JPH0343070A - 固相生体触媒を伴なう生体触媒過程の実施のための装置 - Google Patents
固相生体触媒を伴なう生体触媒過程の実施のための装置Info
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- JPH0343070A JPH0343070A JP2088101A JP8810190A JPH0343070A JP H0343070 A JPH0343070 A JP H0343070A JP 2088101 A JP2088101 A JP 2088101A JP 8810190 A JP8810190 A JP 8810190A JP H0343070 A JPH0343070 A JP H0343070A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固相生体触媒を伴なう生体触媒過程の実施のた
めの装置に係わる。
めの装置に係わる。
バイオチクノロシイの最も活発な発展領域の一つは、固
相生体触媒によって実施される操作である。固相生体触
媒はいわゆる不動化技術によってもたらされ、その基本
は触媒活性の生物材料を反応容器のスペース中に局在化
させ、材料が次の相へと通過しないようにする点である
（ ＋、 ＣｈｅｍＴｅｃｈ、 Ｂｉｏ＋ｅｃｈ、、
１９８４，３４．１２７） ｏ固相の生体触媒は個別化
された酵素、死んだ細胞、又は細胞成分、又は生きてい
る細胞（微生物、植物又は動物の細胞）の不動化によっ
て作ることができる。具体的には最も適当な可能性は、
経済的及び／又は安定性の観点から選択される。
相生体触媒によって実施される操作である。固相生体触
媒はいわゆる不動化技術によってもたらされ、その基本
は触媒活性の生物材料を反応容器のスペース中に局在化
させ、材料が次の相へと通過しないようにする点である
（ ＋、 ＣｈｅｍＴｅｃｈ、 Ｂｉｏ＋ｅｃｈ、、
１９８４，３４．１２７） ｏ固相の生体触媒は個別化
された酵素、死んだ細胞、又は細胞成分、又は生きてい
る細胞（微生物、植物又は動物の細胞）の不動化によっ
て作ることができる。具体的には最も適当な可能性は、
経済的及び／又は安定性の観点から選択される。
固相生体触媒の使用は従来の生体触媒処理と比較して著
しい経済的利点があり、それは連続的又は半連続的技術
が実施可能であり容積的生産性が増加し、 操作コストが及び製品回収コストが低減できる。
しい経済的利点があり、それは連続的又は半連続的技術
が実施可能であり容積的生産性が増加し、 操作コストが及び製品回収コストが低減できる。
不動化細胞発酵によって二次的代謝物質を製造する場合
は、連続操作モードの使用による発酵液体の低粘度によ
る利点がある。それによって酸素移動が改善され、ある
程度の過剰再生産の問題が避けられ、化学的に不安定な
生成物の損失が減少する（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉ
ｏｃｎｇ、 １８３．２５．２３９ｆｆ−２４１１）
。
は、連続操作モードの使用による発酵液体の低粘度によ
る利点がある。それによって酸素移動が改善され、ある
程度の過剰再生産の問題が避けられ、化学的に不安定な
生成物の損失が減少する（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉ
ｏｃｎｇ、 １８３．２５．２３９ｆｆ−２４１１）
。
多くの異なった型の反応容器が固相生体触媒操作の遂行
のために開発された。工業的にはいわゆる充填床反応容
器がよく用いられ、例えばグルコース異性化、アミノ酸
分解、又はエタノール発酵などである（Ｃｈｅｗ、εａ
ｇ、Ｓｃｉ、 １９８５．４Ｑ、１３２１−１３５４
）。
のために開発された。工業的にはいわゆる充填床反応容
器がよく用いられ、例えばグルコース異性化、アミノ酸
分解、又はエタノール発酵などである（Ｃｈｅｗ、εａ
ｇ、Ｓｃｉ、 １９８５．４Ｑ、１３２１−１３５４
）。
流動床反応容器の工業的スケールのものが、不動化バイ
オマスによる廃水処理に用いられている（］、Ｗｉｌｌ
ｅ＋ Ｐｏ１ｌｕｔ、Ｃｏｎ１＋ｏｌ Ｆｓｄ、 １９
７７．４９．１１１６）。
オマスによる廃水処理に用いられている（］、Ｗｉｌｌ
ｅ＋ Ｐｏ１ｌｕｔ、Ｃｏｎ１＋ｏｌ Ｆｓｄ、 １９
７７．４９．１１１６）。
その他に工業的スケールのものに膜反応容器の使用例が
ある（Ｃｈｅｗ、 Ｅｎｇ、 Ｔｅｃｈａ、 １９８
ｇ、 ６０．１６−２３）。
ある（Ｃｈｅｗ、 Ｅｎｇ、 Ｔｅｃｈａ、 １９８
ｇ、 ６０．１６−２３）。
数種のパイロットプラント型及び実験室用反応容器が知
られている。最も多く用いられる充填床及び流動床反応
容器は多重ユニット形式（水平及び垂直カスケードｍ
漬）で開発されており、例えば工程中に発生するＣｏ２
の濃縮を防止するもの（１，Ｃｈｅｚ、 Ｔｅｃｈ、
Ｂｉｏ＋ｅｅｈ、、 １９ｇ７，３９．７５−８
４） 、又は基質溶液の軸方向逆混合を低減させるも
の（Ｐｔｏｃ、 ４＋ｈ Ｅ！ＩＩ、 Ｃｏｎｇ＋、
Ｂｉｏｌ！ｃｈ、 ｙｏｌ、ｌ、 ＋９８７゜２？：ｌ
−２７５）などがある。いわゆる外部又は内部ループ反
応容器は、主として不動化細胞発酵の実施に用いられて
いる（Ｂｉ＊ｔｅｃｈ、 ８ｉｏｅＢ、 ＩＮ７．：
１０．４９３５０４； Ｊ、 Ｃｈｅｔｓ、 Ｔｅ
ｃｈ、 Ｂｉｏｆｅｃｈａｏｌ、 ｆ９ｇ６，３６
，４１５−４２６） 。
られている。最も多く用いられる充填床及び流動床反応
容器は多重ユニット形式（水平及び垂直カスケードｍ
漬）で開発されており、例えば工程中に発生するＣｏ２
の濃縮を防止するもの（１，Ｃｈｅｚ、 Ｔｅｃｈ、
Ｂｉｏ＋ｅｅｈ、、 １９ｇ７，３９．７５−８
４） 、又は基質溶液の軸方向逆混合を低減させるも
の（Ｐｔｏｃ、 ４＋ｈ Ｅ！ＩＩ、 Ｃｏｎｇ＋、
Ｂｉｏｌ！ｃｈ、 ｙｏｌ、ｌ、 ＋９８７゜２？：ｌ
−２７５）などがある。いわゆる外部又は内部ループ反
応容器は、主として不動化細胞発酵の実施に用いられて
いる（Ｂｉ＊ｔｅｃｈ、 ８ｉｏｅＢ、 ＩＮ７．：
１０．４９３５０４； Ｊ、 Ｃｈｅｔｓ、 Ｔｅ
ｃｈ、 Ｂｉｏｆｅｃｈａｏｌ、 ｆ９ｇ６，３６
，４１５−４２６） 。
前述のように多くの型の反応容器が固相生体触媒の実施
のためにあるが、相当多くの未解決問題が反応容器の技
術に随伴しており、主として基質の１つがガス相（通常
は酸素）の場合に生じている。ガス−液体間の移行が従
来の生体触媒系の多くのものにとって極めて重要であり
、例えば空気消費微生物はその酸素移動速度（ＯＴＲ）
は １５ｆｌ■ｏｌ／ｄｍ３／ｈの値に達すべきである
。装置の有用容積の効果的利用のためには、前記のＯＴ
Ｒ値は適当な高いエアレーション（１−１，５マｖｍ）
で到達すべきである。多くの場合において生物活性材料
の不動化に奉仕する担体粒子の存在が、ガスー液体間物
質移動を妨げようとし、粒子粒はガスの気泡の集合化を
増加しくＰ＋ｏｃ、４１ｈ Ｅｕｒ、ＣｏＢｔＢｉｏ＋
ｅｃｈ、１９８７． ｙｏｌ、ｌ １０１−１０４）
、それは例えば３相流動バブルカラム、又は従来型のガ
ス分散器付きのループ系でも生じ、上記のＯＴＲ値の最
大割合は次の例で得られている（ＣｈｅＩＩｌ、 Ｅ
ｎｇ。
のためにあるが、相当多くの未解決問題が反応容器の技
術に随伴しており、主として基質の１つがガス相（通常
は酸素）の場合に生じている。ガス−液体間の移行が従
来の生体触媒系の多くのものにとって極めて重要であり
、例えば空気消費微生物はその酸素移動速度（ＯＴＲ）
は １５ｆｌ■ｏｌ／ｄｍ３／ｈの値に達すべきである
。装置の有用容積の効果的利用のためには、前記のＯＴ
Ｒ値は適当な高いエアレーション（１−１，５マｖｍ）
で到達すべきである。多くの場合において生物活性材料
の不動化に奉仕する担体粒子の存在が、ガスー液体間物
質移動を妨げようとし、粒子粒はガスの気泡の集合化を
増加しくＰ＋ｏｃ、４１ｈ Ｅｕｒ、ＣｏＢｔＢｉｏ＋
ｅｃｈ、１９８７． ｙｏｌ、ｌ １０１−１０４）
、それは例えば３相流動バブルカラム、又は従来型のガ
ス分散器付きのループ系でも生じ、上記のＯＴＲ値の最
大割合は次の例で得られている（ＣｈｅＩＩｌ、 Ｅ
ｎｇ。
Ｓｃｉ、 １９８７．４２．５４３−５５３ ； Ｂ
ｉｏｌｓｃｈ、 Ｂｉｏｅ＋＋ｇ、 １９８８３２、
１ｉ７７−６８８）。ガス分散の強化は、マトリックス
材料の大半が比較的小さい機械的安定性であるのでより
困難であり、従って触媒ゾーンでは著大な力の作用は避
けるべきである。触媒ゾーンでは、多孔質のゲル及び有
機及び無機材料の大部分が、機械的混合時の剪断力に耐
えられず、また同様に強い乱流液体又は液体−ガスジェ
ットによる力の作用にも耐えられない。
ｉｏｌｓｃｈ、 Ｂｉｏｅ＋＋ｇ、 １９８８３２、
１ｉ７７−６８８）。ガス分散の強化は、マトリックス
材料の大半が比較的小さい機械的安定性であるのでより
困難であり、従って触媒ゾーンでは著大な力の作用は避
けるべきである。触媒ゾーンでは、多孔質のゲル及び有
機及び無機材料の大部分が、機械的混合時の剪断力に耐
えられず、また同様に強い乱流液体又は液体−ガスジェ
ットによる力の作用にも耐えられない。
微生植物及び動物の細胞培養と結び付いたある種の発酵
過程では、特に伝染病に敏感であり、ゲル中に通常はト
ラップされた細胞が無菌状態で発酵されねばならぬとい
う困難性がある。即ち発酵の構成は一般的に、現場的に
無菌の触媒粒子形成においては非常に複雑な処理を望ま
ないものである。
過程では、特に伝染病に敏感であり、ゲル中に通常はト
ラップされた細胞が無菌状態で発酵されねばならぬとい
う困難性がある。即ち発酵の構成は一般的に、現場的に
無菌の触媒粒子形成においては非常に複雑な処理を望ま
ないものである。
本発明は固相生体触媒を伴なう生体触媒過程の実施用装
置を提供するものであり、強力なガス−液体移行を保証
するがしかもその操作中は低機械的安定性の触媒担体粒
子が損傷することはなく、さらに本装置は装置を形成す
るゲル型担体粒子の作用と反応容器との結合にとって特
別な無菌が要求される場合でも有用なものである。
置を提供するものであり、強力なガス−液体移行を保証
するがしかもその操作中は低機械的安定性の触媒担体粒
子が損傷することはなく、さらに本装置は装置を形成す
るゲル型担体粒子の作用と反応容器との結合にとって特
別な無菌が要求される場合でも有用なものである。
本発明は次のような認識に基づいている。
比ガス−液体界面面積の高い値を提供する装置部分が固
相生体触媒を含む部分から分離されておれば、ガス分散
を促進している乱流力は触媒粒子に作用することなく、
従って粒子は損壊を受けることはない。混合が循環パイ
