JPH11137286A - Fermentation of lactic acid - Google Patents
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- JPH11137286A JPH11137286A JP30858797A JP30858797A JPH11137286A JP H11137286 A JPH11137286 A JP H11137286A JP 30858797 A JP30858797 A JP 30858797A JP 30858797 A JP30858797 A JP 30858797A JP H11137286 A JPH11137286 A JP H11137286A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な乳酸の発酵
方法に関する。より詳しくは、電気透析を利用して乳酸
発酵を円滑に行うことのできる乳酸の発酵方法に関する
ものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel method for fermenting lactic acid. More specifically, the present invention relates to a lactic acid fermentation method capable of performing lactic acid fermentation smoothly using electrodialysis.
【0002】乳酸は、食品添加物として清酒、清涼飲
料、漬物、醤油、製パンまたはビールなどの製造に利用
され、また、工業として皮革、繊維、プラスチック、医
薬品または農薬などの製造に使用されている。[0002] Lactic acid is used as a food additive in the production of sake, soft drinks, pickles, soy sauce, bread making or beer, and as an industry, in the production of leather, fiber, plastics, pharmaceuticals or pesticides. I have.
【0003】また、最近では乳酸の誘導体または合成中
間体である乳酸エチル、または乳酸ブチルなどのエステ
ル類は安全性の高い溶剤、洗浄剤としての用途が広がっ
ている。さらに乳酸のポリマーであるポリ乳酸は、生分
解性ポリマーとしての用途が拡大するものとして期待さ
れている。Recently, esters such as ethyl lactate and butyl lactate, which are derivatives or synthetic intermediates of lactic acid, have been widely used as highly safe solvents and cleaning agents. Furthermore, polylactic acid, which is a polymer of lactic acid, is expected to expand its use as a biodegradable polymer.
【0004】[0004]
【従来の技術】乳酸塩から電気透析により乳酸を分離す
る方法としては、バイポーラ膜とカチオン交換膜からな
る2室法により、ナトリウムまたはアンモニアなどのア
ルカリをカチオン交換膜を透過させて分離するバイポー
ラ膜電気透析法、およびバイポーラ膜とアニオン交換膜
からなる2室法により、乳酸ないし弱塩基の乳酸塩をア
ニオン交換膜を透過させて分離するバイポーラ膜電気透
析法が知られている(月刊フードケミカル 1996−
6,p30〜35、特開平8−281077号公報)。
ここで、バイポーラ膜とは、アニオン交換膜とカチオン
交換膜とが接合された構造をしており、電気透析に供す
る際には、該バイポーラ膜のアニオン交換膜側を陽極
(+)側に、該バイポーラ膜のカチオン交換膜側を陰極
(−)側にして使用されるものであり、電場をかけると
接合された陰陽イオン交換膜間の水が解離分裂してH+
とOH- になり、電流が流れるものをいう。2. Description of the Related Art As a method for separating lactic acid from lactate by electrodialysis, a bipolar membrane for separating an alkali such as sodium or ammonia by permeating the cation exchange membrane by a two-chamber method comprising a bipolar membrane and a cation exchange membrane. An electrodialysis method and a bipolar membrane electrodialysis method in which lactate or a weak base lactate is separated by permeating an anion exchange membrane by a two-chamber method comprising a bipolar membrane and an anion exchange membrane are known (Monthly Food Chemical 1996). −
6, p30-35, JP-A-8-28077).
Here, the bipolar membrane has a structure in which an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are joined, and when subjected to electrodialysis, the anion exchange membrane side of the bipolar membrane is placed on the anode (+) side, The bipolar membrane is used such that the cation exchange membrane side of the bipolar membrane is the cathode (-) side. When an electric field is applied, water between the bonded anion and cation exchange membranes is dissociated and split to form H +.
And OH - become, say what current flows.
【0005】また、乳酸発酵装置と電気透析装置を接続
して発酵中に乳酸を逐次系外に除去し、発酵の高速化を
計る、いわゆる電気透析発酵は数々の文献により知られ
ている。[0005] Further, a so-called electrodialysis fermentation in which a lactic acid fermentation apparatus and an electrodialysis apparatus are connected to sequentially remove lactic acid from the system during fermentation to increase the speed of fermentation is known from various literatures.
【0006】上記バイポーラ膜電気透析法を電気透析発
酵に応用する場合には、バイポーラ膜とカチオン交換膜
からなる2室法により、ナトリウムまたはアンモニアな
どのアルカリをカチオン交換膜を透過させて分離するバ
イポーラ膜電気透析法では、培地から乳酸を分離するこ
とが不可能である事から実用化できない。When the above-mentioned bipolar membrane electrodialysis method is applied to electrodialysis fermentation, a bipolar method in which alkali such as sodium or ammonia is permeated through a cation exchange membrane and separated by a two-chamber method comprising a bipolar membrane and a cation exchange membrane. Membrane electrodialysis cannot be used practically because it is impossible to separate lactic acid from the medium.
【0007】したがって、バイポーラ膜とアニオン交換
膜からなる2室法により、乳酸ないし弱塩基の乳酸塩を
アニオン交換膜を透過させて分離するバイポーラ膜電気
透析法が用いられることになる。Therefore, a bipolar membrane electrodialysis method in which lactate or a weak base lactate is permeated through an anion exchange membrane and separated by a two-chamber method comprising a bipolar membrane and an anion exchange membrane is used.
【0008】しかしながら、上記月刊フードケミカルお
よび特開平8−281077号公報に記載の乳酸塩のバ
イポーラ電気透析においては、下記のような技術的課題
があった。However, the following technical problems have been encountered in the above-mentioned monthly food chemicals and the lactate bipolar electrodialysis described in JP-A-8-281077.
【0009】1) 一般の乳酸菌、枯草菌などのバクテ
リアによる電気透析発酵では、乳酸発酵装置からバイポ
ーラ膜電気透析装置に持ち込まれる培地に含まれる栄養
成分や菌体の分泌するタンパク成分などが電気透析膜に
堆積してスケール化することによる、電気透析膜のファ
ウリング(よごれ)の問題がある。さらにこれらのバク
テリアでは、電気透析の前に培地から膜分離、遠心分離
などにより菌体を除去する必要があり、工業的に実用化
するには問題があった。1) In general, electrodialysis fermentation using bacteria such as lactic acid bacteria and Bacillus subtilis involves electrodialysis of nutrient components and protein components secreted by cells from a lactic acid fermenter into a bipolar membrane electrodialysis device. There is a problem of fouling of the electrodialysis membrane due to deposition and scaling on the membrane. Furthermore, for these bacteria, it is necessary to remove the cells from the medium by membrane separation, centrifugation or the like before the electrodialysis, which poses a problem for industrial practical use.
【0010】2) 上記公報を含め現在用いられている
回分式の2室法バイポーラ電気透析では、後半に塩室の
pHが上昇し、水酸化物イオンの移動が激しくなって電
流効率が低下し、特に乳酸ナトリウムでは著しく効率が
悪い(ただし、乳酸アンモニウムでは、この効率低下が
軽減される。)。2) In the batch type two-chamber bipolar electrodialysis currently used, including the above-mentioned publication, the pH of the salt chamber rises in the latter half, the movement of hydroxide ions becomes severe, and the current efficiency decreases. In particular, sodium lactate is extremely inefficient (however, ammonium lactate reduces the decrease in efficiency).
【0011】3) 回分式の電気透析では、塩室がアル
カリ性となるために、アニオン交換膜は、耐アルカリ性
の特殊な膜が必要である。3) In the batch type electrodialysis, since the salt chamber becomes alkaline, a special alkali-resistant membrane is required for the anion exchange membrane.
【0012】4) 特開平8−281077号公報にも
記載されているように、弱塩基の乳酸塩が乳酸アンモニ
ウムの場合は、塩室でアンモニアがガス化して、ブリス
ターが発生し、塩室に不活性ガスを送るなどして、スト
リッピングする必要がある。4) As described in JP-A-8-281077, when the lactate of a weak base is ammonium lactate, ammonia is gasified in a salt chamber, and blisters are generated. It is necessary to strip by sending an inert gas.
【0013】5) 乳酸アンモニウムの回分式2室法バ
イポーラ膜電気透析では、塩室のpHが上昇するとアン
モニア分子の拡散による移動が起こり、膜を透過して回
収室側に混入する。5) In the batch type two-chamber bipolar membrane electrodialysis of ammonium lactate, when the pH of the salt compartment rises, ammonia molecules move due to diffusion, and permeate the membrane and enter the recovery compartment.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、バイポーラ膜電気透析法を電気透析発酵に応用
してなる新規な乳酸の発酵方法を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel method for fermenting lactic acid by applying bipolar membrane electrodialysis to electrodialysis fermentation.
【0015】また、本発明の目的は、電気透析の前に培
地から膜分離、遠心分離などにより菌体を除去する必要
がなく、さらに電気透析膜のファウリング(よごれ)を
生じさせない、新規な乳酸の発酵方法を提供するもので
ある。[0015] Another object of the present invention is to provide a novel method that eliminates the need for removing cells from the medium by membrane separation or centrifugation before electrodialysis, and does not cause fouling (dirt) of the electrodialysis membrane. The present invention provides a method for fermenting lactic acid.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記諸問
題に鑑み、新規な乳酸の発酵方法に関し鋭意検討した結
果、糸状菌のリゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微
生物による乳酸発酵装置と、バイポーラ膜とアニオン交
換膜によりセル構成される2室法バイポーラ膜電気透析
装置を組み合わせることにより、上記諸目的を達成する
ことができ、これにより工業的に有利な電気透析発酵を
可能とする事を見いだし、本発明を完成するに至ったも
のである。Means for Solving the Problems In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive studies on a novel lactic acid fermentation method. As a result, a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism having a lactic acid fermentation ability belonging to the fungus Rhizopus genus In addition, by combining a two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus constituted by a bipolar membrane and an anion exchange membrane, the above objects can be achieved, thereby enabling industrially advantageous electrodialysis fermentation. They have found out the facts and completed the present invention.
【0017】すなわち、本発明の目的は、(1) リゾ
プス属に属する乳酸発酵能を有する微生物を用いた乳酸
発酵装置で生成される乳酸を、バイポーラ膜とアニオン
交換膜により構成される2室法電気透析装置に導入し、
逐次系外に除去することを特徴とする乳酸の発酵方法に
より達成される。That is, an object of the present invention is to provide (1) lactic acid produced by a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism belonging to the genus Rhizopus and capable of fermenting lactic acid, by using a two-chamber method comprising a bipolar membrane and an anion exchange membrane. Introduced into the electrodialysis machine,
This is achieved by a method of fermenting lactic acid, characterized in that the lactic acid is sequentially removed from the system.
