KR0152482B1 - 발효에 의한 균주 대사산물의 연속적 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발효산물의 연속적 제조 방법, 보다 구체적으로는 발효에 의해 알콜을 비롯한 균주 대사산물을 제조하는데 있어서, 발효시에 응집성 균주 및 유동식 또는 정치식 필터를 사용함으로써 발효산물을 높은 세포 농도로 경제적 및 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 목적 발효산물, 특히 알콜의 발효에 의한 생산성이 이론치에 가까운 수율로서 반응기 체적 1리터당 1시간당 70그람 이상(종래 방식의 70배 이상)에 달할 뿐만 아니라 발효산물의 균주 세포농도도 반응기 1리터당 130그람 이상으로 유지되며, 발효 반응기를 수개월 이상 동안 연속 운전할 수 있다는 잇점이 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 원료 가격에 있어서 전체 생산원가 기준으로 30% 이상 절약할 수 있고, 시설비, 공장부지 비용, 인건비, 동력비, 폐수처리비용 등에 있어서 많은 생산 원가 절감을 할 수 있다.

Description

발효에 의한 균주대사산물의 연속적 제조 방법

제1도는 본 발명에 따른 발효에 의한 균주 대사산물의 연속적 제조 공정의 한 태양을 도시하기 위한 개략도이고,

제2도는 본 발명의 한 태양에 따라 1차 고형분 분리한 후의 액당화된 혼합물이 입경 분포를 보여주는 그래프이고,

제3도는 본 발명의 발효 공정에 있어서, 질소원에 따른 세포 응집의 변화를 보여주는 그래프이고,

제4도는 본 발명의 발효 공정에 있어서, pH 변화에 의한 세포 응집의 유도를 보여주는 그래프이고,

제5도는 본 발명의 발효 공정을 SBR(sequencing batchreactor)방식으로 수행한 결과를 보여주는 그래프이고,

제6도는 본 발명의 발효 공정에 사용되는 발효조의 한 태양을 도시하는 종단면도이고,

제7도는 본 발명의 발효 공정에 사용되는 발효조의 또다른 한 태양을 도시하는 종단면도이고,

제8도는 제6도에 도시한 발효조를 이용하여 본 발명에 따라 연속 발효에 의해 에탄올을 제조한 결과를 보여주는 그래프이고,

제9도는 제7도에 도시한 발효조를 이용하여 본 발명에 따라 연속 발효에 의해 에탄올을 제조한 결과를 보여주는 그래프이다.

본 발명은 발효에 의한 균주 대사산물의 연속적 제조 방법, 보다 구체적으로 발효에 의해 균주 대사산물을 제조하는데 있어서, 발효시에 응집성 균주 및 유동식 또는 정치식 필터를 사용함으로써 발효산물을 높은 세포 농도로 경제적 및 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

발효 공정은 바이오 에너지, 의약품(예를 들면, 항생제 단백질, 호르몬, 기타 대사산물 의약품), 식품(예를 들면, 아미노산, 주정, 핵산, 젖산, 구연산, 유기산 등), 산업용 제품, 환경 관련 제품 등의 생산에 주로 많이 이용된다. 특히, 주정 제조시, 상기 발효 공정은 필수적인 것으로서, 이에 대한 연구가 많이 행해져 왔다.

종래에는 주정 제조시 탄소 공급원으로서 고급 원료(예:포도당, 당밀 등)을 사용하여 고세포 농도의 주정을 연속 배양 생산하여 왔다. 그러나, 이 방법에서 발효에 의해 실제 도달한 세포농도는 원하는 만큼의 높은 농도가 아닌 경우가 많았으며, 높은 농도에 도달하였다 하더라도 발효에 사용된 장치, 예를 들면 미세 다공성 멤브레인 등이 고가인데다가 장기적으로 연속 운전하기가 까다로운 경우가 대부분이었고, 막힘 현상, 오염 등의 문제로 인하여 실제로 연속 운전이 실용화된 예가 없었다. 또한, 고급 원료의 사용은 경제성 면에서도 매우 불리하였다.

