JPH02107181A

JPH02107181A - 培養液の濃縮装置

Info

Publication number: JPH02107181A
Application number: JP63261056A
Authority: JP
Inventors: Eitaro Kumazawa; 熊沢　栄太郎; Takao Hatakei; 畑井　孝夫; Seiji Ishida; 誠司石田; Atsushi Baba; 厚馬場; Masahiko Takahashi; 正彦高橋
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1990-04-19
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: DE68916609D1; EP0363854A2; CA2000733A1; DE68916609T2; JPH0646937B2; EP0363854B1; US5000843A; EP0363854A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、培養槽によって培養し、生理活性物質等の特
異有用物質を細胞に産生させた培養液から、前記特異有
用物質を抽出する前処理として行われる培養液の濃縮の
ための培養液の濃縮装置に関する。

（従来の技術）細胞培養、あるいは微生物の培養による特異有用物質の
生産は、細胞、あるいは微生物の増殖に始まり、培養に
よる特異有用物質の産生、培養液の回収、濃縮、特異有
用物質の抽出、そして脱色、晶析というように多数の工
程を要する。

現在、組み替え細胞を使ったＴＰＡ　（ヒト組織プラス
ミノーゲン活性化因子）やＥＰＯ（エリスロボエチン）
の生産工程は、上記工程によるものである。

この工程において、特異有用物質が培養液中に産生され
る量は数ｍｇ／ｍ　ｌで、培養液から特異有用物質のみ
を抽出した後の工程は手作業的なものである。

しかし、培養から抽出までの１工程は、工業的大量生産
をめざして機械化が進められている。

特に、本発明が目的とする濃縮工程においては、特開昭
６３−１３７２８０号公報の如く、細胞残渣除去槽と細
胞生産物の濃縮槽とを連通し、加圧、減圧循環を行わせ
ることにより予備濃縮を行うものが提案されている。

又、特開昭６１−１９９７８８号公報では、疎水性多孔
質膜を利用した微生物生成物の分離濃縮方法について提
案されている。

（発明が解決しようとする課８）培養槽における培養によって特異有用物質が産生される
培養液は、多量の水分を含有し、細胞破片や蛋白質を含
むとともに培地成分として用いられた無機塩類、血清、
そして薬理効果上の阻害因子等の不純物を含んだ多量の
液体であり、微生物や雑菌による汚染を受けやすく、か
つ液性状として蛋白濃度が高くなるため、処理工程で発
泡しやすいという特徴がある。

特に、遺伝子組み替えによる蛋白質を細胞外に分泌され
た場合等は、培養液の中の蛋白濃度が必然的に高くなる
ため、発泡は避けられない現象となる。

この培養液が工業的に生産されると、１バツチで数百リ
ットルという単位で発生し、これから効率的に特異有用
物質を抽出するために、前記不純物の除去と濃縮を目的
として濃縮工程が配置されるが、前記従来技術の装置に
おいては、フィルター面積が小さく、大容量の培養液の
処理には不適切である。

又、濃縮液の液面管理を行って濃縮状態を知るわけであ
るが、濃縮液槽が不透明の金属を使用する場合等には別
途の考慮が必要である。

例えば、濃縮液槽内にレベル検知電極を入れておくこと
も考えられるが、これでは泡による誤動作が生じ、装置
の円滑な運転は望めない。

又、電極等は洗浄が難しく手洗いとなるが、濃縮系統の
人為的介在は、その密閉性を破壊し汚染の原因となる。

微生物等による汚染は、特異有用物質の失活や薬理効果
の阻害因子を増加させる原因となるもので、ＥＰＯの生
産工程における濃縮工程で汚染を受けた場合、発熱性物
質であるパイロジエンが増加することを本発明者は知り
得た。

膜濃縮を行う場合、パイロジエンと特異有用物質の分子
量が近似的でパイロジエンも濃縮してしまうため、増加
の要因は避けなければならず、装置系の気密性維持が大
切である。

