JP3122050B2 - Culture and reaction method and apparatus for microorganisms, cells or immobilized enzymes - Google Patents

Culture and reaction method and apparatus for microorganisms, cells or immobilized enzymes

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JP3122050B2 JP08322092A JP32209296A JP3122050B2 JP 3122050 B2 JP3122050 B2 JP 3122050B2 JP 08322092 A JP08322092 A JP 08322092A JP 32209296 A JP32209296 A JP 32209296A JP 3122050 B2 JP3122050 B2 JP 3122050B2
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/18Apparatus specially designed for the use of free, immobilized or carrier-bound enzymes

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 本発明は、微生物、細胞または
固定化酵素(以下「微生物等」という)の培養方法又は
反応方法の改良、及び、それに用いる培養装置又は反応
装置(本明細書において、「バイオリアクター」とい
う)に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、微生物等の培養又は反応を行う際、当該培養液また
は反応液によって多孔質分離膜が目詰りを起こすことが
なく該膜を通して生成物又は反応液を効率よく回収する
方法、さらに該方法に用いる多孔質分離膜の目詰り防止
機能を備えたバイオリアクターに関するものである。
The present invention relates to an improvement in a method for culturing or reacting microorganisms, cells or immobilized enzymes (hereinafter referred to as "microorganisms or the like"), and a culturing apparatus or reaction apparatus (hereinafter referred to as ""Bioreactor"). More specifically, the present invention provides a method for efficiently recovering a product or a reaction solution through a porous separation membrane without causing clogging of the porous separation membrane by the culture solution or the reaction solution when culturing or reacting a microorganism or the like. And a bioreactor having a function of preventing clogging of a porous separation membrane used in the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】 微生物、細胞または固定化酵素を培養
又は反応するのに用いられるバイオリアクターには、通
常、微生物や細胞を高密度に培養したり、反応液を分離
回収するために「ろ過分離装置」というものが付設され
ている。しかしながら、このようなろ過分離装置が付設
された従来のバイオリアクターにおいては、培養又は反
応工程と分離工程とがそれぞれ独立しており、分離設備
費が高くつくとともに、ろ過・回収操作が煩雑であるな
どの問題があった。
2. Description of the Related Art Bioreactors used for culturing or reacting microorganisms, cells, or immobilized enzymes usually include "filtration separation" for culturing microorganisms or cells at a high density or separating and recovering a reaction solution. A device is attached. However, in a conventional bioreactor provided with such a filtration / separation device, the culturing or reaction step and the separation step are independent of each other, so that separation equipment costs are high and filtration / recovery operations are complicated. There was such a problem.

【0003】また、濾過分離膜をバイオリアクター内部
に配設した従来のバイオリアクターには、通常、目詰り
を防止するために、多孔質分離膜の培養液と接している
側と反対の側から間欠的に通気や通水を行うための煩雑
な設備が必要であり、そのために分離のための設備費が
高くつくという問題があった。
[0003] Conventional bioreactors in which a filtration separation membrane is disposed inside a bioreactor usually have a porous separation membrane from the side opposite to the side in contact with the culture solution in order to prevent clogging. Complicated equipment for intermittent ventilation and water supply is required, which causes a problem that equipment cost for separation is high.

【0004】さらに、従来の微生物、細胞又は固定化酵
素を高密度に培養又は反応するのに用いられるバイオリ
アクターには、反応液を回収するための濾過分離装置、
培養液あるいは反応液の撹拌装置、温度センサー、pH
電極、液面センサーなどを配設するための煩雑な装備が
必要であったため、装置が大規模化し、且つ高価であっ
た。したがって、かかる従来のバイオリアクターは、多
数の微生物や細胞、又は固定化酵素を並行して高密度に
培養又は反応を行い、培養液あるいは反応液を濾過分離
回収するのにはきわめて不便であった。
Further, conventional bioreactors used for culturing or reacting microorganisms, cells or immobilized enzymes at a high density include a filtration and separation apparatus for recovering a reaction solution.
Stirring device for culture solution or reaction solution, temperature sensor, pH
Since complicated equipment for disposing electrodes, liquid level sensors, and the like was required, the apparatus was large-scale and expensive. Therefore, such a conventional bioreactor is extremely inconvenient for culturing or reacting a large number of microorganisms, cells, or immobilized enzymes in parallel at a high density, and separating and recovering the culture solution or the reaction solution by filtration. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術における問題を解決するためになされたものであっ
て、培養又は反応を行いながら、微生物、細胞又は固定
化酵素の反応液より、多孔質分離膜が目詰りを起こすこ
となく該膜を通して反応液を効率よく回収する方法を提
供することを目的とする。さらに、この反応に用いる安
価で、かつ、煩雑な操作を必要とせず、小型でありなが
ら従来の大規模且つ煩雑な培養器又はバイオリアクター
と同程度の反応効率が得られる簡便な装置を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and it has been proposed that a culture solution or a reaction solution of a microorganism, a cell, or a reaction solution of an immobilized enzyme be more porous while being cultured or reacted. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently collecting a reaction solution through a separation membrane without causing clogging of the separation membrane. Further, the present invention provides a simple device which is inexpensive, does not require complicated operations, and which is small in size and can achieve a reaction efficiency comparable to that of a conventional large-scale and complicated incubator or bioreactor. The purpose is to:

