JPH0531332A - 微生物の膜分離方法 - Google Patents
微生物の膜分離方法Info
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- JPH0531332A JPH0531332A JP21267491A JP21267491A JPH0531332A JP H0531332 A JPH0531332 A JP H0531332A JP 21267491 A JP21267491 A JP 21267491A JP 21267491 A JP21267491 A JP 21267491A JP H0531332 A JPH0531332 A JP H0531332A
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Landscapes
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- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 微生物を破壊するに至らない剪断力の範囲で
微生物濃度を高める。 【構成】 微生物懸濁液２を満たした培養槽１底部から
は循環パイプ５を導出し、ポンプ６にて微生物懸濁液２
を膜モジュール７に供給し、膜面に沿って微生物懸濁液
２を流すことで老廃物を含む液については膜を透過せし
め、老廃物が除かれた微生物懸濁液２については圧力調
製バルブを備えた循環パイプ５を介して再び培養槽１上
部に戻す。そして、微生物懸濁液２の循環流量を調整す
ることで微生物懸濁液２に作用する剪断応力を所定値以
下にする。
微生物濃度を高める。 【構成】 微生物懸濁液２を満たした培養槽１底部から
は循環パイプ５を導出し、ポンプ６にて微生物懸濁液２
を膜モジュール７に供給し、膜面に沿って微生物懸濁液
２を流すことで老廃物を含む液については膜を透過せし
め、老廃物が除かれた微生物懸濁液２については圧力調
製バルブを備えた循環パイプ５を介して再び培養槽１上
部に戻す。そして、微生物懸濁液２の循環流量を調整す
ることで微生物懸濁液２に作用する剪断応力を所定値以
下にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバイオリアクターに膜分
離装置を組込んだ場合の処理方法に関する。
離装置を組込んだ場合の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】微生物を増殖したり濃縮するバイオリア
クターとして、培養槽内の微生物を含む培養液つまり微
生物懸濁液を循環ポンプによってクロスフロー式の膜モ
ジュール内の分離膜の一次側に供給し、微生物懸濁液を
分離膜の膜面に沿って平行に流し、分離膜の二次側に微
生物の増殖に伴って生成された増殖を阻害する不要成分
を含む液を透過させ、不要成分が除かれた微生物懸濁液
を再び培養槽に戻すようにしたものが知られている。
クターとして、培養槽内の微生物を含む培養液つまり微
生物懸濁液を循環ポンプによってクロスフロー式の膜モ
ジュール内の分離膜の一次側に供給し、微生物懸濁液を
分離膜の膜面に沿って平行に流し、分離膜の二次側に微
生物の増殖に伴って生成された増殖を阻害する不要成分
を含む液を透過させ、不要成分が除かれた微生物懸濁液
を再び培養槽に戻すようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したバイオリアク
ターにおいては、常に微生物懸濁液が培養槽と膜モジュ
ールとの間を循環しているため、微生物懸濁液に絶えず
剪断応力が作用している。そして、クロスフロー式の膜
モジュールにあっては膜面に沿って微生物懸濁液が流れ
るため、この膜面での剪断応力が大きく、またポンプで
微生物懸濁液を循環させる場合にはポンプ内、バルブ或
いは配管内における剪断応力も大きい。このため、剪断
応力によって微生物が破壊され失活することがある。
ターにおいては、常に微生物懸濁液が培養槽と膜モジュ
ールとの間を循環しているため、微生物懸濁液に絶えず
剪断応力が作用している。そして、クロスフロー式の膜
モジュールにあっては膜面に沿って微生物懸濁液が流れ
るため、この膜面での剪断応力が大きく、またポンプで
微生物懸濁液を循環させる場合にはポンプ内、バルブ或
いは配管内における剪断応力も大きい。このため、剪断
応力によって微生物が破壊され失活することがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