【0018】また、本発明の目的は、(2) 前記乳酸
発酵装置で生成される乳酸を、一価の乳酸塩の形に変換
した後、前記2室法電気透析装置に導入することを特徴
とする、上記(1)に記載の乳酸の発酵方法によっても
達成される。Another object of the present invention is to (2) convert lactic acid produced in the lactic acid fermentation apparatus into a monovalent lactate form and then introduce the same into the two-chamber electrodialysis apparatus. This is also achieved by the lactic acid fermentation method described in (1) above.
【0019】さらに、本発明の目的は、(3) 前記一
価の乳酸塩が、乳酸アンモニウムであることを特徴とす
る、上記(2)に記載の乳酸の発酵方法によっても達成
される。Further, the object of the present invention is also achieved by (3) the method of fermenting lactic acid according to (2), wherein the monovalent lactate is ammonium lactate.
【0020】さらにまた、本発明の目的は、(4) 前
記一価の乳酸塩が、乳酸ナトリウムであることを特徴と
する、上記(2)に記載の乳酸の発酵方法によっても達
成される。Further, the object of the present invention is also achieved by (4) the method of fermenting lactic acid according to (2), wherein the monovalent lactate is sodium lactate.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】本発明の乳酸の発酵方法は、リゾ
プス属に属する乳酸発酵能を有する微生物を用いた乳酸
発酵装置で生成される乳酸を、バイポーラ膜とアニオン
交換膜により構成される2室法電気透析装置に導入し、
逐次系外に除去することを特徴とするものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The lactic acid fermentation method of the present invention is characterized in that lactic acid produced by a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism belonging to the genus Rhizopus and having a lactic acid fermentation ability is formed by a bipolar membrane and an anion exchange membrane Introduced to the room method electrodialysis machine,
It is characterized by being sequentially removed from the system.
【0022】本発明に用いることのできるリゾプス属に
属する乳酸発酵能を有する微生物としては、例えば、リ
ゾプス-アリザス(Rhizopus arrhizus)、リゾプス-オ
リゼ(Rhizopus oryzae)等が挙げられる。こうしたリ
ゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物は、ペレッ
ト状、塊状で培養できるので、電気透析装置に導く前の
培地からの菌体分離は容易に行なえる。Microorganisms having the ability to ferment lactic acid belonging to the genus Rhizopus that can be used in the present invention include, for example, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae, and the like. Since such microorganisms having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus can be cultured in pellets and masses, the cells can be easily separated from the culture medium before being introduced into the electrodialysis device.
【0023】また、リゾプス属に属する乳酸発酵能を有
する微生物、特にリゾプス-オリゼ(Rhizopus oryzae)
では、培地の組成が単純であり、通常は炭素源の他に無
機塩を添加すればよく、このため乳酸発酵装置からバイ
ポーラ膜電気透析装置に持ち込まれる発酵液中に含まれ
る培地の栄養成分や微生物の分泌するタンパク成分など
がバイポーラ膜およびアニオン交換膜の表面に堆積して
スケール化することもなく、これら電気透析膜のファウ
リングも見られず、連続的に電気透析発酵を行なえる。Microorganisms belonging to the genus Rhizopus and capable of fermenting lactic acid, particularly Rhizopus oryzae
Then, the composition of the culture medium is simple, and it is usually sufficient to add an inorganic salt in addition to the carbon source.Therefore, the nutrients of the culture medium contained in the fermentation solution brought into the bipolar membrane electrodialysis apparatus from the lactic acid fermentation apparatus and There is no accumulation of protein components and the like secreted by microorganisms on the surfaces of the bipolar membrane and the anion exchange membrane, and no fouling of these electrodialysis membranes is observed, so that electrodialysis fermentation can be performed continuously.
【0024】すなわち、こうしたリゾプス属に属する乳
酸発酵能を有する微生物では、培地と微生物の菌体の分
離が簡単になされるため、連続発酵などによって微生物
の菌体密度が増加しても、これによって電気透析装置の
電気透析膜の目詰まり、または電流効率の著しい低下が
おこらず、発酵液を電気透析装置に通液する前に微生物
の菌体を分離、除去するための分離装置は、一般の乳酸
菌や枯草菌などのバクテリアと比べ著しく簡単なもので
ある。なお、微生物の菌糸の一部または胞子が電気透析
装置に流入し、菌体が電気透析装置に固定化され内部で
育成するのを防ぐために、菌体を死滅させる滅菌装置を
設けることが好ましい。この場合の滅菌装置としては加
熱によるものが簡単であるが、他の滅菌方法を利用した
装置を用いることももちろん可能である。That is, in such a microorganism having a lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus, the cells of the microorganism can be easily separated from the medium, even if the cell density of the microorganism is increased by continuous fermentation or the like. Separation devices for separating and removing microbial cells before passing the fermentation solution through the electrodialysis device do not cause clogging of the electrodialysis membrane of the electrodialysis device or a significant decrease in current efficiency. It is significantly simpler than bacteria such as lactic acid bacteria and Bacillus subtilis. In order to prevent a part of the mycelium or the spores of the microorganism from flowing into the electrodialysis apparatus and to prevent the cells from being immobilized on the electrodialysis apparatus and growing therein, it is preferable to provide a sterilizer for killing the cells. In this case, the sterilization apparatus by heating is simple, but it is of course possible to use an apparatus utilizing another sterilization method.
【0025】また、リゾプス属に属する乳酸発酵能を有
する微生物も一般乳酸菌と同様に乳酸の蓄積が発酵阻害
を引き起こすので、発酵により生成される乳酸を逐次系
外に除去することのできる電気透析発酵は、発酵の高速
化の面でメリットがあることは明らかである。In addition, microorganisms having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus also have the effect of accumulating lactic acid and inhibiting fermentation in the same manner as general lactic acid bacteria. It is clear that there is an advantage in speeding up fermentation.
【0026】乳酸発酵装置で生成される乳酸は、遊離の
乳酸の形で電気透析装置に導入し、乳酸を分離すること
も可能であるが、乳酸発酵装置内の培地のpHをリゾプ
ス属に属する乳酸発酵能を有する微生物の至適pHに保
つには乳酸濃度をかなり低くしなければならず、電気透
析の電流密度が低下する。このため適正濃度のアルカリ
を乳酸発酵装置内の培地中に添加して、培地のpHを微
生物の至適pHに保つとともに乳酸を一価の乳酸塩の形
に変換しておくことが好ましい。この場合、リゾプス属
に属する乳酸発酵能を有する微生物の至適pHは7以下
であるため、水酸化ナトリウムなどの強アルカリにおい
ても水酸化物イオン(OH- )が乳酸より優先的に透過
することはなく、電流効率を非常に高く維持することが
できる。アンモニア、ナトリウムなどのアルカリは乳酸
発酵装置と電気透析装置の間を循環することになる。The lactic acid produced in the lactic acid fermentation apparatus can be introduced into an electrodialysis apparatus in the form of free lactic acid to separate the lactic acid, but the pH of the medium in the lactic acid fermentation apparatus belongs to the genus Rhizopus. In order to maintain the optimum pH of a microorganism having lactic acid fermentation ability, the lactic acid concentration must be considerably reduced, and the current density of electrodialysis decreases. For this reason, it is preferable to add an appropriate concentration of alkali to the culture medium in the lactic acid fermentation apparatus so as to maintain the pH of the culture medium at the optimum pH of the microorganism and convert lactic acid into a monovalent lactate. In this case, the optimal pH of a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus is 7 or less, so that hydroxide ions (OH − ) preferentially permeate lactic acid even in a strong alkali such as sodium hydroxide. However, the current efficiency can be kept very high. The alkali such as ammonia and sodium circulates between the lactic acid fermenter and the electrodialyzer.
【0027】上記一価の乳酸塩としては、特に制限され
るものではなく、例えば、乳酸ナトリウム、乳酸カリウ
ム、乳酸リチウム等の乳酸のアルカリ金属塩および乳酸
アンモニウム等が挙げられる。このうち、乳酸ナトリウ
ム等の乳酸のアルカリ金属塩では、乳酸アンモニウムに
比して、電流効率が下がるものの、膜を透過することは
ない利点を有する。一方、乳酸アンモニウムでは、乳酸
ナトリウム等が膜を透過することがないのに比して、若
干ではあるが透過する(ただし、従来の回分式2室法バ
イポーラ膜電気透析の場合のアンモニア分子の拡散によ
る移動に比較した場合、塩室が常に中性に保たれるので
乳酸アンモニウムとして存在し、遊離したNH3 の形で
膜を透過することは極めて少なくなる)ものの、電流効
率がよいという利点を有するものであり、いずれを用い
るかは、使用用途等に応じて適宜決定されるものであ
る。また、乳酸を上記一価の乳酸塩の形に変換するため
に添加されるアルカリは、適正な濃度に調製された水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の水
溶液、アンモニア水、アンモニアガスなどを用いること
ができる。The monovalent lactate is not particularly restricted but includes, for example, alkali metal salts of lactic acid such as sodium lactate, potassium lactate and lithium lactate, and ammonium lactate. Among these, an alkali metal salt of lactic acid such as sodium lactate has the advantage that it does not permeate the membrane, although the current efficiency is lower than that of ammonium lactate. On the other hand, in the case of ammonium lactate, sodium lactate and the like do not permeate through the membrane, but slightly permeate (however, diffusion of ammonia molecules in conventional batch type two-chamber bipolar membrane electrodialysis). ), The salt chamber is always kept neutral and therefore exists as ammonium lactate and permeates through the membrane in the form of free NH 3 , but has the advantage of good current efficiency. Which one to use is appropriately determined according to the intended use and the like. The alkali added to convert the lactic acid to the monovalent lactate form is an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide or the like adjusted to an appropriate concentration, ammonia water, ammonia gas. Etc. can be used.
【0028】本発明に用いられる電気透析発酵方法で
は、回分式、連続式、または菌体を残して培地を新鮮培
地と交換する繰り返し回分式のいずれでも可能である。The electrodialysis fermentation method used in the present invention can be any of a batch system, a continuous system, and a repetitive batch system in which the medium is replaced with a fresh medium while leaving the cells.
【0029】次に、本発明に係る乳酸の発酵方法に用い
ることのできる電気透析発酵装置の一実施態様として、
リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物を用いた
乳酸発酵装置と、バイポーラ膜とアニオン交換膜により
構成される2室法電気透析装置とを組み合わせた電気透
析発酵装置を概略的に表した図面を図1に示す。Next, as one embodiment of an electrodialysis fermentation apparatus which can be used in the lactic acid fermentation method according to the present invention,
A diagram schematically showing an electrodialysis fermentation apparatus combining a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus and a two-chamber electrodialysis apparatus constituted by a bipolar membrane and an anion exchange membrane. As shown in FIG.
