阅读说明：本技术 基于连续发酵的化学品的制造方法及制造装置 (Method and apparatus for producing chemical by continuous fermentation ) 是由 志村芙美 金森智子 高木亮太 于 2018-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供能够同时具有目标物质的生产率及过滤性的化学品的制造方法。在连通发酵槽和膜分离组件的配管上设置除去固体成分的机构，并且将在除去机构中所除去的固体成分添加于培养液。(The invention provides a method for producing a chemical product capable of achieving both the productivity and filterability of a target substance. A means for removing solid components is provided in a pipe connecting the fermentation tank and the membrane separation module, and the solid components removed by the removing means are added to the culture solution.)

基于连续发酵的化学品的制造方法及制造装置

技术领域

本发明涉及基于连续发酵的化学品的制造方法及制造装置。

背景技术

连续发酵法是伴有细胞(以下，在“细胞”中，包括“微生物”)培养的物质生产方法之一。

对于连续发酵法而言，其能够通过以新鲜培养基向发酵槽进行供给并且将与其等量的培养液向槽外排出，从而使发酵槽内的液量总是保持一定。在连续发酵法中，为了维持发酵槽内的微生物浓度，提出了用分离膜将微生物从所排出的培养液分离，并且将除去了微生物的滤液用于目标物的纯化，另一方面，使所分离的微生物回流至培养液中(参见专利文献1)。

另一方面，在连续发酵法中，存在下述情况：在过滤运转中，流路及膜的细孔因培养液中的固体成分而阻塞，从而使过滤能力降低，或者无法将培养液送至膜组件。

在专利文献2中，公开了下述方法：在甲烷发酵中，为了除去陷入于反应器的固体成分而利用筛网(screen)等除去机构从被处理水预先除去大的固体成分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第07/097260号

专利文献2：日本专利特开2006-326534号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供能够同时具有目标物质的生产率及过滤性的化学品的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明提供以下方式。

〔1〕化学品的制造装置，其具备：

发酵槽，其收容包含原料、及由上述原料通过发酵而生成甲烷的微生物的培养液；

外压式的膜分离组件，其通过将上述微生物从上述培养液分离而得到滤液和浓缩液；

供给配管，其将上述发酵槽内的培养液供给至上述膜分离组件；

回流配管，其将上述浓缩液从上述膜分离组件向上述发酵槽内回流；和

固体成分除去机构，其设置于上述供给配管上、对上述培养液中的固体成分的一部分进行捕捉，

上述膜分离组件具备：容器；收容于上述容器内的分离膜；和设置于上述容器、并且供向上述容器内流入的培养液通过的第一开口部及供向上述容器外流出的浓缩液通过的第二开口部，

上述第一开口部及第二开口部以在上述容器的长度方向上相互分离的方式配置，

上述第一开口部及第二开口部中的至少一者设置于上述容器的侧面，

上述固体成分除去机构的开口为设置于上述容器的侧面的上述第一开口部和第二开口部的长径中的较小一方的1/3以下。

〔2〕根据〔1〕所述的化学品的制造装置，其中，上述固体成分除去机构的开口为0.1mm以上。

〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的化学品的制造装置，其中，上述固体成分除去机构的开口为10mm以下。

〔4〕根据〔3〕所述的化学品的制造装置，其中，上述固体成分除去机构的开口为2mm以下。

〔5〕根据〔1〕～〔4〕中任一项所述的化学品的制造装置，其特征在于，还具备：

固体成分添加配管，其将被上述固体成分除去机构捕捉的上述固体成分添加于上述发酵槽内的培养液。

〔6〕化学品的制造方法，其使用〔1〕～〔5〕中任一项所述的化学品的制造装置，

所述制造方法具有下述工序：按照在上述容器的长度方向上的上述膜分离组件内的培养液的膜面线速度v[m³/m²/s]和设置于上述容器的侧面的上述第一开口部和第二开口部的长径中的较小一方A[m]满足v＞0.8(2gA(S-1))^0.5的方式，使培养液在膜分离组件内流动。

〔7〕化学品的制造方法，其使用〔1〕～〔5〕中任一项所述的化学品的制造装置，

所述制造方法具有下述工序：将上述固体成分除去机构所捕捉的固体成分直接添加于发酵槽内的培养液。

〔8〕化学品的制造方法，其使用〔1〕～〔5〕中任一项所述的化学品的制造装置，

所述制造方法具有下述工序：将上述固体成分除去机构所捕捉的固体成分穿过上述回流配管添加于上述发酵槽内的培养液。

〔9〕化学品的制造方法，其使用〔1〕～〔5〕中任一项所述的、且还具备与上述发酵槽连接的原料供给配管的化学品的制造装置，

所述制造方法具有下述工序：

穿过上述原料供给配管向上述发酵槽添加发酵原料的工序；和

将上述固体成分除去机构所捕捉的固体成分穿过上述原料供给配管添加于上述发酵槽内的培养液的工序。

发明效果

通过在发酵槽与膜分离组件之间设置固体成分除去机构，并且相对于膜分离组件内的培养液的流路弯曲处的开口部的长径来设定该机构的开口的大小，从而抑制在膜分离组件中发生由固体成分所致的阻塞。

在固体成分除去机构中，若过度减小开口，则除去固体成分的机构本身的阻塞频发。另一方面，若增大开口，固体成分流入膜分离组件内，发生流路的阻塞。在本发明中，通过适当设定开口的大小，从而既能抑制除去固体成分的机构及膜分离组件中的任一者的阻塞，又能实现稳定的运转。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的膜分离连续发酵装置的概略图。

图2是表示外压式膜分离组件的一例的剖视图。

图3是表示外压式膜分离组件的其他例的剖视图。

图4是表示参考例的膜分离连续发酵装置的概略图。

具体实施方式

1.连续发酵装置

参照图1对连续发酵装置的一例进行说明。图1是本实施方式的连续发酵装置的概略侧视图。

如图1所示，连续发酵装置100具备发酵槽1、膜分离组件2、及连接发酵槽1和膜分离组件2的配管。通过将发酵槽1和膜分离组件2连接，从而形成循环系统。

1-1.发酵槽

发酵槽1以在其内部收容培养液的方式构成。后文将对培养液进行叙述。

具体而言，发酵槽1以耐压性及耐污物性优异的材质来制作。针对发酵槽1，能够应用圆筒形、多角筒形等各种形状。若发酵槽1为圆筒形，则培养液的搅拌效率变得良好。

发酵槽1以能够根据需要进行灭菌及密闭的方式构成。收容于发酵槽1内的发酵原料等物质利用后述的搅拌装置6来搅拌。从培养液的搅拌效率的观点出发，发酵槽1优选为圆筒型。

1-2.膜分离组件

膜分离组件2只要能够将微生物从培养液分离、能够通过对培养液进行过滤而得到浓缩液和滤液即可，不限于具体构成。如图2所示，膜分离组件2具备容器103和收容于该容器内的大量的分离膜104。

