JPH03219866A - 培養方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、菌体、細胞等を培養液中で効率よく培養する
方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の培養装置の主流は、槽内に菌体、細胞等を加えた
培養液を満たし、攪拌機により攪拌するとともに、槽下
方から空気等のガスを吹き込んで、培養液を循環させて
気液接触を行うことにより反応を進行させる、いわゆる
通気攪拌方式であった。

しかし、培養の種類によっては、攪拌による強い剪断力
で菌体又は細胞へ大きな影響を与える場合がある。さら
に、設置面積を小さくする必要もあり、縦型（塔型）培
養槽の各種培養系への適用が検討されだしている。

基型培養槽の主流は、ドラフトチューブを槽内に設け、
槽内に菌体、細胞等を加えた培養液を満たし、槽下方か
ら空気等のガスを吹き込んで、培養液を循環させて気液
接触を行う気泡塔方式であった。

従来の気泡塔方式に関し、特開昭５７−３９７７１号公
報には、曝気槽内筒の断面を適数に分割して、上下方向
に延長する分割筒部を形成し、その下部に空気供給口を
設けた流動床型生物処理装置が開示されている。

また、特開昭６３−２５１０７７号公報には、培養槽内
の円筒内部に軸流羽根車を設け、この羽根車を回転して
、少ない動力で効率的に細胞等の培養を行う培養装置が
開示されている。

さらに、特開平１−１５０４７６号公報には、容器内に
上下端を開放させた多孔状のドラフトチューブを設け、
このドラフトチュー、ブの下方からガスを吹き込む気泡
塔型反応装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来の気泡塔方式には、次のような不都合点があ
る。

ｆｉｌ　　全体としては、比較的流動が穏やかであるた
め、培養初期に菌体、細胞等を全系へ効率的に懸濁させ
ることが不十分となる場合が多い。

（２）流体の流れる方向がほぼ一定であるため、壁面へ
の菌体又は細胞の付着が生しやすく、壁面付着増殖物が
多くなる。

（３）　　培養初期、培養中期、培養後期と、液組成、
酸素要求量等が経時変化する場合に、それらに対する制
御可能範囲が狭い。

また、上記の特開昭５７−３９７７１号公報、特開昭６
３２５１０７７号公報、特開平１−１６０４７６号公報
には、本発明の特徴である「培養状態に応して、ドラフ
トチューブが側面に開口のない円筒である状態と、ドラ
フトチューブが側面に多数の開口を有する状態とに切り
換える」という技術思想は、何ら開示も示唆もされてい
ない。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、ドラフトチ
ューブが従来の気泡塔方式の縦型（塔型）培養槽のドラ
フトチューブと同様に円筒である状態と、縦方向に隙間
が形成された状態とに、適宜調整可能な構造とすること
により、培養の種類、培養時期に最適な運転状態を適宜
選択することができ、かつ、壁面への付着増殖菌体の増
加を防ぐことができる培養方法及び装置を提供すること
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、請求項１の培養方法は、
第１図〜第６図に示すように、上下端が開放されたドラ
フトチューブ１を、縦型培養槽２内に槽側壁、槽底壁及
び槽蓋との間に間隙が生じるように設け、ドラフトチュ
ーブ内及び培養槽内に菌体、細胞等を加えた培養液３を
満たし、ドラフトチューブ内を攪拌するとともに、ドラ
フトチューブの下方からガスを吹き込んで、培養液を循
環させて気液接触を行う培養方法において、培養状態に
応じて、ドラフトチューブ１が側面に開口のない筒体で
ある状態（ａ）と、ドラフトチューブ１が側面に多数の
開口１３を有する状態　（ｂ）とに切り換えることを特
徴としている。

請求項２の培養方法は、第７図〜第１０図に示すように
、請求項１の培養方法において、ドラフトチューブ１の
側面の多数の開口の内側又は外側に、網又は多孔材１８
を設け、ドラフトチューブが多数の開口１３を有する状
態に切り換えられたときに、培養時の菌体、フロック状
菌体、固定化された菌体又は動・植物細胞の大部分を付
着又はろ別することを特徴としている。

そして、請求項３の培養装置は、第１図〜第６図に示す
ように、上下端が開放されたドラフトチューブ１を、菌
体、細胞等を加えた培養液３を満たした縦型培養槽２内
に槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じるように
設け、ドラフトチューブ１内に１又は複数の撹拌１！１
１１を設け、ドラフトチューブの下方にガス吹込みノズ
ル１２を接続した培養装置において、ドラフトチューブ
１の側面に開閉調節自在の多数の開口１３を設けたこと
を特徴としている。

請求項４の培養装置は、第７図〜第１０図に示すように
、請求項３の培養装置において、ドラフトチューブ１の
側面の開口の内側又は外側に、培養時の菌体、フロック
状菌体、固定化された菌体又は動・植物細胞の大部分が
付着又はろ別できる孔径、材質の絹又は多孔材１８を設
けたことを特徴としている。