プの中で行なわれるならばガス及び液体相の混合が著し
く強化され、その場合パイプでは分散要素が組み込まれ
、その容積は装置の触媒ゾーンの容積の最大５％である
のも一つの認識である。ガス−液体分散入口の方向及び
速度を適当に選んで、ガス及び液体相の接触スペース並
びに反応スペースの構成をもたらす。
相生体触媒を含む部分から分離されておれば、ガス分散
を促進している乱流力は触媒粒子に作用することなく、
従って粒子は損壊を受けることはない。混合が循環パイ
プの中で行なわれるならばガス及び液体相の混合が著し
く強化され、その場合パイプでは分散要素が組み込まれ
、その容積は装置の触媒ゾーンの容積の最大５％である
のも一つの認識である。ガス−液体分散入口の方向及び
速度を適当に選んで、ガス及び液体相の接触スペース並
びに反応スペースの構成をもたらす。
反応スペースでは触媒粒子の安定した循環流れ及びガス
気泡の延長された滞留時間が得られる。また反応ゾーン
を適切に形成させて反応ゾーン中でのゾル滴粒の集合を
適当に生じさせ、生体触媒作用の前の時点でそれは装置
カバーに取付けられた滴粒形成装置によって実施される
。前記ゾルの滴粒は生体触媒（例えば細胞又は胞子の懸
濁）を含んでおり、それによって現場での生体触媒粒子
が増強された条件下での装置の中で製造される。
気泡の延長された滞留時間が得られる。また反応ゾーン
を適切に形成させて反応ゾーン中でのゾル滴粒の集合を
適当に生じさせ、生体触媒作用の前の時点でそれは装置
カバーに取付けられた滴粒形成装置によって実施される
。前記ゾルの滴粒は生体触媒（例えば細胞又は胞子の懸
濁）を含んでおり、それによって現場での生体触媒粒子
が増強された条件下での装置の中で製造される。
（以下余白）
上記認識に基づき本発明の目的は、ドラフトチューブを
包含する反応スペースと、触媒反応体、供給液体及び気
体を前記反応スペースに充填するためのデバイスと、生
体触媒により得られた生成物及び該処理の間に生成され
た気体を排出するためのデバイスと、更に循環ポンプと
を具備する装置であって、該装置は、その２つの端部が
互いの上の点で反応スペースに連通している再循環パイ
プを有しており、フィルタエレメントが前記反応スペー
ス内で処理された媒質の出口オリフィスの手前に設置さ
れており、そこでは前記フィルタエレメントが前記反応
スペース内の固体触媒担持粒子を保持するために使用さ
れ、再循環パイプを圧力部と吸引部とに分割する再循環
ポンプが再循環パイプ内に設けられており、処理媒質の
流れの方向で考えてまず流量加速器が前記圧力管内の前
記ポンプの後に設けられており、次いで気体入ロバ・ｆ
プが引き込まれており、その後に前記圧力部は気体分散
エレメントを包含することを特徴とする装置によって達
成される。
包含する反応スペースと、触媒反応体、供給液体及び気
体を前記反応スペースに充填するためのデバイスと、生
体触媒により得られた生成物及び該処理の間に生成され
た気体を排出するためのデバイスと、更に循環ポンプと
を具備する装置であって、該装置は、その２つの端部が
互いの上の点で反応スペースに連通している再循環パイ
プを有しており、フィルタエレメントが前記反応スペー
ス内で処理された媒質の出口オリフィスの手前に設置さ
れており、そこでは前記フィルタエレメントが前記反応
スペース内の固体触媒担持粒子を保持するために使用さ
れ、再循環パイプを圧力部と吸引部とに分割する再循環
ポンプが再循環パイプ内に設けられており、処理媒質の
流れの方向で考えてまず流量加速器が前記圧力管内の前
記ポンプの後に設けられており、次いで気体入ロバ・ｆ
プが引き込まれており、その後に前記圧力部は気体分散
エレメントを包含することを特徴とする装置によって達
成される。
本発明の好ましい実施例においては、相分離チャンバは
気体出口スタブを備えた反応スペースの頂部に連結され
ており、再循環パイプの吸引部はチャンバの下方部分か
ら出発し、反応スペース内に設置されているドラフトチ
ューブはチャンバ内に延伸している。
気体出口スタブを備えた反応スペースの頂部に連結され
ており、再循環パイプの吸引部はチャンバの下方部分か
ら出発し、反応スペース内に設置されているドラフトチ
ューブはチャンバ内に延伸している。
本発明の別の好ましい実施例においては、円筒形反応ス
ペースはその底部が類似の円筒形バッキングエレメント
によって閉鎖されており、前記バッキングエレメント内
ではダクトが循環パイプの圧力部に接線方向に連結され
ている。前記バッキングエレメントは、底部部分の上方
表面、即ち圧力部の供給オリフィスの底部から出発しこ
のオリフィスの頂部にまで延伸する傾斜円弧部が前面と
して形成され、且つバルブを備えた反応スペースからフ
ィルタエレメントで被覆されたドレインスタブが底部で
外部に通じており、一方フィルタエレメントの上方には
上方に行くに従い断面が小さくなる円錐形の流量変更エ
レメントがドラフトチューブの内部に連通ずるように固
定されているならば有利である。
ペースはその底部が類似の円筒形バッキングエレメント
によって閉鎖されており、前記バッキングエレメント内
ではダクトが循環パイプの圧力部に接線方向に連結され
ている。前記バッキングエレメントは、底部部分の上方
表面、即ち圧力部の供給オリフィスの底部から出発しこ
のオリフィスの頂部にまで延伸する傾斜円弧部が前面と
して形成され、且つバルブを備えた反応スペースからフ
ィルタエレメントで被覆されたドレインスタブが底部で
外部に通じており、一方フィルタエレメントの上方には
上方に行くに従い断面が小さくなる円錐形の流量変更エ
レメントがドラフトチューブの内部に連通ずるように固
定されているならば有利である。
処理されるべき液体の人口スタブが、ポンプと流量加速
エレメントとの間で再循環パイプの圧力部に連通してお
り、生体触媒処理の結果として得られる生成物を排出す
るスタブが再循環パイプの吸引部から外部へ連通してい
るような実施態様も好ましい。
エレメントとの間で再循環パイプの圧力部に連通してお
り、生体触媒処理の結果として得られる生成物を排出す
るスタブが再循環パイプの吸引部から外部へ連通してい
るような実施態様も好ましい。
本発明の別の実施例においては該装置は、固体生体触媒
材料を反応スペース内に充填するための相分離チャンバ
に連通しているスタブを有する。
材料を反応スペース内に充填するための相分離チャンバ
に連通しているスタブを有する。
この装置の好ましい実施態様は、生体触媒材料中に例え
ば細菌含有ゾルドロップを充填するための相分離チャン
バに連通しているドロップ形成ヘッドであって、ゾル材
料を受容するためにミクサを包含するタンクに連結され
ているドロップ形成ヘッドを有することを特徴とする。
ば細菌含有ゾルドロップを充填するための相分離チャン
バに連通しているドロップ形成ヘッドであって、ゾル材
料を受容するためにミクサを包含するタンクに連結され
ているドロップ形成ヘッドを有することを特徴とする。
この場合にこのドロップ形成ヘッドは、ドロップ形成ヘ
ッドとタンクとの間にバルブが設けられており且つドロ
ップ形成ヘッドに相分離チャンバの内部に向かうドロッ
プ形成エレメントが備えられていると有利である。
ッドとタンクとの間にバルブが設けられており且つドロ
ップ形成ヘッドに相分離チャンバの内部に向かうドロッ
プ形成エレメントが備えられていると有利である。
もし固体触媒粒子の密度が生体触媒処理に関係する液相
のものよりも小さいならば、反応スペース内に設けられ
た底部が円錐形で且つ頂部が円筒形のドラフトチューブ
が、より直径の大きい上方円筒形部分と、上方円筒形部
分に隣接するより直径の小さい下方円筒形部分と、中間
円錐形部分とを有することを必須とする該装置の実施態
様を使用することが推奨される。この装置は、再循環パ
イプの吸弓部と連結されている、反応スペースの下方円
筒形部分の下方への６ｉｔ続部分としての円錐形チャン
バを有し、再循環パイプの圧力部は、ドラフトチューブ
の上方円筒形部分の下方域に接線方向で連通しており、
フィルタエレメントは、チャンバから外部に連通してい
る吸引部のオリフィスの手前に配置されている。この場
合には補助気体流入口ノズルが、テーパ形チャンバを包
囲する壁をその底部で貫通し、更にチャンバ内に達する
ドラフトチューブ下方円筒形部分のオリフィスに向かっ
て方向付られでいると有益である６本発明の別の実施例
においては、循環パイプの圧力部の長さは吸引部の長さ
の何倍にも大きくしである。こうすると分散エレメント
の数を増大することができ、従って気体−液体変換の強
度を増大することができる。
のものよりも小さいならば、反応スペース内に設けられ
た底部が円錐形で且つ頂部が円筒形のドラフトチューブ
が、より直径の大きい上方円筒形部分と、上方円筒形部
分に隣接するより直径の小さい下方円筒形部分と、中間
円錐形部分とを有することを必須とする該装置の実施態
様を使用することが推奨される。この装置は、再循環パ
イプの吸弓部と連結されている、反応スペースの下方円
筒形部分の下方への６ｉｔ続部分としての円錐形チャン
バを有し、再循環パイプの圧力部は、ドラフトチューブ
の上方円筒形部分の下方域に接線方向で連通しており、
フィルタエレメントは、チャンバから外部に連通してい
る吸引部のオリフィスの手前に配置されている。この場
合には補助気体流入口ノズルが、テーパ形チャンバを包
囲する壁をその底部で貫通し、更にチャンバ内に達する
ドラフトチューブ下方円筒形部分のオリフィスに向かっ
て方向付られでいると有益である６本発明の別の実施例
においては、循環パイプの圧力部の長さは吸引部の長さ
の何倍にも大きくしである。こうすると分散エレメント
の数を増大することができ、従って気体−液体変換の強
度を増大することができる。
本発明の別の実施例においては該装置は、コンフユーザ
（ｃｏｎｆｕｓｏｒ）と、デイフユーザ（ｄｉｆｆｕｓ
ｏｒ）と、それらの間にスロワ１〜とを有する気体分散
エレメントを具備している。上記気体分散エレメントは
まず循環パイプの圧力部の鉛直またはほぼ鉛直のセクシ
ョン内に設けられており、棒状部品と包囲螺′旋形部品
とを備えた気体分散エレメントは、圧力部の水平または
ほぼ水平のセクション内に配置されている。
（ｃｏｎｆｕｓｏｒ）と、デイフユーザ（ｄｉｆｆｕｓ
ｏｒ）と、それらの間にスロワ１〜とを有する気体分散
エレメントを具備している。上記気体分散エレメントは
まず循環パイプの圧力部の鉛直またはほぼ鉛直のセクシ
ョン内に設けられており、棒状部品と包囲螺′旋形部品
とを備えた気体分散エレメントは、圧力部の水平または
ほぼ水平のセクション内に配置されている。
例として与えた本発明の装置の好ましい実施態様及び本
