JPH02240565A - 培養液溶存成分の分析方法、分析装置、培養方法、及び、培養装置 - 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〕 本発明は培養液中に溶存する成分を分析する分析方法及
び分析装置、さらに微生物又は動植物細胞の培養方法及
び培養装置に係る。

〔従来の技術〕

近年、細胞の培養において培養液中に溶存する成分、例
えば細胞の代謝物や供給する基質などを実時間（リアル
タイム）で定量測定する要望が高くなっている０例えば
、大腸菌の培養では菌体が代謝する酢酸により菌体増殖
が阻害されることが問題になっており、培養液中の酢酸
濃度を迅速に測定することが望まれている。

従来、培養液中に溶存する成分の測定方法としては、滴
定法、酵素法、薄層クロマトグラフィーガスクロマトグ
ラフィー及び液クロマトグラフイーなどがあるが、これ
らの分析装置は１回の測定に１５分以上の時間が必要で
ある。

また培養液をそのまま分析装置に導入すると、目的とす
る易揮発性成分以外の成分やその分解物などが検出され
、分析が難しくなる可能性があるので、目的成分を分離
してから導入することが好ましく、これを目的とした従
来技術としてＧＣ（ガスクロマトグラフ）質量分析計や
ＬＣ（液体クロマトグラフ）質量分析計が開発されてい
るが、短時間で連続測定することは困難である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は高精度で短時間に溶存成分を連続分析す
る点については配慮がなされておらず、効率的に細胞培
養を行うための溶存成分分析が難しいという問題があっ
た。

本発明の目的は、微生物又は動植物細胞を培養するに際
し、培養槽から採取した培養液中の溶存成分を高精度で
短時間に連続分析する方法及び装置、及び効率的に細胞
培養を行うための培養方法及び装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、培養液のｐＨを設
定値に調節した後、前記培養液中の溶存成分を気化せし
め、ついで、前記気化した溶存成分を分析することを特
徴とする培養液溶存成分の分析方法である。そして、上
記溶存成分の分析は好ましくは質量分析計により行われ
、又、培養液溶存成分の気化は好ましくは培養液をキャ
リアガスに接触させることにより行うことができる０本
発明の分析方法は分析対象が有機酸、特に酢酸である場
合に有用である。

前記分析方法に用いる分析装置は培養槽より培養液を採
取する手段、採取した培養液のｐＨを調節する手段、ｐ
Ｈを調節した培養液より溶存成分を気化する手段、及び
、気化した溶存成分を分析する手段を具備することを特
徴とする装置である。

気化した溶存成分を分析する手段は好ましくは質量分析
計である。前記分析装置においては、採取した培養液の
ｐＨを調節する手段内に、ｐＨを調節した培養液より溶
存成分を気化する手段を併設しても良い。

更に本発明は、微生物又は動植物細胞の培養方法におい
て、培養液のｐＨを設定値に調節した後、前記培養液の
溶存成分を気化せしめ、気化した溶存成分を分析し、得
られた分析値に基づいて培養条件を制御することを特徴
とする微生物又は動植物細胞の培養方法及び培養槽より
培養液を採取する手段、採取した培養液のｐＨを調節す
る手段、ｐＨを調節した培養液より溶存成分を気化する
手段、気化した溶存成分を分析する手段、及び、培養液
溶存成分の分析値に基づいて培養条件を制御する制御手
段を具備することを特徴とする特許置である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の分析方法及び分析装置を適用しうる、培養液中
の分析すべき揮発性溶存成分として、具体的には有機酸
、炭酸ガス、アンモニア等が挙げられ、例えば培養液が
大腸菌の培養液である場合は酢酸、アンモニアなどであ
る。

分析すべき目的成分がメタノールやエタノールなど揮発
性の高い成分である場合は、容易に培養排気ガス中に拡
散するので、排気ガスをそのまま質量分析計等の分析手
段に導入することで測定が可能である。これに対し、有
機酸、特に酢酸を目的成分とした場合、大腸菌の一般的
な培養条件である３０〜４０°Ｃ＋　　ｐ　Ｈ７前後で
は排気ガス中にはほとんど拡散しないため、排気ガスを
そのまま質量分析計等の分析手段に導入するだけでは測
定が困難である。

そこで、本発明においては増殖阻害物質である酢酸等の
揮発性溶存成分を測定するために、培養液又は細胞を除
去した培養上清液を設定ｐＨ値に調節した後、培養液中
の溶存成分を気化せしめ、分析することにより迅速かつ
連続的に測定するものである。

