JP3049297B2 - 菌体量の計測方法 - Google Patents

菌体量の計測方法

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JP3049297B2 JP2303053A JP30305390A JP3049297B2 JP 3049297 B2 JP3049297 B2 JP 3049297B2 JP 2303053 A JP2303053 A JP 2303053A JP 30305390 A JP30305390 A JP 30305390A JP 3049297 B2 JP3049297 B2 JP 3049297B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、菌体量の計測方法に関し、詳しくは、醗酵
槽やバイオリアクターのような培養装置内の菌体量を濁
度としてオンラインで計測する方法に関する。
〔従来の技術〕
醗酵槽やバイオリアクターのような培養装置内の菌体
量の計測は、従来は、培養装置内から培養液を一定量サ
ンプリングし、これを加熱乾燥させて乾燥重量を得て菌
体濃度を知る、いわゆる乾燥法が一般的であり、さらに
進んで、サンプリングした培養液を適当に水や緩衝液等
の希釈剤で希釈し、その濁度を濁度計により測定し、あ
らかじめ作成してある濁度と菌体濃度の検量線により菌
体量を得る方法が広くとられてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような培養装置内の菌体量の計測は、微生物を
用いて有用物質を生産する場合に、非常に重要な意味を
持つものであり、その菌体量も時間と共に変化するもの
であるから、その醗酵・培養系を正常に、かつ効率よく
行わしめるためには、オンラインで菌体量を計測するこ
とが望ましい。
ところが、上記従来の乾燥法は、結果を得るのに長時
間を要し、また、上記濁度計による方法も、オンライン
での計測は不可能である。一方、近年、レーザー光源を
用い、醗酵槽内に装着してオンラインで濁度を計測し、
菌体量を得る装置が市販されているが、きわめて高価で
あり、簡便に用いることはできない。
このような背景から本発明者は、醗酵槽内の菌体量を
濁度により計測するとともに、オンラインにより、しか
も安価に実施し得る方法を開発すべく鋭意研究を重ね
た。
濁度によって菌体量を計測する上で一番問題となる点
は、濁度を測定するために用いる濁度計にある。即ち、
通常市販されている濁度計は、測定できる濁度に上限が
あり、これを超える濁度の場合は、適当に希釈しなくて
は計測することができない。これを高濃度まで計測しよ
うとすると、前述のようにレーザー光源等を用いなくて
はならず、そのため、装置は複雑となり、かなり高価と
なる。
従って、サンプリングされた培養液(サンプル)の濁
度が高い場合には、サンプルを適当な濁度範囲になるよ
うに希釈することが必須条件となり、しかもオンライン
で行うためには、連続的にサンプルを希釈しつつ測定を
行う必要がある。本発明は、かかる知見に基づいて成さ
れたものである。
〔課題を解決するための手段〕
即ち、本発明は、培養装置よりサンプリングした培養
液を、水,生理的食塩水等の希釈剤で希釈した希釈液の
濁度を測定し、該濁度により菌体量を計測する方法にお
いて、一定量の培養液及び希釈剤を循環経路に注入して
循環させ、該循環経路を循環する希釈液に前記希釈剤を
注入し続けて前記希釈液を更に希釈しつつ濁度計により
濁度を測定し、希釈液の濁度が前記濁度計の計測可能範
囲に入った後に前記希釈剤の注入を停止し、このときの
希釈液の濁度と培養液及び希釈剤の注入量とにより菌体
量を算出することを特徴とするものである。
〔実施例〕
以下、本発明を、図面に基づいてさらに詳細に説明す
る。
まず、第1図は、本発明方法を実施するのに適した計
