JPS5889177A - 連続的に微生物菌体を破砕する装置 - 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】 この発明は、微生物工業に関し、さらに詳しくは、細胞
内の蛋白質、核酸、師索及びその他の生理活性物質全分
離するために、酢母、細菌、水生植物及びカビ類のごと
き微生物の細胞を連続的に破砕する古めの装置に関する
。

微生物の細胞内に存在する物質を分離する場合、例えば
、食用蛋白質湊縮物、酵素標品及びこれに類するものを
製造する場合には、細胞膜を破壊する必要がある。この
目的のために、機械的方法、化学的方法又は発酵法によ
って細胞膜を破壊するための装置が存在する。

機械的方法で細胞を破砕する丸めの装置としては、押出
装置、急断破砕機（ｂａｌｌａｔｉｏａｌ　ｄｉｓＩｎ
−ｔ＠ｇｒａｔｏｒｓ　）及び減圧効果を利用する装置
があり、この装置においては、懸濁液の急激な圧力の低
下により、細胞内に溶解しているガスが膨張するために
細胞が破壊される。この発明は後者の型の装置に関する
。

先行技術に係る減圧破砕装置は２個の基本ユニットから
成る。第１のユニットは、それに細胞懸濁液と圧力下で
懸濁液を飽和させるための作用ガス（窒素、空気、二除
化炭素及びこれに類するもの）を供給するためのノ臂イ
ゾラインを有する１個又は２個の高圧容器から成る。こ
の容器には懸濁液のレベル會制御するための＃ｅｔｔと
攪拌装置を装着することができる。第２の基本ユニット
は、破砕機構であって、これは細胞慰陶液Ｏ１Ｌに急激
な減圧を与えるために特別に設計されたパルプを含む。

先行技術に係る減圧式敷生物細胞破砕装置は、主として
破砕機構の構造において相互に異っている。

１つの具体例においては、破砕＋ＡＭは頂部７ランノケ
ーシング及び紙部７＞ンノケーシングからなる構造を有
してお９、これらのフランジケーシングは垂直に１１動
であって、そして、これらの７ランノケーシングの内側
にはディスクシートが取り付けてあシ、底部ケーシング
のディスクシート番よ、頂部シートの外部表面と共Ｖこ
作用開口部を構成する環状突起を弔しており、そして、
頂部ケーシングは、作用開口部に懸濁液を供給するため
の通路を有して９る（ソ連邦発明壱１第６０２５５０−
＆国際特許分顛Ｃ１２に１／１０）。

他の具体例においては、類似の構造の破砕機構が使用さ
れており、次の点において異る。、すなわち、底部ケー
シングのシートは、追加の猿状突起と被破砕細胞の懸濁
液を取り出すための通路を有しておシ、頂部ケーシング
のディスクシートは、懸濁液を作用開口部に分散するた
めの、通路に連絡する多数のみそを有しており、さらに
、頂部ケーシングには、閉塞した場合に作用開口部を清
掃するための攪拌装置が取９付けである（ソ連邦発明者
証第６０２５５１号、国際特許分類Ｃ１２に１／１０　
）。

上記の減圧式破砕装置は次の様に作動する。細胞懸濁液
と加圧ガスを、連続的に、フロート型しベルｒ−ジを有
する混合容器に供給する。混合容器内の懸濁液のレベル
が上がれば、レベルデージが加圧ガスの導入を開始し、
ガスが、加圧下で、懸濁液層を通って泡立つ。そして、
ガスで飽和された懸濁液は、受は器を通して破砕機構に
導入される。

破砕機構において、懸濁液は頂部ケーシングのディスク
シートに供給され、そして、頂部シートの外表面と底部
シートの環状突起（１個又は複数個）の間で構成される
開口部を通して、常圧の領域に絞り出される。こうして
、細胞は、減圧作用によシ破砕される。調整ネジを締め
ることによって破砕機構の作用圧を生じさせ、この圧は
圧力計で測定する。

・減圧破砕装置は、これによυ金楓塊とともに、細胞Ｉ
Ｘ管十分高い効率で破砕することかで自、又、他の型の
装置に比べてエネルギー消費量が非常に少ないと９５特
色を有する。この装置は比較的低い作用圧〔８０ないし
２００気圧（ｒ−ジ圧）〕で機能する。この装置に使用
されている破砕方法によれば、商業的生産に必要とされ
る能力にまで装置をスケールアップすることができる。