願の第１発明は、微生物懸濁液に加えられる剪断応力を
微生物懸濁液の粘度等の流動特性から算出し、この剪断
応力が個々の微生物に応じて設定した所定値を超えない
ように循環流量を制御するようにし、また本願の第２発
明は微生物の剪断破壊量を直接測定し、この剪断破壊量
が所定値を超えないように循環流量を制御するようにし
た。
願の第１発明は、微生物懸濁液に加えられる剪断応力を
微生物懸濁液の粘度等の流動特性から算出し、この剪断
応力が個々の微生物に応じて設定した所定値を超えない
ように循環流量を制御するようにし、また本願の第２発
明は微生物の剪断破壊量を直接測定し、この剪断破壊量
が所定値を超えないように循環流量を制御するようにし
た。
【０００５】
【作用】微生物懸濁液に作用する剪断応力は例えば微生
物懸濁液の見掛けの粘度と剪断速度との積で表される。
ここで、剪断速度は循環流量に比例するため、粘度を知
ることができれば微生物懸濁液に作用する剪断応力を算
出することができ、算出した剪断応力が所定値よりも大
きければ循環流量を少なくすることで、剪断応力を所定
値以下に下げることができる。
物懸濁液の見掛けの粘度と剪断速度との積で表される。
ここで、剪断速度は循環流量に比例するため、粘度を知
ることができれば微生物懸濁液に作用する剪断応力を算
出することができ、算出した剪断応力が所定値よりも大
きければ循環流量を少なくすることで、剪断応力を所定
値以下に下げることができる。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本願の第１発明に係る膜分離
方法の実施に用いる膜処理装置の概略図であり、膜処理
装置は培養槽１内に微生物を混入した培養液すなわち微
生物懸濁液２を満たし、この微生物懸濁液２をモータ３
にて回転せしめられる攪拌機４にて攪拌するようにして
いる。
説明する。ここで、図１は本願の第１発明に係る膜分離
方法の実施に用いる膜処理装置の概略図であり、膜処理
装置は培養槽１内に微生物を混入した培養液すなわち微
生物懸濁液２を満たし、この微生物懸濁液２をモータ３
にて回転せしめられる攪拌機４にて攪拌するようにして
いる。
【０００７】また、槽１の底部からは循環パイプ５を導
出し、ポンプ６にて微生物懸濁液２を膜モジュール７に
供給し、膜面に沿って微生物懸濁液２を流すことで不要
成分を含む液については膜を透過せしめ、老廃物や溶解
成分等の不要成分が除かれた微生物懸濁液２については
圧力調製バルブを備えた循環パイプ５を介して再び培養
槽１上部に戻すようにしている。
出し、ポンプ６にて微生物懸濁液２を膜モジュール７に
供給し、膜面に沿って微生物懸濁液２を流すことで不要
成分を含む液については膜を透過せしめ、老廃物や溶解
成分等の不要成分が除かれた微生物懸濁液２については
圧力調製バルブを備えた循環パイプ５を介して再び培養
槽１上部に戻すようにしている。
【０００８】また培養槽１には微生物懸濁液２の粘度を
測定するレオメータ８を設け、このレオメータ８の測定
値を制御装置９に入力し、制御装置９では測定粘度に基
づき、ポンプ６を駆動するモータにオン・オフ信号或い
は回転数の制御信号を出力するようにしている。
測定するレオメータ８を設け、このレオメータ８の測定
値を制御装置９に入力し、制御装置９では測定粘度に基
づき、ポンプ６を駆動するモータにオン・オフ信号或い
は回転数の制御信号を出力するようにしている。
【０００９】図２は循環流量（膜面流速）を粘度に応じ
て変化せしめた本発明による実施例と一定の膜面流速と
した従来法による比較例とを菌体濃度と粘度において比
較したものである。ここで実施例及び比較例を以下に示
す。
て変化せしめた本発明による実施例と一定の膜面流速と
した従来法による比較例とを菌体濃度と粘度において比
較したものである。ここで実施例及び比較例を以下に示
す。
【００１０】（実施例）遺伝子組替え大腸菌によるβ−
ガラクトシダーゼの生産において、発酵液からβ−ガラ
クトシダーゼを抽出する前段階として大腸菌の濃縮を本
発明方法によって行なった。大腸菌はグラム陰性の微生
物であるため、発酵時に生産した物質を系内に蓄積する
性質がある。また発酵したβ−ガラクトシダーゼを精製
するには、系内にβ−ガラクトシダーゼを蓄積した大腸
菌を破壊しないよう濃縮後、破壊・精製する。大腸菌の
濃縮に用いた膜モジュールは日東電工製の精密濾過膜Ｎ
ＴＵ−２０２０とし、膜分離条件は温度２０℃、膜間差
圧１．０kg/cm2、膜面流速は２．０ｍ／ｓとした。膜分
