JP3137396B2 - サンプリング装置 - Google Patents
サンプリング装置Info
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- JP3137396B2 JP3137396B2 JP34678191A JP34678191A JP3137396B2 JP 3137396 B2 JP3137396 B2 JP 3137396B2 JP 34678191 A JP34678191 A JP 34678191A JP 34678191 A JP34678191 A JP 34678191A JP 3137396 B2 JP3137396 B2 JP 3137396B2
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- Japan
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- sampling
- pipe
- sample
- sterilization
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS 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
- C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
- C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オンラインサンプリン
グ装置、さらに詳しくは微生物や気泡を含む液体の無菌
操作可能なオンラインサンプリング装置に関するもので
ある。
グ装置、さらに詳しくは微生物や気泡を含む液体の無菌
操作可能なオンラインサンプリング装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】発酵工業、食品工業、医薬品製造業等に
おいて微生物及び酵素を用いる反応は、一般に常温常圧
で物質生産を行えるという特徴があるが、反応が固体、
液体及び気体の混合状態で行われることが多く、しかも
反応自体がいくつもの素反応が同時に進行するため複雑
であるなどその反応に影響を与える因子が多い。そのた
めに反応の解析や高品質の物質生産を効率よく行わせる
ためには温度、ｐＨ、溶存酸素濃度、酸化還元電位等の
環境因子や原料、生産物、菌体濃度等の特定物質に関す
る情報を精度良く適時入手する必要がある。また、反応
の自動制御を行う上では、これらの因子の情報をオンラ
インで取得することが不可欠である。ここで、考慮すべ
き点として微生物や酵素反応の特徴である雑菌汚染を避
けるために滅菌操作が要求されること、また、外部から
微生物が入り込まないような構造及び反応液が装置内に
滞留することを極力避ける構造が要求される。すなわち
オンラインで環境因子や目的物質の濃度を分析するため
のセンサーやサンプルの採取装置は滅菌できることが必
要である。温度、ｐＨ、溶存酸素濃度等の一部の環境因
子については滅菌可能なセンサーが実用化されている
が、菌体濃度や生産物質、中間代謝物等の、特定物質の
分析できる滅菌可能なセンサーはほとんど実用化されて
いない。また、反応が固体、液体及び気体の混合状態で
行われることが多く、均一な反応液を得るためには気液
分離の必要がある。従来これらの反応液のサンプリング
作業は人手により発酵槽等に設けられたサンプリングノ
ズルからバルブを開けて必要量を採取し、これを分析し
ていた。また、サンプリングノズルはサンプル採取の前
後に殺菌を行っていた。近年発酵槽の自動化の要求が高
まり、これに伴い反応装置からオンラインで無菌的にサ
ンプリングする装置の技術開発が行われ、いくつかの装
置が提案されている。一例として反応容器中からポンプ
で反応液を抜き出し、これを攪拌翼を設けた濾過装置に
導き濾液を得、この濾液を分析装置に導き特定物質の濃
度を分析する方法（Anal. Chim. Acta.,163,1984,3-15)
を用いて菌体外酵素のオンライン測定を行う方法が提案
されている。また、特開昭57-68781号公報では反応容器
中の液体内部に直接フィルターを挿入しろ液をチューブ
ポンプで引き抜き循環し、その後バルブを切り換え濾液
を分析機器に送る装置で一連の操作がシーケンサーで自
動制御される方法を提案している。
おいて微生物及び酵素を用いる反応は、一般に常温常圧
で物質生産を行えるという特徴があるが、反応が固体、
液体及び気体の混合状態で行われることが多く、しかも
反応自体がいくつもの素反応が同時に進行するため複雑
であるなどその反応に影響を与える因子が多い。そのた
めに反応の解析や高品質の物質生産を効率よく行わせる
ためには温度、ｐＨ、溶存酸素濃度、酸化還元電位等の
環境因子や原料、生産物、菌体濃度等の特定物質に関す
る情報を精度良く適時入手する必要がある。また、反応
の自動制御を行う上では、これらの因子の情報をオンラ
インで取得することが不可欠である。ここで、考慮すべ
き点として微生物や酵素反応の特徴である雑菌汚染を避