在本实施方式中，分离膜104为中空纤维膜。具有中空纤维膜的组件与具有平膜的组件相比更能增大组件单位体积的膜面积。

另外，分离膜组件2具备多个分离膜束104A。分离膜束104A包含多个分离膜104。

分离膜可以为有机膜、无机膜中的任意。分离膜只要是能够用于从培养液的微生物、或除去微生物的膜即可。例如，作为分离膜，可举出聚偏氟乙烯制、聚砜制、聚醚砜制、聚四氟乙烯制、聚乙烯制、聚丙烯制、陶瓷制的膜。特别优选不易产生由发酵液所致的污物且容易清洗、而且对采用气体的清洗的耐久性优异的聚偏氟乙烯制的分离膜。

为了有效地分离发酵液中的微生物，分离膜优选为具有平均细孔径为0.001μm以上且小于10μm的细孔的多孔性膜。

膜的平均孔径按照ASTM：F316-86记载的方法(别名：半干法)来确定。需要说明的是，由该半干法确定的是膜的最小孔径层的平均孔径。

需要说明的是，采用半干法测定平均孔径的标准测定条件如以下所示。

使用液体：乙醇

测定温度：25℃

升压速度：1kPa/秒

平均孔径[μm]由下述式求得。

平均孔径[μm]＝(2860×表面张力[mN/m])/半干空气压力[Pa]

乙醇在25℃时的表面张力为21.97mN/m(日本化学会编、化学便览基础编修订3版、II-82页、丸善(株)、1984年)，因此本发明的标准测定条件的情况下，可以按照下述式求得。

平均孔径[μm]＝62834.2/(半干空气压力[Pa])

膜分离组件2优选为外压式。在外压式膜分离组件中，培养液在中空纤维膜的外侧流动，滤液在中空纤维膜的内侧(即中空部)流动。即，在过滤时，液体从中空纤维膜的外侧朝向内侧流动。包含未被过滤的物质的浓缩液在中空纤维膜的外侧流动。在内压式中，过滤时的液体的流动变得相反。

外压式中空纤维膜的外径理想的是0.5mm以上且3mm以下。通过使外径为0.5mm以上，从而可以将在中空纤维膜中流动的过滤液的阻力抑制得较小。另外，通过使外径为3mm以下，从而可以抑制因由发酵液或气体所致的外压而使中空纤维膜破裂。

内压式中空纤维膜的内径理想的是0.5mm以上且3mm以下。通过使内径为0.5mm以上，从而能够将在中空纤维膜中流动的发酵液的阻力抑制得较小。另外，通过使内径为3mm以下，从而可以确保膜表面积，因此可以抑制膜分离组件的增大。

膜分离组件的容器103以耐压性优异的材质来制作，只要为圆筒型、多角筒型等能够将发酵液向膜的一次侧供给的形状即可。若考虑到发酵液的流动、操作性，则容器优选为圆筒型。另外，膜分离组件可以为将分离膜浸渍于水槽内的浸渍型的膜分离装置。

在图2中，膜分离组件的容器103为圆筒形，中空纤维膜以使其长度方向沿着容器103的高度方向(容器的长度方向)的方式来配置。

在本实施方式中，容器103具备容器主体103A、上部盖帽103B、下部盖帽103C。

在本实施方式中，在下部盖帽103C的底部设有底部开口部105，在容器主体103A的侧面设有侧部开口部106。

培养液从底部开口部105向容器103内流入，并且被供给至分离膜104之间。培养液被分离膜104分离为浓缩液和滤液。浓缩液通过分离膜104之间(分离膜104的间)而从侧部开口部106排出至容器103外。浓缩液如后述那样返回到发酵槽1。滤液通过分离膜104内而从设置于上部盖帽103B的上部开口107排出至容器103外。

分离膜组件的容器具备第一开口部和第二开口部。第一开口部和第二开口部以在容器的长度方向上相互分离的方式来配置。另外，第一开口部及第二开口部中的至少一者与容器的长度方向(即中空纤维膜的长度方向)平行地设置。即，向容器内流入的培养液通过第一开口部，向容器外流出的浓缩液通过第二开口部。进而，从第一开口部向容器内流入的培养液的流动方向及从第二开口部向容器外流出的浓缩液的流动方向中的至少一者与容器的长度方向(即中空纤维膜的长度方向)垂直。

在此，在容器103中，底部开口部105相当于第一开口部，侧部开口部106相当于第二开口部。即，在本实施方式中，第二开口部设置于容器侧面。本发明并不限定于此，可以仅将第一开口部设置于容器侧面、或者将第一开口部及第二开口部两者设置于容器侧面。例如可以代替底部开口部105而在容器主体103A或下部盖帽103C的侧面设置第一开口部。

通过将第一开口部和第二开口部在容器的长度方向上相互分离地设置，并且将中空纤维膜与容器的长度方向平行地收容，从而培养液及浓缩液从第一开口部朝向第二开口部沿着容器的长度方向、即沿着中空纤维膜的长度方向流动。

进而，通过将第一开口部或第二开口部中的至少一者设置于容器的长度方向的侧面，从而在向膜分离组件流入的培养液或浓缩液的流动路径中产生弯曲部。在此，弯曲部是指培养液的流动以直角或接近直角的角度发生变化的部分。在第一开口部或第二开口部中的一者设置于容器的长度方向的侧面的情况下，弯曲部为一个部位，在两个开口部设置于容器的长度方向的侧面的情况下，弯曲部为两个部位。

通过具有弯曲部，从而在短尺寸方向、即收容于容器内的中空纤维膜的径向上设置用于回收通过中空纤维膜的中空部的过滤液的开口部、设置用于排出积存于容器内部的浓缩物的排放用开口部。如后所述，由于在该弯曲部容易滞留或堆积培养液或浓缩液中的固体成分，因此开口部的长径与固体成分大小的关系对由膜分离组件中的固体成分所致的阻塞的容易性带来影响。