発明の構造を示す図面を参照しながら本発明の詳細な説
明する。
発明の構造を示す図面を参照しながら本発明の詳細な説
明する。
ｒし×″ＦＦイ１ン
第１ａ図〜第１ｅ図に示した装置は、空気消費微生物又
はその胞子をゲル中に捕捉し、且つゲル中に捕捉した微
生物で疑似連続的発酵を実施する（例えばに−ｃａｒｒ
ａｇｅｎａｔｅキャリヤ上に［３ｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ
ｉｕ＋ａｆｌａｖｕｍを局在させて、これをＬ−）リプ
トファンの生合成に使用する）のに適した形態に形成さ
れている。
はその胞子をゲル中に捕捉し、且つゲル中に捕捉した微
生物で疑似連続的発酵を実施する（例えばに−ｃａｒｒ
ａｇｅｎａｔｅキャリヤ上に［３ｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ
ｉｕ＋ａｆｌａｖｕｍを局在させて、これをＬ−）リプ
トファンの生合成に使用する）のに適した形態に形成さ
れている。
この装置の主要部材は底部の導入装置Ｉ、その上方の自
動循環式反応装置、相分離装置ＩＩＦ、該相分離装置の
蓋につながるゾル液滴形成装置ｔＶ、並びに強制的循環
ガス分散装置Ｖであり、この分散装置が反応装置Ｉ■を
迂回して流体導入装置Ｉと相分離装置ＩＩＩとを接続す
る。
動循環式反応装置、相分離装置ＩＩＦ、該相分離装置の
蓋につながるゾル液滴形成装置ｔＶ、並びに強制的循環
ガス分散装置Ｖであり、この分散装置が反応装置Ｉ■を
迂回して流体導入装置Ｉと相分離装置ＩＩＩとを接続す
る。
流体導入装置は円筒形底部エレエメントｌを有し、これ
に流体導入スタップ２が外側から接線方向につながり、
このスタップに底部エレエメント１に設けられた接線方
向ダクト３がつながっている（第１ｂ図参照）、スペー
ス部分４の下方封鎖面（ｃｏｎ−ｆｉｎｉｎｇ ５ｕｒ
ｆａｃｅｓ）５（第１ａ図及び第１ｂ図参照）はリード
面（ＩｅａｄｉＢ ｐｌａｎｅ）６の下限エツジから始
まって同じ面で終わるように装置の長手方向の幾何学的
垂直中央線Ｘに対してフロンタルスレッド（ｆｒｏｎｔ
ａｌ ｔｈｒｅａｄ）形態に立ち上がっている。
に流体導入スタップ２が外側から接線方向につながり、
このスタップに底部エレエメント１に設けられた接線方
向ダクト３がつながっている（第１ｂ図参照）、スペー
ス部分４の下方封鎖面（ｃｏｎ−ｆｉｎｉｎｇ ５ｕｒ
ｆａｃｅｓ）５（第１ａ図及び第１ｂ図参照）はリード
面（ＩｅａｄｉＢ ｐｌａｎｅ）６の下限エツジから始
まって同じ面で終わるように装置の長手方向の幾何学的
垂直中央線Ｘに対してフロンタルスレッド（ｆｒｏｎｔ
ａｌ ｔｈｒｅａｄ）形態に立ち上がっている。
円錐形の流れ変更装置８は、頂点が底部エレエメントｌ
から上方に距離をおいて幾何学的垂直中央線Ｘ上に位置
するように配置されており、ねじ７で底部エレメント１
に固定されている。流れ変更装置８の底部プレートと底
部エレエメントｌの円形〈平面図〉中央部分９の上端部
プレート（第１ｂ図参照）との間には、円筒形の面をも
つ長手方向フィルタエレエメント１０が配置されている
。流れ変更装置８の円錐の角度は５０〜７０”が適当で
あり、底面の直径ｄうは底部の内径Ｄａに対して（１〜
１．２）対２の比になるように決定される。
から上方に距離をおいて幾何学的垂直中央線Ｘ上に位置
するように配置されており、ねじ７で底部エレメント１
に固定されている。流れ変更装置８の底部プレートと底
部エレエメントｌの円形〈平面図〉中央部分９の上端部
プレート（第１ｂ図参照）との間には、円筒形の面をも
つ長手方向フィルタエレエメント１０が配置されている
。流れ変更装置８の円錐の角度は５０〜７０”が適当で
あり、底面の直径ｄうは底部の内径Ｄａに対して（１〜
１．２）対２の比になるように決定される。
流体導入装置Ｉの円筒形底部エレエメント１には２つの
垂直貫通スタップ１１．１２が設けられている。
垂直貫通スタップ１１．１２が設けられている。
スタップ１１は、触媒粒子を含まない状態で液相を排出
する（後述のフィルタエレエメント１０が前記粒子を保
持する）のに使用され、スタップ１２は液体一固体懸濁
液を装置から完全に排出すべく具備されている。これら
のスタップは底部エレエメント１の下側の弁１３及び１
４で開放することができる。
する（後述のフィルタエレエメント１０が前記粒子を保
持する）のに使用され、スタップ１２は液体一固体懸濁
液を装置から完全に排出すべく具備されている。これら
のスタップは底部エレエメント１の下側の弁１３及び１
４で開放することができる。
自動循環式反応装置ＩＩは円筒形の壁１５ａに囲まれた
反応スペース１５を有する。ハウジング１５ａの内径り
は円筒形底部エレエメント１の直径Ｄａと同じである。
反応スペース１５を有する。ハウジング１５ａの内径り
は円筒形底部エレエメント１の直径Ｄａと同じである。
壁１５ａは該壁から距離をおいて温度調節用マントル１
６で包囲されており、そのためこの、壁と前記マントル
との間に狭い円形の温度調節スペース１６ができている
０反応スペース１５丙には直径ｄ１のドラフト管１７が
中央に配置されている。従って、壁１５ａ、温度調節マ
ントル１６及びドラフト管１７は幾何学的垂直中央線Ｘ
を中心に互いに同心的に配置される。直径り、とｄｌの
比は２対１である。ドラフト管の下方フランジは円錐形
流れ変更装置８の頂点より下に延びている。即ち、ドラ
フト管は流れ変更装置８の上方部分を部分的に包囲して
いる。ドラフト管１７の下方フランジと、該ドラフト管
を垂直方向に突出させた時に該管による切断によって得
られる円錐上の直径ｄ１の円との間の垂直距離り、は、
この円とドラフト管の下方フランジとの間の仮思円筒形
マントルとドラフト管の横断面積とがほぼ同じになるよ
うに決定される。
６で包囲されており、そのためこの、壁と前記マントル
との間に狭い円形の温度調節スペース１６ができている
０反応スペース１５丙には直径ｄ１のドラフト管１７が
中央に配置されている。従って、壁１５ａ、温度調節マ
ントル１６及びドラフト管１７は幾何学的垂直中央線Ｘ
を中心に互いに同心的に配置される。直径り、とｄｌの
比は２対１である。ドラフト管の下方フランジは円錐形
流れ変更装置８の頂点より下に延びている。即ち、ドラ
フト管は流れ変更装置８の上方部分を部分的に包囲して
いる。ドラフト管１７の下方フランジと、該ドラフト管
を垂直方向に突出させた時に該管による切断によって得
られる円錐上の直径ｄ１の円との間の垂直距離り、は、
この円とドラフト管の下方フランジとの間の仮思円筒形
マントルとドラフト管の横断面積とがほぼ同じになるよ
うに決定される。
相分離装置ＩＩＩは、上方にむかって広がる円錐台形の
下方部分１９と該円錐台の上部に上からつながる円筒形
上方部分２０とを含むチャンバ１８を有する。前記上方
部分の直径Ｄ２は反応スペース１５の直径Ｄ１の約１．
５〜２倍が適当である。相分離装置ＩＩＩの高さｈ２は
反応スペース１５の高さｈｌの約１／３〜１／４である
。相分離装置ＩＩＩの円錐台形下方部分１９は上方部分
２０の約１７３の高さを有する。流体導入装置Ｉ、反応
装置ＩＩ及び相分離装置ＩＩＩ（即ち実際のりアクタ）
の合計高さしは、反応スペース１５の直径り、の５〜６
倍以下が適当である。
下方部分１９と該円錐台の上部に上からつながる円筒形
上方部分２０とを含むチャンバ１８を有する。前記上方
部分の直径Ｄ２は反応スペース１５の直径Ｄ１の約１．
５〜２倍が適当である。相分離装置ＩＩＩの高さｈ２は
反応スペース１５の高さｈｌの約１／３〜１／４である
。相分離装置ＩＩＩの円錐台形下方部分１９は上方部分
２０の約１７３の高さを有する。流体導入装置Ｉ、反応
装置ＩＩ及び相分離装置ＩＩＩ（即ち実際のりアクタ）
の合計高さしは、反応スペース１５の直径り、の５〜６
倍以下が適当である。
円錐台形下方部分１９の壁は内側がフィルタエレメント
２１で被覆されている。このフィルタエレメントは綿布
（ｓｉｅｖｅ ｃｌｏｔｈ）からなるものが適切であり
、やはり円錐台形の面を有する。フィルタエレメント２
１の目の大きさは、ガスが抵抗の最も小さい方向に従っ
て流体から離れチャンバ１８内に流入するような程度ま
で保持されるように決定する。
２１で被覆されている。このフィルタエレメントは綿布
（ｓｉｅｖｅ ｃｌｏｔｈ）からなるものが適切であり
、やはり円錐台形の面を有する。フィルタエレメント２
１の目の大きさは、ガスが抵抗の最も小さい方向に従っ
て流体から離れチャンバ１８内に流入するような程度ま
で保持されるように決定する。
液体排出スタッブ２２及びサンプリングスタ・ンブ２３
は下方部分１９から外に出ている。垂直ドラフト管１７
は相分離装置Ｉ１１の下方部分１９の中に、特にスタッ
プ２２及び２３の中央線によって規定されるレベルより
約０．０１〜０．０２ｍ上方まで侵入している（スタッ
プ２２及び２３は水平であって、中央線が互いに同一の
水平面上に位置するのが適当である）。
は下方部分１９から外に出ている。垂直ドラフト管１７
は相分離装置Ｉ１１の下方部分１９の中に、特にスタッ
プ２２及び２３の中央線によって規定されるレベルより
約０．０１〜０．０２ｍ上方まで侵入している（スタッ
プ２２及び２３は水平であって、中央線が互いに同一の
水平面上に位置するのが適当である）。
相分離装置ＩＩＩの上方部分２０はＭ（プレート〉２４
で閉鎖される。蓋２４にはゾル液滴形成装置ＩＶの円筒
形液滴形成ヘッド２５が幾何学的垂直中央線Ｘに対して
対称的に組み込まれている。従って、液滴形成ヘッドと
相分離装置ＩＩＩの下方部分１９及び上方部分２０は幾
何学的垂直中央ｉ！ｘを中心に互いに同心的に配置され
ている。液滴形成ヘッドは弁２６及びスタップ３６を介
してゾル液滴形成装置ｔＶのタンク２７に接続される。
で閉鎖される。蓋２４にはゾル液滴形成装置ＩＶの円筒
形液滴形成ヘッド２５が幾何学的垂直中央線Ｘに対して
対称的に組み込まれている。従って、液滴形成ヘッドと
相分離装置ＩＩＩの下方部分１９及び上方部分２０は幾
何学的垂直中央ｉ！ｘを中心に互いに同心的に配置され
ている。液滴形成ヘッドは弁２６及びスタップ３６を介
してゾル液滴形成装置ｔＶのタンク２７に接続される。
ガス排出スタッブ２８は蓋２４から外に延び、冷却器２
９に接続される。液滴形成ヘッド２５の直径Ｄｃｓは反
応スペース１５の直径Ｄ１の約半分である。液滴形成ヘ
ッド２５はまた、温度調節マントル（図示せず）で包囲
してもよい。該ヘッドの容量はぞゾル液滴形成装置■■
の一部分を構成するタンク２７（ゾルタンク）の容量の
約１７１０である。
９に接続される。液滴形成ヘッド２５の直径Ｄｃｓは反
応スペース１５の直径Ｄ１の約半分である。液滴形成ヘ