けるために滅菌操作が要求されること、また、外部から
微生物が入り込まないような構造及び反応液が装置内に
滞留することを極力避ける構造が要求される。すなわち
オンラインで環境因子や目的物質の濃度を分析するため
のセンサーやサンプルの採取装置は滅菌できることが必
要である。温度、ｐＨ、溶存酸素濃度等の一部の環境因
子については滅菌可能なセンサーが実用化されている
が、菌体濃度や生産物質、中間代謝物等の、特定物質の
分析できる滅菌可能なセンサーはほとんど実用化されて
いない。また、反応が固体、液体及び気体の混合状態で
行われることが多く、均一な反応液を得るためには気液
分離の必要がある。従来これらの反応液のサンプリング
作業は人手により発酵槽等に設けられたサンプリングノ
ズルからバルブを開けて必要量を採取し、これを分析し
ていた。また、サンプリングノズルはサンプル採取の前
後に殺菌を行っていた。近年発酵槽の自動化の要求が高
まり、これに伴い反応装置からオンラインで無菌的にサ
ンプリングする装置の技術開発が行われ、いくつかの装
置が提案されている。一例として反応容器中からポンプ
で反応液を抜き出し、これを攪拌翼を設けた濾過装置に
導き濾液を得、この濾液を分析装置に導き特定物質の濃
度を分析する方法（Anal. Chim. Acta.,163,1984,3-15)
を用いて菌体外酵素のオンライン測定を行う方法が提案
されている。また、特開昭57-68781号公報では反応容器
中の液体内部に直接フィルターを挿入しろ液をチューブ
ポンプで引き抜き循環し、その後バルブを切り換え濾液
を分析機器に送る装置で一連の操作がシーケンサーで自
動制御される方法を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
前者及び後者ともサンプリング装置の構造が複雑で殺菌
が十分行えないため雑菌汚染等の問題が生じることが多
く、かつ雑菌汚染が起こった場合には運転途中で膜の殺
菌が困難であった。また、膜表面の目づまりの可能性が
あるので反応液を多量に循環する必要があるため、付属
するポンプ、バルブ及び配管等は大きな装置を必要とす
る。そのため配管に滞留する反応液量が多くなり、従っ
て分析値の応答が遅く、また、分析に要する反応液量が
多くなるため反応収率の低下を招いた。更に、反応液中
の固形物が沈澱し配管の閉塞やポンプの送液不良等の問
題を引き起こした。また、これらの方法では、濾液しか
得られないため菌体濃度に関する情報が得られない。そ
の他、反応液中の気液分離が不十分な場合には、気泡を
大量に巻込み膜面での濾過効率の低下を招く等の問題が
あった。
前者及び後者ともサンプリング装置の構造が複雑で殺菌
が十分行えないため雑菌汚染等の問題が生じることが多
く、かつ雑菌汚染が起こった場合には運転途中で膜の殺
菌が困難であった。また、膜表面の目づまりの可能性が
あるので反応液を多量に循環する必要があるため、付属
するポンプ、バルブ及び配管等は大きな装置を必要とす
る。そのため配管に滞留する反応液量が多くなり、従っ
て分析値の応答が遅く、また、分析に要する反応液量が
多くなるため反応収率の低下を招いた。更に、反応液中
の固形物が沈澱し配管の閉塞やポンプの送液不良等の問
題を引き起こした。また、これらの方法では、濾液しか
得られないため菌体濃度に関する情報が得られない。そ
の他、反応液中の気液分離が不十分な場合には、気泡を
大量に巻込み膜面での濾過効率の低下を招く等の問題が
あった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの問
題を解決するため種々検討した結果、サンプリングノズ
ルとそれに通じる試料吸引用自動ピンチバルブ、試料吸
引用チューブポンプ、無菌エア送入用配管とスチーム送
入用配管とを連結または別々に接続する自動ピンチバル
ブ、薬剤送入用配管と無菌水送入用配管とを連結または
別々に接続する自動ピンチバルブ、及びそれらを連通さ
せる配管とから構成されるサンプリング装置であって、
夫々の自動ピンチバルブの開閉及び該試料吸引用チュー
ブポンプの運転が制御装置により制御され、あらかじめ
制御装置に記憶させた殺菌、フラッシング、スチーム殺
菌、薬剤殺菌、洗浄及びサンプリングの各操作を自由に
組み合わせて行うことができることを特徴とするサンプ
リング装置を見出した。又、バイオリアクターにより物
質生産をする工程において、生成物を含む混合試料を採
取するにあたり、サンプル採取口面が上向きないし横向
きでありその断面における混合試料の採取速度が14cm/s
ec以下の範囲であり採取口に接続する輸送配管内の試料
の流速がレイノルズ数が乱流の範囲内であるサンプリン
グ装置であり、試料輸送管に設置されている管の開閉装
置が管外部よりの圧着式（ピンチ式）であり、配管が各
部で脱着可能であるサンプリング装置を提供するもので
ある。さらに、本発明は試料輸送管内面の自動洗浄機
構、自動殺菌機構、混合試料中の固形物分離機構、試料
を成分分析装置へ送る機構を備え、且つこれらの機構が
あらかじめ定めたコンピュータの指示により自動的に実
