JPH04187079A - 回転式反応装置 - 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、生物反応および／または化学反応を効率よく
生せしめる装置として利用することができる回転式反応
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

生物反応あるいは化学反応を生ぜしめる小型の装置の基
本構造は静置型、根盪型あるいは回転型の３種類が広く
用いられている。しかし、従来の装置は反応の動力学的
解析が反応槽内の低温度の基質の反応系に関して行われ
て来たことにより高濃度あるいは不溶性の基質の反応系
に対しては検討が未だ不十分である。

静置型としては三角コルベンあるいはビーカーなどに撹
拌子をいれて水平方向の回転運動により基質を撹拌し、
反応速度を高める反応系が一般的である。この系は溶媒
の極性あるいは腐食性などにかかわらず低廉な経費で反
応を行えるが、高粘度の系では撹拌子の回転速度が低下
してしまう。

また、基質の比重が溶媒より小さい場合には基質が浮遊
してしまう欠点がある。。

振盪型としては試験管あるいは三角コルベンを固定して
恒温水槽または恒温室中で反応させる振盪培養機が広く
普及している。この系は振盪培養機の水平方向の往復運
動により基質を撹拌して反応速度を高める。しかし、前
者と同様に基質の比重が溶媒と異なる場合には基質が浮
遊あるいは沈降してしまう。また、高粘度の系では均質
化が困難である。

回転型としては試験管あるいはサンプルチューブに密栓
をし、ローデークーなどで円運動などにより撹拌する方
式が普及している。この系は細胞培養など反応を穏やか
に進行させる場合に適している。しかし、前者と同様に
基質の比重が溶媒より小さい場合には基質が浮遊し、均
質化が図れない。また、密栓を施すた約、気体が発生す
る反応系には内部の圧力が上昇し反応液が漏洩する。さ
らに、装置は一般的に試料容器の保持装置と動力系統お
よびその制御部が一体的であるため装置全体を恒温室内
に設置する必要がある。しかし、恒温室は設備に高額の
費用を必要とする上、比熱の小さな空気を熱媒体として
いるため作業者の出入りなどで外気温の影響を受け、温
度が不安定になる欠点がある。

Ｅ発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、反応系の粘度、比重あるいは発生気体
などにより従来の装置の利用が困難な場合の反応を進行
せし島る反応装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の課題を解決するために開発された。以下
の特徴を有する生物反応および／または化学反応に適し
た装置である。即ち、生物あるいは化学物質の存在下で
基質に対する生物および化学反応を行わせる反応バッグ
と、反応バッグを取り付け基質の垂直方向の撹拌（上下
動）と磨砕により反応を昂進させる回転装置と、回転装
置を任意の方向および速度で回転させるための駆動装置
と、反応槽内の液温を一定に保つ恒温装置と、駆動装置
および恒温装置を制御する制御装置からなる回転式反応
装置である。

また、反応バッグは、チャック付プラスチック袋と、そ
の内部の撹拌・磨砕用粒子からなることを特徴とし、前
記回転装置は、アクリル樹脂製の円筒と、その裏面に反
応バッグをスプリングで押し付ける反応バッグ取り付け
棒と、駆動装置の回転運動を円筒に伝達する回転軸から
なることを特徴とする。

更に、前記駆動装置は、駆動用モーターと、その動力を
回転装置に伝達するための機構からなり、前記恒温装置
は、恒温水槽と循環ポンプから構成され、その制御装置
は、駆動装置の運動を制御するコンピューターおよびイ
ンターフェースと、回転装置を設置した反応槽内の液温
を制御する温度制御装置からなる。

本発明が具備する機構により実現が可能な反応系は生物
および／または化学反応系一般にわたる。

これらの反応において特に本発明で効果が明らかになっ
た反応は以下のとおりである。

（１）浮遊あるいは沈降する基質を溶媒あるいは培地中
に分散できる。

（２）粘度の高い条件下における反応の進行を維持でき
る。

（３）反応バッグ内に気体を密封出来るため、生物反応
系において好気的あるいは嫌気的反応のいずれをも選択
できる。

（４）基質の撹拌条件をコンピューターで制御できるた
め、その条件を穏やかな撹拌が必要な細胞培養から激し
い撹拌が必要なスラリー状の反応まで任意に再現性よく
設定できる。

（５）基質が疎剛な場合には、撹拌・磨砕用粒子により
物理的な磨砕を生せしめることが可能なため、試料を予
め微粉末に調製する必要が無い。

〔作　用〕

本発明の反応装置において、反応バッグ内の基質に対す
る生物あるいは化学物質を導入し、そして撹拌・磨砕用
粒子を投入した後、調製した気体を封入し、次いで密封
後回転装置に装着し、正・逆側方向に回転させながら生
物反応および／または化学反応を行わせる。

