JPH0634700B2 - 培養方法及び装置 - Google Patents

培養方法及び装置

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JPH0634700B2
JPH0634700B2 JP8797486A JP8797486A JPH0634700B2 JP H0634700 B2 JPH0634700 B2 JP H0634700B2 JP 8797486 A JP8797486 A JP 8797486A JP 8797486 A JP8797486 A JP 8797486A JP H0634700 B2 JPH0634700 B2 JP H0634700B2
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culture solution
bioreactor
culture
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tank
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正勝 藤本
健児 加藤
邦彦 東尾
聖次 野村
聖 村上
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、培養方法及び装置に係り、特に微生物あるい
は動物,植物細胞培養において代謝生産物の生産を行う
のに好適な培養方法及び装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、例えば、微生物培養工学,第121頁,第134
頁〜第136頁,共立出版(1985−11)に論じら
れているように、培地貯槽,培養槽,分離器の組み合せ
で代謝生産物を生産,分離する技術が一般的であり、培
養条件の調節は主に培養槽で行われ、代謝生産物の分離
は分離器を使用して行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、バイオテクノロジーの実用化に伴って
近年急速に発展しつつある動物,植物細胞培養による有
用代謝生産物の生産あるいは担体を使用した培養による
有用代謝生産物の生産の点については配慮されていな
い。即ち、培養槽で培養条件を調節するためには、薬液
やガスを添加すると共に強い攪拌が必要であり、このた
め、微生物あるいは細胞は物理的あるいは化学的衝撃を
受けて細胞の損傷,担体の損傷あるいは担体からの細胞
のはく離が生じ有用代謝生産物の収率が低下するといっ
た問題がある。
本発明の目的は、細胞の損傷,担体の損傷あるいは担体
からの細胞のはく離を防止することで、有用代謝生産物
の収率の低下を防止できる培養方法及び装置を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、培養方法を、培養液の培養条件を調節する
工程と、代謝生産物の生産、分離を行う工程と、前記工
程間で前記培養液を循環させる工程と、培養液の一部を
製品槽に貯留する工程とを有する方法とし、培養装置
を、培養液の培養条件を調節する培養液調整槽と、該培
養液調整槽と別設置され代謝生産物の生産を行ない、か
つ、バイオ・リアクター内の生物を保持し、培養液と分
離する分離板を設けたバイオ・リアクターと、培養条件
を調節された前記培養液を前記培養液調整槽から抜き出
して前記バイオ・リアクターに供給すると共に該バイオ
・リアクターから前記培養液を抜き出して前記培養液調
整槽に戻す培養液循環手段と、前記バイオ・リアクター
から循環する培養液の一部を抜き出し、製品槽に貯留す
る設備とを具備した装置としたことにより達成される。
〔作用〕 培養液は、培養液調整槽と、該調整槽と別設置のバイオ
・リアクターでバイオ・リアクター内の生物を保持し、
培養液と分離する分離板を設けたバイオ・リアクターと
の間を培養液循環手段により循環する。これにより、バ
イオ・リアクターで微生物あるいは細胞は分離されてバ
イオ・リアクター内にとどまり、培養液のみが循環す
る。培養液調整槽においては、温度,PH,DO,DC
O2等の循環条件が測定され培養条件は最適値に調節さ
れる。したがって、バイオ・リアクター内の微生物ある
いは細胞は物理的あるいは化学的衝撃を受けることがな
くなり、細胞の損傷,担体の損傷あるいは担体からの細
胞のはく離が防止され、かつ、循環する培養液の生産物
濃度が上昇した時点で、バイオ・リアクターから循環す
る培養液の一部を抜き出し、製品槽に貯留する設備によ
り生産物を回収することが出来るため、有用代謝生産物
の収率の低下を防止できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図で、培養,代謝生産条件を調節する培養液調整槽
10と培養,代謝生産を行うバイオ・リアクター20とは別
設置されている。培養液調整槽10は、この場合、縦形攪
拌槽である。駆動装置(図示省略)で回転駆動される攪
拌軸11が培養液調整槽10に挿設され、攪拌軸11には、攪
拌翼12が設けられている。培養液循環用の導管30の一端
は、培養液調整槽10の底部に培養液調整槽10内に連通し