【0030】図1に示すように、本発明に用いることの
できる電気透析発酵装置1は、培地中にリゾプス属に属
する乳酸発酵能を有する微生物を培養し、乳酸を発酵さ
せる発酵部12を備えてなる乳酸発酵装置11と、該乳
酸発酵装置11から導入される発酵液中から乳酸を逐次
系外に分離、除去するためのバイポーラ膜BPとアニオ
ン交換膜Aからなるセル構成を備えてなる2室法バイポ
ーラ膜電気透析装置31とからなる。さらに、上記乳酸
発酵装置11本体と2室法バイポーラ膜電気透析装置3
1本体とは、発酵液取り出しポンプ13、クッションタ
ンク14および発酵液循環ポンプ15を介して配管16
a〜16dで接続されている。また、クッションタンク
14と乳酸発酵装置11本体とは、クッションタンク1
4内の発酵液の一部(好ましくは発酵液から乳酸を除去
した液)を発酵部12に戻すために、配管16eで接続
されている。As shown in FIG. 1, an electrodialysis fermentation apparatus 1 which can be used in the present invention is provided with a fermentation section 12 for culturing microorganisms belonging to the genus Rhizopus having a lactic acid fermentation ability in a medium and fermenting lactic acid. A lactic acid fermentation apparatus 11 comprising: a cell structure comprising a bipolar membrane BP and an anion exchange membrane A for sequentially separating and removing lactic acid from a fermentation solution introduced from the lactic acid fermentation apparatus 11 to outside the system. And a chamber-type bipolar membrane electrodialysis apparatus 31. Further, the main body of the lactic acid fermentation apparatus 11 and the two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus 3
One main body is connected to a piping 16 via a fermentation liquid take-out pump 13, a cushion tank 14, and a fermentation liquid circulation pump 15.
a to 16d. Further, the cushion tank 14 and the main body of the lactic acid fermentation apparatus 11 are
In order to return a part of the fermentation solution in 4 (preferably a solution obtained by removing lactic acid from the fermentation solution) to the fermentation unit 12, the fermentation solution is connected by a pipe 16e.
【0031】また乳酸発酵装置11には、連続発酵によ
り乳酸が発酵できるように、発酵部12と原料タンク
(図示せず)とがポンプ(図示せず)を介して配管(図
示せず)で接続されていてもよい。これにより、発酵部
12に原料タンク(図示せず)よりポンプ(図示せず)
を介して配管より発酵原料が供給される。In the lactic acid fermentation apparatus 11, a fermentation unit 12 and a raw material tank (not shown) are connected by a pipe (not shown) via a pump (not shown) so that lactic acid can be fermented by continuous fermentation. It may be connected. Thereby, a pump (not shown) is supplied from the raw material tank (not shown) to the fermentation unit 12.
The fermentation raw material is supplied from the piping via the.
【0032】さらに、乳酸発酵装置11には、電気透析
の電流密度を低下させることなく、微生物の至適pHに
保つべく、発酵部12で生成される乳酸を乳酸塩の形に
変換するために、発酵部12にpHセンサーを備えたp
H感知装置17を設けるとともに、発酵部12とアンモ
ニアなどのアルカリ貯蔵タンク(図示せず)とがアルカ
リ供給ポンプ(図示せず)を介して配管(図示せず)で
接続されている。これにより、pH感知装置17により
培地のpHをモニターしながら、常に発酵部12内の発
酵培地がリゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物
による発酵の至適pHの範囲(一般に4〜8、好ましく
は5〜7)とすべく、pHの変化に応じて、該pH感知
装置17からの信号により上記アルカリ供給ポンプの電
磁開閉弁等を動作してアルカリ水溶液が発酵部12内に
供給されるpH自動監視制御システムが構築されていて
もよい。なお、上記pH感知装置に変えて電気伝導度感
知装置あるいは濃度感知装置を用いてもよい。Further, the lactic acid fermentation apparatus 11 is used to convert the lactic acid generated in the fermentation section 12 into lactate in order to maintain the optimum pH of the microorganism without lowering the current density of the electrodialysis. Equipped with a pH sensor in the fermentation unit 12
The H sensing device 17 is provided, and the fermentation unit 12 and an alkali storage tank (not shown) for ammonia or the like are connected by a pipe (not shown) via an alkali supply pump (not shown). Thereby, while monitoring the pH of the culture medium with the pH sensing device 17, the fermentation medium in the fermentation unit 12 is always in the optimal pH range for fermentation by microorganisms having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus (generally 4 to 8, preferably 4 to 8). In response to the change in pH, the pH of the alkaline aqueous solution is supplied into the fermentation unit 12 by operating the electromagnetic on-off valve of the alkaline supply pump or the like according to a signal from the pH sensor 17 in accordance with a change in pH. An automatic monitoring and control system may be constructed. Note that an electric conductivity sensor or a concentration sensor may be used instead of the pH sensor.
【0033】さらに、上記pH自動監視制御システム
は、2室法バイポーラ膜電気透析装置31側の整流器3
2で電流密度などの特定のパラメーターをモニターしな
がら、例えば、電気透析の電流密度の低下を感知した場
合にも、該発酵部12の培地内が適正濃度となるよう
に、該パラメーターの変化に応じて、整流器32からの
信号により上記アルカリ供給ポンプの電磁開閉弁等を動
作してアルカリ水溶液が発酵部12内に供給されるよう
に上記pH自動監視制御システムを構築しておく事がよ
り望ましい。Further, the automatic pH monitoring and control system includes a rectifier 3 on the side of the two-chamber bipolar membrane electrodialyzer 31.
While monitoring a specific parameter such as the current density in Step 2, for example, even when a decrease in the current density of electrodialysis is detected, the change in the parameter is adjusted so that the concentration in the culture medium of the fermentation unit 12 becomes an appropriate concentration. In response, it is more desirable to construct the automatic pH monitoring and control system so that the alkaline aqueous solution is supplied into the fermentation unit 12 by operating the electromagnetic on-off valve or the like of the alkaline supply pump according to a signal from the rectifier 32. .
【0034】また、上記発酵部12には、図1に示すよ
うに、上部に開閉式の蓋部18を有する発酵タンク19
を用い、該発酵タンク19の下部には菌体や微生物の侵
入を防ぐための焼結金属フィルター等のフィルター部材
20が設けられており、該フィルター部材20を通して
無菌化されたエアー等を発酵タンク19内に吹き込み、
培地の撹拌を行った後、該エアーを上部の蓋部18に設
けられた排気口より配管21を通して(さらに、必要に
よりフィルター部材などを有する濾過器を通して大気汚
染物質を取り除いた後に)系外に排気する、いわゆるエ
アリフト式リアクター方式のものなどを用いる事ができ
る。なお、本発明で用いることのできる発酵部として
は、上述のものに限定されるものではなく、例えば、通
常の撹拌羽による撹拌式の発酵タンク、あるいはカラギ
ーナン、アルギン酸カルシウムなどのゲルビーズなどに
よる固定化増殖微生物充填カラム式リアクター、膜によ
り微生物を高密度に封じ込めた膜型リアクターなどを用
いることができる。なお、上記発酵部12の発酵タンク
19内部の培地液面より下側に、上述したような乳酸
(ないし乳酸塩)濃度、発酵培地のpHまたは電気伝導
度を測定することができるように各種センサーが設けら
れていることが望ましい。Further, as shown in FIG. 1, the fermentation section 12 has a fermentation tank
In the lower part of the fermentation tank 19, a filter member 20 such as a sintered metal filter for preventing invasion of bacteria and microorganisms is provided. Into 19,
After the medium is stirred, the air is discharged from the system through a pipe 21 through an exhaust port provided in the upper cover 18 (and after removing air pollutants through a filter having a filter member or the like as necessary). It is possible to use a so-called air-lift type reactor that exhausts gas. The fermentation section that can be used in the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a fermentation tank of a stirring type with a normal stirring blade, or immobilization with gel beads such as carrageenan and calcium alginate, etc. A column-type reactor packed with a growing microorganism, a membrane-type reactor in which microorganisms are sealed at a high density by a membrane, and the like can be used. Various sensors are provided below the liquid surface of the culture medium inside the fermentation tank 19 of the fermentation unit 12 so as to measure the lactic acid (or lactate) concentration, the pH of the fermentation medium, or the electric conductivity as described above. Is desirably provided.
【0035】さらに、上記発酵部12を構成する発酵タ
ンク19の側面外周部には熱交換装置22を設けていて
もよい。該熱交換装置22により、発酵部12内の培地
の温度を該リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生
物の生育範囲(一般に30〜35℃が至適とされる)に
保持する事ができるものである。該熱交換装置として
は、特に制限されるものではなく、図1に示すように、
温水または冷水を媒体として、これを循環する方式など
を利用する事ができる。Further, a heat exchange device 22 may be provided on the outer peripheral portion of the side surface of the fermentation tank 19 constituting the fermentation section 12. The heat exchange device 22 can maintain the temperature of the culture medium in the fermentation section 12 within a growth range of a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus (generally, 30 to 35 ° C. is optimal). It is. The heat exchange device is not particularly limited, and as shown in FIG.
A method of circulating hot water or cold water as a medium can be used.
【0036】さらに、発酵部12に水を適宜供給するた
めに、レベルコントローラ23と、発酵部12に水供給
ポンプ24を介して配管で接続された水タンク(図示せ
ず)とを具備してなるレベルコントローラーシステムを
設けてもよい。該レベルコントローラーシステムでは、
発酵部12内の発酵培地の液面の変化を液面感知センサ
ーなどを用いてモニターし、該液面感知センサーからの
入力データ(入力信号)をレベルコントローラー23で
解析処理し、電気透析によりバイポーラ膜内で水の電気
分解が進むことなどの原因により、該発酵培地の液面が
一定レベル以下に下がった場合、該レベルコントローラ
ー23からの出力信号により水供給ポンプ24の電磁開
閉弁バルブを動作して開放し、配管25を通じて発酵部
12内に適量の滅菌水を供給するようなシステムを設け
てもよい。Further, in order to appropriately supply water to the fermentation section 12, a level controller 23 and a water tank (not shown) connected to the fermentation section 12 by a pipe via a water supply pump 24 are provided. A different level controller system may be provided. In the level controller system,
The change in the liquid level of the fermentation medium in the fermentation section 12 is monitored using a liquid level sensor or the like, and the input data (input signal) from the liquid level sensor is analyzed and processed by the level controller 23, and is subjected to bipolar by electrodialysis. When the level of the fermentation medium drops below a certain level due to, for example, the progress of electrolysis of water in the membrane, the output signal from the level controller 23 operates the electromagnetic on-off valve of the water supply pump 24. Then, a system may be provided that opens the fermentation unit 12 through the pipe 25 and supplies an appropriate amount of sterilized water.