따라서, 경제성을 갖기 위하여 값싼 원료(예:타피오카, 곡물류, 목질계 등)를 사용하는 방법이 개발되었는데, 이 경우에는 고농도 세포배양이 불가능할 뿐만 아니라 연속 생산이 전혀 불가능하였다. 즉, 값싼 원료는 그 처리 과정 중 원료의 액화·당화 과정에서 고형분이 다량 잔류되는데, 종래의 방법은 이러한 고형분에 의한 균주 세포 성장 방해, 고형분과 세포의 분리의 어려움, 침강조를 사용할 경우에는 세포 침강속도 저해 등 여러 가지 문제가 야기되어 생성물 중의 세포 농도가 극히 낮아 생산성이 매우 낮았다.

따라서 발효의 전단계에서 당화후 잔류하는 고형분을 제거하는 공정을 필수적으로 거쳐야 되는데, 고형분 제거를 위해 통상 사용되는 원심분리기(회분 또는 연속) 또는 막분리장치로 고형분을 완전히 제거하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 장치 가격도 극히 비싸고 운전상의 안정성도 없었다. 고형분 문제를 줄이기 위하여 원료의 분쇄공정시 원료를 매우 작은 크기로 분쇄하는 방법을 이용할 수도 있으나, 이 방법 역시 고가의 분쇄장치가 필요하고 에너지 비용이 많이 들며 장치 유지 비용이 많이 든다. 또한, 발효조에서는 고형분의 공존으로 인해 세포 성장이 억제되고 세포 농도가 올라가지 않을 뿐 아니라 비응집성 세포를 사용하는 한 세포를 고형분으로부터 분리할 수 없어, 막힘 현상, 오염 등의 문제도 발생하였다.

막힘을 방지하기 위해 발효조 내부에 멤브레인 분리기를 설치한다 하더라도 멤브레인 분리기를 정칭 상태로 두었기 때문에 비응집성 세포를 사용하는 한 막힘 현상을 해결할 수 없었고, 또한 이때 사용한 멤브레인 분리기도 구멍이 너무 작아 막히기도 쉬웠고 값도 비싼 것이었다. 상기 멤브레인 분리기를 다중으로 설치하여 순서적으로 되씻기(backflushing)를 하는 등의 방법을 사용하기도 하였으나 절차가 복잡하고 고장이 잦다는 문제점을 갖고 있었으며 설령 연속 운전에 일부 성공한다 하더라도 높은 비용을 필요로 하였다. 상기 문제는, 멤브레인 분리기를 발효조 출구밖에 설치하거나, 발효조 출구 바깥에 원심분리기나 단순 침강조를 설치하여 사용하는 경우에도 마찬가지로 발생하였다.

응집성 세포를 사용하는 경우에도 응집성 세포의 입자의 크기를 적절히 조절하지 못하거나 필터를 사용하지 않으면 1단으로 발효하든 2단으로 발효를 하든 간에 세포농도를 높이지 못하였으며 생산성도 높이지 못하고 연속 발효도 원활히 장기적으로 수행할 수 없었다. 결국, 상기 방법에 의한 대사산물의 최종 생산성은 1시간당 발효조 1리터당 1그람을 넘지 못하였고, 대량생산의 어려움, 공정건설비용과다, 폐수과다유출, 높은 원료가격, 높은 생산원가, 높은 인건비 등의 제반 문제를 갖고 있어 왔다.

한국 공개 특허 제94-14796호에는 발효 공정을 2단계로 나누어 연속식 전발효 공정을 거친 다음 회분식의 후발효 공정을 거치는 에탄올 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 1차 발효에 의해 알콜 농도를 3 내지 6% 정도로 한 후 이를 2차 발효시켜 알콜 농도를 증대시키며, 소요시간은 1차 발효에 4 내지 18시간, 2차 발효에 48 내지 120시간 소요된다고 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 의하면, 발효 공정이 2단계에 걸쳐 장시간 동안 수행될 뿐만 아니라 전발효 및 후발효 각각의 단계에서 여러대의 발효탑이 필요하므로 생산 장비 비용이 너무 많이 든다.