行される機構を有するサンプリング装置を提供するもの
である。
題を解決するため種々検討した結果、サンプリングノズ
ルとそれに通じる試料吸引用自動ピンチバルブ、試料吸
引用チューブポンプ、無菌エア送入用配管とスチーム送
入用配管とを連結または別々に接続する自動ピンチバル
ブ、薬剤送入用配管と無菌水送入用配管とを連結または
別々に接続する自動ピンチバルブ、及びそれらを連通さ
せる配管とから構成されるサンプリング装置であって、
夫々の自動ピンチバルブの開閉及び該試料吸引用チュー
ブポンプの運転が制御装置により制御され、あらかじめ
制御装置に記憶させた殺菌、フラッシング、スチーム殺
菌、薬剤殺菌、洗浄及びサンプリングの各操作を自由に
組み合わせて行うことができることを特徴とするサンプ
リング装置を見出した。又、バイオリアクターにより物
質生産をする工程において、生成物を含む混合試料を採
取するにあたり、サンプル採取口面が上向きないし横向
きでありその断面における混合試料の採取速度が14cm/s
ec以下の範囲であり採取口に接続する輸送配管内の試料
の流速がレイノルズ数が乱流の範囲内であるサンプリン
グ装置であり、試料輸送管に設置されている管の開閉装
置が管外部よりの圧着式（ピンチ式）であり、配管が各
部で脱着可能であるサンプリング装置を提供するもので
ある。さらに、本発明は試料輸送管内面の自動洗浄機
構、自動殺菌機構、混合試料中の固形物分離機構、試料
を成分分析装置へ送る機構を備え、且つこれらの機構が
あらかじめ定めたコンピュータの指示により自動的に実
行される機構を有するサンプリング装置を提供するもの
である。
【０００５】本発明においてサンプリングラインで使用
するバルブは管外部よりの圧着式のもので例えば自動ピ
ンチバルブとすることによって液だまりをほとんどなく
し、小型となる。また、サンプリング用吸引ポンプは流
量制御可能なチューブポンプとし配管を容易に取り外し
可能とする。本発明においては、反応容器の運転中にサ
ンプリングラインの殺菌やラインの更新を行えるように
した。また、サンプリングライン中に無菌エアー、スチ
ーム等の気体及び殺菌剤、無菌水等の気体を交互に導入
し殺菌、洗浄及びラインからの液体の排出を可能とし
た。本発明において、サンプリング配管の材質は薬剤や
スチームに耐え、自動ピンチバルブ及びチューブポンプ
で使用できる材質であれば良く、好ましくはシリコンチ
ューブ、テフロンチューブ等を用いることが望ましく配
管内の状態を確認できる材質が好ましい。本システムの
殺菌は、スチーム及び薬剤を用いることができる。必要
が有ればその両方を用いて殺菌を行うこともできる。定
置殺菌を行うときはスチームまたは薬剤を自動ピンチバ
ルブを開きサンプリング配管内に導入し殺菌を行う。さ
らに殺菌方法として配管のみをバルブ及びチューブポン
プから取り外し殺菌装置を用いて殺菌することも可能で
ある。小型の発酵装置等では発酵槽にサンプリングノズ
ルと配管を取り付けた状態で発酵槽と一緒に殺菌装置に
入れ全体を殺菌することが可能である。本発明において
サンプリングシステムの後にサンプルの前処理装置そし
て分析装置が設置されることができる。この場合、これ
らの装置はサンプリング装置の制御装置により運転制御
を行うことができる。本発明において、サンプリングシ
ステムはあらかじめ制御装置に記憶させた殺菌、フラッ
シング、スチーム殺菌、薬剤殺菌及び洗浄の各操作を自
由に組み合わせシーケンス制御を行うことができる。本
発明において、固体及び液体の混合液を均一にサンプリ
ングするために配管内を流れる試料液が乱流となるよう
な流速にあわせて配管の内管及び吸引ポンプの容量が決
定される。ここで、配管内の液体の流れが層流である場
合には反応液中の固形物が配管内で沈降し不均一となっ
たり固形物による配管の閉塞等が起こる。そのため配管
内を固液均一に流れるように配管内流速を制御する必要
がある。配管内流れを表すための指標としてレイノルズ
数 ＲeDがあるが乱流領域に保つためには、このＲｅD
を好ましくは2320以上にすればよい（化工便覧第４版、
119 頁）。
するバルブは管外部よりの圧着式のもので例えば自動ピ
ンチバルブとすることによって液だまりをほとんどなく
し、小型となる。また、サンプリング用吸引ポンプは流
量制御可能なチューブポンプとし配管を容易に取り外し
可能とする。本発明においては、反応容器の運転中にサ
ンプリングラインの殺菌やラインの更新を行えるように
した。また、サンプリングライン中に無菌エアー、スチ
ーム等の気体及び殺菌剤、無菌水等の気体を交互に導入
し殺菌、洗浄及びラインからの液体の排出を可能とし
た。本発明において、サンプリング配管の材質は薬剤や
スチームに耐え、自動ピンチバルブ及びチューブポンプ
で使用できる材質であれば良く、好ましくはシリコンチ
ューブ、テフロンチューブ等を用いることが望ましく配
管内の状態を確認できる材質が好ましい。本システムの
殺菌は、スチーム及び薬剤を用いることができる。必要
が有ればその両方を用いて殺菌を行うこともできる。定
置殺菌を行うときはスチームまたは薬剤を自動ピンチバ
ルブを開きサンプリング配管内に導入し殺菌を行う。さ
