JP2777418B2

JP2777418B2 - ユーグレナの培養方法とその装置

Info

Publication number: JP2777418B2
Application number: JP1237972A
Authority: JP
Inventors: まゆ美柳下; 孝藤田; 愼一高藤
Original assignee: YUKIJIRUSHI NYUGYO KK
Current assignee: YUKIJIRUSHI NYUGYO KK
Priority date: 1989-09-13
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH0398574A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はアラキドン酸、EPAなどの高度不飽和脂肪酸
やビタミンＣ、Ｅ、β−カロチン、タンパク質および多
糖類を生産するユーグレナを大量に培養して、これらの
有用成分を食品素材、飼料素材、医薬品素材などとして
利用するためのユーグレナの培養方法とその装置に関す
るものである。

（従来の技術）ユーグレナはミドリムシ植物門に分類される植物であ
り、又、原生動物門、植物鞭毛虫亜網に属する動物でも
あり、動物と植物の両方に属する原生生物である。

また、ユーグレナは多様な生育条件で生育し、比較栄
養学の材料生物として有用され、その成分に含まれる多
種の有用物質は人体内で合成されない高度不飽和脂肪酸
を含むなど、その有用成分の利用を目的とした培養が試
みられている。

ユーグレナの培養は古く、農芸化学会誌「農化、第51
巻、第８号、477頁、1977」で北岡教授らによって紹介
されている。そして、この文献を参考にした従来技術が
以下に見られる。

すなわち、特開昭60-196184号公報には、原生生物ユ
ーグレナの培養に当り、高濃度の酸素を通気することに
より、ろう質物、粘質物などの生成、分泌を抑制し、不
飽和脂肪酸、ビタミンＥなどの栄養成分の合成を促進せ
しめることを目的としたユーグレナの培養法が示されて
いる。

また、特開昭61-37091号公報には、炭素濃度と窒素濃
度を調整して供給し、ユーグレナ細胞を連続培養するこ
とにより、従来の回分式培養法により培養した場合と比
較して、同一培養時間で1.5〜10倍のユーグレナ細胞が
えられ、又、ユーグレナ細胞の細胞内タンパク質含有率
が従来のものと同程度のものがえられることが示されて
いる。

更に又、特開昭61-40785号公報には、閉鎖系暗黒下で
の培養と開放系光照射下での培養とを組合わせたユーグ
レナ細胞の培養方法が示されている。

（発明が解決しようとする課題）北岡教授らの知見では、ジャーファーメンターを用い
た回分培養で、ユーグレナの藻体収量が培地１当りの
乾燥重量として8g程度であるところから、藻体が撹拌に
よるシェアストレスを受けて生育が悪かったことが予測
される。

このように培養槽において、ユーグレナが撹拌機自体
との衝突や撹拌機による培養液の乱流によって剪断力を
受けてシェアストレスを生じ、生育が阻害されて収率が
あげられないという問題がある。

また、従来技術として挙げた特開昭60-196184号公
報、特開昭61-37091号公報及び特開昭61-40785号公報の
何れのものもユーグレナのシェアストレスによる生育阻
害を解決した点についての記載はない。

しかるに、ユーグレナの安定した培養を行うには以上
のようなシェアストレスの除去と、均等な養分補給のた
めに、培養液中への菌体の平均分布を目的とした解決方
法が必要である。

したがって、培養槽は撹拌装置及び気体供給方法を含
めて大量培養への条件設定が必要であり、撹拌羽根の形
状や、その回転数及び通気方法やその通気量などは生育
速度や藻体収量及び生産物に及ぼす影響を考慮した設計
が必要である。

以上のことから本発明はシェアストレスのない、しか
も安定した状態でユーグレナを培養できるユーグレナの
培養方法とその装置をう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）本発明は以上のような目的を達成するために、まず、
次のようなユーグレナの培養方法を提供するものであ
る。

すなわち、培養槽の下方において、培養槽底面周囲に
向かって培養に必要な気体成分を噴出供給するととも
に、培養液が培養槽内壁に沿って回転するよう、回転軸
から放射方向に突出した放射羽根と、該放射羽根よりも
面積が大きく、かつ該放射羽根に対して35〜55°の角度
を設けて傾斜した傾斜羽根とで構成された撹拌用回転羽
根によって撹拌することを特徴とするユーグレナの培養
方法である。