따라서, 본 발명의 목적은 값싼 원료 및 간단한 장비를 사용하면서도 높은 세포 농도의 발효산물을 연속적으로 및 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은 발효에 의해 균주 대사산물을 제조하는데 있어서, 발효시에 응집성 균주 및 유동식 또는 정치식 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 탄소 공급원을 분쇄, 액화 및 당화시켜 액당화 혼합물을 수득하는 단계;상기 액당화된 혼합물을 유동식 또는 정치식 필터가 장착된 발효조에 도입하여 응집성 균주의 존재하에 발효시키는 단계; 및 상기 발효후의 발효 생성물중의 상등액을 수거 및 분류하여 최종 생성물로서의 발효산물을 수득하는 단계를 포함하는 발효산물의 연속적 제조 방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 연속적 발효산물 제조 방법(제1도 참조)에 따르면, 우선, 탄소 공급원을 분쇄, 액화 및 당화시켜 고체/액체 혼합물을 수득한다. 상기 탄소 공급원으로서는 공업용 포도당, 타피오카(tapioca), 옥수수대, 목질계 원료, 고구마, 기타 곡물 등이 사용될 수 있다. 상기 탄소원은 보통 10 내지 1,000㎛ 범위의 직경으로 분쇄하는 것이 바람직하며, 분쇄 공정은 식물체의 분쇄에 통상적으로 사용되는 장치, 예를 들면 볼 밀(bal mill)에 의해 수행될 수 있다. 분쇄된 원료는 이어서 액화 및 당화 공정을 거치게 되는데, 액화 및 당화 공정은 통상적으로 물을 가하고 효소 처리함으로써 수행하는데, 최종 당 농도 14 내지 25% 및 액당화후 수득된 혼합물 중의 고형분 함량 30 내지 60%(v/v) 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 액당화된 혼합물은 발효조에 도입되어 발효 공정을 거치게 되는데, 발효 공정 전에, 경우에 따라 상기 액당화된 혼합물을 고형분/액체 분리기에 의해 고형분과 액체로 분리하여 액체 만을 발효조에 도입할 수도 있다. 상기 고형분 분리 공정은 1단계로 간단한 분리기에 의해 입자 크기가 상대적으로 큰 고형분만을 분리하거나, 2단계로서 1차 분리후 분리된 액체를 2차 고형분 분리기에 다시 통과시킴으로써 수행할 수 있다. 분리후 액체 중의 고형분 함량은 6 내지 20%(v/v) 정도일 수 있다.

상기 2단계 방법에서는, 우선, 간단한 원심분리기 또는 멤브레인 분리기, 및/또는 연속 원심분리기를 사용하여 1차 분리한 후, 동일 종류의 원심분리기 또는 멤브레인 분리기를 사용하거나 1차 분리된 분리액을 발효조에 넣기 전의 일시 저장용 침강조(교반기가 장착될 수도 있음)를 사용하여 수행할 수도 있다. 1차 고형분 분리기에서 분리된 고형분은 다른 목적으로 쓸 수도 있고, 경우에 따라서는 주 발효조에 임의로 연결될 수도 있는 2차 발효조로 도입될 수 있다. 또한, 2차 고형분 분리기에서 분리된 고형분은 주 발효조 또는 임의의 2차 발효조로 도입될 수 있다. 고형분의 수송에는 스크류 콘베이어형 또는 기어형 펌프 또는 기타 수송 장치를 사용할 수 있다. 발효조로 도입된 액당화액은 발효조내에서 발효와 동시에 추가로 액화 및/또는 당화될 수 있다.

