JP2791115B2

JP2791115B2 - 気相培養装置

Info

Publication number: JP2791115B2
Application number: JP1179413A
Authority: JP
Inventors: 芳則宮本
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH0343071A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、植物組織、植物細胞等の被培養物を気相中
にて連続的に培養するための気相培養装置に関し、特
に、培養される植物組織等の成長に必要な培養液および
酸素を効率よく供給し得る気相培養装置に関する。

（従来の技術）植物組織、植物細胞等の被培養物は、従来、ジャーフ
ァーメンタ等のタンクを用いて発酵法に準じる液体培養
により大量培養されていた。しかし、液体培養では、撹
拌羽根や空気により培養液を混合撹拌する必要がある。
このような培養液の混合撹拌は、大量のエネルギーを必
要とし、また、培養される植物組織等の被培養物が破壊
されたり損傷される。特に分化した植物組織系に、この
ような被害が生じやすい。このため、液体培養による、
植物等の大量培養は困難であった。

このため、本願発明者らは、気相中で植物組織等を連
続的に培養し得る気相培養装置（特公昭60−30509号公
報参照）を開発した。該公報に開示された気相培養装置
は、培養槽内に配設された多孔性のコンベアベルト上
に、植物組織等の被培養物を載置して移動させる間に、
該被培養物に培養液を散布して、該被培養物を培養する
構成になっている。このように、該気相培養装置では、
液体培養における培養液の混合撹拌という作用が不要で
あるため、培養される植物組織等が物理的に損傷するお
それがきわめて少なく、しかも、混合撹拌に要するエネ
ルギーが不要であるため、経済的であるという長所を有
している。

（発明が解決しようとする課題）該公報に開示された気相培養装置では、被培養物に培
養液を散布するために、培養液槽内に収容された培養液
を、ポンプにより送液管を介して培養槽内に送給してお
り、培養槽内のコンベアベルト上に載置された被培養物
全体に培養液を均等に供給するべく、培養液をノズル等
により広範囲に噴霧している。このように、培養液をポ
ンプにより供給すると、培養液の供給量は、該ポンプの
駆動力により決定される。このため、植物組織等の被培
養物を大量に培養するべく培養槽を大きくすると、被培
養物全体に均等にかつ十分な培養液を供給するために
は、該ポンプを所定の性能を有する大型なものを用いな
ければならない。

培養槽内に培養液を供給するポンプは、培養槽とは連
通状態になるために、培養を開始する前に、例えば、1k
g/cm²、120℃の蒸気圧下で30〜60分程度の加熱滅菌する
必要がある。このため、該ポンプとしては、耐熱性にす
ぐれており、しかも供給する培養液内に外部から雑菌が
侵入しない密封性を有した特殊なものが必要になる。こ
のようなポンプは高価であるために経済性を損なうとい
う問題がある。また、ポンプは、培養に際して加熱滅菌
が繰り返して行われるため、故障しやすくまた寿命を短
くなっている。従って、該ポンプは頻繁に修理したり交
換する必要があり、培養効率が著しく低下してしまう。
ポンプの故障を避けたりポンプを高寿命化するために、
滅菌温度を低下させたり、滅菌時間を短縮すれば、培養
槽内が微生物により汚染され、植物組織等を培養するこ
とができなくなるおそれがある。