離開始時の大腸菌の濃度は２．４ｇ／ｌであった。膜分
離開始後、濾過対象液中の大腸菌濃度の上昇とともに粘
度も上昇した。この粘度に伴う剪断応力の上昇が大腸菌
を破壊していることが透過液中のβ−ガラクトシダーゼ
濃度より推察されたので、膜面流速を循環ポンプのイン
バータ制御により低下させた。最終的に得られた大腸菌
の濃度は１２７．８ｇ／ｌとなり、その中から３６，８
００Ｕ／ｌの酵素が回収された。
ガラクトシダーゼの生産において、発酵液からβ−ガラ
クトシダーゼを抽出する前段階として大腸菌の濃縮を本
発明方法によって行なった。大腸菌はグラム陰性の微生
物であるため、発酵時に生産した物質を系内に蓄積する
性質がある。また発酵したβ−ガラクトシダーゼを精製
するには、系内にβ−ガラクトシダーゼを蓄積した大腸
菌を破壊しないよう濃縮後、破壊・精製する。大腸菌の
濃縮に用いた膜モジュールは日東電工製の精密濾過膜Ｎ
ＴＵ−２０２０とし、膜分離条件は温度２０℃、膜間差
圧１．０kg/cm2、膜面流速は２．０ｍ／ｓとした。膜分
離開始時の大腸菌の濃度は２．４ｇ／ｌであった。膜分
離開始後、濾過対象液中の大腸菌濃度の上昇とともに粘
度も上昇した。この粘度に伴う剪断応力の上昇が大腸菌
を破壊していることが透過液中のβ−ガラクトシダーゼ
濃度より推察されたので、膜面流速を循環ポンプのイン
バータ制御により低下させた。最終的に得られた大腸菌
の濃度は１２７．８ｇ／ｌとなり、その中から３６，８
００Ｕ／ｌの酵素が回収された。
【００１１】（比較例）前記実施例に用いた膜分離装置
を用い、膜面流速を制御せずに他の条件は前記実施例と
同一にして大腸菌を濃縮した。膜分離開始時の大腸菌の
濃度は２．４ｇ／ｌであった。膜分離開始後、濾過対象
液中の大腸菌濃度の上昇とともに粘度も上昇した。この
粘度に伴う剪断応力の上昇が大腸菌を破壊していること
が透過液中のβ−ガラクトシダーゼ濃度より推察された
が、膜面流速の制御は行なわなかった。最終的に得られ
た大腸菌の濃度は９６．１ｇ／ｌとなり、その中から２
３，３００Ｕ／ｌの酵素が回収された。このように実施
例に比べ収率が低下したのは、膜分離操作中に大腸菌が
剪断応力の作用により破壊され、大腸菌内在のβ−ガラ
クトシダーゼが透過液側に流出したためと考えられる。
を用い、膜面流速を制御せずに他の条件は前記実施例と
同一にして大腸菌を濃縮した。膜分離開始時の大腸菌の
濃度は２．４ｇ／ｌであった。膜分離開始後、濾過対象
液中の大腸菌濃度の上昇とともに粘度も上昇した。この
粘度に伴う剪断応力の上昇が大腸菌を破壊していること
が透過液中のβ−ガラクトシダーゼ濃度より推察された
が、膜面流速の制御は行なわなかった。最終的に得られ
た大腸菌の濃度は９６．１ｇ／ｌとなり、その中から２
３，３００Ｕ／ｌの酵素が回収された。このように実施
例に比べ収率が低下したのは、膜分離操作中に大腸菌が
剪断応力の作用により破壊され、大腸菌内在のβ−ガラ
クトシダーゼが透過液側に流出したためと考えられる。
【００１２】図３〜図５はそれぞれ酵母、大腸菌及び枯
草菌に対する剪断応力と破壊率との関係についての実験
結果を示すグラフである。これらのグラフから微生物の
剪断応力に対する耐性値は個々の微生物毎に異なり、酵
母は１．３ｋＮ／ｍ2、大腸菌は２．２ｋＮ／ｍ2、枯草
菌は３．０ｋＮ／ｍ2が剪断応力耐性値であることが判
明した。
草菌に対する剪断応力と破壊率との関係についての実験
結果を示すグラフである。これらのグラフから微生物の
剪断応力に対する耐性値は個々の微生物毎に異なり、酵
母は１．３ｋＮ／ｍ2、大腸菌は２．２ｋＮ／ｍ2、枯草
菌は３．０ｋＮ／ｍ2が剪断応力耐性値であることが判
明した。
【００１３】また、微生物の培養においては少なくとも
剪断力は破壊率が５０％以下となるものでなければなら
ない。このことを考慮すれば、酵母に加えられる剪断応
力は８，０００Ｎ／ｍ2を超えないように、大腸菌に加
えられる剪断応力は９，０００Ｎ／ｍ2を超えないよう
に、また枯草菌に加えられる剪断応力は１０，０００Ｎ
／ｍ2を超えないように循環流量（膜面流速）を制御す
べきである。
剪断力は破壊率が５０％以下となるものでなければなら
ない。このことを考慮すれば、酵母に加えられる剪断応
力は８，０００Ｎ／ｍ2を超えないように、大腸菌に加
えられる剪断応力は９，０００Ｎ／ｍ2を超えないよう
に、また枯草菌に加えられる剪断応力は１０，０００Ｎ
／ｍ2を超えないように循環流量（膜面流速）を制御す
べきである。
【００１４】図６は第２発明に係る膜分離方法の実施に