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、請求項1において、微生物、細胞また
は固定化酵素の培養及び反応方法において、多孔質膜細
管を内部に配設したバイオリアクターを振盪することに
より、該膜の培養液と接している側の細孔中に沈積する
目詰り原因物質を除去しながら、反応液を回収するよう
にしたことを特徴とする微生物、細胞または固定化酵素
の培養及び反応方法を提供する。
According to the present invention, in order to achieve the above object, in the method for culturing and reacting a microorganism, a cell or an immobilized enzyme according to claim 1, a porous membrane thin tube is disposed inside. A microorganism or a cell, wherein the reaction solution is recovered by shaking the bioreactor to remove clogging substances deposited in pores of the membrane in contact with the culture solution. Alternatively, a method for culturing and reacting the immobilized enzyme is provided.

【0007】 請求項2では,微生物,細胞または固定
化酵素の培養及び反応装置であって,微生物,細胞また
は固定化酵素を培養するための多孔質膜細管,前記多孔
質膜細管より得られた濾液を容器外部に取り出すための
前記多孔質膜細管と連結されてなる濾液取出管,前記多
孔質膜細管に送水するための前記多孔質膜細管と連結さ
れてなる送水管を備え,振盪することにより上記多孔質
膜細管の培養液と接している側の細孔中に沈積する目詰
り原因物質を除去しながら反応液を回収するようにして
なることを特徴とするバイオリアクターを提供する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for culturing and reacting a microorganism, a cell or an immobilized enzyme, wherein the porous membrane tubule for culturing a microorganism, a cell or an immobilized enzyme is obtained from the porous membrane tubule. Shaking is provided with a filtrate taking-out pipe connected to the porous membrane thin tube for taking out the filtrate to the outside of the container, and a water sending pipe connected to the porous membrane thin tube for sending water to the porous membrane thin tube. The present invention provides a bioreactor characterized in that a reaction solution is recovered while removing a clogging substance deposited in pores on the side of the porous membrane tubule in contact with the culture solution.

【0008】請求項3では、微生物、細胞または固定化
酵素の培養及び反応方法において、請求項2のバイオリ
アクターを振盪することにより、多孔質膜細孔内への濾
液の浸透、あるいは水又は水溶液の浸透を促進すること
を特徴とする培養及び反応方法を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the method of culturing and reacting a microorganism, a cell or an immobilized enzyme, the bioreactor according to the second aspect is shaken to allow the filtrate to penetrate into the pores of the porous membrane, or water or an aqueous solution. And a method for culturing and reacting, which promotes the penetration of a microorganism.

【0009】 請求項4では,微生物,細胞または固定
化酵素の培養及び反応方法において,バイオリアクター
に配設した多孔質膜の細孔から,多孔質膜細管の培養液
と接している側から濾液を吸い込み,振盪することによ
りバイオリアクターの外部へ濾液を移動することによっ
て,培養液量又は反応液量の水位を初期水準に維持しつ
つ,連続濾過を行なうことを特徴とする培養及び反応方
法を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for culturing and reacting a microorganism, a cell, or an immobilized enzyme, the filtrate from the side of the porous membrane provided in the bioreactor from the side in contact with the culture solution of the porous membrane tubule. The culture and reaction method is characterized in that continuous filtration is performed while maintaining the level of the culture or reaction solution at the initial level by transferring the filtrate to the outside of the bioreactor by sucking in and shaking. provide.

