JPS58134989A - 回転式円筒型培養装置 - 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】 本発明は、とくに植物のｍ胞および／ｌたは組織（以下
、単に細胞等と略記する）を大量に効率よく培養するこ
とのできる回転式円筒型培養装置に関する。

植物の細胞や組織からは医薬などの有用な物質が得られ
る場合があり、これらの植物の細胞や組織を工業的に培
養し、有用な二次代謝産物を得ようとする試みがなされ
ている。

従来、発酵分野等におけるように微生物を大量に培養す
る装置としては通常攪拌羽根を備えた通気培養槽が使用
されている。また・植物の細胞等を大量に培養する場合
にも同様に攪拌装置を備えた通気培養槽を使用する試み
がなされている。

この場合の攪拌は主としてａ胞等の沈浚を防ぎ、細胞等
が増殖するために必要な栄養源や酸素と充分に接触させ
るために行われるものである。植物の細胞等を培養する
場合には、微生物の培養の場合と異なり、その増殖には
比較的攪拌強度の影響を受は易く、攪拌強度が強すぎる
と増殖の低下や停止が起こる場合が多く、その結果、二
次代謝産物の生産を効率良く行えない場合が多い◇前述
の通気培養槽にみられる欠点を改善する培養装置として
、回転式円筒型培養装置を植物の細胞等の培養に使用す
る方法も提案されている。この型の装置では、檜の容積
が大きくなると酸素移動容量係数が小さくなるので、そ
れを高めるためには回転速度を著しく速くすることが必
要となる。

ところが、植物の細胞等の培養の際にはこれらの細胞等
には攪拌の衝撃に弱いために、円筒型培養係数を大きく
することは不可能であり、たとえば１００１以上の通常
の回転式円筒型培養槽を使用して植物の細胞等を大量に
かつ効率良く培養することは困難である。たとえば、日
本醗酵工学会講演要旨集、昭和５６−年２４７頁（１９
８１年）には、攪拌効果を向上させるために内部に邪魔
板を備えた回転式円筒型培養槽の液面の内部に空気を供
給し、回転させなから植物のカルス細胞を培養する方法
が記載されている。この方法でも植物の細胞等は衝撃に
よって壊われ易く、増殖を効率良く行うことはできず、
前述の欠点は改善されていない。

本発明者らは、培養装置とくに回転式円筒型培養装置の
前述の欠点を改善し、植物の細胞等を大規模にかつ効率
良く製造することのできる培養装置を検討した結果、前
記公知文献のように培養槽の内部に邪魔板等を設置しな
くとも、回転式円筒型培養槽の培養液の内部に酸素含有
気体の供給装置として多孔中空体を設置し、該多孔中空
体を通して酸素含有気体を供給することにより、前記目
的が充分に達成できることを見出し、本発明に到達した
。

本発明の培養装置を使用することにより、植物の細胞等
を工業的規模で効率よく培養できるという特徴があり、
また増殖したこれらの細胞等から効率よく二次代謝産物
を生産できるという特徴を有している。さらには、従来
から使用されている通気攪拌槽においては、長時間の培
養を継続すると、培養槽の内壁の液面付近に大量の細胞
等が付着し、培養の円滑な進行を妨害したり、培養終了
後の細胞等の回収に支障をきたしたりするという欠点が
あったが、本発明の培養装置ではこれらの欠点をも克服
することができる０また、本発明の回転式円筒型培養装
置を使用すると、植物の細胞等の培養の際の増殖速度が
低下したりまたは停止することがなく、増殖した細胞等
による二次代謝産物の生産を円滑に行うことができると
いう特徴がある。

本発明を概説すれば、本発明は、Ｃ＆）水平軸または水
平軸から４５°以内の傾斜角を有する中心軸のまわりに
回転できるように設置され、かつ少なくとも一端の中心
部に円形または円筒型の開口部を有する回転式円筒型培
養槽、 （ｂ）　　該開口部に摺接し、かつ回転しないように該
回転式円筒型培養槽の該中心軸上に固定設置された封止
装置、 （０）　　該封止装置を嵌通して該回転式円筒型培養槽
の外部から培養液面の内部に気体を導入すべく設置され
た気体供給管および該気体供給管に連設され、該円筒型
培養槽の底部に設けられた気体噴出用多孔中空体、 （ｄ）　　該封止装置を嵌通して該回転式円筒型培養槽
の内部の培養液面上の空間部から外部に気体を排出すべ
く設置された気体排出管、 （ｅ）　　該封止装置を嵌通して該回転式円筒型培養槽
内の底部に設けられた供給排出管、および（ｆ）　　該
円筒型培養槽を該中心軸のまわりに回転させるための回
転装置、 を備えることを特徴とする回転式円筒型培養装置である
。