植物組織、植物細胞等を培養する場合には、生長に必
要な酸素および栄養源は、培養液（培地）内に含まれて
いる。そして、該培養液を植物組織や植物細胞の表面に
接触させることにより、その表面から酸素および栄養源
が植物組織等に取り込まれる。従って、液相での液体培
養では、植物組織等が生長するために必要な酸素、栄養
源等を培地である培養液に溶解させておけば、該培地内
に浸漬される植物組織等には、均等に酸素および栄養源
が取り込まれる。これに対し、前述した従来の気相培養
装置では、気相中の植物組織等に培養液が散布される。
生長に必要な酸素は気相中に含まれており、該酸素は培
養液とともに植物組織等に供給する必要がある。しか
し、培養液の流量が少なければ、培養槽内の気相中の酸
素は該培養液とともに植物組織等に十分に供給されな
い。培養液の供給量が少ない場合には、植物組織等の被
培養物は、コンベアベルトに載置されて移動されている
ため、該被培養物の表面の一部にしか培養液が供給され
ないおそれがある。特に、コンベアベルト上に載置され
た被培養物が層状に積み重ねられている場合には、下層
の被培養物には、十分に培養液が供給されないばかり
か、気相中から酸素も十分に取り込めない。その結果、
気相培養装置では、植物組織等の生長速度が遅く、大量
培養には時間がかかるという欠点がある。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その
目的は、植物組織等の被培養物に酸素および栄養源を十
分に供給し得て、高効率に植物組織等の被培養物を培養
し得る気相培養装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の気相培養装置は、植物組織、植物細胞等の被
培養物を気相中で培養する気相培養装置であって、該被
培養物が培養される気相を内部に有する培養槽と、該培
養槽内の気相中に被培養物を所定の速度で移送させるべ
く該培養槽内に配設された、多孔性の材質で形成された
コンベアベルトを有する移送手段と、該移送手段により
移送されている被培養物に、培養液を、空気圧を利用し
て供給する培養液供給手段と、を有し、該コンベアベル
トの被培養物移送方向終端部の下方に、被培養物を受け
る多孔性の分離板が配設され、該分離板の一端部に、該
分離板上に受けた被培養物を培養槽の外に取り出すため
の取り出し部が設けられ、該培養槽の下部には該コンベ
アベルトを通過した培養液を貯留する貯留槽が設けら
れ、該培養槽に設けられた排出口に培養物循環管の一端
部が接続され、該培養物循環管の他端部は、該コンベア
ベルトの被培養物移送方向始端部上に配設され、該培養
液供給手段は、該貯留槽に連結されて該貯留槽内の培養
液を回収し得る培養液回収槽と、該培養液回収槽に連結
されて該培養液回収槽内の培養液が送給され得る培養液
供給槽と、該培養液供給槽に連結されて該コンベアベル
ト上の被培養物に培養液を散布して供給するための培養
液供給管と、を有し、該培養液回収槽内の培養液が空気
の加圧により、培養液供給槽へ送給されるように該培養
液回収槽に送気管が設けられ、該培養液供給槽内の培養
液が空気の加圧により該培養液供給管を介して前記培養
槽内のコンベアベルト上の被培養物に散布され得るよう
に該培養液供給槽に送気管が設けられており、そのこと
により上記目的が達成される。

（実施例）以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の気相培養装置は、第１図に示すように、内部
に植物組織、植物細胞等の被培養物が培養される気相を
有する培養槽10を具備する。該培養槽10の上面には、該
培養槽10内に植物組織、植物細胞等の被培養物を投入す
る植え込み口15が配設されている。また、該上面には、
該培養槽10内の圧力を調整するための排気管14も連結さ
れている。該排気管14には、バルブ13が介装されてい
る。

該培養槽10には、植物組織、植物細胞等の被培養物の
移送手段としてのコンベアベルト20が配設されている。
該コンベアベルト20は、金網等の多孔性の材質で構成さ
れており、該培養槽10内を縦断するように水平状に配設
されている。該コンベアベルト20には、植物組織、植物
細胞等の被培養物が載置され、該被培養物が該培養槽10
内の気相中を縦断すべく水平状に移送される。本実施例
では該コンベアベルト20は、水平状に一段だけ配設され
ているが、被培養物の生育速度、培養槽10の大きさ、コ
ンベアベルト20自体の搬送速度等により、水平状のコン
ベアベルトを上下方向に複数段にわたって配設する構成
にしてもよい。

培養槽10の上部には、コンベアベルト20に載置された
被培養物に培養液を噴霧する多数のノズル33、33、…が
配設されている。該ノズル33は、コンベアベルト20の被
培養物移送域全面に培養液を噴霧し得るように、コンベ
アベルト20の移動域の上方に適当な間隔をあけて配設さ
れている。各ノズル33は、後述の培養液供給槽31の底面
に連結された送液管32に取り付けられており、該培養液
供給槽31内に収容された培養液が、該送液管32を介して
各ノズル33に供給される。

