JPS62160103A

JPS62160103A - 濾過分離装置

Info

Publication number: JPS62160103A
Application number: JP61003095A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Suzuki; 鈴木　龍夫; Keinosuke Isono; 啓之介磯野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1987-07-16

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］本発明は濾過分離装置に関する。さらに詳しくは各種高
分子量物質を溶質とし、微生物、細胞、その他の微粒子
を含む懸濁液よりこれらの懸濁成分の分離をゼ・嬰とす
る食品、医薬品工業を始めとする各種産業分野で用いら
れる濾過分離装置に関する。

［従来の技術］食品、医薬品工業等に於いては発酵槽や培養槽等の反応
槽の中で生産された低分子量物質と、微生物や培養細胞
、未反応固形物や異物といった有形成分との分離が行わ
れている。逆に生産物としての微生物、細胞を得る場合
にも培地との分離、成育を阻害する老排物除去の目的で
分離が行われている。このような懸濁液すなわち分子量
１０００〜２１１０００１１０の高分子量物質を溶質と
して含み、さらに　１〜ｌ　００１μｍの大きさの粒子
を含む懸濁液よりの各粒子成分の分離方法としては、遠
心分離、深層濾過、精密濾過、限外濾過法等が主として
用いられている４深層濾過法はアスベストや濾紙、ガラス繊維等から作ら
れる、繊維状シートあるいはマットを厚みを持たせた濾
材とし、懸濁液中の懸濁成分を濾材内に捕捉することに
よって分離を行う７精密濾過法、限外濾過法は主として
膜表面で除去が行われる表層濾過法であり、深層濾過法
に比べてより正確な分離ができる。

［発明が解決しようとする問題点］遠心分離法は、このような懸濁液の清澄化にはよく用い
られる方法であるか、大量処理には機器が大がかりにな
ること、連続処理システムへの組込みがやっかいであり
、分離中に汚染を受けやすいといった間圧があった。

また、濾材を用いた深層濾過法、精密濾過法、限外濾過
法の場合、懸濁液中の懸濁液成分による濾過ル９面の目
づまりがすぐにおこりやすく、長時間濾過を行うときに
は、逆洗性等の洗浄を行い目つまりを解消するという工
程を要したので、連続的に使用できなかった２特に、発
酵槽や培養槽等の反応槽の中の生産物や基質の濃度変化
のモニターを行う場合、精密濾過等によって生産物や基
質を濾過ｉ−で行っているか、垂直濾過法ではすぐに目
づまりを起こし連続的に長時間使用することができなか
った。また、従来のクロスフロー濾過法では、目つまり
は起こりにくいか、ポンプや循環回路等の破損による発
酵槽や培養槽等の反応槽の内部を汚染する危険性が大き
かった、［問題を解決するための手段１本発明の濾過分離装置は、物質を分層する濾材を有する
濾過分離装置であって、原液側の該濾材の近傍に回転子
を有し、該濾材を介して濾液側に回転子を作動させる回
転子作動体を有し、少なくとも原液を濾過するときに、
回転子作動体により回転子を作動させることにより膜の
目づまりを減少させ、原液側への汚染の危険性を小さく
し、上記問題点を解決した６［作用］高分子量物質を溶質として含む懸濁液の濾過分離を行う
には、濾過面に垂直に濾過を行う全濾過法では懸濁粒子
による濾過面の目づまりが急速に生じるので、Ｓ沿面に
平行に懸？Ｔｉ液の流れを形成しつつ濾過を行うクロス
フロー濾過法が有効であるーこれは濾過面にそって流れ
を形成することにより、懸濁粒子の堆積を軽減する効果
かあられれる為で、濾過面に対する流速が速いほど即ち
壁剪断速度が大きいほどこの効果が高い。

そこで、濾過面の近傍において回転子を回転させること
により、濾過面に対して乱流を起こし、壁剪断速度を大
きくし、濾材の目づまりが起こりにくくすることかでき
る６回転子を濾材を介して回転子作動体で回転させる方
法としては、種々の方法が考えられるが、回転子及び回
転子作動体を磁石で作製し回転子作動体をモーターで回
転させることにより、回転子を回転させることが好まし
い。