請求項５の培養装置は、第１１図〜第１４図に示すよう
に、上下端が開放されたドラフトチューブ１を、菌体、
細胞等を加えた培養液３を満たした縦型培養槽２内に槽
側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じるように設け
、ドラフトチューブ１内に１又は複数の攪拌機１１を設
け、ドラフトチューブの下方にガス吹込みノズル１２を
接続した培養装置において、ドラフトチューブ１を多数
の縦方向の細片２０を枢支してルーバー状円筒に形成し
、これらの細片２０を枢支軸２１の回りに回動させて開
ｖＡ誦節できるようにしたことを特徴としている。

請求項乙の培養装置は、第１５図及び第１６図に示すよ
うに、上下端が開放されたドラフトチューブ１を、菌体
、細胞等を加えた培養液３を満たした縦型培養槽２内に
槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じるように設
け、ドラフトチューブ１内に１又は複数の攪拌機１１を
設け、ドラフトチューブの下方にガス吹込みノズル１２
を接続した培養装置において、ドラフトチューブを、縦
方向の多数のスリット１４を有する内筒１５と、縦方向
の多数のスリット１６を有する外筒１７とから形成し、
外筒又は内筒を回動させることにより、ドラフトチュー
ブを開閉調節できるようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

培養前記の菌体、細胞等の懸濁状態を良好に便ちたい時
は、状態（ｂ）に切り換え、ドラフトチューブ内で攪拌
翼による攪拌を加えながら通気攪拌槽として作動させ培
養する。

培養中期や培養後期は、菌体、細胞等に対するダメージ
を少なくするため、状態（ａ）に切り換えて、気泡塔と
して作動させ培養する。なお、ドラフトチューブ内の攪
拌翼は停止させるか、又は攪拌を実施するか、適宜選択
することができる。

壁面の付着増殖菌体、細胞等が増加した時は、状Ｌｉ　
（ｂ）に切り換えて付着を取り除き、その後、状態（ａ
）に戻し培養を続けることもできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。ただしこの実施例に記載されている構成機器の
形状、その相対配置などは、とくに特定的な記載がない
限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のも
のではなく、単なる説明例にすぎない。

第１図及び第２図は本発明の培養装置の一実施例を示す
もので、第１図はドラフトチューブが側面に開口のない
筒体、たとえば円筒である状態（ａ）を示す縦断面説明
図、第２図はドラフトチューブが側面に多数の開口を有
する状［（ｂ）を示す縦断面説明図である。また、第３
図は第１図に示す装置の横断面説明図、第４図は第２図
に示す装置の横断面説明図である。

１はドラフトチューブで、上下端が開放されている。２
は縦型培養槽で、菌体、細胞等を加えた培養液３が満た
される。ドラフトチューブ１は培養槽２内に、槽側壁４
、槽底壁５及び槽Ｍ６との間に間隙７．８．１０が生じ
るように固定されている。そして、ドラフトチューブ１
内には、ｌ又は複数の攪拌機１１が設けられ、ドラフト
チューブ１の下方には、ガス吹込みノズル１２が接続さ
れている。

以上は従来の培養装置の構成であるが、この培養装置に
おいて、ドラフトチューブ１の側面に、開閉調節自在の
多数の開口１３を設けている。ドラフトチューブ１は、
たとえば、第３閲及び第４図に示すように、ルーバー状
の構造物からなり、ルーバー状の構造物を開いて開口１
３を形成するようにしたもの、又は、第５図及び第６図
に示すように、縦方向の多数のスリット１４を有する内
筒１５と、縦方向の多数のスリット１６を有する外筒１
７とから形成され、外筒１７又は内筒１５を回動させる
ことにより、ドラフトチューブ１を開閉調節できるよう
にしたもの等が用いられる。

１ａはドラフトチューブである。なお、ルーバー状構造
物の機構については、後で詳細に説明する。

第７図〜第１０図は、本発明の培養装置の他の実施例を
示している。本例の培養装置は、ドラフトチューブ１又
は１ａの側面の開口の内側に、培養時の菌体、フロック
状菌体、固定化された菌体又は動・植物細胞の大部分が
付着又は−別できる孔径、材質の網又は多孔材１８を設
けたものである。他の構成、作用は第１図及び第２図の
場合と同様である。

