JPH072109B2

JPH072109B2 - 回転型反応器の気体スパージング方法及びその装置

Info

Publication number: JPH072109B2
Application number: JP1343712A
Authority: JP
Inventors: 芳彦本多; 浩青山
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH03201975A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、動物細胞、植物細胞、微生物などを固定化し
たものを培養し、有用物質を生産させるための回転型反
応器において、回転体内に効果的に気体を供給する方法
及びその装置に関するものである。

（従来の技術）従来の技術としては、複数に仕切られた回転体の各部屋
に固定化酵素を内蔵させ、この固定化酵素に対し、回転
体の中空の回転軸を通してそれの小孔から溶液を供給す
るようにした固定化酵素を内蔵する回転カラムからなる
活性反応器（特公昭56−43228号公報）が、また網製回
転ドラムを軸架している反応器本体に反応液とガスとを
導入するようにした隔室回転ドラム式バイオリアクター
（特開平１−215277号公報）が知られている。

（発明が解決しようとする課題）細胞や微生物を培養し有用物質を得るとき、細胞や微生
物への酸素供給を円滑にすることを図らなければならな
いことは常識である。

この酸素供給において、従来は培養槽内へ直接的にスパ
ージングすることによって解決する例が多かったが、培
養技術が確立し発展していく中で、気体のスパージング
技術も進歩し、培地を別途調整タンクにて養分調整する
際に、高度の酸素溶解を果たす酸素スパージングや、空
気スパージングを行なう方法や、細胞への剪断ダメージ
を考慮したスパージング方法など種々の方法が提案され
実施されている。

この従来技術においては、担体に付着する細胞や微生物
などに酸素を供給するとき、培地への酸素溶解を目的と
するものが多く、これはスパージングによる細胞等への
剪断力ダメージの防止を目的として広く用いられている
が、中には直接気体状態で接触した方が効果的な細胞や
微生物もある。しかし、まだ積極的に気体と接触を目的
としたスパージング方法については、その例が少ない。

特に回転体内に担体を充填する装置においては具体的な
例がなく、別途培地調整槽で酸素を溶解させるか、回転
体の外にあって、培養槽の中である空間を利用して培地
にスパージングする方法がとられている。

上記の従来技術として知られている前者のものにあって
は、回転体内に固定化酵素を充填し、これに溶液を供給
して反応を促進する装置に関するものだが、これには培
養に利用する考察がなく、気体スパージングについては
考慮がされておらず、また後者のものにあっては、この
点気体の供給はあるが、気体はすぐ上方に移動し、回転
体内部の細胞や微生物との接触が少なく、効果的な気体
の溶解、接触は得られないものである。

本発明は、このような点について種々実験し研究した結
果創出されたもので、反応器内の回転体に内蔵する担体
に対し、養分の均等な供給を図るとともに、チャンネリ
ング（養分が行き渡らず死滅する部分が生ずる現象）を
防いで、有効的に気体をスパージングすることを目的と
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、本発明にあっては、回転
型反応器内における回転体の各部屋、もしくは一部の部
屋に内蔵された担体に対し、気体をスパージングするこ
とによって問題点の解決を図っている。

すなわち、本発明においては、以下のような方法と装置
をとっている。

（１）上記のように担体が内蔵されている各部屋、もし
くは一部の部屋に対し、回転体の回転軸にそって溶液を
供給するとともに、それらの部屋の回転の位置によっ
て、気体をスパージングしたり、停止したりする方法、（２）回転体の回転軸を溶液の噴出管とするとともに、
回転体の仕切られた各部屋、もしくはその一部の部屋に
対する気体のスパージング手段として、各部屋、もしく
は一部の部屋の回転体と共に回転する気体導管を、中空
の回転軸の給気管より立設し、この気体導管に、スパー
ジング管を回転軸方向に連結した装置、（３）この気体導管を大径部と小径部とから構成し、大
径部に小径部への連結口を開閉する球体を組込み、この
球体の位置によって、気体をスパージング管に導いた
り、止めたりするようにした装置、（４）気体導管内に組込まれた球体は、回転体外の反応
器壁に設けた磁石の磁力によって制御される装置。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明における回転型反応器は、反応容器（ａ）とその
内部で回転する回転体（ｂ）とより構成されるものであ
る。

反応容器（ａ）は、ドラム形で胴体部（１）と両側の端
板（２）、（２′）とから構成され、この胴体部（１）
の外面には冷却水用のジャケット（３）があり、上方に
は担体を投入するための取手（４）付きの開閉蓋（５）
及びこれと並んで空気排出口（６）があり、下方には溶
液排出口（７）がある。