【0037】一方、上記2室法バイポーラ膜電気透析装
置31には、陽極(+)側から陰極(−)側に向けて、
バイポーラ膜BPとアニオン交換膜Aの順に交互に並ん
で構成される2室を基本単位(以下、単にセルともい
う)として、該セルが4つ設けられている。各セルは、
電気透析装置31のバイポーラ膜BPのアニオン交換膜
側とアニオン交換膜Aとで形成された室(以下、単に塩
室ともいう)aと、バイポーラ膜BPのカチオン交換膜
側とアニオン交換膜Aとで形成された室(以下、単に回
収室ともいう)bとの2室で構成されている。On the other hand, in the two-chamber bipolar membrane electrodialyzer 31, from the anode (+) side to the cathode (-) side,
Four cells are provided as a basic unit (hereinafter, also simply referred to as a cell) composed of two chambers arranged alternately in the order of the bipolar membrane BP and the anion exchange membrane A. Each cell is
A chamber (hereinafter, also simply referred to as a salt chamber) a formed by the anion exchange membrane A of the bipolar membrane BP and the anion exchange membrane A of the electrodialysis device 31, and the cation exchange membrane side of the bipolar membrane BP and the anion exchange membrane A (Hereinafter, also simply referred to as a recovery chamber) b.
【0038】そして、各塩室aには、発酵液(発酵タン
ク19内部から取り出された発酵液と電気透析され戻さ
れてきた発酵液を含む)を導入するための入口33と、
電気透析後の発酵液を排出するための出口35とが設け
られている。各入口33は、分岐された配管16dによ
り発酵液循環ポンプ15と接続されている。各出口35
は、配管34によりクッションタンク14と接続されて
いる。これにより、各塩室aからクッションタンク14
へ、該クッションタンク14から発酵液循環ポンプ15
を介して塩室aへと、発酵液(発酵液から乳酸の抜き取
られたアルカリ成分を含む)を循環する循環系が形成さ
れている。An inlet 33 for introducing a fermentation solution (including a fermentation solution taken out from the inside of the fermentation tank 19 and a fermentation solution returned by electrodialysis) is provided in each salt chamber a.
An outlet 35 for discharging the fermented liquid after electrodialysis is provided. Each inlet 33 is connected to the fermentation liquid circulation pump 15 by a branched pipe 16d. Each exit 35
Is connected to the cushion tank 14 by a pipe 34. Thereby, the cushion tank 14 can be moved from each salt room a.
From the cushion tank 14 to the fermentation liquid circulation pump 15
A circulation system is formed to circulate the fermentation liquor (including an alkali component from which lactic acid is extracted from the fermentation liquor) to the salt chamber a via the fermentation liquor.
【0039】また、回収室bには、発酵液よりアニオン
交換膜を通して分離された乳酸成分を含む回収液を排出
するための出口36と、該回収液を導入するための入口
37とが設けられている。各回収室bの出口36は、回
収液タンク38の入口に配管39により接続されてお
り、該回収液タンク38の出口は、回収液循環ポンプ4
0を介して各回収室bの入口37に配管41により接続
されている。これにより、回収液を循環する循環系が形
成されている。また、回収室bを含めて、回収液を循環
する循環系には回収液の電気伝導度を上げて電流密度を
高めるために強酸の水溶液または強酸の塩の水溶液を、
水溶液の電気伝導度が好ましくは5〜50mS/cmと
なるような濃度で予め仕込んでおくのが望ましい。上記
の強酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸などを挙げる
ことができ、またその塩としてはナトリウム塩、カリウ
ム塩、アンモニウム塩、リチウム塩などとすることがで
きる。The recovery chamber b is provided with an outlet 36 for discharging a recovery liquid containing a lactic acid component separated from the fermentation liquid through an anion exchange membrane, and an inlet 37 for introducing the recovery liquid. ing. An outlet 36 of each recovery chamber b is connected to an inlet of a recovery liquid tank 38 by a pipe 39, and an outlet of the recovery liquid tank 38 is connected to the recovery liquid circulation pump 4.
Each of the collection chambers b is connected to the entrance 37 of the collection chamber b through a pipe 41 via the same. Thereby, a circulation system for circulating the recovered liquid is formed. In addition, in the circulation system including the recovery chamber b, in which the recovery liquid is circulated, an aqueous solution of a strong acid or an aqueous solution of a salt of a strong acid is used to increase the electric conductivity of the recovery liquid and increase the current density.
It is desirable that the aqueous solution is previously charged at a concentration such that the electric conductivity is preferably 5 to 50 mS / cm. Examples of the strong acid include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, and the like, and salts thereof include a sodium salt, a potassium salt, an ammonium salt, and a lithium salt.
【0040】また、陽極(+)および陰極(−)を有す
る両サイドには、電極室cが設けられている。そして、
両電極室cの出口42と電極液タンク43の入口とが配
管44を通じて接続されており、さらに該電極液タンク
43の出口は、電極液循環ポンプ45を介して両電極室
cの入口47に配管46により接続されている。これに
より、電極液を循環する循環系が形成されている。ま
た、陽極(+)板と陰極(−)板とは、整流器32を介
して接続されている。また、電極室cを含めて、電極液
を循環する循環系には、予め電極液として適当な濃度の
硫酸アンモニウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、硫酸
水溶液、塩化アンモニウム水溶液、塩化ナトリウム水溶
液や塩酸水溶液等を仕込んでおくことが望ましい。An electrode chamber c is provided on both sides having an anode (+) and a cathode (-). And
An outlet 42 of both electrode chambers c and an inlet of the electrode solution tank 43 are connected through a pipe 44, and an outlet of the electrode solution tank 43 is connected to an inlet 47 of both electrode chambers c via an electrode solution circulation pump 45. They are connected by a pipe 46. Thus, a circulation system for circulating the electrode solution is formed. The anode (+) plate and the cathode (−) plate are connected via a rectifier 32. In addition, an aqueous solution of ammonium sulfate, sodium sulfate, aqueous sulfuric acid, aqueous ammonium chloride, aqueous sodium chloride, aqueous hydrochloric acid, or the like having an appropriate concentration is previously charged into the circulation system including the electrode chamber c to circulate the electrode liquid. It is desirable to keep it.
【0041】上記構成を有する電気透析発酵装置1を作
動することにより、乳酸発酵装置11の発酵部12の発
酵タンク19内部を発酵培地中のリゾプス属に属する乳
酸発酵能を有する微生物の培養に適した環境にすべく、
熱交換器により温水を循環させながら適温に保ち、ま
た、発酵タンク19の下部よりエアーをフィルター部材
20を介して供給して発酵培地を撹拌し(配管21を通
じて排気し)ながら、該発酵タンク19内部の発酵培地
のpHを適量のアルカリ水溶液を供給しながら調節し、
さらに必要に応じて、水や培地成分等を補給することに
より、安定的に培養を続けながら生成されてくる乳酸を
乳酸塩の形に変換する。By operating the electrodialysis fermentation apparatus 1 having the above configuration, the inside of the fermentation tank 19 of the fermentation section 12 of the lactic acid fermentation apparatus 11 is suitable for culturing microorganisms having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus in the fermentation medium. Environment
The heat exchanger keeps the temperature of the fermentation tank at an appropriate temperature while circulating the hot water. The fermentation tank 19 is supplied with air from the lower part of the fermentation tank 19 through the filter member 20 to stir the fermentation medium (exhaust through the pipe 21). Adjust the pH of the internal fermentation medium while supplying an appropriate amount of alkaline aqueous solution,
Further, if necessary, lactic acid produced is converted into lactate form by continuously supplying the water and a medium component, etc., while continuing the stable culture.
【0042】次に、十分に乳酸発酵がなされ、変換され
た乳酸塩を含む発酵液を、乳酸発酵装置本体の乳酸タン
ク19から発酵液取出ポンプ13、クッションタンク1
4および発酵液循環ポンプ15を介して配管16a〜1
6dを通じて電気透析装置31本体の4つの塩室aの入
口33より導入する。また、整流器32により両電極間
に直流電圧を流して電気透析を行うことで、塩室aに供
給された発酵液中の乳酸成分がアニオン交換膜Aを透過
して、各回収室b側に移動し分離される。Next, the fermented liquid containing the lactate that has been sufficiently subjected to lactic acid fermentation and converted is transferred from the lactic acid tank 19 of the main body of the lactic acid fermentation apparatus to the fermented liquid removing pump 13 and the cushion tank 1.
4 and pipes 16a-1 through fermentation liquid circulation pump 15
It is introduced through the inlets 33 of the four salt chambers a of the main body of the electrodialysis apparatus 31 through 6d. In addition, by performing a DC voltage between both electrodes by the rectifier 32 and performing electrodialysis, the lactic acid component in the fermentation liquor supplied to the salt chamber a permeates the anion exchange membrane A and is directed to each recovery chamber b side. Move and separate.
【0043】発酵液から分離された乳酸を含む回収液
は、回収室bの出口36より排出され、配管39を通じ
て回収液タンク38に収容される。回収液タンク38内
の回収液は、回収液循環ポンプ40により配管41を通
じて、回収室bの入口37より導入される。これによ
り、回収液の循環がなされ乳酸の濃縮が行われる。そし
て、乳酸が所期の濃度に濃縮された時点で、回収液循環
タンク38等より逐次系外に抜き出して回収を行う。The recovered liquid containing lactic acid separated from the fermentation liquid is discharged from the outlet 36 of the recovery chamber b and stored in the recovered liquid tank 38 through the pipe 39. The recovery liquid in the recovery liquid tank 38 is introduced from the inlet 37 of the recovery chamber b through the pipe 41 by the recovery liquid circulation pump 40. As a result, the recovered liquid is circulated, and the lactic acid is concentrated. Then, when the lactic acid is concentrated to the desired concentration, the lactic acid is sequentially extracted from the collection liquid circulation tank 38 and the like to the outside of the system and collected.
