統合化した乳酸発酵トータルプロセスの開発と知識ベース自律分散制御システムの構築

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555249
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 清水 和幸 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (00150318)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本多 芳彦 雪印乳業(株), 札幌研究所, 主査 ; 曽根 のぶ史 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (20049034) ; 鈴木 正康 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (70226554) ; 鈴木 高広 名古屋工業技術研究所, セラミックス応用部, 主任研究官 ; 谷口 正之 新潟大学, 工学部, 助教授 (00163634)
• Keywords: 乳酸発酵 / トータルシステム / セラミックバイオリアクター / 集積型センサ / 抽出プロセス / イオン交換樹脂 / 最適化 / 濾過培養

Research Abstract

本研究では乳酸発酵のトータルシステムを考え、大規模システム、等にバイオリアクタープロセスと分離プロセスとの統合化を図ったシステムの効率化について理論的、実験的な検討を行っている。現在までの成果は次のとうりである。
1)セラミック膜を内装した攪拌ろ過型バイオリアクターの試作を行い、現在長期培養に関する目詰まり等について検討している。
2)濾過型バイオリアクターでの乳酸発酵と、アラミン336を抽出剤(オレイルアルコールを溶媒)として用いた抽出プロセスによる生産物分離とを同時に行う実験を行った。しかし抽出プロセスでの至適pHと発酵における至適pHが異なるため、抽残相をリサイクルして、培地の利用効率を高めることができなかった。このため次に低pHで生育できる菌株(L.delbrueikkii)を探索し、同様の実験を行って、ある程度この問題を克服できた。しかし、抽出剤として有害なアラミン336を使用する限り、食品産業への応用が限られるとの指摘を受けた。そこで次に分離プロセスとして陰イオン交換樹脂を利用したプロセスについて検討し、乳酸を除去した後の濾液を培地として再利用できることを実験的に確かめた。
3)本学(九工大)マイクロ化総合技術センターの協力を得て、乳酸と乳糖をオンライン測定できる集積型のセンサーを作成した。今後はフローインジェクション型のシステムと組み合わせてオンラインでの計測制御の実験を行い性能を評価する。
4)遺伝的アルゴリズムを利用して、発酵プロセスのオンライン最適化が行えることを実験的に確かめた。この場合、2つのコンピュータを利用し、コンピュータ間の通信はRS232Cを介して行った。今後はプロセス全体を同時に制御するシステムの開発を行う。
5)B.lactofermentumを入手し、培養条件、特に乳酸の消費速度について試験管培養を行い基礎的検討を行っている。今後は乳酸菌との混合培養を行う。

Research Products

• [Publications] K.Shimizu,K.Furuya,M.Taniguchi: "Optimal Operation Derived by Green's Theorem for the Cell-Recycle Filter Fermentation Focusing on the Efficient Use of the Medium" Biotechnology Progress. 10. 258-262 (1994)