一方の端板（２）には、軸受部（８）の内側にボックス
（９）があり、その側面には、円弧状の磁石（10）が設
けられている。

他方の端板（２′）にも軸受のあることは勿論であるが
図示されていない。

回転体（ｂ）を構成する両側の端板（11）、（11′）に
は、外方に向う回転軸（12）、（12′）が突設してお
り、これは反応容器（ａ）の端板（２）、（２′）を貫
通していて、回転軸（12）にはプーリー（13）設けられ
ている。

回転軸（12′）は中空であって、これは端板（11′）よ
り内方に延設して、図面に示すように小孔（14）を有す
る溶液の噴出管（15）を形成している。

この噴出管（15）には、放射方向に４枚の仕切板（1
6）、（16）、（16）、（16）が突設しており、この仕
切板（16）にも透孔（16′）が穿設されている。

回転軸（12）には、給気管（17）が挿通されていて、こ
れは、端板（11）の内側において、仕切板（16）で仕切
られた各部屋（18）内に位置するように放射方向に４つ
の気体導管（19）、（19）、（19）、（19）に分岐配設
されている。

給気管（17）の外端には空気ポンプよりの空気を回転部
に伝える継手部（17′）がある。

気体導管（19）は、大径部（19′）と小径部（19″）と
から構成され、大径部（19′）には途中に網（20）が設
けられており、この網（20）と小径部（19″）への連結
口（19）との間に連結口（19）を開閉する球体（2
1）が組込まれており、さらに大径部（19′）の端部に
は、回転軸（12）、（12′）方向に周面に細孔（22′）
を有する気体スパージング管（22）が設けられており、
この気体スパージング管（22）の端部は、端板（11′）
の内面に当接支持されている。

噴射管（15）に突設されている仕切板（16）、（16）、
（16）、（16）の端辺に接するように網板（23）が捲回
されている。この網板（23）は、多数の小孔を有する打
抜き板であってもよい。

また、噴射管（15）寄りには、各仕切板（16）との間に
網板（24）、（24）、（24）、（24）が張設されてい
る。

そして、これらの噴射管（15）、仕切板（16）、気体ス
パージング管（22）、網板（23）、（24）は、両端板
（11）、（11′）の間において、緊締杆（25）をボトル
締めすることによって挟着されて、回転体（ｂ）が構成
される。

反応容器（ａ）の端板（２）に設けられているボックス
（９）上の円弧状の磁石（10）、（10）は、第５図に示
すように水平方向にハ字状にあり、気体導管（19）が給
気管（17）より上方の鉛直線上にあるときは、大径部
（19′）内の球体（21）は、自重で小径部（19″）への
連結口（19）を閉じ、気体導管（19）は回転によっ
て、連結口（19）の位置が、円弧状の磁石（10）、
（10）の位置にあるときは、磁力にて球体（21）は閉鎖
位置を保つが、連結口（19）の位置が、下方において
両磁石（10）、（10）の位置から離れて磁力の影響を受
けなくなると，球体（21）は網（20）上に落下する。

これにより、給気管（17）よりの空気は、小径部（1
9″）より大径部（19′）の網（20）を通って気体スパ
ージング管（22）により噴出する。

第５図に示すものは、１つの気体導管（19）についての
説明であるが、第４図に示すように仕切板（16）で仕切
られた４つの部屋（18）配設されている気体導管（19）
は、回転体（ｂ）の回転につれて、下方に到るにしたが
って、各部屋（18）の気体スパージング管（22）より順
次空気が噴射され、空気は上昇する。

第６図に示すものは、空気導管（19′）における大径部
と小径部との連結口の開閉をカム機構で行うようにした
ものの例である。

この例のように気体導管の開閉は、球体を利用したもの
に限られるものではない。

次に作用について説明する。

回転体（ｂ）の仕切体（16）で仕切られた各部屋（18）
の網板（23）と（24）との間には、細胞や微生物の固定
化物が充填されている。

この充填された固定化物に対して、回転中の回転軸（1
2′）より溶液を送り込み、噴出管（15）の小孔（14）
より噴出させる。この噴出溶液は、網板（24）を通るこ
とにより、拡散されて固定化物内に分散する。

一方、この溶液が供給されている固定化物に対して、そ
の溶液の均等供給を図るために、回転軸（12）内の給気
管（17）を通して空気を送って酸素を供給する。

この空気は、給気管（17）より各気体導管（19）内に導
入され、これより各部屋（18）に配設されている気体ス
パージング管（22）を通してその細孔（22′）より噴射
される。

この気体スパージング管（22）より噴射される空気は、
各部屋（18）が回転しているので、溶液の噴出と相俟っ
て、各部屋（18）内の固定化物を拡散し、溶液を均等に
供給する。