本発明の回転式円筒型培養装置を図１ないし図２に示し
た。

図１に、本発明の回転式円筒型培養装置の回転式日筒型
培養槽１の概略図を示し、図２にはローラー型回転架台
に載せた回転式円筒型培養槽の概略図を示す。

図１から明らかなように、回転式円筒型培養装置の円筒
型培養槽１はその中心軸２のまわりに回転できるように
設置されており、その際円筒型培養槽１はその中心軸２
が水平であるよう′に設置されていることが好ましいが
、さらにその中心軸２が水平軸から４５°以内の傾斜角
を有するように設置されていても差し支えない。中心軸
２の水平軸からの傾斜角が４５６を越えると、増殖した
ＭＥＦＩｌ等の沈降を防止するためには高速で回転させ
ることが必要になり、その結果細胞等が一壊われ易くな
ったり、増殖を円滑に行わせることが困難になるように
にる。該円筒型培養槽１の側面部の少なくとも一端の中
心部には、封止装置４を摺接設置するための円形または
円筒型の開口部３が設けられている。

本発明の回転式円筒型培養装置の該円筒型培養槽１の前
記開口部３には、該円筒型培養槽１の中心軸上に該開口
部に摺接するように封止装置が設置される。その際、こ
の封止装置は該円筒型培養槽１と共に回転しないように
固定されて設置される。該封止装置としては、培養槽１
からの培養液の漏れを防止することができしかも雑菌の
侵入を防止することができ、かつ培養槽の回転が円滑に
実施できるものならばどのような々イブのものでも差し
支えないが、具体的には、０リングシール、グランドシ
ール、メカニカルシールなどを採用することができる。

本発明の回転式円筒型培養装置において、該封止装置４
を嵌通して該封止装置４の外部から円筒型培養液面の内
部に気体供給管６、気体排出管８および供給排出管９の
少なくとも３本の管が嵌通挿着される。これらのうちで
気体供給管６は該封止装置４を嵌通して該回転式円筒型
培養槽１の外部から培養液面の内部に気体を導入すべく
挿着されており、さらにその先端は該円筒型培養槽１の
内底部に設けられた気体噴出用多孔中空体７に連設され
ている。この気体噴出用多孔中空体７は培養液中に分子
状酸素含有気体を気泡状態で可能なかぎり均一に分散供
給できる構造を有している多孔中空体が好適であり、具
体的には多孔質材料によりできた多孔管、直径２ｍｒｎ
以下の孔を複数個備えた多孔管等を例示することができ
る。また、気体排出管８は、該封止装置４を嵌通して該
回転式円筒型培養槽１の内部の培養液面上の空間部から
外部に気体を排出すべく挿着されており、培養槽の内部
の先端は培養液面上の空間部に位置している。さらに、
供給排出管９は、該円筒型培養槽１の外部から該封止装
置を嵌通してその先端は該円筒型培養槽１内の底部に達
するように設置されている。該供給排出管９は、該封止
装置４の外部から円筒型培養槽１の内部に植物の細胞等
や栄養源を含んだ培地を供給したり、円筒型培養槽１の
内部から生成物を含む培養液を外部に排出させるために
使用される。

本発明の回転式円筒型培養装置において、該円筒型培養
槽１の内部には、前記気体供給管６、気体排出管８およ
び供給排出管９の他に、必要に応じて、該円筒型培養槽
１の中の培養液の温度を制御するために該封止装置４を
嵌通して該円筒型培養槽１の培養液内部に熱交換器１０
および温度検知器１３を挿着させておくこともできる。

本発明の回転式円筒型培養装置において、該気体供給管
６、該気体排出管８、該供給排出管９および必要に応じ
て設置された熱交換器１０ならびり温度検知器１５のす
べての装置を、該円筒型培養槽１の一側端壁の中心部の
開口部５に摺接した封止装置に嵌通して挿着させること
ができるし、これらのうちの一部を該円筒型培養槽１の
一側端壁の開口部３に摺接した封止装置４に嵌通して挿
着させかつ残りの付属装置を他側端壁の他の開口部３′
に同様に摺接した封止装置４′に嵌通して挿着させてい
ても差し支えない。また、該円筒型培養槽１の槽長が長
いかまたは内容積が著しく大きい場合には、該円筒型培
養槽１の両側端の各々の開口部５および３′に摺接設置
された封止装置４および４′にそれぞれ該気体供給管６
および６′、該気体排出管８および８′、該俸給排出管
９および９′、ならびに必要に応じて熱交換器１ｏおよ
び１０′ＳＷＡ度検知器１３および１３′が嵌通して挿
着されていても差し支えない。

