JPH02109968A - 固定層型バイオリアクタの培地供給方法 - Google Patents

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、発酵槽又は培養槽等のバイオリアクタの培地
供給方法、特に固定層型バイオリアクタの培地供給方法
に関する。

〔従来の技術〕

発酵又は動植物細胞の培養を行なうバイオリアクタには
、細胞、酵素、酵母、微生物等（以下これらを総称して
生体触媒という）を固定化した担体を浮遊状態に保った
流動層型と、生体触媒を固定化した担体を塔またはカラ
ムに充填した固定層型とがある。さらに、固定層型バイ
オリアクタは、ホローファイバ等のいわゆる中空糸を担
体として用いた中空糸型と、泡ガラス等の粒状担体、セ
ラミックス多孔体等の三次元網目状担体、ハニカム状担
体あるいは多層平板担体を用いた充填層型とに識別され
る。充填層型バイオリアクタの一例として第４図に示さ
れるように、円筒形のタンク内に生体触媒を固定化した
粒状担体を充填して固定層としたものがある。第４図に
示されるバイオリアクタでは、培地はタンク下端から供
給され、タンク内を押出し流れに近い状態で上方に流れ
てタンク上端から回収される。また、充填層は培地の流
れている移動相と流れのまったくない固定相（充填物の
相）から成り立っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のバイオリアクタは、培地を供給す
る入口側から、生産物および使用済培地を回収する出口
側までの移動相（第４図において矢印りで示されている
部分）における栄養分濃度、溶存酸素濃度および有用物
質生産性が第５図に示されるように下方から上方にいく
にしたがって減少し、逆に老廃物濃度は増大する。この
ため、バイオリアクタの出口側（図示例の上部）では生
体触媒の代謝活性が低く生体触媒が有効に機能しないと
いう問題がある。このような問題は、タンク軸方向を水
平とした横型のバイオリアクタにおいても同様に生じ、
また中空糸型、充填層型いずれの固定層型バイオリアク
タにおいても生じる問題である。

本発明は上記の事情に鑑み創案されたものであり、固定
層型バイオリアクタの生体触媒を有効に機能させること
の可能な培地供給方法を提出することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、先端までの長さの異なる複数の培地供給用ノ
ズルを円周上に略等間隔で同一方向となるようにバイオ
リアクタのタンク内の軸方向と平行に配設し、前記培地
供給用ノズルの先端部がら前記タンク内に配設された固
定層に培地を供給することを特徴とする。

〔作用〕

バイオリアクタの円筒形のタンク内の軸方向および円周
方向に分散して位置する培地供給用ノズルの先端部から
培地を流出することによりバイオリアクタの固定層全域
に均一に培地が供給され、移動相における栄養分濃度、
溶存酸素濃度および老廃物濃度の勾配が小さいものとな
る。したがって固定層に固定されている生体触媒の代謝
活性が均一で高い状態に維持され、生体触媒が有効に機
能する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図および第２図は、本発明の培地供給方法の一実施
例を説明するための固定層型のうち充填層型のバイオリ
アクタの縦断面図および横断面図である。第１図および
第２図において、バイオリアクタ１は円筒形のタンク２
を軸方向を水平にして両端部をそれぞれフランジシール
部材２０゜２２で閉塞したものであり、タンク２の内側
には円筒形のメツシュ４がタンク２と同心となるように
配設され、メツシュ４の内側には軸方向を同一とした複
数の酸素補給用バイブロ、培地回収用バイブ８が配設さ
れている。また、メツシュ４の内側には酵素、細胞等を
固定化する担体が充填されている。そして、メツシュ４
の外側のタンク２との間隙部分には培地供給用ノズル１
ｏが複数配設されている。

タンク２はガラス、金属等通常のバイオリアクタ用の材
質からなっていてよく、また、タンク２の直径および長
さはバイオリアクタの規模に応じて適宜決定することが
できる。

タンク２の両端部を閉塞するフランジシール部材２０．
２２はタンク２と同一材質でもよい。そして、第３図に
示されるようにフランジシール部材２０のタンク２内に
露出する面２０ａには、複数の培地供給用ノズル１０が
面２０ａの外周内部と同心円をなす円周上に略等間隔で
面２０ａに対して垂直に配設されている。この培地供給
用ノズル１０の先端部１０ａには開口部が形成され、面
２０ａから先端部１０ａまでの長さ（ノズル長）は周期
的に変化するようにしてもよい。すなわち、培地供給用
ノズル１０の配設円周方向に沿って先端部１０ａがサイ
ンカーブ、矩形波等の形状を描くようにノズル長を決定
してもよい。培地供給用ノズル１０の配設本数およびノ
ズル長は、バイオリアクタの規模に応じてタンク２の軸
方向および円周方向で先端部１０ａが均一に存在するよ
うに適宜決定することができる。また、図示例では単一
の円周上に位置するように培地供給用ノズル１０が配設
されているが、複数の円周上に位置するように配設する
こともできる。そして、フランジシール部材２０の内部
には第１図に示されるように、培地供給用ノズル１０に
培地を送るための培地供給用流路２１が形成されている
。

また、フランジシール部材２２の内部には酸素補給用バ
イブロに酸素を送るための酸素供給用流路２３と培地回
収用バイブ８により回収された培地、生産物、老廃物等
を次工程へ送るための培地回収用流路２４とが形成され
ている。

メツシュ４は、例えば同一円周上に等間隔で配設した支
持棒材の外側にワイヤーを一定の間隔でスパイラル状に
巻回して形成したワイヤーメツシュ、あるいはパンチン
グメタル等の金網状のメツシュ等でよい。このメツシュ
４はタンク２と同心状態で両開口端をフランジシール部
材２０．２２により閉塞されているため、タンク２の内
部はメツシュ４によって内側と外側に２分割され、メツ
シュ４の内側には生体触媒を固定化するための担体が充
填されている。