しかしながら前記の装置には、破砕機構の構造が複雑で
あり、又、運転中、破砕ｍ構の圧力を手動調整しなけれ
ばならないという欠点が存在する。

ソ連邦発明者鉦第４９２１１８号（国際特許分類Ｃ１２
１／１０）に開示された微生物細胞連続破砕装置は、微
生物懸濁液を加圧下に保持するための混合容器、破砕機
構を前記の容器及び被破砕物貯蔵容器に連結する破砕機
構のｔ！イブラインを含む。加圧ガス源に連結され九ノ
譬イブライン及び懸濁液供給用計量？ンデに連結された
パイグラインは懸濁液を収容する混合容器に連結されて
いる。

この装置は容器中に設定圧を保持するための自動バルブ
を有する。

破砕機構は、相互に直列に連結された２個のケーシング
から成り、供給室及び作用室を構成している。供給室は
、加圧ガスを供給するための流入路及び減圧のための出
口室を有しておシ、そして、作用室は、細胞懸濁液を導
入するための側流入路を有しておシ、これらの室は、作
用室中に配置されたバルブ部品を固定した膜にょシ分離
されている。作用室のケーシングには、調整フランジ体
とニードル座体が直列に連結してあシ、ニードルは座に
対して位置する作用端を有しておシ、これにより、座間
口部は高圧領域側で閉止されている。

この装置は次の様に作動する。破砕機構の供給室の作用
圧を、加圧ガスによって上昇せしめる。

次に、細胞懸濁液を計量ポンプによって混合容器に供給
する、作用圧が設定値〔約１００気圧（ｒ−ジ圧）〕に
達した時、加圧ガスを容器に導入し、そして、ガスで飽
和された懸濁液を１破砕機構を通して貯蔵容器に放出す
る。

最初の状態として、加圧ガスを破砕機構の供給室に導入
する際には、作用室からの出口はニードル座に対して位
置するニードルバルブにより閉止されている。計量ポン
プの運転により作用室の圧が供給室の圧より犬になった
時、両室を分離している膜が、この膜に固定されている
ニードルパルプと共に上方に押し上げられ、ヤして、開
口部がニードにの閉止端とニードル座によって構成され
、と力により懸濁液は、゛この開口部を通って貯蔵容器
に放出される。こや結果、細胞は減圧によって破砕され
る。

細胞懸濁液の減圧の均一性は、破砕機構の作用室のケー
シングにボルト締め場すｔだ調整フランジによシ確保さ
れる１、 この装置は連続的に作動し、ぞして、微生物細胞の破砕
の程度を７０〜７５チにすることができる。しかしなが
ら、前記の装置において祉、ニードルパルプが作用室内
部に配置されておシ、そして、懸濁液が作用室へ側方か
ら導入されるため、作用室壁とニードルの間に構成され
る流路で懸濁液の渦流が生じ、そして又、ニードルとニ
ードに座で構成される開口部を通って放出される懸濁液
噴流が渦流になることに注意しなければならない。

この結果、懸濁液の減圧時間が長くなシ、そのため、破
砕効率が低下する。その上、破砕機構からの出口におけ
る懸濁液噴流の動きが、ニードルとニードル座間の開口
部の形によシ規定され、ニードル軸の方向に向けられ、
これによって、懸濁液の噴霧が妨害され、従って、破砕
効率が低下する。

破砕機構の構造が、直列に連結した４個の要素、すなわ
ち、供給室、作用室、ｐ整７９ンジ及びニードル座から
成っているため、運転東件の変化及び内容物の株々の変
更に対する調整が困難であシ、このため、装置の構造は
、全体的としてよシ複雑になっている。

押出破砕装置においては、細胞懸濁液を、陽圧領域から
破砕バルブの微小開口部を通して常圧領域へ絞り出すこ
とによシ、細胞を破砕する。この型式の最も一般的な装
置の１つは、米国の会社ガラリン（Ｇａｕｌｌｎ　）　
　によって装造された水力押出機である（　Ｒ＠＠Ｉ　
＊　Ｌ、Ｈ，＋　Ｃｈｅｍ、　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
　。