培養槽10内におけるコンベアベルト20の被培養物移送
方向終端部の下方には、被培養物をその大きさにより分
離するための分離板40が配設されている。該分離板40
は、ステンレス網等の多孔性材質にて構成されている。
該分離板40は、コンベアベルト20の終端部から落下され
る被培養物が、該分離板40に沿って流下するように、傾
斜して配設されている。傾斜状態の該分離板40の下方側
部分には、被培養物を培養槽10外に取り出すための取り
出し部11が、該分離板40とは同様の傾斜状態で連設され
ている。該分離板40上に落下した被培養物は、該分離板
40の各孔の大きさよりも大きいものが、該分離板40の各
孔を通過することなく、該分離板40の上面に沿って自重
により落下し、取り出し部11内に収容される。該取り出
し部11内に収容された被培養物は、最終培養物として培
養槽10外に取り出される。傾斜状態の該取り出し部11
は、その下方側部分に取り出し口11aが設けられてい
る。該取り出し口11aは開閉可能である。該取り出し部1
1内には、無菌空気流入部11bが配設されており、該無菌
空気流入部11bから取り出し部11内に図外のポンプおよ
びフィルタを介して無菌空気が供給される。そして、該
無菌空気により、取り出し部11内にエアーカーテンが形
成され、該エアーカーテンにより、取り出し口11aが開
放された場合にも、該取り出し部11から培養槽10内に外
気が流入することが防止される。分離板40の各孔の大き
さは、被培養物の最終的に要求される大きさ等に依存し
て適宜設定される。

該分離板40の下方には、該分離板40の各孔を通過した
最終培養物よりも小さい被培養物および余剰の培養液を
貯留する貯留槽51が配設されている。該貯留槽51は、例
えば、培養槽10内におけるコンベアベルト20上の被培養
物に供給されて該コンベアベルト20の各孔から直接底面
12に流下する培養液も貯留し得るように、培養槽10の底
面12をコンベアベルト20の被培養物移送方向に沿って傾
斜させて、その下方側部分を該貯留槽51に連結されてい
る。該貯留槽51の上部側面にはフィルタ52が装着された
培養液流出口53が形成されており、また、該貯留槽51の
底部には培養液とともに被培養物を排出する排出口54が
形成されている。

該排出口54には、培養物循環管55の一端部が連結され
ており、該培養物循環管55の他端部は、培養槽10内のコ
ンベアベルト20始端部に対向されている。該培養物循環
管55には、循環ポンプ56が介装されており、該循環ポン
プ56により、貯留槽51内に貯留された被培養物が培養液
とともにコンベアベルト20の始端部上に循環される。

貯留槽51の上部側面に形成された培養液流出口53に
は、培養液回収管61の一端部が連結されている。該培養
液回収管61の他端部は、培養液回収槽62の側面に連結さ
れており、貯留槽51内の培養液の一部は、該培養液回収
管61により培養液回収槽62内に回収される。該培養液回
収管61には、バルブ69が介装されており、培養液回収槽
62から貯留槽51内に培養液が逆流することを防止してい
る。

該培養液回収槽62は、内部を加圧し得るように密閉状
態とされ得る。該培養液回収槽62には、送気管63の一端
が連通している。該送気管63には、除菌フィルタ64およ
びバルブ65が介装されており、該バルブ65の開閉により
図外のコンプレッサーから供給される加圧空気が除菌フ
ィルタ64を介して培養液回収槽62内に送給される。該培
養液回収槽62には、外培養液回収槽62内の圧力を調整す
るための排気管66の一端が連結されている。該排気管66
にはバルブ67が介装されており、該バルブ67を開放する
ことにより培養液回収槽62内の空気が排気されて内部が
減圧される。また、該培養液回収槽62内に培養液を補填
するための送液管68の一端も連結されている。

該培養液回収槽62内の培養液内には、送液管71の一端
部が浸漬されている。該送液管71には、バルブ72および
73が介装されている。培養液回収槽62の内部が、送気管
63から送給される空気により加圧されると、該培養液回
収槽62内の培養液が該送液管71を介して培養液供給槽31
に送給される。培養液供給槽31の底面には培養液供給管
32の一端が連結されており、該培養液供給管32に、培養
槽10の上部に位置する複数のノズル33、33、…が連結さ
れている。該培養液供給槽31は、内部が加圧されるよう
に密閉され得る。該培養液供給槽31には、その内部を加
圧するための送気管34の一端が連結されている。該送気
管34には、除菌フィルタ35およびバルブ36が介装されて
おり、該送気管34には、バルブ36が開放されることによ
り、図外のコンプレッサーから送給される加圧空気が、
除菌フィルタ35により除菌されて該培養液供給槽31内に
送給される。これにより、該培養液供給槽31内が加圧さ
れる。そして、該培養液供給槽31内が加圧されることに
より、該培養液供給槽31内の培養液が培養液供給管32内
へ送給され、各ノズル33から培養液が培養槽10内に噴霧
される。

