JPH06508021A - Improvements in measuring biomass and differentiation in microbial organisms or related matters - Google Patents

Improvements in measuring biomass and differentiation in microbial organisms or related matters

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JPH06508021A
JPH06508021A JP4506551A JP50655192A JPH06508021A JP H06508021 A JPH06508021 A JP H06508021A JP 4506551 A JP4506551 A JP 4506551A JP 50655192 A JP50655192 A JP 50655192A JP H06508021 A JPH06508021 A JP H06508021A
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fermentation
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パッカー,ヘレン,リン
トーマス,コリン,リチャード
ポール,ゴパル,チャンドラ
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ユニバーシティ カレッジ ロンドン
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1468Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS 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
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/36Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements

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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ′生物生体における生 現存 と 化の測定に、してのまたはその 連事 本発明は微生物生体の細胞の測定方法、特に細胞容積または生物現存量、および 微生物生体の細胞部位での分化をより詳細にモニターできる、例えば発酵ブイヨ ン中のバクテリア、酵母、または菌類を発酵工程の進行中にモニターすることが できる方法に関するものである。[Detailed description of the invention] ``Measurement of existence and transformation in living organisms, as or in conjunction with them. The present invention relates to a method for measuring cells of microbial organisms, particularly cell volume or biomass, and For example, fermentation broth allows for more detailed monitoring of differentiation at the cellular site of microbial organisms. Bacteria, yeast, or fungi in the fermentation process can be monitored during the fermentation process. It's about how you can do it.

例えば医薬品製造業のようなある種の産業では、例えば抗生物質やその他の医薬 の製造に生化学的製造工程、特に、例えばバクテリア、酵母、または菌類のよう な微生物をブイヨン中で生育させて、それと同時にまたは後行程を経て、所望の 製品を生産する“発酵法”と呼ばれる製造工程の使用が増加している。工業的な プロセスにおいてはかかる発酵工程を最適化する必要があるので、生体の成育状 況、特にブイヨン中の細胞容積または生物現存量の変化並びに細胞分化の過程を 測定することが必要である。In certain industries, such as pharmaceutical manufacturing, e.g. In particular, biochemical manufacturing processes, such as bacteria, yeast, or fungi, are used in the production of The desired microorganisms are grown in broth, and the desired There is an increasing use of a manufacturing process called "fermentation" to produce products. industrial In the process, it is necessary to optimize the fermentation process, so it is necessary to conditions, especially changes in cell volume or biomass in the broth, as well as the process of cell differentiation. It is necessary to measure.

現在では生物現存量の満足できる測定方法は極めて乏しい。最も簡単な方法はブ イヨンの光学的密度を測定する方法である。この方法では光学的密度と生物現存 量との間の正確な相関を得るためにはブイヨンを希釈する必要があるが、この方 法はブイヨンが透明な培地中に十分によく分散した個々の細胞、例えばバクテリ アを含んでいるような工程に対してのみ適用することが出来る。従っでこの方法 はその適用対象が限定されている。生体がもっと複雑な、例えば菌糸体の形態を とっている場合は生体はしばしば絡まった状態になっている。この様な状態では 生体は1ミリメートルから数ミリメートルの大きさを持ったベレットを形成して いる。こんな状態では光学的密度は生物現存量の正確な尺度となることは出来な いので、生物現存量は試料を遠心分離にかけて固形物量を計量することによって 測定されている。ブイヨンを濾過して固形物を乾燥し、計量する方法も行われて いる。At present, there are very few methods for measuring biomass that are satisfactory. The easiest way is to This method measures the optical density of ions. This method uses optical density and biological presence. It is necessary to dilute the broth to obtain an accurate correlation between the amounts, but this method The method uses broth to collect well-dispersed individual cells, e.g. bacteria, in a clear medium. It can only be applied to processes that include a. So this method is limited in its applicability. The morphology of living organisms is more complex, such as mycelium. When they do, the organisms are often entangled. In such a situation The living body forms a pellet with a size of 1 mm to several millimeters. There is. Under these conditions, optical density cannot be an accurate measure of biomass. Therefore, the biomass can be determined by centrifuging the sample and measuring the amount of solid matter. Measured. Another method is to filter the broth, dry the solids, and weigh them. There is.

しかしながら、発酵ブイヨンは屡々細胞生体の他に不溶解性の固形物を含んでい るので(生産効率を上げる目的で安価な材料を使用するような場合には)、この 様な方゛法では固形物量と生物現存量とを識別することが出来ない。更にまた、 細胞質、液胞部位、溶菌部位、または成長部位にある試料の量といった項目を発 酵の遂行中に特性化できるような技術は何も存在しないから、この様な測定方法 を基礎的な生物現存量の測定方法に付加することが出来れば発酵工程をより詳細 にモニターし管理することが出来て有用である。However, fermentation broths often contain insoluble solids in addition to cellular organisms. (when using cheap materials to increase production efficiency) Various methods cannot distinguish between the amount of solid matter and the amount of biomass present. Furthermore, Emit items such as the amount of sample in the cytoplasm, vacuolar sites, lytic sites, or growth sites. Since no technology exists that allows for characterization during fermentation, this method of measurement is If it is possible to add this to the basic biological abundance measurement method, it will be possible to understand the fermentation process in more detail. It is useful because it can be monitored and managed.

本発明では、試料の像を得るために試料を照明する工程、予め決められている照 度の閾値と比較することによって像の面積内にある個々の部位を識別する工程、 像の面積内の識別された諸部位の面積を測定する工程で構成された、試料中の微 生物生体の細胞容積を測定する方法が提供されている。本発明は、試料を照明す る光源、顕微鏡とカメラで構成された試料の像を得るための光学システム、像の 部位の輝度を予め決定しである閾値と比較するコンパレーター、および識別され た諸部位の全面積を予め測定された閾値に関して加算するための加算手段で構成 されている、試料中の細胞生体の細胞容積を測定するための装置をも併せて提供 するものである。In the present invention, the step of illuminating the sample to obtain an image of the sample, identifying individual regions within the image area by comparison with a degree threshold; The process of measuring the areas of identified parts within the area of the image A method is provided for measuring cell volume in a biological organism. The present invention an optical system consisting of a light source, a microscope and a camera to obtain an image of the sample; a comparator that predetermines the brightness of the region and compares it to a threshold; consisting of an adding means for adding up the total area of the various parts with respect to a pre-measured threshold value. We also provide equipment for measuring the cell volume of living cells in samples. It is something to do.

測定は適当な閾値を設定することによって液胞または成長部位のような微生物の ある部分(例えば繊維状生体における先端部)に対して行われるか、あるいは成 る部位を除いた可能性がある生体全体に対して行われる場合もある。成長部位を 染色によって選び出すこともできる。Measurements can be made to detect microbial microorganisms such as vacuoles or growth sites by setting appropriate thresholds. It is performed on a certain part (e.g. the tip of a fibrous organism) or In some cases, it is performed on the entire body, excluding the parts that may be affected. growth area They can also be selected by dyeing.

例えば生体の成長をよりよくモニターするために真円度パラメーターを使用して 細胞または部分(例えば液胞)の形態を測定する工程を含めることも可能である 。For example, using roundness parameters to better monitor biological growth. It is also possible to include a step of measuring the morphology of cells or parts (e.g. vacuoles) .

生物現存量は測定値に密度を乗じることによってめられる。Biological biomass is calculated by multiplying the measured value by the density.

本発明の方法と装置は各種の繊維状生体、例えば糸状菌や原核生物に対して特に 有用である。本方法はまた、薬剤培地、白亜、糖蜜等が存在する工業用発酵のよ うな不溶性の固体を含有しているブイヨン中の非繊維状生体を測定する際にも有 用である。The method and apparatus of the present invention are particularly effective against various fibrous organisms, such as filamentous fungi and prokaryotes. Useful. The method is also applicable to industrial fermentations where pharmaceutical media, chalk, molasses, etc. are present. It is also useful when measuring non-fibrous organisms in broth containing insoluble solids. It is for use.

予め定められた閾値は細胞材料全体を含むか大きな液胞や溶菌部位を除外するよ うに設定されるか、または−回目は細胞材料の全面積を、二回目は大きな液胞や 溶菌部位を除外した面積を測定するように、1回測定が行われる。Predetermined thresholds are designed to include the entire cellular material or exclude large vacuoles or lytic sites. or - the second time covers the entire area of cellular material and the second time covers large vacuoles and A single measurement is performed to measure the area excluding the lytic site.

この様にして本発明においては、細胞容積の測定は試料内にある細胞材料の面積 を直接測定する工程と、もし必要があれば、その結果を使って細胞容積を測定す る工程を含んでいて、生物現存量は菌糸体の形態にある生体を含む試料に対して 色々な方法で測定することが出来る。In this way, in the present invention, the measurement of cell volume is based on the area of cell material within the sample. and, if necessary, use the results to measure cell volume. The biomass is determined for samples containing living organisms in the form of mycelium. It can be measured in various ways.

面積を直接測定することによって最終細胞容積/生物現存量の測定値の精度が向 上する。Direct measurement of area improves the accuracy of final cell volume/biomass measurements. go up

細胞質部位と溶菌部位全体の容積を使って生体の発生を特徴づけることが可能で あって、これによって発酵工程の進展をより詳細にモニターすることが出来る。It is possible to characterize the development of an organism using the total volume of the cytoplasmic and lytic sites. This allows for more detailed monitoring of the progress of the fermentation process.

菌糸部位の定量化は変化速度の計算を可能にする。かかる部位の割合とその変化 速度は製品形成速度と、維持計数のようなその他の代謝パラメーターに関係して いる。Quantification of hyphal sites allows calculation of rates of change. The proportion of such areas and their changes The rate is related to the rate of product formation and other metabolic parameters such as maintenance counts. There is.

本発明は、試料中に存在することがある非溶解性固体を除外した対象となる細胞 部位に測定が限定されるような、予め設定された真円度パラメーターを満足させ る像の部位を測定から除外する工程を含めることもできる。The present invention provides a solution to target cells excluding non-dissolved solids that may be present in the sample. Satisfies preset roundness parameters such that measurements are limited to certain areas. The method may also include the step of excluding from the measurement the portion of the image that is present.