【0010】[0010]

【作用】上記請求項1の発明によれば、培養又は反応を
行いながら、微生物、細胞又は固定化酵素の反応液よ
り、多孔質分離膜細管を通して生成物を含む液を回収す
る。そして多孔質膜細管を内部に配置したバイオリアク
ターを振盪させることにより、該多孔質膜細管の培養液
あるいは反応液と接している側の膜面に振盪を与えるこ
とにより、細管中に沈積する目詰り原因物質が除去され
る。
According to the first aspect of the present invention, a liquid containing a product is recovered from a reaction solution of a microorganism, a cell, or an immobilized enzyme through a porous separation membrane thin tube while culturing or reacting. Then, by shaking the bioreactor in which the porous membrane tubule is disposed, the membrane surface on the side of the porous membrane tubule in contact with the culture solution or the reaction solution is shaken, so that the eye is deposited in the tubule. The clogging substance is removed.

【0011】これらの多孔質分離膜は、微生物又は細胞
の培養又は固定化酵素の反応に用いられている通常の振
盪培養器や振盪バイオリアクターの中に配設され、この
多孔質分離膜により分離された生成物を含む液(濾液)
は、取り出し管を経て自然落下又は吸引方式などによ
り、バイオリアクターの外部へ取り出され回収される。
ろ液を自然落下し回収する場合には、ろ液の排出管のみ
付設すればよいため、より安価で簡便な手法となる。
[0011] These porous separation membranes are disposed in a conventional shaking incubator or shaking bioreactor used for culturing microorganisms or cells or reacting with immobilized enzymes. Liquid containing filtered product (filtrate)
Is taken out of the bioreactor through a take-out tube and collected by gravity or suction.
When the filtrate is dropped and collected by gravity, it is only necessary to attach a drain pipe for the filtrate, which is a cheaper and simpler method.

【0012】また、振盪により飛散した反応液が多孔質
膜に接すると、反応液から濾液のみを毛管現象により吸
い込み、さらに、振盪により多孔質膜細管内の濾液がバ
イオリアクター外へ移動するため、従来の濾過操作に見
られる吸引あるいは圧縮などの補助推進力を不要にする
こともできる。
When the reaction solution scattered by shaking comes into contact with the porous membrane, only the filtrate is sucked from the reaction solution by capillary action, and further, the filtrate in the thin capillary of the porous membrane moves out of the bioreactor by shaking. Auxiliary propulsion, such as suction or compression, found in conventional filtration operations may be eliminated.

【0013】したがって、バイオリアクター内部の水位
は多孔質膜細管の設置位置によってほぼ一定に維持する
ことができるため、原料液の供給速度に比例して濾液が
得られ、連続反応の操作がきわめて容易となる。
Therefore, the water level inside the bioreactor can be maintained almost constant by the installation position of the porous membrane tubing, so that the filtrate can be obtained in proportion to the feed rate of the raw material liquid, and the operation of the continuous reaction is extremely easy. Becomes

【0014】この多孔質分離膜細管は、該膜を配設した
バイオリアクターを振盪させることにより、培養液ある
いは反応液の中の微生物、細胞又は固定化酵素を分散さ
せ、該膜の培養液と接している側の細孔中に沈積する目
詰り原因物質を反応液により洗浄除去することができ
る。これによって運転初期と同等の濾過効率を確保する
ことができ、高い濾過流量を長期間維持することができ
る。
The porous separation membrane capillary disperses microorganisms, cells, or immobilized enzymes in a culture solution or reaction solution by shaking a bioreactor provided with the membrane, and forms a mixture with the culture solution of the membrane. The clogging substance deposited in the contacting pores can be removed by washing with the reaction solution. As a result, the same filtration efficiency as in the initial stage of operation can be secured, and a high filtration flow rate can be maintained for a long period of time.

【0015】また、多孔質分離膜細管の培養液と接して
いる側と反対側(多孔質細管膜の内部)から間欠的に送
水することにより、細孔中に付着した目詰り原因物質を
洗浄し流出させることができる。この送水管の連結方法
は、多孔質分離膜に直接連結するものと、濾液流出管と
連結するものがあり、いずれも切換弁またはポンプの駆
動の切換によって濾液取出と送水を交互に操作すること
により、連続的に濾過操作と送水を繰り返し行うことが
できる。
Also, by intermittently supplying water from the side of the porous separation membrane tubule opposite to the side in contact with the culture solution (inside of the porous tubule membrane), the clogging substance attached to the pores is washed away. And can be drained. There are two ways to connect the water pipe: one to connect directly to the porous separation membrane, and the other to connect to the filtrate outflow pipe. Thereby, the filtration operation and the water supply can be continuously repeated.