另外，在图3所示的实施方式中，膜分离组件2除图2的构成外还具备整流构件111。整流构件111是将膜分离组件内的液体整流化的构件。在本实施方式中，整流构件111是筒状的构件，其在容器103内配置于容器主体103A的上端附近。整流构件111在侧面(与容器主体103A的侧面平行的面)具有多个整流孔112。整流构件111以侧部开口部106与整流孔112重叠的方式来配置。

在本实施方式中，浓缩液通过分离膜104之间(分离膜104之间)后，穿过整流构件111的整流孔112，再从侧部开口部106排出至容器103外。

即，如本实施方式那样，在膜分离组件具有配置于容器内的整流构件111的情况下，浓缩液通过整流孔112和侧部开口部106两者。因此，整流孔112的直径和侧部开口部106的直径中的较小一方实质上规定第二开口部的直径。即，整流孔112的长径和侧部开口部106的长径中的较小一方为第二开口部的长径。在膜分离组件包含整流构件的情况下，大多情况整流构件的整流孔一方小于其外侧的容器的开口，因此整流孔的长径被视为第2开口的长径。即，在本实施方式中，整流孔112的长径被视为第二开口部的长径。

1-3.循环系统

连续发酵装置100具备使培养液在发酵槽1与膜分离组件2之间循环的循环系统。具体而言，连续发酵装置100具备：供给配管23，其连通发酵槽1和膜分离组件2的一次侧；以及回流配管25，其将未透过膜分离组件2的分离膜的浓缩液返回至发酵槽1。需要说明的是，配管23可以与膜分离组件2的下部和上部中的任意连接。另外，在从发酵槽1向膜分离组件2供给培养液的配管23上配置有循环泵24。循环泵24以从发酵槽1向膜分离组件2输送培养液的方式工作。

1-4.固体成分除去机构

连续发酵装置100在连通发酵槽1和膜分离组件2、且从发酵槽1向膜分离组件2供给培养液的配管23的中途具有固体成分除去机构102。

固体成分除去机构102通过捕捉比膜分离组件2所能够分离的微生物大的固体成分，从而能够将一部分固体成分从培养液除去。

具体而言，固体成分除去机构具有过滤材料。过滤材料为网状、狭缝状或多孔质的所谓过滤器。作为过滤材料，只要为例如过滤网(strainer)、烧结过滤材料、筛网过滤器、鼓式过滤器、盘式过滤器、网式过滤器、棒状筛网(bar screen)等能够分离水流中的粗大固体物质的过滤材料即可，优选为能够在密闭体系中使用的过滤材料。

被固体物质除去机构分离的固体成分的大小由过滤材料的开口来确定。开口是指过滤材料所具有的开口部的短径。如果是由过滤材料交叉的纤维形成的网，则纤维间的间隙为开口。在具有狭缝的过滤材料中，狭缝为开口。如果过滤材料为多孔质，则其孔为开口。

固体成分除去机构的开口优选为设置于膜分离组件的容器的侧面的第一开口部的长径和第二开口部的长径中的较小一方的长度的1/3以下。开口更优选为上述开口部的长径的较小一方的1/4以下或1/5以下。开口优选满足第一开口部或第二开口部的长径的1/3这样的条件、且为0.1mm以上。另外，开口优选为10mm以下，更优选为2mm以下。

如上所述，在向膜分离组件流入的培养液或浓缩液的流动路径中产生弯曲部。在弯曲部及其附近，液体的流束变小，因此固体成分变得容易滞留。通过使开口为第一开口和第二开口的长径的较小一方的1/3以下，从而能够抑制固体成分在膜分离组件2的流路上的堆积。之所以不以第一开口或第二开口的短径而以长径为基准，虽然尚不清楚，认为是由于：即使大于短径，但只要为长径的1/3以下的大小，则固体成分便能通过旋转而穿过第一开口及第二开口。

另外，通过使开口为0.1mm以上，从而能够抑制固体成分除去机构本身的阻塞，并且能够降低捕捉固体成分的排出频率。

在图2所示的实施方式中，设置于容器的侧面的只有侧部开口部106，因此开口只要为侧部开口部106的长径的1/3以下即可。当代替底部开口部105而在容器主体103A或下部盖帽103C的侧面存在第一开口部的情况下，开口只要为第一开口部的长径和作为第二开口部的侧部开口部106的长径中的较小一方的1/3以下即可。

另外，在图3所示的实施方式中，设置于容器的侧面的只有侧部开口部106，在容器内部配置整流构件111，浓缩液穿过整流构件的整流孔112及侧部开口部106，因此开口只要为整流孔112的长径的1/3以下即可。

关于侧部开口部106及整流构件111的配置，与图3同样，当代替底部开口部105而在容器主体103A或下部盖帽103C的侧面存在第一开口部的情况下，整流孔112的长径和第一开口部的长径中的较小一方成为设定固体成分除去机构的开口大小的基准。

在膜分离组件为筒状且具备带侧面的整流孔的整流构件的情况下，通常，第二开口部设置于容器的侧面。需要说明的是，在该情况下，整流孔和第二开口部优选重叠，但也可以错开。另一方面，在膜分离组件不具备整流构件的情况下，第二开口部可以设置于容器的端部(侧面以外的其他部分)。如果第二开口部设置于容器的端部且第一开口部设置于容器侧面，则第一开口部的长径成为固体成分除去机构的开口的基准。

固体成分除去机构可以仅设置一个，也可以作为固体成分排出处理中的备用(backup)而设置备品系列。

1-5.固体成分添加机构

在图1的例子中，连续发酵装置100具备将固体成分除去机构102和发酵槽1直接连接的固体成分添加配管120。

固体成分添加配管120是将被固体成分除去机构102捕捉的固体成分添加于发酵槽1内的培养液的固体成分添加机构的一例。固体成分添加机构可以具备未图示的泵等装置。通过将暂时除去的固体成分添加于培养液，从而吸附于固体成分的溶解性物质也能返回到培养液中，因此能够抑制成为发酵的基质的物质的浓度降低，能够将目标物质的生产率维持得较高。

固体成分添加机构只要能够最终将固体成分添加于发酵槽内的培养液即可，除直接添加于发酵槽以外，如果是应用于图1的构成，则可以按照穿过回流配管25而添加于发酵槽1内的培养液的方式构成，也可以穿过从原料槽101向发酵槽1供给原料的配管而将固体成分添加于发酵槽1。

1-6.其他的机构

连续发酵装置100具备控制装置28。控制装置28能够进行各种运算。另外，控制装置28基于各种传感器的检测结果、使用者的输入、各种设定来控制连续发酵装置100内的各部的工作。