従って本発明は、材料が低品質で在来の乾燥固体測定法を混乱させるような非細 胞材料を含んだ発酵工程を成功裏に遂行するのに適合している。Therefore, the present invention provides a solution for non-fine materials where the material is of low quality and confounds conventional dry solids measurement methods. suitable for successfully carrying out fermentation processes involving cell material.

像は画素配列にデジタル化することが可能で面積は配列を積算することによって められ、閾値を所望値に設定するグレイスケールに配列を割り当てることもでき る。The image can be digitized into an array of pixels, and the area can be calculated by integrating the array. You can also assign an array to a grayscale that is selected and sets the threshold to the desired value. Ru.

本発明は予め設定したレベルより暗い部位、またはかかる暗い部位とその周辺の 予め設定した付加的部位を測定から除外することも可能である。かかる手段によ って非溶解性固体粒子が細胞生体に覆い重なっている面積を除外することが出来 る。しかし、生体間の交差も暗くなることがあり、例えば大きさに閾値をもうけ ることによって像からこれを除くことが出来る(成る場合には交差は不溶解性固 体より小さい)。The present invention deals with areas darker than a preset level, or such dark areas and their surrounding areas. It is also possible to exclude predefined additional sites from the measurement. By such means Therefore, it is possible to exclude the area where insoluble solid particles cover and overlap the cell body. Ru. However, the intersection between organisms can also be darkened, e.g. by creating a threshold in size. This can be removed from the image by smaller than the body).

目に見える細胞生体の面積を計算したら、色々な方法で、例えば生体がそれ以降 の測定によって体積の計算が可能な幾何学的形態を持っていると仮定することに よって、体積をめることが出来る。例えば、菌糸体状生体に対しては菌糸は円筒 形でその体積は次式で表されると仮定される: 体積=π×菌糸の直径X面積X O,25従って菌糸の直径が測定されれば体積 は直径の平均値と面積の測定値を使って計算される。統計的に有為であるとされ る菌糸の試料数、例えば100試料を測定して平均直径を計算することが出来る 。体積に密度を掛ければ生物現存量に換算することが出来る。各種生体に対する 密度の値は細胞質部位と退化部位については既知であるから、かかる部位の乾燥 重量は算定が可能である。Once you have calculated the visible area of a cellular organism, you can use various methods to calculate, for example, the area of the organism. Assuming that it has a geometric form whose volume can be calculated by measuring Therefore, the volume can be reduced. For example, for mycelium-like organisms, hyphae are cylindrical. It is assumed that the volume is given by: Volume = π x Diameter of hyphae x Area x O, 25 Therefore, if the diameter of hyphae is measured, the volume is calculated using the average diameter and area measurements. considered to be statistically significant The average diameter can be calculated by measuring the number of hyphae samples, for example 100 samples. . By multiplying the volume by the density, it can be converted to the amount of living organisms present. For various living organisms Since the density value is known for the cytoplasmic region and the degenerated region, the drying of such region Weight can be calculated.

本方法は試料中の細胞にある液胞の体積と形態をめるのに適用することもできる 。この様にして液胞の全容積が計算され、液胞の形態(球形か円筒形か)も例え ば真円度パラメーターを使ってめることが出来る。This method can also be applied to determine the volume and morphology of vacuoles in cells in a sample. . In this way, the total volume of the vacuole is calculated, and the morphology of the vacuole (spherical or cylindrical) is also calculated. The roundness can be determined using the roundness parameter.

本発明には試料中の細胞の成長部位の体積を測定する工程を含めることもできる 。成長部位と非成長部位の何れかを選択的に染色することが出来る染色と組み合 わせることによって、像を処理する輝度の閾値を大きくすればこれが可能になる 。The present invention can also include a step of measuring the volume of the cell growth site in the sample. . Staining and combinations that can selectively stain either growth areas or non-growth areas This is possible by increasing the brightness threshold for processing images by .

液胞の全体積の測定と非成長部位の面積と対比した成長部位の面積の測定との双 方を実施することによって、発酵の進展のより正確な測定が可能になる。Both the measurement of the total volume of the vacuole and the measurement of the area of the growing site compared to the area of the non-growing site. By carrying out this method, a more accurate measurement of the progress of fermentation is possible.

以下に記述する本発明の実施例においては菌糸の直径をマニュアルで測定してい るが、ががる測定には自動化した装置を使用することも可能である。In the example of the present invention described below, the diameter of hyphae is measured manually. However, it is also possible to use automated equipment for gag measurements.

生体をバックグラウンドから識別し生体の色々な部分を1別するために使用され る閾値の設定は成る程度システムに依存するのであって、例えば照明に使用され る光の強度、光学システム(使用されるカメラと顕微鏡)の感度、゛生体と培地 の形態に依存する。しかしながら、本発明が一義的に目標としている工業的生産 においては、閾値は設定時に決めるだけで変更はしない(定常的な点検と補正で モニターできる装置と材料に起因するドリフトの場合を除く)。従って本発明は 生体の自動モニターリングや、細胞質材料や溶菌材料の容積をモニターすること によって発酵(バッチ、仕込みバッチ、または連続の各方式)の進展具合を自動 的にモニターして、例えばフィードバック制御によって工程を最適化する方法を 提供するものである。It is used to identify living organisms from the background and to separate various parts of living organisms. The setting of the threshold for the intensity of the light used, the sensitivity of the optical system (camera and microscope used), Depends on the form. However, industrial production, which is the primary target of the present invention, In this case, the threshold value is determined at the time of setting and is not changed (periodic inspection and correction). (except for drift due to equipment and materials that can be monitored). Therefore, the present invention Automatic monitoring of living organisms and the volume of cytoplasmic and lytic material Automatically monitor the progress of fermentation (batch, batch, or continuous) how to monitor and optimize the process, for example through feedback control. This is what we provide.

以下非限定的な実施例を使用し次の諸図面を参照して本発明を更に詳細に説明す る: 第1図はペニシリン発酵における菌糸部位の識別を解説したものである; 第2図は本発明の一実施例における工程を解説したものである; 第3A−C図は本発明で使用される各工程を解説したものである; 第4図は在来の濾過法で得られた乾燥細胞重量と本発明で使用される測定との相 関を示したものである;第5図は在来の濾過法で得られた乾燥細胞重量と本発明 を使用した測定との発酵時間経過を比較したグラフである; 第6図は在来の濾過法で得られた乾燥細胞重量と本発明を使用した測定との今一 つの発酵時間経過を比較したグラフである; 第7図は第6図の発酵の場合の全部位と細胞質部位の容積、および菌糸密度の発 酵時間経過を示したグラフである; 第8図は在来の濾過法で測定した乾燥細胞重量と本発明を使用した測定との発酵 時間経過を比較したグラフである; 第9図は仕込みバッチ発酵における細胞質部位と退化部位の容積、および菌糸密 度の発酵時間経過を示したグラフである; 第10図は在来の濾過法で測定したラクトース/薬剤培地発酵の乾燥重量と本発 明を使用した測定値との発酵時間経過を比較したグラフである; 第11図はラクトース/薬剤培地発酵における細胞容積と菌糸密度の発酵時間経 過を示したグラフである;第12図は本発明の第2の実施例のブロック図である 。The invention will now be explained in more detail using non-limiting examples and with reference to the following drawings. Ru: Figure 1 explains the identification of hyphal parts in penicillin fermentation; FIG. 2 explains the steps in one embodiment of the present invention; Figures 3A-C illustrate each step used in the present invention; Figure 4 shows the correlation between dry cell weights obtained by conventional filtration methods and measurements used in the present invention. Figure 5 shows the relationship between the dry cell weight obtained by the conventional filtration method and the present invention. It is a graph comparing the fermentation time course with measurement using; Figure 6 shows the difference between dry cell weight obtained by conventional filtration method and measurement using the present invention. This is a graph comparing two fermentation time courses; Figure 7 shows the volume of all parts and cytoplasmic parts, and the development of hyphal density in the case of the fermentation shown in Figure 6. It is a graph showing the fermentation time course; Figure 8 shows fermentation of dry cell weight measured by conventional filtration method and measured using the present invention. This is a graph comparing the passage of time; Figure 9 shows the volume of the cytoplasmic region and degenerated region in the batch fermentation, and the hyphal density. It is a graph showing the fermentation time course; Figure 10 shows the dry weight of lactose/drug culture fermentation measured by conventional filtration method and this product. It is a graph comparing the fermentation time course with the measured value using bright light; Figure 11 shows cell volume and hyphal density over time in lactose/drug medium fermentation. FIG. 12 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. .

本発明の実施例は在来の方法との比較を記載した個々の例の説明と共に以下に記 述されている。Examples of the present invention are described below, along with descriptions of individual examples describing comparisons with conventional methods. It is stated.

糸状菌を使用した発酵の進行をモニターするためには細胞退化の各段階をモニタ ーするのが有効である。細胞発生の従来のモデルでは発酵中に2種類の形態の細 胞が存在すると考えられていて、その一方は細胞質で完全に満たされた”健康な ”細胞であり他方は細胞質が失われた退化細胞である。しかし本発明では中間段 階の細胞を考慮した別の考え方が採用されている。その考え方はニ一方は全面的 に“健康な”細胞と部分的に退化しているが大きな液胞はない細胞とを含む細胞 質部位であり、他方は総ての細胞に細胞質が無く大きな液胞がある退化部位であ る。両部位の合計が全菌糸部位であって各部位の比較を第1図に示しである。To monitor the progress of fermentation using filamentous fungi, monitor each stage of cell degeneration. It is effective to Traditional models of cell development suggest that two types of cells are produced during fermentation. It is thought that there are cells, one of which is a "healthy" cell completely filled with cytoplasm. ``cells'' and the other are degenerated cells that have lost their cytoplasm.However, in the present invention, the intermediate stage A different way of thinking is adopted that takes into account the cells of the floor. That way of thinking is both comprehensive contains “healthy” cells and cells that are partially degenerated but without large vacuoles. The other is the degenerated region where all cells have no cytoplasm and large vacuoles. Ru. The total of both sites is the total hyphal site, and a comparison of each site is shown in Figure 1.