ッド２５はまた、温度調節マントル（図示せず）で包囲
してもよい。該ヘッドの容量はぞゾル液滴形成装置■■
の一部分を構成するタンク２７（ゾルタンク）の容量の
約１７１０である。
底部が円錐形であり上部が円筒形である（これら２つの
部分は幾何学的垂直中央線Ｘに対して同心的）タンク２
７はＨ２７ｆｌで閉鎖され、この盈を貫通して接種スタ
ッブ３０．充填スタッブ（充填口）３１及びスタップ３
４がタンクから外側に延び、スタップ３４には加圧空気
流用スタッブ（図示せず）が接続される（図示せず〉、
タンク２７の壁２７ｂは該壁から距離をおいて温度調節
マントル２７ｃで包囲されており、そのため壁２７ｂと
前記マントルとの間に狭い温度調節スペース２７ｄがで
きている。タンク２７の容量は反応装置！■の反応スペ
ース１５の容量の約５０％である。タンク２７には特に
円錐台形下方部分に混合用プロペラ３３が侵入している
。このプロペラの接続シャフトは幾何学的垂直中央線Ｘ
上に位置し、モータＭによって駆動される。
部分は幾何学的垂直中央線Ｘに対して同心的）タンク２
７はＨ２７ｆｌで閉鎖され、この盈を貫通して接種スタ
ッブ３０．充填スタッブ（充填口）３１及びスタップ３
４がタンクから外側に延び、スタップ３４には加圧空気
流用スタッブ（図示せず）が接続される（図示せず〉、
タンク２７の壁２７ｂは該壁から距離をおいて温度調節
マントル２７ｃで包囲されており、そのため壁２７ｂと
前記マントルとの間に狭い温度調節スペース２７ｄがで
きている。タンク２７の容量は反応装置！■の反応スペ
ース１５の容量の約５０％である。タンク２７には特に
円錐台形下方部分に混合用プロペラ３３が侵入している
。このプロペラの接続シャフトは幾何学的垂直中央線Ｘ
上に位置し、モータＭによって駆動される。
液滴形成ヘッド２５の底部には複数の液滴形成エレメン
ト３５が具備されている。その１つを第１Ｃ図に拡大断
面図で示した。液滴形成ヘッド２５の中には、底面の上
方に、フィルタ３６（目の大きさ０．１＋ａｍの綿布で
形成したものが適切）が具備されている。
ト３５が具備されている。その１つを第１Ｃ図に拡大断
面図で示した。液滴形成ヘッド２５の中には、底面の上
方に、フィルタ３６（目の大きさ０．１＋ａｍの綿布で
形成したものが適切）が具備されている。
底面上に同心的に分配された複数の液滴形成エレメント
３５の数は下記の実験式 で求めることができる。
３５の数は下記の実験式 で求めることができる。
液滴形成エレメント３５（第１ｃ図〉の孔の直径ｄｆは
ゾルの特性に応じて０．３〜０．５ｍｍにする。
ゾルの特性に応じて０．３〜０．５ｍｍにする。
本発明の装置の強制的循環ガス分散装置Ｖは循環パイプ
５０を有し、このパイプの一端は流体導入装置■のスタ
ップ２に接続され、他端は相分離装置ＩＩＩの流体排出
スタップ２２に接続されている６循環パイプ５０（ｆｉ
大直径は反応スペース１５の直径Ｄ１の約１７４〜１７
６）は２つのセクションを有する。その１つである吸引
管は液体排出スタップ２２から可変流量の循環パイプ３
８まで延び、もう１つのセクションである圧力管３９は
ポンプ３８から流体導入スタップ２まで延びる。ｆＪａ
環パイプ５０におけるポンプ３８の位置は、ポンプがス
タップ２２にできるだけ近くなるように、即ち循環パイ
プ５０の圧力管３９ができるだけ長くなるように選択す
る。吸引管及び圧力管３９はバイパス管４０に具備され
た弁４１に接続することもできる。
５０を有し、このパイプの一端は流体導入装置■のスタ
ップ２に接続され、他端は相分離装置ＩＩＩの流体排出
スタップ２２に接続されている６循環パイプ５０（ｆｉ
大直径は反応スペース１５の直径Ｄ１の約１７４〜１７
６）は２つのセクションを有する。その１つである吸引
管は液体排出スタップ２２から可変流量の循環パイプ３
８まで延び、もう１つのセクションである圧力管３９は
ポンプ３８から流体導入スタップ２まで延びる。ｆＪａ
環パイプ５０におけるポンプ３８の位置は、ポンプがス
タップ２２にできるだけ近くなるように、即ち循環パイ
プ５０の圧力管３９ができるだけ長くなるように選択す
る。吸引管及び圧力管３９はバイパス管４０に具備され
た弁４１に接続することもできる。
圧力ブランチ３９に組み込まれた流量加速エレメント４
２（先細管が適当〉は、流量を高速に加速するように機
能する。矢印りで示した培地の流れの方向に関して先細
管４２の後の位置で圧力ブランチ３９に連通するパイプ
４４にはガス流量を一定にするためのノズル４３が設け
られ、該パイプ４４は生化学反応に必要なガス、一般に
は空気（酸素）を矢印ｐ（第１図〉の方向に導入するよ
うに機能する。パイプ４４とスタブ２との間の位置の圧
力ブランチ３９には分散エレメント４５が組み込まれて
おり、第１ｄ図はその１つの拡大軸側投像図であり、該
エレメントは強い気液混合と、微細な泡沫への気相分散
とを実現する。第１ａ図及び第１ｄ図に示す分散エレメ
ント４５は中心に収縮スロットを有しており、矢印りで
示した培地の流れの方向に関して該スロットの前端は先
細管に連結され、他端は末広管に連結されている（即ち
、第１ｄ図に示すようにスロット４５ａは先細管４５ｂ
と末広管４５ｃとに連結されている）、気液流が下向き
であるならば、スロット型エレメントは鉛直パイプ管路
に組み込まれる。第１ｅ図に示す分散エレメント４６は
直線状バー４６ａとその周囲の螺旋状部分４６ｂとによ
り形成され、分散エレメント４６は水平パイプ管路に組
み込まれるべきである１分数エレメント４５及び４６は
交換可能であり、その特徴的寸法は所与の細胞培養の空
気消費及びリアクタの寸法に従って決定され得る。
２（先細管が適当〉は、流量を高速に加速するように機
能する。矢印りで示した培地の流れの方向に関して先細
管４２の後の位置で圧力ブランチ３９に連通するパイプ
４４にはガス流量を一定にするためのノズル４３が設け
られ、該パイプ４４は生化学反応に必要なガス、一般に
は空気（酸素）を矢印ｐ（第１図〉の方向に導入するよ
うに機能する。パイプ４４とスタブ２との間の位置の圧
力ブランチ３９には分散エレメント４５が組み込まれて
おり、第１ｄ図はその１つの拡大軸側投像図であり、該
エレメントは強い気液混合と、微細な泡沫への気相分散
とを実現する。第１ａ図及び第１ｄ図に示す分散エレメ
ント４５は中心に収縮スロットを有しており、矢印りで
示した培地の流れの方向に関して該スロットの前端は先
細管に連結され、他端は末広管に連結されている（即ち
、第１ｄ図に示すようにスロット４５ａは先細管４５ｂ
と末広管４５ｃとに連結されている）、気液流が下向き
であるならば、スロット型エレメントは鉛直パイプ管路
に組み込まれる。第１ｅ図に示す分散エレメント４６は
直線状バー４６ａとその周囲の螺旋状部分４６ｂとによ
り形成され、分散エレメント４６は水平パイプ管路に組
み込まれるべきである１分数エレメント４５及び４６は
交換可能であり、その特徴的寸法は所与の細胞培養の空
気消費及びリアクタの寸法に従って決定され得る。
供給溶液（第１ａ図の矢印Ｏの入口として機能するスタ
ブ４８及び生成物を取り出すく第１ａ図の矢印ｔ〉ため
のスタブ４９は、弁４７ａ及び４７ｂ″Ｃ′開閉され得
る強制循環式ガス分散ユニットＶの一部である。
ブ４８及び生成物を取り出すく第１ａ図の矢印ｔ〉ため
のスタブ４９は、弁４７ａ及び４７ｂ″Ｃ′開閉され得
る強制循環式ガス分散ユニットＶの一部である。
上記装置は次のように８１能する。
ゾル液滴形成ユニット■のタンク２７は充填入口を介し
て適当な濃度のアルギン酸ナトリウムゾルを充填され、
この間、弁２６は閉じた位置にあり、次に充填入口を閉
じ、リアクタ（バイオリアクタ）全体は汎用蒸気滅菌法
で滅菌される。この操作を実施するためには、分散ユニ
ット■のスタブ４４を介して蒸気を導入し、相分離装置
■のチャンバ１８から連通するスタブ２２を介してシス
テムから排出する。ゾル液滴形成装置■のタンク２７及
び液滴形成ヘッド２５はサーモスタットスペース２７ｄ
に導入された１２０℃の蒸気で滅菌され、一方で、タン
ク２７内の溶液は熱伝達を助長するように混合プロペラ
３３で混合される。滅菌が完了したら、リアクタスペー
ス及び循環パイプ５０は流体導入ユニットＩに連通する
スタブ１２を介して脱水され、次にリアクタ及びゾル溶
液は夫々サーモスタットスペースｌｅａ及びサーモスタ
ットスペース２７ｄ内を循環する冷却水で室温まで冷却
される。
て適当な濃度のアルギン酸ナトリウムゾルを充填され、
この間、弁２６は閉じた位置にあり、次に充填入口を閉
じ、リアクタ（バイオリアクタ）全体は汎用蒸気滅菌法
で滅菌される。この操作を実施するためには、分散ユニ
ット■のスタブ４４を介して蒸気を導入し、相分離装置
■のチャンバ１８から連通するスタブ２２を介してシス
テムから排出する。ゾル液滴形成装置■のタンク２７及
び液滴形成ヘッド２５はサーモスタットスペース２７ｄ
に導入された１２０℃の蒸気で滅菌され、一方で、タン
ク２７内の溶液は熱伝達を助長するように混合プロペラ
３３で混合される。滅菌が完了したら、リアクタスペー
ス及び循環パイプ５０は流体導入ユニットＩに連通する
スタブ１２を介して脱水され、次にリアクタ及びゾル溶
液は夫々サーモスタットスペースｌｅａ及びサーモスタ
ットスペース２７ｄ内を循環する冷却水で室温まで冷却
される。
次段階において、リアクタスペース１５（及びチャンバ
１８の一部）はスタブ４８を介してシステムに供給され
る無菌ＣａＣｌ□沈澱溶液を、ポンプ３８によりドラフ
トチューブ１７の上部フランジの高さまで充填される。
１８の一部）はスタブ４８を介してシステムに供給され
る無菌ＣａＣｌ□沈澱溶液を、ポンプ３８によりドラフ
トチューブ１７の上部フランジの高さまで充填される。
タンク内のゾル溶液は接種用スタブ３０を介してＢｒｅ
ｖｉｂａｃｔｅｒｉｕ＋ｎ ｆｌａｖｕｎ＋ｉｌｌ懸濁
液を接種され、接種された溶液は均質な細胞濃度が得ら
れるまで温きプロペラ３３で均質１ヒされる０次に、弁
２６を開くことにより得られる均質化されたゾル細胞懸
濁液がタンク２７からゾル液滴形成ユニット■の円筒形
液滴形成ヘッド２４に供給される。ここでフィルタ３６
は懸濁液中に場合によって存在し得る粗大なミセルを留
保し、一方、懸濁液自体は液滴形成エレメント３５に流
入する。懸濁液はタンク２７に供給される無菌加圧空気
流の結果としてスタブ３４から供給され、流速は空気圧
を変えることにより制御される。
ｖｉｂａｃｔｅｒｉｕ＋ｎ ｆｌａｖｕｎ＋ｉｌｌ懸濁
液を接種され、接種された溶液は均質な細胞濃度が得ら
れるまで温きプロペラ３３で均質１ヒされる０次に、弁
２６を開くことにより得られる均質化されたゾル細胞懸
濁液がタンク２７からゾル液滴形成ユニット■の円筒形