在本实施方式中，除上述的构成以外，连续发酵装置100还具备温度控制部5、搅拌装置6、pH控制部7、液位控制部8、储气罐91等。

温度控制部5具备温度传感器及温度调整部。温度传感器检测发酵槽1内的培养液的温度。温度调整部受到基于控制装置28的控制而工作，以使得基于温度传感器的检测结果显示出一定范围。这样，通过将发酵槽1内的温度维持一定，从而维持适合于发酵或微生物增殖的温度环境。温度调整部可以具有加热及冷却中的一者或两者的功能。

搅拌装置6通过搅拌发酵槽1内的培养液而维持适当的发酵环境。

pH控制部7具备pH传感器71及中和剂供给泵13。pH传感器71检测发酵槽1内的培养液的pH。中和剂供给泵13设置于连接中和剂槽和发酵槽1的配管上，并且将中和剂添加于发酵槽1内。中和剂供给泵13以基于控制装置28的控制而使pH传感器71的检测结果显示出规定范围的方式工作。需要说明的是，作为中和剂，使用酸及碱。

液位控制部8具备液位传感器81及原料供给泵12。原料供给泵12配置于连接原料槽101和发酵槽1的配管上。基于控制装置28的控制，若液位传感器81的检测结果显示发酵槽1内的培养液的液面低于规定的下限，则原料供给泵12以向发酵槽1供给培养基的方式运转，若显示液面达到上限，则使原料供给泵12停止工作。这样，适当确保发酵槽1内的培养液量。

储气罐91经由排出管线90与发酵槽1连接。在发酵槽1内生成的气体通过排出管线90而排出，并存积于储气罐91。

另外，连续发酵装置100具备与膜分离组件2连接、且将滤液(即透过液)排出至装置外的配管26。在该配管26上设置有过滤泵14，并且在过滤泵与膜分离组件2之间设置有过滤阀15。

连续发酵装置100具备将膜分离组件2进行逆压清洗的构成。逆压清洗是指：通过将清洗用液体(以下，有时称作“清洗液”。)从分离膜的二次侧向一次侧穿过，从而对分离膜进行清洗。连续发酵装置100具备收容清洗液的清洗液槽、将清洗液槽与膜分离组件2的二次侧连接的清洗用配管27、设置于清洗用配管27上的清洗泵16、设置于清洗泵16与膜分离组件2之间的清洗阀17。通过清洗泵16将清洗液向膜分离组件2输送。清洗液可以是透过分离膜的滤液，也可以是从体系外供给的水。另外，也可以在水中包含任意的药液。

在清洗用配管27上可以设置压力计、流量计等。

差压控制部9可以检测膜分离组件2的膜间差压(TPD：Transmembrane PressureDifference)。即，检测膜分离组件2的一次侧(培养液被供给的一侧)与二次侧(滤液被排出的一侧)之间的差压。膜间差压成为过滤的推进力。

进而，连续发酵装置100具备参与涤气(scrubbing)的构成。涤气是下述的清洗方法：通过向膜分离组件2的一次侧供给气体，从而利用该气体通过膜分离组件2内时产生的液体及气体的摇晃，将附着于分离膜表面的物质从分离膜的表面除去。

在连续发酵装置100中，尤其是，从膜分离组件2的下部以及连通发酵槽1和膜分离组件2的配管23中的至少一方向膜分离组件2供给气体。尤其是，作为参与涤气的构成，设置有膜分离组件气体供给装置、气体供给口及能够调整来自气体供给源的气体的供给速度的机构。通过所供给的气体、微生物的代谢而产生的气体可以被回收、并再次供给于膜分离组件2内。

具体而言，连续发酵装置100具备气体供给控制阀18、气体供给装置19。

相对于膜分离组件2，气体供给装置19经由配管而与膜分离组件2的一次侧、即供给培养液的一侧连接。

气体供给口是指将气体放出至培养液内的部分。气体供给口优选以产生能够清洗膜表面的气泡的方式形成。所产生的气泡可以是微细气泡，也可以是粗大气泡。气泡的大小通过根据分离膜的种类及散气量等条件来改变气体供给口的形状而变更。气体供给口可以通过在氯乙烯制或不锈钢制的配管上设置空气排出孔来形成，也能够使用多孔性的橡胶、陶瓷、采用了滤膜(membrane)的散气管等。气体供给口的大小只要能够供给规定量的气体、且为不产生由发酵液所致的堵塞的大小即可。

如上所述，在图1中，气体供给口可以设置于膜分离组件2的下部，在使用泵从发酵槽向膜分离组件2供给培养液的构成中，也可以设置于发酵槽与泵之间、或者泵与膜分离组件2之间中的任意。

2.化学品的制造方法

本实施方式的制造方法是通过连续发酵来制造化学品的方法，该化学品为甲烷，所述制造方法具备以下的工序(a)～(e)：

(a)在发酵槽内的培养液中通过基于微生物的发酵而由原料生成甲烷的发酵工序

(b)通过将经过上述发酵步骤的培养液用上述膜分离组件进行过滤而得到滤液和浓缩液的过滤工序

(c)使上述过滤步骤中所得的上述浓缩液穿过回流配管从膜分离组件向上述发酵槽内回流的回流工序

(d)利用设置于上述供给配管上的固体成分除去机构来捕捉上述培养液中的固体成分的固体成分捕捉工序

(e)将所捕捉的上述固体成分添加于上述发酵槽内的培养液的固体成分添加工序

以下，对各工序进行说明。

2-1.化学品的生成工序(a)

[微生物]

在本实施方式中，微生物只要包含生成甲烷的甲烷生成菌即可，可以为多个种类的混合物。除甲烷生成菌以外，还可以包含酸生成菌等。通过多个种类分别起作用，从而有机物被分解为甲烷、二氧化碳。需要说明的是，在生成甲烷以外的其他化学品的情况下，只要使用生成目标化学品的微生物即可。

[原料]

发酵原料(以下，简称为“原料”。)是指通过发酵而生成目标化学品的物质。原料能够根据微生物、培养条件及目标化学品等来变更。在化学品为甲烷的情况下，原料为：屎尿、家畜粪尿、生活垃圾、食品废弃物、活性污泥等高浓度有机性废弃物；或通过这些物质的处理而产生的污泥、对这些物质实施粉碎、水解、固体物质的预先除去等这样的前处理而得的污泥等、含有有机物的液体物质、固体物质。

培养中使用的原料包含促进微生物的生长、可良好地生产作为目标发酵生产物的化学品的成分。

另外，也可以根据需要添加氨基酸及维生素等有机微量营养素。

[培养液]

