発酵用空気処理の核心的な目的
好気性発酵工業において、微生物の生育および代謝には多量の酸素が消費される。自然大気中には塵埃、水分、油分および各種雑菌が含まれており、これをそのまま発酵槽に導入すると、雑菌による汚染が生じやすく、発酵の失敗や生成物の品質低下を招くおそれがある。したがって、プロセス要件を満たすため、発酵システムへ導入する空気に対して厳密な物理的・化学的処理を施す必要がある。
除菌および濾過の要件
無菌化は発酵用空気の処理において最も重要な課題である。空気の除菌には一般にメディアろ過法が用いられ、多段式のろ過システムにより微生物を段階的に捕捉・除去する。
- プレフィルター：主に空気中の大きな粒子状のほこりや水滴、油滴を捕集し、後段の精密フィルターを保護してその使用寿命を延ばします。
- 末端除菌ろ過通常、孔径が極めて小さな微孔フィルターカートリッジまたは焼結金属フィルターを使用し、発酵槽へ導入される空気が完全無菌状態となることを確保するとともに、捕集率は極めて高い水準を満たす必要があります。
水分および温湿度の制御を除く
空気は圧縮機で圧縮されることにより相対湿度が著しく上昇し、冷却すると容易に液状の水が析出します。水分の存在は除菌フィルターを湿らせ、通気抵抗の増大を招くだけでなく、ろ材の構造を損傷して除菌機能の喪失につながります。
- 冷却除水圧縮後の高温空気は、冷却器で冷却し、さらに気水分離器により遊離状の液状水分を除去する必要があります。
- 加熱除湿：脱水後の飽和空気は、再び加熱して相対湿度を低下させ、末端フィルターに供給される時点で空気が乾燥した状態であることを確保する必要があります。
脱脂および清浄度の要求事項
空気中の油分は、フィルターの微細孔を閉塞してエネルギー消費を増大させるだけでなく、一部の敏感な微生物に対して毒性作用を示し、代謝経路に影響を及ぼすおそれがあります。
- 発生源の管理条件が許す限り、発酵工場では無油式空気圧縮機を優先して採用し、油による汚染を根本から防ぐことが望ましい。
- 深層脱脂スクリューコンプレッサにオイル噴射式を採用する場合は、配管系統の前端部に高効率の脱油フィルタおよび活性炭吸着装置を設置し、空気中の油分濃度を極めて低レベルに抑制しなければなりません。
圧力および流量の安定性
発酵過程では溶存酸素の要求度が高く、空気供給の安定性は発酵槽内の溶存酸素濃度に直接影響します。
- ストレスマッチング供給圧力は、発酵槽内の液面による静圧、配管の抵抗損失、ならびにフィルターの圧力損失を十分に克服し、槽内を正圧に保って外部空気の逆流を防止しなければなりません。
- トラフィックは安定している管網の設計は合理的に行い、圧力の急激な変動を回避しなければならない。システムには安定化装置および流量調整用バルブを設置し、発酵の各段階における酸素要求量に応じて高精度に制御するものとする。