液滴形成ヘッド２４に供給される。ここでフィルタ３６
は懸濁液中に場合によって存在し得る粗大なミセルを留
保し、一方、懸濁液自体は液滴形成エレメント３５に流
入する。懸濁液はタンク２７に供給される無菌加圧空気
流の結果としてスタブ３４から供給され、流速は空気圧
を変えることにより制御される。
液滴形成ユニット２５は最大流ＪｉｌＡ； ０．４ｎ（
ｃｍ’／ｈ）（ｎ−液滴形成エレメント３５の個数）で
細胞／ゾル懸濁液を供給するのに適している０式に従う
と、例えば直径０．２ｍのりアクタの場合、−＝２０ｄ
ｍ’／ｈの流量が達せられ、この値はパイロットプラン
ト寸法で使用される最高出力を有する既知の振動式ゾル
液滴形成ユニットの出力に近似するが、既知のユニット
とは異なり、細胞を壊変しない。
ｃｍ’／ｈ）（ｎ−液滴形成エレメント３５の個数）で
細胞／ゾル懸濁液を供給するのに適している０式に従う
と、例えば直径０．２ｍのりアクタの場合、−＝２０ｄ
ｍ’／ｈの流量が達せられ、この値はパイロットプラン
ト寸法で使用される最高出力を有する既知の振動式ゾル
液滴形成ユニットの出力に近似するが、既知のユニット
とは異なり、細胞を壊変しない。
細胞／ゾル懸濁液の液滴は液滴形成ヘッド２５からリア
クタスペース１５内のＣａＣｌ□沈澱溶液中に落下し、
該スペースで凝固してゲルとなり、ドラフトチューブ１
７を通ってリアクタの底部に沈澱する。
クタスペース１５内のＣａＣｌ□沈澱溶液中に落下し、
該スペースで凝固してゲルとなり、ドラフトチューブ１
７を通ってリアクタの底部に沈澱する。
ゲル粒子形成の間、空の装置断面に関して１ｃｍ／ｓの
線速度に対応する容積速度でパイプ４４及びビルトイン
ノズル４３を通って無菌空気流が供給され、循環パイプ
５０、スタブ２及びダクト３（第１ｂ図）を通ってリア
クタに流入する。前面５（第１ｂ図）から出発する螺旋
状の上向きの流れを誘導する正接方向に供給される液気
ジェットの影響下で、ＣａＣｌ ２溶液と共に底部エレ
メント１に沈澱したゲル粒子は反応スペース１５ａの壁
とドラフトチューブ１７との間の円筒形環スペース内を
上昇し、その後、ドラフトチューブ１７の上部フランジ
に到達し、該フランジを越えて内側に落下し、再び沈下
し、こうしてゲル粒子はリアクタスペース１５内を循環
する。無菌空気流により誘導される流動条件は固液間の
物質移動、即ちＣａ”４オンがゲル粒子に拡散するのを
助長し、こうして既知の方法に比較して短時間に断面全
体に沿ってゲル化し、その結果、ゲル内に閉じ込められ
た細胞はＣａＣｌ□浴溶液予想される損傷効果にさらさ
れる危険が少ない。
線速度に対応する容積速度でパイプ４４及びビルトイン
ノズル４３を通って無菌空気流が供給され、循環パイプ
５０、スタブ２及びダクト３（第１ｂ図）を通ってリア
クタに流入する。前面５（第１ｂ図）から出発する螺旋
状の上向きの流れを誘導する正接方向に供給される液気
ジェットの影響下で、ＣａＣｌ ２溶液と共に底部エレ
メント１に沈澱したゲル粒子は反応スペース１５ａの壁
とドラフトチューブ１７との間の円筒形環スペース内を
上昇し、その後、ドラフトチューブ１７の上部フランジ
に到達し、該フランジを越えて内側に落下し、再び沈下
し、こうしてゲル粒子はリアクタスペース１５内を循環
する。無菌空気流により誘導される流動条件は固液間の
物質移動、即ちＣａ”４オンがゲル粒子に拡散するのを
助長し、こうして既知の方法に比較して短時間に断面全
体に沿ってゲル化し、その結果、ゲル内に閉じ込められ
た細胞はＣａＣｌ□浴溶液予想される損傷効果にさらさ
れる危険が少ない。
ゲル粒子形成の完了後、弁２６を閉じ、タンク２７の内
側に加えられる過圧をスタブ３４を介して遮断し、弁１
３を開き、スタブ１１を通ってＣａＣｌ ２溶液を装置
から排出し、この間、自動循環弁４１は開放状態にして
おく。リアクタに供給される無菌培地はポンプ３８によ
り供給される。（必要に応じて培地の４人前にゲル粒子
は無菌蒸留水で抗性される。）培地はスタブ４８そ通っ
て循環パイプ５０に供給される。培地のレベルがドラフ
トチューブ１７の上部フランジに到達するや否や、培地
の充填を停止し、弁４１を閉じるが、培地はポンプ３８
で更に循環される。無菌空気流は、１〜Ｌ、５νｖｍの
通風速度で細菌培養物の空気消費を実現するような流量
でパイプ４４及びノズル４３（後者は気体流量を安定化
するように機能する）を介して循環パイプ５０の圧力ブ
ランチ３９（第１ａ図、矢印ｐ〉に充填される。空気を
消費する微生物の場合、酸素移動速度（ＯＴＲ）の値を
１５０−２５０１ｏｌｅ Ｏ２／ｄ＋ｎコｈの範囲に維
持することが望ましい。装置でこのＯＴＲ範囲を得るに
は、ポンプ３８により循環される液体流量をガス（無菌
空気流）の実際の容積流量の５０〜８０％に設定する。
側に加えられる過圧をスタブ３４を介して遮断し、弁１
３を開き、スタブ１１を通ってＣａＣｌ ２溶液を装置
から排出し、この間、自動循環弁４１は開放状態にして
おく。リアクタに供給される無菌培地はポンプ３８によ
り供給される。（必要に応じて培地の４人前にゲル粒子
は無菌蒸留水で抗性される。）培地はスタブ４８そ通っ
て循環パイプ５０に供給される。培地のレベルがドラフ
トチューブ１７の上部フランジに到達するや否や、培地
の充填を停止し、弁４１を閉じるが、培地はポンプ３８
で更に循環される。無菌空気流は、１〜Ｌ、５νｖｍの
通風速度で細菌培養物の空気消費を実現するような流量
でパイプ４４及びノズル４３（後者は気体流量を安定化
するように機能する）を介して循環パイプ５０の圧力ブ
ランチ３９（第１ａ図、矢印ｐ〉に充填される。空気を
消費する微生物の場合、酸素移動速度（ＯＴＲ）の値を
１５０−２５０１ｏｌｅ Ｏ２／ｄ＋ｎコｈの範囲に維
持することが望ましい。装置でこのＯＴＲ範囲を得るに
は、ポンプ３８により循環される液体流量をガス（無菌
空気流）の実際の容積流量の５０〜８０％に設定する。
撹乱度の高い気液流の影響下で、循環パイプ５０に組み
込まれた分散エレメント４５及び４６（第１ｄ図及び第
１ｅ図）内に非常にＬ’＆ （（Ｉｔな気ンα分子１１
．液が形成さｉｔ、界面領域の再生は極めて強い。分散
ニレメン１〜４５゜４６内の圧力降下は（０，８〜１．
０）１０５Ｐａを越えない。
込まれた分散エレメント４５及び４６（第１ｄ図及び第
１ｅ図）内に非常にＬ’＆ （（Ｉｔな気ンα分子１１
．液が形成さｉｔ、界面領域の再生は極めて強い。分散
ニレメン１〜４５゜４６内の圧力降下は（０，８〜１．
０）１０５Ｐａを越えない。
気）α分散液は流体入口スタブ２及び正接方向ダクト３
（第１ｂ図）を通ってリアクタの底部エレメント１に流
入し、前面のねじ切り状表面５により、上方に向かう螺
旋運動に案内される。１０〜２０ｎ／ｓの速度で流入す
る液気相を含む培地はドラフトチューブ１７の外側に配
置された円筒形環の内側のリアクタスペース１５の螺旋
状通路に沿って上昇する流体運動を誘導する。上昇中に
凝集する気泡は螺旋状通路を通り、こうしてリアクタス
ペース内における気泡の平均滞留時間は長くなり、他方
、異なる方向の力の結果として、既に凝集した気泡を破
壊するような剪断応力が生じ、こうしてリアクタスペー
ス１５内の気液界面の面積比が増加する。
（第１ｂ図）を通ってリアクタの底部エレメント１に流
入し、前面のねじ切り状表面５により、上方に向かう螺
旋運動に案内される。１０〜２０ｎ／ｓの速度で流入す
る液気相を含む培地はドラフトチューブ１７の外側に配
置された円筒形環の内側のリアクタスペース１５の螺旋
状通路に沿って上昇する流体運動を誘導する。上昇中に
凝集する気泡は螺旋状通路を通り、こうしてリアクタス
ペース内における気泡の平均滞留時間は長くなり、他方
、異なる方向の力の結果として、既に凝集した気泡を破
壊するような剪断応力が生じ、こうしてリアクタスペー
ス１５内の気液界面の面積比が増加する。
気体−液体流は触媒担体ゲル粒子に沿って運ばれ、該粒
子はドラフトチューブ１７のフランジ上の相分離ユニッ
ト■に上昇し、次にリアクタスペース１５の底部に戻る
気泡流により引き起こされる自動循環流と共にドラフト
チューブを通過する。ゲル粒子（固相生触媒）及び液相
の流れは流れ調整エレメント８により調整され、更には
該エレメントにより装置内のデッドスペースの形成が妨
げられる。ドラフトチューブ１７を通じての流体の下方
への流れは最終的に分散される気泡も生じさせる。
子はドラフトチューブ１７のフランジ上の相分離ユニッ
ト■に上昇し、次にリアクタスペース１５の底部に戻る
気泡流により引き起こされる自動循環流と共にドラフト
チューブを通過する。ゲル粒子（固相生触媒）及び液相
の流れは流れ調整エレメント８により調整され、更には
該エレメントにより装置内のデッドスペースの形成が妨
げられる。ドラフトチューブ１７を通じての流体の下方
への流れは最終的に分散される気泡も生じさせる。
相分離ユニット■の液相から気体が生じ、該気体はスタ
ブ２８を通じて装置から離れる。液体流はスタブ２２を
通じて相分離ユニット■がら離れるが、スタブ２２内に
はフィルタ２１を通じてのみ流れ得る。
ブ２８を通じて装置から離れる。液体流はスタブ２２を
通じて相分離ユニット■がら離れるが、スタブ２２内に
はフィルタ２１を通じてのみ流れ得る。
該フィルタ２１は生触媒粒子（ゲル粒子〉を保持してい
る。液体相はスタブ２２から循環パイプ５０の吸入管３
７内に流れ、そこからポンプ３８を通じて圧力管３９内
に流れる。
る。液体相はスタブ２２から循環パイプ５０の吸入管３
７内に流れ、そこからポンプ３８を通じて圧力管３９内
に流れる。
相分離ユニット■から外部につながるスタブ２３を通じ
て採取された試料を分析することにより、培養基の発酵
方法及び条件に注意深く従うことができる０発酵の生産
段階では、生成物の連続的な除去及び培養基の連続的な
供給がスタブ４８及び／若しくは４９に接続された１つ
以上のポンプで又はオーバーフローパイプ（ｏｖｅｒｆ
ｌｏｗ）で実施され得る。
て採取された試料を分析することにより、培養基の発酵
方法及び条件に注意深く従うことができる０発酵の生産
段階では、生成物の連続的な除去及び培養基の連続的な
供給がスタブ４８及び／若しくは４９に接続された１つ
以上のポンプで又はオーバーフローパイプ（ｏｖｅｒｆ
ｌｏｗ）で実施され得る。
培養基の交換が必要な場合、バルブ１３（第１ａ図）を
開くことによりスタブ１１を通じて発酵液体が排出され
、リークタは詳細について前述した如く新鮮な培養基で
充填される。
開くことによりスタブ１１を通じて発酵液体が排出され
、リークタは詳細について前述した如く新鮮な培養基で
充填される。
全体の発酵サイクル終了後に、バルブ１４を開くことに