したがって、本発明は膜を利用した培養液の不純物除去
及び濃縮装置において気密性を維持すると共に、濃縮状
態を正確に管理できる細胞及び微生物の培養による培養
液の濃縮装置を得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、以上の目的を達成するために、濃縮液槽と分
離膜で構成する培養液の濃縮装置において、濃縮液槽に
その下部液部と上部気体部に連通ずる管を介して透明の
レベル管を設け、該レベル管内に液による浮遊体を浮遊
させ、この浮遊体の位置を検知することによって液レベ
ルを検知して濃縮工程を管理する培養液の濃縮装置を提
案するものである。

そして、上記濃縮液槽を洗浄する洗浄ラインの一部から
レベル管を洗浄するラインを分岐してレベル管の洗浄が
できるように構成し、かつ濃縮液槽と分離膜で構成され
る濃縮ラインが、大容量処理のものからスケールを小さ
くした小容量処理のものへ多段的に移行できる如く構成
して濃縮を効率的に行うようにした。

（作用）培養槽で特異有用物質が産生された培養液は、中間槽を
介して微生物及び不純物等の除去を目的とした１０μｍ
〜０．２２μｍのフィルターを数段透過後、濃縮液槽に
貯留され、濃縮液槽と分画分子１１０．０００程度の膜
との間を循環しながら濃縮される。

そして、濃縮状態は濃縮液槽に連通ずるレベル管内の浮
遊物を光検知することで、濃縮液槽内の培養液面を検知
し、管理する。

培養液が大容量のものは、それだけ濃縮装置も大きくな
り、膜を含む循環系には最小循環量に至るまで濃縮して
も更に数リットルから数十リットルの容量とならざるを
えないので、第１段の装置で濃縮を終了した時、第１段
の装置よりスケールダウンした第２段の濃縮装置で更に
濃縮する。

（実施例）以下、図面に示す実施例について説明する。

第１図は、培養液が濾過装置を経て・濃縮装置へ導かれ
濃縮されると共に、濃縮後、抽出工程へと送られる系統
図を示している。

図示しない培養槽によって培養し、生理活性物質等の特
異存用物質を産生させた培養液は、中間槽（１）からポ
ンプ（２）でパイプ（３）を通じて濃縮液槽（４）に送
られる。

パイプ（３）中には、培養液から微生物及び不純物の除
去を目的とした１０μｍ〜０．２２μｍのフィルター（
Ｆｌ）　（Ｆ２）があり、これらフィルター（Ｆｌ）（
Ｆりを透過後、培養液は濃縮液槽（４）に貯留される。

パイプ（３）の濃縮液槽（４）内におけるパイプ（３ａ
）は、濃縮液槽壁面に沿って培養液が送られ泡だたぬよ
うに配置される。

濃縮液槽（４）の下部は、液が少なくなったときポンプ
による気体吸い込みのないように、径が（４ａ）の如く
絞られて、液量を確保するようになっている。

濃縮液槽（４）内に貯留された培養液は、パイプ（６）
でポンプ（５）によって分離膜としてのウルトラフィル
ター（７）に送られ、更にパイプ（８）から洗浄時と濃
縮時のライン切替用バルブ（９）を介して、パイプ（１
０）から濃縮液槽（４）に戻る循環ラインを通るように
なっていて、戻りラインのパイプ（１０）の濃縮液槽（
４）内のパイプ（１０ａ）は、同じく泡たちが押えられ
るように壁面に沿って配置されている。

本実施例では、濃縮液層と分離膜との間に培養液の循環
ラインを構成し濃縮装置を形成しているが、これは一般
に、ウルトラフィルターの使用方法として膜の目詰まり
を防ぐため、培養液を一定以上の流速で流し、線速度を
高くとるようにしていることと、培養液自体が透過率が
小さく、例えば、５０！の培養液を濃縮するのに２０〜
３０ｆｆｉ／ＩＩの効率しか得られない事実から、ウル
トラフィルター出口の濃縮培養液が、さほど効率良く濃
縮され得るものではないので、循環式としている。

なお、上記効率は膜面積の設計によって異なってくる。

従って、濃縮効率が良いフィルターが、将来開発され、
−回の通過で高濃度に濃縮できるものであれば、ウルト
ラフィルター排出後の濃縮培養液は、次工程へ行くよう
ライン構成しても良い。