らに殺菌方法として配管のみをバルブ及びチューブポン
プから取り外し殺菌装置を用いて殺菌することも可能で
ある。小型の発酵装置等では発酵槽にサンプリングノズ
ルと配管を取り付けた状態で発酵槽と一緒に殺菌装置に
入れ全体を殺菌することが可能である。本発明において
サンプリングシステムの後にサンプルの前処理装置そし
て分析装置が設置されることができる。この場合、これ
らの装置はサンプリング装置の制御装置により運転制御
を行うことができる。本発明において、サンプリングシ
ステムはあらかじめ制御装置に記憶させた殺菌、フラッ
シング、スチーム殺菌、薬剤殺菌及び洗浄の各操作を自
由に組み合わせシーケンス制御を行うことができる。本
発明において、固体及び液体の混合液を均一にサンプリ
ングするために配管内を流れる試料液が乱流となるよう
な流速にあわせて配管の内管及び吸引ポンプの容量が決
定される。ここで、配管内の液体の流れが層流である場
合には反応液中の固形物が配管内で沈降し不均一となっ
たり固形物による配管の閉塞等が起こる。そのため配管
内を固液均一に流れるように配管内流速を制御する必要
がある。配管内流れを表すための指標としてレイノルズ
数 ＲeDがあるが乱流領域に保つためには、このＲｅD
を好ましくは2320以上にすればよい（化工便覧第４版、
119 頁）。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、Ｑ：配管内流量［m3／h］、Ｄ：
配管の内径（直径）［mm］、ρ：液の密度［kg／m3］、
η：液の粘度［g/cm・sec］、π：円周率［−］であ
る。例えば配管直径が3.2mm で反応液の粘度が0.01［g/
cm・sec］とするとレイノルズ数が2320を越えるために
は配管内の流速が72.5cm／秒以上にすれば良い。但し、
レイノルズ数が2320以下であっても実質的に乱流とな
り、配管内のサンプルが均一な状態で流れるようになれ
ばよい。本発明において、反応槽から反応液を試料輸送
配管に引き入れるサンプリングノズルの採取口面の位置
を上向きないし横向きとし、反応液中の気泡がサンプリ
ングノズルから配管に入りにくくするものであるが、必
要に応じ採取口面を金網等でカバーする事もできる。更
に、反応容器は通常通気攪拌されており、攪拌流れを考
慮し気泡の巻き込みを起こしにくい位置にサンプリング
ノズルを設置する必要がある。本発明において、サンプ
ル中への気泡の巻き込みを防ぐために反応液引き込み速
度が気泡の上昇速度より遅くなるようにサンプリングノ
ズルをサンプリング配管より断面積を大きく取る方法を
採用した。これは一般に配管中流速を乱流領域に保つた
め、サンプリングノズル面において反応液中での気泡の
上昇速度より速い流速でサンプリングする場合が多く気
泡巻き込みの原因となっていた。例えば気泡の上昇速度
はＵb＝０．９８√ｇｙで表わすことが知られている
（化工便覧第４版、180 頁）が、気泡の平均長さｙの測
定手段は確立されていない。しかし、通常の反応槽では
攪拌され気泡の分散が生じるため、この気泡長さを１mm
（桐栄らの測定値の５分の１から１０分の１と仮定し
た。）とすると、気泡の上昇速度は13.72cm／秒とな
る。従って、気泡の巻き込みを避けるためにはこの速度
よりサンプリングノズル面の流速を遅くすれば達成され
る。ここで、サンプリング配管径が3.2mm のとき乱流最
低条件は配管内流速が72.5cm／秒である。この速度を1
3.72cm ／秒とするためには配管の断面積を約5.28倍に
なる配管径約7.4mm とすれば良い。具体的にはロート状
に配管を拡張すれば目的を達成できる。
配管の内径（直径）［mm］、ρ：液の密度［kg／m3］、
η：液の粘度［g/cm・sec］、π：円周率［−］であ
る。例えば配管直径が3.2mm で反応液の粘度が0.01［g/
cm・sec］とするとレイノルズ数が2320を越えるために
は配管内の流速が72.5cm／秒以上にすれば良い。但し、
レイノルズ数が2320以下であっても実質的に乱流とな
り、配管内のサンプルが均一な状態で流れるようになれ
ばよい。本発明において、反応槽から反応液を試料輸送
配管に引き入れるサンプリングノズルの採取口面の位置
を上向きないし横向きとし、反応液中の気泡がサンプリ
ングノズルから配管に入りにくくするものであるが、必
要に応じ採取口面を金網等でカバーする事もできる。更
に、反応容器は通常通気攪拌されており、攪拌流れを考
慮し気泡の巻き込みを起こしにくい位置にサンプリング
ノズルを設置する必要がある。本発明において、サンプ
ル中への気泡の巻き込みを防ぐために反応液引き込み速
度が気泡の上昇速度より遅くなるようにサンプリングノ
ズルをサンプリング配管より断面積を大きく取る方法を
採用した。これは一般に配管中流速を乱流領域に保つた
め、サンプリングノズル面において反応液中での気泡の
上昇速度より速い流速でサンプリングする場合が多く気
泡巻き込みの原因となっていた。例えば気泡の上昇速度
はＵb＝０．９８√ｇｙで表わすことが知られている
（化工便覧第４版、180 頁）が、気泡の平均長さｙの測
