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平成14年度に製作した1Lの攪拌槽型バイオリアクターと比較するために、平成15年度は直径93mm、容積3Lの標準気泡塔型バイオリアクターを製作した。攪拌槽型および気泡塔型リアクターによる培養の際の液中溶存酸素濃度および菌体数の経時変化を測定した。両者とも、培養の進行と共に急激に溶存酸素濃度が減少し、約3〜5日後には0に達した。指数関数的に増加していた菌体数は溶存酸素濃度が0となると共に減少した。これは、菌体数の増加に伴い総摂取酸素量が増え酸素枯渇により菌体の一部が死滅し、菌体数が減少し始めたと考えられ、本菌体は生存およびXanthan生産のために高い酸素摂取量を必要とすることがわかった。また、見かけ粘度は培養液中のXanthan濃度の指標として用いたが、約8日後にそれぞれの最大濃度に達した。
一方、2つのバイオリアクターの酸素移動性能を調べるために、数種のXanthan濃度のモデル培養液を調製し、k_Laの測定を行った。バイオリアクターによらず、供給空気流量の増加及びXanthan濃度の減少に伴いk_Laは増加したが、0.4wt%Xanthanでの実験結果では、攪拌槽型の方が大きいk_Laを示した。
そこで、平成16年度には気泡塔内に多孔仕切り板を挿入した分割気泡塔型バイオリアクターを製作し、菌体を含まないXanthan水溶液中への酸素移動性能の測定を行った。多孔仕切り板を垂直に挿入することにより、気泡塔内のガスホールドアップならびに酸素移動速度も向上した。これにより高密度菌体培地あるいはXanthan溶液でも酸素枯渇を防止でき、最終濃度の向上を未反応培養液の削減が見込まれた。
以上より、より高効率で環境保全に適したXanthan生産装置の開発の知見を得ることができた。
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