そのための分析装置は、培養槽より培養液を採取する手
段、採取した培養液のｐＨを調節する手段、ｐＨを調節
した培養液より溶存成分を気化する手段、及び、気化し
た溶存成分を分析する手段を具備することを特徴とする
。以下に、それぞれの手段について説明する。

培養槽より培養液を採取する手段としては、ポンプ又は
圧力で抜き出す方式、又は抜き出した培養液から細胞を
除くために遠心分離装置やセラミック筒などを設けた濾
過装置を用いて採取する方式などが採用できる。

採取した培養液のｐＨを調節する手段としては、ｐＨ調
節器を用いる方式や、一定量の酸又はアルカリを自動的
に注入する方式などが採用できる。

ｐＨの設定値は、目的とする測定成分によって異なるが
、例えば酢酸を測定成分とする場合には培養液中の酢酸
塩を酢酸にするためにｐＨを６以下、望ましくは２〜３
にするのが良い。ｐＨを調節するために培養槽より抜き
出す液量は培養槽内の液量への影響を少なくするために
１０　ｙｒｌ　／ｍ　ｉ　ｎ以下、望ましくはｌｄ／ｓ
ｉｎ以下が良い。

ｐＨを調節した培養液より溶存成分を気化する手段とし
ては、加熱する方式やキャリアガスにより気化させる方
式や両方式を併用する方式などがあるが、気化効率を高
くするには両方式を併用するのが良い、加熱温度は高い
方が良いが、温度制御や分析精度の点から５０〜９０°
Ｃの範囲が採用できる。キャリアガスは目的成分とは分
子量の異なるガスが用いられるが、ヘリウムガスやアル
ゴンガスなどの不活性ガスが好ましい。

キャリアガスにより揮発させる方式を用いた気化装置を
構成する気化容器の例を第２図に示す。

囚は液入口１から液出口２へｐＨを調節した培養液をオ
ーバーフロ一方式で流し、キャリアガスを送気入口３か
ら液中に通気し、液上部の気相部から送気口４を通過す
る容器である。

■は■と同様の通液方式であるが、液相底部が例えば疎
水性多孔膜やガラス濾過板などから成る細孔板５で構成
され、細孔板５の下方から上方へ向けてキャリアガスを
通気する容器である。

０は液入口１から液出口２へ通液し、これに向流するよ
うに送気人口３から送気出口４へ通気する容器である。

■は０と同様な容器内に多段式に板を配置した容器であ
る。

■はりと同様な容器内に例えばセラミックス又はステン
レスから成るハニカム構造状の筒又はガラスピーズなど
粒子状の成形物などの挿入物６を入れた容器である。

また、ｐＨ調整装置と溶存成分の気化装置は別々に設け
てもよいが、ｐＨ調整と溶存成分の気化を同一容器にお
いて行ってもよい。

気化した溶存成分を分析する手段としては、感度、測定
時間などの点から質量分析計が好ましい。

しかし、目的成分が一種類の場合は非常に感度の高い半
導体センサーなどを用いることも可能である。

本発明の微生物又は動植物細胞の培養方法は、前述の溶
存成分分析方法により得られた分析値に基づいて培養条
件を制御しながら微生物又は動植物細胞を培養すること
を特徴とする。また、本発明の微生物又は動植物細胞の
培養装置は、前述の分析装置及びそれにより得られた分
析値に基づいて培養条件を制御する手段を具備している
。

本発明培養装置における溶存成分の分析値を用いて培養
を制御する手段としては、分析値から培養基質の供給量
をミニコンピユータなどで解析する方式、例えば酢酸濃
度を指標として流加用培地の流加量を増減させて培養液
中の酢酸濃度を制御し、酢酸による増殖阻害を防止する
培養制御方式、又は溶存成分の分析値がある設定値に達
した場合、遠心分離又は濾過操作などにより培地交換を
行う方式などが採用される。

なお、上記各手段から構成される装置の送液配管及び送
気配管は培養液の採取から溶存成分の分析までに要する
時間を最小限にするために可能な限り短かくかつ細いこ
とが望ましい。

〔作　用〕

本発明の分析方法において、培養槽より培養液を採取す
ることにより、目的とする溶存成分を培養系外へ取り出
すことで培養条件を変化させることなく溶存成分を分析
するに好適な条件環境を作り出せ、採取した培養液のｐ
Ｈを調節することにより溶存成分を培養液から解離させ
、ｐＨを調整した培養液から溶存成分を気化させること
により溶存成分を培養液から分離し、分析装置へ導入す
ることができる。

