JPH0659203B2 - 培養装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は培養装置に関し、特に被培養体として植物細胞
あるいは植物器官等を培養するための培養装置に関す
る。

［従来の技術］ 被培養体として植物細胞や植物器官等を培養する従来の
方法としては、培地を寒天などで固めた固形培地上で培
養する方法、あるいは液体培地中で培養する攪拌通気培
養、あるいはエアリフト培養する方法が広く行われてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来の方法によれば、被培養体を工業
的規模で大量培養する場合は、効率の点から液体培養が
一般に採用されるが、プロペラやタービン翼等の機械的
な攪拌では、数百から数千の細胞が凝集して、時には数
ミリメートルにも及ぶ集塊を形成する植物培養細胞等を
損傷し易く、その生長や増殖に支障が生じるという問題
があった。

また、このような大きな集塊を形成する植物培養細胞は
沈降し易く、エアリフト方式では攪拌が十分でないとい
う問題があった。また特開平１−２５２２７５号公報に
示されるような横置き円筒型の培養槽では、構造上、培
養液の収容量が少なく、大量培養には適さない。これら
の問題点は植物器官の培養の場合においても同様であ
る。

更に、植物の細胞あるいは器官の種類によっては、生長
および有用物質の生産に光照射を必要とするものも多
く、その場合には、培養槽の周囲から光を照射して、そ
の培養槽の壁を通過させた光を被培養体に照射しつつ培
養する方法が一般的に採用されているが、工業的規模で
大量培養する場合、光の減衰が著しく、そのため培養槽
を大型化することが困難であるという問題があり、結
局、これらの条件を満足させることのできる培養装置は
未だ開発されていないのが現状である。

本発明は、このような実情に鑑み、このような問題点を
解決するために提案されたものである。そして、本発明
の目的は、被培養体としての植物細胞や器官を大量に培
養し、また、必要に応じて光照射下に長期間にわたって
安定に培養し、その有用成分を効率良く生産することが
できる培養装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決するために次のような手段
を採った。すなわち、 本発明の第１の培養装置は、円筒または二重円筒を横置
きにした培養槽の底部に、ガスが吹き出される細孔を多
数有する該培養槽の横方向に全域に渡って設けられた回
転軸と、該回転軸のほぼ全長に渡って装着された攪拌翼
から成る通気兼攪拌用の攪拌装置を形成した。

また本発明の第２の培養装置は、円筒を横置きにした培
養槽の底部に、ガスが吹き出される細孔を多数有する該
培養槽の横方向に全域に渡って設けられ回転軸と、該回
転軸のほぼ全長に渡って装着された攪拌翼から成る通気
兼攪拌用の攪拌装置を形成し、さらに上部には光照射装
置を形成した。

また本発明の第３の培養装置は、二重円筒を横置きにし
た培養槽の底部に、ガスが吹き出される細孔を多数有す
る該培養槽の横方向に全域に渡って設けられた回転軸
と、該回転軸のほぼ全長に渡って装着された攪拌翼から
成る通気兼攪拌用の攪拌装置を形成し、さらに二重円筒
の中心部空間には光照射装置を形成した。

［作用］ 培養槽内の被培養体を液体培地である培養液中に浮遊さ
せ、攪拌装置によって攪拌かつ通気するのであるが、前
記したように本発明の培養装置は、円筒型または二重円
筒型の培養槽を横置きにし、その底部に横方向に伸びた
攪拌装置を形成したので、穏やかな攪拌条件で縦方向の
回転流を発生させることができる。さらに攪拌翼の両端
部分に少し角度を持たせるか、あるいは攪拌翼の全長に
わたって少しひねりを加えた状態で回転軸に装着する等
により、回転軸方向（横方向）の流れを加えることがで
き、低い回転速度で被培養体を滞留させることなく、よ
り効果的に攪拌することができる。また本発明の攪拌装
置は、ガスが吹き出される細孔を多数有する回転軸に攪
拌翼を装着することにより形成され、通気装置も兼用し
ているため、培養装置が簡素化でき、また攪拌とガス供
給が同時に行われるため、被培養体に酸素等を十分接触
させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の第１実施例に係る培養装置の概略説
明図であり、第２図は、本発明の第２実施例に係る培養
装置の概略説明図である。

第１実施例の培養槽本体Ａは、金属製あるいは耐熱プラ
スチック製の天板１が両端に装着されたガラスまたは金
属製の円筒２により形成されている。

また、第２実施例の培養槽本体Ｂは、第１実施例に示さ
れた円筒２の中央部付近に、光源装着用の内部ガラス円
筒２３が配置された２重円筒型のものである。このよう
に、第１実施例と第２実施例の相違点は、円筒型と２重
円筒型であるという点であり、それに関連した部分が相
違するのみである。従って、図中同一符号は同一部材を
示すものとする。