培养液包含化学品的原料及在其中培养的微生物，可包含作为培养的结果而生成的化学品。

[培养]

在连续发酵装置100中，通过向发酵槽1内导入原料，并且从发酵槽1内抽出培养液，从而进行连续培养。

对原料的导入进行说明。在图1中，通过在培养执行中使原料供给泵12运转，从而将原料从原料槽101导入至发酵槽1内。

在培养执行中，可以不停止而不断地进行原料的导入，也可以根据状况而切换原料的导入和停止。例如，如上所述，原料的导入的开始及停止可以基于液位传感器81的检测结果来进行，也可以基于未图示的计时器的测量结果而每隔一定的时间来进行。需要说明的是，不仅自动地进行原料的导入的方式包含在本发明的技术的范围内，而且手动地进行的方式也包含在本发明的技术范围内。

接下来，对培养液的抽出进行说明。对于得到效率良好的生产率而言，优选的是，将培养液中的微生物的浓度在培养液的环境不会不适合于微生物增殖的范围内维持得较高。

连续发酵装置100通过利用循环系统抽出培养液，从而可以进行化学品的回收，并且可以在将微生物浓度维持得较高的同时进行连续培养。后文将对使用循环系统抽出培养液的详情进行叙述。

在发酵槽1上，除与膜分离组件2相连的配管23外，还可以连接抽出用的流路，培养液的抽出可以通过该抽出用的流路来进行。此时，不仅可以抽出培养液的液体部分，而且也可以抽出微生物。

在培养中，可以向发酵槽1中导入新的包含微生物的悬浊液。微生物的导入可以手动地进行，也可以自动地进行

在发酵槽中，原料的供给和培养液的抽出的开始时期不必非要相同。另外，原料的供给及培养液的抽出可以是连续的，也可以是间歇的。

连续培养操作在管理上通常优选在单一的发酵槽中进行。然而，只要是使微生物增殖且生成生产物的连续发酵培养法，则发酵槽的数量并无限制。从发酵槽的容量小等理由出发，有时也可以使用多个发酵槽。在该情况下，即使将多个发酵槽用配管并联或串联地连接来进行连续培养，也能得到高生产率。

在图1的连续发酵装置100中，发酵槽1内的培养液通过搅拌装置6来搅拌，还通过温度控制部5、pH控制部7、液位控制部8、等而维持适合于发酵的条件。

关于微生物的培养，通常，pH为3以上且10以下，温度根据所培养的甲烷生成菌的种类的不同而不同，在高温甲烷发酵中，可以在50℃以上且60℃以下的范围进行，在中温甲烷发酵中，可以在30℃以上且40℃以下的范围进行，在低温甲烷发酵中，可以在10℃以上且20℃以下的范围进行。培养液的pH可以通过无机的酸或有机的酸、碱性物质、以及尿素、氢氧化钙、碳酸钙及氨气等而调整为上述范围内的预先设定的范围内。在连续发酵装置100中，在控制装置28的控制下通过pH控制部7来自动控制pH，通过温度控制部5自动控制温度。

2-2.培养液的过滤工序(b)

通过过滤工序，可以从培养液连续地回收化学品，并且可以使培养继续。

在过滤工序中，将培养液供给至膜分离组件。具体而言，在图1中，通过循环泵24将培养液从发酵槽1抽出，通过配管23(供给配管)供给至膜分离组件2。培养液通过膜分离组件2而被分离为浓缩液和滤液。图1的泵24相当于循环泵。

作为过滤方法，可以采用横流过滤、全量过滤中的任意。但是，在连续发酵运转中，附着于膜的微生物等污物的量多，因此为了有效地除去该污物，优选进行横流过滤。这是由于：通过横流过滤，可以利用培养液的剪切力除去污物。

对于进行横流过滤时的培养液的循环流速而言，为了抑制循环泵动力成本，该循环流速越是低流速则越理想。但是，若为低流速，则流入至膜分离组件的固体成分堆积于膜分离组件内的速度占优势，推进了循环路径的阻塞。为此，理想的是，设定在尽可能地抑制泵动力的同时能够稳定运转的循环流速。

在此，本申请的发明人进行了深入研究，结果发现了抑制循环路径的阻塞、且能够稳定运转的循环流速的设定方法。即，通过使与膜分离组件的长度方向平行的膜面线速度v[m³/m²/s]和在膜分离组件中设置于容器的侧面的上述第一开口部和第二开口部的长径中的较小一方A[m]满足下式1，从而能够稳定的运转。

v＞0.8(2gA(S-1))^0.5 (式1)

进而，通过使膜面线速度v满足下式2，从而能够更稳定的运转。

v＞0.8(2.5gA(S-1))^0.5 (式2)

导出上述内容的经过如以下所述。对于与堆积速度有关的式子，已知下述所示的Durand式。

v_d＝F_d(2gD(S-1))^0.5

堆积速度：v_d[m/s]、

重力加速度：g[m/s²]

管径：D[m]

固体成分的比重：S

F_d：实验性地求出的系数

参考Durand式，实验性地求出不发生膜分离组件内的循环路径的阻塞的循环流速。在进行实验之前，预想在膜分离组件内最容易发生固体成分堆积的是包含固体成分的液体(即培养液及浓缩液)所通过的流路中的、宽度小的部位即膜间。因此认为只要将膜间的距离代入Durand式中的管径D即可。在此，膜间的距离具体为膜束间的距离(膜束间的间隙的宽度)。

但是，本申请的发明人发现：令人惊奇的是，相当于管径D的并非膜束间的间隙的宽度，而是在膜分离组件中设置于容器的侧面的上述第一开口部和第二开口部的长径中的较小一方A。

认为这是由于：在设置于膜分离组件的容器的侧面的开口部的附近，从容器内通过的培养液或浓缩液的流动产生了弯曲。为了抑制膜分离组件内的堆积，有效的是：根据在培养液或浓缩液的流动发生变化的弯曲部处的开口部的长径来设定循环流速，进一步地，相对于在弯曲部处的开口部的长径设定固体成分除去机构的开口，预先除去固体成分的一部分。

尤其是，在生成甲烷的甲烷发酵中，根据在膜分离组件内流动的培养液或浓缩液的平均粒径，Durand式中的F_d与活性污泥处理排水、其他发酵液以具有差的方式特征性地确定，并实验性地求得0.8。

结合上述情况，实施了多次实验，结果发现：在甲烷发酵中能够稳定运转的循环流速为满足式(1)的范围。

通过在横流中进一步组合涤气，从而可以实现更高的清洗效率。作为在涤气中使用的气体，可以使用通过储气瓶(gas bomb)、鼓风机(blower)、压缩机或配管供给的压缩气体等。另外，也可以捕集在发酵槽中因微生物的代谢而产生的气体并进行供给。

