分離膜を透過して１次側に濾過される。洗浄液が分離膜モジュール２に供給されることで、分離膜の洗浄が実行される。逆圧洗浄を行う場合、分離膜モジュール２と濾過ポンプ１１との間に配置される濾過液排出バルブ１３、を閉とすることで、分離膜モジュール２における濾過が停止される。同様に、後述する温水供給部２０の温水供給バルブ２２も閉として、洗浄液を分離膜モジュール２に供給する。逆圧洗浄を行う際は、循環ポンプ８を運転しても、または停止してもよい。循環ポンプ８を運転しながら逆圧洗浄を行う場合は、洗浄液供給ポンプ１２の圧力を循環ポンプ８の圧力より高く設定すればよい。
【００７３】
逆圧洗浄に用いられる洗浄液には、発酵に大きく阻害しない範囲で、アルカリ、酸、酸化剤または還元剤を添加することができる。ここで、アルカリの例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを挙げることができる。酸の例としては、シュウ酸、クエン酸、塩酸、硝酸などを挙げることができる。また酸化剤の例としては、次亜塩素酸塩、過酸化などを挙げることができる。還元剤の例としては、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどの無機系還元剤などを挙げることができる。
【００７４】
微生物または培養細胞の発酵液を分離膜モジュール２中の分離膜で濾過処理する際の膜間差圧は、微生物および培養細胞、並びに培地成分が容易に目詰まりしない条件であればよい。例えば、膜間差圧を０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の範囲にして濾過処理することができる。膜間差圧は、好ましくは０．１ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の範囲であり、さらに好ましくは０．１ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の範囲である。上記膜間差圧の範囲内であれば、微生物（特に原核生物）および培地成分の目詰まり、並びに透過水量の低下を抑制することで、連続発酵運転に不具合を生じることを効果的に抑制することができる。
【００７５】
温水供給部２０は、分離膜モジュール２の１次側に、温水供給ライン２１を介して温水を供給する。分離膜モジュール２に供給された温水は、分離膜モジュール２を予熱して、クロスフローして排出ライン２５を介して排出される。
【００７６】
水蒸気供給部３０は、発酵槽１、分離膜モジュール２および周辺配管に、水蒸気供給ライン２９を介して水蒸気を供給する。温水供給部２０により分離膜モジュール２を所定温度まで予熱した後、水蒸気供給部３０により蒸気を供給して、膜分離型連続発酵装置２００内の蒸気滅菌処理を行う。
【００７７】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、分離膜モジュール２を温水で予熱した後１次側に水蒸気を供給するため、分離膜モジュール２が所定の滅菌温度まで昇温するのに要する時間を大幅に短縮でき、ポッティング剤等の熱による劣化を抑制することが可能となる。
【００７８】
なお、実施の形態２では、温水供給部２０を独立して設けているが、温水供給部２０を設けることなく、既存の設備を使用して分離膜モジュール２を予熱してもよい。たとえば、発酵槽１に水供給ポンプ１６により水を供給し、発酵槽１内に供給された水を温度制御装置３により所定温度まで加熱することにより温水を調整することができる。調整した温水は、循環ポンプ８により供給ライン２３を介して分離膜モジュール２に供給すればよい。
【００７９】
次に、本実施の形態にかかる膜分離型発酵装置２００で使用される微生物および培養細胞について説明する。本実施の形態で使用する微生物および培養細胞については特に制限はなく、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、および糸状菌等の菌類；大腸菌およびコリネ型細菌などのバクテリア；放線菌などが挙げられる。また、培養細胞としては、動物細胞および昆虫細胞等が挙げられる。また、使用する微生物や培養細胞は、自然環境から単離されたものでもよく、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。
【００８０】
