JP2018201411A - 培養装置および培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器内の培地に対して効率良く酸素を溶け込ませることにより、密閉容器内の培地を迅速に培養することが可能な、培養装置および培養方法を提供する。【解決手段】培養装置１０は、密閉容器３５内に充填された培地を培養するものである。この培養装置１０は、密閉容器３５を保持する容器保持部１２と、容器保持部１２に保持された密閉容器３５に対して密閉容器３５の外方から物理的な運動を付与する運動付与部１５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、培養装置および培養方法に関する。

殺菌された容器（ＰＥＴボトル）に殺菌された内容物を無菌環境下で充填し、その後容器をキャップによって閉栓する無菌充填システム（アセプティック充填システム）が知られている。具体的には、無菌充填システムにおいて、成形した容器を無菌充填システムに供給し、無菌充填システム内で、容器に殺菌剤としての過酸化水素水溶液をスプレーする。その後これを乾燥して容器を殺菌し、次いで、容器に内容物を無菌充填する。

このような無菌充填システムの初期段階で実際に容器の充填を開始する前には、システムの無菌性が確保されているか否かを確認する必要がある。このため、システムの無菌性を確認する各種のテストが行われている。このような各種のテストを行った後、最終段階において無菌充填システムの無菌性を総合的に評価するため、無菌充填システムによって容器に培地を充填し、この培地入りの容器を用いて評価することが行われている。

この場合、培地を充填した容器を恒温庫で静置して培養することが一般的である。そして所定期間（例えば７日以上）の経過後、培地を充填した容器を恒温庫から取り出し、容器内の培地に菌が生残あるいは繁殖しているか否かを検証する。しかしながら、従来、容器を恒温庫で培養するのに要する時間が長いため、この間、無菌充填システムを使用することが難しいという問題がある。

特開２０１０−２３３５６３号公報

好気性の微生物にとって、酸素呼吸は、エネルギーを獲得するために必須である。一方、従来、微生物を好気的に培養するための培養装置として、培養容器の上から力を与えて撹拌する培養装置や培養容器を回転させて撹拌する培養装置等が存在しており、培養の目的や条件に応じて、微生物に酸素を供給する培養装置が知られている。

例えば、培養容器の上面から外力を与えて培養液を撹拌する培養装置が知られている（特許文献１参照）。このような培養装置は、微生物の凝集塊の形成や分解を妨げることがないように考えられたものである。しかしながら、特許文献１に示す培養装置において、培養容器は外力によって撹拌が行える様に柔らかい材質のものを用いる必要があるため、外力によって変形することができない硬い材質の培養容器を用いた場合、撹拌ができないなどの制約が生じる。

他の例では、培養容器を左右方向に運動（回転又は往復運動等）させて培養液を撹拌する培養装置が知られている。このような培養装置は、微生物の酸素供給を効率良くするように考えられたものである。しかしながら、培養容器及び培養容器を梱包する収容容器は外力に耐えられる様に強い材質のものを用いる必要があるため、培養容器及び収容容器が紙などの弱い材質からなる場合は、培養容器及び収容容器が外力によって変形、場合によっては破損してしまうなどの恐れがある。したがって、上述した培養装置を例えば無菌充填システムの検証のために用いることは実質的に困難である。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、密閉容器内の培地に対して効率良く酸素を溶け込ませることにより、密閉容器内の培地を迅速に培養することが可能な、培養装置および培養方法を提供することを目的とする。

本発明は、密閉容器内に充填された培地を培養する培養装置であって、前記密閉容器を保持する容器保持部と、前記容器保持部に保持された前記密閉容器に対して前記密閉容器の外方から物理的な運動を付与する運動付与部とを備えたことを特徴とする培養装置である。

本発明は、前記容器保持部に、前記密閉容器の落下を防止ないし抑制するガイド部が設けられていることを特徴とする培養装置である。

本発明は、前記運動付与部は、前記密閉容器に対して上下左右に運動を付与し、前記運動が振動である場合は、前記密閉容器に対して振動を付与する振動付与部であることを特徴とする培養装置である。

本発明は、前記運動付与部が前記密閉容器に付与する運動の運動回数は、６００回／分以上であることを特徴とする培養装置である。

本発明は、前記運動付与部が前記密閉容器に付与する運動の運動幅（前記運動が振動である場合は振幅）は、５ｍｍ以下であることを特徴とする培養装置である。

本発明は、前記容器保持部は上下方向に複数設けられ、各容器保持部にそれぞれ前記密閉容器が保持されることを特徴とする培養装置である。

本発明は、密閉容器内に充填された培地を培養する培養方法であって、容器保持部によって前記密閉容器を保持する工程と、前記容器保持部に保持された前記密閉容器に対して前記密閉容器の外方から物理的な運動を付与する工程とを備えたことを特徴とする培養方法である。