【0016】また、多孔質細管膜の内部から間欠的に送
水する液は、水に限定されるものではなく、ろ液の一部
あるいは微生物又は細胞の栄養源を含む溶液、あるいは
反応の原料物質を含む液などを送水することができる。
The liquid intermittently supplied from the inside of the porous capillary membrane is not limited to water, but may be a part of a filtrate, a solution containing a nutrient of microorganisms or cells, or a raw material for the reaction. And the like can be supplied.

【0017】バイオリアクターを振盪することにより、
多孔質細管膜の内部への濾液の浸透を促進することがで
きるため、振盪することにより高い濾過流量が得られ
る。
By shaking the bioreactor,
Since the penetration of the filtrate into the inside of the porous capillary membrane can be promoted, a high filtration flow rate can be obtained by shaking.

【0018】また、バイオリアクターを振盪することに
より、多孔質膜細管の内部から間欠的に送水する液の浸
透も促進されるため、運転初期と同等の濾過効率を長期
間確保することができ、これによって高い濾過流量で継
続して濾過操作を行うことができる。
Further, by shaking the bioreactor, penetration of the liquid intermittently fed from the inside of the porous membrane thin tube is promoted, so that the same filtration efficiency as in the initial stage of operation can be secured for a long period of time. Thus, the filtration operation can be continuously performed at a high filtration flow rate.

【0019】また、多孔質膜細管の設置位置によりバイ
オリアクター内の液量をほぼ一定に維持しつつ、高い反
応速度を維持することができるため、何ら煩雑な操作や
装置を付設することなく、装置の簡便化が容易となる。
[0019] Further, since the high reaction rate can be maintained while maintaining the liquid volume in the bioreactor almost constant by the installation position of the porous membrane tubule, no complicated operation or equipment is required. It is easy to simplify the device.

【0020】該バイオリアクターは、高い濾過流量を長
期間維持できるため、培養液あるいは反応液の交換速度
を高めることができる。これによって微生物、細胞又は
固定化酵素の反応速度を長期間高く維持することができ
る。
Since the bioreactor can maintain a high filtration flow rate for a long time, the exchange rate of the culture solution or the reaction solution can be increased. Thereby, the reaction rate of the microorganism, cell or immobilized enzyme can be kept high for a long time.

【0021】また、該バイオリアクターを振盪すること
により、培養液あるいは反応液を撹拌混合する効果が高
まる。これによって、微生物、細胞又は固定化酵素の反
応速度を高く維持することができる。
Further, by shaking the bioreactor, the effect of stirring and mixing the culture solution or the reaction solution is enhanced. Thereby, the reaction rate of the microorganism, cell or immobilized enzyme can be kept high.

【0022】また、該バイオリアクター内へ連続的に新
鮮な培養液又は原料液が供給されることにより、常に培
養液あるいは反応液のpHや栄養源、原料の濃度が最適
に維持され、煩雑な操作や計測装置が不要となり、した
がって、反応装置の小型化が著しく容易になるととも
に、小型バイオリアクターでの、大規模反応を連続的に
行い得る。
Further, by continuously supplying a fresh culture solution or a raw material solution into the bioreactor, the pH of the culture solution or the reaction solution, the nutrient source, and the concentration of the raw material are constantly maintained optimally, and complicated Operation and a measurement device are not required, and therefore, miniaturization of the reaction device is remarkably facilitated, and a large-scale reaction in a small bioreactor can be continuously performed.

【0023】[0023]

【本発明の実施の形態】次に、このような培養方法又は
反応方法に用いられる本発明のバイオリアクターについ
て、図面に従って説明する。図1は本発明の培養器の概
略図であって、ガラス製のフラスコからなる振盪型培養
器1の中に1本の多孔質膜細管2が配設されている。こ
の多孔質膜細管は濾液取出管3と、送水管4に連結され
ている。濾液取出管3は送液ポンプ5に連結し、このポ
ンプを駆動することによって培養器の中から多孔質膜細
管2を透過し分離された培養濾過液が取り出される。送
液ポンプ5は、必ずしも必要ではなく、自然落下により
濾過液を分離することもできる。また、送水管4は送液
ポンプ6に連結し、多孔質膜細管2の内側から外側の培
養液へ水又は濾液の一部又は栄養成分を含む水溶液を供
給し、これによって膜の目詰り原因物質の細管からの分
離を促進する。
Next, the bioreactor of the present invention used in such a culture method or reaction method will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an incubator of the present invention, in which a single porous membrane tube 2 is disposed in a shaking incubator 1 made of a glass flask. This porous membrane thin tube is connected to a filtrate discharge tube 3 and a water supply tube 4. The filtrate taking-out tube 3 is connected to a liquid sending pump 5, and by driving this pump, the culture filtrate separated through the porous membrane thin tube 2 is taken out of the incubator. The liquid sending pump 5 is not always necessary, and can separate the filtrate by natural fall. In addition, the water supply pipe 4 is connected to the liquid supply pump 6 to supply water or an aqueous solution containing a part of the filtrate or nutrient components from the inside of the porous membrane thin tube 2 to the outside culture medium, thereby causing clogging of the membrane. Facilitates separation of material from tubules.

