JPH04287682A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物、動植物培養細
胞等の培養物を液体培地内にて培養し得る培養装置に関
し、特に培養効率に優れ、しかも代謝産物を効率よく収
穫し得る培養装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体培地内で、かび、放線菌等の微生物
を培養すると、微生物等は増殖し、グリセリン・アルコ
ール等の一次代謝物、あるいはペニシリン・ストレプト
マイシン等の二次代謝物が生産される。

【０００３】一般に、微生物が混入された液体培地を撹
拌すると、微生物等は培地成分との接触および酸素の供
給がよくなり、増殖が均一となるばかりか、増殖効率も
上昇する。培養される微生物がかびの場合には、培養液
の撹拌が充分であれば菌糸が分散し、パルプ状の成長　
（ｐｕｌｐｙ　ｇｒｏｗｔｈ）を示すが、撹拌が不充分
なときには小球状の菌糸塊（ｐｅｌｌｅｔ）となる。

【０００４】また、動植物培養細胞等の培養方法として
は、微生物の培養方法を改良したものが多用されている
。動植物培養細胞は、細胞が大きいために機械的な衝撃
に弱く、しかも、細胞塊を形成し易いことから、これら
の点を考慮した、例えば、液体浸透培養法、気泡塔型培
養槽法、通気撹拌型培養槽法等の培養方法等が知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かびの培養では、パル
プ状に成長する場合に、菌糸は培養液内に分散および懸
濁するため、培養液の粘性が増加し、その撹拌のために
多大な動力を要するという欠点がある。また、菌糸塊が
形成される場合には、菌糸塊の内部にまで酸素および培
地成分が十分に供給されないために、増殖が十分に行わ
れず、例えばペニシリン生産菌を培養する際に、ペニシ
リンの生産速度が低下してその収量が著しく減少すると
いう欠点がある。

【０００６】さらに、動植物細胞の培養法における液体
浸透培養法および気泡塔型培養槽法では、ＫＬａ（酸素
移動容量係数）が低いという欠点がある。これに対して
、通気撹拌型培養槽法では、除菌空気を送り込みつつ、
回転翼で植物培養細胞の懸濁液を直接撹拌するために、
ＫＬａは低くならない。しかし、酸素供給のために、培
養細胞を懸濁状態で直接撹拌しているために、培養細胞
は常に機械的な衝撃を受ける。従って、機械的な衝撃に
強い細胞を選択し、しかも限界ストレス以下の強さで懸
濁液を撹拌する必要がある。さらに、細胞膜が形成され
た場合には、撹拌の効率を維持するためにこれを取り除
く必要がある。このような培養方法に対して、培養細胞
を懸濁状態としない培養方法では、細胞塊の表層と内層
とでは培地や空気との接触状態等が異なるため、均質な
細胞集団にならないという欠点がある。

【０００７】このように、微生物あるいは動植物培養細
胞等の培養において、培養すべき細胞等が物理的な剪断
力などで崩壊すると、培養が停止することが知られてい
る。また、粘度が高い溶液中での培養は、培養液や空気
などの物質移動が困難であるために、培養が進まず期待
されるような培養結果が得られない。

【０００８】本発明は、上記の従来の問題点を解決する
ためのものであり、その目的は、例えば、培養液中に分
散された微生物あるいは動植物細胞等を損傷することな
く、効率よく増殖でき、しかも代謝産物も効率よく収穫
し得る培養装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の培養装置は、培
養槽と、上端および下端が開放された筒状をしており、
培養液および空気が内部に流入し得るように該培養槽内
に回転可能に配置された回転筒体と、該回転筒体の下端
部にその下端面を覆うように配置されており、培養液お
よび空気が透過し得る多孔質プレートと、端部に設けら
れた空気吐出口が該多孔質プレートに対向して設けられ
ており、該空気吐出口から空気を吐出させるべく空気が
送給される空気供給管と、を具備してなり、そのことに
より上記目的が達成される。

【００１０】前記回転筒体の内周面には、その軸方向に
沿って内方へ突出する邪魔板が配置されている。

【００１１】前記多孔質プレートは、回転筒体の下端か
ら上方に位置されている。

【００１２】

【作用】本発明の培養装置では、空気供給管の空気吐出
口から吐出される空気が、多孔質プレートを透過して回
転筒体内に進入し、該回転筒体内の培養液を攪拌する。 同時に回転筒体が回転されることにより、該回転筒体内
の培養液も攪拌される。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を実施例について説明する。