この気体スパージング管（22）よりの空気の噴射は、第
４図、第５図に示すように、各部屋（18）の気体導管
（19）が、給気管（17）に対し、鉛直線上の下方の位置
にある場合には、球体（21）が連結口（19）より離れ
て、気体スパージング管（22）より噴射するが、その他
の位置にあっては、球体（21）は、自重、あるいは磁石
（10）、（10）の磁力によって閉鎖される。

この下方よりの空気は、回転と溶液の噴出によって拡散
される固定化物中を、さらにこれを拡散して上昇する。

溶液は、各部屋（18）内で養分を固定化物に与えた後、
反応容器（ａ）の下部の溶液排出管（７）より排出さ
れ、処理された後ポンプで再び回転軸（12′）より回転
体（ｂ）内に送り込まれて循環する。

一方、固定化物を拡散し、活性化を与えた空気は、反応
容器（ａ）の上部の空気排出口（６）より外部に排出さ
れる。

なお、回転体も反応容器もその形状が円筒形の外、角筒
状であってもよい。回転体の仕切は幾つかにも仕切るこ
とができ、その仕切りは軸方向に仕切るものに、さらに
円周方向に幾つかに仕切ってもよい。

また、培地の供給排出は、中空軸によらなくても、反応
容器の外壁から供給排出を行ってもよい。軸からの供給
は効果的であるというだけである。

（発明の効果）本発明の方法と装置によれば、回転体の仕切られた各部
屋、もしくは一部の部屋の充填された固定化物に対し
て、回転体の回転軸にそって、溶液を供給するととも
に、その部屋毎に気体をスパージングするため、溶液と
拡散状態に固定化物と気体との直接接触する機会が多く
なり、効果的に気体の供給をすることができる。

回転体の回転位置によって、気体を供給したり、停止し
たりすることができるから、例えば回転体中のスパージ
ング管が上方にきたとき、スパージングを停止し、スパ
ージング管が下方にきたとき、スパージングを実施する
ことができ、気体が固定化物の溶液中を上昇する力も加
わって、溶液の拡散的な供給が可能となり、均一な供給
ができるし、気体導管に開閉弁を設けないとすると、気
体が圧力の低い方のみに流れて、スパージング効果を低
下させることになるが、開閉弁を設けることによってこ
れを防止することができる。

また、これは回転体の回転力と相俟って、固定化物同士
の付着を防止するための単なる回転による固定化物の攪
拌より、効果的攪拌を実施することができる。

さらに、回転体内の各部屋でのスパージングによる攪拌
により、チャンネリングをさらに効果的に防止すること
ができる。

また、これにより、養分の供給が均等になるとともに、
老廃物の滞流もなくなり、有用物質の生産性を高く維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置にかかるもので、第１図は一部を切
欠して断面で示した斜視図、第２図は一部を切欠して断
面で示した正面図、第３図は第２図のＸ−Ｘ線の断面
図、第４図及び第５図は気体導管の機能の説明図、第６
図は気体導管の別形態の一部を断面をもって示した斜視
図である。符号ａ……反応容器ｂ……回転体２、２′……端板６……空気排出口７……溶液排出口９……ボックス 10……磁石 11、11′……端板 12、12′……回転軸 15……噴出管 16……仕切板 17……給気管 18……仕切部屋 19……気体導管 19′……大径部 19″……小径部 19……連結口 20……網 21……球体 22……気体スパージング管 23、24……網板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応器内で固定化物を内蔵する回転体が回
転する回転型反応器において、多数の部屋に仕切られた
回転体の各部屋、もしくは一部の部屋に対し、回転体の
回転軸にそって溶液を供給するとともに、それらの部屋
の回転の位置によって気体をスパージングしたり、停止
したりすることを特徴とする回転型反応器の気体スパー
ジング方法。
【請求項２】反応器内で固定化物を内蔵する回転体が回
転する回転型反応器において、回転体の回転軸を溶液の
噴出管とするとともに回転体を多数の部屋に仕切り、そ
の各部屋、もしくは一部の部屋に回転体と共に回転する
気体導管を、中空の回転軸の給気管より立設し、この気
体導管に、スパージング管を回転軸方向に連結したこと
を特徴とする回転型反応器の気体スパージング装置。
【請求項３】中空の回転軸の給気管に立設した気体導管
は、大径部と小径部とからなり、大径部内には、小径部
への連結口を開閉する球体が組込まれており、この球体
の位置によって気体をスパージング管へ導いたり、止め
たりするように構成したことを特徴とする請求項（２）
に記載の回転型反応器の気体スパージング装置。
【請求項４】回転体内で回転する気体導管内の球体は、
その位置が回転体外の反応器壁に固定された磁石の磁力
によって制御されることを特徴とする請求項（３）に記
載の回転型反応器の気体スパージング装置。