より触媒担体ゲル粒子と共に発酵液（ｆｅｒｍｅｎｔ
１ｉｑｕｏｒ）がスタブ１２を通じて排出され、次に蒸
気滅菌される。
より触媒担体ゲル粒子と共に発酵液（ｆｅｒｍｅｎｔ
１ｉｑｕｏｒ）がスタブ１２を通じて排出され、次に蒸
気滅菌される。
第２ａ図及び第２ｂ図に示す装置の実施例は、ゾルドロ
ップ生成ユニットがない点を除けば、第１ａ図〜第１ｅ
図と実質的に同一である。従って、装置の同一部分を示
すのに先に使用したものと同一の参照番号を使用する。
ップ生成ユニットがない点を除けば、第１ａ図〜第１ｅ
図と実質的に同一である。従って、装置の同一部分を示
すのに先に使用したものと同一の参照番号を使用する。
第２ａ図及び第２ｂ図に示す装置は予備成形された担体
材料上に固定された微生物での準連続発酵（ｑｕａｓｉ
−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を
実施するのに適した形態で製造される。該担体材料の密
度は流体密度より小さい。
材料上に固定された微生物での準連続発酵（ｑｕａｓｉ
−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を
実施するのに適した形態で製造される。該担体材料の密
度は流体密度より小さい。
この処理の特徴は、該処理が嫌気性であるか又は僅かな
空気のみを必要とし、同時に副産物としての気体（例え
ば二酸化炭素）が例えば丈工立旦ヨヨ２ （Ｓａｃｃｈ
ａｒｏｍ ｃｅｓ）細胞でのエタノール発酵のような発
酵を阻害し、従って（例えば窒素のような〉不活性ガス
又は不活性ガスと空気との混合物が液相から００２を移
動させるために使用されることである。この処理の他の
特徴は、生成物が更に発酵阻害効果を有し、従って流体
のパックミクシングを少なくするために幾っがの装置が
カスケード配置で作動させられることである。
空気のみを必要とし、同時に副産物としての気体（例え
ば二酸化炭素）が例えば丈工立旦ヨヨ２ （Ｓａｃｃｈ
ａｒｏｍ ｃｅｓ）細胞でのエタノール発酵のような発
酵を阻害し、従って（例えば窒素のような〉不活性ガス
又は不活性ガスと空気との混合物が液相から００２を移
動させるために使用されることである。この処理の他の
特徴は、生成物が更に発酵阻害効果を有し、従って流体
のパックミクシングを少なくするために幾っがの装置が
カスケード配置で作動させられることである。
前述した如く、第２ａ図に示す装置の流体導入ユニット
■は、該装置が狭小サーモスクッテイングスペース５１
ａを包囲するサーモスクッテイング被覆体５１を備えて
いる点で第１ａ図に示すユニットとは異なる。カバーを
通じてチャンバ１８内に充填するためのスタブ５２はゾ
ルドロップ生成ユニットではなく相分離ユニット■に接
続され、そこでレベルを調整して充填が行われる。カス
ケードエレメントはこのようなパイプ及びバルブ装置に
接続され得、それにより該エレメントの配列は作動中に
変動し得る。カスケードリークタ（カスケードライン）
の部材（リークタ）Ｋｌ〜に、はパイプｅｏ、ａｔに接
続されている。
■は、該装置が狭小サーモスクッテイングスペース５１
ａを包囲するサーモスクッテイング被覆体５１を備えて
いる点で第１ａ図に示すユニットとは異なる。カバーを
通じてチャンバ１８内に充填するためのスタブ５２はゾ
ルドロップ生成ユニットではなく相分離ユニット■に接
続され、そこでレベルを調整して充填が行われる。カス
ケードエレメントはこのようなパイプ及びバルブ装置に
接続され得、それにより該エレメントの配列は作動中に
変動し得る。カスケードリークタ（カスケードライン）
の部材（リークタ）Ｋｌ〜に、はパイプｅｏ、ａｔに接
続されている。
第２ａ図及び第２ｂ図に示す装置の機能は以下の通りで
ある。
ある。
カスケードライン（第２ｂ図）の部材に１〜に３はポン
プ５７〜５９を使用して培養基で充填される０次に、バ
ルブ４７ｂが閉鎖され且つカスケードラインのリークタ
が一般に知られている発酵体（ｆｅｒｍｅｎｔｅｒｓ）
の滅菌方法で滅菌される。滅菌が終了するとり−フタは
冷却され、次に発酵温度が調節され、固定されたＬ工文
旦主よ１細胞を含む生触媒粒子が充填スタブ５２を通じ
て滅菌された培養基に供給され、該培養基のレベルがド
ラフトチューブ１７の上方フランジ（第２ａ図〉のレベ
ルに調節される。
プ５７〜５９を使用して培養基で充填される０次に、バ
ルブ４７ｂが閉鎖され且つカスケードラインのリークタ
が一般に知られている発酵体（ｆｅｒｍｅｎｔｅｒｓ）
の滅菌方法で滅菌される。滅菌が終了するとり−フタは
冷却され、次に発酵温度が調節され、固定されたＬ工文
旦主よ１細胞を含む生触媒粒子が充填スタブ５２を通じ
て滅菌された培養基に供給され、該培養基のレベルがド
ラフトチューブ１７の上方フランジ（第２ａ図〉のレベ
ルに調節される。
次の段階では、無菌不活性ガス又は不活性ガスと空気と
の混合物が、発酵中に発生されたＣＯ□を移動させ且つ
リークタスペースでの液体／固体懸濁液の自動循環を確
実に行うのに十分な流量で、ノズル４３を含むスタブ４
４を通じてカスケードリークタの部材に１〜に３内に供
給される。集中的な気体液体物の移送を行うために、液
体が循環パイプ５０内の分散エレメント４５．４６を通
じて各カスケード部材により循環ポンプ３８で循環され
る（第１ａ図〜第１ｅ図に関連する分散エレメントも参
照）。
の混合物が、発酵中に発生されたＣＯ□を移動させ且つ
リークタスペースでの液体／固体懸濁液の自動循環を確
実に行うのに十分な流量で、ノズル４３を含むスタブ４
４を通じてカスケードリークタの部材に１〜に３内に供
給される。集中的な気体液体物の移送を行うために、液
体が循環パイプ５０内の分散エレメント４５．４６を通
じて各カスケード部材により循環ポンプ３８で循環され
る（第１ａ図〜第１ｅ図に関連する分散エレメントも参
照）。
各部材（リークタ）Ｋｌ〜に、にＣ０２を含有する気体
が相分離ユニット■のチャンバ１８の液相から生じ、該
気体はスタブ５５を通じてリークタから離れる。
が相分離ユニット■のチャンバ１８の液相から生じ、該
気体はスタブ５５を通じてリークタから離れる。
液体はフィルタ２１及びスタブ２２を通じてリークタス
ペース１５から離れ（フィルタ２１は触媒粒子を保持し
ている〉、循環パイプ５０の吸入管３７を通じてポンプ
３８内を循環し、そこから圧力管３９内に入る。
ペース１５から離れ（フィルタ２１は触媒粒子を保持し
ている〉、循環パイプ５０の吸入管３７を通じてポンプ
３８内を循環し、そこから圧力管３９内に入る。
所定数の細胞に達した後、無菌培養基の連続的な充填が
ポンプ５７〜５９（第２ｂ図）で開始され、生成物が連
続的に除去される。
ポンプ５７〜５９（第２ｂ図）で開始され、生成物が連
続的に除去される。
第３ａ図及び第３ｂ図に示す本発明の装置の実施例は、
所定の酵素で促進される生化学反応を実施するのに使用
される。酵素の１つの基質は液相にあり、他の基質は気
相にある。酵素は変形に対して感受性のある低密度の小
担体粒子上で固定されている。このような反応は例えば
ポリアクリルアミドビーズポリマー上で固定されたグル
コースオキシダーゼの存在下でのグルコースのグルコン
酸への酸化である。
所定の酵素で促進される生化学反応を実施するのに使用
される。酵素の１つの基質は液相にあり、他の基質は気
相にある。酵素は変形に対して感受性のある低密度の小
担体粒子上で固定されている。このような反応は例えば
ポリアクリルアミドビーズポリマー上で固定されたグル
コースオキシダーゼの存在下でのグルコースのグルコン
酸への酸化である。
装置の主要部分は流体排出ユニット■、反応ユニット■
及び強制循環式気体分散ユニットＶである。
及び強制循環式気体分散ユニットＶである。
流体排出ユニット■は上方に広がる円錐台チャンバ６３
を有し、該チャンバから流体排出スタブ６４が外部につ
ながり、補助気体供給用スタブ６５が内部につながって
いる。触媒担体粒子を使用せずに装置から液体を除去す
るためにバルブ６６付きスタブ６７が、リークタの充填
物総てを除去するためにバルブ６８付きスタブ６９が備
わっている。チャンバ６３内につながるスタブ６４，６
７．６９のオリフィスは、チャンバの内面上に配置され
た綿布（ｓｉｅｖｅ ｃｌｏｔｈ）からなる円錐台フィ
ルタエレメントによりチャンバの内部から離隔される。
を有し、該チャンバから流体排出スタブ６４が外部につ
ながり、補助気体供給用スタブ６５が内部につながって
いる。触媒担体粒子を使用せずに装置から液体を除去す
るためにバルブ６６付きスタブ６７が、リークタの充填
物総てを除去するためにバルブ６８付きスタブ６９が備
わっている。チャンバ６３内につながるスタブ６４，６
７．６９のオリフィスは、チャンバの内面上に配置され
た綿布（ｓｉｅｖｅ ｃｌｏｔｈ）からなる円錐台フィ
ルタエレメントによりチャンバの内部から離隔される。
フィルタエレメント７０のメツシュ寸法は最小抵抗の方
向でリークタスペースに上昇するような抵抗を気相に対
して加えるように決定される。補助気体流の尋人用スタ
ブ６５はチャンバ６３の内部に達するノズル７１に接続
され、それにより安定した気体流が得られる。チャンバ
の円錐角度（ｃｏｎｅ ａＢＩｅ）は５０〜７０°が適
切であり、その平均直径Ｂａはリークタ直径Ｂ１の約３
分の１であり得、その高さはリークタの全高りの約５分
の１であり得る。
向でリークタスペースに上昇するような抵抗を気相に対
して加えるように決定される。補助気体流の尋人用スタ
ブ６５はチャンバ６３の内部に達するノズル７１に接続
され、それにより安定した気体流が得られる。チャンバ
の円錐角度（ｃｏｎｅ ａＢＩｅ）は５０〜７０°が適
切であり、その平均直径Ｂａはリークタ直径Ｂ１の約３
分の１であり得、その高さはリークタの全高りの約５分
の１であり得る。
自動循環反応装置■は、上方に拡大する円錐台状下部７
３と円筒状上部７４とを備えた流体導出装置■に接続さ
れている。下部７３はチャンバ６３の延長と考えてよい
、下部７３の高さと上部７４の高さとの比は約１＝３で
ある。リアクタ（流体導出装置■と反応装置■とを組み
込んだりアクタ〉の全高Ｅは、反応スペース７５（円筒
状上部７４）の直径Ｂ１の１．８〜２．５倍以下である
。リアクタの幾何学的垂直中心線に１内にドラフトチュ
ーブ７６が配置され、この管は３つの部分即ち小さい直
径ｅｌを有する円筒状下部７７と大きい直径ｅ３を有す
る円筒状上部と両者間で上方に拡大する円錐台状中間部
７９とがら成る。
３と円筒状上部７４とを備えた流体導出装置■に接続さ
れている。下部７３はチャンバ６３の延長と考えてよい
、下部７３の高さと上部７４の高さとの比は約１＝３で