このように、濾過面の近傍において回転子を回転させる
ことにより、濾過面に対して乱流を起こし、壁剪断速度
を大きくし、濾材の目づまりが起こりにくくする方法は
、従来のクロスフロー濾過法のよに循環回路を必要とし
ないので、発酵槽や培養槽等の反応槽の内部に対する汚
染の危険性は、垂直濾過法と同様に非常に少ない６濾過される各種の懸濁液は種々の性状を有しており、よ
り効果的な濾過を行うには壁剪断速度を適切に設定する
ことが望ましい。壁剪断速度の設定範囲としては、１１
１０〜１００００　／　ｓｅｅであることが好ましい、
すなわち、壁剪断速度が１００以下であると粒子の付着
防止効果が得られず、ｔｏｏｏｏ以上では懸濁液に細胞
成分が含まれる場合、この破壊か生ｊ″−る可能性があ
り好ましくない７さらに、上記の効果をより有効ならし
めるためには、濾材は、平均孔径か０．１１１１５〜＋
５　ｔｔｍのｉ８ｔ　Ｉｔ（Ｈ＄孔質膜であることが好
ましい。平均孔径がｎ　、　００５μｍ以下であると？
１．１過速度が低下して実用的でなく、また１５μｍ以
上になると粒子の除去精度が悪くなる、なおここでの孔
径はｆ、’ｌ径が均一なポリスチレンラテックスビーズ
（ダウケミカル社″ユニフォームラテックスパーティク
ルズ°′）の捕捉効率より求めたものである、即ち、固
形分濃度０．１ｗｔ％に希釈した液を　１００１　　通
過させ、次式より捕捉効率を求める６捕捉効率（％）：（Ｃｆ−Ｃｐ）／ＣｆＸｌ００Ｃｆ：
原ン夜のラテ・ンクスン虚度Ｃｐ　：　ｍ液のラテックス濃度粒径の小さい物よりこの捕捉効率を求めていき、この値
が１００％になった時の粒径をもって孔径とする６　又
空孔率は、以下の式によって求めた。

空孔率（％）＝空孔容Ｐａ／多孔体容積×１００多孔質
管状体の素材としては、フッソ系、オレフィン系を始め
とする有機高分子材料や、酸化アルミニウム、窒化ケイ
素等のセラミック、ステンレス等の金属といった無Ｉｔ
％質材料、あるいは両者の混合材料からなる多孔質体で
あればどのようなものでも良い。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが
、実施例は本発明を限定するものではない。

［実施例］第１図は、本発明の第一実施例を示す。培養槽Ｉ＋の壁
の一部に、セラミック製の膜１２と膜支持体１３によっ
て−ａｉｌ室１４を構成するように取り付けられている
。培養槽は加熱滅菌されるので、それに対する耐熱性を
有するセラミック製の膜を用いることが好ましい６さら
に、膜１２を介して濾液室１４と反対側に、磁石製の回
転子１５が回転子支持体１６によって、回転可能なよう
に取り付けられている。

回転支持体１６の構造は、アングル構造体、網状構造体
、パンチメタル構造体及びこれらの組合せ構造体等が考
えられるが、好まＬ　＜は、網状構造体が良い、すなわ
ち、培養槽内は常に攪拌されており、回転子１５によっ
て起こす膜表面での乱流を阻害することがあるので、膜
１２の近傍を網状構造体の回転子支持体で覆うことによ
り、この影響を少なくすることができるからである。濾
液室１４には、濾液採取口１７が取り付けられており、
濾液採取口１７はポンプ１８に連結されている。磁石に
よって作製されている回転子作動体１９は、セラミック
製の膜１２と濾液室１４を介して回転子１５に対向する
ように設置しである、また、回転子作動体１９は、モー
ター２０によって回転される。

また、培養槽１１．膜支持体１３、回転子支持体１６は
、回転子作動体１９で回転子１５を回転さするために、
非磁性体であるステンレス鋼、アルミ、合成樹脂等で作
製することか好ましい。