本発明の回転式円筒型培養装置において、該気体供給管
６の内部には円筒型培養槽内の培養液が逆流しないよう
に外側の端部から空気などの酸素含有気体が圧入され、
該気体排出管８の一方の端部は該円筒型培養槽内部の培
養液面の上部の空間部に設置されており、他の端部は培
養槽の外部に設置されている。また、該供給排出管９の
一方の端部は該円筒型培養槽１の内部の培養液の底部に
設置されており、他の端部は培養槽の外部に設置されて
おり、原料の植物の細胞等や培養液を槽内に供給する際
は圧入あるいはポンプ等により供給してもよいし、培養
液を排出する際は重力差により排出する方法あるいはポ
ンプ等により排出する方法を採用することができる。ま
た、該円筒培養槽１の内部に設置された熱交換器１０の
熱媒体の供給管１１および熱媒体の排出管１２はそれぞ
れ該封止装置４を嵌通して挿着され、それぞれの端部は
培養槽の外部に設置され、熱媒体はポンプ等により循環
される。該円筒型培養槽１内部の培養液の温度は所望の
温度に保たれる。

本発明の回転式円筒型培養装置には、該円筒型培養槽１
をその中心軸のまわりに回転させるための回転装置が設
置されている。回転装置としては、該円筒型培養槽１の
中心軸２と平行方行に並べられかつ固定された複数個の
回転ローラーを有する架台上に該円筒型培養槽１を置き
、ローラーを回転させることにより該円筒型培養槽１を
回転させる装置；該培養槽１の２個以上のＩＩ数個所の
円周上に歯車を設置した該円筒型培養槽１を該歯車と噛
み合うように設置された複数個の歯車を有する架台上に
置き、歯車を回転させることにより該円筒型培養槽１を
回転させる装置などを例示することができる。図２には
、回転装置として２本の固定された回転ローラー１４お
よび１４′を有する回転ローラー架台１６上に該円筒型
培養槽１を設置した回転式円筒型培養装置を示す。

次に、本発明の円筒型培養装置を使用した植物の細胞等
の培養方法について簡単に説明する。

該円筒型培養槽１には培養液が供給排出管９がら導入さ
れ、その量は気体排出管８の先端が培養液中に没しない
範囲において任意に設定できるが、該円筒型培養槽１の
内容積の通常９　Ｑ　ｖｏ１％以下、好ましくは３０な
いし８０ｖｏ１％の範囲である。また、該円筒型培養槽
１には植物の細胞等が供給排出管９から供給され、その
際の供給方法として培養液と共に供給することもできる
し、空気などの気体と共に送入することもできる。

該円筒型培養槽１への培養液の供給の回分法、間欠法ま
たは連続法のいずれの方法によっても実施することがで
きる。

該円筒培養槽１からの培養液の排出は、供給排出管９を
通して行われ、排出方法としては回分法、間欠法または
連続法のいずれの方法を採用することもできる。

該円筒型培養槽１には、その中の培養液中に気体供給管
６およびそれに連設された気体噴出用多孔中空体７を通
して酸素含有気体が気泡として供給される。酸素含有気
体の供給量は植物の細胞等の種類、その濃度および培養
液量によっても異なるが、いずれの培養の場合にも酸素
移動容量係数を必要な値にまで高めることができる。

該円筒型培養槽１の培養液の温度は植物の細胞等の培養
に好適な温度に維持される。そのための方法としては、
本発明の回転式円筒型培養装置全体を一定温度に制御し
た部屋に設置する方法、本発明の回転式円筒型培養装置
全体を一定温度に制御した浴槽に設置する方法、図１に
示したように円筒型培養槽１内に設置した熱交換器１ｏ
に熱媒体を通じることにより制御する方法等を採用する
ことができる。これらの培養液の温度を制御する方法の
うちでは、第三番目の該円筒型培養槽１内に設置した熱
交換器を使用する方法が培養液の温度を正確に制御する
ことができ、他の方法にくらべて温度制御のための装置
が小型であるので好適である。