本発明は、前記物理的な運動を付与する工程は、前記密閉容器に対して上下左右に運動（振動等）を付与する工程であることを特徴とする培養方法である。

本発明は、前記運動（振動等）を付与する工程において、前記密閉容器に付与される運動の運動回数は、６００回／分以上であることを特徴とする培養方法である。

本発明は、前記運動（振動等）を付与する工程において、前記密閉容器に付与される運動の運動幅（振動である場合は振幅）は、５ｍｍ以下であることを特徴とする培養方法である。

本発明によれば、密閉容器内の培地に対して効率良く酸素を溶け込ませることにより、密閉容器内の培地を迅速に培養することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による培養装置を示す概略断面図。 図２は、本発明の一実施の形態による培養装置を示す概略平面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は本発明の一実施の形態を示す図である。

（培養装置）
まず図１および図２により本実施の形態による培養装置について説明する。

図１および図２に示す培養装置１０は、密閉容器３５内に充填された培地Ｍを培養する装置である。とりわけ培養装置１０は、密閉容器３５内の培地Ｍに菌が生残し、繁殖するか否かを早期に確認するものである。このような培養装置１０は、密閉容器３５を保持するテーブル（容器保持部）１２と、テーブル１２に保持された密閉容器３５に対して、密閉容器３５の外方から振動（運動）を付与する振動子（運動付与部、振動付与部）１５とを備えている。

この場合、密閉容器３５は、ボトル（容器）３０と、ボトル３０を密閉するキャップ３３とを含む。このボトル３０は、合成樹脂材料を射出成形して製作したプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより作製される。ボトル３０の材料としては、熱可塑性樹脂、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を使用することが好ましい。このほか、密閉容器３５としては、ガラス、缶、紙、パウチ、またはこれらの複合容器であっても良い。本実施の形態においては、密閉容器３５としてボトルを用いる場合を例にとって説明する。

また密閉容器３５は、複数並べられた状態で箱等の収容容器３７に収容され、この状態でテーブル１２上に配置される。

テーブル１２は、平坦な平面略矩形状の板状部材からなる。また、テーブル１２は上下方向に互いに離間して複数（この場合は２つ）設けられている。各テーブル１２には、それぞれ収容容器３７に収容された密閉容器３５が保持されている。

また下方に位置するテーブル１２には、密閉容器３５及び／又は収容容器３７の落下を防止するガイド部１４が設けられている。具体的には、テーブル１２の周囲にそれぞれ板状のガイド部１４が立設され、各ガイド部１４は、それぞれ上下方向に向けて延びている。このガイド部１４の上方には、もう１つのテーブル１２が取り付けられている。なお、ガイド部１４は、テーブル１２の両端部にそれぞれ設けられている。また、ガイド部１４は、図１の紙面手前方向及び／又は紙面奥方向の端部にも設けられている。また、上方に位置するテーブル１２にも、密閉容器３５及び／又は収容容器３７の落下を防止ないし抑制するガイド部１４が設けられている。

例えば、テーブル１２上に着脱可能にガイド部１４を設け、ガイド部１４上に順次テーブル１２を取り付けても良い。これにより、テーブル１２を多段に配置し、培養装置１０に多数の密閉容器３５及び／又は収容容器３７を配置することが可能となる。

テーブル１２の下方には、連結部材１３を介して振動子１５が取り付けられている。この振動子１５がテーブル１２に対して振動を付与することにより、テーブル１２が振動し、テーブル１２上の密閉容器３５にも振動が加えられる。この振動子１５としては、例えば超音波振動子等が用いられても良い。とりわけ運動付与部として振動子１５を用いることにより、培養容器３５及び収容容器３７が紙などの弱い材質であっても外力によって変形、破損しない様に振幅を小さく、密閉容器３５内の酸素を培地Ｍに効率良く溶け込ませるために運動回数を多くすることができる。

振動子１５がテーブル１２及び密閉容器３５に付与する振動の運動回数は、６００回／分以上である。振動子１５が付与する振動の運動回数を上記範囲とすることにより、密閉容器３５内の酸素を培地Ｍに効率良く溶け込ませることができ、培地Ｍの培養の速度を向上させることができる。