培養槽１１の中の生産物や基質の濃度変化等を測定する
ときは、回転子作動体１９を回転させることにより回転
子１５を回転させて膜１２の表面で乱流を起こし壁剪断
速度を大きくする、このとき、ポンプ１８も同時に作動
させ、濾渣室１４の内部を１圧にしてＩＩｕ１２を介し
て培養槽ｌｌ内の液を濾過することにより測定サンプル
を採取する。この方法によると、？１１過時には常に膜
１２の表面での剪断速度が大きいので目づまりか起こり
にくく長時間の連続使用か可能となる、７Ａ２図は、本発明の第二実施例を示ず一培養槽２１の
壁の一部を凹状にし、その部分に筒状のセラミック製の
膜２２と回転子支持体２６によって濾液室２４を構成す
るように取り付けられている。さらに、膜２２と回転子
支持体２６を介して濾液室２４の外側に、磁石性の回転
子２５が回転子支持体２６に回転可能なように取り付け
られている。濾液室２４には、濾液採取口２７が取り付
けられており、濾液採取口２７はポンプ２８に連結され
ている。磁石によって作製されている回転子作動体２９
は、筒状のセラミック製の膜２２とＭＬ　ｉｒｆ室２４
を介して回転子２５に対向するように設置しである８ま
な、回転子作動体２９はモーター３０によって回転され
る。培養槽２１の中の生産物や基質の濃度変化等を測定
するときは、第一実施例と同様にして膜２２を介して培
養槽２１内の液を濾過することにより測定サンプルを採
取する。この場合も、第一実施例と同様に回転子２５に
よる乱流効果で、膜２２の表面において壁剪断速度を大
きくすることができるので、１模の目づまりが起こりに
くく長時間の連続使用が可能となる。

第３図は、本発明の第三実施例を示す。培養槽３１の壁
の一部にセラミック製の膜３２と膜支持体３３によって
ａｆｌ、室３４を構成するように取り付けられている。

さらに、膜３２を介して濾液室３４と反対側に磁石製の
回転子３５か回転子支持体３６に回転可能なように取り
付けられている。濾液室３４には、培養槽３１の壁を通
して磁石製の回転子作動体３９が設置されており、回転
子作動体３９は、モーター４０により、て回転される。

培養槽３１の壁と回転子作動体３９は、メカニカルシー
ルされているので、濾液室３４から濾液か漏出すること
はない。濾液室３４には濾液採取口３７が取り付けられ
ており、濾液採取口３７はポンプ３８に連結されている
。培養槽３１の中の生産物や基質の濃度変化等を測定す
るときは、第一実施例と同じように回転子３５による乱
流効果で膜３２の表面において壁剪断速度を大きくする
ことかて゛きるので、１漠の目づまりが起こりに＜＜、
長時間の連続使用が可能となる。

第４図は、本発明の第四実施例を示す。培養槽のサンプ
ル採取口４１に本発明の濾過分離装置のカートリッジを
設置したところを示す。濾過分離装置のカートリ・ソジ
は、膜４２、膜支持体４３、回転子４５、回転子支持体
４６、濾液採収口４７、回転子作動体４９、モーター５
０．０リング５１で構成されている。

膜４２はセラミック製であり、膜４２と膜支持体４３に
よって濾液室４４を構成している。さらに、膜４２を介
して濾液室４４と反対側に、磁石製の回転子４５が回転
子支持体４６によって、回転可能なように取り付けられ
ている、濾液室４４には、濾液採取口４７が取り１寸け
られている、磁石によって作製されている回転子作動体
４つは、セラミック製の膜４２と１液室４４を介して回
転子４５に対向するように設置しである、また、回転子
作動体４９は、モーター５０によって回転される２この
ようにｆｆ４ｆｆｌされている濾過分離装置のカーｌ−
リッジと培養槽のサンプル採取口４１は、Ｏリング５Ｉ
によって液密に嵌合されている６培養槽の中の生産物や
基質の濃度変化等を測定するときは、第一実施例と同様
にして膜４２を介して培養槽内の液を濾過することによ
り測定サンプルを採取オる８この場合も、第一実施例と
同様に回転子４５による乱流効果で、膜４２の表面にお
いて壁剪断速度を大きくすることができるので、膜の目
づまりが起こりにくく長時間の連続使用が可能となる。

さらに、濾過分離装置はカートす・ソジであるので、培
養槽から容易に取り外すことができるので膜４２の取り
替えを容易に行うことかできる、実験例平均孔径０．４５μｍ、直径８０ｍ＋ｎ、厚さ２開のセ
ラミック製の平板膜を用いて第一実施例に示した構造の
濾過分離装置を作製し、培養槽に投首した。