涤气的执行条件、即涤气执行的时机、频率、每次涤气的时间等并无具体限定。涤气的执行条件可以根据膜间差压、膜间差压的变化、发酵槽内的压力、所供给的气体的种类、所培养的微生物的种类、所制造的化学品的种类及原料的种类等各种条件进行变更。例如，涤气可以连续地进行，也可以在每次从上次的涤气结束起经过规定时间时进行，还可以在每次培养液向膜分离组件2中的供给量、即过滤量或膜间差压达到规定值时进行。为了对涤气开始时及结束时进行确定，连续发酵装置100可以设置未图示的计时器等测量器。

过滤的驱动力可以通过利用发酵槽1与膜分离组件2的液位差(水头差)的虹吸来得到，也可以通过利用循环泵产生的膜间差压来得到。另外，作为过滤的驱动力，可以在膜分离组件2的滤液侧设置抽吸泵。在图1的形态中，过滤泵14相当于抽吸泵。可以利用抽吸泵的压力来控制膜间差压。进而，还可以利用导入膜分离组件2的一次侧的气体或液体的压力来控制膜间差压。可以检出膜分离组件2的一次侧的压力与滤液侧的压力之差作为膜间差压，基于该膜间差压来进行泵的控制等。

在图1的构成中，通过循环泵24，从发酵槽1向膜分离组件2供给培养液。另外，通过根据利用差压控制部9检测的膜间差压来控制循环泵24及过滤泵14的工作，从而可适当地调整供给于膜分离组件2的培养液的量。

过滤可以连续地进行，也可以间歇地进行。在间歇地进行过滤的情况下，例如可以在每次持续执行5～120分钟过滤时停止规定时间(例如0.1～10分钟)的过滤。更优选在每次持续进行5～60分钟过滤时停止0.25～3分钟的过滤。涤气可以在过滤停止中进行，也可以在过滤中进行。

2-3.回流工序(c)

培养液中的微生物不透过分离膜，因此在从膜分离组件2中通过后的浓缩液(未透过膜的液体)中可提高微生物浓度。通过使浓缩液穿过回流配管25而回流至发酵槽1，从而将微生物返送至发酵槽1内。另一方面，使透过膜分离组件2的分离膜的滤液穿过配管26而排出至装置外。

这样，发酵槽1内的微生物浓度被保持得较高，并且包含代谢物且除去了的水分的成分、新的原料被供给，从而使得发酵生产得以持续。

2-4.固体成分捕捉工序(固体成分除去工序)(d)

从发酵槽1向膜分离组件2中循环的培养液从固体成分除去机构通过，由此使比其开口大的固体成分被除去机构捕捉，对于供给至膜分离组件的培养液而言，向膜分离组件内堆积的堆积物得以降低。固体成分除去机构只要设置在连通发酵槽1和膜分离组件2的配管之间即可，可以处于循环泵的上游，也可以处于下游。

2-5.将排出固体成分添加于培养液的工序(e)

上述2-4中被固体成分除去机构捕捉的固体成分可以保持原状而直接、或以悬浊液的形式直接添加到发酵槽内，也可以从使浓缩液从膜分离组件回流至发酵槽的配管、或将原料槽和发酵槽连接的配管中的至少一个路径穿过而添加于发酵槽内的培养液。即使利用这些方法中的任意方法来添加固体成分，结果也会将固体成分添加于发酵槽内的培养液，因此“向发酵槽内的培养液添加”也包括这些方法中的任意方法。需要说明的是，添加可以通过装置的工作而自动地进行，也可以手动地进行。

由此，固体成分被添加于培养液而不进入膜分离组件2，因此被微生物代谢，作为发酵原料被有效利用。

“直接添加到发酵槽内”是指不穿过配管、原料槽等设备地添加到发酵槽内。

在添加于培养液之前，将固体成分从固体成分除去机构排出。可以通过将固体成分除去机构用清洗液进行清洗，从而将固体成分与清洗液一起排出，也可以通过将其从固体成分除去机构刮出而排出。为了排出固体成分，固体成分除去机构可以具备清洗机构或刮取机构。若与培养液透过的方向逆向地对开口进行逆压清洗，则可以消除除去机构的堵塞，并且在逆压清洗中使用的清洗液成为固体成分的悬浊液，因此容易进行向培养液中的添加。另外，这些排出操作可以手动地进行，但是优选自动地进行。

关于排出的时机，可以检测除去机构前后的压力差、并且在到达规定的差压时进行排出，也可以利用计时器而以规定的时间间隔进行的方式来控制。

2-6.其他

化学品的制造方法还可以具备将膜分离组件的分离膜进行逆压清洗的工序。在图1的构成中，清洗用配管27与膜分离组件2的二次侧连接，因此可以使用清洗泵16将清洗液投入膜分离组件2。

在逆压清洗执行时，以清洗液不流入存积滤液的滤液槽的方式停止过滤。即，过滤阀15关闭，且过滤泵14停止。在该状态下，通过使清洗阀17打开，且使清洗泵16运转，从而进行逆压清洗。

在停止逆压清洗时，清洗阀17关闭，清洗泵16停止。在该状态下，通过使过滤阀15打开，且使过滤泵14运转，从而执行过滤。

这些控制可以通过控制装置28来执行。为了确定逆压清洗的开始时及结束时，连续发酵装置100可以具备未图示的计时器等测量器。

作为在逆压清洗中使用的清洗液，可举出对发酵无不良影响、且能够进行分离膜的清洗的液体，例如：水、过滤液、发酵培养基或添加于发酵培养基的成分的一部分；或者盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钙、次氯酸钠的水溶液或它们的混合液体等。

3.化学品

通过本说明书中叙述的制造方法得到的化学品是微生物在培养液中生产的物质。作为化学品，可举出例如醇、有机酸、二胺、氨基酸、甲烷、氢及核酸等通过微生物的代谢反应而生产的物质。另外，上述制造方法也能应用于如酶、抗生素及重组蛋白那样的物质的生产中。

实施例

以下，示出实施例对本发明进行更具体地说明。但是，本发明并不受这些实施例的限定。以下的实施例中使用的连续发酵装置的概略构成，除与固体成分除去机构和从除去机构排出的固体成分的添加有关的构成以外，如图1所示。另外，在以下例子中，作为化学品，通过连续发酵制造了乳酸或甲烷。