本発明を使用して細胞容積を測定し生物現存量を計算するためには発酵ブイヨン の試料を分析にかける。試料を調整する一つの方法は生体を殺してそれ以降の生 育が起こらないように防腐剤で試料を処理するする方法である。次に試料を希釈 して(希釈率はブイヨンーー多くの場合半固体であるm−の性質に依存する)そ の少量、例えば4マイクロリツトルをスライドグラス上にビベブトアウトし、カ バーグラスで覆って乾燥を防ぐ。カバーグラス下の視野を照明して顕微鏡と画像 解析装置に繋いでコントロールされているビデオカメラを使用して結像させる。To measure cell volume and calculate biomass using the present invention, fermentation broth sample for analysis. One way to prepare samples is to kill the organism and then This method involves treating the sample with a preservative to prevent growth. Then dilute the sample (the dilution rate depends on the nature of the broth, which is often semi-solid). Bibble a small amount, e.g. 4 microliters, onto a glass slide and cover. Cover with bar glass to prevent drying. Imaging with the microscope by illuminating the field under the coverslip Images are formed using a video camera that is connected to and controlled by an analysis device.

試料の使用量、防腐剤の使用、スライドの調製法、顕微鏡の倍率等は試料の性質 によって変えることが出来る。The amount of sample used, the use of preservatives, the slide preparation method, the magnification of the microscope, etc. depend on the characteristics of the sample. It can be changed by

視野は画素に分割し、各画素がグレイスケールのどのレベルにあるかを判定する 。閾値は第一番目にバックグラウンドと細胞の存在とが識別できるように、第二 番目に大量の細胞質を含む細胞と退化細胞や液胞部位とが識別できるように選ば れる。この様にして2つの興なる閾値が設定される。各部位の画素の数が全視野 に対して集計される。次に新しい視野を結像させるようにスライドを移動し、カ バーグラス下の全領域の処理が終わるまでこの操作を繰り返す。この過捏を第2 図のフローチャートに示した。Divide the field of view into pixels and determine what level of grayscale each pixel is at . The threshold is first set so that the background can be distinguished from the presence of cells, and the second set cells containing large amounts of cytoplasm, degenerated cells, and vacuolar sites. It will be done. In this way, two relevant thresholds are set. The number of pixels in each part is the entire field of view. are aggregated against. Then move the slide to image the new field of view and Repeat this operation until the entire area under the bar glass is treated. This overrepresentation is the second Shown in the flowchart in Figure.

非溶解性の固体を含まない培地の場合には処理フェーズは第3A図のようになっ て像は閾値を超えていて例えば真円度パラメーターを使用すれば総ての粒子は除 去される。しかし大抵の発酵ブイヨンでは測定範囲に含まれない非溶解性固体を 含んでいて、それを除くことが可能である。それには幾つかの方法があるが真円 度パラメーター(6乗した外周で除した面積を4π倍したものに反比例する)を 使用する方法もその一つである。パラメーターは使用される生物と予想される固 体のタイプに応じて選定されるが、丸みを帯びた非溶解性固体を容易に識別する ことが出来るこの方法は繊維状生物の場合に特に適切である。しかし固体の大き さも識別の助けとなるので、対象とする細胞部位の中心部に覆い被さっている非 溶解性固体(成るレベル以上に暗くなる事実を利用)と周辺部に位置するものも 識別することが可能である。処理の工程は第38と0図に示しである。最初に像 は固体を含めた暗部を選ぶように閾値をもうける。2本の菌糸が重なった部分も 暗くなるが、例えばこの様な部分は固体より小さいという事実を利用して、この 様な重なり部を固体の像から除く。像上の固体の位置は次に粒子の全領域が含ま れるように拡張される(以下の記載参照)。For media that do not contain non-dissolved solids, the processing phase is as shown in Figure 3A. If the image exceeds the threshold, for example, using the roundness parameter, all particles can be removed. be removed. However, most fermentation broths contain undissolved solids that are not included in the measurement range. It is possible to include it and remove it. There are several ways to do this, but The degree parameter (inversely proportional to the area divided by the perimeter raised to the sixth power multiplied by 4π) One of them is the method used. Parameters are based on the organism used and the expected rigidity. Selected according to body type, easy to identify rounded, non-dissolved solids This method is particularly suitable for fibrous organisms. However, the size of the solid This also helps in identification, so it is possible to identify Dissolved solids (using the fact that they become darker than the level of formation) and those located in the periphery It is possible to identify. The process steps are shown in Figures 38 and 0. statue first creates a threshold to select dark areas including solid objects. The part where two hyphae overlap However, by taking advantage of the fact that such a part is smaller than the solid, for example, this Remove such overlapping parts from the solid image. The position of the solid on the image then includes the entire area of the particle. (see description below).

菌糸の切片は更に大きさと真円度パラメーターを使用して像から除くことが出来 る。残ったものが固体の像であって菌糸像の基礎的閾値から差し引くと測定しよ うとする菌糸そのものが残る。Hyphal sections can be further removed from the image using size and roundness parameters. Ru. If what remains is a solid image, subtract it from the basic threshold of the mycelial image and measure it. The mycelium itself remains.

全細胞部位と細胞質部位の面積が得られたら生体を規則的な幾何学的形態を持つ ものとして取り扱えば容積を推定することが出来る。菌糸の場合であれば円筒で あるとして画像に認められた菌糸の直径を測定する。かくして得られた値に適当 な密度の値を掛は合わせれば生物現存量が得られる。全細胞部位と細胞質部位と の差は退化した材料の量と生産された製品の量を示していると考えられる。Once the areas of all the cell parts and the cytoplasm part are obtained, the living body has a regular geometric shape. If it is treated as an object, its volume can be estimated. In the case of hyphae, it is a cylinder. Measure the diameter of the hyphae observed in the image. Appropriate to the value thus obtained Multiplying the density values gives the biomass. Whole cell site and cytoplasmic site The difference between the two is thought to indicate the amount of degraded material and the amount of product produced.

上記の方法は糸状菌の場合であればたとえ非溶解性固体の濃度が乾燥重量でリッ トル当たり30グラムに達するような場合でも生物現存量を推定することが出来 ることが立証されていて、実際にリットル当たり0.03から38グラムの糸状 菌濃度が上手く測定されている。The above method is suitable for filamentous fungi, even if the concentration of non-dissolved solids is It is possible to estimate the biomass even in cases where the amount reaches 30 grams per torr. It has been proven that 0.03 to 38 grams per liter of Bacterial concentration was successfully measured.

本発明の方法を使用して在来法と比較した発酵と分析の例を以下に示す。Examples of fermentations and analyzes using the method of the invention compared to conventional methods are shown below.

Pen1cil[um chrysoganu+s p−1を限定培地またはラ クトース/薬剤培地の工業用培地を使用してバッチ培養法で増殖させた。限定培 地の場合は毎分800回で回転するタービン攪拌器(先端速度3.35議$−′ )が3基付いた空気流速が0.05vvmの1011培養槽(Chemap^、 G、5Mannedorf、スイス)に初期値が101胞子、Q−1になるよう に胞子接種材を接種した。発酵は条件を変えて2回行った:Aは26℃で発酵さ せBは30℃で発酵させた。Pencil [um chrysoghanu + s p-1 in defined medium or It was grown in a batch culture method using a technical medium of cutose/drug medium. Limited culture In the case of soil, a turbine agitator rotating at 800 times per minute (tip speed 3.35 minutes) is used. 1011 culture tank (Chemap^, G, 5 Mannedorf, Switzerland) so that the initial value is 101 spores, Q-1. were inoculated with spore inoculum. Fermentation was carried out twice under different conditions: A was fermented at 26°C; Se B was fermented at 30°C.

毎分950回転のタービン攪拌器(先端速度3.35■3−1が3基付いた空気 流速が0.05vvw+の5Q培養槽(LllFermentation Lt d、、英国)にラクトース/薬剤培地の培地をいれて非限定種子培地で成長させ た10%(V/ V)54時時間開糸体接種材を接種した。ラクトース/薬剤培 地工業用培地は後述する濾過乾燥重量法で測定すると非溶解性固体を30gQ− ’含んでいた。Turbine agitator with 950 revolutions per minute (tip speed 3.35 ■ Air with three 3-1 5Q culture tank with a flow rate of 0.05vvw+ (LllFermentation Lt d, UK) in a lactose/drug medium and grown in a non-limited seed medium. A 10% (V/V) 54-hour spread inoculum was inoculated. Lactose/drug culture The industrial medium contains 30gQ- of insoluble solids when measured by the filtration dry weight method described below. 'Contained.

毎分1300回転の攪拌機(先端速度4 、6 ms−’)の付いた空気流速が 0 、5 vvmの5Q発酵槽でMouとCooney(Bioteeh、Bi oeng、、 25.257.1983)が記載している培地を使って仕込みバ ッチ法でPen1eilllus+ chrysogenumを生育させた。グ ルコースの仕込み速度は発酵中を通じて7.08 !hr−’としたが、グルコ ースの仕込み濃度は発酵時間26時間以降は485 g Q−’から638gQ −’に増加させた。Ig細胞重量Q−’の栄養型接種材を使用した。滅菌後の培 地の固形物含有量は約2.5gQ−’であった。生物現存量を推定するために時 間間隔をおいて発酵槽から試料を採取した。スライドの作成に伴う誤差を除くた めにPenicillium Chrysogenumの振盪フラスコ培養から 2つの試料を使用した。この試料採取は胞子の接種後30.5時間と90時間に 行った。フラスコには10%(v/v)の限定培地をいれて26℃で軌道振盪器 (G25型培養器振盪器、New Brunsviek 5cientific 。Air flow rate with a stirrer of 1300 revolutions per minute (tip speed 4, 6 ms-') Mou and Cooney (Bioteeh, Bi The preparation buffer was prepared using the medium described by Pen1eillus + chrysogenum was grown using the latch method. Group The preparation speed of lucose is 7.08 throughout fermentation! hr-', but gluco After 26 hours of fermentation time, the concentration of the base is 485 g Q-' to 638 g Q. −’ was increased. A vegetative inoculum of Ig cell weight Q-' was used. Culture after sterilization The solids content of the soil was approximately 2.5 gQ-'. Time to estimate biomass Samples were taken from the fermenter at intervals. To remove errors associated with slide creation, From shake flask culture of Penicillium Chrysogenum Two samples were used. This sampling was done at 30.5 hours and 90 hours after spore inoculation. went. Fill the flask with 10% (v/v) defined medium and place on an orbital shaker at 26°C. (G25 type incubator shaker, New Brunsviek 5 scientific .