該円筒型培養槽１を前記回転装置によって回転させるこ
とにより培養増殖が実施される。該円筒型培養槽１の回
転速度は培養する植物の細胞等の性質によっても異なる
が、通常２５回／分以下、好ましくは１ないし２０回／
分の範囲であり、また該円筒型培養槽１の瑯速度は通常
２ｍ／分以上、好ましくは４ないし６０ｍ／分の範囲で
ある。本発明の回転式円筒型培養装置を使用すると、１
００１以上の工業的規模の大型の培養槽の場合でも前記
回転速度および周速度とすることにより、細胞等の沈降
や堆積を防止することができ、しかも従来の攪拌型培養
槽にくらべて細胞等に過度の衝撃を与えないので好適で
ある。

従来の攪拌羽根を備えた培養装置を用いた培養では培養
細胞等の壁への付着が著しいため、培養の途中あるいは
終了後に付着物を除去することが必要であり、そのため
これらの方法では長期間の培養を継続することができな
い。しかし、本発明の回転式円筒型培養装置では培養中
に壁への細胞等の付層はほとんど起こらないために、長
期間の培養を継続することができるという特徴もある。

本発明の回転式円筒型培養装置を使用した植物の組織培
養の例を次に具体的に示す。

実施例１ 図１および図２に示した形状で内容積２００１の回転式
円筒型培養装置にｃ　ａ　（Ｎ　Ｏ３）　２・４Ｈ２０
゜ＫＮＯ３、ＫＣｌ５ＮａＨ２ＰＯ４、ＭｇＳＯ４、Ｈ
３ＢＯ４、Ｚ　ｎ　Ｓ　Ｏａ　’　７　Ｈ２０、ＮａＦ
ｅＥＤＴＡ−３Ｈ２０、ＣｕＳｏ４・５Ｈ２０、Ｎ　ａ
　２　Ｓ　Ｏ４、インドール酢酸、連着、水を含む培地
１６０１を培地供給口９を通して入れ、円筒型培養槽１
を回転しながら熱交換器１０にスチームを通すことによ
って槽内金体を滅菌した。

熱交換器に冷却水を通して培養液の温度を２５℃にした
後、培地供給口９を通して無菌的にムラサキのカルスを
湿潤重量で４．８＆ｇ供給し、空気供給口６を通して無
菌空気を毎分５２ｇの速度で供給し、檜を３ｒｐｍの速
度で回転させて培養を１４日間行った。この時ｋｌａは
９．９で、通気しない場合のＩＪｉ’ａは０．００２で
あった。また槽の周速度は５．５　ｍ　／分であった。

培養終了後培養液を分析した結果、乾燥細胞収量は１．
３ｋｇ、Ｍ胞中のシコニン系色素の含有率は１３重量％
であった。培養終了後の槽内には何隻付着物はほとんど
なく、簡単な洗浄作業の後、次の培養を行うことが出来
た。

比較例−１ 本発明によらない通常のたて型通気攪拌檜（内容積２０
０１）で変形パドル攪拌翼を２０　ｒｐｍで回転させて
実施例１と同じ培地を用いて培養をを行ったところｍ胞
収量は１．Ｏ勿、色素の含有率は１５重量％であった。

また培養槽の内壁および攪拌器のシャフトには多量のカ
ルスを主成分とする付着物が認められ、次の培養を行う
ためには専用の器具で付着物を削り落してがら洗浄する
ことが必要であった。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の回転式円筒型培養装置の円筒型培養槽
１の概略図を示し、図２には該回転型培養槽１をローラ
ー型架台上に設置した回転式円筒型培養装置の概略図を
示す。 図　　　　１ 図　　　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ＩＪ　　（ａ）　　水平軸または水平軸から４５＠以
   内の傾斜角を有する中心軸のまわりに回転できるように
   設置され、かつ少なくとも一端の中心部に円形または円
   筒型の開口部を有する回転式円筒培養槽、 （ｂ）　　該開口部に摺接し、かつ回転しないように該
   回転式円筒型培養槽の該中心軸上に固定設置された封圧
   装置、 （Ｃ）　　該封止装置を嵌通して該回転式円筒型培養槽
   の外部から培養□液面の内部に気体を導入すべく設置さ
   れた気体供給管および該気体供給管に連設され、該円筒
   型培養槽の底部に設けられた気体噴出用多孔中空体、 （ｄ）　　該封止装置を嵌通し、該回転式円筒型培養槽
   の内部の培養液″面上の空間部から外部に気体を排出す
   べく設置された気体排出管、 （ｅ）　　該封止装置を嵌通して該回転式円筒型培養槽
   内の底部に設けられた供給排出管、および （ｆ）　　該円筒型培養槽を該中心軸のまわりに　　　
   　　　一回転させる辷めの回転装置、 を備えることを特徴とする回転式円筒型培養装置。