(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定床型リアクターを用いて、ヒト血清アルブミン発現用プラスミドを導入した組換え酵母の廃液を嫌気条件下で消化処理することを特徴とする酵母廃液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酵母菌体を含む廃液（以下「酵母廃液」という。）の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酵母菌体は、ビール、日本酒、焼酎、ウイスキー、ワイン、工業用エタノールなどの醸造の際、または酵母を宿主とした組換えタンパク生産の際、副産物として得られる。酵母菌体の一部は、医薬品、食品、飼料などの原料として利用されるがその量は限られており、余剰の酵母菌体は酵母廃液として廃棄処分されている。廃棄処分の方法としては、海洋などへの投棄や焼却処理などが行われている。しかし、環境汚染、処理コストの高騰などの問題から、より経済的かつ効率的な処理方法の探索が待たれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる背景の下に、新たな処理方法を探索することによって、経済的かつ効率的に酵母廃液の処理を行い得る処理方法を開発することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、固定床型リアクターを用いて、酵母廃液を嫌気条件下で消化処理することにより、経済的かつ効率的に酵母廃液の消化処理を行えることを見い出し、本発明を完成するに到った。
【０００５】
すなわち、本発明の酵母廃液の処理方法は、固定床型リアクターを用いて、酵母廃液を嫌気条件下で消化処理する、言い換えると、液化処理およびガス処理を含む二相式メタン発酵法により処理することを特徴とする。
【０００６】
本明細書において用いられる略語の定義は以下の通りである。
ＴＶＳ（Total Volatile Solid）    ：総揮発性物質
ＳＳ（Suspended Solid ）          ：浮遊物質
ＶＳＳ（Volatile Suspended Solid）：揮発性浮遊物質
ＭＬＶＳＳ（Mixed Liquor Volatile Suspended Solid ）：混合液揮発性浮遊物質
【０００７】
本発明において処理され得る酵母菌体の種類は、特に限定されず、既に公知文献記載のものの他、今後開発される組換え体などにも適宜利用することができる。具体的には、サッカロマイセス属、ピキア属、シゾサッカロマイセス属、クルイベロマイセス属、カンジダ属、ハンゼヌラ属などが挙げられる。特に、本発明においては、Ｇ４１８感受性株であるサッカロマイセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae) ＡＨ２２株（a. his 4, leu 2, can 1) 、ピキア・パストリス(Pichia pastoris) ＧＴＳ１１５株（his 4)などを宿主とした組換え体が好適に処理される。
【０００８】
これらの酵母菌体を含む酵母廃液は、生菌の状態か、または既に公知の方法もしくはそれに準じた方法で殺菌処理された後に、嫌気性消化により処理される。
【０００９】
本発明においては、固定床型リアクターを用いて嫌気性消化を行うものである。この方法は、別名、固定床法（ＵＡＦＰ：Upflow Anaerobic Filter Process ）ともいう。固定床法は、固定化担体に嫌気性微生物を付着させた固定床型リアクターにより消化処理を行うというものである。この固定化担体としては、セラミック、ポリアクリルアミド、砕石等が例示される。本発明においては、少なくとも液化処理装置として固定床型リアクターを利用する。
【００１０】