【0044】他方、塩室aの発酵液から乳酸が分離され
抜き取られた、アルカリ成分を含む発酵液は、塩室aの
出口35から配管34を通じてクッションタンク14に
戻される。そして、クッションタンク14に収容された
発酵液は、その一部(特に発酵液から乳酸が分離され抜
き取られた、アルカリ成分を含む発酵液)は、配管16
eを通じて再び発酵部12の発酵タンク19内部に戻さ
れアルカリ水溶液としてリサイクル使用される。また、
他の一部(特に発酵タンク19内部より取り出された乳
酸塩を含む発酵液)は、発酵液循環ポンプ15により配
管16c〜16dを通じて電気透析装置12の塩室aの
入口33より導入(循環)される。On the other hand, the fermented liquor containing the alkali component, which is obtained by separating and extracting lactic acid from the fermented liquor in the salt room a, is returned to the cushion tank 14 through a pipe 34 from an outlet 35 of the salt room a. A part of the fermentation liquor stored in the cushion tank 14 (particularly a fermentation liquor containing an alkali component, which is separated and extracted from the fermentation liquor) is supplied to a pipe 16
e again returns to the inside of the fermentation tank 19 of the fermentation unit 12 and is recycled as an aqueous alkaline solution. Also,
Another part (in particular, a fermentation solution containing lactate taken out from the inside of the fermentation tank 19) is introduced (circulated) from the inlet 33 of the salt room a of the electrodialysis device 12 through the pipes 16c to 16d by the fermentation solution circulation pump 15. Is done.
【0045】電気透析によって分離される乳酸液中には
微生物や非イオン性の有機物や高分子化合物が含まれな
いため、十分な精製(濃縮)がなされることになる。Since the lactic acid solution separated by electrodialysis does not contain microorganisms, nonionic organic substances or high molecular compounds, sufficient purification (concentration) is performed.
【0046】以上が、図1に示す構成を有する電気透析
発酵装置を用いて、本発明に係る乳酸の製造方法を行う
ための一実施態様の説明であるが、本発明では、上記に
説明した実施態様に限定されるものではなく、従来公知
の、リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物を用
いた乳酸発酵装置およびバイポーラ膜とアニオン交換膜
により構成される2室法バイポーラ膜電気透析装置を適
宜選択して利用する事ができることは言うまでもない。
以下に本発明に係る乳酸の製造方法の他の一般的な実施
の形態に関し説明する。The above is an explanation of one embodiment for performing the method for producing lactic acid according to the present invention using the electrodialysis fermentation apparatus having the configuration shown in FIG. 1. The present invention is not limited to the embodiment, and a conventionally known lactic acid fermentation apparatus using a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus and a two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus constituted by a bipolar membrane and an anion exchange membrane can be used. Needless to say, it can be selected and used as appropriate.
Hereinafter, another general embodiment of the method for producing lactic acid according to the present invention will be described.
【0047】まず、乳酸発酵装置の発酵部に用いること
のできる微生物の培養のための培地組成としては、通常
の微生物の培養に用いられるものを適用することがで
き、例えば、YM培地、ポテト・グルコース培地、ゴロ
ドコワ培地、酢酸ソーダ培地、麦芽汁培地、麦芽エキス
培地、野菜汁培地、石膏培地、コーンミール培地、ポテ
ト・イースト浸出液・グルコース培地、ツァペック培
地、サブロー培地、オートミール培地、合成ムコール培
地、YpSs培地、グルコース・ドライイースト培地、
肉汁培地、イースト・麦芽培地、スターチ・無機塩培
地、グリセリン・アスパラギン培地、ペプトン・イース
ト・鉄培地、チロシン培地およびプリドハム・ゴトリー
ブ培地などが挙げられるが、上記培地の成分としては該
リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物による乳
酸発酵を促進する栄養素を含むものが望ましく、また、
この目的を達成する範囲において、電気透析膜のファウ
リングを防ぐために、できるだけ低濃度(ただし、乳酸
の原料となる炭素源を除く)であることが望ましい。First, as a medium composition for culturing microorganisms which can be used in the fermentation section of the lactic acid fermentation apparatus, those used for culturing ordinary microorganisms can be used. For example, YM medium, potato Glucose medium, Gorodkova medium, sodium acetate medium, wort medium, malt extract medium, vegetable juice medium, gypsum medium, cornmeal medium, potato yeast leachate / glucose medium, Zapec medium, Sabouraud medium, oatmeal medium, synthetic mucor medium, YpSs medium, glucose / dry yeast medium,
The broth medium, yeast / malt medium, starch / inorganic salt medium, glycerin / asparagine medium, peptone / yeast / iron medium, tyrosine medium and Pridham / Gottlieb medium, and the like belong to the genus Rhizopus. Those containing nutrients that promote lactic acid fermentation by microorganisms having lactic acid fermentation ability are desirable, and
Within the range for achieving this object, it is desirable that the concentration be as low as possible (excluding the carbon source used as a raw material for lactic acid) in order to prevent fouling of the electrodialysis membrane.
【0048】乳酸発酵装置の発酵部に用いることのでき
る発酵原料としては、リゾプス(Rhizopus)属に属する乳
酸発酵能を有する微生物がその対象となることから、原
料となる糖源として、例えば、D−グルコース、シュー
クロース、ラクトース、D−およびL−アラビノース、
D−リボース、D−キシロース、D−マンノース、D−
ガラクトース、L−ラムノース、D−フラクトース、L
−ソルボース、マルトース、ラクトース、メリビオー
ス、セロビオース、トレハロース、ラフィノース、メレ
ジトース、α−メチル−D−グルコシド、D−グルコサ
ミン、N−アセチルグルコサミン、アルブチン、デキス
トリン、可溶性デンプン、イヌリン、メタノール、エタ
ノール、アドニトール、エリスルトール、イノシトー
ル、D−マンニトール、D−ソルビトール、ズルシトー
ル、D−グルコン酸塩、グリセリン、ヘキサデカンおよ
びスターチなどであり、さらにこれら糖源の他に燐酸第
一カリウム、燐酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩
化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、塩
化マンガン、硫酸亜鉛および炭酸カルシウムなどの無機
塩を添加する事が望ましい。Fermentation raw materials that can be used in the fermentation section of the lactic acid fermentation apparatus include microorganisms belonging to the genus Rhizopus and having a lactic acid fermentation ability. -Glucose, sucrose, lactose, D- and L-arabinose,
D-ribose, D-xylose, D-mannose, D-
Galactose, L-rhamnose, D-fructose, L
-Sorbose, maltose, lactose, melibiose, cellobiose, trehalose, raffinose, melezitose, α-methyl-D-glucoside, D-glucosamine, N-acetylglucosamine, arbutin, dextrin, soluble starch, inulin, methanol, ethanol, adnitol, erythritol , Inositol, D-mannitol, D-sorbitol, dulcitol, D-gluconate, glycerin, hexadecane and starch. In addition to these sugar sources, potassium monophosphate, potassium potassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride It is desirable to add inorganic salts such as iron, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, manganese chloride, zinc sulfate and calcium carbonate.
【0049】本発明に係る乳酸の発酵方法では、乳酸発
酵に用いる微生物の培養のための最適条件となるべく、
アルカリの添加によって発酵培地のpHを、通常4〜
8、好ましくは5〜7の範囲となるようにコントロール
しつつ行うことが望ましい。かかる方法においては、生
成する乳酸塩を2室法バイポーラ膜電気透析によって発
酵液から分離し、透析された乳酸成分は回収し、透析後
の発酵液は、循環系を用いて再び発酵部に戻し、該発酵
液を含めた発酵培地全体のpH値および電気伝導度、並
びに乳酸塩濃度が所望の設定値となるようにコントロー
ルすることにより、生成物阻害なく、高生産性を維持し
ながら発酵が進められる事が望ましい。In the method for fermenting lactic acid according to the present invention, optimal conditions for culturing microorganisms used for lactic acid fermentation should be set as follows.
The pH of the fermentation medium is usually adjusted to 4 to 4 by addition of alkali.
It is desirable to carry out the treatment while controlling it to be in the range of 8, preferably 5 to 7. In such a method, the lactate produced is separated from the fermentation liquor by two-chamber bipolar membrane electrodialysis, the dialyzed lactic acid component is recovered, and the dialyzed fermentation liquor is returned to the fermentation unit again using the circulation system. By controlling the pH value and electric conductivity of the entire fermentation medium including the fermentation liquid and the lactate concentration to desired set values, fermentation can be performed while maintaining high productivity without product inhibition. It is desirable to proceed.
【0050】また、発酵部での発酵液中の乳酸塩濃度
は、できるだけ低く保つことによって発酵速度を高める
ことができるが、乳酸塩濃度が低くなるに従い発酵培地
の電気伝導度が低下し、かかる発酵液を電気透析する際
の電流密度および電流効率が悪化し、電気透析装置の生
産性が低下するとともに他の成分の透析量が増加するた
めに選択性の低下にもつながるので、電気透析装置に導
入する際の発酵液中の乳酸塩濃度が、好ましくは0.2
〜2重量%程度となるように、電気透析装置のON−O
FF、または電圧や電流の増減により、その濃度を調節
することが好ましい。The fermentation rate can be increased by keeping the concentration of lactate in the fermentation liquor in the fermentation section as low as possible. However, as the concentration of lactate decreases, the electric conductivity of the fermentation medium decreases. The current density and current efficiency when electrodialyzing the fermentation liquor deteriorates, the productivity of the electrodialysis device decreases, and the amount of dialysis of other components increases, leading to a decrease in selectivity. Lactate concentration in the fermentation liquor when introduced into, preferably 0.2
ON-O of the electrodialysis device so as to be about 2% by weight.
It is preferable to adjust the concentration by increasing or decreasing the voltage or current of the FF.
【0051】また、電気透析装置のコントロールは、発
酵部(装置)中の発酵培地の電気伝導度を測定すること
によって簡単に行うことができる。電気伝導度によって
電気透析をコントロールすることは一般的であるが、従
来の乳酸の電気透析発酵法においては、発酵部(装置)
中の発酵液中の乳酸塩濃度を測定して電気透析装置をコ
ントロールすることが行われていた。しかし本発明者ら
の知見によると他の無機塩や供雑物を多く含み大きな緩
衝能を持つ発酵培地においても電気伝導度の測定によっ
て十分に乳酸塩濃度を推定することが可能であることが
分かり、これによって従来の乳酸の電気透析発酵法に比
較して非常に簡単な電気伝導度センサーにより電気透析
発酵のコントロールが可能となったものである。かかる
電気伝導度は、乳酸塩濃度と相間関係を有することか
ら、前述の好ましい乳酸塩濃度範囲である0.2〜2重
量%に対応するような電気伝導度であればよく、かかる
電気伝導度としては、1〜30mS/cm、より好まし
くは5〜15mS/cmの範囲となるように調整するこ
とが望ましい。The control of the electrodialysis apparatus can be easily performed by measuring the electric conductivity of the fermentation medium in the fermentation section (apparatus). It is common to control electrodialysis by electric conductivity, but in the conventional electrodialysis fermentation method of lactic acid, the fermentation unit (equipment)
The lactate concentration in the fermentation liquor was measured to control the electrodialysis apparatus. However, according to the findings of the present inventors, it is possible to sufficiently estimate the lactate concentration by measuring the electric conductivity even in a fermentation medium having a large buffer capacity containing a large amount of other inorganic salts and contaminants. As can be seen, this makes it possible to control the electrodialysis fermentation with a very simple electric conductivity sensor as compared to the conventional electrodialysis fermentation method for lactic acid. Since the electric conductivity has a phase relationship with the lactate concentration, it may be an electric conductivity that corresponds to the preferable lactate concentration range of 0.2 to 2% by weight described above. It is desirable to adjust so as to fall within a range of 1 to 30 mS / cm, more preferably 5 to 15 mS / cm.