そして、次のようなユーグレナの培養装置を提供する
ものである。

すなわち、培養槽の下方に、培養槽底面に向かって培
養に必要な気体成分を噴出供給するノズル孔を複数設け
た環状の気体噴出管と、培養液を培養槽内壁に沿って回
転するよう撹拌する撹拌用回転羽根を配置した装置であ
って、該撹拌用回転羽根は、回転軸から放射方向に突出
した放射羽根と、該放射羽根よりも面積が大きく、かつ
該放射羽根に対して35〜55°の角度を設けて傾斜した傾
斜羽根とで構成されていることを特徴とするユーグレナ
の培養装置である。

また、更に、この装置において、撹拌装置の回転数を
50〜100rpmとし、気体供給量を0.2〜1.0vvmとしたユー
グレナの培養装置である。

（作用）本発明によれば、撹拌用回転羽根によって培養液の流
れが培養槽の内壁面を旋回するように上昇し、回転軸の
周囲に沿って下降するという上下の撹拌が自然に構成さ
れる。

また、培養槽底面周囲に集積しがちな藻体を気体の噴
出力によって分散させるため、機械的なシェアストレス
を与えることなく分散できる。

そして、気体噴出力によって分散した藻体は回転羽根
によって旋回し、かつ槽内壁に沿って上昇し、軸近くに
おいて下降するという槽全体への拡散は滑らかに行わ
れ、栄養分の偏重消費は避けられる。

（実施例）以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

第１図において、（１）は培養槽であり、この培養槽
（１）の下方において培養槽底面周囲に向かって培養に
必要な気体成分を噴出供給する環状の気体噴出管（２）
があり、エアーポンプ（３）からパイプ（４）と流量計
（５）を介して、フィルター（８）のあるパイプ（７）
を通じて、エアーがその環状気体噴出管（２）の周囲に
開口したノズル孔から噴出供給される。

ノズル孔は槽底面に対向してあけられており、ここか
らの気体の噴出力によって、培養槽底面周囲に集積しが
ちな藻体を分散させることができる。

培養槽（１）内には又、培養液を培養槽内壁に沿って
回転させる撹拌用回転羽根（９）が培養槽（１）の底面
（1a）近くに配置されている。撹拌用回転羽根（９）は
撹拌機（10）からその軸（10a）を介して回転される。

第１図中（11）はエアー抜きパイプで、これにフィル
ター（12）がある。そして、フィルター（８）（12）は
共に細菌汚防止用の除菌フィルターである。

本発明にかかる撹拌用回転羽根（９）の具体的構成は
第２図と第５図（イ）（ロ）に示されている。

すなわち、撹拌用回転羽根（９）は、回転軸（10a）
から放射方向に突出された放射羽根（9a）と、この放射
羽根（9a）よりも面積が大きく、かつ放射羽根（9a）に
対して35〜55°の角度を設けて傾斜した傾斜羽根（9b）
とで構成されており、傾斜羽根（9b）は放射羽根（9a）
の先端に設けられている。

以上の如く撹拌用回転羽根（９）が構成されているの
で、第５図（ロ）の矢印方向に羽根が回転すると、大き
い面積部分からなる傾斜羽根（9b）が培養液の撹拌方向
に対して角度をもって培養液と接触し、培養液が培養槽
（１）周壁に向かって押し出されるように作用して、培
養液と撹拌羽根との間の剪断力を小さくできる。

また、傾斜羽根（9b）が角度をもつことにより、藻体
が羽根面に対して直角方向から接触衝突することなく、
羽根面においてスライドするように構成できる。

更に又、面積の小さい放射羽根（9a）が前記した傾斜
羽根（9b）と共に撹拌用回転羽根（９）を構成している
ので、培養液の流れが培養槽の内壁面を旋回するように
上昇し、回転軸（10a）にそって下降するという上下の
撹拌が自然に構成され、藻体に対して均等な栄養補給が
できる。