また、振動子１５がテーブル１２及び密閉容器３５に付与する振動の振幅は、５ｍｍ以下である。振動子１５が付与する振動の振幅を上記範囲とすることにより、密閉容器３５内の酸素を培地Ｍに効率良く溶け込ませることができ、且つ、密閉容器３５及び収容容器３７が紙などの弱い材質であっても、密閉容器３５及び収容容器３７が外力によって変形することを防ぐことができ、培地Ｍの培養の速度を向上させることができる。

振動子１５は、振動子固定ボルト１６を用いて取付板１７に固定されている。この取付板１７は、ベース１１に取り付けられている。ベース１１は、例えば図示しない恒温槽内の平坦な水平面上に載置される。

（培養方法）
次に、上述した培養装置１０を用いて、密閉容器３５内の培地Ｍを培養する培養方法について説明する。

本実施の形態による培養方法は、例えば、図示しない無菌充填システム（アセプティック充填システム）の無菌性が確保されているか否かを確認するために実施される。この無菌充填システムは、通常の生産時には、殺菌されたボトル（ＰＥＴボトル）３０に殺菌された内容物を無菌環境下で充填し、その後ボトル３０をキャップ３３によって閉栓するものである。本実施の形態による培養方法は、例えば上述した無菌充填システムが完成した直後の初期段階、すなわち実際に無菌充填システムを用いてボトル３０への充填を行い製品ボトルの製造を開始するよりも前に行われても良い。あるいは、本培養方法は、無菌充填システムにおける工程又は装置に何らかの変更が生じた場合や、無菌充填システムを一定期間使用しなかった場合等、無菌性に影響を及ぼすおそれが生じた場合に行っても良い。あるいは、本培養方法は、無菌性に影響を及ぼすおそれが生じたか否かに関わらず、所定の充填サイクル毎に定期的に行われても良い。

まず、本実施の形態による培養方法を行う前に、無菌充填システムの個々の要素に対してそれぞれ無菌性が確保されているか否かのテストを個別に行う。具体的には、例えば、内容物の供給ラインが正しく昇温されるか否かのテスト（ＳＩＰ昇温確認テスト）、ボトル３０やキャップ３３が正しく殺菌されるか否かのテスト（ボトル殺菌テスト、キャップ殺菌テスト）、及び、無菌充填システムが配置される無菌チャンバが殺菌されるか否かのテスト（チャンバー殺菌テスト）等が行われる。

このようなテストを行った後、ボトル３０の無菌性を評価するため、無菌充填システムの無菌性を検証する。具体的には、無菌充填システムに多数のボトル３０を流し、各ボトル３０に、実際に充填される内容物に代えて、所定の培地Ｍを充填してキャップ３３により閉栓する。その後、このようにして作製された多数の密閉容器３５を収容容器３７に入れた後、収容容器３７ごと培養装置１０に載置し、培養装置１０を用いて密閉容器３５内の培地Ｍを培養する。そして一定期間の経過後に密閉容器３５内の培地Ｍが腐敗しないことを確認するものである。

以下、本実施の形態による培養方法について、更に説明する。

まず、上述した無菌充填システムにおいて、殺菌された多数のボトル３０に殺菌された培地Ｍを充填し、キャップ３３を用いて閉栓することにより、密閉容器３５を作製する。ボトル３０の本数は予め定められており、例えば１００本以上３００,０００本以下（好ましくは１,０００本以上３０,０００本以下）の所定の本数とすることができる。

次に、培地Ｍが充填された密閉容器３５は、無菌充填システムから外部へ搬出され、箱等の収容容器３７に詰められる。収容容器３７は、コンベア上で手動又は自動で傾け（あるいは反転させ）、密閉容器３５の内面に培地Ｍを確実に接触させる。

次いで、密閉容器３５は、収容容器３７に収容された状態で、培養装置１０に搬送される。この培養装置１０は、例えば予め２５℃以上４０℃以下の所定温度に維持された恒温庫内に配置されていても良い。なお、対象とする製品ボトルがホットベンダーなどで加温販売される場合は、高温菌の無菌性も確認する方が望ましく、培養装置１０は、上記培養条件に加え、４０℃以上６５℃以下の温度の恒温庫内に配置されていても良い。

その後、収容容器３７に収容された密閉容器３５は、培養装置１０の各テーブル１２上に配置され、テーブル１２に保持される。

続いて、培養装置１０の電源を投入し、振動子１５を作動させることにより、テーブル１２を上下左右方向（図１の矢印方向）に振動させる。これにより、テーブル１２を介してテーブル１２に保持された密閉容器３５に振動を付与する。このときの振動の運動回数は、６００回／分以上であり、振動の振幅（運動幅）は、５ｍｍ以下である。またこのとき、振動子１５は常時一定の運動回数及び／又は振幅で密閉容器３５に振動を付与しても良く、あるいは、運動回数及び／又は振幅を周期的に変化させながら密閉容器３５に振動を付与しても良い。あるいは、振動子１５は断続的に密閉容器３５に振動を付与しても良い。