[A.D-乳酸浓度的测定方法]

培养液中所含的D-乳酸浓度的测定利用以下的方法来进行。取包含D-乳酸的培养液100μL，在下述所示的条件下利用HPLC法测定乳酸量，由此进行确认。

色谱柱：Shim-Pack SPR-H(岛津公司制)

流动相：5mM对甲苯磺酸(流速0.8mL/min)

反应液：5mM对甲苯磺酸、20mM Bistris、0.1mM EDTA·2Na(流速0.8mL/min)

检测方法：电导率

温度：45℃

关于校准曲线，以浓度已知的D-乳酸作为标准品进行分析，以横轴为D-乳酸浓度，以纵轴为检测峰面积，进行绘图而制成。

[B.生物气体生成速度的测定方法]

在将发酵槽和存积所生成的生物气体的储气罐连接的流路配管中，设置气体流量传感器(SICK AG公司制、FLOWSIC600)，监测单位时间的生物气体生成量。生物气体产生速度以在发酵槽中存在的污泥的每单位体积且每1天的气体产生量(L/d/L)的形式算出。

[C.膜分离组件的制作]

将东丽(株)制加压式聚偏氟乙烯中空纤维膜组件“HFS1020”拆解，仅切出未被粘接固定的部分。通过将这样切出的聚偏氟乙烯中空纤维膜收容于壳体内，从而制作图2所示的膜分离组件。

将聚碳酸酯树脂成型而制作容器，在各例中变更了作为第二开口部的侧部开口部的长径。

所制作的膜分离组件的容量均为0.02L，有效过滤面积设为200平方厘米。

[D.从发酵液中的固体成分除去]

在从发酵槽到膜分离组件之间设置各实施例·比较例中记载的具有开口的网，通过计时器控制而通液10分钟后，进行1分钟基于灭菌水的逆流清洗，重复进行以上操作。在逆流清洗中，将发酵液通过备品系列的网而送液至膜分离组件。逆流清洗液通过与发酵槽、从膜分离组件至发酵槽的回流流路或将原料供给至发酵槽的流路中的任一者连接的管线而添加于发酵液。

[E.发酵原料的制备]

在进行乳酸发酵的情况下，发酵原料按照以下的步骤而得到。首先，相对于每990g蒸馏水添加稻草约25g、浓硫酸10g，使其悬浊，使用高压釜(日东高压(株)制)，在150℃下进行30分钟高压釜处理。处理后，得到通过氢氧化钠将pH调节为5附近的混合液。接着，制备相对于每1L悬浊液含有总计为1.6g的木霉纤维素酶(Trichoderma cellulase)(SigmaAldrich Japan公司制)及Novozyme 188(来自黑曲霉的β糖苷酶制剂、Sigma AldrichJapan公司制)的酶水溶液16g并进行添加，添加于前述的混合液，在50℃下搅拌混合3天，作为发酵原料进行供给。

在进行甲烷发酵的情况下，针对发酵原料，使用模拟厨余垃圾。关于模拟厨余垃圾的构成，使其为卷心菜250g/kg、马铃薯150g/kg、苹果150g/kg、胡萝卜200g/kg、猪肉30g/kg、白饭50g/kg、用过的茶叶50g/kg，用混合机进行粉碎后，作为发酵原料。

[F.在基于连续发酵的D-乳酸的制造中使用的基因重组株的制作]

作为具有D-乳酸生产能力的微生物，制作在PDC1基因、SED1基因及TDH3基因座中导入来自美洲鲎(Limulus polyphemus)的ldh基因的酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)。具体而言，通过WO2010/140602中记载的方法来进行转基因。将所得的菌株称作SU042株。使用SU042株，如后述那样进行D-乳酸的连续发酵。

[G.基于连续发酵的甲烷发酵污泥的制备]

将都市下水处理厂的消化污泥作为接种污泥(seed sludge)，一边添加破碎完的模拟厨余垃圾，一边在35℃下驯化。在污泥浓度为1％、pH为7.5～8.0、SRT为15天的条件下进行了驯化。使用驯化30天后的污泥，进行连续发酵。

[H.基于连续发酵的D-乳酸的制造]

连续发酵的运转条件只要没有特别说明，则如以下所示。

使用图4所示的连续发酵装置200，实施D-乳酸的连续发酵。连续发酵装置200不具备储气罐91而具备将空气供给至发酵槽1的空气供给泵93及阀94，除此以外，具有与图1的连续发酵装置100同样的构成。由于乳酸发酵为好氧发酵，因此以上述方式在发酵槽中设置供给空气的机构。

在各分离膜单元中使用1个[C]中制作的中空纤维膜组件。作为D-乳酸连续发酵的运转条件而通用的条件如下述所示。

·发酵液容量：1.0(L)

·温度：32(℃)

·发酵槽搅拌速度：400(rpm)

·pH调节：通过5N氢氧化钙悬浊液调节为pH4.5

·循环泵流量：1.7L/min

·膜分离组件的过滤速度：0.1m³/m²/天(一定)

·对发酵槽供给与过滤量相同量的发酵原料

[I.基于连续发酵的甲烷的制造]

连续发酵的运转条件只要没有特别说明，则如以下所示。

使用图1所示的连续发酵装置100，实施连续甲烷发酵。在各分离膜单元中使用1个[C]中制作的中空纤维膜组件。作为甲烷发酵的运转条件而通用的条件如下述所示。

·发酵液容量：1.0(L)

·温度：35(℃)

·发酵槽搅拌速度：100(rpm)

·pH调节：无

·膜分离组件的过滤速度：0.1m³/m²/天(一定)

·对发酵槽供给与过滤量相同量的发酵原料

·循环泵流量：以达到目标膜面线速度的方式进行适宜变更。需要说明的是，膜面线速度通过培养液或浓缩液的循环流速[m³/s]除以在循环的流路截面中存在的中空纤维膜的截面积[m²]来算出。

[J.平均粒径的测定]

在膜分离组件内流动的培养液或浓缩液的平均粒径使用激光衍射方式粒度分布测定法(LA-920、堀场制作所)来测定。分散介质使用蒸馏水。粒径的显示设为体积基准分布。

[K.比重的测定]

对于在膜分离组件内流动的培养液或浓缩液的比重而言，依据“下水试验方法”、利用一般污泥试验方法的污泥比重测定标准方法进行测定。在a[g]的比重瓶中充满水，将所得的重量设为b[g]。同样地，在比重瓶中充满培养液或浓缩液，将所得的重量设为c[g]。此时，培养液或浓缩液的比重根据(c-a)/(b-a)算出。