本発明にかかる培養槽はアラキドン酸、EPAなどの高
度不飽和脂肪酸やビタミンＣ、Ｅ、β−カロチン、タン
パク質および多糖類を生産するユーグレナを大量に培養
することができるものであって、因みに撹拌装置の回転
数を50〜100rpmとし、気体供給量を0.2〜1.0vvmとして
培養するものである。

本発明によれば、培養槽底面周囲に集積しがちな藻体
を気体の噴出力によって分散させることができ、撹拌用
回転羽根（９）が藻体に対して直角方向から接触衝突す
ることなく、羽根面において藻体がスライドするように
構成されているから、ユーグレナのシェアストレスを軽
減でき、藻体収量を従来の培養槽と比較して倍増するこ
とができる。

今、培養期間、培地、羽根の回転数、気体供給量を同
じにして、第３図（イ）（ロ）に示す平羽根と第４図
（イ）（ロ）に示す角度付平羽根とを本発明にかかる第
５図（イ）（ロ）に示す特殊羽根（撹拌用回転羽根
（９））とを比較してみたところ、次のような結果がえ
られた。

培養槽が2lの透明容器に0.1％キサンタンガム溶液を
1.5l充填し、平羽根、角度付平羽根、特殊羽根の撹拌能
力を調べた結果を表１に示す。

0.1％キサンタンガム溶液1.5l/2l発酵槽、色素2ml添加、60rpm 以上のような表１は本培養槽において平羽根、角度付
平羽根、特殊羽根の撹拌能力をそれぞれの場合において
キサンタンガム溶液に色素を添加し、その色素が均一に
なるまでの時間を測定した結果で表示した比較表であ
る。この表から色素が均一になるまでの時間が本発明の
ものでは著しく短時間でできることがわかる。ちなみに
各羽根の回転数は同じであり、溶液全体量も同じであ
る。

培養槽が2lの透明容器にグルコースを３％、グルタミ
ン酸ナトリウムを0.5％とした改変Hutner培地を1.5l充
填し、これに前培養したユーグレナグラシリスＺ株を５
％接種して、初発pH3.3で、暗所25℃、撹拌数60rpm、通
気量0.25vvmで７日間培養し、ユーグレナの藻体数をヘ
マトメーターにより計測したものが表２、表３に表され
ている。

表２は培養液に加わる線速度を一定として平羽根、角
度付平羽根、特殊羽根のそれぞれの場合における藻体数
と藻体収量を比較したものである。

ここでは、平羽根（第３図）と特殊羽根（第５図）と
では藻体収量が大きく異なることがわかるとともに、平
羽根に角度を付けて傾斜（第４図）させても効果がない
ことがわかる。また、平羽根は藻体にシェアストレスを
与え易いものであるとともに、培養液内における藻体の
分散効果が小さいと予測できる。

表３では平羽根を多段に取りつけても効果がないばか
りか、収量が減少することがわかる。

したがって、回転軸に複数の回転羽根を取りつけて培
養槽の上下部分において培養液の移動がなく、内筒状に
撹拌しても効果がなく、平羽根一段のほうが撹拌され易
いことがわかる。

また、特殊羽根は回転して撹拌するとき、羽根の内側
の培養液が培養槽の内壁に向かって流れるようにも作用
し、培養液を上昇させ、回転軸周囲では下降流が生じて
上下の撹拌もできることが培養液内における藻体を均等
に分散させる結果となり、藻体数及び藻体収量をあげる
ことができることを実証している。

第６図は表２を線図で表わしたもので、横軸にユーグ
レナの藻体収量を、縦軸にユーグレナの藻体数をとって
表したものである。

以下、第６、７、８図中の○は平羽根、△は角度付平
羽根、□は特殊羽根を示す。

平羽根の場合に比べて特殊羽根の藻体数は約５倍、藻
体収量は倍程度の違いとなっている。

そして、藻体収量に比較して藻体数の違いの方が大き
い結果となっているが、これはシェアストレスの軽減効
果が大きいことを表現しているものと考えられる。

第７図は横軸に時間を、縦軸に藻体収量をとって表し
た線図で、同じ培養時間における各培養装置において収
量が異なり、本発明の撹拌用回転羽根（特殊羽根）を使
用したものは、他の羽根の２例よりも収量が大きく、培
養液の撹拌状況が良好で、栄養成分と藻体が充分に接触
していることを示している。