乳酸を製造する場合、真核細胞であれば酵母、原核細胞であれば乳酸菌を用いることが好ましい。このうち酵母は、乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子を細胞に導入した酵母が好ましい。このうち乳酸菌は、消費したグルコースに対して対糖収率として５０％以上の乳酸を産生する乳酸菌を用いることが好ましく、更に好ましくは対糖収率として８０％以上の乳酸菌であることが好適である。
【００８１】
また、本実施の形態で使用する発酵原料としては、培養する微生物および培養細胞の生育を促し、目的とする発酵生産物である化学品を良好に生産させ得るものであればよい。
発酵原料としては、液体培地が用いられる。培地中の成分であって、目的の化学品に変換される物質（すなわち狭義の原料）を原料と称することもあるが、本書では、特に区別しない場合には、培地全体を原料と称する。狭義の原料とは、例えば化学品としてアルコールを得るための発酵基質であるグルコース、フルクトース、ショ糖などの糖である。
【００８２】
原料は、炭素源、窒素源、無機塩類、および必要に応じてアミノ酸やビタミンなどの有機微量栄養素を適宜含有する。炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトースおよびラクトース等の糖類、これら糖類を含有する澱粉糖化液、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、およびグリセリンなどが使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩およびマンガン塩等が添加されてもよい。
【００８３】
微生物または培養細胞が生育のために特定の栄養素を必要とする場合には、その栄養物が標品またはそれを含有する天然物として、原料に添加される。
原料は、消泡剤を必要に応じて含有してもよい。
【００８４】
本明細書において、培養液とは、発酵原料に微生物または培養細胞が増殖した結果得られる液である。連続発酵においては、培養液に発酵原料を追加することができるが、追加する発酵原料の組成は、目的とする化学品の生産性が高くなるように、培養開始時の組成から適宜変更してもよい。例えば、狭義の発酵原料の濃度、培地における他の成分の濃度等は、変更可能である。
【００８５】
また、本明細書において、発酵液とは、発酵の結果生じた物質を含有する液であり、原料、微生物または培養細胞、及び化学品を含有してもよい。つまり、文言「培養液」と「発酵液」とはほぼ同じ意味で用いられることがある。
【００８６】
本実施の形態２にかかる膜分離型連続発酵装置２００によれば、上記の微生物または培養細胞によって、発酵液中に、化学品すなわち変換後の物質が生産される。化学品としては、例えば、アルコール、有機酸、アミノ酸および核酸など発酵工業において大量生産されている物質を挙げることができる。例えば、アルコールとしては、エタノール、１，３−ブタンジオール、１,４−ブタンジオールおよびグリセロール等が挙げられる。また、有機酸としては、酢酸、乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸およびクエン酸等を挙げることができ、核酸であればイノシン、グアノシンおよびシチジン等を挙げることができる。また、本発明の方法を、酵素、抗生物質および組換えタンパク質のような物質の生産に適用することも可能である。
【００８７】
本実施の形態にかかる膜分離型連続発酵装置２００は、化成品、乳製品、医薬品、食品または醸造品の製造に適用できる。ここで化成品としては、例えば、有機酸、アミノ酸および核酸が挙げられ、乳製品としては、例えば、低脂肪牛乳などが挙げられ、食品としては、例えば、乳酸飲料など、醸造品としては、例えば、ビール、焼酎が挙げられる。また、本発明の製造方法によって製造された、酵素、抗生物質、組み換えタンパク質等は、医薬品に適用可能である。
【００８８】
連続発酵による化学品の製造では、培養初期にＢａｔｃｈ培養またはＦｅｄ−Ｂａｔｃｈ培養を行って、微生物濃度を高くした後に、連続発酵（つまり培養液の引き抜き）を開始しても良い。または、微生物濃度を高くした後に、高濃度の菌体をシードし、培養開始とともに連続発酵を行っても良い。連続発酵による化学品の製造では、適当な時期から原料培養液の供給および培養物の引き抜きを行うことが可能である。原料培養液供給と培養液の引き抜きの開始時期は必ずしも同じである必要はない。また、原料培養液の供給と培養液の引き抜きは連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。
【００８９】