どちらにしても、無菌的な密閉系を維持した洗浄や殺菌
のことを考えれば、本実の濃縮液槽であることが理想的
であり、洗浄液や殺菌液はウルトラフィルターから濃縮
液槽へ戻ろライ′ンを設けておくことが効果的である。

（１２）はＣＩＰ用シャワーノズルで、中間槽（１）で
用意される洗剤がフィルター（Ｆｌ）（Ｆ２）で除菌さ
れて濃縮液槽（４）内に送られ、循環ポンプ（５）で循
環しながら洗浄するに際して、バルブ（９）の切替でパ
イプ（１１）を通じて洗剤が供給される。

（１３）はレベル管であって、濃縮液槽（４）の下部液
部に通過するパイプ（１４）と、′ａ縮液液槽４）の上
部気体部に連通ずるパイプ（１５）との間に配置されて
いる。

このレベル管（１３）は、第２図に示す如く透明管であ
って、上下に大径部（１３ａ’）　（１３ｂ）がある。

管（１３）中には浮遊体（１６）が配置され、管（１３
）中を上下に浮遊する。この浮遊体（１６）の位置を検
知するための光センサ−（１７ａ）　（１７ｂ）（１７
ｃ）　（１７ｄ）がある。

（１７ａ）はハイレベル用、（１７ｂ）はニュートラル
用、（１７ｃ）はロウレベルＪＴＬ　（１７［１）は最
ロウレベル用の各センサーを示す。これらの位置は可変
なことが望ましい。

レベル管（１３）の大径部（１３ａ）　（１３ｂ）は、
液が浮遊体（１６）の周囲を介して培養液が流通するよ
うに大きくなっているもので、それぞれにはフィルター
（１８）　（１９）があって、浮遊体（１６）の押えを
形成している。

又、大径部（１３ａ）　（１３ｂ）のあるのは、洗浄時
浮遊体（１６）も洗浄できるようにし、かつレベル管内
に液が溜まらないようにするためである。

以上の如くレベル管（１３）は構成されているので、レ
ベル管内の浮遊体（１６）はレベル管内で上下し、その
位置をセンサー（１７）で検知されることになる。

パイプ（６）中のポンプ（５）の前後をつなぐパイプ（
２０）及びパイプ（６）とパイプ（８）とをつなぐパイ
プ（２１）は、圧力逃しのバイパス管で、ウルトラフィ
ルター（７）の圧力による損傷を防止するためのもので
ある。

又、レベル管のパイプ（１４）と濃縮ラインのパイプ（
６）とをつなぐバイパス管（１６）があって、洗浄時に
のみこれを使用する。

すなわち、このバイパス管（１６）を開放することによ
り、パイプ（６）中を通る洗浄液の一部がバイパス管（
１６）からレベル管（１３）内に入って洗浄し、パイプ
（１５）から洗浄液は濃縮液槽（４）に戻ることができ
るようになっている。

（２３）は、レベル管のパイプ（１５）に連結されるパ
イプ（２２）中に配置された大気開放用の除菌フィルタ
ーである。

（２４）は分離膜としてのウルトラフィルター（７）か
ら分離液が排出されるパイプである。

以上の如く構成することにより、培養液は中間槽（１）
を介してパイプ（３）で′ａ縮液液槽４）へ送られ、パ
イプ（３）中において微生物及び不純物はフィルター（
Ｆ　＋）　（Ｆ　２）で除去されている。

濃縮液槽（４）に貯留された培養液は、パイプ（６）（
８）とウルトラフィルター（７）を介して循環しながら
濃縮される。

濃縮状態は、濃縮液槽（４）に連通ずるレベル管（１３
）内の浮遊体（１６）をセンサー（１７）で光検知する
ことで、濃縮液槽（４）内の培養液面を検知して管理す
る。

また、洗浄方法は、中間槽（１）で用意された洗剤がフ
ィルター（Ｆｌ）　（Ｆｔ）で除菌されて濃縮液槽（４
）内にパイプ（３）を通じて供給され、循環ポンプ（５
）でパイプ（６）（８）、ウルトラフィルター（７）か
らなる濃縮ラインから切替用バルブ（９）を経て、パイ
プ（１１）からシャワーノズル（１２）に供給されて洗
浄される。