て連結されている。バイオ・リアクター20は、この場
合、縦形であり、導管30の他端は、バイオ・リアクター
20の底部にバイオ・リアクター20内に連通して連結され
ている。導管30の途中には、培養液循環用のポンプ31が
設けられている。なお、導管30のバイオ・リアクター20
の入口側には、弁32が設けられている。培養液循環用の
導管33の一端は、バイオ・リアクター20の頂部にバイオ
・リアクター20内に連通して連結されている。導管33の
他端は、培養液調整槽10の頂部に培養液調整槽10内に連
通して連結されている。導管33のバイオ・リアクター20
の出口側には、弁34が設けられている。培養液調整槽10
での培養,代謝生産条件をモニターするセンサー、例え
ば、温度センサー40,PHセンサー41,DOセンサー4
2、DCOセンサー43が培養液調整槽10に装着されてい
る。該各センサー40〜43の出力はI/Oポート50を介し
てコンピュータ60に入力されるようになっている。アル
カリ供給用の導管70の一端は、アルカリポット71に連結
され、その他端は、培養液調整槽10の頂部に培養液調整
槽10内に連通して連結されている。導管70には、弁72が
設けられている。弁72は、I/Oポート50を介してコン
ピュータ60により弁開度が制御されるようになってい
る。導管80の一端は、例えば、N2ガス源(図示省略)
に連結されている。導管81の一端は、例えば、O2ガス
源(図示省略)に連結されている。導管82の一端は、例
えば、CO2ガス源(図示省略)に連結されている。導
管80〜82には、ガス流量調節計83〜85がそれぞれ設けら
れている。ガス流量調節計83〜85はI/Oポート50を介
してコンピュータ60により制御されるようになってい
る。導管80〜82の他端は、導管86の一端に連結されてい
る。導管86の他端は、培養液調整槽10の頂部に培養液調
整槽10内に連通して連結されている。導管86には、除菌
フィルター87が設けられている。培地添加用の導管90の
一端は、培地源(図示省略)に連結され、その他端は、
培養液調整槽10の頂部に培養液調整槽10内に連通して連
結されている。導管90には、弁91が設けられている。弁
91は、I/Oポート50を介してコンピュータ60により弁
開度が制御されるようになっている。また、導管90に
は、弁91の前流側で除菌フィルター92,93が設けられて
いる。バイオ・リアクター20には、代謝生産を行う微生
物,動物細胞,植物細胞あるいはそれらを付着させた担
体を分離するための分離板21が内設されている。分離板
21としては、限外過膜,精密過膜、布,セラミッ
ク多孔板,焼結金属多孔板あるいは金網等が目的に応じ
て使用される。回収用の導管100の一端は、製品槽110の
頂部に製品槽110内に連通して連結されている。導管100
の他端は分離板21の上方でバイオ・リアクター20内に連
通して連結されている。導管100には、流量調節できる
弁101が設けられ、弁101の製品槽110側には、除菌フィ
ルター102が設けられている。回収用の他の導管103の一
端は、製品槽110の頂部に製品槽110内に連通して連結さ
れている。他の導管103の他端は分離板21の下方でバイ
オ・リアクター20内に連通して連結されている。他の導
管103には、流量調節できる弁104が設けられ、弁104の
製品槽110側には、除菌フィルター105,106が設けられ
ている。この除菌フィルター105は、逆洗浄時、バイオ
・リアクター20内の微生物,動物細胞,植物細胞あるい
はそれを付着させた担体の流出を一時的に遮断する目的
で取付けられている。また、逆洗浄用の導管120の一端
は、例えば、エアー源(図示省略)に連結されている。
導管120の他端はバイオ・リアクター20の頂部にバイオ
・リアクター20内と連通して連結されている。導管120
には弁121が設けられ、弁121の前流側で除菌フィルター
122が設けられている。
第1図で、培養液調整槽10内での培養液のPH変化の累
積あるいは酸素消費速度の変動等から微生物あるいは細
胞の生理状態を推定し、N2ガス源,O2ガス源,CO2
ガス源からのガス流量調節計83〜85,除菌フィルター87
を介してのN2ガス,O2ガス,CO2ガスの導入,アル
カリポット71からの弁72を介してのアルカリの添加,培
地源からの除菌フィルター92,93,弁91を介しての培地
の添加等によって各パラメータを制御し培養液を最適条
件に保持された培養液は、ポンプ31により弁32を介し導
管30を通ってバイオ・リアクター20内に流入する。バイ
オ・リアクター20内に流入した培養液がバイオ・リアク
ター20内を上昇する間に、微生物あるいは細胞により培
養あるいは代謝生産に必要な成分が消費される。微生物
あるいは細胞により培養あるいは代謝生産に必要な成分
が消費された培養液は、バイオ・リアクター20から導管
33に抜き出され弁34を介し導管33を通って培養液調整槽
10に戻される。培養液調整槽10に戻されて培養液は上記
のようにして最適条件に保持され、再びバイオ・リアク
ター20に供給される。なお、このような循環操作により
生産された代謝生産物を含む培養液は、循環操作の途中