用いる装置の概略図であり、この装置にあっては前記第
１発明ではレオメータ８を用いて微生物懸濁液の粘度を
測定し、この粘度から剪断応力を算出し、剪断応力と破
壊率との関係から循環流量を制御するようにしていた
が、この第２発明にあっては酵素等を組込んだ検出器１
０で直接微生物の破壊量を測定し、この測定値を制御装
置９に入力してポンプの循環流量を制御するようにして
いる。このようにした場合、第１発明の方法よりも対応
に遅れが多少生じるが正確な制御が可能になる。
用いる装置の概略図であり、この装置にあっては前記第
１発明ではレオメータ８を用いて微生物懸濁液の粘度を
測定し、この粘度から剪断応力を算出し、剪断応力と破
壊率との関係から循環流量を制御するようにしていた
が、この第２発明にあっては酵素等を組込んだ検出器１
０で直接微生物の破壊量を測定し、この測定値を制御装
置９に入力してポンプの循環流量を制御するようにして
いる。このようにした場合、第１発明の方法よりも対応
に遅れが多少生じるが正確な制御が可能になる。
【００１５】
【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、微
生物の膜分離方法における懸濁液の循環流量を制御して
微生物に対する剪断応力が所定値を超えないようにした
ので、微生物の増殖を効果的に行なうことができ、特に
当該剪断応力を微生物懸濁液の粘度からオンラインで算
出するようにすれば、リアルタイムで制御遅れのない微
生物増殖の自動運転が可能となる。
生物の膜分離方法における懸濁液の循環流量を制御して
微生物に対する剪断応力が所定値を超えないようにした
ので、微生物の増殖を効果的に行なうことができ、特に
当該剪断応力を微生物懸濁液の粘度からオンラインで算
出するようにすれば、リアルタイムで制御遅れのない微
生物増殖の自動運転が可能となる。
【図１】本願の第１発明に係る膜分離方法の実施に用い
る膜分離装置の概略図
る膜分離装置の概略図
【図２】本発明方法と従来法によって菌株を培養した場
合の膜分離時間と膜面流速、微生物懸濁液の粘度、菌体
濃度との関係を示すグラフ
合の膜分離時間と膜面流速、微生物懸濁液の粘度、菌体
濃度との関係を示すグラフ
【図３】酵母に対する剪断応力と破壊率との関係を示す
グラフ
グラフ
【図４】大腸菌に対する剪断応力と破壊率との関係を示
すグラフ
すグラフ
【図５】枯草菌に対する剪断応力と破壊率との関係を示
すグラフ
すグラフ
【図６】本願の第２発明に係る膜分離方法の実施に用い
る膜処理装置の概略図
る膜処理装置の概略図
１…培養槽、２…微生物懸濁液、５…循環パイプ、６…
ポンプ、７…膜モジュール、８…レオメータ、９…制御
装置。
ポンプ、７…膜モジュール、８…レオメータ、９…制御
装置。
Claims (5)
- 【請求項１】 循環ポンプによって培養槽から微生物懸
濁液を取り出して膜モジュールに供給し、この膜モジュ
ールの膜面に沿って微生物懸濁液を流し、不要成分を含
む液を透過液として分離し、不要成分が除去された微生
物懸濁液を再び培養槽に戻すか回収するようにした微生
物の膜分離方法において、前記膜モジュールの膜面、循
環ポンプ内、バルブ或いは管路内において微生物懸濁液
に加えられる剪断応力を微生物懸濁液の粘度等の流動特
性から算出し、この剪断応力が所定値を超えないように
循環流量を制御するようにしたことを特徴とする微生物
の膜分離方法。 - 【請求項２】 前記微生物は酵母であり、この微生物懸
濁液に加えられる剪断応力は８，０００Ｎ／ｍ2を超え
ないように循環流量を制御するようにした請求項１に記
載の微生物の膜分離方法。 - 【請求項３】 前記微生物は大腸菌であり、この微生物
懸濁液に加えられる剪断応力は９，０００Ｎ／ｍ2を超
えないように循環流量を制御するようにした請求項１に
記載の微生物の膜分離方法。 - 【請求項４】 前記微生物は枯草菌であり、この微生物
懸濁液に加えられる剪断応力は１０，０００Ｎ／ｍ2を
超えないように循環流量を制御するようにした請求項１
に記載の微生物の膜分離方法。 - 【請求項５】 循環ポンプによって培養槽から微生物懸
濁液を取り出して膜モジュールに供給し、この膜モジュ
ールの膜面に沿って微生物懸濁液を流し、不要成分を含
む液を透過液として分離し、不要成分が除去された微生
物懸濁液を再び培養槽に戻すか回収するようにした微生
物の膜分離方法において、前記微生物の剪断破壊量を測
定し、この剪断破壊量が所定値を超えないように循環流
量を制御するようにしたことを特徴とする微生物の膜分