Watford、英国;毎分200回、振幅5cm)を使って培養した。Watford, UK; 200 times per minute, amplitude 5 cm).

濾過して乾燥重量を量る在来法との比較には5dのブイヨンを予め乾燥/秤量し たllatmanのCFハ級イガラス微細繊維フィルターWhatman In t、 Ltd、、 Maidstone、英国)を使って濾過した。試料は蒸留 水10−で洗浄してから105°Cで恒量になるまで乾燥した。測定結果は添付 した図面に示しである。For comparison with the conventional method of filtering and measuring dry weight, 5 d of broth was dried/weighed in advance. llatman's CF high grade glass fine fiber filter Whatman In Ltd., Maidstone, UK). sample is distilled It was washed with 10 ml of water and dried at 105°C until a constant weight was obtained. Measurement results are attached This is shown in the drawing.

本発明を使用して発酵物から生物現存量を推定するためには等容量の固定剤(5 0%V/Vエタノール200 mQに40%フォルムアルデヒド13IIQと氷 酢酸5 mQ ヲ加、tたもの)と混合する。固定した試料は通常は固定剤を使 って更に10倍に希釈するが、固形物が存在する場合は20倍に希釈する。限定 培地発酵から2組の試料を作成する。これをラクトース/薬剤培地培地に予め接 種した試料と組み合わせて非溶解性固体の最終濃度がラクトース/薬剤培地発酵 から直接採取した試料を20倍に希釈したものの濃度と等しくなるように希釈す る。この操作中に限定培地は20倍に希釈する。To estimate biomass from fermentations using the present invention, equal volumes of fixative (5 0% V/V ethanol 200 mQ with 40% formaldehyde 13IIQ and ice Mix with 5 mQ of acetic acid. Fixed samples are usually prepared using a fixative. Then dilute the solution further by 10 times, or 20 times if solids are present. limited Two sets of samples are made from the culture fermentation. This is pre-applied to the lactose/drug medium. The final concentration of undissolved solids in combination with the seeded sample is lactose/drug fermentation medium. Dilute the sample directly to the same concentration as the 20-fold dilution. Ru. During this procedure, the defined medium is diluted 20 times.

各希釈試料から4Jiを顕微鏡用スライド上にピペットで採す、324+wi” のカバーグラスで覆う。操作中に試料が乾燥しないようにカバーグラスをシール する。スライド調製中の誤差を除くために、90時間振盪培養したフラスコの試 料から10枚のスライドを作成し、両振盪フラスコ試料(305時間と90時間 )を10倍希釈したものの各々から1試料を測定した。Pipette 4Ji from each diluted sample onto a microscope slide, 324+wi” Cover with a cover glass. Seal the coverslip to prevent the sample from drying out during the procedure do. To eliminate errors during slide preparation, samples from flasks incubated for 90 hours with shaking were used. Ten slides were made from the samples and both shake flask samples (305 and 90 hours) were prepared. ) was diluted 10 times and one sample was measured from each.

菌糸部位の計測には汎用画像解析ソフトウェア−で動<MagiseanMDs yqtem(JoyceLoabalLtd、、Gateshead。To measure the hyphae, we use general-purpose image analysis software called MagiseanMDs. yqtem (Joyce Loabal Ltd, , Gatehead.

英国)にPo1yvarli微鏡と視野照明器(Leica Cambrige Ltd、、英国)をとりつけたものを使用した。5−刻みの自動ステージを顕微 鏡にとりつけてx、y、z軸と照度をフントロールした。各試料について菌糸の 全面積、菌糸の細胞質部位の面積、菌糸の平均直径の3つを測定した。Polyvarli microscope and field illuminator (Leica Cambridge) in UK) Ltd., UK) was used. 5-Microscope of automatic stage with increments I attached it to a mirror and controlled the x, y, and z axes and illuminance. of hyphae for each sample. Three things were measured: the total area, the area of the cytoplasmic part of the hyphae, and the average diameter of the hyphae.

菌糸の面積を測定するためには顕微鏡の倍率を100倍に設定し、存在する総て の菌糸を測定できるようにカバーグラスの全範囲がカバーされるようにプログラ ムした。顕微鏡に取り付けたビデオカメラが視野のビデオ信号を画像解析システ ムに送り、ここでスペースとトーンの両方がデジタル化されて画素配列に送られ る。各画素には元の画像中のその画素の位置のトーンを示すグレイスケールのレ ベルが割り当てられている。像はデジタル化されているので闇値と比較される、 すなわち予め定めラレタグレイスケールのレベルにある総ての画素が対象として 処理される。このシステムの閾値にはOから63の尺度(64レベル)がある。To measure the area of hyphae, the magnification of the microscope is set to 100x and all the hyphae present are The program was designed to cover the entire area of the coverslip so that hyphae could be measured. I missed it. A video camera attached to the microscope transmits the video signal of the field of view to an image analysis system. where both space and tone are digitized and sent to the pixel array. Ru. Each pixel has a grayscale record representing the tone at that pixel location in the original image. Bell is assigned. Since the image is digitized, it can be compared with the darkness value, In other words, all pixels at a predetermined Lareta gray scale level are targeted. It is processed. The threshold values of this system have a scale of 0 to 63 (64 levels).

全部位に対して使用された閾値はOから54であった。二元画像のマスキングは 問題になる総ての対象物の以後の処理が可能でバックグラウンドが除かれるよう に設定される。全体の面積を測定するに際しては、総ての菌糸材料が細胞質部位 の面積の測定に対する閾値レベル(このシステムではOから49)が、大きい液 胞や溶菌部位を二元画像から除くようになっている二元画像に含まれるように、 捕捉された画像の閾値を定める。菌糸の他に培地粒子のような望ましくない対象 を含むように二元画像が閾値を設定されている場合は、これらの望ましくない対 象物は真円度パラメーターを使用して除かれる。本システムの真円度では真円度 が0.35より大きい粒子は除外している。しかしラクトース/薬剤培地工業用 培地では以後の処理が菌糸凝集体上にある媒体粒子を除外することをめている。The thresholds used for all sites were 0 to 54. Masking of binary images is All problematic objects can be processed further and the background removed. is set to When measuring the total area, all mycelial material must be in the cytoplasmic area. The threshold level (0 to 49 in this system) for the measurement of the area of the large liquid To be included in the binary image, cells and lytic sites are removed from the binary image. Threshold the captured images. Undesirable objects such as hyphae as well as medium particles If the binary image is thresholded to contain The artifacts are removed using the roundness parameter. The roundness of this system is Particles with a value greater than 0.35 are excluded. However, lactose/drug medium industrial Subsequent treatments of the media are intended to exclude media particles that are on the mycelial aggregates.

除外すべき粒子には次の2つの種類がある:1、菌糸の網目に捕捉された粒子 2、網目の外側に自由に存在する粒子。There are two types of particles that should be excluded: 1. Particles trapped in the hyphal network 2. Particles that exist freely outside the mesh.

像が捕捉されたら閾値の範囲を0から26に選ぶことによって媒体粒子中の非常 に暗い部分を検出するように閾値を設定する。菌糸の網目の交差部分も屡々暗く なってこの範囲のグレイスケールに入るから、二元画像からこれを除外すること が必要である。閾値を越える交差部分は20画素より小さく固体媒体による暗部 の大きさより小さいから、25画素より面積が小さい対象物は総て除外される。Once the image has been captured, select the threshold range from 0 to 26 to Set the threshold to detect dark areas. The intersections of mycelial networks are also often dark. Since it falls into this range of grayscale, we need to exclude it from the binary image. is necessary. The intersection exceeding the threshold is smaller than 20 pixels and is a dark area caused by the solid medium. Therefore, all objects with an area smaller than 25 pixels are excluded.

培地粒子による暗部だけの閾値を設けるには、この様な部位が覆う範囲を非溶解 性粒子全体を取り囲むように拡大することが必要である。拡張という技法が粒子 を覆う範囲を決めるのに使用されている。この技法は二元画像にある対象物に画 素を加えることである。In order to set a threshold for only the dark areas caused by medium particles, the area covered by such areas must be undissolved. It is necessary to expand to encompass the entire particle. The technique of expansion is a particle It is used to determine the area covered. This technique is used to draw objects in a binary image. It means adding elements.

閾値を設定した部位に2段階の画素が加えられる。第1段階では1の値を持つ総 ての画素を十字(3×3画素)で置き換え、次に1の値を持った存在する総ての 画素を3×3のボックスで置き換える。この技法は閾値を超えた画素を視野内で 目で認識することが出来る媒体粒子全体をカバーできるように拡大する。しかし 二元画像の中には菌糸の小片が猶存在している場合があるから測定によってその 大きさが次の2つの範鴫の何れに属するかを判定する: 1、面積が290から80000画素円度が0.2から0.8 2、面積が200から40000画素円度が0.75から1.0゜ 上記の数値は閾値を越えた菌糸切片を画像から除くために使用される。非溶解性 固体粒子を含む二元画像は画像メモリーに蓄えられる。明るさ、大きさ、真円度 の閾値はシステムに応じて変えることが出来る。粒子が菌糸とは完全に異なる闇 値を持っていれば閾値のみで除外することが出来るが、菌糸と同じ値の閾値を持 っている場合モある。ラクトース/薬剤培地発酵でこの様な状態になった場合に は総ての粒子を囲い込むように暗い閾値の範囲を拡大するには拡張とは別の技法 が必要になる。Two levels of pixels are added to the area where the threshold value has been set. In the first stage, the sum with value 1 is Replace all pixels with crosses (3x3 pixels), then replace all existing pixels with a value of 1. Replace pixels with 3x3 boxes. This technique detects pixels that exceed the threshold within the field of view. Expand to cover all visible media particles. but Small pieces of hyphae may still be present in the binary image, so it can be detected by measurement. Determine which of the following two ranges the size belongs to: 1. Area is 290 to 80,000 pixels, circularity is 0.2 to 0.8 2. Area is 200 to 40,000 pixels, circularity is 0.75 to 1.0° The above values are used to remove hyphal sections that exceed the threshold from the image. non-soluble A binary image containing solid particles is stored in an image memory. Brightness, size, roundness The threshold value can be changed depending on the system. Darkness where particles are completely different from hyphae If it has the same value as the hyphae, it can be excluded using only the threshold value, but if it has the same threshold value as the hyphae, If so, there is a problem. If this situation occurs due to lactose/medicinal medium fermentation, Another technique than expansion is to expand the dark threshold range to encompass all particles. is required.