【0024】培養器1は、撹拌振盪台9によって常に振
盪が与えられ、これによって培養液への栄養成分の拡散
が促進される。また、培養器1の最上部には通気栓7が
取り付けられ、培養器内部への酸素供給と、培養器内部
から外部への発酵ガスの放出によるガス交換を促進す
る。さらに培養器には多用途口8が併設され、栄養源の
供給および培養液の分析用サンプルの取り出し、あるい
は温度センサーやpHセンサーの取り付け口として用い
られる。
The incubator 1 is constantly shaken by the agitating shaker 9, which promotes the diffusion of nutrient components into the culture solution. A vent plug 7 is attached to the top of the incubator 1 to promote oxygen supply to the inside of the incubator and gas exchange by releasing fermentation gas from the inside of the incubator to the outside. Further, a multi-purpose port 8 is provided in the incubator to supply a nutrient source and take out a sample for analysis of a culture solution, or used as a mounting port for a temperature sensor or a pH sensor.

【0025】培養器1の内部の多孔質膜細管2は、静置
状態における培養液面よりも上部で、且つ培養器を振盪
した時に振幅する培養液に浸る高さに配置することが望
ましい。これによって、微生物菌体又は細胞が高密度に
なった場合でも、菌体又は細胞が凝集し沈殿することを
防ぎ、さらに流動する培養液が多孔質膜細管2の培養液
と接する面から目詰り原因物質が洗浄除去され、膜の目
詰りが防止される。
It is desirable that the porous membrane tubule 2 inside the incubator 1 is disposed above the surface of the culture solution in the stationary state and at a height soaked in the culture solution that swings when the incubator is shaken. Thus, even when the microbial cells or cells become dense, the cells or cells are prevented from aggregating and settling, and the flowing culture solution is clogged from the surface of the porous membrane tubule 2 which comes into contact with the culture solution. The causative substances are washed away, and clogging of the membrane is prevented.

【0026】図2は、前記培養器を用い、振盪・濾過運
転を行った場合と振盪せずに濾過のみを行った場合の培
養時間と濾過流量との関係の例を示すグラフである。振
盪・濾過運転を行った場合には、途中で送水した場合
(逆洗実行時)と連続して濾過を行った場合(逆洗非実
行時)との2つの場合のデータを示している。振盪を行
わずに濾過運転を行った場合は経時とともに濾過流量は
急速に低下するが、振盪・濾過運転を行った場合は濾過
流量の低下はわずかである。また、途中で多孔質膜細管
の内側から送水し逆洗した場合には、さらに濾過流量の
低下が防止される。
FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the culturing time and the filtration flow rate when the above-mentioned incubator is used for the shaking / filtration operation and when only the filtration is performed without shaking. Data are shown for two cases: when a shaking / filtration operation is performed, when water is fed halfway (when backwashing is performed), and when water is continuously filtered (when backwashing is not performed). When the filtration operation is performed without shaking, the filtration flow rate decreases rapidly with time, but when the shaking / filtration operation is performed, the filtration flow rate decreases slightly. Further, when water is supplied from the inside of the porous membrane thin tube and backwashed on the way, a further decrease in filtration flow rate is prevented.