定手段は確立されていない。しかし、通常の反応槽では
攪拌され気泡の分散が生じるため、この気泡長さを１mm
（桐栄らの測定値の５分の１から１０分の１と仮定し
た。）とすると、気泡の上昇速度は13.72cm／秒とな
る。従って、気泡の巻き込みを避けるためにはこの速度
よりサンプリングノズル面の流速を遅くすれば達成され
る。ここで、サンプリング配管径が3.2mm のとき乱流最
低条件は配管内流速が72.5cm／秒である。この速度を1
3.72cm ／秒とするためには配管の断面積を約5.28倍に
なる配管径約7.4mm とすれば良い。具体的にはロート状
に配管を拡張すれば目的を達成できる。
【０００８】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。図１は、この発明の一実施態様を示すフロ
ーシートである。本装置はサンプリングノズル２、サン
プリング配管３、自動ピンチバルブ４、ポンプ６及び制
御装置９から構成されており、バルブ４及びポンプ６は
制御装置９により制御されている。サンプリングノズル
２は発酵槽１の液中にサンプル入口面を上向きに設置さ
れており、サンプリングノズルの入口に網（50-200メッ
シュ程度）を設け気泡の進入を防いでいる（図２参
照）。本システムの殺菌には、スチーム又は薬剤を用い
る。必要が有ればその両方を用いることが出来る。定置
殺菌においてスチームを用いる場合配管１３、三方弁１
４、フィルター１５、自動ピンチバルブ１６を開き、サ
ンプリング配管５及び７に導入して殺菌を行う。薬剤を
用いる場合配管１７、三方弁１９、フィルター２０、バ
ルブ２１を開き、サンプリング配管５及び７に導入して
殺菌を行う。これらのスチーム殺菌、薬剤殺菌の他フラ
ッシング、洗浄及びサンプリングの各操作については、
順番等自由な組合せが可能であり、これらをあらかじめ
制御装置に記憶させておき、シーケンス制御を行う。本
システムの後に採取したサンプルの前処理装置１０及び
分析装置１１が設置されている。これらの装置も制御装
置９により制御されている。サンプリングシステムの各
操作、前処理装置及び分析装置の作動開始時間について
は、サンプルに応じて設定を変更することが可能であ
り、それぞれの操作の時間の設定は任意に行うことがで
きる。自動制御の１例をサンプリング操作を例にとって
説明する。
に説明する。図１は、この発明の一実施態様を示すフロ
ーシートである。本装置はサンプリングノズル２、サン
プリング配管３、自動ピンチバルブ４、ポンプ６及び制
御装置９から構成されており、バルブ４及びポンプ６は
制御装置９により制御されている。サンプリングノズル
２は発酵槽１の液中にサンプル入口面を上向きに設置さ
れており、サンプリングノズルの入口に網（50-200メッ
シュ程度）を設け気泡の進入を防いでいる（図２参
照）。本システムの殺菌には、スチーム又は薬剤を用い
る。必要が有ればその両方を用いることが出来る。定置
殺菌においてスチームを用いる場合配管１３、三方弁１
４、フィルター１５、自動ピンチバルブ１６を開き、サ
ンプリング配管５及び７に導入して殺菌を行う。薬剤を
用いる場合配管１７、三方弁１９、フィルター２０、バ
ルブ２１を開き、サンプリング配管５及び７に導入して
殺菌を行う。これらのスチーム殺菌、薬剤殺菌の他フラ
ッシング、洗浄及びサンプリングの各操作については、
順番等自由な組合せが可能であり、これらをあらかじめ
制御装置に記憶させておき、シーケンス制御を行う。本
システムの後に採取したサンプルの前処理装置１０及び
分析装置１１が設置されている。これらの装置も制御装
置９により制御されている。サンプリングシステムの各
操作、前処理装置及び分析装置の作動開始時間について
は、サンプルに応じて設定を変更することが可能であ
り、それぞれの操作の時間の設定は任意に行うことがで
きる。自動制御の１例をサンプリング操作を例にとって
説明する。
【０００９】図３及び図４に示すようにステップ１の初
期状態においては全てのバルブは閉じており、ポンプは
停止している。ステップ２でバルブＶ1及びバルブＶ5が
開き同時にポンプＰ1が５秒間運転され反応容器中から
サンプルが取り出され配管内に滞留していた液が排出さ
れて、新しい液が配管内に均一な状態で満たされる。次
にステップ３においてＶ1はそのまま開いた状態でかつ
ポンプＰ1は稼働状態のままでＶ5が閉じＶ6が開き２秒
間保持される。この操作により均一なサンプルが定量的
に前処理装置に導入される。次にステップ４でＶ1、Ｖ6
が閉じＰ1が停止しサンプリング操作が終了する。但
し、操作時間はサンプルの性状やサンプル配管の内径及
び長さ等により任意に設定可能である。
期状態においては全てのバルブは閉じており、ポンプは
停止している。ステップ２でバルブＶ1及びバルブＶ5が
開き同時にポンプＰ1が５秒間運転され反応容器中から
サンプルが取り出され配管内に滞留していた液が排出さ
れて、新しい液が配管内に均一な状態で満たされる。次
にステップ３においてＶ1はそのまま開いた状態でかつ
ポンプＰ1は稼働状態のままでＶ5が閉じＶ6が開き２秒
間保持される。この操作により均一なサンプルが定量的