발효조로 도입되는 액당화된 혼합물은 1 내지 100㎛의 입경을 가진 고형분을 20%(v/v) 이하로 함유하는 것이 더욱 바람직하며, 여러 분획으로 나누어 다중 위치에서 발효조에 공급될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상기 액당화된 혼합물의 발효 공정을, 유동식 또는 정치식 필터가 장착된 발효조에서 응집성 균주의 존재하에 수행한다. 사실상 필터와 응집성 세포는 액화·당화 단계에서도 사용될 수 있는 바 이때는 물론 응집성 세포는 액화·당화용이 세포를 사용하는 것이다. 이러한 취지를 살려서 액화·당화 및 발효를 필터와 응집성 세포를 사용하여 동시에 수행할 수도 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 응집성 균주는 천연적으로 보유하거나 또 유전자 재조합에 의하여 도입된 적절한 정도의 응집성을 갖는 원핵 세포 또는 진핵 세포 균주로서, 최종 생성물에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있으며, 특히 발효산물로서 알콜을 얻고자하는 경우에는 응집성 효모인 사카로마이세스 우바룸(Saccharomyces uvarum), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 사카로마이세스 다이아스타티쿠스(Saccharomyces diastaticus) 등을 포함하는 여러 종류의 세포들이 사용될 수 있으며, 특히 사카로마이세스 우바룸(Saccharomyces uvarum)이 바람직하다. 알콜의 연속 발효 공정 중에는 상기 균주 세포 농도가 90 내지 160g/L 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.

상기 발효 공정에서 발효조에 장착되는 유동식 또는 정치식 필터는 적절한 구멍 크기, 보통 50 내지 2,000 메쉬 범위의 스크린이나 멤브레인 형태일 수 있으며, 발효조 내에 적절하게 위치되어 응집성 세포 균주를 고형분으로부터 격리시켜 고세포농도를 유지할 수 있게 한다. 또한 발효조 밖에 설치되어 재순환 운전을 할 수도 있다. 상기 필터는 단순 원통형, 2중 원통형, 다중 원통형, 복합 다중 원통형, 다중 디스크형, 다중 평판형 등을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 스크류형, 리본형, 인터미그형 등의 다양한 형태의 교반기가 부착되어 회전, 왕복, 진동, 선전 등 다양한 운동 형태로 움직이거나 정치되어 있으며 운동방향은 필요에 따라 바꿀 수 있다. 필터에는 고압 질소 가스 분사 등을 포함하는 여러가지 순차적 되씻기(back flushing)를 가능케하는 장치를 설치하여 운전할 수 있다. 각 필터에서의 제품용액의 외부에로의 제거는 필터는 상부 또는 하부로부터 할 수 있다. 제품용액 제거 배관은 직접 발효조 외부로 연결시킬 수도 있고 발효조 내부의 회전축 상부, 하부 또는 기타의 위치에 설치된 공통 헤더라인 매니폴드(headerline manifold)로 연결된 후 그곳으로부터 다시 외부로 수송될 수도 있다.

상기 발효 공정은 투입된 균주의 응집성과 응집 정도 및 강도를 조절해 주기 위하여 적절한 범위의 발효 온도, pH, 필터 교반기의 회전수 및 전단 응력하에서 수행한다. 상기 발효 온도가 4 내지 40℃ 범위, 바람직하게는 30 내지 35℃ 범위, pH가 3.5 내지 9범위, 바람직하게는 4 내지 6범위 및 필터 회전 속도가 1000rpm이하, 바람직하게는 500rpm 이하의 범위가 되도록 하는 것이 좋다.

또한, 상기 발효조에는 또한 세포의 성장, 응집성과 응집정도를 조절하기 위하여 인산, 질소원, 완충액, 금속이온 및 기타 유기 및 무기 물질을 포함하는 각종 배지성분을 선택하여 당화액의 당농도에 따라 적절히 첨가하는데, 이들은 보통 각각 0 내지 40g/L의 농도로 사용될 수 있다. 상기 성분으로는 질소원(예를 들면, 제1 또는 제2 인산 암모늄, 황산 암모늄, 초산 암모늄, 요소, 효모 액기스, 금속이온 제거제(EDTA) 등), 인산 제1 또는 제2 칼륨, 염화 칼슘, 황산 마그네슘, 기타 각종 염류 등이 있다.