測装置の一例を示すものである。
醗酵槽または培養槽等の培養装置1は、サンプリング
管2及び該サンプリング管2に連設したチューブ2aに設
けられた培養液サンプリング用ポンプ3を介して希釈測
定装置4に連通している。該希釈測定装置4は、循環経
路5を有しており、該循環経路5の底部管路5aに、循環
ポンプ6が設けられるとともに、該循環ポンプ6の下流
側の立上り管路5bには、希釈された培養液の濁度を測定
する濁度計7が設けられている。該濁度計7は、立上り
管路5bに接続するガラス等の透明体で形成されたフロー
セル7aと、該フローセル7aを挟んで対峙する光源ランプ
7b及び受光器7cとを有している。前記循環経路5の底部
管路5aには、測定終了後の希釈液及び洗浄液を排出する
ための排出バルブ8が、また循環経路5の上部には、余
剰希釈液の排出口5cが設けられている。さらに、希釈測
定装置4には、希釈水または生理的食塩水などの希釈剤
を注入するための希釈剤注入ポンプ9を有する管路10が
接続されている。
次に上記計測装置を用いて菌体量の計測を行う手順を
説明する。
まず、菌体量の測定を行う以前に、希釈測定装置4の
経路を十分に洗浄した空の状態とする。次に前記培養液
サンプリング用ポンプ3を作動させて、培養装置1内の
培養液をサンプリング管2から希釈測定装置4に注入す
る。注入された培養液量Vbは、該ポンプ3の流速F1と作
動時間t0とで決まる。次いで希釈剤注入ポンプ9を作動
させ、希釈剤、例えば水または生理食塩水(約0.9%Nac
l)を希釈測定装置4に注入する。この時の希釈剤注入
ポンプ9の流速をF2とし、希釈測定装置4の循環経路5
内が満水となるまで注入したときの所要時間をt1とすれ
ば、希釈剤の注入量は流速F2と時間t1とで決まる。ここ
までが回分希釈となる。
次いで濁度計7でフローセル7a内を流れる希釈液の濁
度を計測しながら、循環ポンプ6を作動させて希釈液を
循環経路5内で循環させるとともに、循環経路5内が満
水となった後も、希釈剤注入ポンプ9を用いて希釈剤を
注入し続ける。この希釈剤の注入により余剰となる循環
液は排水口5cより排出される。この間は連続希釈とな
る。
そして、希釈剤注入ポンプ9からの希釈剤の注入と共
に希釈液の濁度が次第に低下していくので、希釈液の濁
度が濁度計7で計測可能な範囲に入ったら、適当な時点
で希釈剤注入ポンプ9を停止し、希釈剤の注入を終え
る。この時点までの希釈剤注入ポンプ9の作動時間をt2
とする。循環ポンプ6による循環及び攪拌作用により希
釈液の濁度が全体で略一定となり、濁度計7の読みが安
定したら、該濁度計7により希釈液の濁度を計測する。
ここで、あらかじめ本装置を用いて求めておいた第2
図に示すような濁度と菌体量の関係図を用いて、この時
点の希釈液の菌体量Xtを求め、さらに後述する式(II
I)を用いてサンプリングされた培養液中の菌体量X1
求める。
1回の計測操作が終了したら、排出バルブ8を開いて
希釈測定装置4内の希釈液を全て排出する。次いで、排
出バルブ8を閉めて希釈剤注入ポンプ9を作動させ、希
釈剤または水を注入し、希釈測定装置4内を満水として
循環ポンプ6を作動させ、水を約30秒間循環させて希釈
測定装置4内を洗浄し、再び排水バルブ8を開いて排出
する。このような洗浄操作を必要に応じて、例えば2回
繰返す。
次の測定時間になったら、まず培養液サンプリング用
ポンプ3を作動させ、サンプリング管2から該ポンプ3
を経て希釈測定装置4に至るまでに停滞している前回サ
ンプリング時の培養液を全て希釈測定装置4に入れて、
前述の洗浄操作を必要回数行い、しかる後、次の測定操
作に入る。
次に、上記濁度測定操作で得られた希釈液の濁度から
サンプル中の菌体量、即ち培養装置内の菌体量を得る手
段を説明する。まず、上記操作において、サンプル中の
菌体量を算出するために必要なデータをまとめると次の
様になる。