【００１４】本発明の培養装置は、図１に示すように、
円筒状培養槽１０と、該培養槽１０内に同軸状に配置さ
れた円筒状の回転筒体２０とを有している。培養槽１０
内には、培養すべき微生物あるいは動植物培養細胞が混
入された培養液が収容される。該培養槽１０は、上面が
全体にわたって開放されており、蓋体１１によりその開
放された上面が覆われている。蓋体１１の中央部には、
その上方に配設されたモーター３０の出力軸３１が挿通
する貫通孔１１ａが設けられている。また、該貫通孔１
１ａの各側方には、培養すべき微生物あるいは動植物の
植え込み口１１ｂ、および培養槽１０内の余剰の空気が
排出される排気口１１ｃがそれぞれ設けられている。ま
た、培養槽１０の底面には、内部に空気が供給されて通
流する空気供給管１４が挿通しており、培養槽１０内に
おける軸心部から若干偏心した部分に位置する該空気供
給管１４の端部には、供給される空気を吐出する複数の
空気吐出口１４ａが設けられている。

【００１５】回転筒体２０は、図２に示すように、培養
槽１０の蓋体１１の軸心部を挿通するモーター３０の出
力軸３１とは同軸状態となるように、培養槽１０内に配
置されており、例えば、ガラス、プラスチック、金属等
により、下端面および上端面がそれぞれ開放された円筒
状に構成されている。モーター３０の出力軸３１の下端
部には、放射状に外方へ突出する水平状の３本の支持棒
２２が、周方向に等しい間隔をあけて取り付けられてお
り、各支持棒２２の先端部に回転筒体２０の上端部が連
結されて、該回転筒体２０が支持されている。従って、
該回転筒体２０は、モーター３０の動力が伝達されて回
転される。

【００１６】該回転筒体２０の下端部内における下端面
（底面）近傍には、培養液および空気が透過する多孔質
プレート２１が嵌合されており、該回転筒体２０の下端
面を覆っている。該多孔質プレート２１は、回転筒体２
０の下端から高さＣだけ上方に配置されている。多孔質
プレート２１の配置位置は、該多孔質プレート２１にお
ける開口数、空気供給管１４にて培養槽１０内に供給さ
れる空気の流速、回転筒体２０の回転数等により適宜選
定されるが、回転筒体２０の外径ｄに対して、Ｃ≧ｄ／
１０とすることにより、培養槽１０内に供給される空気
がほぼすべて多孔質プレート２１を通って回転筒体２０
内に進入する。多孔質プレート２１が回転筒体２０の下
端に取り付けられている場合（Ｃ＝０）には、培養槽１
０内に供給される空気は、ほとんどが、多孔質プレート
２１の各孔を通過することなく、回転筒体２０の外周面
に沿って移動する。なお、多孔質プレート２１は、培養
液及び空気を透過するものであればどのような構成であ
ってもよく、例えば、メッシュプレートであってもよい
。

【００１７】該回転筒体２０の内周面には、軸方向に沿
った例えば３枚の邪魔板２４が周方向に等しい間隔をあ
けて取り付けられている。各邪魔板２４は、内方への突
出量ｗが小さく、例えば、回転筒体２０の外径ｄの０．
１〜０．１５程度になっている。邪魔板２４の個数は、
その内方への突出量ｗ、回転筒体２０の回転数等により
適宜選定される。

【００１８】このような構成の本発明の培養装置では、
次のようにして、微生物あるいは動植物の培養が行われ
る。培養槽１０内に培養液を投入して、蓋体１１を該培
養槽１０に固定する。このような状態で、内部に収容さ
れた培養液を加熱滅菌する。その後に、培養槽１０内の
培養液を冷却して、植え込み口１１ｂから、回転筒体２
０内に培養物をシードする。その後、空気供給管１４か
ら空気を培養槽１０内の培養液内に供給するとともに、
モーター３０を回転駆動して回転筒体２０を回転させる
。培養槽１０の軸心部から若干偏心して位置された空気
供給管１４の空気吐出口１４ａから吐出される空気は、
多孔質プレート２１の下方の回転筒体２０下端部内に進
入して、そのほとんどが、回転筒体２０の外部に流出す
ることなく該多孔質プレート２１を通過する。多孔質プ
レート２１を通過した空気は、流速が速くなるために、
回転筒体２０内の培養液を効率よく攪拌する。しかも、
各空気吐出口１４ａが培養槽１０の軸心部に対して偏心
状態になっているために、多孔質プレート２１から回転
筒体２０内に進入した空気は回転筒体２０内の培養物の
動きのパターン（フローパターン）を３次元的にし、し
かも、培養液の上下方向の動きも活発化する。このとき
、回転筒体２０が回転されているために、その内周面に
配設された各邪魔板２３によっても、その内部の培養液
が攪拌され、培養液の攪拌は一層促進される。各邪魔板
２４は内方への突出量が小さいために、培養液の攪拌時
に培養物がせん断されるおそれがない。