발효조의 운전은 연속 운전(특히 제1단계 발효조)으로 하지만 시운전중이거나 또는 정상상태 운전중이라 할지라도 필요에 따라 충전-배출(Fill Draw) 방식의 SBR(Sequencing Batch Reactor) 등을 포함하는 여러가지의 반연속식으로 운전하여 고세포 농도에 빨리 도달할 수 있도록 한다든가 균주 세포 펠렛의 크기 및 성상을 조절할 수도 있다. 예를 들면, 발효조에서 초기 세포 접종량을 0.5 내지 1g/L로 하여 회분식 발효를 한 다음 충전-배출 방식의 SBR 운전을 3 내지 5회 실시하여 세포 농도를 15 내지 25g/L로 올리게 되며, 이때, 세포는 응집 성장하게 된다. 이후 연속 발효에 들어 가며 세포 농도가 100g/L 이상 올라갈 때까지 희석률을 조금씩 변화시켜 가며 최종적으로 0.5 내지 2사이의 높은 희석률(단위:hr^-1), 즉 0.5 내지 2시간의 짧은 체류 시간대에서 연속 조업을 실시할 수 있게 된다.

상기 발효 공정은 여러 형태의 일련의 발효조에서 수행할 수도 있다. 본 발명의 발효 공정에 따르면, 알콜의 경우 1차 발효조를 거치는 것만으로도 발효 농도가 7 내지 10%(w/v)에 이를 수 있다. 또한, 상기 발효조를 다단으로 설치 운전하고, 액당화 혼합물을 다중다위치에서 공급하고 제품 용액을 다중 다위치에서 뽑아냄으로써 발효산물의 농도를, 예를 들면 알콜의 경우 10% 이상으로 증대시킬 수도 있다.

상기 발효 후의 발효 생성물은 이어서 발효조 밖의 침강조를 거쳐 상등액 만이 후속 분류 장치로 도입된다. 침강조에서의 체류시간은 약 10분 정도이다. 상기 침강조는 원추형 등을 비롯한 여러 형태를 취할 수 있고, 내부에 교반기가 장착될 수 있으며, 경우에 따라서는 상술한 바와 같은 본 발명에 따르는 필터가 설치될 수도 있다. 아래로 침강된 세포 균주 등은 상술한 주 발효조로 재순환되거나 선택적으로 상기 발효조와 직렬 또는 병렬로 연결된 추가의 2차 발효조에 도입될 수도 있다. 상기 2차 발효조에도 역시 상기 주 발효조에서와 마찬가지로 유동식 또는 정치식 필터 및 교반기가 장착될 수 있으며 여러 종류의 발효조를 다단으로 설치하여 다중 다위치에서 공급할 수 있고 다중 다위치에서 제품 용액을 뽑아낼 수 있다. 2차 발효조에서 추가로 발효된 생성물 중의 상등액을 주 발효조의 발효 생성물과 마찬가지로 후속 분류장치로 도입할 수 있다.

상기 분류 장치로 도입된 발효 생성물은 증류 등의 수단에 의해 분류되어 알콜 등의 목적 발효산물이 최종 생성물로서 수득된다. 본 발명에 따르면, 알콜의 경우 최종 생성 농도가 99% 이상의 고농도로서 수득된다. 상기 분류 공정은 통상적인 증류 장치 또는 분자체에 의한 흡착 장치에 의해 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 발효산물 제조 공정에서 발생하던 발효조의 오염을 줄이거나 제거하기 위하여 필요한 응집성 세포균주를 고농도로 유지하면서 희석율을 다양하게 변화시키고 필요한 경우에는 공급액의 조성도 일시적으로 다르게 사용할 수 있는 방법으로서, 본 발명에 따르면, 종래 방법에서 발생하던 여러가지 문제점들이 해결될 뿐만 아니라 목적 발효산물, 특히 알콜의 발효에 의한 생산성이 이론치에 가까운 수율로서 반응기 체적 1리터당 1시간당 70그람 이상에 달한다(이것은 종래 방식의 70배 이상에 해당하는 것이다). 또한, 발효산물의 균주 세포 농도도 반응기 1리터당 130그람 이상으로 유지되며, 발효 반응기를 수개월 이상 동안 연속 운전할 수가 있다는 잇점도 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 원료 가격에 있어서 전체 생산원가 기준으로 30%이상 절약할 수 있고, 시설비, 공장부지 비용, 인건비, 동력비, 폐수처리비용 등에 있어서 많은 생산 원가 절감을 할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 폐수 처리에도 이용 가능하다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.