培養液には菌体増殖に必要な栄養素を添加し、菌体増殖が連続的に行われるようにすればよい。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、培養液の環境が微生物または培養細胞の増殖にとって不適切となって死滅する比率が高くならない範囲で、高い状態で維持することが、効率よい生産性を得る上で好ましい態様である。培養液中の微生物または培養細胞の濃度は、一例として、ＳＬ乳酸菌を用いたＤ−乳酸発酵では、乾燥重量として、微生物濃度を５ｇ／Ｌ以上に維持することにより良好な生産効率が得られる。
【００９０】
連続発酵による化学品の製造において、原料に糖類を使用する場合は、培養液中の糖類濃度は５ｇ／Ｌ以下に保持されることが好ましい。培養液中の糖類濃度を５ｇ／Ｌ以下に保持することが好ましい理由は、培養液の引き抜きによる糖類の流失を最小限にするためである。
【００９１】
微生物および培養細胞の培養は、通常、ｐＨ３以上８以下、温度２０℃以上６０℃以下の範囲で行われる。培養液のｐＨは、無機の酸あるいは有機の酸、アルカリ性物質、さらには尿素、炭酸カルシウムおよびアンモニアガスなどによって、通常、ｐＨ３以上８以下のあらかじめ定められた値に調節する。酸素の供給速度を上げる必要があれば、空気に酸素を加えて酸素濃度を２１％以上に保つ、培養液を加圧する、攪拌速度を上げる、あるいは通気量を上げるなどの手段を用いることができる。
【００９２】
連続発酵の運転においては、微生物発酵槽の微生物濃度をモニタリングすることが望ましい。微生物濃度の測定はサンプルを採取し、測定することでも可能だが、微生物発酵槽に、ＭＬＳＳ測定器など、微生物濃度センサーを設置し、微生物濃度の変化状況を連続的にモニタリングすることが望ましい。
【００９３】
連続発酵による化学品の製造では、必要に応じて、発酵槽内から培養液、微生物または培養細胞を引き抜くことができる。例えば、発酵槽内の微生物または培養細胞濃度が高くなりすぎると、分離膜の閉塞が発生しやすくなることから、引き抜くことで、閉塞から回避することができる。また、発酵槽内の微生物または培養細胞濃度によって化学品の生産性能が変化することがあるが、生産性能を指標として微生物または培養細胞を引き抜くことで、生産性能を維持させることも可能である。
【００９４】
連続発酵による化学品の製造では、発酵生産能力のあるフレッシュな菌体を増殖させつつ行う連続培養操作は、菌体を増殖させつつ生産物を生成する連続培養法であれば、発酵槽の数は問わない。連続発酵による化学品の製造では、連続培養操作は、通常、培養管理上単一の発酵槽で行うことが好ましい。発酵槽の容量が小さい等の理由から、複数の発酵槽を用いることも可能である。この場合、配管によって並列または直列に接続された複数の発酵槽を用いて連続培養を行っても、発酵生産物の高生産性は得られる。
【実施例】
【００９５】
以下、本発明の効果をさらに詳細に、実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００９６】
（参考例１）中空糸膜の作製
重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマーとγ−ブチロラクトンとを、それぞれ３８重量％と６２重量％の割合で１７０℃の温度で溶解した。この高分子溶液をγ−ブチロラクトンを中空部形成液体として随伴させながら口金から吐出し、温度２０℃のγ−ブチロラクトン８０重量％水溶液からなる冷却浴中で固化して球状構造からなる中空糸膜を作製した。次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマーを１４重量％、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社製、ＣＡＰ４８２−０．５）を１重量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを７７重量％、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン（三洋化成株式会社、商品名イオネット（登録商標）Ｔ−２０Ｃ）を５重量％、水を３重量％の割合で９５℃の温度で混合溶解して高分子溶液を調製した。この製膜原液を、球状構造からなる中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて球状構造層の上に三次元編目構造を形成させた中空糸膜を作製した。得られた中空糸膜の被処理水側表面の平均細孔径は、０．０４μｍであった。次に、上記の分離膜である中空糸多孔性膜について純水透水量を評価したところ、５．５×１０-9ｍ3／ｍ2／ｓ／Ｐａであった。透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の温度の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。