まず、両者の共通部分を説明すると、第１実施例，第２
実施例の培養槽本体ＡおよびＢを横置きにし、その底部
に攪拌装置が配設される。この攪拌装置は、例えばセラ
ミック，焼結ステンレスのような多孔質素材、またはテ
フロンのような耐熱性樹脂管に多数の細孔を加工した回
転軸４と、この回転軸４に、金属製または耐熱性樹脂製
の攪拌翼５を装着することにより形成されている。上記
攪拌翼５は、回転軸４の全長にわたって、２枚から４枚
の長方形のタービン翼または、パドル型翼を使用する
が、培養槽本体の大きさによっては、適当な間隔をおい
て数ケ所に分散して装着することも可能である。いずれ
の場合においても、攪拌翼５の両端部分を少し角度を持
たせるかあるいは、攪拌翼の全長にわたって少しひねり
を加え、回転軸に対して攪拌翼を若干斜めに装着する等
によって、培養液の流れに回転軸方向の流れを加えるよ
うにすることが、被培養体が周縁部に滞溜することを防
止する上で有効である。そして、このような攪拌装置は
天板１に加工されたメカニカルシール１０を介して、外
部のモータ６に接続されて駆動される。

次に、第１実施例の培養装置について説明する。第１図
に示されるように、培養槽本体Ａの上部には光照射装置
が設けられる。即ちこの光照射装置は、数本から数十本
のガラス保護管７内にプラスチック製の光ファイバー８
が挿入されて構成されており、このガラス保護管７は、
円筒２両端の天板１に装着されている。この場合の光源
としては、キセノンランプのような人工光源、あるいは
太陽光集光装置により集光伝送した太陽光を使用し、光
ファイバーを介して培養槽本体Ａ内に導入して照射す
る。

第２実施例の培養装置については、第２図に示されるよ
うに、培養槽本体Ｂの中央部付近に光照射装置を設けて
ある。この光照射装置は、内部ガラス円筒２３内に蛍光
灯等の光源２４を装着して構成されている。

また、前記第１実施例，第２実施例とも光照射装置は培
養槽本体内に設置してあるが、もちろん、培養槽本体の
外部に光源を配置した光照射装置を使用することは可能
である。そして、被培養体の生長および有用物質生産に
必要としない場合は、第１，第２実施例の培養装置から
光照射装置を取外せば良い。

なお、第１および第２実施例の培養装置において通気す
るガスとしては、通常、滅菌フィルター９により滅菌さ
れた空気が使用されるが、必要に応じて炭酸ガスを付加
した混合空気を使用しても良い。

本発明に係る培養装置は、植物緑色培養細胞や、蘚苔類
培養細胞、あるいはクロレラなどの緑色藻類のように、
細胞の生長と有用物質生産との両方に光を必要とする被
培養体についてはもちろんのこと、シュートのような植
物器官あるいは蘚苔類のような小型植物体の培養、更に
は生長や物質生産に光を必要としない植物細胞の培養に
も汎用的に応用することが可能である。さらに本発明の
装置は動物細胞の浮遊培養にも応用することが可能であ
る。

次に、以上のように構成された培養装置の作用を述べ
る。前述したように、第１実施例と第２実施例とは構造
的には相違しているが、作用的にはほとんど同一なの
で、作用の説明は両者併せて行うものとする。

液体培地である培養液を収容した培養槽本体Ａ，Ｂ内
に、接種口３から細胞や器官等の被培養体を投入して培
養液中に浮遊させる。これらの被培養体に対して、モー
タ６の駆動により回転する通気兼用回転軸４から酸素含
有ガスが常時放出される。同時に、通気兼用回転軸４に
装着された攪拌翼５も最適の回転速度で回転して、被培
養体を通気すると共に攪拌する。

また、被培養体が光を必要とするものであれば、第１実
施例においては光ファイバー８により、第２実施例にお
いては光源２４により、それぞれ光照射を実施する。

このように本実施例によれば、被培養体は常に通気され
ると共に損傷を受けることなく穏やかに攪拌され、場合
によっては十分な光照射を受けて培養されるので、長期
にわたって安定に培養され、かつ有用成分を効率良く生
産できる。

本発明では培養期間の終了に伴い、生長した被培養体の
全量を取出し、新しく培地を交換して次回の培養を繰返
す回分培養を行うことも可能であるが効率の点からは、
培養期間中被培養体を含む培養液を常に一定速度で抜出
し同時に同じ速度で新しい培養液を補充する連続培養の
方法を採ることが好ましい。

次に、以上のような構成の２種類の培養装置をそれぞれ
使用して、通気と攪拌の効率の実験、および光を照射し
た培養実験を実施したその結果を説明する。

最初に通気と攪拌の効率の実験から述べる。

この際の構成としては、内容積１０（液体培地７を
含む）の直方体の培養槽（縦２０cm，横３０cm，高さ１
７cm）の底部に、多孔質セラミックを回転軸とする攪拌
装置を設置し、通気と攪拌の効率を検討した。前記攪拌
装置は、直径８mmの多孔質セラミック製の回転軸に２０
×２００mmのフッ素樹脂製の攪拌翼３枚を相互に対称的
に、等間隔或は等角度で取付けたものであり、これを外
部モータによって駆動するものとした。被培養体は、苔
類の一種であるトサカゴケの培養細胞であり、無菌植物
体よりグルコース４％を含むムラシゲ・スクーグ培地で
カルスを誘導し、その後、液内懸濁細胞系としたもので
あり、数百〜数千の細胞から成る細胞塊を形成しつつ増
殖する。

