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本研究は、発泡現象を有効、効果的に利用することをねらいとした型式の泡制御培養装置、すなわち遠心力により回転円板から飛散する液粒子の衝突作用を利用する回転円板型機械的消泡装置(MFRD)を装着したバイオリアクターによるバイオプロダクツの効率的生産法の確立を目的としたものである。まず、発泡性基質を用いる好気性微生物反応における気液接触面積の重要性を、消泡剤(AF)添加の有無による振盪培養によって得られた結果を基に指摘した。すなわち、ガス吹き込み式バイオリアクターを用いる発泡性微生物反応ではAFを用いることなく、発泡による気液接触面積の増加現象を有効に利用した方がよいことを明らかにした。次いで、パン酵母、大腸菌といった菌体生産について、MFRDを装着した気泡塔型バイオリアクター(BCB)および攪拌槽型バイオリアクター(AAB)による発泡培養を行った。機械的泡制御培養系における基質の消費ならびに増殖は、AF添加培養系と比べ、順調に進行することが確認された。また、AF添加培養系との生産性ならびに動力効率の比較において、本型式バイオリアクターによる発泡培養の優れていることを明らかにした。さらに、発泡を伴う代謝生産物の生産プロセス、すなわちバクテリアによる酢酸発酵プロセスへMFRD装着AABを応用した。MFRDは酢酸発酵における発泡の制御にも有効であることが証明された。また、本型式バイオリアクターによる発泡培養では、AF添加培養系に比べ、酢酸生成収率が高く、発酵時間も大幅に短縮できることを明らかにした。
本研究で得られたこれら一連の知見は、バイオプロダクツの効率的かつ経済的生産に適した発泡培養の操作、設計に対して、意義のある実用的指針として役立つものである。
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