【００９７】
（参考例２）分離膜モジュール２の作製
分離膜モジュールケースにはポリスルホン樹脂製筒状容器（内径３５mm）である成型品を用いて中空糸膜モジュールを作製した。分離膜として参考例１で作製した中空糸膜を用い、１２１℃の飽和水蒸気と１時間接触させた。飽和水蒸気との接触には、ＴＯＭＹ社製のオートクレーブ「ＬＳＸ−７００」を使用した。中空糸膜を前記モジュールケース内に挿入し、ウレタン樹脂（サンユレック社製、ＳＡ−７０６８Ａ／ＳＡ−７０６８Ｂ、２剤を重量比が６４：１００となるように混合）を用いてモジュールケースと中空糸膜の両端を接着した。モジュール上端は中空糸膜を開口させるために、余分な接着部は切り落として用いた。中空糸膜のモジュール充填率は４５％とした。発酵培養液はモジュール横下部ノズルから導入し、モジュール横上部ノズルから発酵槽１に戻す構造とした。
【００９８】
モジュールケースの１次側にエタノール８０％水溶液を供給し、一部を２次側から濾過して、分離膜モジュール内をエタノール８０％水溶液で満たし、１時間静置した。その後、エタノールを排出し、蒸留水で分離膜モジュール内を洗浄、置換した。分離膜モジュール内に水を満たして保管した。
【００９９】
上記参考例で作成した分離膜モジュール２について、後述する実施例・比較例での蒸気滅菌処理を行った後、以下の方法によりリークテストを行った。
【０１００】
参考例２の通り作製した分離膜モジュール２の１次側に、１００ｋＰａの空気を供給し、分離膜モジュール２の１次側の水を２次側に濾過した後、分離膜モジュール１次側を封じ込めして、１００ｋＰａの空気で加圧状態とした。ここで、分離膜モジュール１次側供給ラインに圧力計を設置し、分離膜モジュール１次側の圧力を確認できるようにした。また分離膜モジュール２次側は大気開放して、１次側からリークがあれば、放圧できるようにした。１０分後、分離膜モジュール１次側の圧力の低下が３ｋＰａ以内、また分離膜２次側からの気泡の発生が無ければ、リークは無いと判断した。
【０１０１】
（実施例１）
参考例２の通り作製した中空糸膜モジュールを図５に示す膜分離型連続発酵装置２００の発酵液循環ラインに設置し、下記の条件で蒸気滅菌処理を行った。温水供給部２０から８０℃の温水を分離膜モジュール２および発酵槽１に供給し、１時間循環した。その後、温水を排出し、水蒸気供給部３０から水蒸気を供給し、分離膜モジュール２、発酵槽１ならびに各配管を蒸気滅菌した。蒸気滅菌は、分離膜モジュール２が１２１℃になった後、２０分間、蒸気を供給しながら行い、その後、蒸気供給を停止し、発酵槽１などを放冷した。
【０１０２】
滅菌処理後に分離膜モジュール２についてリークテストを行い、上記の条件（８０℃の温水で１時間予熱後に１２１℃に昇温し２０分間の蒸気滅菌）での滅菌処理を２０回繰り返した後までリーク等の問題はなかった。
【０１０３】
図５に示す膜分離型連続発酵装置２００を使用して連続発酵運転を行った。連続発酵における運転条件は、特に断らない限り、以下のとおりである。
発酵槽容量：２０（Ｌ）
発酵槽有効容積：１５（Ｌ）
使用分離膜：ポリフッ化ビニリデン中空糸膜２５０本（有効長２０ｃｍ、総有効膜面積  ０．４ｍ２）
温度調整：３７（℃）
発酵槽通気量：窒素ガス２（Ｌ／ｍｉｎ）
発酵槽攪拌速度：６００（ｒｐｍ）
ｐＨ調整：３Ｎ  Ｃａ（ＯＨ）２によりｐＨ６に調整
乳酸発酵培地供給：発酵槽液量が約１５Ｌで一定になる様に制御して添加
発酵液循環装置による循環液量：１０（Ｌ／ｍｉｎ）
膜濾過流量制御：吸引ポンプによる流量制御
間欠的な濾過処理：濾過処理（９分間）〜濾過停止  （１分間）の周期運転
膜濾過流束：０．０１（ｍ／ｄａｙ）以上０．３（ｍ／ｄａｙ）以下の範囲で膜間差圧が２０ｋＰａ以下となる様に可変。膜間差圧が範囲を超えて上昇し続けた場合は、連続発酵を終了した。
【０１０４】
培地は１２１℃、２０分での飽和水蒸気下の蒸気滅菌をして用いた。微生物としてＳｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌａｅｖｏｌａｃｔｉｃｕｓ  ＪＣＭ２５１３（ＳＬ株）を用い、培地として表１に示す組成の乳酸発酵培地を用い、生産物である乳酸の濃度の評価には、下記に示したＨＰＬＣを用いて以下の条件下で行った。
【０１０５】
【表１】
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【０１０６】