【0052】次に電気透析の選択性であるが、乳酸成分
を透析する際に、微生物の培養に必須の成分である無機
塩も透析によって発酵液から失われる。しかし回分式の
電気透析発酵の場合に発酵開始前に適当量の無機塩を培
地中に存在させておけば途中でそれらの無機塩を発酵液
に補充することなしに発酵が完了することができる。こ
れははじめに存在していた無機塩が発酵初期に菌体内に
取り込まれ、一回分の回分発酵には充分だったものと考
えられる。Next, regarding the selectivity of electrodialysis, when the lactic acid component is dialyzed, the inorganic salt, which is an essential component for culturing microorganisms, is also lost from the fermentation liquor by dialysis. However, in the case of batch type electrodialysis fermentation, if an appropriate amount of inorganic salt is present in the medium before the start of fermentation, fermentation can be completed without replenishing the inorganic salt to the fermentation solution in the middle. . This is presumably because the inorganic salt that was present at the beginning was taken into the cells in the early stage of fermentation, and was sufficient for one batch fermentation.
【0053】また発酵部(装置)の培地中に含まれる発
酵の主原料となる糖成分としては、先述のごとく、D−
グルコース、シュークロース、ラクトースなどあるが、
これらは乳酸成分の電気透析の際に同時に、塩室側から
アニオン交換膜を透過して回収室側に移動するため、糖
成分の循環回収率の低下を招き、選択性も落ちることに
なる。一般に低分子量のものほどイオン交換膜を透過
し、例えば回分式の電気透析発酵で原料の糖成分にグル
コースを用いた場合には、原料糖成分の仕込み濃度を1
0重量%とすると、イオン交換膜の種類および電気透析
の運転条件によっても異なるが、発酵終了時に1〜10
重量%のグルコースが回収室側に移動してしまう。従っ
て糖成分の場合には発酵液中の濃度を常に低く保つよう
に発酵中に少量ずつ添加することにより、回収室への分
離による損失を低いレベルに抑えることができる。As described above, the sugar component which is the main raw material for fermentation contained in the culture medium of the fermentation section (apparatus) is D-
There are glucose, sucrose, lactose, etc.
Since these move through the anion exchange membrane from the salt chamber side to the recovery chamber side at the same time as the electrodialysis of the lactic acid component, the circulating recovery rate of the sugar component is reduced, and the selectivity is also reduced. In general, the lower the molecular weight, the more permeated the ion-exchange membrane. For example, when glucose is used as a raw material sugar component in batch electrodialysis fermentation, the charged concentration of the raw material sugar component is reduced to 1%.
When it is 0% by weight, it varies depending on the type of ion exchange membrane and the operating conditions of electrodialysis.
Wt% glucose moves to the collection chamber side. Therefore, in the case of a sugar component, the loss due to separation into the recovery chamber can be suppressed to a low level by adding the sugar component little by little during the fermentation so as to keep the concentration in the fermentation liquid always low.
【0054】また分子量の大きなスターチやその部分加
水分解物であるデキストリンなどを発酵原料とすれば、
該発酵原料の損失を充分に抑えることが可能である。When starch having a high molecular weight or dextrin which is a partial hydrolyzate thereof is used as a fermentation raw material,
It is possible to sufficiently suppress the loss of the fermentation raw material.
【0055】さらに、本発明の電気透析発酵を連続化す
る場合には、微生物の菌体の高密度培養も可能である。
発酵部(装置)に新鮮培地を連続的または断続的に送
り、生成する乳酸成分を電気透析によって除去、回収す
ることにより、菌体が発酵部(装置)に蓄積されて高密
度となるために、回分式よりも高い生産性が得られるこ
とになる。Further, when the electrodialysis fermentation of the present invention is continued, high-density culture of microorganisms is also possible.
To continuously or intermittently send a fresh medium to the fermentation unit (equipment) and remove and collect the generated lactic acid component by electrodialysis, so that the cells accumulate in the fermentation unit (equipment) and become dense. Therefore, higher productivity can be obtained than in the batch type.
【0056】電気透析装置本体に発酵液を導入する前に
菌体を分離する場合には、菌体ペレットの沈降装置や簡
単なフィルター部材を用いた濾過器などの分離装置等に
より、菌体を濾過(回収)することにより菌体の密度を
コントロールする方法などを用いることができる。該フ
ィルターとしては、リゾプス属に属する乳酸発酵能を有
する微生物のペレットは容易に2〜3mm以上の直径と
なるため、孔径1mm程度のもので十分であり、バクテ
リアに比べはるかに簡単なものである。When the cells are separated before the fermentation solution is introduced into the main body of the electrodialysis apparatus, the cells are separated by a separating device such as a cell pellet sedimentation device or a filter using a simple filter member. A method of controlling the density of bacterial cells by filtration (recovery) can be used. As the filter, since the pellet of microorganisms having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus easily has a diameter of 2 to 3 mm or more, a filter having a pore diameter of about 1 mm is sufficient, and is much simpler than bacteria. .
【0057】なお、本発明に用いることのできる電気透
析発酵法に関しては、上述した実施の形態に制限される
ものではなく乳酸発酵及び電気透析に関する従来既知の
技術が幅広く適用できるものであり、乳酸発酵装置や電
気透析装置等に用いられる各種構成などを適宜組み合わ
せるなどして利用することができ(例えば、乳酸発酵装
置側では、発酵槽の材質、大きさ、槽の数等、電気透析
装置側では、バイポーラ膜およびアニオン交換膜の材
質、強度等の特性、有効膜面積、厚さ、使用枚数(セル
数)、セルの構成、電極の材質、電気透析槽の構造や具
備する各種部材の構成など、循環・回収システム内の配
管やポンプ、各種タンク等の構造や各種部材の構成な
ど)、また培養条件ないし動作条件(例えば、発酵液な
ど各室内の溶液の温度、pH、濃度、電極液、印加電流
・電圧等)等に関し、適宜決定することができる。The electrodialysis / fermentation method that can be used in the present invention is not limited to the above-described embodiment, and conventionally known techniques relating to lactic acid fermentation and electrodialysis can be widely applied. Various configurations used for fermentation devices, electrodialysis devices, and the like can be used by appropriately combining them (for example, on the lactic acid fermentation device side, the material and size of the fermentation tank, the number of tanks, etc .; Then, characteristics such as material and strength of bipolar membrane and anion exchange membrane, effective membrane area, thickness, number of cells used (number of cells), cell configuration, electrode material, structure of electrodialysis tank and configuration of various members provided Such as the structure of piping and pumps, various tanks, etc. in the circulation / recovery system, and the configuration of various members, etc., and culture conditions or operating conditions (eg, temperature of the solution in each room such as fermentation solution) pH, concentration, electrode solution relates applied current, voltage, etc.) and the like, can be appropriately determined.
【0058】[0058]
【実施例】以下、本発明に関し、実施例を挙げてより詳
細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【0059】 実施例1 下記に示す組成 グルコース 100.0 g/l MgSO4 ・7H2 O 0.25 g/l (NH4 )2 SO4 0.125 g/l KH2 PO4 0.6 g/l 酵母エキス 0.125 g/l の培地2lにリゾプス-オリゼ(Rhizopus oryzae) A
HU 6537の胞子を2×107 個/mlとなるよう
に植菌し、3lエアリフト式リフターで培養した。培養
条件は、温度37℃、通気2l/minで、培養開始後
20時間から10%アンモニア水でpH5.5にコント
ロールした。160時間で培地中のグルコースは完全に
消費され、菌体は直径3〜4mm程度のペレット状とな
って培地中に分散していた。Example 1 Composition shown below Glucose 100.0 g / l MgSO 4 .7H 2 O 0.25 g / l (NH 4 ) 2 SO 4 0.125 g / l KH 2 PO 4 0.6 g / L yeast extract 0.15 g / l medium in 2 liters of Rhizopus oryzae A
HU 6537 spores were inoculated at a concentration of 2 × 10 7 cells / ml and cultured with a 3 L air lift type lifter. Culture conditions were controlled at 37 ° C. and aeration at 2 l / min, and pH 5.5 with 10% aqueous ammonia from 20 hours after the start of the culture. After 160 hours, glucose in the medium was completely consumed, and the cells were dispersed in the medium in the form of pellets having a diameter of about 3 to 4 mm.
【0060】このペレット全量を滅菌水で十分に水洗
し、乳酸を全量回収して定量したところ、グルコースか
らの乳酸収率は72%であった。The whole amount of the pellet was sufficiently washed with sterilized water, and the entire amount of lactic acid was recovered and quantified. The lactic acid yield from glucose was 72%.
【0061】水洗したペレットに、新たに上記に示す組
成の培地2lを添加して、図1に示す電気透析発酵装置
により乳酸発酵を行なった。To the pellets washed with water, 2 l of a medium having the above composition was newly added, and lactic acid fermentation was carried out by an electrodialysis fermentation apparatus shown in FIG.
【0062】電気透析装置は、1枚の膜面積が1.0d
m2 のバイポーラ膜BPとアニオン交換膜Aで構成する
4対の室(4セル)からなる2室法バイポーラ膜電気透
析装置であって、電極室cには1M硫酸アンモニウム水
溶液、回収室には0.45M硫酸水溶液が仕込まれてお
り、電極(+/−)にはTi/Pt板を使用し、1.6
5A定電流で運転を行った。The electrodialyzer has a membrane area of 1.0 d.
This is a two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus comprising four pairs of chambers (four cells) composed of a m 2 bipolar membrane BP and an anion exchange membrane A, wherein a 1M aqueous ammonium sulfate solution is provided in an electrode chamber c, and a 0 M aqueous solution is provided in a recovery chamber. .45M aqueous sulfuric acid solution, and a Ti / Pt plate was used for the electrodes (+/-).