【0027】[0027]

【実施例1】多孔質セラミック細管を配設したガラス製
培養器による、酵母菌の培養について説明する。本実施
例では、図1に示す培養器(バイオリアクター)を用い
た。図1において、2は平均細孔径0.5μmのセラミ
ック多孔質管であり、内径8mm、外径11mmであ
る。この多孔質膜細管は、濾液取出管3と、送水管4に
連結されている。培養器の容量は500ml、撹拌振盪
台9は0〜200rpmの範囲で回転又は往復振盪す
る。
Example 1 A description will be given of cultivation of yeast by a glass incubator provided with a porous ceramic thin tube. In this example, the incubator (bioreactor) shown in FIG. 1 was used. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a ceramic porous tube having an average pore diameter of 0.5 μm, which has an inner diameter of 8 mm and an outer diameter of 11 mm. This porous membrane thin tube is connected to a filtrate discharge tube 3 and a water supply tube 4. The capacity of the incubator is 500 ml, and the stirring and shaking table 9 is rotated or reciprocated in the range of 0 to 200 rpm.

【0028】グルコース50g/l、酵母エキス5g/
l、ポリペプトン5g/lを含む200mlの培地に、
図1の通気栓口7からパン酵母を植菌して30℃、pH
5にて、120rpmで往復振盪培養を行った。1日間
(24時間)培養を行ったのち、グルコース100g/
l、酵母エキス10g/l、ポリペプトン10g/lを
含む基質液を、送液ポンプ10により供給した。
Glucose 50 g / l, yeast extract 5 g /
1, 200 ml of medium containing 5 g / l of polypeptone,
Inoculated with baker's yeast from the vent opening 7 of FIG.
At 5, the cells were reciprocally shake-cultured at 120 rpm. After culturing for one day (24 hours), glucose 100 g /
1, a substrate solution containing 10 g / l of yeast extract and 10 g / l of polypeptone was supplied by a liquid sending pump 10.

【0029】基質液の流入と同時に、多孔質膜細管2よ
り培養濾過液を分離したところ、培養6日目までに菌体
濃度を170g/lまで高めることができた。濾過流量
は初期濾過能力の90%に維持され、濾液中には残存グ
ルコースは全く検出されず、酵母の菌体分離率も99%
と良好であった。
When the culture filtrate was separated from the porous membrane tubule 2 simultaneously with the inflow of the substrate solution, the bacterial cell concentration could be increased to 170 g / l by the sixth day of culture. The filtration flow rate was maintained at 90% of the initial filtration capacity, no residual glucose was detected in the filtrate, and the yeast cell separation rate was 99%.
And was good.

【0030】[0030]

【実施例2】実施例1のバイオリアクターにおいて、濾
過および逆洗水の供給をタイマーを用い切り替え実行し
た。濾過を10分間行う毎に1分間、洗浄水を送水管4
から供給して濾過培養を行ったところ、培養6日目まで
に菌体濃度を200g/lまで高めることができた。濾
過流量は初期濾過能力の96%に維持され、洗浄水によ
る顕著な目詰り防止効果が認められた。
Example 2 In the bioreactor of Example 1, the supply of filtration and backwash water was switched using a timer. The washing water is supplied to the water pipe 4 for 1 minute every 10 minutes of the filtration.
, The concentration of the bacterial cells was increased to 200 g / l by the sixth day of the culture. The filtration flow rate was maintained at 96% of the initial filtration capacity, and a remarkable effect of preventing clogging by the washing water was observed.

【0031】(比較例1)実施例1の培養装置におい
て、撹拌振盪を行わずに濾過培養を行ったところ、培養
6日目までに菌体濃度は30g/lまでにとどまり、濾
過流量は初期濾過能力の25%に低下した。
(Comparative Example 1) In the culture apparatus of Example 1, filtration cultivation was performed without stirring and shaking. By the 6th day of cultivation, the bacterial cell concentration was limited to 30 g / l, and the filtration flow rate was low. Reduced to 25% of filtration capacity.

【0032】(比較例2)実施例1の培養装置におい
て、濾過を行わずに基質液を添加し培養を行ったとこ
ろ、培養6日目までに菌体濃度は16g/lまでにとど
まった。
(Comparative Example 2) In the culturing apparatus of Example 1, culturing was performed by adding a substrate solution without performing filtration. By the sixth day of the culturing, the bacterial cell concentration was only 16 g / l.

【0033】(比較例3)実施例1の培養装置におい
て、基質液の供給と濾過を行わずに培養を行ったとこ
ろ、培養6日目までに菌体濃度は7g/lまでにとどま
った。
(Comparative Example 3) In the culturing apparatus of Example 1, culturing was carried out without supplying and filtering the substrate solution. By the 6th day of the culturing, the bacterial cell concentration was only 7 g / l.

