JPS60501389A - 発酵器 - 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】 発酵器 この発明は、固体、液体又は組合わされた栄養基質において培養される生物学的 由来の種々の微小体の定期的培養のだめの装置に関し、さらに詳しくは発酵器（ ファーメンタ−）に関する。

発明の背景 いずれの発酵法は、強度において発酵器の運転条件及びその水力学的性質に依存 する相互関連的な生化学的、物理化学的又は拡散的変換の組合わせを用いる。

微生物、菌類、藻類又は分離された組織を培養するために、微生物学的実施は、 綿戸材により栓をされた、温度管理されたロッカー内で増殖すべき微小体を収容 するフラスコを広く用いてきた。これらの装置は十分に簡単であシ、そして一連 の種々の微小体の増殖を許容する。しかしながら、これらの多目的用途にもかか わらず、不十分々物質移動のため、これらの用途は、本質的に実験室での使用に 限定される。さらに、フラスコは、固体栄養基質上で培養される生物学的由来の 微小体の培養には適用できない。

種々の構造的配置を有する発酵器が知られておシ、これらの各配置は、このタイ プ又はあのタイプの微小体の活発な増殖をもたらす水力学的性質を有する。

特に、多段ミキサーの形の撹拌ユニ、トを伴う容器から成る発酵器が知られてい る〔例えば、Ｅ、Ｕ。

Ｖｉｅｓｔｕｒ等、”Ｋｕｌｔｉｖｉｒｏｖａｎｉａ　ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉ ｚｍｏｕ”（微生物の培養）、ソ連、モスクワ、１９８０゜１４１〜１７１頁〕 。

この発酵器は、液体培地において細菌又は酵母を増殖せしめるために使用するこ とができるが、固体又は組合せタイプの基質上での操作に適用することはできな い。

これらの発酵器に使用される撹拌ユニットは、培養液中に過剰の泡を発生せしめ る傾向があシ、他方泡を消滅させ又は抑制するために、機械的、化学的、又は組 合わされた泡抑制が用いられ、この抑制は工程パラメーターに影響を与える。さ らに、上記の装置は、１又は２のタイプの微生物、例えば酵母又は細菌の培養の みをもたらす。

さらに、熱移動ジャケットを有する容器、入口に設けられている細菌ｐ過器、通 気器、及び下端に配置された膜を有し駆動部に連結されている垂直循環チー−ブ の形の撹拌ユニットを有する発酵器が知られている（ビオエンジニアリング社、 スイス、のパンフレット）。

この構造の発酵器は、液体栄養基質上で培養される細菌又は酵母のための使用に 適用される。空気の酸素による培養液の飽和、及びこの発酵器中でのその混合は 、空気を通気器を介して垂直循環チー−ブに、その中での気−液混合の形成を伴 って吸入することによシ保証される。

この発酵器は、カビ、藻類、及び分離された組織の増殖を行うことができず、そ して固定化細胞を用いることによる生物学的活性物質の微生物学的変換方法を実 施するだめに適用することができず、さらに固体又は組合せ基質上での操作に適 用することもできない。

このことは、この発酵器中での通気が液の噴射による空気の吸入によって行われ 、液の粘度に依存してその流速が低下することにより説明される。従って、菌糸 の培養により、培養液の流速が鋭く低下し、通気が完全に停止する。

膜への基質の自由な接触が、固体又は組合せ基質を用いる発酵工程を停止させる 。なぜなら、不溶性基質（例えば、麦わら、鋸ぐず、石炭等）は、循環チー−プ の入口を遮断し、それを閉塞し、そして発酵工程を停止せしめる傾向があるから である。

同じ理由により、上記の発酵器により、分離された組織又は固定化された細胞が 関与する工程を実施することが不可能である。

発明の詳細な記載 この発明は、機能的可能性を拡張し、そして固体、液体又は組合せ基質において 微生物、藻類又は分離された組織を増殖せしめることができるような構造を有す る発酵器の提供に向けられる。