Vb:培養液のサンプリング量 [ml] F1:サンプリング中の培養液の流速 [ml/sec] F2:希釈剤の流速 [ml/sec] t0:培養液サンプリング用ポンプの作動時間[sec] t1:回分希釈の時間 [sec] t2:連続希釈の時間 [sec] D :希釈速度F2/(F2・t1+Vb) [−] X0:回分希釈終了時の菌体濃度 [g/] Xt:希釈測定時の菌体濃度 [g/] X1:培養液の菌体濃度 [g/] ここで、 Vb=F1・t0 回分希釈:X1={(F2・t1+Vb)/Vb}・X0 …(I) 連続希釈:dX/dt=−D・X dX/X=−D・dt Ln(Xt/X0)=−D・t2 X0=X1・eD・t2 …(II) I式とII式より X1={(F2・t1+Vb)/Vb}・(X1・eD・t2) …(III) 従って、上記式IIIに、希釈剤の流速(F2),回分希
釈の時間(t1),培養液のサンプリング量(Vb),連続
希釈の時間(t2)及び希釈測定時の菌体濃度(Xt)を代
入すれば、サンプリングした培養液の菌体濃度(X1)が
得られる。
次に上記装置を用いて、本発明をエタノールを基質と
したキャンディダブラシカエ(Candida brassicae)の
高濃度培養に用いた実験結果を説明する。
第1表に示した培地を1調製し、第1図に示す如き
醗酵槽1にとり、これにエタノール資化性酵母Candida
brassicaeを植菌した後、37℃で培養しつつ、上記手順
によりオンラインで菌体濃度を計測した。尚、この間、
菌体量に応じてエタノールを適宜添加しながら高濃度培
養を行った。
第2表は、その結果を示すもので、試料S10〜S20につ
いて本発明方法で計測して得た菌体量(C1)と、濁度計
を用いた従来法、即ち培養液の一部をメスフラスコを用
いて希釈した後に濁度を測定し、該測定結果から得た菌
体量(C2)と、従来の乾燥法、即ち、培養液の一部を10
5℃で乾燥させて重量を測定し、該測定結果から得た菌
体量(DCW)とを示す。
第2表から明らかなように、従来法と比較して本発明
方法は、ほとんど同様の結果を得ており、また菌濃度の
巾広い範囲にわたって正確に適応できることがわかる。
さらに第3図は、上記試料S10〜S20(S13,S17を除
く)において、希釈剤注入ポンプ9における希釈剤の流
速(F2)を35ml/min,30ml/min,25ml/minとし、連続希釈
の時間(t2)を変えたときの濁度(OD)の変化を示すも
のであり、また第3表は、培養の同一時期(試料S16
当)において、希釈時間t2、即ち希釈剤注入ポンプ9の
作動時間を変えて希釈率を変化させた場合の測定結果を
示すものである。
第3図及び第3表から明らかなように、希釈時間を変
えて濁度の測定値が変化しても菌体濃度測定値(X1)は
ほとんど変らず、どの様に希釈しても同様の結果を得ら
れることがわかる。
このように、本発明方法が濁度測定による菌濃度計測
に有効であることが明白であるが、本培養法では、微生
物の増殖、育成をうながすため、また内部の攪拌の目的
をもって空気、酸素、窒素等のガスを流入させている。
この場合、サンプリング管2にこれらガスを吸入し、そ
の為にサンプリング量Vbが不正確となり、計測値がバラ
ツクことが考えられるが、この場合は、前記第1図に示
したように、サンプリング管2の先端2bを上方に開口さ
せたり、第4図及び第5図に示すように、サンプリング
管2の先端に気泡分離手段を設けることによって、これ
らのガスの吸入を防ぐことができる。
まず第4図の気泡分離手段は、サンプリング管2の先
端に、筒状の気泡分離器11を設けたものである。培養液
は、気泡分離器11の下端側方部に設けた培養液流入口11
aから流入するが、この時、ほとんどガスを伴わない。
もし仮に気泡が流入したとしても,気泡分離器11の中で
気泡は上昇し、気泡分離器11上端部のガス出口11bより
放出される。従って、気泡分離器11の側方下部に開口し