所定の培養期間（例えば３日以上、好ましくは７日以上）の経過後、培養装置１０を停止するとともに、全ての密閉容器３５を培養装置１０から取り出し、密閉容器３５内の培地Ｍに菌が生残あるいは繁殖しているか否かを検証する。この検証の結果、菌が生残あるいは繁殖した密閉容器３５が所定本数以下（例えばゼロ）であれば、無菌充填システムの無菌性が確保されていると判断する。一方、検証の結果、菌が生残あるいは繁殖した密閉容器３５が所定本数以上（例えば１本以上）あれば、無菌充填システムの無菌性が不十分であると判断し、対策を講じる。例えば、ボトル３０の搬送及び搬入経路の殺菌を実施したり、あるいは、無菌充填システムにおけるボトル３０の殺菌条件を調製（強化）したりしても良い。

このように、振動子１５を用いて密閉容器３５に振動を付与することにより、密閉容器３５内の培地Ｍに物理的な動きが加わり、培地Ｍが動いている状態で密閉容器３５が保管される。これにより、密閉容器３５内の培地Ｍを培養装置１０内で培養する期間を短くすることができる。すなわち、培地Ｍに振動が加わることにより、培地Ｍ内への酸素の溶け込みが促進されるため、好気的に菌が培養され、これにより菌の培養速度を速めることができる。この結果、上記培養に必要な所定の培養期間（例えば３日以上好ましくは７日以上）を短縮することができ、密閉容器３５に菌が生じているか否かの判定を迅速に行うことができる。

例えば、本発明者らの実験によれば、培地Ｍを充填した密閉容器３５に対して培養装置１０を用いて振動を加えることにより（実施例Ａ）、密閉容器３５に振動を加えなかった場合（比較例Ｂ）と比較して、菌の培養が促進できることが判明した。

具体的には、それぞれ液体の中性培地を充填した複数の密閉容器３５を、そのヘッドスペース中に実験室内に浮遊する落下菌を含む状態で閉栓し、２２℃乃至２７℃で保管した。この間、一方のグループの密閉容器３５（実施例Ａ）には、培養装置１０によって常時運動回数３，０００回／分、振幅１ｍｍの振動を加え、別のグループのボトル３０（比較例Ｂ）には、振動を加えないようにして静置した。これにより、下記表のように、とりわけ培養日数２日乃至３日で陽性率が上昇した。このことは、密閉容器３５に振動を加えない場合よりも、振動を加えることで、短い日数で菌を培養できることを示している。ここで、陽性率とは、最終的に菌が生残あるいは繁殖した（陽性となった）密閉容器３５の本数（全陽性本数）に占める、所定の時点で陽性となっている密閉容器３５の本数の割合をいう。具体的には、陽性率は、「陽性率（％）＝（目視で陽性と確認できた本数／全陽性本数）×１００」という式に基づいて算出される。なお、全陽性本数は、培養１３日後に陽性と目視確認できた本数とした。

以上のように本実施の形態によれば、振動子１５により、テーブル１２に保持された密閉容器３５に対して、密閉容器３５の外方から振動を付与する。これにより、密閉容器３５内の培地Ｍを培養装置１０内で培養する期間を短くすることができる。この結果、例えば無菌性を検証する対象である無菌充填システムを使用できない期間を短縮し、無菌充填システムを効率良く用いることができる。

また、本実施の形態によれば、振動子１５により密閉容器３５の外方から振動を付与するので、例えば培養容器の上から力を与えて培地を撹拌する培養装置や培養容器内の培地を直接撹拌する培養装置とは異なり、密閉容器３５を変形させたり密閉容器３５を開放したりする必要がない。さらに、テーブル１２上に保持可能なものであれば、密閉容器３５及び収容容器３７の材質や梱包状態に制約されることがなく、好気的に培地Ｍを培養することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、テーブル１２に、密閉容器３５の落下を防止ないし抑制するガイド部１４が設けられている。これにより、密閉容器３５の外方から振動を付与している間に、密閉容器３５や収容容器３７がテーブル１２から落下する不具合を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、振動子１５は、密閉容器３５に対して振動を付与するので、密閉容器３５を微細に動かすことが可能となる。この結果、密閉容器３５内の培地Ｍ内への酸素の溶け込みをより効果的に促進することができる。