カラム：Ｓｈｉｍ−Ｐａｃｋ  ＳＰＲ−Ｈ（島津社製）
移動相：５  ｍＭ  ｐ−トルエンスルホン酸（０．８  ｍＬ／ｍｉｎ）
反応相：５  ｍＭ  ｐ−トルエンスルホン酸、２０  ｍＭ  ビストリス、０．１  ｍＭ  ＥＤＴＡ・２Ｎａ（０．８  ｍＬ／ｍｉｎ）
検出方法：電気伝導度
カラム温度：４５℃
なお、乳酸の光学純度の分析は、以下の条件下で行った。
カラム：ＴＳＫ−ｇｅｌ  Ｅｎａｎｔｉｏ  Ｌ１（東ソー社製）
移動相  ：１  ｍＭ  硫酸銅水溶液
流速：１．０  ｍＬ／分
検出方法  ：ＵＶ  ２５４  ｎｍ
温度  ：３０℃
Ｌ−乳酸の光学純度は、次式（５）で計算される。
光学純度（％）＝１００×（Ｌ−Ｄ）／（Ｄ＋Ｌ）  ・・・（５）
また、Ｄ−乳酸の光学純度は、次式（６）で計算される。
光学純度（％）＝１００×（Ｄ−Ｌ）／（Ｄ＋Ｌ）  ・・・（６）
ここで、ＬはＬ−乳酸の濃度を表し、ＤはＤ−乳酸の濃度を表す。
【０１０７】
培養は、まずＳＬ株を試験管で５ｍＬの乳酸発酵培地で一晩振とう培養した（前々々培養）。得られた培養液を新鮮な乳酸発酵培地２００ｍＬに植菌し、１０００ｍＬ容坂口フラスコで２４時間、３０℃で振とう培養した（前々培養）。前々培養液を、図５に示す膜分離型連続発酵装置２００の１５Ｌの発酵槽１に培地を入れて植菌し、発酵槽１を付属の攪拌装置４によって攪拌し、発酵槽１の通気量の調整、温度調整、ｐＨ調整を行い、循環ポンプ８を稼働させることなく、２４時間培養を行った（前培養）。前培養完了後直ちに、循環ポンプ８を稼働させ、前培養時の運転条件に加え、乳酸発酵培地の連続供給を行い、連続発酵装置の発酵液量が１５Ｌとなるよう膜透過水量の制御を行いながら連続培養し、連続発酵によるＤ−乳酸の製造を行った。連続発酵試験を行うときの膜透過水量の制御は、濾過ポンプ１１により濾過量が発酵培地供給流量と同一となるように制御した。適宜、膜透過発酵液中の生産されたＤ−乳酸濃度および残存グルコース濃度を測定した。
【０１０８】
滅菌処理後の分離膜モジュール２について、濾過処理（９分間）〜濾過停止処理（１分間）の周期運転を行いながら、図５に示す膜分離型連続発酵装置２００において化学品を製造したことにより、連続発酵を４００時間行うことができた。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１と同様に分離膜モジュール２を膜分離型連続発酵装置２００に設置し、分離膜モジュール２の予熱を行うことなく、水蒸気供給部３０から水蒸気を供給し、分離膜モジュール２、発酵槽１および各配管を滅菌した。分離膜モジュール２が１２１℃になった後、さらに２０分間蒸気を供給して蒸気滅菌を行い、その後、蒸気供給を停止し、放冷した。
滅菌処理後に分離膜モジュール２のリークテストを行い、上記の条件（予熱なしで蒸気により１２１℃に昇温し２０分間の蒸気滅菌）での滅菌処理を１５回繰り返した後リークが発生した。リークはウレタン樹脂層とモジュールケース間の剥離によるものであった。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の方法によれば、複雑な形状の分離膜を備える分離膜モジュールの滅菌に好適であり、特に、該分離膜モジュールを使用する化学品の製造装置に有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１：発酵槽
２：分離膜モジュール
３：温度制御装置
４：撹拌装置
５：ｐＨセンサー・制御装置
６：レベルセンサー・制御装置
７：差圧センサー・制御装置
８：循環ポンプ
９：原料供給ポンプ
１０：中和剤供給ポンプ
１１：濾過ポンプ
１２：洗浄液供給ポンプ
１３：濾過液排出バルブ
１４：洗浄液バルブ
１５：気体供給装置
１６：水供給ポンプ
１７：供給バルブ
１８：分離膜洗浄装置
１９：洗浄液供給ライン
２０：温水供給部
２１、２１ａ、２１ｂ：温水供給ライン
２２、２２ａ、２２ｂ：温水供給バルブ
２３：供給ライン
２４：濾過液排出ライン
２５、２５ａ、２５ｂ：排出ライン
２６：水蒸気排出ライン
２７：水蒸気排出バルブ
２８：水蒸気供給バルブ
２９：水蒸気供給ライン
３０：水蒸気供給部
３１、３１ａ、３１ｂ：排出バルブ
４０：制御装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ：滅菌用装置
２００：膜分離型連続発酵装置
【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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