消化処理に適用される酵母廃液のＴＶＳ濃度は、１０〜１００ｇ−ＴＶＳ／Ｌが望ましい。酵母廃液のＴＶＳ濃度が１０ｇ−ＴＶＳ／Ｌ未満では、水理学的滞留時間が短くなり、ＶＳＳ消化率が低くなるなど効率的な嫌気性消化、特に液化処理が困難となる。一方、１００ｇ−ＴＶＳ／Ｌを越えると、プロピオン酸などの有機酸の生成量が多くなり、以後のガス化処理に悪影響を及ぼす。
【００１１】
液化処理において作用する微生物は、酸生成菌と水素生成酢酸生成菌とに大きく分けられる。酸生成菌は、高分子有機物から酢酸、プロピオン酸、酪酸などの低級脂肪酸を生成する一群の微生物である。また、水素生成酢酸生成菌は、水素資化性のメタン生成菌や硫酸還元菌と共生して低級脂肪酸から酢酸と水素とを生成する。当該微生物としては、下記の表１に記載のものが例示される。
【００１２】
【表１】
0003743039.tif 000002
【００１３】
ガス化処理において作用する嫌気性菌は、Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales の３目に分けられ、さらに下記の表２に示される４科８属１４種に分類される。
【００１４】
【表２】
0003743039.tif 000003
【００１５】
これらの嫌気性菌のうち、Methanosarcina属とMethanothrix属とは酢酸を基質にできるメタン生成菌であり、この２属がメタン生成過程の主要な役割を果している。
【００１６】
嫌気性消化処理は、種々雑多の当該微生物を含む（微生物群からなる）汚泥または嫌気性消化シード〔種汚泥または嫌気性消化汚泥ともいう。下水処理などにおいて得られた嫌気性汚泥（嫌気性菌群）を馴養したもの。〕を通常の方法により馴養する。すなわち、この馴養は嫌気性消化処理を行い易い状態に馴らしていくことを意味する。具体的には、嫌気性消化シードを例えば、ＭＬＶＳＳとして１〜５０ｇ／Ｌの濃度に対して、混合汚泥、合成廃水などを用いて、有機物容積負荷、ｐＨ、温度条件などの条件を当該液化処理の条件に合わせた条件下で適当な期間馴養する。次いで、酵母廃液の嫌気性消化処理を開始する。
【００１７】
また、複数のリアクターを用いる場合は、その各々のリアクターで行う嫌気性消化処理（例えば、液化処理、ガス化処理）を行い易い状態に馴養すればよい。
【００１８】
酵母廃液は希釈せずに、あるいは水または何らかの水溶液で希釈した上で、当該処理を行う。当該処理は公知の温度条件下で行うことができる。一般的には３０〜７０℃程度が例示される。特に本発明においては、中温発酵（３０〜４０℃）および高温発酵（５０〜６０℃）のいずれでも実施可能である。
【００１９】
当該処理は連続して行うことができる。有機物容積負荷は、０．５〜１０ｇ−ＴＶＳ／Ｌ／日程度、好ましくは１〜８ｇ−ＴＶＳ／Ｌ／日程度とする。ｐＨは６〜８程度となるように調整すればよく、酸またはアルカリを適宜添加して制御する。
【００２０】
当該処理においては、必要に応じてニッケルおよび／またはコバルトの塩を酵母廃液に添加することが、消化反応を促進させる点で好ましい。具体的には、塩化第一ニッケル六水塩、塩化第一コバルト六水塩などが例示される。ニッケルおよび／またはコバルトの塩は、酵母廃液のＴＶＳ濃度に応じて適宜添加される。具体的には、終濃度として各々０．５〜１００mg／Ｌ程度が例示される。
【００２１】
当該処理条件下で、酵母廃液は連続的に処理され、例えば液化処理工程におけるＶＳＳの消化率を５０％以上に維持することが可能となる。ガス化処理も安定して行うことができ、生成されるガスは５０％以上のメタンを含有し、燃料などとして利用することができる。
【００２２】
複数のリアクターを連続して用いる場合は、得られた消化処理液を希釈せずに、あるいは水または何らかの水溶液で希釈して、次のリアクター（処理工程）に投入される。
【００２３】