酸素補給用バイブロは生体触媒により消費された培地中
の酸素を補給して培地の溶存酸素濃度を一定に保つもの
であり、酸素供給用流路２３を通って送られてきた酸素
が酸素補給用バイブロの壁面を通過して培地中に補給さ
れる。この場合、動植物細胞のような細胞膜を持たない
生体触媒を酸素の気泡が消滅する際に生じる剪断力から
守るために、酸素補給用バイブロは酸素を発泡しない状
態で培地中に供給するものが好ましい。このような酸素
補給用バイブロとして、例えば多孔性焼結ＳＵＳ支持バ
イブの周囲をはり水性を有するテフロン多孔質膜で覆い
密封したもの、あるいは、多孔性焼結ＳＵＳ支持バイブ
の外周壁に、はっ水性を有するシリコン薄膜を形成した
もの等がある。

このような酸素補給用バイブロは第２図に示される例で
は、メツシュ４の内側にメツシュ４と同心の円周上に位
置するように等間隔に６本配設されている。酸素補給用
バイブの配設本数および配役位置はバイオリアクタの規
模に応じて適宜決定することができる。

培地回収用バイブ８はバイオリアクタ中で生産された生
産物、使用済培地および老廃物を回収し次工程（精製工
程等）へ送るためのものであり、片側開口の多孔性焼結
ＳＵＳバイブの開口側をフランジシール部材２２の培地
回収用流路２４に接続したものである。第２図に示され
る例では、培地回収用バイブ８はメツシュ４の内側の同
心の円周上に位置するように等間隔に６本および中心部
に１本の計７木配設されている。

次に、上述のバイオリアクタにおける培地の供給につい
て説明する。

フランジシール部材２０内の培地供給用流路２１内に送
られた培地は各培地供給用ノズル１０の先端部１０ａの
開口部からタンク２とメツシュ４との間隙部分に流出す
る。ここで、上述したように先端部１０ａがタンク２内
の軸方向および円周方向において均一に存在するように
各培地供給用ノズル１０が配設されているため、メツシ
ュ４の外側に培地が均一に供給される。この供給された
培地はメツシュ４を通過してタンク２の半径方向内側に
向って流れ、培地回収用バイブ８から生産物、老廃物等
とともに回収され次工程へ送られる。本発明によれば培
地は上述のように供給されるため、例えばフランジシー
ル部材２０（培地供給側）近傍部分のメツシュ４のみを
通過してしまい、フランジシール部材２２（培地回収側
）近傍部分の生体触媒に新鮮培地が供給されない、いわ
ゆるショートパスの発生が有効に防止される。

本発明は上述のタンク内半径方向に培地が流れるバイオ
リアクタに限定されることはなく、第４図に示される縦
型のバイオリアクタおよび第４図に示されるバイオリア
クタを水平にした横型のバイオリアクタ等にも適用可能
である。また、生体触媒を固定化する固定層が生体親和
性に優れた公知の粒状担体、三次元網目状担体、ハニカ
ム状担体および多層平板担体あるいは中空糸等いずれの
担体であっても本発明を適用することができる。

すなわち、第４図に示される粒状担体を用いた充填層型
の縦型バイオリアクタにおいて、第３図に示されるよう
な培地供給用ノズル１０をタンク下方から上方に向けて
配設することにより、先端部１０ａはタンク内の粒状担
体中に均一に分散して存在するため、充填層に均一に培
地を供給することが可能となる。

さらに、本発明が適用可能な生体触媒は、付着性動物細
胞、酵母および微生物等積々の生体触媒が挙げられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、バイオリアクタの円筒形のタンク内の
軸方向および円周方向に分散して位置する培地供給用ノ
ズルの先端部から固定層全域に均一に培地が供給され、
固定層に固定されている生体触媒の代謝活性が均一で高
い状態に維持され、生体触媒が有効に機能してバイオリ
アクタにおける生産物の生産効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するためのバイオリア
クタの縦断面図、第２図は同じく横断面図、第３図は本
発明を実施するための培地供給用ノズルの一例を示す斜
視図、第４図は従来の充填層型バイオリアクタを示す図
、第５図は従来の充填層型バイオリアクタ内の濃度勾配
を示す図である。 １・・・バイオリアクタ、２・・・タンク、４・・・メ
ツシュ、６・・・酸素補給用パイプ、８・・・培地回収
用バイブ、１０・・・培地供給用ノズル、２０．２２・
・・フランジシール部材、２１・・・培地供給用流路、
２３・・・酸素供給用流路、２４・・・培地回収用流路
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端までの長さの異なる複数の培地供給用ノズルを
   円周上に略等間隔で同一方向となるようにバイオリアク
   タのタンク内の軸方向と平行に配設し、前記培地供給用
   ノズルの先端部から前記タンク内に配設された固定層に
   培地を供給することを特徴とする固定層型バイオリアク
   タの培地供給方法。 ２、前記培地供給用ノズルが前記タンク内周壁近傍に位
   置し、前記培地供給用ノズルの先端部から供給された培
   地が前記タンク内を半径方向外側から内側に向って流れ
   るようにしたことを特徴とする請求項１記載の固定層型
   バイオリアクタの培地供給方法。 ３、前記培地供給用ノズルが前記タンク中心軸近傍に位
   置し、前記培地供給用ノズルの先端部から供給された培
   地が前記タンク内を半径方向内側から外側に向って流れ
   るようにしたことを特徴とする請求項１記載の固定層型
   バイオリアクタの培地供給方法。