そして、ライン（１６）を開放することで、洗浄ライン
の一部から洗剤を分岐して、レベル管（１３）内を洗浄
できる。

したがって、ＣＩＰラインは密閉された状態で形成され
、人手による洗浄が必要でなく、気密性が保たれる。

又、ウルトラフィルターは熱で殺菌できないので殺菌剤
として塩素を用い、濃縮ラインと同じラインを用いて殺
菌を行う。

以上のような濃縮装置によれば、培養液が大容量のもの
はそれだけ濃縮装置も大きくなり、ウルトラフィルター
を含む濃縮ラインで最小循環量に至るまで濃縮しても、
更に数リットルから数十リットルとならざるを得ないの
で、前記のような濃縮ｇ置の濃縮液槽（４）を第１段の
濃縮液槽とするならば、この第１段の濃縮を終了した時
、第１段のｍ締装置よりスケールダウンした第２段の濃
縮装置内で濃縮し、最終的に１１程度まで濃縮する。

（２６）は第１段の濃縮液槽よりスケールの小さい第２
段の濃縮液槽で、第１段の濃縮液槽（４）よりパイプ（
２５）を通じて濃縮培養液が供給され、ウルトラフィル
ター（２Ｂ）　、ポンプ（２９）　、パイプ（３０）　
（３１）からなる濃縮ラインで濃縮する。その管理は同
じ（レベル管（２７）で行う。

ここで濃縮された培養液は、パイプ（３２）を通じて図
示しないカラムに送られ、その抽出工程で特異有用物質
が抽出される。

以上の如くにして、濃縮液槽と分離膜で構成される濃縮
ラインが、大容量処理のものからスケールを小さくした
小容量処理のものへと多段的に移行することができる。

なお、第１図中（ＰＣ）とあるのは圧力計、（Ｍ）とあ
るのはモーターバルブ、（Ｓ）とあるのはソレノイドバ
ルブをそれぞれ示す。

以上の如く、本発明は膜を利用した培養液の不純物除去
及び濃縮装置において気密性を維持できると共に、濃縮
状態を正確に管理できる。

（発明の効果）（１）液面レベルの検出が電極によるものではないので
、泡等による誤動作を生じない。

（２）濃縮液槽、循環ライン、レベル管を機械的に洗浄
できるため、気密性を確保し汚染を防止できる。

（３）　　！縮工程を多段的にかつスケールを小さい方
向へ移行して構成することにより、循環ラインの最小確
保液量を小さくすることができ、効果的な濃縮処理がで
きる。

（４）気密性を保持し、汚染防止効果を高めたので、抽
出する特異有用物質中の阻害因子の増加を阻止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は培養液が濃縮装置へ導かれ濃縮されると共に、
濃縮後抽出工程へと送られる系統図、第２図はレベル管
の拡大図である。（１）・・・・・中間槽（４）・・・・・濃縮液槽（５）・・・・・ポンプ（７）・・・・・ウルトラフィルター（９）・・・・・切替バルブ（１２）・・・・・シャワーノズル（１３）・・・・・レベル管（２６）・・・・・第２段の濃縮液槽（２７）・・・・・第２段のレベル管（２８）・・・・・第２段のウルトラフィルター（２９
）・・・・・第２段のポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）濃縮液槽と分離膜で構成する培養液の濃縮装置に
おいて、濃縮液槽にその下部液部と上部気体部に連通す
る管を介して透明のレベル管を設け、該レベル管内に液
による浮遊体を浮遊させ、この浮遊体の位置を検知する
ことによって液レベルを検知して濃縮工程を管理するこ
とを特徴とする培養液の濃縮装置。
（２）濃縮液槽を洗浄する洗浄ラインの一部からレベル
管を洗浄するラインを分岐構成する請求項（１）記載の
培養液の濃縮装置。
（３）濃縮液槽と分離膜で構成される濃縮ラインが、大
容量処理のものからスケールを小さくした小容量処理の
ものへと多段的に移行するように構成された請求項（１
）（２）に記載の培養液の濃縮装置。