【0034】(参考例)実施例1の培養装置において、
多孔質膜細管2を培養器1の底部から5mmの位置に配
設した培養器を用いて培養を行ったところ、多孔質膜細
管の近接部に菌体の凝集塊が沈殿し、培養6日目までに
菌体濃度は145g/lにとどまり、濾過流量は初期濾
過能力の75%に低下した。
(Reference Example) In the culture apparatus of Example 1,
When culturing was carried out using an incubator in which the porous membrane tubule 2 was disposed at a position 5 mm from the bottom of the incubator 1, bacterial aggregates settled in the vicinity of the porous membrane tubule, and cultivation was performed for 6 days. By the eyes, the cell concentration remained at 145 g / l, and the filtration flow rate was reduced to 75% of the initial filtration capacity.

【0035】尚、本発明に用いる多孔質膜細管について
は特に制限がなく、培養液又は反応液と微生物、細胞又
は固定化酵素をろ過分離する機能を有す多孔質セラミッ
ク膜、多孔質ガラス膜、有機高分子膜、金属不織布など
があり、培養器又はバイオリアクターの内部に配設でき
るものであれば、管状、中空糸、スパイラルなどを用い
ることができる。これらの膜の中では管状のセラミック
膜が比較的適している。また、培養又は反応させるべき
微生物や細胞についても特に制限はなく、酵母、細菌、
カビ、放線菌、原生生物、動物細胞、植物細胞などが挙
げられる。また、固定化酵素および固定化方法について
も特に制限はなく、アルギン酸カルシウム担体に固定化
したグルコースイソメラーゼ、多孔質ガラスに固定化し
たプロテアーゼなどがあげられる。
There is no particular limitation on the porous membrane tubule used in the present invention, and a porous ceramic membrane or a porous glass membrane having a function of filtering and separating a culture solution or a reaction solution from microorganisms, cells or immobilized enzymes. , An organic polymer film, a metal nonwoven fabric, and the like, and a tube, a hollow fiber, a spiral, or the like can be used as long as it can be disposed inside the incubator or the bioreactor. Among these membranes, tubular ceramic membranes are relatively suitable. In addition, there is no particular limitation on the microorganisms and cells to be cultured or reacted, yeast, bacteria,
Molds, actinomycetes, protists, animal cells, plant cells, and the like. The immobilized enzyme and the immobilization method are not particularly limited, and examples thereof include glucose isomerase immobilized on a calcium alginate carrier, and protease immobilized on porous glass.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上より、本発明の方法によれば、培養
器又はバイオリアクター内に微生物、細胞又は固定化酵
素を保持したまま、培養液あるいは反応液と、微生物、
細胞又は固定化酵素との分離を効率的に且つ連続的に長
期間行うことができる。さらに、培養液中の微生物ある
いは細胞を極限高密度に高めることができる。また、こ
れによって反応速度を高め、生成物を連続的に高い効率
で生産しうる。
As described above, according to the method of the present invention, a culture solution or a reaction solution is mixed with a microorganism, a cell, or an immobilized enzyme in a culture vessel or a bioreactor,
Separation from cells or immobilized enzymes can be performed efficiently and continuously for a long period of time. Further, microorganisms or cells in the culture solution can be increased to an extremely high density. In addition, this can increase the reaction rate and continuously produce the product with high efficiency.

【0037】また、本発明の装置は、バイオリアクター
の小型化、簡便化に格段の効果をもつ。すなわち、従来
のバオリアクターに用いられる煩雑な操作が不要とな
り、反応原料となる水溶液を連続的に供給し、多孔質膜
細管を通してろ液を分離することにより微生物や細胞を
高密度に高め、これによって大型のバイオリアクターを
用いる場合と同等の反応効率をうる。このようなバイオ
リアクターは、小型の高速廃水処理装置としてきわめて
有効であるばかりでなく、多種類の異なる性質を持つ微
生物や細胞を多数の小型培養器を用いて同時に培養し、
異なる生産物を短期間で大量にうるための安価な培養技
術を提供できる。
The apparatus of the present invention has a remarkable effect on miniaturization and simplification of the bioreactor. That is, the complicated operation used in the conventional bioreactor is not required, the aqueous solution as the reaction raw material is continuously supplied, and the filtrate is separated through a porous membrane thin tube to increase the microorganisms and cells to a high density. As a result, the same reaction efficiency as when a large bioreactor is used is obtained. Such a bioreactor is not only very effective as a small high-speed wastewater treatment device, but also simultaneously cultivates microorganisms and cells having many different properties using a large number of small incubators,
It is possible to provide an inexpensive culture technique for obtaining a large amount of different products in a short period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のバイオリアクターの概略図FIG. 1 is a schematic diagram of the bioreactor of the present invention.