に前処理装置に導入される。次にステップ４でＶ1、Ｖ6
が閉じＰ1が停止しサンプリング操作が終了する。但
し、操作時間はサンプルの性状やサンプル配管の内径及
び長さ等により任意に設定可能である。
【００１０】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例１ 図１に示す本発明に基づくサンプリングシステムの設置
された発酵槽を用いて反応を行った。対象とした反応は
枯草菌（Bacillusu Amyloliquefacience）によるα−ア
ミラーゼの生産である。本サンプリング装置を使用して
サンプリングした発酵液の測定項目は基質であるグルコ
ース濃度及び菌体濃度（濁度）である。反応の方法は、
容積100 リットルの三角フラスコに培地を30リットル仕
込み、37℃で24時間前培養した枯草菌を、容積３リット
ルの発酵槽を用いて初期培養液2.7 リットルで発酵温度
37℃、ｐＨ7.0、通気量１vvmの条件で発酵し発酵開始３
時間後に1.0ｇグルコース／１hrの流加速度で10時間基
質を供給する流加培養法を用いた。反応時間は24時間と
した。サンプリング配管直径は3.2mmとした。従って、
チューブポンプ流量をレイノルズ数が乱流領域となる12
0 ml／分となるように設定した。サンプリングノズルは
サンプルの吸引速度が気泡の上昇速度より遅くなるよう
に入口直径を7.4mmとした。なお気泡の進入を防ぐため
に50メッシュのステンレス製の網を設けた。入口から30
mmの長さからロート状にしぼり込み直径を3.2mmとした
ステンレス管を曲げたサンプリングノズル（図２）を図
１に示した様に入口を上に向けて発酵槽に取り付けた。
殺菌は薬剤を用いた。薬剤としては70％エタノール水溶
液を用いた。洗浄水はウルトラフィルターで濾過を行っ
た水道水を用いた。サンプリングの手順は、薬剤殺菌操
作、フラッシング操作、洗浄操作、フラッシング操作、
サンプリング操作、フラッシング操作の手順を２時間毎
に繰り返し行った。それぞれの操作の間の待ち時間は１
分に設定した。前処理装置はＬＣＬＯＢＯ（味の素製）
を用いグルコ−ス等の分析は液体クロマトグラフィーを
用いた。前処理装置及び分析装置は実施例で使用した装
置以外に、測定項目に応じて自由に組み合わせることが
出来る。サンプリングは２時間毎に行い前処理装置で濾
過ディスクを用い菌体を濾過し、濾液は希釈後、液体ク
ロマトグラフィーを用いてグルコース濃度を分析した。
菌体濃度は濾過膜に残留した菌体を乾燥後重量を測定し
た。尚、比較のために従来通り手動でサンプリングを行
い同様の分析を行った。それぞれの分析結果を図５に示
す。ここに示したように手動サンプリングと自動サンプ
リングでは殆ど一致した値となった。
る。 実施例１ 図１に示す本発明に基づくサンプリングシステムの設置
された発酵槽を用いて反応を行った。対象とした反応は
枯草菌（Bacillusu Amyloliquefacience）によるα−ア
ミラーゼの生産である。本サンプリング装置を使用して
サンプリングした発酵液の測定項目は基質であるグルコ
ース濃度及び菌体濃度（濁度）である。反応の方法は、
容積100 リットルの三角フラスコに培地を30リットル仕
込み、37℃で24時間前培養した枯草菌を、容積３リット
ルの発酵槽を用いて初期培養液2.7 リットルで発酵温度
37℃、ｐＨ7.0、通気量１vvmの条件で発酵し発酵開始３
時間後に1.0ｇグルコース／１hrの流加速度で10時間基
質を供給する流加培養法を用いた。反応時間は24時間と
した。サンプリング配管直径は3.2mmとした。従って、
チューブポンプ流量をレイノルズ数が乱流領域となる12
0 ml／分となるように設定した。サンプリングノズルは
サンプルの吸引速度が気泡の上昇速度より遅くなるよう
に入口直径を7.4mmとした。なお気泡の進入を防ぐため
に50メッシュのステンレス製の網を設けた。入口から30
mmの長さからロート状にしぼり込み直径を3.2mmとした
ステンレス管を曲げたサンプリングノズル（図２）を図
１に示した様に入口を上に向けて発酵槽に取り付けた。
殺菌は薬剤を用いた。薬剤としては70％エタノール水溶
液を用いた。洗浄水はウルトラフィルターで濾過を行っ
た水道水を用いた。サンプリングの手順は、薬剤殺菌操
作、フラッシング操作、洗浄操作、フラッシング操作、
サンプリング操作、フラッシング操作の手順を２時間毎
に繰り返し行った。それぞれの操作の間の待ち時間は１
分に設定した。前処理装置はＬＣＬＯＢＯ（味の素製）
を用いグルコ−ス等の分析は液体クロマトグラフィーを
用いた。前処理装置及び分析装置は実施例で使用した装
置以外に、測定項目に応じて自由に組み合わせることが
出来る。サンプリングは２時間毎に行い前処理装置で濾
過ディスクを用い菌体を濾過し、濾液は希釈後、液体ク
ロマトグラフィーを用いてグルコース濃度を分析した。
菌体濃度は濾過膜に残留した菌体を乾燥後重量を測定し
た。尚、比較のために従来通り手動でサンプリングを行
い同様の分析を行った。それぞれの分析結果を図５に示
す。ここに示したように手動サンプリングと自動サンプ