ある。リアクタ（流体導出装置■と反応装置■とを組み
込んだりアクタ〉の全高Ｅは、反応スペース７５（円筒
状上部７４）の直径Ｂ１の１．８〜２．５倍以下である
。リアクタの幾何学的垂直中心線に１内にドラフトチュ
ーブ７６が配置され、この管は３つの部分即ち小さい直
径ｅｌを有する円筒状下部７７と大きい直径ｅ３を有す
る円筒状上部と両者間で上方に拡大する円錐台状中間部
７９とがら成る。
夫々の部分の長さは下部がら順番に符号ｃｌ、ｃ２．ｃ
３で示されている。 ｃｌ：Ｂ２：ｃ３シ３：１：３で
ｅｌ ：ｅ３伽１：４のときＢ３：Ｂ１−１：２が好ま
しい０反応スペース７５の高さＨｌはドラフトチューブ
７６の高さと同じがまたはほぼ同じであるが、ドラフト
チューブの下部円筒状部分７７の下端はチャンバ６３の
内部に達しており、チャンバに導入されたノズル７１の
頂部から約Ｂａ／３上方に離間している。流体導出装置
■及び反応装置■は、恒温スペース８０を形成する恒温
マントル８０ａによって包囲されている。
３で示されている。 ｃｌ：Ｂ２：ｃ３シ３：１：３で
ｅｌ ：ｅ３伽１：４のときＢ３：Ｂ１−１：２が好ま
しい０反応スペース７５の高さＨｌはドラフトチューブ
７６の高さと同じがまたはほぼ同じであるが、ドラフト
チューブの下部円筒状部分７７の下端はチャンバ６３の
内部に達しており、チャンバに導入されたノズル７１の
頂部から約Ｂａ／３上方に離間している。流体導出装置
■及び反応装置■は、恒温スペース８０を形成する恒温
マントル８０ａによって包囲されている。
流体充填スタップ８１は、ドラフトチューブ７６の円筒
状上部の下端からＢ３の約１／４上方でドラフトチュー
ブ７６に接線方向で接続され、タンク７２の壁（及び恒
温マントル８０ａ）の伝導作用下に維持される。スタッ
プ８１は水平で且つ円筒状上部７８の直径ｅ３の約１７
１０の直径を有するのが有利である。
状上部の下端からＢ３の約１／４上方でドラフトチュー
ブ７６に接線方向で接続され、タンク７２の壁（及び恒
温マントル８０ａ）の伝導作用下に維持される。スタッ
プ８１は水平で且つ円筒状上部７８の直径ｅ３の約１７
１０の直径を有するのが有利である。
反応スペース７５はカバー８２で閉鎖され、該カバーを
介して、気体導出スタップ８３が反応スペースから突出
し、触媒充填スタップ８４が反応スペースに突入してい
る。
介して、気体導出スタップ８３が反応スペースから突出
し、触媒充填スタップ８４が反応スペースに突入してい
る。
循環パイプ８５の一端は、流体導出装置■のスタップ６
４に接続され、その他端は反応スペースへの流体充填ス
タップ８１に接続され、該他端では、第１ｄ図及び第１
ｅ図のごとき分散用エレメント４５．４６が循環パイプ
８５に内蔵されている。循環パイプ８５は、スタップ６
４から循環ポンプ８６に延びる吸引管８７と、ポンプ８
６から流体充填スタップ８１に延びる圧力管８８とを有
する。流体の流れを加速するために圧力管は乱流手段（
ｃｏｎｆｕｓｏｒ）８９を内蔵している。また、気体流
を供給するためにノズル９１を備えたスタップ９２が配
備されている０分散用エレメント４５は乱流手段８９と
スタップ８１との間の圧力管８８の垂直部分に配置され
（第１ｄ図）、分散用エレメント４６は水平部分に組み
込まれている（第１ｅ図）、第３ｂ図に明らかに示すよ
うに分散用エレメント４６はスタップ８１に内蔵されて
いる。
４に接続され、その他端は反応スペースへの流体充填ス
タップ８１に接続され、該他端では、第１ｄ図及び第１
ｅ図のごとき分散用エレメント４５．４６が循環パイプ
８５に内蔵されている。循環パイプ８５は、スタップ６
４から循環ポンプ８６に延びる吸引管８７と、ポンプ８
６から流体充填スタップ８１に延びる圧力管８８とを有
する。流体の流れを加速するために圧力管は乱流手段（
ｃｏｎｆｕｓｏｒ）８９を内蔵している。また、気体流
を供給するためにノズル９１を備えたスタップ９２が配
備されている０分散用エレメント４５は乱流手段８９と
スタップ８１との間の圧力管８８の垂直部分に配置され
（第１ｄ図）、分散用エレメント４６は水平部分に組み
込まれている（第１ｅ図）、第３ｂ図に明らかに示すよ
うに分散用エレメント４６はスタップ８１に内蔵されて
いる。
弁９４を備えたスタップ９３はスタップ６４の手前で吸
引管８７に突入し、基質を供給するための弁９６を備え
たパイプ９５は好ましくは、流れ促進の機能を果たす乱
流手段の手前に配備されている。
引管８７に突入し、基質を供給するための弁９６を備え
たパイプ９５は好ましくは、流れ促進の機能を果たす乱
流手段の手前に配備されている。
第３ａ図及び第３ｂ図の装置は以下のごとく作動する。
グルコース基質に懸濁させるためにポリアクリルアミド
ビーズに固定した酵素を触媒充填スタップ８４を介して
化学殺菌した装置に充填する。固定酵素の充填量はりア
クタの有効容積の約３０〜４０％である。次にポンプ８
６を用いて弁９６を開きスタップ９５からグルコース基
質溶液を矢印０に従って循環パイプ８５の圧力管８８に
供給する。グルコース基質溶液はパイプ８１を介して反
応スペース７５に導入される。液体のレベルがケーシン
グパイプ７６の上縁に達するまで基質溶液の供給を続け
る。上縁に達すると弁９４を閉じる。
ビーズに固定した酵素を触媒充填スタップ８４を介して
化学殺菌した装置に充填する。固定酵素の充填量はりア
クタの有効容積の約３０〜４０％である。次にポンプ８
６を用いて弁９６を開きスタップ９５からグルコース基
質溶液を矢印０に従って循環パイプ８５の圧力管８８に
供給する。グルコース基質溶液はパイプ８１を介して反
応スペース７５に導入される。液体のレベルがケーシン
グパイプ７６の上縁に達するまで基質溶液の供給を続け
る。上縁に達すると弁９４を閉じる。
恒温スペース８０を循環する液体によって反応温度を設
定した後に、液相と触媒粒子との自動循環を誘発する補
助気流を補助導入スタップ６５とノズル７１とから供給
し始める。補助気流の容積速度は、反応に消費される酸
素を供給する気流（スタップ９２から充填）の容積速度
の約１０％に等しい０発生した気泡はノズル７１からド
ラフトチューブ７６の円筒状下部７７に入り、液相と液
相に懸濁した液体密度より低密度の生物触媒粒子とに吸
引効果を作用させる。従って、ドラフトチューブ７６の
内部上方で流体及び粒子の運動が生じ、これらはドラフ
トチューブ７６の外壁とタンク７２の側壁の内面との間
の環状スペースに再循環される。ドラフトチューブ７６
の内部では気泡の集中的な凝集が生じ、従って補助気流
は実質的に酸素ソースとしては機能せず粒子循環を調整
する機能だけを果たす。
定した後に、液相と触媒粒子との自動循環を誘発する補
助気流を補助導入スタップ６５とノズル７１とから供給
し始める。補助気流の容積速度は、反応に消費される酸
素を供給する気流（スタップ９２から充填）の容積速度
の約１０％に等しい０発生した気泡はノズル７１からド
ラフトチューブ７６の円筒状下部７７に入り、液相と液
相に懸濁した液体密度より低密度の生物触媒粒子とに吸
引効果を作用させる。従って、ドラフトチューブ７６の
内部上方で流体及び粒子の運動が生じ、これらはドラフ
トチューブ７６の外壁とタンク７２の側壁の内面との間
の環状スペースに再循環される。ドラフトチューブ７６
の内部では気泡の集中的な凝集が生じ、従って補助気流
は実質的に酸素ソースとしては機能せず粒子循環を調整
する機能だけを果たす。
このようにして液相中に必要な酸素濃度が与えられるの
で、循環パイプ８５内ではポンプ８６によ−）て強制循
環が生起される。ポンプ８６は流体導出スタップ６４か
ら液体を引き出す、この際、フィルタエレメント７０が
触媒粒子をチャンバ６３に保持する。
で、循環パイプ８５内ではポンプ８６によ−）て強制循
環が生起される。ポンプ８６は流体導出スタップ６４か
ら液体を引き出す、この際、フィルタエレメント７０が
触媒粒子をチャンバ６３に保持する。
ポンプ８６は液体を圧力管８８に導入し、スタップ９２
及びノズル９１を介して矢印りに従って供給される気流
と混合させる。圧力管８８の内部では、第１ａ図〜第１
ｅ図で説明したような分散用エレメント４５゜４６が気
相から液相に必要な酸素輸送を行なう。
及びノズル９１を介して矢印りに従って供給される気流
と混合させる。圧力管８８の内部では、第１ａ図〜第１
ｅ図で説明したような分散用エレメント４５゜４６が気
相から液相に必要な酸素輸送を行なう。
気液分散流は圧力管８８がら流体充填パイプ８１を介し
てリアクタのドラフトチューブ７６の円筒状上部７８に
導入される。液体は該部分の上縁がら触媒粒子と共に溢
流して、タンク７２の壁とドラフトチューブ７６の外面
との間を流下し、リアクタの底部に戻る。気体はスタッ
プ８３を介してリアクタがら排出される。
てリアクタのドラフトチューブ７６の円筒状上部７８に
導入される。液体は該部分の上縁がら触媒粒子と共に溢
流して、タンク７２の壁とドラフトチューブ７６の外面
との間を流下し、リアクタの底部に戻る。気体はスタッ
プ８３を介してリアクタがら排出される。
パイプ８１を介して流体を接線方向で導入することによ
って得られる利点は、ドラフトチューブ内部で螺旋通路
を移動する高酸素含量の基質溶液が触ａ粒子と長時間集
中的に接触し、これによって適切な変換が確保されるこ
とである。
って得られる利点は、ドラフトチューブ内部で螺旋通路
を移動する高酸素含量の基質溶液が触ａ粒子と長時間集
中的に接触し、これによって適切な変換が確保されるこ
とである。
リアクタを連続処理モードで使用する場合は、弁９６を
開いた位置に維持して矢印○の方向に基質；古漬を供給
し、弁９４を開いた位置に維持してスタップ９３を介し
て矢印（の方向に生成物を導出するが、または複数のり
アクタをカスケード接続する。
開いた位置に維持して矢印○の方向に基質；古漬を供給
し、弁９４を開いた位置に維持してスタップ９３を介し
て矢印（の方向に生成物を導出するが、または複数のり
アクタをカスケード接続する。
リアクタをバッチ処理モードで使用する場合は、弁６６
を開きスタップ６７を介してチ、ヤンバ６３から生成物
を取り出し、弁６８を開いてスタップ６９を介してリア
クタを完全に空にする。
を開きスタップ６７を介してチ、ヤンバ６３から生成物
を取り出し、弁６８を開いてスタップ６９を介してリア
クタを完全に空にする。
本発明の利点を以下に要約する。
本発明装置の基本的に重要な利点は、固相生物触媒を最
大限に活用することによって、固相生物触媒の存在下で
行なう比酸素消費量の大きい生物触媒処理を経済化でき
ること、同時に、気液接触の集中化及び担体粒子に固定
された生物触媒の安定な循環によって従来の方法に伴う
物質移動の難点が解決されることである。別の重要な利