【００１９】培養液内を通過した空気は、培養槽１０内
の圧力が高い状態で保持されているために、上側の空気
排出口１１ｃから排出される。

【００２０】多孔質プレート２１は、回転筒体２０の下
端から若干上方に配置されているために、培養槽１０内
に供給された空気が、回転筒体２０の外周面に沿って流
動することなく、確実に多孔質プレート２１内を通過す
る。空気が多孔質プレート２１を通過することなく回転
筒体２０の外周面に沿って流動する場合（ショートパス
）には、回転筒体２０内の培養物には必要な酸素が供給
されず、十分に培養されない。回転筒体２０は、内部に
進入した空気が周面から外方へ流出しないように、非多
孔性材質あるいは、空気を通過させない微細な多孔質材
料によって構成される。

【００２１】次に、このような培養装置で植物組織を培
養した実施例を具体的に示す。ウコギ科（Ａｒａｌｉａ
ｃｅａｅ）に属するエゾウコギ（学名：Ａｃａｎｔｈｏ
ｐａｎａｘ　ｅｓｔｉｃｏｓｕｓ）の葉から誘導したカ
ルスをシードとして用いた。カルス誘導に関しては、特
開平１−２２８４６４号公報に詳しく開示されている。 窒素源を修正したＭＳ培地に、オーキシンとして１ｐｐ
ｍのＩＢＡ、サイトカイニンとして１ｐｐｍのカイネチ
ンをそれぞれ添加して培養液とした。糖源としてシュー
クロース３％を使用した。

【００２２】この培養液７リットルを培養槽１０（容量
１０リットル）に入れて滅菌した。これに上記シード組
織の所定領を植え込み口１１ｂから回転筒体２０内へ接
種した。 接種量は１回目は１２５ｇ／ｌ、２回目は１２９８ｇ／
ｌ（いずれも湿重量）であった。植え込み口１１ｂを密
閉した後、モーター３０により回転筒体２０を回転させ
た。植物組織はこのようにして、２５℃にて２週間培養
された。培養後、成長倍率を測定した。その結果を表１
に示す。なお、同時に、通気撹拌型培養装置（平羽根タ
ービン型インペラ付き）と気泡塔型培養装置（それぞれ
容積１０リットル）とにより培養を行い、その結果を表
１に付記した。本発明の培養装置では、従来の培養装置
に比較して、植物組織は１．５倍程度に成長しており、
培養効率が著しく向上することが確認された。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】本発明の培養装置は、このように、培養
液が回転筒体および供給される空気により、確実に攪拌
されるために、回転筒体内の培養物は、機械的な衝撃を
加えられることなく、十分な栄養分および酸素が与えら
れる。その結果、高密度、従って容積効率よく培養が行
え、均質に培養物を増殖させることができる。代謝産物
を細胞外へ排出する培養物では、その代謝物を容易に取
り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の培養槽の一例を示す断面図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線における断面図である。

【符号の説明】

１０　　培養槽 １１　　蓋体 ２０　　回転筒体 ２１　　多孔質プレート ２２　　支持棒 ２３　　邪魔板 ３０　　モーター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　培養槽と、上端および下端が開放され
   た筒状をしており、培養液および空気が内部に流入し得
   るように該培養槽内に回転可能に配置された回転筒体と
   、該回転筒体の下端部にその下端面を覆うように配置さ
   れており、培養液および空気が透過し得る多孔質プレー
   トと、端部に設けられた空気吐出口が該多孔質プレート
   に対向して設けられており、該空気吐出口から空気を吐
   出させるべく空気が送給される空気供給管と、を具備す
   る培養装置。
2. 【請求項２】　　前記回転筒体の内周面には、その軸方
   向に沿って内方へ突出する邪魔板が配置されている請求
   項１に記載の培養装置。
3. 【請求項３】　　前記多孔質プレートは、回転筒体の下
   端から上方に位置されている請求項１または２に記載の
   培養装置。