捕捉された像は全体または細胞質部位に対する閾値が設定され真円度が0.35 より大きい対象物を総て除去する消去パラメーターが設定される。菌糸体の網目 からの粒子を含む蓄えられた二元画像がこの二元画像から差し引かれて媒体の粒 子が除かれる。The captured image is thresholded for the whole or cytoplasmic region and has a roundness of 0.35. Elimination parameters are set to remove all larger objects. mycelium mesh The stored binary image containing particles from is subtracted from this binary image to determine the grain size of the media. child is removed.

処理された画像の中に残る対象物と菌糸の面積は二元画像中に存在する総ての画 素を加算して面積を平方ミクロンの単位でめるための加算時のスケール因子を適 用することによって測定される。その視野の測定が終わると顕微鏡のステージは 自動的に次の視野へ移動しカバーグラスの全範囲が終わるまでこれが繰り返され てデータが蓄積される。The area of objects and hyphae remaining in the processed image is calculated based on the total area of the object and hyphae present in the two-dimensional image. Apply the scale factor during addition to calculate the area in square microns by adding the elements. It is measured by using Once the field of view has been measured, the stage of the microscope is The camera automatically moves to the next field of view and repeats this until the entire area of the cover glass is covered. data is accumulated.

細胞の体積を推定するためには菌糸が円筒であると仮定して次式から計算する: 体積=π×菌糸の直径×面積X0.25この例では顕微鏡の倍率を400倍にし て任意に選んだ菌糸の菌糸壁の像上の相対向する2つの点をライトペンで触れる ことによって各試料の菌糸の平均直径を手動的に測定した。2点間の距離は画像 解析装置で計算されてデータファイルに蓄えられる。各試料についてこの操作を 同一の菌糸上の新しり点と違う菌糸を使って少なくとも100回繰り返す。To estimate the cell volume, assume that the hyphae are cylindrical and calculate from the following formula: Volume = π x Diameter of hyphae x Area x 0.25 In this example, the magnification of the microscope is set to 400x. Touch two opposing points on the image of the hyphal wall of the hyphae with a light pen, which were arbitrarily selected. The average diameter of the hyphae of each sample was manually determined by. The distance between two points is an image Calculated by the analyzer and stored in a data file. Repeat this operation for each sample. Repeat at least 100 times using new points on the same hyphae and different hyphae.

全菌糸、細胞質部位、退化部位について計算された体積がそれらの間の差異とし て計算される。試料の希釈倍率を考慮して結果を発酵ブイヨン1リツトル当たり の細胞容積のPに換算する。The volumes calculated for the whole hyphae, the cytoplasmic part, and the degenerated part are the differences between them. is calculated. The results are calculated per liter of fermentation broth, taking into account the dilution factor of the sample. Convert the cell volume to P.

各部位の体積がめられたら乾燥重量の推定値に換算することが可能であるo P enieillium chrysogenumに対する菌糸密度の値(乾燥重 量g/細胞容積d)は文献に記載されているが細胞質部位に対しては0.35g /cd、退化部位に対しては0.18g/cjである。従って体積は次のように して生物現存量に換算される:乾燥重量(g/+1)= (細胞質部位の体積( ci/Q)xo、a 5 (g/C1))+(退化部位の体積(c11/1)X o、18 (g/cd) ) 在来法での測定と比較した結果を添付した図面に示しである。Once the volume of each part is determined, it can be converted to an estimated value of dry weight. Mycelia density value (dry weight) for enieillium chrysogenum The amount g/cell volume d) is given in the literature, but for the cytoplasmic part it is 0.35 g. /cd, and 0.18g/cj for degenerated sites. Therefore, the volume is as follows It is converted to the biomass: dry weight (g/+1) = (volume of cytoplasmic part ( ci/Q) xo, a 5 (g/C1)) + (volume of degenerated site (c11/1) o, 18 (g/cd)) The attached drawings show the results compared with measurements using conventional methods.

95%信頼水準の分散解析法を使って統計解析を行うと、希釈とスライドの調製 を繰り返した2つのスライド試料の間には菌糸材料の分布に特に差は認められな いことが明らかとなつた。90時間の試料ではスライド上にピペットで乗せると きの誤差%は、95%信頼水準で、8.3%であり希釈に対しては7.3%であ った。若い細胞(30,5時間)の場合には希釈の誤差は4%であった。凝集体 の形で存在する材料のパーセンテージは90時間の試料で96%、30,5時間 の試料で76%であっ た。Statistical analysis was performed using analysis of variance with a 95% confidence level for dilution and slide preparation. No particular difference was observed in the distribution of mycelial material between the two slide samples obtained by repeating the procedure. It became clear that something was wrong. For 90 hour samples, pipette onto the slide. The % error for dilution is 8.3% at the 95% confidence level and 7.3% for dilution. It was. In the case of young cells (30.5 hours) the dilution error was 4%. aggregate The percentage of material present in the form of 96% for the 90 h sample, 30,5 h It was 76% for the sample.

本発明の方法で推定した乾燥細胞重量と在来の濾過法で測定した値との比較を以 下に記述する幾つかの発酵実験の結果をプールして第4図に示した。相関関係は データが直線と非常によ(一致することを示し、この場合の相関係数は(95% 信頼水準で)0.99であった。この事実は本発明によって推定した乾燥細胞重 量と在来法を使用して測定した乾燥重量がよく一致することを示している。The following is a comparison of the dry cell weight estimated by the method of the present invention and the value measured by the conventional filtration method. The results of several fermentation experiments described below are pooled and shown in FIG. The correlation is It shows that the data fit a straight line very well, and the correlation coefficient in this case is (95% The confidence level was 0.99. This fact corresponds to the dry cell weight estimated by the present invention. The results show that the amounts and dry weights measured using conventional methods are in good agreement.

第5図と第6図は限定培地での発酵Aと8について時間を変えて在来法(0)と 本発明の方法(×)で測定した生物現存量を比較したものである。第4図では胞 子が発芽して菌糸が溶菌を起こし始める45時間までは成長が起こっている。第 2の発酵例(第5図)では様子が違っていてもっと後まで成長している。記号口 は試料中に固体が存在する場合を本発明の方法を使って推定した結果を示したも のである(下記膠照)。何れの発酵においても画像解析法から推定した生物現存 量は在来法で得られた数値とよく一致している。発酵A(第4図)では溶菌が起 こっているために乾燥重量は62時間で低下を始めているが、本発明の方法はこ の現象によく適合しているということが出来る。Figures 5 and 6 show the conventional method (0) and fermentation time for fermentation A and 8 in defined medium. It is a comparison of the amount of living organisms measured by the method (x) of the present invention. In Figure 4, the cell Growth occurs for up to 45 hours when the offspring germinate and the hyphae begin to lyse. No. In the second fermentation example (Figure 5), the situation is different and the growth continues until later. symbol mouth shows the results of estimation using the method of the present invention when solids are present in the sample. (see below). Existence of organisms estimated from image analysis in both fermentations The amounts are in good agreement with the values obtained using conventional methods. In fermentation A (Figure 4), lysis occurs. Due to this, the dry weight starts to decrease after 62 hours, but the method of the present invention It can be said that it fits well with the phenomenon of

全菌糸と細胞質部位の体積を本発明の方法で測定した時間経過を発酵Bについて 第7図に示しである。全菌糸(・)と細胞質(■)の体積は胞子の接種後30時 間までは同じであるが、それ以降は液胞が認められるために様子が違ってくる。The time course of the volume of total hyphae and cytoplasmic parts measured by the method of the present invention is shown for fermentation B. This is shown in FIG. Volume of total hyphae (・) and cytoplasm (■) at 30 hours after spore inoculation. The difference is the same up to that point, but the appearance is different after that because vacuoles are observed.

平均の菌糸密度(Δ)の時間経過も併せて示しであるが、初期にはこの値が0. 35g/w”であったものが、体積像に差異が出始めてからは発酵の残期を通じ て0.31g/cm”に低下している。発酵Bでの菌糸直径の測定値は4.3か ら5.2−である。部位によるこの様な差異は在来法では検出することが出来な い。The time course of the average hyphal density (Δ) is also shown, and this value is initially 0. 35g/w", but after the volumetric images started to differ, it remained constant throughout the rest of the fermentation period. The measured value of mycelial diameter in fermentation B was 4.3. 5.2-. Such differences depending on the region cannot be detected using conventional methods. stomach.

第5図にはラクトース/薬剤培地を発酵Bの試料に加えた場合に得られる乾燥重 量の像も併せて示しである。本発明を使用して得られる生物現存置の測定値は非 溶解性固体が存在しても変化しない。Figure 5 shows the dry weight obtained when lactose/drug medium is added to the fermentation B sample. An image of the amount is also shown. Measurements of biological status obtained using the present invention are Unaltered by the presence of soluble solids.

仕込みバッチ発酵法による生物現存量の時間経過を第8図に示した。本発明によ る乾燥重量の推定値(X)は在来法による測定値(0)とよく一致している。仕 込みバッチ発酵では少量の非溶解性固体が始めから培地中に存在しているが、乾 燥重量像にはその影響は認められない。従って最初の試料が接種後16.25時 間のものであることを考えると固体は破壊してしまっていて、例え存在するにし ても微量であると考えられる。この発酵での全細胞容積(・)と菌糸密度(Δ) を第9図に示した。Figure 8 shows the time course of the amount of biomass present in the batch fermentation method. According to the present invention The estimated dry weight (X) is in good agreement with the value measured by the conventional method (0). Service In mixed batch fermentation, small amounts of undissolved solids are initially present in the medium; No such influence was observed on the dry weight image. Therefore, the first sample was taken at 16.25 hours after inoculation. Considering that it is something in between, solid matter has been destroyed, and even if it exists, However, it is considered to be a very small amount. Total cell volume (・) and hyphal density (Δ) in this fermentation is shown in Figure 9.

全細胞容積は時間の経過と共に着実に増加している。しかしながら細胞質部位の 容積(■)は64時間までは急速に増加するがそれ以降は容積の増加速度は低下 している。試料の菌糸の平均直径は6.8から5.2pの範囲にあ る。Total cell volume steadily increases over time. However, the cytoplasmic site The volume (■) increases rapidly until 64 hours, but the rate of increase in volume decreases after that. are doing. The average diameter of the hyphae of the samples ranged from 6.8 to 5.2p.

