JPH089962A - 微生物等生物細胞の培養方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価な培養液を節約したり、簡単かつ安価な
方法で微生物や生成物を回収することができ、また経済
的な観点から連続培養をしたり、スケールアップに適し
た微生物などの生物細胞の培養方法を提供する。 【構成】 駆動装置によりベルトコンベヤー様に移動可
能とされるベルト状の基材に、液体培地を供給する手段
により微生物などの生物細胞の増殖を可能にする培養液
を付着又は含浸させ、前記ベルト状の基材の駆動装置に
よるベルトコンベヤー移動の間に培養条件下で前記付着
又は含浸された培養液で該生物細胞を増殖させ、こうし
て得られた生物細胞又はその生産物をベルトコンベヤー
移動した一端で該基材とは分離して回収するかあるいは
前記基材と一緒に回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物等生物細胞の培
養方法に関し、液体培地培養と固体培地培養の両方の利
点をもつ微生物等生物細胞の培養方法及びそれに用いる
に適した培養装置に関する。特には、ベルトコンベヤー
式に一定方向に移動可能となっている基材上に液体培地
（培養液）を供給する手段を持ち、該手段により供給さ
れた同液体培地中で微生物等生物細胞を培養し、該基材
の移動方向の一端で培養され増殖された微生物等生物細
胞を回収することを特徴とする微生物の培養方法及びそ
れに用いる培養装置が提供される。

【０００２】

【従来技術及び解決すべき課題】微生物の培養方法は大
きく分けて、液体培地（培養液）を用いる方法と固体培
地を用いる方法とに分けられる。それぞれの培養方法は
互いに利点と欠点がある。液体培地（培養液）を用いる
方法には次のような利点と欠点がある。すなわち、利点
としては、 （１）高密度培養が可能 （２）工業的スケールアップが容易 （３）微生物の増殖が早い などであり、その欠点としては、 （１）スケールアップに応じて大量の液体培地を必要と
する （２）設備が大がかりになる （３）運転費用（動力、熱などのユーティリティ）がか
かる （４）培養後の微生物や生産物の回収に手間が掛かる などである。

【０００３】一方、固体培地を用いる方法ではその利点
としては、 （１）微生物や生産物の回収が比較的容易 （２）運転費用が安い などであり、その欠点としては、 （１）微生物の生育（増殖）が遅い （２）スケールアップのメリットが出にくい （３）固体培地の再生利用が難しい （４）連続培養が難しい（微生物や生産物の回収時に装
置を停止する必要がある） などである。

【０００４】この両培養方法の利点を生かし、互いの欠
点を補うことは、場合によっては非常に高価な液体培地
を節約したり、簡単且つ安価な方法で微生物や生成物を
回収するのに有用でありまた経済的な観点から連続培養
をしたり、スケールアップに適したものになると考えら
れている。しかしながら、一方は主に液体を扱うのに対
して、他方は固体を扱うというようにその物理的性状が
異なるため、両者の培養方法を取り入れた方法をこれま
で生物細胞に応用することは困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、これら液
体培地（培養液）を用いる方法と固体培地を用いる方法
とのそれぞれが有する利点を生かす道を見いだすべく鋭
意研究した結果、工業的にも十分有用で液体培地（培養
液）を用いる方法と固体培地を用いる方法との利点を兼
ね備えた微生物の培養方法並びにそれに用いる培養装置
を開発し、本発明に到達したものである。かくして、本
発明により、固体基材上に付着させた液体培地薄膜上で
又は固体基材に含浸させた液体培地中で微生物等生物細
胞を培養させる方法及びそれに用いるに適した微生物培
養装置が提供される。本発明の方法は、駆動装置により
ベルトコンベヤー様に移動可能とされるベルト状の基材
に、液体培地を供給する手段により微生物等生物細胞の
増殖を可能にする液体培地を付着又は含浸させ、該ベル
ト状の基材の駆動装置によるベルトコンベヤー移動の間
に培養条件下で該付着又は含浸された液体培地で該生物
細胞を増殖させ、こうして得られた生物細胞又はその生
産物をベルトコンベヤー移動した一端で該基材とは分離
して回収するかあるいは該基材と一緒に回収することを
特徴とする微生物等生物細胞の培養方法である。また、
駆動装置、該駆動装置によりベルトコンベヤー様に移動
可能とされるベルト状の基材、該基材に微生物等生物細
胞の増殖を可能にする液体培地を供給する手段、培養条
件制御手段、及び増殖された生物細胞又はその生産物を
回収する手段とからなることを特徴とする微生物等生物
細胞の培養装置も提供される。