リングでは殆ど一致した値となった。
【００１１】比較例１ 実施例１と同様の条件で膜濾過装置を備えたサンプリン
グ装置を用い、実施例と同じ条件で手動でのサンプリン
グ結果とグルコース濃度について比較検討した。この結
果を図６に示す。菌体濃度はこの装置の場合には測定で
きない。この結果グルコース濃度が手動の結果に比べば
らつきが大きいことが示された。
グ装置を用い、実施例と同じ条件で手動でのサンプリン
グ結果とグルコース濃度について比較検討した。この結
果を図６に示す。菌体濃度はこの装置の場合には測定で
きない。この結果グルコース濃度が手動の結果に比べば
らつきが大きいことが示された。
【００１２】
【発明の効果】反応の原料生産物が有機物を含み、固
体、液体、気体の３相の混合状態の反応容器から反応液
を取り出す場合、本発明の装置によれば固液相を均一に
サンプリングすることが可能である。また、サンプルが
腐りやすい有機物を含む場合に殺菌や洗浄を行うことが
出来る。すなわち、本発明の装置によれば （１）気泡の巻き込みが少なく均一な反応液が得られる
ため固形物濃度の精度よい情報が取得できる。 （２）ポンプ、バルブ及び配管等の小型化が出来るため
サンプリング装置小型化が可能となり小容積の反応槽に
も使用できる。 （３）小量のサンプルを均一に効率よく得られるため反
応液の無駄がなくなる。 （４）配管がポンプやバルブから容易に取り外すことが
可能となったため、配管の殺菌が容易になる。 （５）反応容器運転中に配管中に残留する反応液を無菌
空気を配管に導入し排出でき、殺菌剤による殺菌、無菌
水による洗浄、スチームによる殺菌等自由な選択が出来
るため配管内での微生物汚染やバルブ、ポンプ等の閉塞
等の問題が生じた場合に適切な対処が可能となる。 （６）自動バルブを採用しシーケンサーやコンピュータ
ーで制御可能となりサンプリングの自動制御が可能とな
る。
体、液体、気体の３相の混合状態の反応容器から反応液
を取り出す場合、本発明の装置によれば固液相を均一に
サンプリングすることが可能である。また、サンプルが
腐りやすい有機物を含む場合に殺菌や洗浄を行うことが
出来る。すなわち、本発明の装置によれば （１）気泡の巻き込みが少なく均一な反応液が得られる
ため固形物濃度の精度よい情報が取得できる。 （２）ポンプ、バルブ及び配管等の小型化が出来るため
サンプリング装置小型化が可能となり小容積の反応槽に
も使用できる。 （３）小量のサンプルを均一に効率よく得られるため反
応液の無駄がなくなる。 （４）配管がポンプやバルブから容易に取り外すことが
可能となったため、配管の殺菌が容易になる。 （５）反応容器運転中に配管中に残留する反応液を無菌
空気を配管に導入し排出でき、殺菌剤による殺菌、無菌
水による洗浄、スチームによる殺菌等自由な選択が出来
るため配管内での微生物汚染やバルブ、ポンプ等の閉塞
等の問題が生じた場合に適切な対処が可能となる。 （６）自動バルブを採用しシーケンサーやコンピュータ
ーで制御可能となりサンプリングの自動制御が可能とな
る。
【図１】本発明の一実施態様を示すフローシートであ
る。
る。
【図２】本発明のサンプリングノズルの形状を示す図で
ある。
ある。
【図３】自動制御の１例をサンプリング操作により説明
する図である。
する図である。
【図４】サンプリング操作の各ステップを説明する図で
ある。
ある。
【図５】実施例による分析結果を示すグラフである。
【図６】比施例による分析結果を示すグラフである。
１ 発酵槽 ２ サンプリングノズル ３ サンプリング配管 ４ 自動ピンチバルブ ５ 配管 ６ 試料吸引用チューブポンプ ７ 配管 ８ 配管 ９ 制御装置 １０ 前処理装置 １１ 分析装置 １２ 配管 １３ 配管 １４ 三方弁 １５ フィルター １６ 自動ピンチバルブ １７ 配管 １８ 配管 １９ 三方弁 ２０ フィルター ２１ 自動ピンチバルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12M 1/00 - 1/26 G01N 1/10
Claims (5)
- 【請求項１】 サンプリングノズルとそれに通じる試料
吸引用自動ピンチバルブ、試料吸引用チューブポンプ、
無菌エア送入用配管とスチーム送入用配管とを連結また
は別々に接続する自動ピンチバルブ、薬剤送入用配管と
無菌水送入用配管とを連結または別々に接続する自動ピ
ンチバルブ、及びそれらを連通させる配管とから構成さ
れるサンプリング装置であって、夫々の自動ピンチバル
ブの開閉及び該試料吸引用チューブポンプの運転が制御
装置により制御され、あらかじめ制御装置に記憶させた
殺菌、フラッシング、スチーム殺菌、薬剤殺菌、洗浄及
びサンプリングの各操作を自由に組み合わせて行うこと
ができることを特徴とするサンプリング装置。 - 【請求項２】 サンプリングノズルの試料採取口面が、
バイオリアクター内の液中で上向き又は横向きの状態で
設置されている請求項１記載のサンプリング装置。 - 【請求項３】 サンプリングノズルの試料採取口面に網
状物が取付けられている請求項１又は２記載のサンプリ
