微量元素、无机营养盐类扩散型菌体培养用载体制造技术

本发明专利技术提供在生物反应器和废水处理等中实现高活性和高密度菌体的培养载体，该载体是由石绒形成的。该载体可以用于固定床甲烷发酵槽。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请的专利技术是关于微量元素无机营养盐类扩散型菌体培养用的载体。进而本专利技术是关于在废水处理装置、食品制造工业、医药品制造工业中用于培养微量元素无机营养盐类扩散型菌体的载体。过去作为制造载体的方法，已知有将菌和酵素包含在高分子聚合物凝胶内的方法(包含法)，并应用于工业中。然而，老的方法中，主要依靠的是对细菌繁殖有用的微量金属元素和无机营养盐类由外部培养液扩散移动到载体内部，所以这些物质的扩散速度决定了细菌的繁殖速度。代谢的物质产生向载体表面的扩散阻抗，所以有阻碍细菌繁殖的情况发生。气体物质在代谢时使载体向上浮起并造成破坏。进而在包含法等老方法中存在的问题是由于所用高分子的毒性，使细菌的活性显著减退，因此，即使菌密度很高，它的活性也未必与菌密度成比例。为了解决这些问题，开发研制了将菌和载体以物理化学附着的表面结合型载体。然而，这种方法中存在的问题是，由于菌繁殖时依赖于分泌的粘着性高分子状物质和载体的物理化学附着，所以菌的繁殖速度取决于从外部液体浸入液的无机营养盐和微量元素成分的构成。进而存在于载体表面的细菌，在生物反应器内流动时，产生细菌冒出分离，自然高密度聚集培养受到了限制。因此，该申请的专利技术目的是提供一种在生物反应器或废水处理装置内能实现高活性和高密度菌体的新的微量元件无机营养盐类扩散型菌体培养用载体。本申请的专利技术，作为解决上述课题提供的一种微量无机营养盐类扩散型菌体培养用的载体(权利要求1)，其特征是将菌繁殖用的微量元素和无机营养盐包含在多孔体内。本专利技术提供了如下菌体培养用载体，即，将生物分解性树脂和葡萄糖等有机碳源包含在上述载体中的菌体培养用载体(权利要求2)、将菌类包含在上述载体中的菌体培养用载体(权利要求3)、在上述各载体中，利用高分子聚合物被覆表面的菌体培养用载体(权利要求4)、上述各载体中，在其表面菌体聚集繁殖，再次用高分子聚合物被覆的菌体培养用载体(权利要求5)、用生物分解性树脂被覆的菌体培养用载体(权利要求6)、在被覆高分子聚合物中含有磁性粉体的菌体培养用载体(权利要求7)等。同样，本专利技术提供的是，以上述多孔体是高分子聚合物，或高分子聚合物凝胶的菌体培养用载体(权利要求8)为首、多孔体是陶瓷品、或天然石材料的菌体培养用载体(权利要求9)、将上述高分子聚合物包含在高分子聚合物凝胶内的菌体培养用载体(权利要求10)。进而，本专利技术提供的是，作为由多孔体形成的载体，由石绒形成的菌体培养用载体(权利要求11)和将其作为固定床甲烷发酵槽用的载体(权利要求12)。本申请的专利技术，作为如上述结合型载体，以高浓度将细菌繁殖所需要的微量元素和无机营养盐等有用物质包含在结合型载体内。据此，可防止因使用的高分子聚合物等多孔体的毒性引起细菌活性降低，通过调整构成载体的高分子聚合物等的厚度和空隙可防止繁殖受阻。进而，在载体表面上实施防止繁殖菌的物理分离的表面被覆等，细菌的种类和特性以及使用的反应器要与流动法相适应，才能防止细菌冒出分离。本专利技术来自于这样的发现，基于把O2、H2作为基质的甲烷菌的谋求高浓度培养的研究上的见解，即，由于细菌繁殖所需要的微量元素无机营养盐的缺乏，细菌繁殖速度受到限制，所以通过供给控制繁殖的物质，可以使细菌的密度高密度化。利比茨希(リ-ビツヒ)的最低原则，即，任何一种菌，作为该菌所需要的物质，欠缺一种时，细菌繁殖都会停止，符合于这种见解。根据这种见解，作为在生物反应器和废水处理装置内，进行活动的各种菌繁殖，供给必要物质的方法，是将这些物质以高浓度包含在载体内部，通过扩散，由载体内部扩散移动到表面，向表面生存的细菌供应这些物质。