１９７４．５，１３，８７．を診照のこと）。この装置
の構造は、２個の基本ユニ、・ト、すなわち、高容量グ
２ンノヤーポング及びポンプの放出側に連結した、スプ
リングでバイアスされたくさび形破砕パルプを含んでい
る。両ユニットはモーターと共に鋳鉄製ベッドに取シ付
けられている。破砕パルプの水圧は、ハンドルにより手
動で、又は遠隔的に調整される。この装置は、細胞懸濁
液を再循還しながら運転するように設計されている。

運転においては、高圧（２５０ないし７００気圧）且つ
低速で、微生物懸濁液金・ぐルプの内部に尋人する。そ
して、懸濁液はバルブとパルプ座の間の微小開口部に人
シ、ここで作用圧に従って速度が烏、速に増加し、そし
て、懸濁液は常圧領域に絞り出され、ここで、微生物細
胞は水圧値、水圧変化の勾配と速度、キャピテーシ冒ン
及び乱流効果（ｔｕｒｂｕｌｉｚａｔｉｏｎ　＠ｆｈ＠
ｃｔｓ　）によって規定される程度に破砕される。約１
μｍ幅の微小開口部中での細胞懸濁液の滞留時間はｉｏ
−’秒である。

押出し均質装置による細胞破砕法は、作用圧が高い〔２
５０〜７００気圧（ダージ圧）〕こと、及び細胞破砕の
程度を高く（８０〜９０％）するために作業周期を多数
回繰り返す結果、種々の大きさの細胞片が生成すること
、そして、処理後の懸濁液を固相と液相に分離するのが
非常に困難となることを特質としてｉる。。

この発明は、破砕機構の構造が簡単であって、そして、
調整が簡単にでき、他方、微生物細胞の破砕程度の改善
に寄与し、これによって、運転を容易にし且つ効率的に
することを特徴とする、微生物菌体連続破砕装置を提供
することを目的としている。

前記の課題を、次のような微生物細胞連続破砕装置によ
って解決し喪。この装置は、計量ポンプ及びそれぞれ懸
濁液と加圧ガスを導入する丸めのパイプラインを有する
、加圧下で、懸濁液中の微生物自体をガスで飽和するた
めの混合容器、並びに破砕ｔｆＩＡｌｌ１１１−介して
前記の混合容器と連絡する被破砕物貯蔵容器から成シ、
前記の破砕機構は、内部にニードルパルプ部材を配置し
た座を有する中空体からなり、この発明に係る前記の中
空体は、ニードルパルプ部材を組み込んだ底壁及びスリ
ーブの内部と貯蔵容器とを連絡するための側口部を有す
る側壁から成るスリーブ、スリーブの開口端に配置され
且つ混合容器に連終す不パルプ部品と中心軸を共通する
中央通路を有するスリーブに取シ付けられたインサート
、並びに、中央通路に配置された絞シワ、シャー型の座
から成る。

この破砕機構においては、バルブ部材の閉止端が、低圧
領域側で絞カワッシャーに而しているので、懸濁液の流
れを、ニードルパルプ部材と絞ｂワッシャーの間の開口
部を通して放射状に拡がる流れとして、渦流を生じさせ
ないで低圧領域に向けることがで自る。このような構成
すさてか、懸濁液中の細胞′に高率で破砕するのに寄与
する。

この発明においては、ニードルパルプ部材をスリーブの
底壁に調整可能に取り付けるので、装置の運転条件すな
わち開口部を通過する懸濁液の圧力及び／又は流速を変
える場合に、ニードルパルプ部材と絞りワッシャーの間
の開口部を望ましい大きさに設定することができる。

インサートはねじ込み継手でスリーブに連接するのが望
ましい。この構造は、ニードルパルプ部材と絞りワッシ
ャーの間の開口部を調整する追加の手段を提供し、さら
に又、使い古したニードルパルプ部材を交換するための
破砕機構の組立及び解体を容易にする。

この発明においては、ニードルパルプ部材と絞シワッシ
ャーの間の開口部から貯蔵容器への懸濁液の流れを自由
にし、それを妨害しないように、インサートの中央通路
を、その絞りワッシャーに入る側で広くするのが望まし
く、これによシ、破砕過程における圧力勾配を大きくシ
、そして、破砕装置中で破砕される細胞の量を増加する
ことができる。

絞シワノシャ７は、ブツシユとインサートに固定される
フランジによりインサート内に固定するのが望ましく、
これにより、インサート内での絞りワッシャーの整合を
確保し、さらに、破・砕機槽の運転条件の変更の際又は
絞りワッシャーを使い古し九場合に絞りワッシャーの交
換を迅速に行うどとができる。