この発明の目的は、細菌空気濾過器を中に固定して有しそして熱伝達ノヤケット が設けられており、通気器及び垂直循環チー−プの形の撹拌ユニット及び下端に 配置されそして制御駆動部に連結された膜をその中に収容した容器を有する発酵 器であって、膜と循環チー−ブの底端の間に硬質隔膜が配置されており、この硬 質隔膜がその中心に関して偏って貫通孔を有しておりそして膜と共に密閉空間を 構成しており、通気器及び撹拌ユニットが隔壁に固定された一体化された集成体 として作られておりそして液に関して２個の逆流防止弁により３個の空間に分離 されており、この内の空間は弁間に配置されており硬質隔壁に作られた孔と連絡 しており、他の空間は弁の下に配置されており容器の液体領域と連絡しており、 そして第３の空間は弁の上に配置されており循環チー−ブの内容に連絡しておシ 、このチーーブの上端は容器の気体領域に伸ひていることを特命と５ する発酵器により達成される。

好ましくは、チューブから噴射される液体流を形成するための頭片がこのチーー ブの上端に固定されている。

好ましくは、容器が、孔を有しそして固体栄養基質を支持するために機能する水 平プラットホームを収容している。

この発明の特徴を具体化する発酵器は、液体、固体、又は組合わせた基質上で微 生物、藻類又は分離された組織を培養するために使用することができる。

提案された発酵器におけるパルス的撹拌の使用は、通気器と一体的に作られた撹 拌ユニ、トの構造的特徴と相まって、特定のタイプの微生物を増殖せしめるだめ の適切な水力学的条件を選択するために特に有利な培養液の噴射又は泡混合を発 酵器中にもたらすことを可能にする。

水平な有孔プラットホーム及び通気器上の取換可能な頭片の設置は、液体、固体 、又は組合せ基質において種々の好気性微生物、菌糸、分離された組織、及び光 自立栄養生物を増殖せしめること、並びに固形化された培養物又は細胞を用いる 方法を実施することを可能にする。

図面の簡単な説明 ここで、この発明を、添付図面を用い１、特定の具体例と関連させながら、非常 に詳細に説明する。

図において、第１図はこの発明の発酵器の縦断面図であシ、第２図は液流を形成 するための頭片の縦断面図であシ、第３図は第１図に示すのと実質上同じであり 、液流及び気体流を分配するだめの逆流防止弁が転倒位置にあり、第４図は７個 の容器と、１個の駆動部から運動可能な共通の膜を有するこの発明の発酵器の変 形であシ、そして第５図は工業的用途に適用される多機能発酵器の変形である。

発明を実施するだめの最良の形態 第１図に示される発酵器は、熱移動ジャケット３を有し、そして容器１０入口に 配置された細菌濾過器３を有する容器１を含んで成る。容器ｌはまた、通気器４ 及び垂直循環チー−プロの形の撹拌ユニット、及び下端に配置されそしてパイプ ８によって制御空気駆動部（示されてい−ない）に連結される膜７を有する。

膜７及び循環チー−プロの間に、膜７と共に密閉された空間１１を形成する隔壁 ９の中心に関して片偏った貫通孔１０を有する硬質の隔壁９が挿入されている。

通気器４及び撹拌ユニット５は、隔壁９上に固定された１つの集成体として進体 化されており、そして液流及び気体流を分配するだめの室１２を有する。室１２ は、その高さに関して、２個の逆流防止弁１３及び１４により、空間１５，１６ 、及び１７に分離されており、このバルブ間空間１６は、砂室隔壁９中に作られ た孔１０に連絡し、バルブ下の空間１５は貫通孔１８を通って容器１の液領域に 連絡しておシ、そしてバルブ」二の空間１７は循環チー−プロの内部と連絡して おシ、このチー−プロの上端は容器１の気体領域に伸びている。

循環チー−ブの上端、上には、噴射器の形で記載された具体例において、交換可 能な頭片又は通気器４が固定されている。

容器１はさらに、孔２０を有しそして固体栄養基質を支持するために機能する水 平プラットホーム１９を収容する。

第１図に示す発酵器は、実験室における微生物の培養、特に液体、又は混合栄養 基質において培養される細菌、酵母及び他の嫌気的微生物のごとき生細胞の増殖 を意図する多機能接種器型発酵器である。

発酵器は次のように作動する。

容器１に、培養液を充填し、そのレベルが、噴射器（通気器４）が配置されるレ ベルを超えないようにし、そして細菌ｐ過器３により栓がされる。圧縮空気が、 空気圧パルス発生機（示されていない）から、あらかじめ定められた・ぐルス頻 度において、ノ２イブ８を通して、室２１の下に設けられた膜７に供給される。