ラクトース/薬剤培地発酵の時間経過を在来法(O)と本発明の方法(×)で測 定した結果を第10図に示した。65時間までは濾過による測定では固体が菌糸 の生育をマスクしていて、その後は乾燥重量は97時間まで増加するが、それ以 降は若干減少している。画像解析法で推定した生物現存量は接種後90時間まで 着実に増加し、それ以降は急激に減少する。第11図はラクトース/薬剤培地発 酵の全菌糸容積(、・)、細胞質部位(■)、退化部位(ロ)、菌糸密度(△) の時間経過を示したものである。全菌糸は90時間まで着実に増加して此処で1 15cdという概ね一定値になる。細胞質部位の容積も97時間まで増加するが それ以降は急激に減少する。ラクトース/薬剤培地発酵から得られる試料の平均 菌糸直径は4から6pの範囲にある。在来法では細胞質部位や退化部位に関する 情報は何も得られなくて、固体が存在しない場合の全生物現存量が得られるのみ である。The time course of lactose/drug culture fermentation was measured by the conventional method (O) and the method of the present invention (×). The determined results are shown in Figure 10. Up to 65 hours, solids are mycelia when measured by filtration. After that, the dry weight increases up to 97 hours, but after that the dry weight increases. The amount of precipitation has decreased slightly. The biomass estimated by image analysis method is up to 90 hours after inoculation. It increases steadily and then decreases rapidly. Figure 11 shows the origin of lactose/drug medium. Total hyphal volume of fermentation (,・), cytoplasmic part (■), degenerated part (b), hyphal density (△) It shows the passage of time. Total hyphae increased steadily until 90 hours, at which point 1 It becomes a roughly constant value of 15 cd. The volume of the cytoplasmic region also increases up to 97 hours, but After that, it decreases rapidly. Average of Samples Obtained from Lactose/Drug Media Fermentation Hyphal diameter ranges from 4 to 6p. Conventional methods involve cytoplasmic sites and degenerated sites. No information is obtained, only the total biomass in the absence of solids. It is.

この様にして、菌糸容積を測定することによってラクトース/薬剤培地発酵にお ける菌糸の成長を追跡した(第11図)。接種体は菌糸体であるから液胞生成は 既に始まっていて細胞質容積と全菌糸容積は既に異なる価を取っている。像は発 酵期間中を通じて分岐を続けてい部位の容積は顕著に減少するが全細胞容積は細 胞壁が安定である限りは殆ど一定値に留まっている。この現象は菌糸密度にも現 れていて細胞の死滅と溶菌が始まると菌糸密度は低下する。非溶解性固体の濃度 が大きいラクトース/薬剤培地発酵における菌糸技法による測定は、本発明を利 用した測定法の利点は固体粒子の測定を行わなくとも菌糸部位の容積を直接求め ることが出来ることであることを示している。In this way, lactose/drug medium fermentation can be determined by measuring mycelial volume. The growth of mycelia was monitored (Figure 11). Since the inoculum is mycelium, vacuole production is It has already begun, and the cytoplasmic volume and total hyphal volume have already taken on different values. The statue is emitted Throughout the fermentation period, the volume of the branching site decreases markedly, but the total cell volume remains small. As long as the cell wall is stable, the value remains almost constant. This phenomenon also appears in mycelial density. When cells die and lysis begins, the hyphal density decreases. Concentration of non-dissolved solids Measurements using mycelial techniques in lactose/drug culture fermentations with large The advantage of the measurement method used is that the volume of the mycelium can be directly determined without measuring solid particles. This shows that it is possible to

希釈を繰り返してスライドを調製する間にこの方法で主に誤差が発生するのはス ライド上に41iの試料を載せる工程である(希釈の誤差はスライド上にピッペ ットで載せる誤差の陰に隠れてしまい、2つの試料では形態と分散度に差がある ために90時間の試料の方が30.5時間のものよりも誤差が大きくなる)。本 発明の方法を使った場合の試料の調製に起因する生物現存態推定の誤差は±8. 4%であって、これと対比した在来法の誤差は95%信頼限界で±12から2% であって乾燥重量が小さい場合の方が誤差が大きい。The main error in this method occurs during slide preparation through repeated dilutions. This is the process of placing the 41i sample on the slide (to avoid dilution errors, place a pipette on the slide). The difference in morphology and dispersion between the two samples is hidden behind the error of loading the sample with a sample. Therefore, the error will be larger for the 90-hour sample than for the 30.5-hour sample). Book When using the method of the invention, the error in estimating the current status of organisms due to sample preparation is ±8. 4%, compared to the error of the conventional method with a 95% confidence limit of ±12 to 2%. The error is larger when the dry weight is small.

上記の例では希釈前の生物現存量が0.68から38g/Qの範囲にある試料の 生物現存量を推定するのにこの技法が使用されている。使用できる最小細胞濃度 がo、os4gz/lであることを考慮して希釈を行うと分解能は単に希釈する だけで向上することになる。この方法の機能は培地中の30 g/IIまでの非 溶解性固体の存在には影響を受けないから(第6図と第1O図)、全細胞、細胞 質、退化菌糸細胞の容積を測定できることは発酵の研究に対して極めて有効であ る。In the above example, the sample has a biomass in the range of 0.68 to 38 g/Q before dilution. This technique is used to estimate biomass. Minimum cell concentration that can be used If dilution is performed taking into account that o, os4gz/l, the resolution will simply be diluted. It will only improve. This method works with up to 30 g/II of non- Since it is not affected by the presence of soluble solids (Figures 6 and 10), whole cells, cells Being able to measure the quality and volume of degenerated hyphal cells is extremely effective for fermentation research. Ru.

次に本発明の第2の実施例について記述する。本実施例では生体の発生の特性を もっと完全に知ることが出来る余分の工程を付加した方法が提供されている。特 にこの方法は細胞質材料で完全に満たされた細胞、液胞がある細胞、退化した細 胞、空の細胞を完全に区別することが出来る。繊維状の微生物について既に述べ たように、菌糸では色々な部位が区別される、すなわち色々な生物学的段階と生 体が複雑な構造を持つていて、例えば成長が菌糸の先端部に限定される場合もあ れば、もっと広範に成長が起こって非繊維状の微生物に比べても細胞の齢分布が 見分は難い場合もある。そのために識別工程の数学的モデルを構築するのが困難 であって、発酵工程のコントロールは極めて困難になっている。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this example, we will examine the characteristics of biological development. Methods are provided that add extra steps that allow for more complete knowledge. Special This method is useful for cells that are completely filled with cytoplasmic material, cells with vacuoles, and degenerated cells. Cells and empty cells can be completely distinguished. We have already mentioned filamentous microorganisms. As mentioned above, different parts of the hyphae are distinguished, i.e., different biological stages and stages of life. The body has a complex structure, and growth may be limited to the tip of the hyphae, for example. If it were, growth would occur over a wider area and the age distribution of cells would be smaller than that of non-filament microorganisms. It can be difficult to tell the difference. This makes it difficult to construct a mathematical model of the identification process. Therefore, controlling the fermentation process has become extremely difficult.

本発明の本実施例では試料は上に述べたのと同様の方法で調整され、希釈された 試料はスライド上に載せられて着色したかバーグラスで覆われる。次に試料は顕 微鏡カメラと画像解析器を使用して結像させるが、この実施例では倍率は200 倍にする。画像解析工程は第12図に示しであるが、6つの段階から構成されて いる:(1)設定、 (II)グレイ画像処理、 (m)像の検出、(mV)二 元画像の処理、 (V)像の測定、 (VI)データの解析。In this example of the invention, samples were prepared and diluted in a manner similar to that described above. The sample is mounted on a slide and covered with a colored or burr glass. The sample is then The image is formed using a microscopic camera and an image analyzer, and in this example, the magnification is 200. Double it. The image analysis process is shown in Figure 12 and consists of six stages. Yes: (1) Settings, (II) Gray image processing, (m) Image detection, (mV) II Original image processing, (V) image measurement, (VI) data analysis.

(1) 股二虱 プログラムは2種類のパラメーターをユーザーが設定することをめている= ( a)ハードウェアーパラメーターと(b)液胞と菌糸の測定に限定的に関与する 画像処理パラメーター。前者には顕微鏡のランプの照度、自動焦点のパラメータ ー、使用する対物レンズに対する補正因子、スライドの走査パターンが含まれる 。菌糸や液胞の検出レベル(下記参照)のような画像処理パラメーターは大きさ と形態の因子が以下に記述する濾過操作を限定するように設定される。これらの パラメーターは発酵に固有のものである。デフオールド値は試料類にファイルに 蓄えることが出来る。(1) Two-legged lice The program requires the user to set two types of parameters = ( Limited involvement in a) hardware parameters and (b) vacuole and hyphal measurements Image processing parameters. The former includes the microscope lamp illuminance and autofocus parameters. – includes correction factors for the objective used and the scan pattern of the slide. . Image processing parameters such as the detection level of hyphae and vacuoles (see below) and morphology factors are set to limit the filtration operation described below. these The parameters are fermentation specific. Default values are stored in the sample file. It can be stored.

設定中に不均一なスライド照明に対する補正(“陰影補正″)が確立され、手動 編集オブシ讐ンが選ばれる。A correction for uneven slide illumination (“shading correction”) is established during setup and can be manually The editor is selected.

この段階は測定の各設定ごとに一回限りが必要である。This step is required only once for each measurement setup.

下に記述する段階(n)から(V)は選定した総てのスライドと視野の解析が終 わるまで繰り返される。Steps (n) to (V) described below are performed after all selected slides and fields of view have been analyzed. It is repeated until the end.

(n)グレイ画 の処理 画像解析器のビデオカメラからはデジタル化されたグレイ画像(512X512 画素)が捕捉される。各画素はO(黒を示す)から255(白を示す)までのグ レイスケール値を有している。像は中程度のグレイレベル、特に対象物の輪郭部 を除いて輪郭部のグレイ度がシャープになるように品質を高める“描写”が行わ れる。(n) Gray image processing A digitized gray image (512x512 pixels) are captured. Each pixel is divided into groups from O (indicating black) to 255 (indicating white). It has a ray scale value. The image has a medium gray level, especially around the edges of the object. "Description" is performed to improve the quality so that the gray level of the outline is sharp except for It will be done.