次に、添付図面に示し九この発明に係る微生物細胞連続
破砕装置の特定の具体例に関連させて、この−明を説明
する。　　　− 微生物細胞連続破砕装置は、加圧下で微生物細胞懸濁液
をガスで飽和するための混合器ｌ（第１図）、被破砕物
貯蔵容器２、破砕機構３、混合容器ｌと破砕機構３を連
結する・臂イブライン４を含む。混合容器ｌは、容器中
の懸濁液のレベルを検知スルレベルセンサー（図には示
していない）、圧力を測定する圧力計５、それぞれ懸濁
液及び加圧ガスを導入するためのＡＩイブライン６及び
７、並びに、ノ譬イノライン９を介して混合容器１に連
結された計ｉ／ンｆ８を備えている。

もし必要であれに混合容器１には、じゃま板、攪拌機、
熱安定性を確保するための熱交換器（図には示してない
）及び装置の正常運転を可能にする蛇めのそれ自体周知
の手段を設ける。

破砕機構３ｄ、貯蔵容器２の内部に収容し、これによシ
混合容器１紘破砕機構３を介して貯蔵容器２に連絡する
３、 破砕機構３は、スリープｌＯ形の中空体、ニードル形の
ニードルパルプ部材１１．及び、絞すワッシャー１２形
の座から成シ、パルプ部材１１のとがった先端は絞シワ
ッシャーのオリフィスに受けられている。ニードルパル
プ部材１１の他端は低圧領域に位置し、スリーブ１０の
底壁１３に取シ付けられている。スリーブ１０の側ｆｉ
１４Ｋｔｌｉ、スリーブ１０（第１図）の内部１６と貯
蔵容器２を連絡するための開口部１５が設けられている
。

スリーブ１０（第２図）の開口端に配置されたインサー
ト１７は、スリーブ１ｏに連結されておシ、そして、ニ
ードルパルプ部材１１と細心を共通にする中央通路１８
を有しており、この通路はノ９イ！ライン４を介して混
合種ｌに連絡し、且つ、内部１６を介して貯蔵容器２に
連絡しており、絞シワッシャ−１２はこの中央通路１８
に取シ付けられている。

インサート１７はネジ込み継手でスリーブ１゜に連結さ
れておシ、このため、絞シワッシャ−１２と共に、パル
プ部材１１に対するインサート１７０位・置を調整する
ことができる。

インサート１７の中央通路１８は、ニードルパルプ部材
１１が絞〕ワッシャー１２に入る側で例第２図に示すご
とく広くなっている。

ニードルパルプ部材１１は、スリーｆ１０Ｃ）底壁１３
に調整可能に取〕付けてあシ、この手段として例えば、
スリーｆ１０の底壁とユニオンナット−１９によシ構成
されるねじ込み継手を使用することができ、パルプ部材
１１の垂直の変位を限定する肩２０を有するパルプ部材
１１の軸部が、これらに・対して保持される。ユニオン
ナット１９を回転することにょシ、機構を解体すること
なく、座すなわちワッシャー１２に対するパルプ部材１
１の位置を変えることができる。

絞シワッシャ−１２は、イーンサートの通路１８に配置
され、Δイノ２イン４Ｏフツンジ２２によシこの位置に
保持されるプツシ、２１によ）インサートの中に固定し
、この７ランジ２２は締め付は植込−ルト２３によ〕固
定する。

ニードルパルプ部材１１は、第２図に示すようなニード
ル形にし、又は第３図に示すような棒形又はが−ル形に
する。

この装置は次のように作動する。破砕機構３の絞シワッ
シャ−１２のオリアイスをニードルパルプ部材１１によ
シ児全に閉止し、微生物細胞懸濁液を、／４イブライン
６及び９を通し、計量４ンプ８によシ、混合容器（第１
図）に供給し、加圧ガス（窒素、空気、二酸化炭素及び
これＫ１１ｌするもの）も又混合容器に供給して懸濁液
、層を通して泡立たせ、そして、加圧下で微生物ａｔｔ
ａａｍをＩヌで飽和する。混合容器１における懸濁液の
レベルを設定し、そして、レベルセンサーとレベル調整
器（図には示してない）によりてレベルを一定に保持し
、これによって、懸濁液容置に対するガス空間の比率を
１：３ないし３：４にする。作用圧は８０ないさ２００
気圧（ｒ−ジ圧）にする。