The operation was performed at a constant current of 5A.
【0063】培養条件は温度37℃、通気2l/min
で、培養開始後から乳酸濃度が約20g/lとなるまで
10%アンモニア水でpH5.5にコントロールし、そ
れ以降は電気透析装置の駆動系(各種ポンプ)を可動さ
せて培地中の乳酸を分離し逐次系外に除去することによ
り培地のpHを5.5に保った。また培養の液面はレベ
ルコントローラーを設置して滅菌水を加えることにより
一定に保った。The culture conditions were as follows: temperature 37 ° C., aeration 2 l / min.
After the start of the culture, the pH is controlled at 5.5 with 10% aqueous ammonia until the lactic acid concentration becomes about 20 g / l. Thereafter, the drive system (various pumps) of the electrodialyzer is operated to remove the lactic acid in the medium. The pH of the medium was kept at 5.5 by separating and removing it sequentially out of the system. The level of the culture was kept constant by installing a level controller and adding sterile water.
【0064】この結果、50時間でグルコースを完全に
消費し、電気透析により116.7gの乳酸が回収さ
れ、培養中に残存する乳酸濃度は21g/lであった。
乳酸を全量回収して定量した結果、グルコースからの乳
酸収率は85.2%と高い値であった。As a result, glucose was completely consumed in 50 hours, 116.7 g of lactic acid was recovered by electrodialysis, and the concentration of lactic acid remaining during the culture was 21 g / l.
As a result of recovering and quantifying the entire amount of lactic acid, the yield of lactic acid from glucose was as high as 85.2%.
【0065】実験後、電気透析装置を分解して内部の電
気透析膜を観察したところ、膜上のファウリングは全く
見られなかった。After the experiment, when the electrodialysis apparatus was disassembled and the inner electrodialysis membrane was observed, no fouling was observed on the membrane.
【0066】次に、下記実施例2および比較例1では、
電気透析装置の塩室pHを中性以下にコントロールした
場合の電流効率の向上およびアンモニアの移動量の減少
を確認する実験を行った。Next, in Example 2 and Comparative Example 1 below,
An experiment was conducted to confirm the improvement of the current efficiency and the decrease of the transfer amount of ammonia when the pH of the salt room of the electrodialysis apparatus was controlled to be neutral or lower.
【0067】実施例2 《電気透析装置の塩室pHを
5.5にコントロールした場合》 本実施例では、下記比較例1に示す従来の回分式の2室
法バイポーラ膜電気透析との対比をすべく、本発明の乳
酸発酵装置側の発酵モデルとして、乳酸アンモニウムお
よび乳酸ナトリウム共に、電気透析装置の塩室に供給さ
れる塩室初期乳酸濃度を1.9重量%とし、電気透析
中、塩室には常に50%乳酸水溶液を供給することによ
り塩室pHを5.5にコントロールして、電気透析を行
った。すなわち、下記に示す構成要件を備えた電気透析
装置を用いて表1および下記に示す条件下で運転して、
表1に示す乳酸アンモニウムおよび乳酸ナトリウムにつ
き、それぞれ電気透析を行った。得られた結果を下記表
1に示す。Example 2 << When the pH of the salt compartment of the electrodialysis apparatus was controlled at 5.5 >> For this reason, as a fermentation model on the lactic acid fermentation apparatus side of the present invention, the initial lactic acid concentration in the salt chamber supplied to the salt chamber of the electrodialysis apparatus was set to 1.9% by weight for both ammonium lactate and sodium lactate. Electrodialysis was performed by constantly controlling the pH of the salt chamber to 5.5 by supplying a 50% aqueous lactic acid solution to the chamber. That is, using an electrodialysis device having the following components and operating under the conditions shown in Table 1 and below,
Electrodialysis was performed on each of ammonium lactate and sodium lactate shown in Table 1. The results obtained are shown in Table 1 below.
【0068】・2室法バイポーラ膜電気透析(バイポー
ラ膜−アニオン交換膜) ・膜面積:1.0dm2 ×4セル ・回収室:0.5N硫酸水溶液300ml仕込み ・塩室pH:50%乳酸水溶液添加により、塩室pHを
5.5にコントロール ・総電圧:17V ・通電時間:100分· Two-chamber bipolar membrane electrodialysis (bipolar membrane-anion exchange membrane) · Membrane area: 1.0 dm 2 × 4 cells · Recovery chamber: 300 ml of 0.5N sulfuric acid aqueous solution charged · Salt chamber pH: 50% lactic acid aqueous solution The pH of the salt room is controlled to 5.5 by addition. ・ Total voltage: 17 V ・ Electrification time: 100 minutes
【0069】[0069]
【表1】 [Table 1]
【0070】比較例1 《塩室pH調整せず、回分式バ
イポーラ膜電気透析の場合》 本比較例は、従来の回分式による2室法バイポーラ膜電
気透析の場合の例であって、乳酸菌等の発酵による乳酸
をアルカリで調整し、遠心分離して得られる乳酸塩溶液
のモデルとして、電気透析装置の塩室に初期に仕込まれ
る乳酸濃度を、乳酸アンモニウムでは7.42重量%と
し、乳酸ナトリウムでは7.95重量%とした。また、
該塩室への乳酸仕込み量を、乳酸アンモニウムでは0.
49molとし、乳酸ナトリウムでは、0.53mol
として電気透析を開始し、電気透析中、塩室pHはコン
トロールせずに、電気透析を行った。すなわち、下記に
示す構成要件を備えた回分式2室法バイポーラ膜電気透
析装置を用いて表2および下記に示す条件下で運転し
て、下記表2に示す乳酸アンモニウムおよび乳酸ナトリ
ウムにつき、それぞれ電気透析を行った。得られた結果
を下記表2に示す。Comparative Example 1 << Batch type bipolar membrane electrodialysis with no pH adjustment in the salt chamber >> This comparative example is an example of a conventional batch type bipolar membrane electrodialysis with a lactic acid bacterium. As a model of a lactate solution obtained by adjusting lactic acid by fermentation with an alkali and centrifuging, the concentration of lactic acid initially charged in a salt chamber of an electrodialyzer is set to 7.42% by weight for ammonium lactate, Was 7.95% by weight. Also,
The amount of lactic acid charged to the salt chamber was set at 0.1 for ammonium lactate.
49 mol and 0.53 mol with sodium lactate
, And electrodialysis was performed without controlling the pH of the salt room during the electrodialysis. That is, using a batch type two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus having the following constitutional requirements, the operation was carried out under the conditions shown in Table 2 and the following, and the ammonium lactate and sodium lactate shown in the following Table 2 were respectively subjected to electrolysis. Dialysis was performed. The results obtained are shown in Table 2 below.
【0071】・2室法バイポーラ膜電気透析(バイポー
ラ膜−アニオン交換膜) ・膜面積:1.0dm2 ×4セル ・回収室:0.5N硫酸水溶液300ml仕込み ・塩室pH:コントロールなし ・総電圧:17V ・通電時間:80分· Two-chamber bipolar membrane electrodialysis (bipolar membrane-anion exchange membrane) · Membrane area: 1.0 dm 2 × 4 cells · Recovery chamber: 300 ml of 0.5N sulfuric acid aqueous solution · Salt chamber pH: no control · Total Voltage: 17V ・ Electrification time: 80 minutes
【0072】[0072]
【表2】 [Table 2]
【0073】実施例2および比較例1の実験結果より、
上記表1〜2に示すように電気透析装置の塩室pHを中
性以下にコントロールした場合、電流効率の向上および
アンモニアの移動量の減少が図られることが確認でき
た。From the experimental results of Example 2 and Comparative Example 1,
As shown in Tables 1 and 2, it was confirmed that when the pH of the salt chamber of the electrodialysis device was controlled to be neutral or lower, the current efficiency was improved and the amount of ammonia transferred was reduced.
【0074】[0074]
【発明の効果】本発明に係る新規な乳酸の発酵方法で
は、糸状菌のリゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微
生物による乳酸発酵装置と、バイポーラ膜とアニオン交
換膜によりセル構成される2室法バイポーラ膜電気透析
装置を組み合わせることにより、工業的に有用でかつ実
用性のある電気透析発酵を可能とするものであり、食品
添加物として清酒、清涼飲料、漬物、醤油、製パンまた
はビールなどの製造への利用や、工業として皮革、繊
維、プラスチック、医薬品または農薬などの製造への使
用がますます促進され、さらには安全性の高い溶剤、洗
浄剤、生分解性ポリマーなどへの用途の拡大も可能とな
る。According to the novel lactic acid fermentation method of the present invention, a two-chamber method comprising a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism having a lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus of a filamentous fungus, and a cell comprising a bipolar membrane and an anion exchange membrane. By combining a bipolar membrane electrodialysis device, industrially useful and practical electrodialysis fermentation is possible, and as food additives such as sake, soft drinks, pickles, soy sauce, bread making or beer, etc. Increased use in manufacturing and industrial applications such as leather, textiles, plastics, pharmaceuticals and agricultural chemicals, and further expansion of applications to highly safe solvents, detergents, biodegradable polymers, etc. Is also possible.
【0075】また、本発明の方法では、従来技術のうち
本発明に近い技術内容を開示した月刊フードケミカル
(1996−6,p30〜35)や特開平8−2810
77号公報等に記載の乳酸塩のバイポーラ電気透析が抱
える下記の技術的課題を解決してなる優れた効果を奏す
るものである。Further, according to the method of the present invention, monthly food chemicals (1996-6, pp. 30 to 35) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2810, which disclose technical contents close to the present invention among the prior art, are disclosed.
No. 77, etc. have excellent effects by solving the following technical problems of bipolar electrodialysis of lactate.
【0076】1) 一般の乳酸菌、枯草菌などのバクテ
リアによる電気透析発酵では、乳酸発酵装置からバイポ
ーラ膜電気透析装置に持ち込まれる培地に含まれる栄養
成分や菌体の分泌するタンパク成分などが電気透析膜に
堆積してスケール化することによる、電気透析膜のファ
ウリング(よごれ)の問題がある。さらにこれらのバク
テリアでは、電気透析の前に培地から膜分離、遠心分離
などにより菌体を除去する必要があり、工業的に実用化
するには問題があった。1) In the electrodialysis fermentation using bacteria such as general lactic acid bacteria and Bacillus subtilis, nutrient components and protein components secreted by bacterial cells contained in a medium brought into a bipolar membrane electrodialysis device from a lactic acid fermentation device are electrodialyzed. There is a problem of fouling of the electrodialysis membrane due to deposition and scaling on the membrane. Furthermore, for these bacteria, it is necessary to remove the cells from the medium by membrane separation, centrifugation or the like before the electrodialysis, which poses a problem for industrial practical use.