(m)L立l旦 描写されたグレイ画像にある菌糸のような問題となる対象物はそのグレイ度レベ ルによって“検出”される。(m)L rises Problematic objects, such as mycelium in the depicted gray image, have their gray level be “detected” by the

2つの検出レベル(設定時に選択される)が使用される。Two detection levels (selected during configuration) are used.

一方のレベルでは液胞部位や空の細胞を除いた総ての菌糸が取り上げられる。今 一方のレベルでは液胞、空の細胞、若干のバックグラウンド部位が検出される。At one level, all hyphae except vacuolar sites and empty cells are picked up. now At one level, vacuoles, empty cells, and some background areas are detected.

この様な処理の結果が問題となるグレイ画像の部分をマスクした二元画像になる 。これらの2つの画像はそれぞれ“画像1″、 ′画像2”と名付けられる。こ れらの二元画像に対して逐次像処理が行われる。The result of such processing is a binary image that masks the problematic gray image part. . These two images are named “Image 1” and “Image 2” respectively. Sequential image processing is performed on these two-dimensional images.

(rV)二元[1ffi旦亙1 画像1は元のグレイ画像の強さが不均一であることに起因する二元画像の画素欠 損が主である欠陥を補修するために補強される。強く絡み合った菌糸の間にある 小さいバックグラウンド部位はこの操作によって継ぎ合わされ、フィルターHY PI(真円度>2.0)が適用されてこの様な望ましくない影響が消去される。(rV) binary [1ffi dan 亙1 Image 1 is a pixel defect in the binary image due to non-uniform intensity of the original gray image. Reinforced to repair defects that mainly result in losses. Located between tightly intertwined hyphae Small background areas are stitched together by this operation and filter HY PI (roundness >2.0) is applied to eliminate such undesirable effects.

悪影響を及ぼすバックグラウンドは欠陥よりも真円度が小さもXのでこの基準で 修復することが出来る。This criterion is used because the background that has an adverse effect has a smaller roundness than the defect. It can be repaired.

補強された二元画像は破片、培地粒子、塵、等の多数の小さい菌糸以外の対象物 を含んでいると共に、スライドが不均一に照明されていることに起因する検出さ れたバックグラウンドの面積を含んでいる。微少な気泡も欠陥となる。菌糸に接 触していないこの様な材料はプリセットされた真円度ファクター(1,0≦真円 度≦3.0)を使用してフィルターHYP2で消去する。菌糸よりは円に近い殆 どの対象物に対してこの方法は有効である。The enhanced binary image captures numerous small non-hyphae objects such as debris, media particles, dust, etc. detection due to non-uniform illumination of the slide. Contains the area of the background. Even minute air bubbles become defects. in contact with mycelium Such untouched materials have a preset roundness factor (1,0≦perfect roundness). degree≦3.0) and erased with filter HYP2. Almost like a circle than a hyphae. This method is effective for any object.

像の中で繋がっている面積は全体として処理されるので、このフィルターは菌糸 に(画像の中で)接触している非菌糸対象物に対しては無効である。接触してい る非菌糸対象物は、像からはみ出した画素を剥がし取る“解放”操作を繰り返す ことによって識別、除去することが出来る。比較的細い繊維状の菌糸はこの様に して消去できるが、幅の広い非菌糸対象物は残る。これらの残った非菌糸対象物 を元の画像から消去すると“画像3″で液胞を除いた菌糸が得られる。オブシ1 ンの手動編集機能、エディターE D HY P、が予め選んであればこの段階 で使用することが出来る。このエディターは検出が悪いために二元画像中で壊れ て現れる菌糸のような欠陥の補正に利用することが出来る。しかしこの様な欠陥 は希であると考えられているし、手動編集を行うと処理が遅くなる。Since connected areas in the image are treated as a whole, this filter It is not valid for non-hyphal objects that are in contact with (in the image). are in contact For non-hyphal objects, repeat the “release” operation to peel off pixels that protrude from the image. This allows identification and removal. Relatively thin fibrous mycelia look like this However, wide non-hyphal objects remain. These remaining non-hyphal objects When deleted from the original image, hyphae without vacuoles are obtained in "Image 3". Obsi 1 If the manual editing function, editor EDD HYP, has been selected in advance, this step It can be used in This editor breaks in binary images due to poor detection. It can be used to correct defects such as hyphae that appear in cells. However, such defects is considered rare, and manual editing slows down the process.

(液胞と空の細胞の)画像2もバックグラウンドと多数の望ましくない対象物を 含んでいる。前者は液胞と類似したグレイレベルを有しているので画像2の形成 時に検出される。バックグラウンドの殆どと多くの望ましくない対象物は大きさ と真円度ファクターのプリセットによって除去できる(第12図のフィルターV AC:真円度>2.0;3゜l≦面積(−”)<78.5)。予め選定しておけ ば、オプションの液胞エディターEDVACをこの段階で使うことによって検出 が悪いために見逃した液胞を画像2に取り込むことが出来る。Image 2 (of the vacuole and empty cell) also shows the background and many undesirable objects. Contains. The former has a gray level similar to that of the vacuole, thus forming image 2. detected at times. Most of the background and many unwanted objects are can be removed by presetting the roundness factor (filter V in Figure 12). AC: Roundness>2.0; 3゜l≦Area(-”)<78.5).Select in advance. For example, the optional vacuole editor EDVAC can be used at this stage to detect Vacuoles missed due to poor image quality can be captured in image 2.

ある種の対象物、特に液胞に形と大きさが類似した小さいバックグラウンド人為 構造はフィルターVACそのままでは画像2から消去することが出来ない。画像 3<m糸の)を画像4(バックグラウンド人為構造を含んだ液胞の)に加算する と液胞は保護されるので菌糸外にある残存した人為構造を完全に損耗させること によって消去することが出来る(フィルターHYPV)。得られたきれいな像、 画像5、は菌糸+液胞の画像である。画像3と画像5の差から液胞のみの“画像 6″が得られる。Small background artifacts similar in shape and size to certain objects, especially vacuoles The structure cannot be deleted from image 2 using filter VAC as is. image 3<m of threads) to image 4 (of vacuoles containing background artifacts) and vacuoles are protected, resulting in complete wear and tear of remaining artifacts outside the hyphae. (filter HYPV). The beautiful image obtained, Image 5 is an image of hyphae + vacuole. From the difference between images 3 and 5, an “image” of only vacuoles 6″ is obtained.

(V)像の測定 画像の個々の対象物について最初に測定するのは外周と面積である。原始データ は菌糸と液胞の適当なモデルを使って体積に換算される。液胞を含む菌糸が円筒 であると考えると、画素を数えて面積と外周をめ外周計測に際しての傾斜した縁 を補正することによって直径の二次元投影を導くことが出来る。堅い菌糸の体積 はこの様にして計算することが出来る。(V) Image measurement The first thing to measure for each object in the image is the perimeter and area. Original data is converted to volume using an appropriate model of hyphae and vacuoles. Hyphae containing vacuoles are cylindrical If we consider that the pixels are counted and the area and perimeter are calculated, we can calculate the slanted edge when measuring the perimeter. By correcting , we can derive a two-dimensional projection of the diameter. volume of hard hyphae can be calculated in this way.

液胞の形は屡々球に近い場合があるが、長く伸びた場合、短い円筒に近い場合も ある(特に空の細胞)。液胞と空の細胞の容積は次式で表される: (a)球に近い場合(真円度<1.3)Vv=(πd、”)/6 (b)長く伸びた、または円筒形の場合(1,3≦真円度<2.0) V v” (W d vA v) / 4但しd、は球に近い液胞の等価直径( [4A/π] ””)、dvは円筒状液胞の直径(幅) ([P−(P″−16A) ””] /4)、Aは液胞の投影面積である。The shape of the vacuole is often close to a sphere, but if it is elongated, it can also be close to a short cylinder. Yes (especially empty cells). The volume of the vacuole and empty cell is given by: (a) When close to a sphere (circularity < 1.3) Vv = (πd,”)/6 (b) If it is elongated or cylindrical (1,3≦roundness<2.0) V v” (W d vA v) / 4 where d is the equivalent diameter of the vacuole close to the sphere ( [4A/π]””), dv is the diameter (width) of the cylindrical vacuole ([P-(P''-16A)'''']/4), A is the projected area of the vacuole.

その他の誘導値としては真円度、等価直径(液胞の)がある。各部位の容積分率 が計算される。Other derived values include roundness and equivalent diameter (of the vacuole). Volume fraction of each part is calculated.

(VT) 7’ニム旦亙l 全視野の測定に続いてデータの統計的解析を行うと平均値、標準偏差、およびパ ラメーターのヒストグラムが得られる。(VT) 7' Nimdanhan Statistical analysis of the data following measurement of the entire field yields mean values, standard deviations, and parameters. A histogram of parameters is obtained.

本実施例で使用した各種パラメーターのプリセットした値は Pen1eill iu@chrysogenuiの試験発酵で菌糸、液胞、空の細胞の識別を最適 化するために設定したものであって、他の発酵に対しては設定を変える必要があ る。The preset values of various parameters used in this example are Pen1eill Optimal identification of hyphae, vacuoles, and empty cells in iu@chrysogenui test fermentation This is the setting for fermentation, and the settings need to be changed for other fermentations. Ru.

本発明のこの実施例は液胞の分布を発酵中にモニターするのを可能にし、その結 果各種パラメーター(例えばグルコースの供給)が発酵に及ぼす影響をモニター しコントロールすることが出来る。菌類の差異をこの程度にまで特性づけること は従来は不可能であったが、本実施例では約64視野を200倍の倍率で約30 分で結果を得ることが出来る。This embodiment of the invention allows the distribution of vacuoles to be monitored during fermentation and the results Monitor the effect of various fruit parameters (e.g. glucose supply) on fermentation and can be controlled. Characterizing fungal differences to this extent Conventionally, it was impossible to Get results in minutes.