バイオ・リアクター20から循環する培養液の一部を弁10
1により流量調節され、上記循環量の例えば50%の量
が除菌フィルター102を介し導管100を通って製品槽110
に回収される。この回収操作の途中分離板21が目詰りを
起こす可能性がある。この時、エアー源から除菌フィル
ター122,弁121を介し導管120を通って間欠的に無菌エ
アーをバイオ・リアクター20内に流入させる。これによ
り、バイオ・リアクター20内で通常の培養液の流れ方向
とは逆の脈動流れを起こし分離板21の目詰りを防止す
る。また、上記逆洗浄時には、生産された代謝生産物
は、弁104,分離板21と同等の機能を持つが、寿命はそ
れほど長くない除菌フィルター105と、除菌フィルター1
02と同等の機能を有する除菌フィルター106を介し導管1
03を通って製品槽110に送られるため、バイオ・リアク
ター20で生産された代謝生産物は、上記回収操作と合せ
て逆洗浄時にも回収されることになる。
本実施例では、微生物あるいは細胞は分離板の機能によ
りバイオ・リアクター内にとどまるため、直接的に攪拌
を受けず、かつ、培地,アルカリ等の薬液,N2ガス,
O2ガス,CO2ガスに接触することがない。したがっ
て、微生物あるいは細胞は物理的あるいは化学的衝撃を
受けることがなく、細胞の損傷,担体の損傷あるいは担
体からの細胞のはく離を防止でき、かつ、循環する培養
液の生産物濃度が上昇した時点で循環する培養液の一部
を抜き出し、製品槽に貯留する設備により生産物を回収
することができるため、有用代謝生産物の収率の低下を
防止できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、細胞の損傷,担体の損傷あるいは担体
からの細胞のはく離を防止できるので、有用代謝生産物
の収率の低下を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施した培養装置の一例を示すシス
テム構成図である。 10……培養液調整槽、20……バイオ・リアクター、21…
…分離板、30,33……導管、31……ポンプ、32,34……
弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 聖次 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 村上 聖 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭59−98729(JP,A) 特開 昭59−146584(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バイオ・リアクターから独立して設置され
    た培養液調整槽で培養液の培養条件を調節する工程と、
    該工程で調節された培養液を前記バイオ・リアクターに
    供給して培養あるいは代謝生産を行うと共に、バイオ・
    リアクター内に設置された分離板で微生物,細胞,細胞
    を付着させた担体の少なくとも一つを分離する工程と、
    前記分離板で分離された代謝生産物を回収する工程と、
    前記培養液調整槽とバイオ・リアクター間で前記培養液
    を循環させる工程と、前記培養液調整槽内で前記バイオ
    ・リアクターから循環された培養液の状態を測定する工
    程と、該測定結果に応じて制御機構により前記培養液調
    整槽内で培養液を最適条件に調節する工程と、前記培養
    液の循環を停止し前記バイオ・リアクター内に通常の培
    養液の流れ方向とは逆の方向に間欠的に無菌エアーを流
    入させ分離板を洗浄する工程と、該洗浄時に分離板前段
    の代謝生産物を回収する工程とを有することを特徴とす
    る培養方法。
  2. 【請求項2】バイオ・リアクターから独立して設置され
    培養液が充填される培養液調整槽と、該培養液調整槽か
    ら独立して設置され培養条件を前記培養液調整槽内で調
    節された培養液が供給され培養あるいは代謝生産を行う
    バイオ・リアクターと、該バイオ・リアクター内に設置
    され微生物,細胞,細胞を付着させた担体の少なくとも
    一つを分離する分離板と、前記培養液調整槽から前記培
    養液を抜き出して前記バイオ・リアクターに供給すると
    共に、該バイオ・リアクターから前記培養液を抜き出し
    て前記培養液調整槽に循環させる培養液循環手段と、前
    記バイオ・リアクターで生産され前記分離板で分離され
    た代謝生産物を製品槽に回収する第1の回収手段と、バ
    イオ・リアクター内に通常の培養液の流れ方向とは逆方
    向に無菌エアーを流入させ分離板を洗浄する洗浄手段
    と、分離板洗浄時に分離板前段の代謝生産物を製品槽に
    回収する第2の回収手段と、前記培養液調整槽内の培養
    液を測定し該測定結果により培養液調整槽内の培養液を
    最適条件に制御する制御機構とを具備したことを特徴と
    する培養装置。
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