[참조예 1]

고형분 분리 공정 후의 고형분 분포

타피오카 원료 25㎏을 볼 밀에 의해 분쇄한 후 여기에 물 100㎏ 및 효소 53㎖를 첨가하여 5 내지 10시간 교반함으로써 액당화하였다. 액당화한 혼합물을 원심 분리기(2,000rpm)에 의해 고형분을 제거한 후, 액당화 혼합물 중에 잔류하는 미세 고형분의 입경 분포를 입도분석계를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 제2도에 도시하였다.

[참조예 2]

질소원에 따른 세포 응집 변화

온도 30℃, 필터 교반기의 rpm 200인 조건에서 당화액(당농도:140~160g/L, 고형분 함량 1~2%(v/v))을 1/4로 희석한 액 100㎖를 300㎖의 플라스크에 넣고, 여기에 하기와 같은 질소원을 3g/L의 농도로 가하고, KH₂PO₄을 1g/L의 농도로 가하여 배양을 시작하여 14시간뒤에 CdS 광소자를 이용하여 각각의 배양액의 응집성을 측정하였다. 상기 측정 결과를 제3도에 나타내었다.

[참조예 3]

pH 변환에 의한 응집 유도

온도 30℃, 필터 교반기의 rpm 200인 조건에서 당화액(당농도:140~160g/L, 고형분 함량 1~2%(v/v))을 1/4로 희석한 액 100㎖를 300㎖의 플라스크에 넣고, 여기에 황산 암모늄 및 KH₂PO₄을 각각 3g/L 및 1g/L의 농도로 가하여 배양을 시작한 후 KOH 수용액을 가하여 pH를 변화시켰다. 이때의 각각의 배양액의 응집성을 CdS 광소자를 이용하여 측정하였다. 상기 측정 결과를 제4도에 나타내었다.

[참조예 4]

SBR 운전

온도 30℃, 필터 교반기의 rpm 200, pH 4.5인 조건에서 당화액(당농도:140~160g/L, 고형분 함량 1~2%(v/v))을 1/4로 희석한 액 100㎖를 2L의 발효조에 넣고, 여기에 황산 암모늄을 3g/L의 농도 및 KH₂PO₄을 1g/L의 농도로 가하여 회분식 배양을 한 후 pH의 변화를 관찰하면서 탄소원의 고갈에 따른 pH의 변환에 의해 SBR(sequencing batch reactor) 운전에서의 충전(fill) 및 배출(draw) 시간을 결정하였다. 4회 수행한 회분식 실험 결과를 제5도에 도시하였다.

[실시예 1]

타피오카 원료 25㎏을 통상적인 볼밀에 의해 입경 10 내지 100㎛로 분쇄하였다. 300L의 용기에 상기 분쇄된 타피오카 분말을 넣고, 여기에 물 100L 및 효소로서 알파아밀라제(α-amylase) 15㎖ 및 베타글루코시다제(β-glucosidase) 37.5㎖를 가하여 90℃에서 2시간 액화시킨 후 60℃에서 5~10시간 당화함으로써 상기 타피오카 분말을 액당화하였다. 이때 생성된 액당화 혼합물 중의 고형분은 입도분석계로 측정할 때 10 내지 600㎛ 범위의 입경을 가졌고, 자연 침강에 의해 측정할 때 35 내지 50%(v/v)였다.