点は、装置内部の反応スペースが集中的気液接触スペー
スから分離されているので、触媒粒子に高いｂｉ械的応
力が作用せず、従って生物触媒処理中に触媒粒子が損傷
されないことである。
大限に活用することによって、固相生物触媒の存在下で
行なう比酸素消費量の大きい生物触媒処理を経済化でき
ること、同時に、気液接触の集中化及び担体粒子に固定
された生物触媒の安定な循環によって従来の方法に伴う
物質移動の難点が解決されることである。別の重要な利
点は、装置内部の反応スペースが集中的気液接触スペー
スから分離されているので、触媒粒子に高いｂｉ械的応
力が作用せず、従って生物触媒処理中に触媒粒子が損傷
されないことである。
感染に特に敏感な細胞培養物を生物触媒として使用する
場合に好ましい本発明装置の実施態様では、公知の方法
よりも強力で安全な条件下に装置自体の内部で固体生物
触媒ビーズを形成するために、細胞をその場で（ｉｎ
５ｉｔｕ）でゲルに封入することも可能である。
場合に好ましい本発明装置の実施態様では、公知の方法
よりも強力で安全な条件下に装置自体の内部で固体生物
触媒ビーズを形成するために、細胞をその場で（ｉｎ
５ｉｔｕ）でゲルに封入することも可能である。
また別の利点は、不活性ガス（または不活性ガスと空気
との混合ｅＡ）の供給及び集中的な配給によって、不活
性ガスを経済的に使用しながら発酵槽の液相から有害な
気体状副生物を除去する可能性も与えられることである
。
との混合ｅＡ）の供給及び集中的な配給によって、不活
性ガスを経済的に使用しながら発酵槽の液相から有害な
気体状副生物を除去する可能性も与えられることである
。
最後の重要な利点は、装置をカスケードラインの一環と
して使用する場合、生成物及び／または副生物である気
体（例えば二酸化炭素）が生物触媒処理（例えば発酵）
を妨害するような場合でも、かかる生物触媒処理を高い
効率で実施できることである。
して使用する場合、生成物及び／または副生物である気
体（例えば二酸化炭素）が生物触媒処理（例えば発酵）
を妨害するような場合でも、かかる生物触媒処理を高い
効率で実施できることである。
勿論本発明は記載の実施例に限定されない、特許請求の
範囲で規定された保護の範囲内で多くの変更が可能であ
る。
範囲で規定された保護の範囲内で多くの変更が可能であ
る。
第１ａ図は、本発明装置の軸方向垂直断面概略図、第１
ｂ図は第１ａ図の＾−Ａ線断面図、第１ｃ図は液滴形成
エレメントの軸方向垂直断面拡大図、第１ｄ図は分散用
エレメントの軸側投影図、第１ｅ図は分散用エレメント
の変形例の正面図、第２ａ図は本発明装置の変形例の軸
方向垂直断面概略図、第２ｂ図はカスケードラインに接
続された第２ａ図の装置の説明図、第３ａ図はエレメン
トの軸方向垂直断面図、第３ｂ図は第３ａ図のＦ−Ｆ線
断面図である。 １・・・・・・下部エレメント、８・・・・・・流量調
整エレメント、１１・・・・・・ドレンスタップ、１３
・・・・・・弁、１５．７５・・・・・・反応スペース
、１７．７６・・・・・・ドラフトチューブ、１８・・
・・・・相分離チャンバ、２１．７０・・・・・・フィ
ルタエレメント、２５・・・・・・液滴形成ヘッド、２
７・・・・・・タンク、２８．５５・・・・・・気体導
出スタップ、３７．８７・・・・・・吸引管、３８．８
８・・・・・・再循環ポンプ、３９．８８・・・・、・
圧力管、４４．９２・・・・・・気体導入管、４５．４
６・・・・・・気体分散用エレメント、５０．８５・・
・・・・再循環パイプ。
ｂ図は第１ａ図の＾−Ａ線断面図、第１ｃ図は液滴形成
エレメントの軸方向垂直断面拡大図、第１ｄ図は分散用
エレメントの軸側投影図、第１ｅ図は分散用エレメント
の変形例の正面図、第２ａ図は本発明装置の変形例の軸
方向垂直断面概略図、第２ｂ図はカスケードラインに接
続された第２ａ図の装置の説明図、第３ａ図はエレメン
トの軸方向垂直断面図、第３ｂ図は第３ａ図のＦ−Ｆ線
断面図である。 １・・・・・・下部エレメント、８・・・・・・流量調
整エレメント、１１・・・・・・ドレンスタップ、１３
・・・・・・弁、１５．７５・・・・・・反応スペース
、１７．７６・・・・・・ドラフトチューブ、１８・・
・・・・相分離チャンバ、２１．７０・・・・・・フィ
ルタエレメント、２５・・・・・・液滴形成ヘッド、２
７・・・・・・タンク、２８．５５・・・・・・気体導
出スタップ、３７．８７・・・・・・吸引管、３８．８
８・・・・・・再循環ポンプ、３９．８８・・・・、・
圧力管、４４．９２・・・・・・気体導入管、４５．４
６・・・・・・気体分散用エレメント、５０．８５・・
・・・・再循環パイプ。
Claims (15)
- （１）吸出し管を収容する反応空間と、触媒、培地及び
ガスを反応空間に装入する装置と、生体接触作用によっ
て得られる生成物及び生体接触工程中分離されたガスを
排出するための装置と、循環ポンプとを備えている、固
相生体触媒を用いて生体接触工程を実現する装置であっ
て、当該装置は、両端が相互の上方の点において反応空
間に通じる再循環パイプを有しており、フィルタ要素は
、出口オリフィスが反応空間から処理された培地を排出
するのに使われる前に固体触媒担体を反応空間内に保持
すべく配置され、再循環ポンプは、圧力分岐路と吸入分
岐路とに分割された再循環パイプ中に設けられ、流れ加
速要素が、処理された培地の流れ方向に関してポンプの
後方において圧力分岐路中に設けられており、流れ加速
要素の次にガス入口パイプが導かれており、更に、圧力
分岐路はガス分散要素を収容していることを特徴とする
生体接触工程を実現する装置。 - （２）前記生体接触工程を実現する装置が、相分離室を
有しており、前記相分離室は、ガス出口スタブを備えた
反応空間に連結されており、循環パイプの吸入分岐路が
前記相分離室の下部から出ており、相分離室内には吸出
し管が到達して反応空間内に位置していることを特徴と
する請求項１に記載の装置。 - （３）前記生体接触工程を実現する装置は、相似的な円
筒状の底部要素によって底部が閉鎖された円筒状の反応
空間を有しており、底部要素は、循環パイプの圧力分岐
路の流入オリフィスと接線方向に隣接する導管を備えて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 - （４）前記生体接触工程を実現する装置は、傾斜弯曲す
ると共に前部ねじ山付面として形成された底部要素の上
面を有しており、前記前部ねじ山付面は、圧力分岐路の
流入オリフィスの底部から出発して前記流入オリフィス
の頂部にまで伸長していることを特徴とする請求項３に
記載の装置。 - （５）前記生体接触工程を実現する装置は、バルブを備
えた底部要素を通って外部に導かれると共に頂部を反応
空間から分離しているフィルタ要素によって覆われてい
る排出スタブを有しており、排出スタブの内部に達する
部分を有する円錐状の流量変更要素がフィルタ要素上に
固定されており、前記部分の断面は上方に向って減少し
ていることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。 - （６）前記生体接触工程を実現する装置は、処理される
べき液体を供給するためのスタブと、生体接触工程の結
果として得られる生成物を排出するためのスタブとを有
しており、前記供給スタブは、ポンプと流れ加速要素と
の間の循環パイプの圧力分岐路に到達しており、前記排
出スタブは、循環パイプの吸入分岐路から導出されてい
ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記
載の装置。 - （７）前記生体接触工程を実現する装置は、スタブを有
しており、当該スタブは、固体生体触媒物質を反応空間
中に供給すべく、相分離室中に達していることを特徴と
する請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。 - （８）前記生体接触工程を実現する装置は、滴粒形成ヘ
ッドを有しており、前記滴粒形成ヘッドは、例えばバク
テリア中に取り込まれるゾル滴粒を生体触媒物質中に装
入すべく相分離室中に到達しており、前記滴粒形成ヘッ
ドは、ゾル物質を収容すべくタンクに連結されており、
前記タンクは混合機を収容していることを特徴とする請
求項１から６のいずれか一項に記載の装置。 - （９）前記生体接触工程を実現する装置は、バルブを有
しており、前記バルブは滴粒形成ヘッドとタンクとの間
に取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載
の装置。 - （１０）滴粒形成要素を含む滴粒形成ヘッドが相分離チ
ャンバの内部に達していることを特徴とする請求項８又
は９に記載の装置。 - （１１）ドラフト管が、より大きい直径ｅ＿３の上方円
筒形部分と該上方部分とは中間円錐形部分を介して結合
するより小さい直径ｅ＿１の円筒形部分とを有する下方
で円錐形、上方で円筒形の反応スペースに達し、該装置
が、循環パイプの吸引分岐と接続した反応スペースの円
錐形下方部分の下方への連続としての円錐形チャンバを
有し、循環パイプの圧力分岐がドラフト管の上方円筒形
部分の下方範囲に正接方向で導かれており、フィルタ要
素が、円錐形チャンバから外へ通ずる吸引分岐の開口の
前に配置されている請求項１から６のいずれか一項に記
載の装置。 - （１２）円錐形チャンバをその底で囲繞する壁を通って
導かれる軸方向ガス流れノズルが、円錐形チャンバに達
するドラフト管の下方円筒形部分の開口に方向付けられ
ていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。 - （１３）循環パイプの圧力分岐の長さが、吸引分岐の長
さの多数倍以上である請求項１から１２のいずれか一項
に記載の装置。 - （１４）収束器、拡散器及び相互接続スロットをもつガ
ス分散要素を有することを特徴とする請求項１から１３
のいずれか一項に記載の装置。 - （１５）まっすぐな棒及び囲繞するスパイラル状部分を
もつガス分散要素を有することを特徴とする請求項１か
ら１４のいずれか一項に記載の装置。
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|---|---|---|---|
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- 1990-04-02 JP JP2088101A patent/JPH0343070A/ja active Pending
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