试验已确认，通过向其引入菌，使其连续繁殖，可维持细菌的高密度状态。在包含了微量元素和无机营养盐类的本专利技术载体中，利用由高分子聚合物形成的凝胶作为多孔体使用，虽然在该凝胶中固定了微量元素和无机营养盐类，但对于多孔体的构成，可使用多孔性高分子聚合物的各种物质、高分子聚合物的凝胶，或微粒聚合物的集合体等，进而还可以是多孔性陶瓷品和轻石等天然石材料。关于高分子聚合物或其凝胶，例如，作为吸水性聚合物等，以代表例示出，已知有丙烯酸系、甲基丙烯酸系、乙烯醇系、乙烯酯系、聚醚系、聚酯系、聚烯烃系等各种聚合物或共聚聚合物等。关于菌体及其物质，对于具有上述多孔体的本专利技术载体，例如，在其表面、内部细孔内间隙内，如通过共价键、物理吸附、或离子键，进行键固定，菌体可包含在载体中、可聚集在载体表面上，也可以两种情况共存。关于被覆表面的高分子聚合物，起到控制包含在多孔体内的微量元素、无机营养盐类、进而生物分解性树脂和葡萄糖等有机碳源等的扩散达到所要目的的作用。生物分解性树脂，通过它的缓慢分解可向菌体供给有机碳源。作为模式如图示说明，首先，该专利技术的基本构成如附图说明图1所示(权利要求1)。在高分子聚合物的凝胶等多孔体内，包含载带了微量金属元素和无机营养盐的菌体培养用载体(A)。图2表示还包含有有机碳源、生物分解性树指等的载体(A)(权利要求2)。图3是包含了菌体的状态，例如在生物分解性塑料和有机碳源中植入了菌体状态的载体(A)示例(权利要求3)。图4是在上述任何一个载体中，在其表面有控制扩散用被覆(1层以上)，由高分子聚合物构成的该专利技术载体(B)示例(权利要求4)。图5是关于以上载体(A)、(B)，表面聚集菌体，再在其上设置被覆高分子聚合物时的载体(c)示例(权利要求5)。图6是关于载体(A)、(B)、(C)中任何一个被覆了生物分解性树脂的载体示例(权利要求6)。同样，图7是有关图5示例的放大模式示例。在由高分子聚合物被覆的本专利技术载体中，聚合物中分散含有铁氧体等磁性粉体，通过来自外部的磁场可控制载体的移动。图8是另一模式示例。附加图9～11是将本专利技术载体用于反应器时的示例。另外，图9和图10中所示的「再反应物」的词是指废水处理中的分解物(degraded product)。根据本专利技术载体的应用，例如可期待菌体浓度为20～40g-dry·cell/l。使用老方法为1～5g-dry·cell/l。将废水处理等分解系统内基质量定为S，其分解以下式表示(dSdt)=-μ·X/Yx/s]]>其中，μ表示菌的比繁殖速度、X表示菌密度，Yx/s表示菌收率(根据菌取一定值)。根据本专利技术，μ接近于μmax时，由于运转可能，菌密度X比过去要高8～20倍，悬浮培养装置的分解速度，指数函数比过去增加了50～200倍，和利用老载体的生物反应器比较可增加数倍。在多孔体中，提高了菌密度，以高浓度提高微量元素和无机营养盐类才能发挥作用，所以还要考虑这种多孔体存在于菌体繁殖培养液中的有效性。其中，陶瓷或天然石材作载体非常有效，特别是石绒在固定床甲烷发酵中极为有效。实施例1附图12是作为本专利技术的载体，将重量平均分子量约2000、皂化(クンイ)度98％的，以约16(重量)％溶解于水中，用饱和硼酸交联得到的PVA(聚乙烯醇)聚合物凝胶中，载持作为微量元素和无机营养盐的金属盐类，进行甲烷菌培养时的配方浓度的关系。下表1是微量金属元素的各示例。表2是基础无机盐类的各示例，表3是维生素溶液组成的各示例。表1组份浓度(μg/l)MgCl·6H2O 410MnCl·4H2O 50F本文档来自技高网...

【技术保护点】
由石绒形成的菌体培养用载体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：前川孝昭，
申请(专利权)人：科学技术振兴事业团，
类型：发明
国别省市：JP[日本]