수득된 액당화 혼합물을 원심 분리기(2,000rpm)에 의해 고형분을 제거한 후, 제6도에 도시한 바와 같은 발효조에 도입하여 연속발효를 실시하는데, 상기 발효조는 액당화 혼합물은 유동식 필터의 바깥쪽으로 도입되고 발효된 액은 필터의 안쪽에서 유출되도록 한 형태였다. 연속 공정에 들어가기까지는 회분식, SBR 및 연속 발효의 과정을 거쳤다. 발효의 조건은 온도 30℃, 필터 교반기의 rpm 200, pH 4.5였고, 발효조의 용량은 2L였으며, 질소원으로서는 요소를 사용하였고, 사용된 균주는 사카로마이세스 우바룸이었다. 상기 발효 공정에 의해 에탄올이 높은 전환률, 농도, 희석률 및 생산성으로 수득되었으며 그의 시간에 따른 결과를 제8도에 도시하였다.

[실시예 2]

제7도에 도시한 장치를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발효를 실시하여 에탄올을 수득하였으며, 발효공정의 시간에 따른 결과를 제9도에 도시하였다.

Claims (20)

1. 발효에 의해 균주 대사산물을 제조하는데 있어서, 발효시에 응집성 균주 및 유동식 또는 정치식 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 연속적 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 균주 대사산물이 바이오 에너지, 의약품 또는 식품인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 균주 대사산물이 에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 발효를 위한 탄소 공급원이 공업용 포도당, 타피오카, 옥수수대, 목질계 물질, 고구마 또는 곡물인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 탄소 공급원을 분쇄, 액화 및 당화시켜 액당화 혼합물을 수득하는 단계;상기 액당화된 혼합물을 유동식 또는 정치식 필터가 장착된 발효조에 도입하여 응집성 세포 균주의 존재하에 발효시키는 단계; 및 상기 발효후의 발효 생성물 중의 상등액을 수거 및 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 액당화된 혼합물이 당 농도가 14 내지 25% 이고 10 내지 1,000㎖ 입경의 고형분을 30 내지 60% 함유하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 액당화된 혼합물을 발효조에 도입하기 전에 고형분/액체분리기에 통과시키는 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 응집성 세포 균주가 원핵 세포 또는 진핵 세포인 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 대사 산물이 에탄올이고, 상기 응집성 세포 균주가 사카로마이세스 우바룸(Saccharomyces uvarum), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae) 및 사카로마이세스 다이아스타티쿠스(Saccharomyces diastaticus)로 이루어지는 군에서 선택되는 방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 발효 단계에서 세포 균주의 농도를 90 내지 160g/L로 유지하는 방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 발효 단계를 4 내지 40℃ 범위의 온도, 3.5 내지 9 범위의 pH 및 1000rpm 이하의 필터 회전 속도의 조건에서 0 내지 40g/L의 농도의 배지성분의 존재하에 수행하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 발효 온도가 30 내지 35℃ 범위이고, pH가 4 내지 6범위이며, 필터 회전 속도가 500rpm 이하인 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 배지 성분이 제1 또는 제2 인산 암모늄, 황산 암모늄, 초산 암모늄, 요소, 효모 액기스, 금속이온 제거제, 인산 제1 또는 제2 칼륨, 염화 칼슘 및 황산 마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택되는 방법.
14. 제5항에 있어서, 상기 발효 단계가 희석률 0.5 내지 2(hr^-1)에서 연속적으로 수행되는 방법.
15. 제1 또는 제5항 있어서, 상기 유동식 필터가 50 내지 2,000 메쉬 범위의 구멍 크기를 가진 스크린 또는 멤브레인 형태로 교반기를 갖추고 있는 것인 방법.
16. 제5항에 있어서, 상기 발효 단계에서 수득된 발효 생성물을 침강조로 이송하여 침강물과 상등액을 분리하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 침강물을 발효조로 재순환시켜서 추가로 발효시키는 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 침강물을 추가적으로 설치된 2차 발효조에서 추가로 발효시키는 방법.
19. 제1 또는 제5항에 있어서, 상기 발효에 사용되는 발효조가 일련 또는 다단으로 구성되고, 액당화된 혼합물이 다중으로 공급되는 방법.
20. 제5항에 있어서, 상기 분류를 증류 또는 흡착에 의해 수행하는 방법.