【０００６】上記本発明においては、固体基材は帯状
（ベルト状）のもので、その上に直接あるいはその上に
更に別の基材、例えば第２の基材を着設することがで
き、その基材上で微生物等生物細胞は増殖せられる。液
体培地を基材中に含浸させた場合は、基材中で微生物等
生物細胞は増殖を行うことができる。特に第２基材を設
けた場合、こうした生物細胞の増殖を第２基材上あるい
はその中で行うことができる。本発明に従った固体基材
と増殖せられている微生物等生物細胞との関係を断面図
として、図１及び図２に示す。なお、図１は基材１の上
に培地４が着設され、培地４には微生物などの生物細胞
が生殖している状態を示す。図２は基材１の上に第２基
材７が着設され、さらに第２基材７の上に培地４が着設
され、培地４には微生物などの生物細胞が生殖している
状態を示す。

【０００７】固体基材の材質としては、培養する微生物
や液体培地などに悪影響を与えないものが好ましく、基
材がエンドレスベルト状の場合、合成繊維、炭素繊維、
天然繊維などの織布の上に合成樹脂をコーティングした
ものあるいはそのようなコーティング処理のされていな
いものなどを挙げることができる。また、フィルム状な
どのものであってよく、疎水性材料で形成されたりコー
ティング処理のされているものであってもよい。例え
ば、疎水性材料の固体基材としてはテトラフルオロエチ
レン樹脂製のものが挙げられる。基材は増殖した微生物
などを回収する場合の目的にあわせて選択することがで
き、増殖した微生物や生成物だけの回収を図る場合に
は、細胞との付着性のない材質のものが好ましい。培養
した微生物などを基材と共に回収する場合、基材として
はκ−カラギーナン、アルギニン、寒天、ポリアクリル
アミド、光硬化性樹脂、ウレタンプレポリマーなどを用
いることができる。この場合、第１層の基材を疎水性材
料で構成し、その上に第２の基材を例えば寒天、アルギ
ニンなどで構成することもでき、微生物などを回収する
場合に第２の基材及び微生物などの部分の両方を同時に
回収することもできる。

【０００８】液体培地は、該固体基材上に直接付着させ
られていたり、あるいは該固体基材表層部に含浸させら
れていて、微生物等生物細胞の生育増殖に適した栄養素
及び水分が含むようにされている。液体培地中には、グ
ルコース、デンプン、コーン・スティープ、ラクトー
ス、リン酸カリウム、コーン・ミール、ソイビーン・ミ
ール、シュクロースといった糖類、アミノ酸、ペプチ
ド、硫酸アンモニウムなどのアンモニア塩、尿素、アン
モニア水、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、
銅、ペプトン、酵母エキスなどの、炭素源、窒素源、無
機塩、ミネラル、ビタミン、抗生物質、緩衝剤などから
なる群から選ばれたものが含まれている。また動物細胞
を培養する場合には、生理的塩類溶液にアミノ酸、ビタ
ミン、炭化水素などを加えて作った合成培地に血清など
を混ぜたものが挙げられる。血清としては、ウシ胎児血
清、子牛血清、ウマ血清などが挙げられる。その他各種
増殖因子、ホルモンなどを加えることもできる。本発明
に従えば、該固体基材は、その両端を繋ぎ閉じた環状の
ものあるいは輪の形にされていることができる。代表的
なものとしては、エンドレスベルト状のものが挙げられ
る。