混合容器中の液が設定レベルに達した時、破砕機構３の
パルプ部材１１（第２図）を画直に動かして絞シワッシ
ャー１２のオリアイスを開く。パルプ部材１１の往復作
動は、作動器にｘシ、手動的又は自動的に行う。ガスで
飽和された微生物懸濁液は、混合容器からノｆイブライ
ン４を通してパルプ部材１１と絞シワッシャ−１２で構
成される開口部に移送する。懸濁波の圧力は、この開口
部において、貯蔵容器中の大気圧１で高速で低下する。

その結果減圧効果によシ微生物細胞の破砕が朽われる。

この装置社、連続的に作動し、所定の範囲内の懸濁液速
度と流速において、７５〜８０−の割合で細胞を破砕す
ることを確実に保証する。

このように、この発明に係る装置の具体例において社、
破砕機構の絞り開口部を通して細胞懸濁液噴流を放出す
るので、５〜８％の破砕効率の改良が確保される。これ
と同時に、先行技術に比べて装置の構造が簡単であるた
め、破砕機構の調整、使ｉ古したパルプ部材及び絞りワ
ッシャーの交換が容易になシ、又破砕工程を自動化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る装置の概略を示し、第２図社
、第１図で示した装置の破砕機構の縦方向の断面図であ
シ、そして　・ 第３図は、ニードルパルプ部材の具体例を示す。 これらの図面におｉて、ｌｉｔ混合容器、２は貯蔵容器
、３は破砕機構、４，６．７及び９はノ譬イデラインゝ
、５は圧力計、８は計量Ｉンプ、ｌＯはスリーブ、１１
はニードルパルプ部材、１２は絞シワνシャー、１３は
底壁％１４ａ側壁、１５は開口部、１６は内部、１７は
インサート、１８は中央通路、１９はユニオンナット、
２０は肩、２１はツッシａ−１２１Ｌフ２ンジ、２３は
締め付は植込−ルト、２４は棒、そして、２５はが−ル
な、それぞれ示す。 第１頁の続き ０発　明　者　ビタリー・ビクトロヴイチ・−ラロフ ソ連国手スコフスカヤ・オブラ スト・プスチノ・ミクロライオ ア・・ドゼルズイネッ″２９クヮル チーラ２２ ０発　明　者　ニコライ・ドミトリエビイチ・マカロフ ソ連国イルクーツク・ウリツア ・クルチャドパ５ビー・クワル チーラ４ ０発　明　者　ラデイ・ウラデイミロビイチ・カトルシ
ュ　＼ ソ連国モスコー・ウリツア・ナ ゴルナヤ２０コルプス３クワルチ ーラ２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計量ポンプ及びそれぞれ懸濁液と仙Ｐ−ｔ−ガスを
   供給するための７９イブラインを備えた、懸濁液中の微
   生物細胞を加圧下にガスで飽和するための混合容器、並
   びに、中にニードルパルプ部材を配置した座を有する中
   空体から成る破砕機構を介して混合容器と連絡する被破
   砕物貯蔵容器から成為微生物菌体を連続的に破砕する装
   置において、前記中空体が、ニードルパルプ部材１１を
   組み込んだ底壁１３及びスリー７”ＩＯの内部１６と貯
   蔵容器２とを連絡するための開口部１５を有する側壁１
   ４から成るスリーブｌＯ、スリーブの開口端に配置され
   、混合容器ｌに連絡する、パルプ部材１１と中心軸を共
   通にする中央通路を有する、スリーブに取付けられたイ
   ンサート１７、並びに中央通路に配置された絞りワッシ
   ャー１２形の座か・ら成ると表を特徴とする装置。 ２、ニードルパルプ部材１１が、スリーブ１０の底壁１
   ３に調整可能に取り付けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、インサート１７が、スリーｆ１０にねじ込み継手で
   取り付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装［。 ４、　インサート１７の中央通路１８が、ニードルパル
   プ部材１１が絞りワッシャー１２に入る側で広がってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項記
   載の装置。 ＆　絞りワッシャー１２が、中間プッシユ・２１とイン
   サー）１７に固定された７ランジ２２とにより、インサ
   ート１７の中に固定されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の装置。