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れる. このためまず菌体の対数増殖期をできる限り長時間維持し，

大量の菌体を得る必要がある. さらにガスチャンパー内の基質残--�

を低く抑えるため， 水素と酸素のどちらか一方が先に供給制限とな る条件を回避し， できれば水素と酸素が同時に供給制限となる条件 があるかないかを知る必要がある. 第5章で詳述するが， 水素が先 に供給制限状態になると菌体増殖が停止し， タンパク合成もPHß合成

もすべて 停止する. 一方， 酸素が供給制限となるとタンパク合成は

停止するが菌体内のPHBの生産が開始きれ， 見かけ上菌体増殖は継続 するが， 対数増殖期は維持できないことがわかっている. そこで，

かくはん速度が1400 rpmの場合について水素と酸素の要求霊と供給 量， ガス吸収速度係数および臨界溶存ガス庄の関係を検討した. 図 4・9は， これらの値の水素と酸素の諸関係の解析結果をまとめたもの である. 図中白いバーは酸素の値を， 黒いパーは水素の儲をそれぞ れ示している. また， 図中のパーグラブは酸素の値を基準値(=₁ )と

したとき， 水素の値が酸素の値の何倍に相当するかを示している.

水素と酸素の総括物質移動容量係数を比較すると(KLa)H/ (KLa)=

1.52となり， 水素の物質移動容量係数の方が大きい. しかし， 水素 と酸素のHenry定数を比較すると(H)H/H=0.651とな って逆に水素のβ が小さい. ここで， 水素と酸素の物質移動容量係数とHenry定数のめ

を求める. この穫は一般的にガス吸収速度係数(K d )と呼ばれており，

ー120-(1 .15・10♂) (7.49・10-3)

2

1--

Critical pressure

Pc

1 I

^(3.17)

[kPaJ

�ー I

^I圃(11.6)

o 1 2 3 4

|

Gas consumption rate r

I I

^(0.064μx)

[mmol.(州)J

�EE--

^(0220凶)

o 1 2 3 4

の関係 と供給

Henry's constant

H

[mmol.( }tkPa)]

2 。

水素と酸素の要求

Oxygen Hydrogen

Mass transfer coefficient

KLa [1/h]

Volumetric absorption coefficient

(6.42) (6.34)

Kd

[mmol/( /.kPa・h)]

(p-2 。

。

aHN】1

図4θ 口

•

KL3と同様に培養槽の物質移動の能力を示す値として用いられている.

このガス吸収速度係数(Kd)を比較すると， 水素と酸素でほとんど等 しい値(Kd)H/Kd=O.984となる. したがって， 装置の特性に起因する 水素と酸素の供給能力にはほとんど差は生じない. 一方， 水素と敵 素の供給が制限されない最小値である水素と酸素の臨界圧を比較す ると(Pc)H/pc=3.66である. この比は， 菌体の化学重論式か ら得られ る対数増殖期にある菌の増殖における水素と酸素の消費速度の比

(r)H/r=3.44とほとんど一致する . これは非常に興味ある事実である.

以上の結果， 菌の増殖に対応して供給される水素と酸素の気相のガ ス組成の比((p)H/p)はこれらの比率と等しく維持しなければならな いので， 水素の気相分圧は 酸素のそれの約3.5倍に維持されていなけ ればならないことになる. 表4-1によれば， 同ーのかくはん速度での 水素と酸素のガス吸収速度係数を比較すると， これらの備は測定し たかくはん速度の範囲内でほぼ等しい. したがって， 本菌の独立栄 養的菌体増殖で対数増殖を維持させるためには， 混合気中の水素は 酸素の約3.5倍含まれている必要があることが明らかになった.

ー122・

表4-1 各かくはん速度で得られたガス吸収速度係数(�め

Agitation Kd

[rpm] � �1 06[moI/U.Pa)]

kdfor

0

Kdfor H

1100 4.42 4.70

1400 6.40 6.34

1700 8.23 10.7

4-7 小括

主. ^e utrophu sの独立栄養培養の臨界溶存水素圧， 磁界溶存酸素圧の 測定方法について検討を行った. 測定方法には培養槽出口と入口の

ガス の流量と組成からガス消費速度を求め， これと溶存ガス圧との 関係から求める方法と ， gassing out法によって溶存ガス庄の変化を

ガス電極によって測定した経時変化から求める方法とがある. これ ら二つの測定方法によって得られる磁界溶存水素圧は約4培近い

が生じた. この原因は， ガス消費速度を培養槽の出口と入口のマス バランスで求め， これと溶存ガス圧の関係から磁界ガス圧を求める 方法では， ガス消費速度を正確に測定することが困難だからである.

したがって， 菌濃度が低くてガス消費速度が小さいときは，

gassing out法を用いて溶存ガス圧の変化を溶存ガス電極で測定し，

その経時変化からガス消費速度を求める方が正確な測定が行える.

よって， この方法は小型の 培養槽の場合やガス消費速度の小さい低 菌体濃度 の培養の場合の臨界溶存ガス圧の測定に適している と考え られる. この方法を用いてA.e utrophu sの臨界溶存水素圧と臨界溶存 酸素圧はそれぞれ11.6kPaと3.17kPaと 求められた.

対数増殖期にあるA . e utrophu sの ガス要求条件， 比増殖速度を最大 に維持する条件， 爆発限界以下にガス組成を維持する条件， 培養槽 の水素と酸素の物質移動能力， 水素と酸素が同時に制限される条件

ー124・

ドキュメント内 水素酸化細菌の培養における溶存水素の挙動と培養 工学的諸特性 (ページ 64-70)