【０００９】該固体基材は直線的あるいは曲線的に一方
向に移動されて、その移動の間に微生物等生物細胞の培
養をなすことができる。これは、帯状又はベルトコンベ
ヤー状の基材が駆動装置の力により移動されていること
を意味する。該固体基材はその両端を繋ぎ閉じた環状の
ものの場合、該帯状の基材はエンドレスに一方向に移動
されて結果として回転するように移動され、その移動の
間に微生物等生物細胞の培養をなすことができる。培養
中該基材にある生物細胞に生育増殖に適した栄養素及び
水分となるようそれら栄養素及び水分を補給することが
必要な場合、次の何れかの方法あるいはそれらを組み合
わせた方法により達成することができる。例えば（ａ）
図３に概説側面図を示すごとき、帯状の基材の一部を栄
養素及び水分源に浸す方法。（ｂ）図４、図５に概説側
面図を示すごとき、帯状の基材へ液体培地（栄養液）あ
るいは水を霧状にして供給したり（噴霧したり）あるい
は液滴にして供給する方法。

【００１０】以下更に代表的な装置例の図面を参照して
本発明を説明する。図３〜６に帯状の基材へ液体培地を
供給する場合の概説側面図を、また図７〜９に微生物と
培地の回収状態を概説側面図で示すように、本発明の微
生物等生物細胞２の培養用基材１は回転可能な駆動ロー
ラー３により直線的あるいは曲線的に一方向に移動され
て、その基材１の表面あるい表面部位に液体培地４を供
給する手段に向かって移動する。培養用基材１と生物細
胞２との配置関係は図１及び図２にその断面構造を示す
ようなものである。液体培地４を供給する手段として
は、図３及び図４にそれぞれ浸漬法及び噴霧法の概説側
面図を示すような方式で行うことができる。浸漬法で
は、液体培地プール中に基材１をローラー３により順次
移動せしめて浸し、基材１の表面部位に液体培地４を付
着又は含浸させることにより液体培地供給がなされる。
移動速度をコントロールすることにより基材１に供給さ
れる液体培地４の量を調整することができる。

【００１１】噴霧又は滴下法では液体培地４の噴霧量又
は滴下量はノズルの口径を調節したり、液体培地の噴出
量、滴下量を調節したりしてコントロールすることがで
きる。この際には、液体培地の粘度によってもこれら基
材１に適用される液体培地４の供給量をコントロールす
ることができる。噴霧あるいはシャワー法では液体培地
供給管を使い液体培地供給ポンプを介して液体培地槽内
の液体培地４をノズルより噴射して基材１の表面あるい
表面部位に液体培地を付着あるいは含浸させる。こうし
て処理された基材１はさらにローラー３により直線的あ
るいは曲線的に一方向に移動される。ローラー３を駆動
するモーターはマイクロコンピューターなどにより制御
されることが好ましい。同様に液体培地供給ポンプをマ
イクロコンピューターなどにより制御して、適用する液
体培地４の供給量などをコントロールすることもでき
る。

【００１２】図５では移動している基材１の表面あるい
表面部位に液体培地４を滴下する手段により供給されて
いる。液体培地４はそれぞれ異なる成分組成を供給され
る場合、例えば図６に示されるように移動している基材
１の表面あるい表面部位にそれぞれ移動方向に関し、そ
れぞれ異なる位置で供給することができる。液体培地４
には、例えば好気性菌などでは、溶存酸素濃度を予め高
めておくなどの処置を講じておくことができる。こうし
て液体培地４を付着あるいは含浸させられた基材１には
微生物等生物細胞２が接種される。接種された微生物な
どの生物細胞２は基材１の表面あるい表面部位にある培
地の栄養を資化して増殖する。接種用微生物などの生物
細胞２は事前に通常の液体培地４で培養されたものをそ
のまま利用してもよい。微生物などの生物細胞２接種用
の培地は、液体の場合、液体培地４と同様な方法で基材
１の上に付着などさせることができる。培地が、固体の
場合粉状にして基材に適用することもできる。