培養液供給槽31には、該培養液供給槽31内の圧力を調
整するための排気管37の一端が連結されている。該排気
管37には、バルブ38が介装されており、該バルブ38を開
放することにより、該培養液供給槽31が減圧される。さ
らに、該培養液供給槽31には、該培養液供給槽31内に適
宜培養液を補填するための培養液送液管39の一端が連結
されている。

上記培養槽10は、その内部にて、植物組織、植物細胞
等の被培養物を無菌的に分化増殖させるものであるか
ら、通常のジャーファーメンタに配設される加熱滅菌手
段、温度制御手段、培養液分析手段、モニタリング手段
等が、必要に応じて配設される。

このような構成の本発明の気相培養装置による植物組
織等の培養は次のように行われる。

植物組織等の培養に先立ち、培養槽10内、培養液供給
槽31および培養液回収槽62内の培養液を、加熱滅菌して
おく。滅菌後、培養液を所定の温度にまで冷却した後
に、コンベアベルト20を始動させるとともに、培養物循
環管55に介装されたポンプ56も始動させる。このような
状態で、例えば植物カルスのような培養すべき植物組織
等の被培養物をシード組織として、培養槽10の植え込み
口15からコンベアベルト20上に接種する。コンベアベル
ト20上に接種された被培養物はコンベアベルト20によ
り、培養槽10内を所定の速度で水平状に移動される。

このとき、培養液供給槽31内には、図外のコンプレッ
サから送給される加圧空気が送気管34のバルブ36および
除菌フィルタ35を通って供給され、該培養液供給槽31内
が加圧される。なお、バルブ69は開とし、バルブ72およ
び73は閉とする。これにより、該培養液供給槽31の底面
に連結された培養液供給管32内へ、該培養液供給槽31内
の培養液が順次加圧状態で送給され、該培養液供給管32
に連結された各ノズル33に培養液が供給される。該培養
液は、各ノズル33から、コンベアベルト20上の被培養物
に噴霧される。各ノズル33から噴霧される培養液は、培
養槽10内の気相中の酸素を効率的に巻き込んで、コンベ
アベルト20上の被培養物に供給される。

コンベアベルト20上の被培養物は、各ノズル33から噴
霧された培養液を吸収しつつ、培養槽10内の気相中を所
定の速度で移動され、この移動の間に被培養物が生長す
る。各ノズル33から噴霧されてコンベアベルト20の下方
へ落下する余剰の培養液は、培養槽10の底面12に沿って
流下し、貯留槽51内に流れ込む。

コンベアベルト20上で生長した組織培養物は、余剰の
培養液とともに、コンベアベルト20の終端部から分離板
40上に落下する。該分離板40上に落下した所定の大きさ
に生長した組織培養物は、分離板40の各孔を通過するこ
となく、該分離板40に沿って流下し、取り出し部11内に
収容される。取り出し部11内に収容された組織培養物
は、最終培養物として、適宜、取り出される。組織培養
物を取り出す場合には、無菌空気流入部11bから無菌空
気が送給されて該取り出し部11内にエアーカーテンが形
成されるため、培養槽10内に外気が流入するおそれがな
い。

これに対して、所定の大きさに生長していない組織培
養物は、分離板40の各孔を培養液とともに通過して、貯
留槽51内に収容される。該貯留槽51内に収容された組織
培養物と培養液の一部は、その底部の排出口54から培養
物循環管55内に流入し、ポンプ56により、培養槽10内の
コンベアベルト20のり始端部上に循環される。そして、
該コンベアベルト20上で再度生長される。

貯留槽51内の培養液の一部は、該貯留槽51の側面に配
設された培養液流出口53から培養液回収管61内に、フィ
ルタ52により濾過されて送給される。該培養液回収管61
に介装されたバルブ69は、培養液回収槽62から貯留槽51
へ培養液が逆流することを防止する。該培養液回収管61
内に送給された培養液は、培養液回収槽62内に貯留され
る。そして、培養液供給槽31内の培養液が減少したら、
バルブ69を閉じるとともに、バルブ56、72および73を開
く。これにより、該培養液回収槽62内に貯留された培養
液は、適宜、送気管63から送給される加圧空気にて該培
養液回収槽62内が加圧されることにより、送液管71を介
して培養液供給槽31へ送給される。