実験結果として、１〜３／分で通気を行い攪拌装置を
２０回／分〜６０回／分の速度で回転させて、上記トサ
カゴケ細胞の攪拌効率を検討した。この細胞系は静止状
態では殆どの細胞塊が１分以内に培養槽の底部に沈降し
てしまうが、３０回／分以上の速度で攪拌装置を作動さ
せれば概ね良好な攪拌状態が得られることを確認した。
なお、第３〜４図に示したように、攪拌翼の基部が直角
を有して回転軸に装着された場合は、３０回／分の回転
速度では、細胞の一部が培養槽の周縁部に滞溜するが、
これは回転数を６０回／分に高めることによって避ける
ことができる。そして、第５〜６図に示したように、攪
拌翼を攪拌翼の両端部分に少し角度を持たせるか、ある
いは、第７〜８図に示したように攪拌翼を攪拌翼の全長
にわたって少しひねりを加え回転軸に対して若干斜めに
なる状態で回転軸に装着すれば、回転軸方向の流れが加
わることにより、３０回／分程度の低速でも細胞の滞溜
を完全に避けることが可能であることも実証された。

また、別の実験として培養実験を実施した。この際の構
成としては、内容量１２の円筒型の培養槽（直径２０
cm、長さ４０cm）に漏光処理を施した光ファイバーを内
径６mmのガラス保護管に挿入して作成した光照射装置
と、培養槽の底部２０mm×３５０mmの攪拌翼３枚を、ひ
ねりを加えて回転軸に装着したこと以外は上記実験１で
使用したと同様の攪拌装置を設置して攪拌型ジャーファ
ーメンターとした。

また、使用した被培養体は苔類の一種であるゼニゴケの
培養細胞で、これを改変ムラシゲ・スクーグ培地で前培
養して使用した。更に、この細胞系は生長に光が必須で
あることを特徴とするものである。そして、上記ジャー
ファーメンターに７の改変ムラシゲ・スクーグ培地を
入れ、これに初期濃度が乾重量で０．５ｇ／になるよ
うに細胞を移植し、３００Ｗのキセノンランプを光源と
して光ファイバーにより光照射を行い、１〜２／分の
速度で、空気を送って通気しつつ、４０回／分の速度で
攪拌装置を作動させて培養した。その結果として、実験
開始１０日後に、細胞濃度は乾重量１３ｇ／に増加
し、細胞の損傷もなく光照射および酸素供給も十分であ
ることが実証された。

［発明の効果］ 本発明に係る培養装置は、以上のように構成されている
ので、次の結果が生ずる。すなわち、本発明による培養
装置によれば、攪拌装置の回転によって培養液が円筒ま
たは２重円筒型の培養槽の内周方向に流れるのに伴い、
回転数が低くても培養液は穏やかにかつ有効に攪拌さ
れ、また必要に応じて十分な光照射を受けることができ
る。従って、被培養体は損傷を受けることがなく、しか
も長期にわたって安定して培養され、有用成分を効率良
く生産できるという効果が生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明に係る培養装置をそれぞ
れ示し、第１図は円筒型培養槽の全体図、第２図は２重
円筒型培養槽の全体図、第３図は攪拌翼の斜視図、第４
図は同側面図、第５図は攪拌翼の変形例の斜視図、第６
図は同側面図、第７図は攪拌翼の他の変形例の斜視図、
第８図は同側面図を示す。 １……天板、２……円筒、３……接種口、４……通気兼
用回転軸、５……攪拌翼、６……モータ、７……ガラス
保護管、８……光ファイバー、９……フィルター、１０
……メカニカルシール、２３……内部ガラス円筒、２４
……光源、Ａ，Ｂ……培養槽本体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒または二重円筒を横置きにした培養槽
   であり、この培養槽の底部に、ガスが吹き出される細孔
   を多数有する該培養槽の横方向に全域に渡って設けられ
   た回転軸と、該回転軸のほぼ全長に渡って装着された攪
   拌翼から成る通気兼攪拌用の攪拌装置が形成されている
   ことを特徴とする培養装置。
2. 【請求項２】円筒を横置きにした培養槽であり、この培
   養槽の底部には、ガスが吹き出される細孔を多数有する
   該培養槽の横方向に全域に渡って設けられた回転軸と、
   該回転軸のほぼ全長に渡って装着された攪拌翼から成る
   通気兼攪拌用の攪拌装置が形成され、さらに上部には光
   照射装置が形成されていることを特徴とする培養装置。
3. 【請求項３】二重円筒を横置きにした培養槽であり、こ
   の培養槽の底部には、ガスが吹き出される細孔を多数有
   する該培養槽の横方向に全域に渡って設けられた回転軸
   と、該回転軸のほぼ全長に渡って装着された攪拌翼から
   成る通気兼攪拌用の攪拌装置が形成され、さらに二重円
   筒の中心部空間には光照射装置が形成されていることを
   特徴とする培養装置。