【図2】 本発明方法による多孔質膜細管の目詰り防止
効果の一例を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing an example of the effect of preventing clogging of a porous membrane thin tube according to the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス製振盪培養器 2 多孔質膜細管 3 濾液取出管 4 送水管 5 濾液取出送液ポンプ 6 洗浄水送液ポンプ 7 通気栓 8 多用途口 9 撹拌振盪台 10 基質液送液ポンプ 11 基質水溶液貯瓶 12 濾液貯瓶 13 洗浄水貯瓶 14 ゴム栓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass shaking incubator 2 Porous membrane thin tube 3 Filtrate discharge pipe 4 Water supply pipe 5 Filtrate discharge liquid feed pump 6 Washing water liquid feed pump 7 Vent plug 8 Multipurpose port 9 Stirrer shaker table 10 Substrate liquid liquid feed pump 11 Substrate aqueous solution Storage bottle 12 Filtrate storage bottle 13 Washing water storage bottle 14 Rubber stopper

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 微生物、細胞または固定化酵素の培養及
び反応方法であって、多孔質膜細管を内部に配設したバ
イオリアクターを振盪することにより、該膜の培養液と
接している側の細孔中に沈積する目詰り原因物質を除去
しながら反応液を回収するようにしたことを特徴とする
微生物、細胞または固定化酵素の培養及び反応方法。
1. A method for culturing and reacting a microorganism, a cell or an immobilized enzyme, the method comprising shaking a bioreactor in which a porous membrane capillary is disposed to form a membrane on the side in contact with the culture solution of the membrane. A method for culturing and reacting microorganisms, cells or immobilized enzymes, wherein a reaction solution is recovered while removing a clogging substance deposited in pores.
【請求項2】 微生物,細胞または固定化酵素の培養及
び反応装置であって,微生物,細胞または固定化酵素を
培養するための多孔質膜細管,前記多孔質膜細管より得
られた濾液を容器外部に取り出すための前記多孔質膜細
管と連結されてなる濾液取出管,前記多孔質膜細管に送
水するための前記多孔質膜細管と連結されてなる送水管
を備え,振盪することにより上記多孔質膜細管の培養液
と接している側の細孔中に沈積する目詰り原因物質を除
去しながら反応液を回収するようにしてなることを特徴
とするバイオリアクター。
2. A device for culturing and reacting microorganisms, cells or immobilized enzymes, comprising a porous membrane thin tube for culturing microorganisms, cells or immobilized enzyme, and a filtrate obtained from the porous membrane thin tube. A filtrate take-out tube connected to the porous membrane thin tube for taking out to the outside; and a water supply tube connected to the porous membrane thin tube for sending water to the porous membrane thin tube. A bioreactor characterized in that a reaction solution is recovered while removing a clogging substance deposited in pores on a side of a membrane of a membrane in contact with a culture solution.
【請求項3】 微生物、細胞または固定化酵素の培養及
び反応方法であって、請求項2記載のバイオリアクター
を振盪することにより、多孔質膜細管内への濾液の浸
透、あるいは水又は水溶液の浸透を促進することを特徴
とする培養及び反応方法。
3. A method for culturing and reacting a microorganism, a cell or an immobilized enzyme, wherein the bioreactor according to claim 2 is shaken to infiltrate a filtrate into a porous thin tubule, or to remove water or an aqueous solution. A culture and reaction method characterized by promoting penetration.
【請求項4】 微生物,細胞または固定化酵素の培養及
び反応方法であって,バイオリアクターに配設した多孔
質膜細管から,該多孔質膜細管の培養液と接している側
から濾液を吸い込み,振盪することによりバイオリアク
ターの外部へ該濾液を移動することによって,培養液量
または反応液量の水位を初期水準に維持しつつ,連続濾
過を行なうことを特徴とする培養及び反応方法。
4. A method for culturing and reacting a microorganism, a cell, or an immobilized enzyme, wherein a filtrate is sucked from a porous membrane thin tube provided in a bioreactor from a side of the porous membrane thin tube in contact with a culture solution. A culturing and reaction method, wherein a continuous filtration is carried out while moving the filtrate to the outside of the bioreactor by shaking to maintain the level of the culture solution or the reaction solution at the initial level.
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