この濾過装置を用いて濾過実験を行った６培養槽１１内
のＬＭ　ｉ’ａ　ン夜として、りｌレコース２０Ｂ、ペ
フ゛トン２（Ｉｇｒ、酵母エキスｌ　（Ｉ　ｇ　ｒを水
１リットｌしにン容かした培地に、酒精酵母を培養した
ちのを用いた２尚、菌体重置は、５％（湿重量）となる
ように調整した、試験懸濁液は、連続的に培養槽１１よ
りポンプ１８によりセラミック製の平板膜ＩＩを介して
濾過され、濾液採収口１７より測定サンプルとして取り
出され、濾過量を計測した。このとき、モーター２０に
より回転子作動体１９を回転させることにより、回転子
１５を（Ｏｌｌｒｐｍで回転させた、また、隔膜圧子が
０．０４にｇ／ｃｍ’になるように調節したにのときの
初回濾過瞳は３ｍ１７分であり、濾過開始５日後でも１
ｍ１／分を維持していた。これに対し、回転子１５を回
転させないで上記と同様の条件で濾過実験を行ったが、
急速に目づまりが起こり濾過開始１２時間後にはａ液が
ほとんど得られなくなった。

また、逆洗性を行っても、濾過開始２日後には初期流量
の１１５以下になってしまった９［発明の効果］以上述べたように、本発明による濾過分離装置は以下に
示す利点を有している。

（Ｄ濾材の濾過表面近傍で回転子を回転させることによ
り、′ａ過沿面対して乱流を起こし、９剪断速度を大き
くすることができるので、目づまりが起こりに＜＜、懸
濁液の精密濾過や限外濾過専念長時間行うことができる
。

■測定サンプルを採取するための回路やポンプか破損す
るようなことかあっても、反応槽内が汚染されることか
ないので安全である、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過分離装置の第一実施例を示す断面
図、第２図は本発明の濾過分離装置の第二実施例を示す
断面図、第３図は本発明の濾過分離装置の第三実施例を
示す断面図、第４図は本発明の濾過分離装置の第四実施
例を示す断面図である６＋１．２１．３１・・・培養槽１２、２２．３２．４２・・・膜１３、３３．４３・・・膜支持体＋４．２４．３４．４４・・・Ｊ、１液室＋５．２５．
３５．４５・・・回転子１Ｆ、、　２６．３６．４６・・・回転子支持体１７、
２７．３７．４７・・・濾液採取口Ｉ１１．２８．３８
・・・ポンプ１９、２９．３９．４９・・・回転子作動体２０、３０
．４０．５（１・・・モーター４１・・・培養槽のサン
プル採取口５１・・・○リング

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物質を分離する濾材を有する濾過分離装置であつ
て、原液側の該濾材の近傍に回転子を有し、該濾材を介
して濾液側に回転子を作動させる回転子作動体を有し、
少なくとも原液を濾過するときに該回転子作動体により
該回転子を作動させることにより膜の目づまりを減少さ
せることを特徴とする濾過分離装置。
（２）該回転子と該回転子作動体の少なくとも一方が磁
石で構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の濾過分離装置。
（３）該物質を分離する濾材は、孔径が０．００５〜１
５μｍの微細多孔質膜である特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の濾過分離装置。
（４）該物質を分離する濾材の材質は、無機質材料また
は有機質材料である特許請求の範囲第１項ないし第３項
いずれかに記載の濾過分離装置。
（５）反応槽の槽壁の内部に、該濾材と槽壁によって囲
まれた独立した空間を形成するように該濾材を設置し、
該独立した空間はポンプと連結され反応槽内の成分が該
濾材を介して該独立した空間を経てポンプにより採取さ
れることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の濾過
分離装置。
（６）該回転子作動体が該槽壁の外部に設置されている
特許請求の範囲第５項記載の濾過分離装置。
（７）該回転子作動体の一部が該独立した空間内に存在
している特許請求の範囲第５項記載の濾過分離装置。
（８）該濾材と濾材支持体と該回転子と該回転子作動体
で構成され、該濾材と該濾材支持体によって濾液側に独
立した空間を形成し、反応槽に脱着可能なように取り付
けられることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
濾過分離装置。
（９）該独立した空間は濾液採取口を有し、該濾液採取
口はポンプと連結され、反応槽内の成分が濾材を介して
該独立した空間を経てポンプにより採取されることを特
徴とした特許請求の範囲第８項記載の濾過分離装置。
（１０）該回転子作動体が該独立した空間の外部に設置
されている特許請求の範囲第８項記載の濾過分離装置。
（１１）該回転子作動体の一部が該独立した空間内に存
在している特許請求の範囲第８項記載の濾過分離装置。