反応バッグは市販のチャック付プラスチック袋の開口部
をさらにポリシーラーて熱溶着して密封する。このた約
反応生成物あるいは培地の漏洩は皆無である。また、気
体が発生する場合には袋が膨張し、急激な内圧の上昇を
回避することが可能である。

本発明の回転装置は回転軸を中心として反応バッグを回
転させる。回転中に反応バッグは倒立するたｔ基質を含
む液相と気相が周期的に反転する。

このため比重の大小に関係なく基質は培地中によく分散
させられる。また、スラリー状の培地に対しては比重の
大きなセラミック製あるいは金属製の撹拌・磨砕用粒子
を用いると内部の撹拌が効率よく行われる。反応バッグ
内では溶媒による基質の膨潤効果と撹拌・磨砕用粒子の
磨砕効果が相俟って疎剛な基質も反応を受けやすくなる
。

駆動装置の運動を制御する制御装置は、コンピューター
の数値制御により緩慢な回転から高速回転まで任意に変
えることが可能である。本装置は特に低速回転条件下に
おいて微生物の生理活性を損なうことなく生物および化
学反応を昂進させることに好適である。

〔実施例〕

以下、本発明の特定の実施例を、その一実施態様を示す
図面に基づきより具体的に説明する。

第１図は、生物反応および／または化学反応に適用した
回転式反応装置を示す断面図である。

回転式反応装置１は、反応バッグ３を反応バッグ取り付
け棒６で円筒７に保持する回転装置を設置した培養槽２
と、駆動用モーター９からなる駆動装置と、恒温水槽１
０および循環ポンプ１１からなる恒温装置と、コンピュ
ーター１３及びその制御盤１２からなる制御装置とによ
って構成される。

反応バッグ３は、プラスチック袋の内部にガラスピーズ
、セラミックビーズあるいはステンレスポール製の撹拌
・磨砕用粒子４が封入されている。

生物反応および／または化学反応については反応バッグ
３のチャックを開けてイノキニラムあるいは反応基質と
培地量たは溶媒を投入する。調製した気体を通気後チャ
ックを閉じ、さらにその上部の開口部を熱溶着して密封
する。その後、密封した反応バッグ３を回転装置に装着
しコンピュータ１３を操作してそのプログラムにより駆
動用モーター９を回転させる。回転装置５は反応バッグ
３を正逆の両方向に周期的に回転させるがその過程で反
応バッグ３が倒立して撹拌・磨砕用粒子４が下部に落下
すると共に、液相と気相の位置が逆転し効率的に垂直方
向の撹拌と磨砕が起こり反応が昂進する。

培養槽２の液温は検出器のサーミスターの抵抗変化を制
御盤内の温度コントローラーで感知する。

水槽の加温はソリッドステートリレーを作動させて恒温
水素内１０のヒーターで行う。

第１図の回転式反応装置を用いて微生物の培養試験を行
いその性能評価を行った結果は以下のとおりである。

第１図の装置において、乾草（オーチャード−番車）６
００ｇ／日と濃厚飼料（新・乳牛１７号二日本配合飼料
）３００　ｇ　／日を１０：００と２２：００の１日２
回に分けて給与している成緬羊（コリゾール種♂、体重
約４０ｋｇ）より、飼料給与８時間後にルーメンフィス
テルより採取したルーメン内容物の２重ガ−ゼ搾汁をイ
ノキニラムとして用いて生物反応試験を行なった。

金属微粒子として、０〜４μの鉄粉を５０■ずつ、反応
バッグとして用いたポリエチレン製ビニール袋（８５Ｘ
６０ｍｍ）に入れたもの、および微粒子を入れないもの
を各々３袋ずつ用意した。

それぞれのビニール袋にルーメン搾汁１０ｃｃとガラス
ピーズ（粒径４．７〜５．６　ｍｍ）　２０個を入れ、
ＣＤ２を充填した。次に、富士ポリシーラーを用いてビ
ニール袋にシールを行ない、３９℃に保温された培養槽
内の回転装置にセットし、円筒を回転（正方向ｌｒｐｍ
で１．５回転、逆方向にｌｒｐ＋ｎで１回転を交互に繰
り返す）させ、生物反応試験を開始した。

試験開始時、０．５，１．２・４・８．１２・１６およ
び２４時間後に、それぞれ微粒子育、無の各１袋からサ
ンプリングし、再びＣＯ２を通気し、次いで密閉後試験
を行なった。