【００１３】生物細胞としては、微生物、動物細胞、植
物細胞などを挙げることができ、微生物としては、例え
ば糸状菌、酵母、放線菌、納豆菌、きのこなど、さらに
は海洋性光合成細菌、などの海洋微生物や海洋微細藻
類、シアノバクテリアなどを挙げることができる。本発
明の装置は、装置全体あるいはその一部を恒温ゾーンに
入れることが好ましいが、図６のように帯状に連続して
一方向に移動する基材１の一部のみを恒温ゾーンである
炭酸ガス富化室８に入れることができる。恒温ゾーン
は、図６のように恒温室にしてよく、また例えば断熱材
からなるジャケットなどを利用して温度をコントロール
することもできる。培養用基材１はその移動の途中、恒
温室、加湿装置、加温装置、照明装置，特定のガス雰囲
気保持装置などの通気装置により任意の各種の培養条件
に曝されることが容易にできる。

【００１４】基材１上では微生物等生物細胞２は通常層
状に生育する。この層状に生育した生物細胞は剥離操作
などにより容易に回収できるのである。栄養・水分の補
給と同時に微生物や生産物を洗浄・回収することもでき
る。洗浄・回収される微生物や生産物はその全部である
こともできるし、あるいはその一部であることもでき
る。また栄養・水分の補給と同時に老廃物などの除去を
行うこともできる。上記したようにベルトコンベヤー式
に移動する基材１の特定箇所毎、つまり帯状に連なる基
材１の一部ごとに異なった培養条件を設定することがで
きる。そのような培養条件としては、温度、栄養組成、
照度、ｐＨ：湿度、空気組成などが挙げられる。図６に
帯状に連なる基材１の一部ごとに異なった培養条件を設
定する場合の一つの具体例を示す。

【００１５】微生物や生産物の回収は、基材１を含めて
行うことができる。図７にその一つの具体例を示す。こ
の場合、切断用カッター１１は、高分子材料、セラミッ
クス、焼結金属、鋼、ステンレス鋼などであることがで
きる。微生物や生産物の回収は、基材１から液体培地４
を剥がすなどして微生物や生産物のみを得るようにして
行うことができる。図８にその一つの具体例を示す。ま
た第二基材７を用いている場合には、微生物や生産物と
その第二基材７部分とをもとの基材１から剥がすなどし
て得るようにして行うことができる。図９にその一つの
具体例を示す。回収された微生物や生産物は、回収室に
集めることができる。

【００１６】本発明に従えば、照明装置９を設置するな
どして、光を必要とする培養条件にも対応できるように
することができる。こうして光を必要とする微生物、例
えば光合成細菌あるいは微細藻類などの培養にも適した
装置とすることができる。さらに本発明に従えば、炭酸
ガス富化室８を設置するなどして、高濃度の炭酸ガス条
件や嫌気条件を実現することもできる。通気用の気体と
しては、用途に応じて、空気、酸素、炭酸ガスなどを単
独もしくは任意の割合の組成に混合したガス又は不活性
ガスを混合したものが挙げられる。

【００１７】基材１がその両端を繋ぎ閉じた環状のもの
あるいは輪の形にされている場合、微生物や生産物のみ
を回収した後、再度その基材１の表面あるい表面部位に
液体培地４を供給する手段により基材１の表面あるい表
面部位に液体培地４を付着あるいは含浸させることがで
きる。この場合微生物等生物細胞がすべて剥離するわけ
でなく、その表面に一部の菌体などが残存しているた
め、培養を継続するだけで菌体が増殖し、所要の微生物
や生産物を回収できるようにすることもできる。一方、
完全に微生物等生物細胞２を剥離してしまうこともでき
る。液体培地４の付着量あるいは含浸量を、基材１の移
動速度をローラー３により調整したり、ノズルより噴射
する量を液体培地供給ポンプにより調整して、菌体など
の生成率をコントロールすることもできる。液体培地４
の供給量をコントロールすることにより、菌体量や生産
物の生成量もコントロールすることができる。

【００１８】

【実施例】次に実施例を示して、本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこの具体例により限定されるもの
でなく、その思想に従うかぎり各種の形態で実施できる
ことは理解されるべきである。