第１１図〜第１４図は、ルーバー状の構造物の開閉機構
の一例を示している。ドラフトチューブ１を、多数の縦
方向の細片２０を枢支してルーバー状円筒に形成し、こ
れらの細片２０を枢支軸２１の回りに回動させて開閉ｉ
ｊ１節できるようにしている。すなわち、ルーバー状の
構造物からなるドラフトチューブ１の周りに複数本の縦
方向の作動枠２２を設け、これらの作動枠２２の下端で
かつドラフトチューブ１の下側にリング２３を設け、こ
のリング２３に上方を向（複数個（ルーバーの数と同数
）の押し金具２４を固定する。また、ドラフトチューブ
１の上側にリング２５を配置し、このリング２５を作動
枠２２に固定する。そして、このリング２５に下方を向
く複数個（ルーバーの数と同数）の押し金具２６を固定
する。上部枢支軸固定リング２７と下部枢支軸固定リン
グ２８とでルーバ一部を通した枢支軸３０を固定し、ル
ーバーが押し金具２６の作動で自由に開閉するようにす
る。ルーバー上部及び下部の枢支軸３０は、ルーバ一部
が上下に自由に動かないように、ルーバー固定金具３１
をセットし、固定する。なお、３２は槽蓋である。

第１１１１ｉｆｆｌ及び第１３図に示すように、作動枠
２２を人力又はモーター等の駆動力により引き上げると
、作動枠２２下部の押し金具２４でルーバーを内部から
押し、ルーバーを閉じて円筒状にする。

また、第１２図及び第１４図に示すように、作動枠２２
を引き下げると、作動枠２２上部の押し金具２６でルー
バーを外部から押し、ルーバーを開いた状態にするよう
に構成されている。

第１５回及び第１６圀は、第１１図〜第１４図に示す培
養装置におけるドラフトチューブ１の内側に網又は多孔
材１８を設けた構成を示し、ている。

この場合は、第１５図及び第１６図に示すように、ルー
バーの一端と、網又は多孔材１８の一部とを接合するの
が望ましい、３３は接合部である。

つぎに、第１１図〜第１４図に示す培養装置を用いて、
培養試験を行った結果について説明する。

培地組成として、タンニン酸：２．０ｗｔ％、（ＮＨ，
）Ｈ２ＰＯ４：　］、　４　ｉｙｔ％、ＫＨｚＰＯｎ：
　ｏ、　２　ｗｔ％、ＭｇＳＯ４’　７ＨｚＯ：　０．
０５ｗｔ％、グルコース：１．０ｗｔ％とからなる培養
液（ｐ）ｌ　：　５．８、温度＝３０℃）に、菌株；ア
スペルギルス　オリゼ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｏｒ
ｙｚａｅ）を接種菌量；２５■／ｌ（麩麹として）加え
た液１６５０ｃｃを、内容積２０００ｃｃの縦型培養槽
内に満たし、通気量３．３β／ｍｉｎの割合で空気を吹
き込んだ。ドラフトチューブ内には１個の攪拌機を設け
ていた。

まず、ドラフトチューブを、側面に開口のない円筒の状
態（状態（ａ））にし、空気を吹き込み、攪拌機を停止
して気泡塔として用いたときの、培養時間（ｈ）と乾燥
菌体重量（ｇ／Ｌ）及び生産物であるタンナーゼ量ＣＵ
／〜）　との関係は、第１７図に示す如くであった。な
お、Ｕ／ａ／は１Ｊｎｉｔ／ｄ　（力価）のことである
。

ついで、ドラフトチューブを、側面に多数の開口のある
状態（状態（ｂ））に切り換え、空気を吹き込むととも
に、攪拌機を３８０ｒｐｍで回転させて通気攪拌槽とし
て用いたときの、培養時間（ｈ）と乾燥菌体重ｉｔ（ｇ
／Ｌ）及び生産物であるタンナーゼ量（Ｕ／ｄ）との関
係は、第１７図に示す如くであった。

第１７図から、通気攪拌槽として使用すると、気泡塔と
して使用する場合よりも、立上り時間が短くなっている
ことがわかる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、っぎのよう
な効果を奏する。