次に本発明の第3の実施例について述べる。この実施例では上記の方法を菌糸の 成長(主として先端の)部位と非成長部位の測定に拡張している。p、 CIB ysoBnuw+の予備試験発酵に際して栄養素の添加を操作すると菌糸の分化 (即ち液胞と空の細胞、および成長部位と非成長部位の比率)を起こさせること が出来ることが発明者によって明らかにされている。従って、これらの部位をモ ニターすれば発酵をより詳細にコントロールすることが出来 る。Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this example, the above method was applied to mycelia. It has been expanded to measure growth (mainly apical) and non-growth sites. p, CIB Preliminary test fermentation of ysoBnuw+ Manipulating the addition of nutrients resulted in mycelial differentiation. (i.e. the ratio of vacuoles to empty cells and growing to non-growing areas) The inventor has revealed that this can be done. Therefore, these parts should be modeled. Nitering allows for more detailed control of fermentation.

本発明のこの実施例では発酵から得られた試料を希釈して染色している。例えば 、ニュートラルレッド溶液を使用すると成長部位がより暗(なって非成長部位と 識別することが出来る。画像は本発明の第1お゛よび第2の実施例と一般的には 同じ方法で処理されるが、細胞の成長部位を選び出すための追加閾値を使用して いる。例えば蛍光染色剤のような各種の染色剤も、蛍光染色はバックグラウンド を明るくすると云う問題はあるが使用が可能である。試験発酵の例と本発明のこ の実施例の試料調整法を以下に記述する。In this embodiment of the invention, samples obtained from fermentation are diluted and stained. for example , using a neutral red solution will make the growth areas darker (and become non-growth areas). Can be identified. The images generally represent the first and second embodiments of the invention. processed in the same way, but with an additional threshold to single out the growth sites of the cells. There is. For example, various staining agents such as fluorescent staining agents, fluorescent staining is Although there is a problem with making the light brighter, it can be used. Examples of test fermentation and aspects of the present invention The sample preparation method for this example is described below.

U皿 穴」l Penicillium ehrysogenu議の工業用菌株(Ss+ith KIineBeaeham Pharmaceutieal ple、英国)を 複合培地(Mouand Cooney、 1993)を使用して5Q発酵槽で 成長させた。U plate Hole”l Industrial strain of Penicillium ehrysogenu (Ss+ith KIineBeaeham Pharmaceutical ple, UK) in a 5Q fermenter using complex medium (Mouand Cooney, 1993). Made it grow.

発酵槽には32時間齢の栄養型培地を接種した。攪拌、通気、最小溶解酸素レベ ル(ガスブレンダーで調整)はそれぞれ800rpm、lvv■、40%空気飽 和であった。The fermentor was inoculated with 32 hour old vegetative medium. Stirring, aeration, minimum dissolved oxygen level (adjusted with a gas blender) are 800 rpm, lvv, and 40% air saturation. It was peaceful.

5%(豐/V)硫酸アンモニウムを補充した5%(W/ V)フェニル酢酸を連 続して発酵槽に供給した。24時間後にグルコースの供給を6時間停止してから 再会した。この様なパルス型の流れは発酵の全生産工程を通じて維持された。5% (W/V) phenylacetic acid supplemented with 5% (W/V) ammonium sulfate. Subsequently, it was fed to the fermenter. After 24 hours, glucose supply was stopped for 6 hours and then We met again. This pulsed flow was maintained throughout the entire production process of the fermentation.

試料のw4製 発酵から採取した試料を20%(W/ V)蔗糖溶液で生物現存量の最終濃度が 1から1.5g/Qになるまで希釈した。希釈した試料のpHは希硫酸を加えて く3.0に調整した。ニュートラルレッド溶液(BDHLidl、英国)約0. 1−を希釈した試料1−に加えた。5分後に各試料の1滴をスライド上にピペッ トで載せカバーグラスで覆った。Sample made from W4 The samples collected from the fermentation were diluted with a 20% (W/V) sucrose solution to reach the final concentration of biomass. It was diluted from 1 to 1.5 g/Q. Adjust the pH of the diluted sample by adding dilute sulfuric acid. Adjusted to 3.0. Neutral Red Solution (BDHLidl, UK) approx. 1- was added to the diluted sample 1-. After 5 minutes, pipet one drop of each sample onto the slide. and covered with a cover glass.

像は第2の実施例と同様の方法で捕捉し処理することが出来る。Images can be captured and processed in a similar manner to the second embodiment.

上記の試料では試料の採取と直径の測定は手動操作で行う必要があるが、非溶解 性固体を高濃度で含む工業的発酵の場合でも菌糸容積の測定と生物現存量の推定 は完全な自動操作で行うことが出来る。この技法はその結果に応じてコントロー ルされる発酵条件にオンラインで適用することが出来る、例えば試料を採取して 処理する手段、測定結果に応じて発酵条件をコントロールする手段を含めて完全 に自動フントロールするのに適用することが出来る。For the above samples, sample collection and diameter measurement must be done manually, but non-dissolved Measuring mycelial volume and estimating biomass even in industrial fermentations containing high concentrations of sexual solids can be performed completely automatically. This technique can be controlled according to its results. can be applied online to the fermentation conditions to be determined, e.g. by taking a sample and Complete equipment including means for processing and means for controlling fermentation conditions according to measurement results. It can be applied to automatic hunt rolls.

第1図 “軸康な”細胞 部分的に退化した 退化した細胞細胞 第3B図 第3C図 第4図 補正書の写しく翻訳文1)提出書(曲法組84条の8)平成 5年 9月 21  日1Figure 1 “Axis-healthy” cells Partially degenerated degenerated cells Cells Figure 3B Figure 3C Figure 4 Copy and translation of amendment 1) Written submission (Kokuhogumi Article 84-8) September 21, 1993 Day 1

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.試料を照明して試料の像が得られるようにする工程、予め設定した輝度レベ ルの閾値と比較することによって視野内にある色々な部位を識別する工程、およ び視野内にある識別された部位の面積を計測する工程からなる試料中の繊維状微 生物の細胞容積を測定する方法。1. The process of illuminating the sample so that an image of the sample can be obtained, at a preset brightness level. The process of identifying various parts within the field of view by comparing them with a threshold value of the The process of measuring fibrous microorganisms in a sample consists of the following steps: A method of measuring cell volume in living organisms. 2.閾値のレベルが液胞のみを含むように設定される請求項1記載の方法。2. 2. The method of claim 1, wherein the threshold level is set to include only vacuoles. 3.閾値のレベルが成長部位の測定工程に限定される請求項1記載の方法。3. 2. The method of claim 1, wherein the threshold level is limited to the step of measuring the growth site. 4.成長部位を非成長部位から識別するために試料を染色する工程を含む請求項 3記載の方法。4. A claim comprising the step of staining the sample to distinguish growth sites from non-growth sites The method described in 3. 5.予め決定されるレベルが全細胞材料を包含するように設定される請求項1記 載の方法。5. Claim 1, wherein the predetermined level is set to encompass whole cellular material. How to put it on. 6.予め決定されるレベルが大きい液胞と溶菌部位を除外するように設定される 請求項1記載の方法。6. Predetermined levels are set to exclude large vacuoles and lytic sites. The method according to claim 1. 7.像から固体粒子を除く工程を含む請求項1から6の何れかに記載の方法。7. 7. A method according to any preceding claim, including the step of removing solid particles from the image. 8.プリセットした真円度パラメーターを満足させる像の部位を測定から除くこ とによって測定が対象とする細胞部位に限定されるようにする工程をも併せて含 む請求項1から7の何れかに記載の方法。8. Exclude parts of the image that satisfy the preset roundness parameters from the measurement. It also includes a step of limiting the measurement to the target cell site by The method according to any one of claims 1 to 7. 9.像を画素配列にデジタル化する工程を含む請求項1から8の何れかに記載の 方法。9. 9. The method according to claim 1, comprising the step of digitizing the image into an array of pixels. Method. 10.画素がグレイスケールに割り当てられ閾値がこのスケール上に設定される 請求項9記載の方法。10. Pixels are assigned to a gray scale and thresholds are set on this scale. The method according to claim 9. 11.プリセットされたレベルよりも暗い部位が検出されて測定領域から除かれ る請求項1から10の何れかに記載の方法。11. Areas darker than the preset level are detected and excluded from the measurement area. The method according to any one of claims 1 to 10. 12.当該の暗い部分とその周辺のプリセットされた付加的領域が測定領域から 除去される請求項11記載の方法。12. The dark area in question and a preset additional area around it are removed from the measurement area. 12. The method of claim 11, wherein the method is removed. 13.測定された面積に幅のパラメーターを乗じて細胞の容積を表す測定値を導 くことを併せて含む請求項1から12の何れかに記載の方法。13. The measured area is multiplied by the width parameter to derive a measurement representing the volume of the cell. 13. The method according to claim 1, further comprising: 14.試料を照明するための光源、試料を造影するための顕微鏡とカメラからな る光学系、像の部位の輝度を予め決められた閾値レベルと比較するためのコンパ レーター、並びに予め決められた閾値レベルを参照して識別された部位の全面積 を加算するための加算手段からなる試料中の繊維状微生物の細胞容積を測定する ための装置。14. A light source for illuminating the sample, a microscope and a camera for imaging the sample. A comparator to compare the brightness of the image area with a predetermined threshold level. total area of the area identified with reference to the rater and a predetermined threshold level. measuring the cell volume of filamentous microorganisms in a sample consisting of an addition means for adding equipment for. 15.加算手段が相異なる閾値に対応した面積を加算できるように複数の閾値を 設定するための設定手段を併せて含む請求項14記載の装置。15. Multiple thresholds can be added so that the addition means can add areas corresponding to different thresholds. 15. The apparatus according to claim 14, further comprising setting means for setting. 16.請求項1から13の何れかに記載の方法に従って細胞容積を測定し細胞容 積に密度パラメーターを乗じて生物現存量を測定することからなる試料中の生物 現存量の測定方法。16. The cell volume is measured according to the method according to any one of claims 1 to 13. The biomass in the sample consists of determining the biomass by multiplying the product by the density parameter. How to measure the existing amount. 17.請求項1から13の何れかに従って細胞容積を測定する工程を含む工程を 最適化するために発酵工程の進行をモニターする方法。17. A step comprising the step of measuring cell volume according to any one of claims 1 to 13. How to monitor the progress of the fermentation process for optimization. 18.発酵ブイヨン中の細胞容積を測定するための請求項14または15の装置 の使用。18. Device according to claim 14 or 15 for measuring cell volume in fermentation broth. Use of.
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