その際、目的成分に適したｐＨや温度を設定することに
より、目的以外の他の成分の質量分析計への導入を少な
くし、他の成分の分解物による妨害を低減することがで
きる。また試料を短時間でかつ連続的に分析手段に導入
することができるため、実時間における培養液溶存成分
の測定が可能となる。従って、本発明の分析方法を用い
て培養液中の増殖阻害物質の測定を実時間で行い、それ
に基づいて培養条件を制御すれば増殖阻害を防止し、効
率的な培養を達成できる。

〔実施例〕

本発明の実施例を培養装置の系統図を示す第１図により
説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるもので
はない。

培養槽７から培養液を採取する手段として培養液の採取
用ポンプ８とクロスフロ一方式の濾過装置９で培養上清
液を採取し、ｐＨを調節する手段としてｐＨ調節剤の滴
加量を電気信号で出力できる装置が設けられたｐＨ２）
１節装置ｌＯにより上清液のｐＨを設定値に調節し、溶
存成分を気化する手段としてガス流量を電気信号で出力
できる流量調節装置が設けられた気化装置ｌｌ内でｐＨ
を調節した上清液をキャリアガスと接触させることによ
り溶存成分を上清液からキャリアガス中に分離し、例え
ば温度調節装置を設けた保温装置１２で上記工程を設定
温度に保ち、気化した成分を分析する手段として分析値
を電気信号で出力できる質量分析計１３で気化した溶存
成分を測定する。溶存成分の分析値を用いて培養を制御
する手段としては、ｐＨ調節装置１０や気化装置１１か
ら出力された信号を用いて質量分析計１３から出力され
た測定値を解析できる装置を設けた培養制御装置１４に
より、溶存成分の分析値から培養基質の供給量を決定し
電気信号により基質供給装置１５へ出力し、基質の供給
量を制御することにより行われる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、培養液溶存成分の分析を高精度で短時
間に連続分析して実時間における分析が可能となり、微
生物又は動植物細胞の培養において、この分析値に基づ
いて培養条件を制御すれば効率的な培養を行うことがで
きる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす装置の系統図、第２
図■〜■は本発明装置における気化容器の断面図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、培養液のｐＨを設定値に調節した後、前記培養液中
   の溶存成分を気化せしめ、ついで、前記気化した溶存成
   分を分析することを特徴とする培養液溶存成分の分析方
   法。 ２、気化した溶存成分の分析が質量分析計による分析で
   あることを特徴とする請求項１記載の培養液溶存成分の
   分析方法。 ３、培養液溶存成分の気化を、培養液をキャリアガスに
   接触せしめることにより行うことを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載の培養液溶存成分の分析方法。 ４、培養液溶存成分の分析対象が有機酸であることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの項記載の培
   養液溶存成分の分析方法。 ５、有機酸が酢酸であることを特徴とする請求項４記載
   の培養液溶存成分の分析方法。 ６、培養槽より培養液を採取する手段、採取した培養液
   のｐＨを調節する手段、ｐＨを調節した培養液より溶存
   成分を気化する手段、及び、気化した溶存成分を分析す
   る手段を具備することを特徴とする培養液溶存成分の分
   析装置。 ７、気化した溶存成分を分析する手段が質量分析計であ
   ることを特徴とする請求項６記載の培養液溶存成分の分
   析装置。 ８、採取した培養液のｐＨを調節する手段内に、ｐＨを
   調節した培養液より溶存成分を気化する手段を併設した
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７記載の培養液溶
   存成分の分析装置。 ９、微生物又は動植物細胞の培養方法において、培養液
   のｐＨを設定値に調節した後、前記培養液の溶存成分を
   気化せしめ、気化した溶存成分を分析し、得られた分析
   値に基づいて培養条件を制御することを特徴とする微生
   物又は動植物細胞の培養方法。 １０、培養条件の制御を、培養基質の供給量の制御によ
   って行うことを特徴とする請求項９記載の微生物又は動
   植物細胞の培養方法。 １１、培養槽より培養液を採取する手段、採取した培養
   液のｐＨを調節する手段、ｐＨを調節した培養液より溶
   存成分を気化する手段、気化した溶存成分を分析する手
   段、及び、培養液溶存成分の分析値に基づいて培養条件
   を制御する制御手段を具備することを特徴とする微生物
   又は動植物細胞の培養装置。 １２、培養条件を制御する制御手段が培養基質の供給量
   を制御することを特徴とする請求項１１記載の微生物又
   は動植物細胞の培養装置。