【0077】しかしながら、本発明では、2室法バイポ
ーラ電気透析とリゾプス属に属する乳酸発酵能を有する
微生物による乳酸発酵の組み合わせにより、初めて長期
の連続運転が可能であり、工業的に実用化が図れる。こ
れは、リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生物の
培地が他の乳酸発酵と比べて有機物栄養素などを必要と
しないことから、電気透析膜のよごれが生じないことに
よる。However, according to the present invention, long-term continuous operation is possible for the first time by the combination of the two-chamber bipolar electrodialysis and the lactic acid fermentation by a microorganism having a lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus, and industrial application can be achieved. . This is because the medium of a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus does not require organic nutrients and the like as compared with other lactic acid fermentations, and therefore the electrodialysis membrane is not stained.
【0078】2) よって上記公報を含め現在用いられ
ている回分式の2室法バイポーラ電気透析では、後半に
pHが上昇し、水酸化物イオンの移動が激しくなって電
流効率が低下し、特に乳酸ナトリウムでは著しく効率が
悪い(ただし、乳酸アンモニウムでは、この効率低下が
軽減される。)。2) Therefore, in the batch type two-chamber bipolar electrodialysis currently used, including the above-mentioned publication, the pH rises in the latter half, the movement of hydroxide ions becomes severe, and the current efficiency decreases. Sodium lactate is significantly less efficient (although ammonium lactate reduces this efficiency loss).
【0079】しかしながら、本発明では、発酵と組み合
わせることにより、常に中性以下で乳酸の回収をするこ
とになり、電流効率を高く維持できる。例えば、特開平
8−281077号公報の実施例によると、乳酸アンモ
ニウムの回分式バイポーラ膜電気透析では、電流効率は
70%であるが、本発明の方法による乳酸アンモニウム
のバイポーラ膜電気透析では、容易に電流効率90%以
上を得ることができる。However, in the present invention, by combining with fermentation, lactic acid is always collected at a neutral or lower level, so that the current efficiency can be kept high. For example, according to the example of JP-A-8-28077, the current efficiency is 70% in the batch type bipolar membrane electrodialysis of ammonium lactate, but easily in the bipolar membrane electrodialysis of ammonium lactate according to the method of the present invention. Current efficiency of 90% or more.
【0080】3) 回分式の電気透析では、塩室がアル
カリ性となるために、アニオン交換膜は、耐アルカリ性
の特殊な膜が必要である。3) In the batch type electrodialysis, since the salt chamber becomes alkaline, a special alkali-resistant membrane is required for the anion exchange membrane.
【0081】しかしながら、本発明の方法では、一般の
安価なアニオン交換膜を用いることができる。However, in the method of the present invention, a general inexpensive anion exchange membrane can be used.
【0082】4) 特開平8−281077号公報で
は、その実施例にあるようにバクテリアの1種である乳
酸菌による電気透析発酵を用いているため回分式の電気
透析を行っている(なぜならば、いわゆる電気透析発酵
では、上記1)に示す技術的課題を有するためであ
る。)。そのため、弱塩基の乳酸塩とする必要がある。
しかしながら、乳酸アンモニウムの場合は、塩室でアン
モニアがガス化して、ブリスターが発生し、塩室に不活
性ガスを送るなどして、ストリッピングする必要があ
る。4) In Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-281077, batch type electrodialysis is performed because electrodialysis fermentation using lactic acid bacteria, which is a kind of bacteria, is used as described in the example (because, This is because so-called electrodialysis fermentation has the technical problem described in 1) above. ). Therefore, it is necessary to use a weak base lactate.
However, in the case of ammonium lactate, ammonia is gasified in the salt chamber to generate blisters, and it is necessary to perform stripping by sending an inert gas to the salt chamber.
【0083】一方、本発明の方法において、乳酸ナトリ
ウム等の乳酸のアルカリ金属塩を用いる場合では、上記
のような技術的課題が生ずることはない。また、乳酸ア
ンモニウムでも、本発明のように中性では、アンモニア
は塩として存在し、ガス化の問題はない。On the other hand, in the case of using an alkali metal salt of lactic acid such as sodium lactate in the method of the present invention, the above technical problems do not occur. Further, even in the case of ammonium lactate, when neutral as in the present invention, ammonia exists as a salt and there is no problem of gasification.
【0084】5) 乳酸アンモニウムの回分式2室法バ
イポーラ膜電気透析では、塩室のpHが上昇するとアン
モニア分子の拡散透析による移動が起こり、膜を透過し
て回収室側に混入する。5) In the batch type two-chamber bipolar membrane electrodialysis of ammonium lactate, when the pH of the salt chamber rises, the ammonia molecules move by diffusion dialysis, and permeate the membrane and enter the recovery chamber.
【0085】しかしながら、本発明の方法では、塩室が
常に中性以下に保たれるので、アンモニアは乳酸アンモ
ニウムとして存在し、アンモニアの拡散透析による移動
は極めて少なくなる。However, in the method of the present invention, since the salt room is always kept at a neutral level or less, ammonia exists as ammonium lactate, and the transfer of ammonia by diffusion dialysis is extremely small.
【図1】 リゾプス属に属する乳酸発酵能を有する微生
物を用いた乳酸発酵装置と、バイポーラ膜とアニオン交
換膜により構成される2室法電気透析装置とを組み合わ
せた電気透析発酵装置を概略的に表した図面である。FIG. 1 schematically shows an electrodialysis / fermentation apparatus combining a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism belonging to the genus Rhizopus and having a lactic acid fermentation ability, and a two-chamber electrodialysis apparatus constituted by a bipolar membrane and an anion exchange membrane. FIG.
1…電気透析発酵装置、11…乳酸発酵装置、
12…発酵部、13…発酵液取り出しポン
プ、 14…クッションタンク、15…発酵
液循環ポンプ、 16a〜16e…配
管、17…pH感知装置、 18…
発酵タンク蓋部、19…発酵タンク、
20…フィルター部材、21…配管、
22…熱交換装置、23…レベルコ
ントローラ、 24…水供給ポンプ、25
…配管、31…2室法バイポーラ膜電気透析装置、 3
2…整流器、33…塩室の入口、
34…配管、35…塩室の出口、
36…回収室の出口、37…回収室の入口、
38…回収液タンク、39…配管、
40…回収液循環ポンプ、4
1…配管、 42…電極室
の出口、43…電極液タンク、 4
4…配管、45…電極液循環ポンプ、
46…配管、47…電極室の入口、BP…バイポーラ
膜、 A…アニオン交換膜、a…塩
室、 b…回収室、c…
電極室。1 ... electrodialysis fermentation equipment, 11 ... lactic acid fermentation equipment,
12: fermentation unit, 13: fermentation liquid removal pump, 14: cushion tank, 15: fermentation liquid circulation pump, 16a to 16e: piping, 17: pH sensing device, 18 ...
Fermentation tank lid, 19 ... fermentation tank,
20 ... Filter member, 21 ... Piping,
22: heat exchange device, 23: level controller, 24: water supply pump, 25
... Piping, 31 ... Two-chamber bipolar membrane electrodialyzer, 3
2 ... rectifier, 33 ... entrance of salt room,
34 ... piping, 35 ... outlet of the salt room,
36 ... Exit of collection room, 37 ... Entry of collection room,
38 ... Recovered liquid tank, 39 ... Piping,
40: Recovery liquid circulation pump, 4
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piping, 42 ... Exit of electrode chamber, 43 ... Electrolyte tank, 4
4 ... Piping, 45 ... Electrolyte circulating pump,
46: piping, 47: entrance of electrode chamber, BP: bipolar membrane, A: anion exchange membrane, a: salt chamber, b: recovery chamber, c ...
Electrode chamber.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 重信 東京都杉並区宮前一丁目16番2号 株式会 社武蔵野化学研究所東京研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Shigenobu Miura 1-16-2 Miyamae, Suginami-ku, Tokyo Musashino Chemical Laboratory Tokyo Research Laboratory
Claims (4)
微生物を用いた乳酸発酵装置で生成される乳酸を、バイ
ポーラ膜とアニオン交換膜により構成される2室法バイ
ポーラ膜電気透析装置に導入し、逐次系外に除去するこ
とを特徴とする乳酸の発酵方法。1. Lactic acid produced by a lactic acid fermentation apparatus using a microorganism having lactic acid fermentation ability belonging to the genus Rhizopus is introduced into a two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus comprising a bipolar membrane and an anion exchange membrane, A method for fermenting lactic acid, which comprises sequentially removing the lactic acid from the system.
一価の乳酸塩の形に変換した後、前記2室法バイポーラ
膜電気透析装置に導入することを特徴とする、請求項1
に記載の乳酸の発酵方法。2. Lactic acid produced by the lactic acid fermentation apparatus is:
2. A monovalent lactate form, which is introduced into the two-chamber bipolar membrane electrodialysis apparatus.
A method for fermenting lactic acid according to item 1.
であることを特徴とする、請求項2に記載の乳酸の発酵
方法。3. The method for fermenting lactic acid according to claim 2, wherein the monovalent lactate is ammonium lactate.
あることを特徴とする、請求項2に記載の乳酸の発酵方
法。4. The method according to claim 2, wherein the monovalent lactate is sodium lactate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30858797A JPH11137286A (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Fermentation of lactic acid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30858797A JPH11137286A (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Fermentation of lactic acid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11137286A true JPH11137286A (en) | 1999-05-25 |
Family
ID=17982838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30858797A Pending JPH11137286A (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Fermentation of lactic acid |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11137286A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007077081A (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Musashino Chemical Laboratory Ltd | Method for producing ammonium lactate |
WO2007097260A1 (en) | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Toray Industries, Inc. | Method of producing chemical product and continuous fermentation apparatus |
JP2007215427A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | Musashino Chemical Laboratory Ltd | Method for producing lactic acid |
WO2011068206A1 (en) | 2009-12-04 | 2011-06-09 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Process for production of optically active amino acid or optically active amino acid amide |
-
1997
- 1997-11-11 JP JP30858797A patent/JPH11137286A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007077081A (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Musashino Chemical Laboratory Ltd | Method for producing ammonium lactate |
JP2007215427A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | Musashino Chemical Laboratory Ltd | Method for producing lactic acid |
WO2007097260A1 (en) | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Toray Industries, Inc. | Method of producing chemical product and continuous fermentation apparatus |
WO2011068206A1 (en) | 2009-12-04 | 2011-06-09 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Process for production of optically active amino acid or optically active amino acid amide |
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