たサンプリング管2の中にガスが流入することはほとん
どない。
また第5図は、サンプリング管2の先端に,メッシュ
構造部12aを有する気泡分離器12を装着したものであ
る。培養液は,気泡分離器12先端のメッシュ構造部12a
を通過して気泡分離器12中に入るが、この時ガスはほど
んど通過していない。もし仮にガスが流入したとして
も、気泡分離器12中を上昇し、気泡分離器12上部のガス
抜き孔12bより放出され、サンプリング管2に混入する
ことはほとんどない。
尚、上記実施例及び実験例は、本発明方法を説明する
ための一例であって、本発明方法はこれに限定されるも
のではない。また、各ポンプや弁の開閉とともに、希釈
液の濁度の測定から各データに基づいてサンプル中の菌
体量を算出する演算を、コンピューター等を用いて行う
ことにより、完全な自動制御運転も可能であり、設定さ
れた時間毎の菌体量の変化を容易に、かつ確実に得るこ
とができる。
また、実施例においては、酵母の培養を示したが、本
発明方法の菌体量の計測は、濁度の計測によるものであ
るから、醗酵分野においては他の微生物にも同様にして
利用することができ、さらに動植物の細胞培養にも応用
することが可能である。
さらに他の産業、例えば下水処理等における濁度のオ
ンライン測定にも利用でき、そのうえ、濁度計を光度計
に代えることにより、食品工業等の色彩の濃度管理にも
応用が考えられる等、研究分野から生産現場までの広範
な利用が考えられ、この方法に重要な役割を果すことが
期待できる。
従って、本発明は、バイオインダストリーの分野に於
いて広範に利用できることが期待されると同時に、食品
工業,医薬品製造,下水処理等の微生物を利用する各種
工業及び濁度や色度を計測する必要のある分野に有効に
利用することができるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明方法によれば、培養液の
サンプリング量を一定にして菌体量の計測を行うので、
計測時の培養装置を安定した状態に保ちながら、連続的
に菌体量を計測できる。従って、従来非常に困難であ
り、煩雑でしかも長時間を要していた菌体濃度(菌体
量)の測定をオンラインで、リアルタイムに、しかも安
価に行うことが可能であり、培養の管理制御に卓越した
効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するための装置の概要を示す
系統図、第2図は菌体濃度と吸光度との関係を示す図、
第3図は希釈培養液の吸光度(濁度)と希釈時間の関係
を示す図、第4図及び第5図は、それぞれ培養液のサン
プリングにおける気泡分離器の例を示す概略図である。 1……培養装置、2……サンプリング管、3……培養液
サンプリング用ポンプ、4……希釈測定装置、5……循
環経路、5c……排出口、6……循環ポンプ、7……濁度
計、7a……フローセル、7b……光源ランプ、7c……受光
部、8……排出バルブ、9……希釈剤注入ポンプ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】培養装置よりサンプリングした培養液を、
    水,生理的食塩水等の希釈剤で希釈した希釈液の濁度を
    測定し、該濁度により菌体量を計測する方法において、
    一定量の培養液及び希釈剤を循環経路に注入して循環さ
    せ、該循環経路を循環する希釈液に前記希釈剤を更に注
    入し続けて前記希釈液を希釈しつつ濁度計により濁度を
    測定し、希釈液の濁度が前記濁度計の計測可能範囲に入
    った後に前記希釈剤の注入を停止し、このときの希釈液
    の濁度と培養液及び希釈剤の注入量とにより菌体量を算
    出することを特徴とする菌体量の計測方法。
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