試験期間中の反応バッグ内のプロトシア数の変化を第２
図に、ｐＨの変化を第３図に、揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）
濃度の変化を第４図に示す。

以上の結果より、回転式生物反応装置はルーメンと同様
の生物反応が行なわれることがわかる。

なお、微粒子として鉄粉の代わりに酸化鉄（マグネタイ
ト）（平均粒径１ｐ、飽和磁化９Ｑｅｍｕ／　ｇ　）を
使用した場合でも、同様の生物反応が示された。

次に本発明で開発した回転式反応装置における比重の重
い基質に対する撹拌装置については以下の実験を行って
評価を行った。実験は前述の培養実験と同様の系で行い
、酸化鉄（マグネタイト）を加えて嫌気性条件下で生育
する綿羊の反別胃内微生物を培養した。その結果、マグ
ネタイトは反応バッグの回転運動で分散し原生動物によ
く取り込まれた。培養終了後、培養液をスライドグラス
に移しスライドグラスの裏側に希土類磁石を置いて生理
食塩水で培養液を洗浄すると、マグネタイトを摂食した
多数の原生動物が磁力によりスライドグラス上に保持さ
れた。しかし、通常の振盪培養では、同様の操作でスラ
イド上に保持される原生動物が殆ど認められなかった。

したがって、振盪培養では比重の重いマグネタイトは沈
降したまま反応バッグ中に殆ど分散せず、原生動物は摂
食出来なかったものと考えられる。

以上の例は微生物と基質の生物反応に関するものである
が、発明の装置は他の一般的な生物反応および／または
化学反応すなわち発酵、汚水処理あるいは有機および無
機の化学反応などにも応用が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、反応バッグの回転運動および内部の撹
拌・磨砕用粒子の効果で、浮遊あるいは沈降する基質を
培地中に分散できる回転式反応装置が提供される。基質
が練剤な場合には、物理的な磨砕を生せしめることが可
能となり、微粉末の基質でなくとも生物反応あるいは化
学反応に供することができるようになった。

また、反応バッグ内に気体を密封出来るため、生物反応
系において好気的あるいは嫌気的反応のいずれをも選択
できるようになり、実施例で述べたような綿羊の反別胃
内の偏性嫌気性の微生物の培養も容易に行うことが可能
になった。

さらに、本装置は培地の撹拌条件をコンピューターで制
御するため穏やかな撹拌が可能になり強固な細胞壁を持
たない原生動物の維持に効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の回転式反応装置を示す。第２図は生物
反応試験期間中における反応バッグ式反応槽内のプロト
シア数の変化を示し、第３図はそのｐＨの変化を示し、
そして第４図は揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）濃度の変化を示
す。 第１図中の符号は、それぞれ次の意味を有する。 ２・・・培養槽、　　　　　３・・・反応バッグ、４・
・・撹拌・磨砕用粒子、５・・・回転装置、６・・・反
応バッグ取り付け棒、 ７・・・円筒、　　　　　　８・・・回転軸、９・・・
駆動用モーター、　１０・・・恒温水槽、１１・・・循
環ポンプ、　　　１２・・・制御盤、１３・・・コンピ
ューター。 第１　図 培養時間（時間） 口　対照＋Ｆｅ 培養時間（時間） 口　対照十Ｆｅ 襄　３田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、生物あるいは化学物質の存在下で基質に対する生物
   反応および／または化学反応を行わせる反応バッグと、
   反応バッグを取り付け基質の撹拌と磨砕により反応を昂
   進させる回転装置と、回転装置を任意の方向および速度
   で回転させるための駆動装置と、反応槽内の液温を一定
   に保つ恒温装置と、駆動装置および恒温装置を制御する
   制御装置からなる回転式反応装置。 ２、反応バッグが、チャック付プラスチック袋と、その
   内部の撹拌・磨砕用粒子からなる請求項１記載の回転式
   反応装置。 ３、回転装置が、アクリル樹脂製の円筒と、その裏面に
   反応バッグをスプリングで押し付ける反応バッグ取り付
   け棒と、駆動装置の回転運動を円筒に伝達する回転軸か
   らなる請求項１または２記載の回転式反応装置。 ４、駆動装置が、駆動用モーターと、その動力を回転装
   置に伝達するための機構からなる請求項１、２または３
   記載の回転式反応装置。 ５、恒温装置が、恒温水槽と循環ポンプからなる１、２
   、３または４記載の回転式反応装置。 ６、制御装置が、駆動装置の運動を制御するコンピュー
   ターおよびインターフェースと、回転装置を設置した反
   応槽内の液温を制御する温度制御装置からなる請求項１
   、２、３、４または５記載の回転式反応装置。