ング装置。 - 【請求項４】 サンプリングノズルの試料採取口面の断
面積を、サンプリング配管の断面積より大きくした請求
項１〜３の何れか１項記載のサンプリング装置。 - 【請求項５】 試料を採取する際に、配管内に滞留して
いる試料を自動的に排出する機構を有する請求項１〜４
の何れか１項記載のサンプリング装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34678191A JP3137396B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | サンプリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34678191A JP3137396B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | サンプリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05176752A JPH05176752A (ja) | 1993-07-20 |
| JP3137396B2 true JP3137396B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=18385772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34678191A Expired - Fee Related JP3137396B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | サンプリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137396B2 (ja) |
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| DE102004001916B4 (de) | 2004-01-14 | 2006-02-16 | Max Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur Probenahme |
| JP4673197B2 (ja) * | 2005-11-24 | 2011-04-20 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 液体試料のモニタリング方法及び液体試料分析装置 |
| DE102006059556B3 (de) * | 2006-12-16 | 2007-10-31 | Tuchenhagen Gmbh | Anordnung und Verfahren zur automatischen Probenahme in einem Tanklagersystem im Verbund mit einem Rohrsystem zur Zuführung von Reinigungsfluiden |
| JP5616675B2 (ja) * | 2010-04-21 | 2014-10-29 | 日立アロカメディカル株式会社 | 洗浄装置 |
| KR101449194B1 (ko) * | 2012-12-24 | 2014-10-16 | 주식회사 포스코 | 미생물 반응조 연속 모니터링 장치 |
| CN103698157A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-04-02 | 成都雅途生物技术有限公司 | 发酵罐专用取样装置 |
| JP7289750B2 (ja) * | 2019-07-25 | 2023-06-12 | 日本光電工業株式会社 | 無菌サンプリング装置 |
| US20240052283A1 (en) * | 2021-01-26 | 2024-02-15 | Hitachi High-Tech Corporation | Aseptic Sampling Apparatus and Aseptic Sampling Method |
| EP4397744A1 (en) * | 2021-08-31 | 2024-07-10 | Shimadzu Corporation | Sampling device and program |
| CN115656378A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-01-31 | 郑州轻工业大学 | 高负载在线增敏型液相色谱仪、液质联用设备以及检测方法 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP34678191A patent/JP3137396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05176752A (ja) | 1993-07-20 |
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