なお、ガス化処理を液化処理とは別のリアクターで行う場合は、良好なガス発生量（４００ml-gas／ｇ−ＴＶＳ以上）を達成するために、液化処理液を揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）濃度１０ｇ／Ｌ以下となるように調整して用いることが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の酵母廃液の処理方法によれば、酵母廃液を固定床型リアクターを用いて、嫌気条件下で消化処理を行うことにより、酵母菌体を含む酵母廃液が高効率的にメタンガスに転換され、酵母廃液の経済的な廃棄処理が可能となる。
【００２５】
特に、本発明の処理方法によれば、従来法に比べて、有機物容積負荷をより高く設定することができる。また、前処理としての加熱処理は６０〜７０℃程度であっても、嫌気性消化反応を充分に行うことができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明をより詳細に説明するために実施例を挙げるが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
▲１▼  酵母廃液の調製
ピキア・パストリス(Pichia pastoris) ＧＴＳ１１５株に、ヒト血清アルブミン発現用プラスミドｐＭＭ０４２を導入し、形質転換体ＵＨＧ４２−３株を得た（特開平４−２９９８４号公報参照）。
【００２８】
この形質転換体ＵＨＧ４２−３株をジャーファーメンターを用いて通気攪拌培養し、培養終了後に圧搾機にて、酵母菌体と濾液とに分離した。圧搾により得られた酵母菌体を湿重で２５０ｇ採取し、これを蒸留水にて懸濁して１Ｌの懸濁液とした。この懸濁液を１２１℃にて２０分間蒸気加圧滅菌して、酵母廃液１Ｌを得た。この酵母廃液にNiCl2 ・６Ｈ2 ＯおよびCoCl2 ・６Ｈ2 Ｏをそれぞれ終濃度で１８．１および５．１mg／Ｌとなるように添加した。
【００２９】
この酵母廃液の浮遊物質（ＳＳ）濃度は、約65,000mg／Ｌ、揮発性浮遊物質（ＶＳＳ）濃度は約60,000mg／Ｌ、総揮発性物質（ＴＶＳ）濃度は約65,000mg／Ｌであった。
【００３０】
▲２▼  消化シードの馴養
高温消化シード（嫌気性植種汚泥）を有機物容積負荷３ｇ／Ｌ／日の条件下で、下水混合汚泥を用いてdraw-and-fill 方式により馴養した。
【００３１】
▲３▼  嫌気性消化処理
０．７８Ｌ容の固定床型リアクターに、馴養した高温消化シードをＭＬＶＳＳで１０ｇ／Ｌとなるように投入した。なお、固定床型リアクターに充填した担体は、リアポア（粘土を焼いて粉砕したもの）と粉砕した高密度ポリエチレンとを４５：５５に混合し、１００〜２３０℃でハニカム構造に焼成したものである。従って、この担体は、親水的な性質を（リアポア）と疎水的な性質（高密度ポリエチレン）とを併せ持っている。この担体は非常にポーラスであり、細孔分布は１〜２mmの細孔が２０％、０．１〜０．３５mmの細孔が６０％、０．１μｍ〜０．１mmの細孔が２０％である。
【００３２】
槽内液は循環ポンプで循環した。また、酵母廃液は３倍希釈したものを供給ポンプにより連続的に供給した。処理温度は５３℃、有機物容積負荷は２ｇ／Ｌ／日とし、嫌気性消化処理を５０日間行った。
【００３３】
実験例１
実施例１において、有機物容積負荷を２〜８ｇ−ＴＶＳ／Ｌ／日の条件下で、嫌気性消化処理を行った場合の結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
0003743039.tif 000004
【００３５】
実施例２
中温消化シードを用い、処理温度を３７℃とする以外は実施例１に準じて酵母廃液の嫌気性消化処理を行った。その結果、実施例１と同様の良好な結果が得られた。
【００３６】
実施例３
酵母廃液の加熱滅菌を６８℃で３０分間行い、酵母廃液のｐＨを６．５に調整する以外は実施例１に準じて酵母廃液の嫌気性消化処理を行った。その結果、実施例１と同様の良好な結果が得られた。
【００３７】
実験例２
実施例３において、有機物容積負荷を２〜４ｇ−ＴＶＳ／Ｌ／日の条件下で、嫌気性消化処理を行った場合のＶＳＳ消化率を表４に示す。
【００３８】
【表４】
0003743039.tif 000005