このようにして、培養槽10内の気相中にて植物組織等
の被培養物が、培養液供給槽31から送給される培養液に
接触して生長され、所定の大きさに生長されると、該培
養槽10から取り出される。

本発明の気相培養装置では、培養槽10内の被培養物に
必要な培養液は、培養液供給槽31から空気圧を利用して
供給されている。培養液供給槽31から培養液を供給する
場合には、該培養液供給槽31内の圧力を高くするほど、
各ノズル33からの培養液の噴霧効率は向上する。しか
し、培養槽10内は、通常、2kg/cm²以下の加圧状態にな
っているため、培養液を供給する際の培養液供給槽31内
の圧力は、培養槽10内の圧力よりも低い2kg/cm²以下と
される。培養液供給槽31には、培養液回収槽62内に回収
された培養液が空気圧により供給されるため、該培養液
供給槽31内の圧力は、培養液回収槽62内の圧力よりも低
く設定される。この場合には、培養液回収槽62内の圧力
が高いほど、培養液を効率的に培養液供給槽31に送給す
ることができ、培養液の供給時間が短縮される。培養液
回収槽62から培養液供給槽31へ培養液を供給する送液管
71は、通常、蒸気により滅菌されるため、該送液管71に
は一対のバルブ72および73を配設することが好ましい。

培養液供給槽31から各ノズル33に供給される培養液
は、空気圧により高流量とされるため、各ノズル33から
は噴霧状態で確実に散布される。このため、各ノズル33
から噴霧される培養液は、培養槽10内の気槽中の酸素を
効率的に巻き込み、被培養物表面に該酸素とともに効率
的に供給され、被培養物には栄養源が酸素とともに十分
に供給される。

（発明の効果）本発明の気相培養装置は、このように、培養槽内の気
相中を移動される植物組織等の被培養物に、培養液を、
ポンプを用いることなく、空気圧により供給するように
しているため、被培養物には高流量の培養液が確実に散
布される。その結果、被培養物には気相中の酸素が巻き
込まれた培養液が確実に供給され、該被培養物は高効率
で培養される。ポンプを用いる必要がないために、経済
的でもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相培養装置の一例を示す断面図であ
る。 10……培養槽、11……取り出し部、20……コンベアベル
ト、31……培養液供給槽、32……送液管、33……ノズ
ル、34……送気管、40……分離板、51……貯留槽、55…
…培養物還流管、61……培養液回収管、62……培養液回
収槽、63……送気管、71……送液管。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】植物組織、植物細胞等の被培養物を気相中
で培養する気相培養装置であって、該被培養物が培養される気相を内部に有する培養槽と、該培養槽内の気相中に被培養物を所定の速度で移送させ
るべく該培養槽内に配設された、多孔性の材質で形成さ
れたコンベアベルトを有する移送手段と、該移送手段により移送されている被培養物に、培養液
を、空気圧を利用して供給する培養液供給手段と、を有
し、該コンベアベルトの被培養物移送方向終端部の下方に、
被培養物を受ける多孔性の分離板が配設され、該分離板
の一端部に、該分離板上に受けた被培養物を培養槽の外
に取り出すための取り出し部が設けられ、該培養槽の下部には該コンベアベルトを通過した培養液
を貯留する貯留槽が設けられ、該培養槽に設けられた排出口に培養物循環管の一端部が
接続され、該培養物循環管の他端部は、該コンベアベル
トの被培養物移送方向始端部上に配設され、該培養液供給手段は、該貯留槽に連結されて該貯留槽内
の培養液を回収し得る培養液回収槽と、該培養液回収槽
に連結されて該培養液回収槽内の培養液が送給され得る
培養液供給槽と、該培養液供給槽に連結されて該コンベ
アベルト上の被培養物に培養液を散布して供給するため
の培養液供給管と、を有し、該培養液回収槽内の培養液が空気の加圧により、培養液
供給槽へ送給されるように該培養液回収槽に送気管が設
けられ、該培養液供給槽内の培養液が空気の加圧により該培養液
供給管を介して前記培養槽内のコンベアベルト上の被培
養物に散布され得るように該培養液供給槽に送気管が設
けられている、気相培養装置。