また、本実施の形態によれば、振動子１５が付与する振動の運動回数は、６００回／分以上であり、振動子１５が付与する振動の振幅は、５ｍｍ以下である。これにより、密閉容器３５内の培地Ｍ内への酸素の溶け込みをより効果的に促進することができる。

さらに、本実施の形態によれば、テーブル１２は上下方向に複数設けられ、各テーブル１２にそれぞれ密閉容器３５が保持される。このように上下にテーブル１２を多段に配置することにより、多数の密閉容器３５に対してまとめて振動を付与することができるので、多数の密閉容器３５内の培地Ｍに対して効率良く酸素を溶け込ませ、効率良く培地Ｍを培養することができる。

なお、密閉容器３５に対して付与される動きとしては、上述した振動のほか、従来の培養装置で使用されている運動方式、例えば回転、反転、往復等の運動であっても良い。すなわち、振動子１５（振動付与部）に代えて、密閉容器３５の外方から回転運動、反転運動、往復運動等の物理的な運動を付与する、各種の運動付与部（回転運動付与部、反転運動付与部、往復運動付与部）を用いても良い。この場合、培地Ｍに例えば回転、反転、往復等の物理的な運動を付与することにより、培地Ｍ内への酸素の溶け込みが促進されるため、好気的に菌が培養され、これにより菌の培養速度を速めることができる。表２は、振動子１５からなる運動付与部のほか、往復運動や回転運動等の物理的な運動を付与する運動付与部を用いる場合の運動方式、運動回数等を示す。

なお、上述の通り、本実施の形態においては、密閉容器３５及び収容容器３７が紙などの弱い材質であっても、密閉容器３５及び収容容器３７が外力によって変形することを防ぐことができる。一方、比較例１、２、３の様な振幅の大きい培養装置は、培養容器３５及び培養容器３５を梱包する収容容器３７は外力に耐えられる様に強い材質のものを用いる必要があり、培養容器３５及び収容容器３７が紙などの弱い材質の場合は、培養容器３５及び収容容器３７が外力によって変形してしまうなどの恐れがあり、場合によっては（例えば運動幅の値を変更するなど）条件を調整することが必要である。

また、上記において、培養装置１０は、無菌充填システムにおいて培地Ｍを充填した密閉容器３５を載置し、この密閉容器３５内の培地Ｍを培養するものである場合を例にとって説明した。しかしながら、培養装置１０の用途はこれに限られるものでなく、培地Ｍを充填した任意の密閉容器３５に対して用いることができる。例えば、培養装置１０は、微生物増殖の過程で生成される産物を得る等の用途に用いられても良い。

１０ 培養装置
１１ ベース
１２ テーブル
１３ 連結部材
１４ ガイド部
１５ 振動子
１６ 振動子固定ボルト
１７ 取付板
３０ ボトル
３３ キャップ
３５ 密閉容器
３７ 収容容器

Claims (10)

1. 密閉容器内に充填された培地を培養する培養装置であって、
   前記密閉容器を保持する容器保持部と、
   前記容器保持部に保持された前記密閉容器に対して前記密閉容器の外方から物理的な運動を付与する運動付与部とを備えたことを特徴とする培養装置。
2. 前記容器保持部に、前記密閉容器の落下を防止ないし抑制するガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の培養装置。
3. 前記運動付与部は、前記密閉容器に対して上下左右に運動を付与することを特徴とする請求項１又は２記載の培養装置。
4. 前記運動付与部が前記密閉容器に付与する運動の運動回数は、６００回／分以上であることを特徴とする請求項３記載の培養装置。
5. 前記運動付与部が前記密閉容器に付与する運動の運動幅は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４記載の培養装置。
6. 前記容器保持部は上下方向に複数設けられ、各容器保持部にそれぞれ前記密閉容器が保持されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の培養装置。
7. 密閉容器内に充填された培地を培養する培養方法であって、
   容器保持部によって前記密閉容器を保持する工程と、
   前記容器保持部に保持された前記密閉容器に対して前記密閉容器の外方から物理的な運動を付与する工程とを備えたことを特徴とする培養方法。
8. 前記物理的な運動を付与する工程は、前記密閉容器に対して上下左右に運動を付与する工程であることを特徴とする請求項７記載の培養方法。
9. 前記運動を付与する工程において、前記密閉容器に付与される運動の運動回数は、６００回／分以上であることを特徴とする請求項８記載の培養方法。
10. 前記運動を付与する工程において、前記密閉容器に付与される運動の運動幅は、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８又は９記載の培養方法。

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