【００１９】実施例１ 基材として炭素繊維で編んだベルトの表面をテトラフル
オロエチレン樹脂でコーティングされたエンドレスベル
ト状の基材１を用意した。この基材１の表面に寒天を極
薄く噴霧してコーティングして第２基材７とする。さら
に、上記第２基材７の上に麦芽エキス２０ｇ、グルコー
ス２０ｇ、ペプトン１ｇ及び蒸留水１０００ｍｌからな
る培地（ｐＨ６．０）を噴霧する。次に濃度１０⁷ ／ｍ
ｌ程度の糸状菌の胞子を噴霧する。温度２５℃で約６日
間培養し、図９に示すようにして生育した菌体を回収し
た。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果がえら
れる。 （１）液体培地の液量が少なくてよい。 （２）微生物・生産物の回収が容易である。 （３）基材を再利用することが可能である。 （４）基材を空間にうまく配置することにより高密度培
養が可能で、スケールアップメリットが得られる。 （５）連続培養が可能である。 （６）異なった培養条件を簡単に設定することができ
る。 （７）連続培養と共に異なった培養条件を簡単に設定で
きるので、培養の段階に応じた異なった培養条件を設定
しながら連続的な培養が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の培養用基材上に微生物等生物細
胞が着設した状態の概説断面図。

【図２】本発明実施例の培養用基材（第１基材及び第２
基材）上に微生物等生物細胞が着設した状態の概説断面
図。

【図３】本発明実施例の帯状の基材へ液体培地を供給す
る場合の概説側面図。

【図４】本発明実施例の帯状の基材へ液体培地を供給す
る場合の概説側面図。

【図５】本発明実施例の帯状の基材へ液体培地を供給す
る場合の概説側面図。

【図６】本発明実施例の帯状の基材へ複数の液体培地を
供給し複数の培養条件に設定する場合の概説側面図。

【図７】微生物と培地の回収状態を示す実施例の概説側
面図。

【図８】微生物と培地の回収状態を示す実施例の概説側
面図。

【図９】本発明実施例の培養用基材から第２基材及び微
生物を共に回収する場合の概説側面図。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 微生物等生物細胞 ３ 駆動ローラー ４ 液体培地 ５ 噴霧装置 ６ 滴下装置 ７ 第２基材 ８ 炭酸ガス富化室 ９ 照明装置 １０ ヒーター １１ カッター １２ 回収容器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動装置によりベルトコンベヤー様に移
   動可能とされるベルト状の基材に、液体培地を供給する
   手段により微生物等生物細胞の増殖を可能にする液体培
   地を付着又は含浸させ、該ベルト状の基材の駆動装置に
   よるベルトコンベヤー移動の間に培養条件下前記付着又
   は含浸された液体培地で前記生物細胞を増殖させ、こう
   して得られた生物細胞又はその生産物をベルトコンベヤ
   ー移動した一端で該基材とは分離して回収するかあるい
   は該基材と一緒に回収することを特徴とする微生物等生
   物細胞の培養方法。
2. 【請求項２】 液体培地を供給する手段が、液体培地浸
   漬法、液体培地噴霧法、又は液体培地滴下法である請求
   項１記載の培養方法。
3. 【請求項３】 液体培地を供給する手段が、ベルト状の
   基材の移動方向のうちの異なる箇所で複数の同一又は異
   なる液体培地を供与できるようにされている請求項１又
   は２記載の培養方法。
4. 【請求項４】 ベルト状の基材が第１層の基材とその上
   にある第２層の基材とからなるものである請求項１〜３
   のいずれかに記載の培養方法。
5. 【請求項５】 生物細胞又はその生産物の回収の際、第
   ２層の基材と共に該生物細胞又はその生産物が回収され
   るものである請求項１〜４のいずれかに記載の培養方
   法。
6. 【請求項６】 駆動装置、該駆動装置によりベルトコン
   ベヤー様に移動可能とされるベルト状の基材、該基材に
   微生物等生物細胞の増殖を可能にする液体培地を供給す
   る手段、培養条件制御手段、及び増殖された生物細胞又
   はその生産物を回収する手段とからなることを特徴とす
   る微生物等生物細胞の培養装置。