第８図は横軸に時間を、縦軸にユーグレナの藻体数を
とって表した線図で、それぞれの培養装置における藻体
数の差が小さく見えるが、縦軸がLog（又は対数値）な
ので実際は大きく異なってくる。ここではシェアストレ
スの軽減状況がよいことがわかる。

なお、本発明は動物学の分類上ユーグレナ属に属する
全ての種において適用可能なものであるが、代表的なも
のはEuglena gracilis,varbacillaris,viridisなどが挙
げられる。

また、本発明の培養の工業規模においては、流加培養
を行い、酸素供給するとともに、培地としてグルコー
ス、グルタミン酸ナトリウム、無機塩、ビタミンなどを
単独あるいは混合して添加することが考えられる。

更に又、本実施例では回分培養が最も安価な方法であ
り、この方法にて大量培養の促進結果をえているが、本
発明の方法及び装置は他の培養方法等においても基本的
な構成を同じくすることでシェアストレスを解消し、培
養の向上を図ることができる。

（発明の効果）本発明によれば、攪拌流が培養装置壁面に沿って層流
状態を形成し、剪断力が軽減されるとともに、藻体が沈
澱し、かつ、培養槽底面周囲に集積することを防止し
て、藻体が培養液内に均等に分散される。

更に又、攪拌用回転羽根の面積の大きい傾斜羽根が培
養液の攪拌方向に対して角度をもって培養液と接触し、
培養液が培養槽周壁に向かって押し出されるように形成
しているため、培養液と回転羽根との間の剪断力を小さ
くできるし、傾斜羽根が角度をもつことにより、藻体が
羽根面に対して直角方向から接触衝突することなく、羽
根面においてスライドするように構成できる。したがっ
て、シェアストレスの軽減ができる。

そして、培養液の流れが培養槽の内壁面を旋回するよ
うに上昇し、回転軸の周囲に沿って下降するという上下
の攪拌が自然に構成され、均等な栄養補給ができるとい
う効果があり、前記したシェアストレスの軽減と相俟っ
て藻体収量を従来の培養槽と比べて倍増した収量とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の全体図、第２図は培養槽の断面図、第３図（イ）（ロ）は平羽根の斜面図と平面図、第４図（イ）（ロ）は角度付平羽根の斜面図と平面図、第５図（イ）（ロ）は本発明にかかる攪拌用回転羽根の
斜面図と平面図、第６図はユーグレナの藻体数と藻体収量を示す線図、第７図はユーグレナの藻体収量を示す線図、第８図はユーグレナの藻体数を示す線図である。（１）……培養槽（２）……気体噴出管（３）……エアーポンプ（５）……流量計（９）……攪拌用回転羽根（9a）……放射羽根（9b）……傾斜羽根（10）……攪拌機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C12N 1/00 - 1/38 C12M 1/00 - 1/42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】培養槽の下方において、培養槽底面周囲に
向かって培養に必要な気体成分を噴出供給するととも
に、培養液が培養槽内壁に沿って回転するよう、回転軸
から放射方向に突出した放射羽根と、該放射羽根よりも
面積が大きく、かつ該放射羽根に対して35〜55°の角度
を設けて傾斜した傾斜羽根とで構成された撹拌用回転羽
根によって撹拌することを特徴とするユーグレナの培養
方法。
【請求項２】培養槽の下方に、培養槽底面に向かって培
養に必要な気体成分を噴出供給するノズル孔を複数設け
た環状の気体噴出管と、培養液を培養槽内壁に沿って回
転するよう撹拌する撹拌用回転羽根を配置した装置であ
って、該撹拌用回転羽根は、回転軸から放射方向に突出
した放射羽根と、該放射羽根よりも面積が大きく、かつ
該放射羽根に対して35〜55°の角度を設けて傾斜した傾
斜羽根とで構成されていることを特徴とするユーグレナ
の培養装置。
【請求項３】撹拌装置の回転数を50〜100rpmとし、気体
供給量を0.2〜1.0vvmとした請求項（２）に記載のユー
グレナの培養装置。