離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21267491A JPH0531332A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 微生物の膜分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21267491A JPH0531332A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 微生物の膜分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0531332A true JPH0531332A (ja) | 1993-02-09 |
Family
ID=16626526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21267491A Withdrawn JPH0531332A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 微生物の膜分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0531332A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6773913B2 (en) | 2001-03-06 | 2004-08-10 | Sakae Arakaki | Device and process for purifying vectors |
| JP2009045037A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Asahi Breweries Ltd | 酵母供給装置 |
| JP2011036146A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Toray Ind Inc | 連続培養による化学品の製造方法および製造装置 |
| JP2012165764A (ja) * | 2006-07-14 | 2012-09-06 | Dsm Ip Assets Bv | 細胞を培養する改善された方法 |
| JP2019122293A (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 月島機械株式会社 | 培養装置 |
-
1991
- 1991-07-30 JP JP21267491A patent/JPH0531332A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6773913B2 (en) | 2001-03-06 | 2004-08-10 | Sakae Arakaki | Device and process for purifying vectors |
| JP2012165764A (ja) * | 2006-07-14 | 2012-09-06 | Dsm Ip Assets Bv | 細胞を培養する改善された方法 |
| JP2014217395A (ja) * | 2006-07-14 | 2014-11-20 | ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． | 細胞を培養する改善された方法 |
| US9469865B2 (en) | 2006-07-14 | 2016-10-18 | Dpx Holdings B.V. | Process for the culturing of cells |
| JP2009045037A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Asahi Breweries Ltd | 酵母供給装置 |
| JP2011036146A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Toray Ind Inc | 連続培養による化学品の製造方法および製造装置 |
| JP2019122293A (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 月島機械株式会社 | 培養装置 |
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