（１）縦型（基型）培養槽の特徴を生がしながら、通気
攪拌方式の利点を加えることができる。

（２）　　培養の種類、培養時間により、最適な状態を
適宜選択することができる。

（３）壁面の付着増殖菌体の増加を防ぐことができる。

（４）請求項２．４の場合は、網又は多孔材の表面で菌
体、細胞等がｉ濾過濃縮される。

（５）請求項５の場合は、培養途中に外部からドラフト
チューブの形状を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の培養装置の一実施例を示す
もので、第１図はドラフトチューブの側面の開口が閉状
態を示す縦断面説明図、第２図はドラフトチューブの側
面の開口が開状態を示す縦断面説明図、第３図は第１図
に示す装置の横断面説明図、第４閏は第２図に示す装置
の横断面説明図、第５図〜第１０図は本発明の培養装置
の他の実施例を示す横断面説明図、第１１１ＥＩ及び第
１２図は本発明の培養装置におけるドラフトチューブの
側面の開口の開閉機構の一例を示すもので、第１１図は
ドラフトチューブの側面の開口が閉状態を示す立面説明
図、第１２図はドラフトチューブの側面の開口が開状態
を示す立面説明図、第１３図は第１１図におけるＡ−Ａ
′線断面説明図、第１４図は第１２図におけるＢ　−Ｂ
’線断面説明図、第１５図及び第１６図は本発明の培！
装置のさらに他の実施例を示す説明図、第１７図は培養
試験結果例を示し、培養時間と、乾燥菌体重量、タンナ
ーゼ量との関係を示すグラフである。 １．１ａ・・・ドラフトチューブ、２・・・縦型培養槽
、３・・・培養液、４・・・槽側壁、５・・・槽底壁、
６・・・槽蓋、７．８．１０・・・間隙、１１・・・攪
拌機、１２・・・ガス吹込みノズル、１３・・・開口、
１４．１６・・・スリット、１５・・・内筒、１７・・
・外筒、１８・・・網又は多孔材、２０・・・細片、２
１・・・枢支軸、２２・・・作動枠、２３．２５・・・
リング、２４．２６・・・押し金具、２７・・・上部枢
支軸固定リング、２８・・・下部枢支軸固定リング、３
ト・・枢支軸、３１・・・ルーバー固定金具、３２・・
・槽蓋、３３・・・接合部ζ；；−け 第 ｊ 図 〃又−（２ジ埜ノスーレ 第 図 第 ？ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 θ 図 第　ｌθ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　上下端が開放されたドラフトチューブ（１）を、縦
   型培養槽（２）内に槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間
   隙が生じるように設け、ドラフトチューブ内及び培養槽
   内に菌体、細胞等を加えた培養液（３）を満たし、ドラ
   フトチューブ内を攪拌するとともに、ドラフトチューブ
   の下方からガスを吹き込んで、培養液を循環させて気液
   接触を行う培養方法において、培養状態に応じて、ドラ
   フトチューブ（１）が側面に開口のない筒体である状態
   （ａ）と、ドラフトチューブ（１）が側面に多数の開口
   （１３）を有する状態（ｂ）とに切り換えることを特徴
   とする培養方法。 ２　ドラフトチューブ（１）の側面の多数の開口の内側
   又は外側に、網又は多孔材（１８）を設け、ドラフトチ
   ューブが多数の開口（１３）を有する状態に切り換えら
   れたときに、培養時の菌体、フロック状菌体、固定化さ
   れた菌体又は動・植物細胞の大部分を付着又は戸別する
   ことを特徴とする請求項１記載の培養方法。 ３　上下端が開放されたドラフトチューブ（１）を、菌
   体、細胞等を加えた培養液（３）を満たした縦型培養槽
   （２）内に槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じ
   るように設け、ドラフトチューブ（１）内に１又は複数
   の攪拌機（１１）を設け、ドラフトチューブの下方にガ
   ス吹込みノズル（１２）を接続した培養装置において、
   ドラフトチューブ（１）の側面に開閉調節自在の多数の
   開口（１３）を設けたことを特徴とする培養装置。 ４　ドラフトチューブ（１）の側面の開口の内側又は外
   側に、培養時の菌体、フロック状菌体、固定化された菌
   体又は動・植物細胞の大部分が付着又はろ別できる孔径
   、材質の網又は多孔材（１８）を設けたことを特徴とす
   る請求項３記載の培養装置。 ５　上下端が開放されたドラフトチューブ（１）を、菌
   体、細胞等を加えた培養液（３）を満たした縦型培養槽
   （２）内に槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じ
   るように設け、ドラフトチューブ（１）内に１又は複数
   の攪拌機（１１）を設け、ドラフトチューブの下方にガ
   ス吹込みノズル（１２）を接続した培養装置において、
   ドラフトチューブ（１）を多数の縦方向の細片（２０）
   を枢支してルーバー状円筒に形成し、これらの細片（２
   ０）を枢支軸（２１）の回りに回動させて開閉調節でき
   るようにしたことを特徴とする培養装置。 ６　上下端が開放されたドラフトチューブ（１）を、菌
   体、細胞等を加えた培養液（３）を満たした縦型培養槽
   （２）内に槽側壁、槽底壁及び槽蓋との間に間隙が生じ
   るように設け、ドラフトチューブ（１）内に１又は複数
   の攪拌機（１１）を設け、ドラフトチューブの下方にガ
   ス吹込みノズル（１２）を接続した培養装置において、
   ドラフトチューブを、縦方向の多数のスリット（１４）
   を有する内筒（１５）と、縦方向の多数のスリット（１
   ６）を有する外筒（１７）とから形成し、外筒又は内筒
   を回動させることにより、ドラフトチューブを開閉調節
   できるようにしたことを特徴とする培養装置。