(比较例1)

使用除去机构的开口2mm、开口部长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。将结果示于表2中。在从向膜分离组件中的循环开始起2h时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(比较例2)

使用除去机构的开口5mm、开口部长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在从向膜分离组件中的循环开始起0.5h时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(比较例3)

使用除去机构的开口4mm、开口部长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在从向膜分离组件中的循环开始起0.5h时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(比较例4)

使用除去机构的开口10mm、开口部长径15mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在从向膜分离组件中的循环开始起10分钟时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(比较例5)

使用除去机构的开口20mm、开口部长径50mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在从向膜分离组件中的循环开始起10分钟时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(比较例6)

使用除去机构的开口30mm、开口部长径72mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在从向膜分离组件中的循环开始起10分钟时，膜分离组件的流路被固体物质阻塞，不能继续过滤。

(参考例1)

使用除去机构的开口1mm、开口部长径10mm的膜分离组件，在除去机构排出液不回流且不添加于发酵槽的条件下，进行乳酸发酵。虽然在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下实现了稳定过滤，但是，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为3.7g/L。

(参考例2)

使用除去机构的开口0.1mm、开口部长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。将结果示于表1中。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.2g/L。另外，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例3)

使用除去机构的开口1mm、开口部长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.0g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例4)

使用除去机构的开口1mm、开口部长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.1g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例5)

使用除去机构的开口3mm、开口部长径15mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.1g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例6)

使用除去机构的开口10mm、开口部长径30mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.0g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例7)

使用除去机构的开口10mm、开口部长径50mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.1g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例8)

使用除去机构的开口1mm、开口部长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为从膜分离组件至发酵槽的回流配管，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.1g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例9)

使用除去机构的开口1mm、开口部长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为原料供给配管，进行乳酸发酵。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.2g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(参考例10)

使用除去机构的开口15mm、开口部长径72mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为原料供给配管，进行乳酸发酵。虽然能够持续进行250小时过滤，但是，膜间差压最终达到100kPa。

从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均乳酸蓄积浓度为4.0g/L，与参考例1相比，乳酸蓄积浓度能够维持得较高。

(实施例1)

对于所使用的膜分离组件而言，其是下述这样的结构，即，供培养液通过的第一开口部设置于容器的短尺寸方向、供浓缩液通过的第二开口部设置于容器的侧面。

使用除去机构的开口1mm、第二开口部的长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。膜分离组件内的培养液及浓缩液的循环流速以膜分离组件内所含有的中空纤维膜表面上的膜面线速度计为0.05m³/m²/s。在从过滤开始起100h时，对发酵槽内的污泥进行了取样，结果平均粒径为0.4mm、比重为1.03。

在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的污泥的单位体积的平均生物气体生成速度为0.8L/d/L-污泥。

(实施例2)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口1mm、第二开口部的长径4mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.05m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.65L/d/L。

(实施例3)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口0.5mm、第二开口部的长径4mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.05m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.7L/d/L。

(实施例4)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口2mm、第二开口部的长径8mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.08m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.9L/d/L。

(实施例5)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口10mm、第二开口部的长径50mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.1m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在150小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，但是，之后，在直至250小时为止，膜间差压达到50kPa。从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.7L/d/L。

(实施例6)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口10mm、第二开口部的长径50mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.2m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.85L/d/L。

(实施例7)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口0.1mm、第二开口部的长径1mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.03m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.8L/d/L。

(实施例8)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口12mm、第二开口部的长径50mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.14m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.65L/d/L。

(实施例9)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口1mm、第二开口部的长径4mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.03m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在150小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，但是，之后直至250小时为止，膜间差压达到40kPa。从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.5L/d/L。

(实施例10)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口2mm、第二开口部的长径8mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.04m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在150小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，但是，之后直至250小时为止，膜间差压达到50kPa。从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.55L/d/L。

(实施例11)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口2mm、第二开口部的长径10mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.08m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.8L/d/L。

(实施例12)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口2.5mm、第二开口部的长径12mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.06m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在150小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，但是，之后直至250小时为止，膜间差压达到45kPa。从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.5L/d/L。

(实施例13)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口2.5mm、第二开口部的长径15mm的膜分离组件，除去机构排出液的添加处设为发酵槽，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.09m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.7L/d/L。

(实施例14)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口1mm、第二开口部的长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液均未添加而排出，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.05m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.45L/d/L。

(实施例15)

使用与实施例1同样结构的膜分离组件。使用除去机构的开口1mm、第二开口部的长径5mm的膜分离组件，除去机构排出液通过与原料共有配管连接的管线进行添加，进行甲烷发酵。在膜面线速度为0.05m³/m²/s的条件下运转。过滤开始后100h时的污泥的平均粒径、比重与实施例1同样。在250小时、膜间差压30kPa以下的条件下能够稳定过滤，从过滤开始起100h以后直至150h为止的平均生物气体生成速度为0.75L/d/L。

[表1]

[表2]

[表3]

产业上的可利用性

本发明能够同时实现分离膜运转的长期稳定性和发酵效果的提高，因此被广泛地利用于微生物发酵用途，能够以低成本稳定地生产作为生产物的化学品。

虽然参照特定的实施方式对本发明进行了详细地说明，但是可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下加以各种变更、修改，这对于本领域技术人员而言是不言自明的。

本申请基于2017年6月30日提出申请的日本专利申请(特愿2017-128606)，其内容作为参照并入本文。

附图标记说明

1 发酵槽

2 膜分离组件

31 下部灌封体

311 灌封体的孔

32 上部灌封体

5 温度控制部

6 搅拌装置

7 pH控制部

8 液位控制部

9 差压控制部

12 原料供给泵

13 中和剂供给泵

14 过滤泵

15 过滤阀

16 清洗泵

17 清洗阀

18 气体供给控制阀

19 气体供给装置

23 将发酵槽1和膜分离组件2的一次侧连通的供给配管

24 循环泵

25 将未透过膜分离组件2的分离膜的浓缩液返回至发酵槽1的回流配管

26 用于将滤液排出至装置外的与膜分离组件2连接的配管

27 将清洗液槽与膜分离组件2的二次侧连接的管

28 控制装置

29 原料供给配管

71 pH传感器

81 液位传感器

90 气体的排出管线

91 储气罐

100 连续发酵装置

101 原料槽

102 固体成分除去机构

120 固体成分添加配管

103 容器

104 分离膜

105 底部开口部(第一开口部)

106 侧部开口部(第二开口部)

111 整流构件

112 整流孔