膜７は振動させられ、そしてこれが下方に運動する間に培養液を、孔１８、バル ブ１４、空間１５及び孔１０を通して密閉された空間１１中に吸引する。

逆流防止弁１３は閉止される。

膜７が上方に運動する間に、空間１１を満たしている培養液が、そこから孔１０ 、空間１６、逆流防止弁１３、循環チー−プロ、及び通気器４（噴射器）を通っ て、噴射の形で容器１に返される。逆流防止弁１４は閉じられる。噴射器（通気 器４）において形成された培養液の噴流は容器１に満たされている培養液に侵入 し、容器１の気体領域から噴流に随伴した空気の酸素を培養液中に分散せしめる 。

膜７が振動する間に、膜７により引き起こされる動きに従って容器ｌ中の培養液 のレベルも振動し、これによって容器１の気体領域に満たされている空気と大気 中の空気との交換が細菌濾過器３を介して生ずる。

組合せ栄養基質を使用する場合には、弾力性リング２２により循環チー−プロ及 び容器１の壁に固定された水平の有孔プラットホーム１９を使用する。

このような栄養基質に微生物が増殖する場合、この栄養基質の固体不溶性成分は ブラットホーム１９上に保持され、そして撹拌ユニット５の汚染が防止される。

膜７のパルス状作動及び培養液全体の振動が、基質中に含まれる不溶性固形物に よるプラットホーム１９の孔２０の障害を防止する。

培養液が多すぎる泡を形成する場合、この泡が噴゛射器又は通気器４を覆い、そ して培養液の噴射が液体培地への空気の分散を減少せしめ、そしてこれによシ泡 の形成をこのレベルに安定化する。

発酵器の運転のこのような条件において、培養液の物質移動は激しい撹拌と抱の 再循環によシ生じ、この物質移動は、培養液中への空気の酸素の噴射分散中より も効果的である。

第２図に関し、液体の実質上平らな環状流を発生せしめるように機能する半球形 ２３の形の頭片−通気器の他の１つの具体例を示す。

第１図に示される噴射器の代りに半球２３を使用することによシ、光自立栄養微 生物及び藻類の増殖を可能にするこの発明の発酵器の容器１の透明な壁土を流下 する培養液の薄い膜を形成することができる。

第３図に示されるこの発明の発酵器の変形は、バルブ１３及び１４が逆転してい る点においてのみ第１図に示した発酵器と異る。第３図の発酵器中の弁１３及び １４は、第１図に示される発酵器の変形に対して逆転しており、発酵器の・やル ス状発泡操作をもたらす。

この変形もまた、固体、液体又は混合基質における好気性微生物又はカビの菌糸 の実験室培養、並びに固定化細胞又は発酵物を用いるステロイドの転換方法の実 施、あるいは分離された生組織の増殖を意図する多機能接種器型発酵器である。

第２図に示される発酵器の変形は次のように作動する。

容器１が、培養液によシ、通気器４が配置されているレベルを超えないレベルま で満たされ、そして細菌涙過器３によシ閉止される。圧縮空気が、空気圧・ぐル ス発生機（示してない）から、あらかじめ定められたパルス頻度において、パイ プ８を通して膜７の室２１に供給される。

従って、膜７が往復又は振動せしめられ、そして上方に運動する間に、空気が密 閉空間１１から孔１０、空間１６、弁１４及び孔１８を通って液で満たされた容 器１の部分に移送され、そしてこうして移送された空気は、培養液の発泡と激し い撹拌を生じさせ、培養液が空気の酸素で飽和される。この撹拌作用牛丼１３は 閉止される。膜７・が逆に運動する間に、弁１４が閉止され、そして空気が再び 容器１の気体領域から通気器４、循環チー−プロ、弁１３、空間１６及び孔１０ を通って密閉室１１に通される。容器１の気体領域を満たしている空気と大気中 の空気との交換は、細菌濾過器３を通して、膜７の運動と同期的に、第１図に示 された変形について記載したのと同様にして行われる。

培養液が過剰に発泡する場合、泡は通気器４を抱囲し、空気の代シに密閉空間１ １に導かれる傾向がちシ、これにより培養液の通気が激しくなく々シ、そして容 器１中の泡のレベルが安定化されるであろう０ この場合の発酵器中の物質移動は、泡の非常に激しい循環によって行われ、この 物質移動は発酵器中で発泡が生ずる場合と同様に効果的である。

固体基質上で微生物を増殖せしめる場合、あるいは固定化生触媒を用いてステロ イド化合物の転換法を行う間に、これらの化合物は水平なプラットホーム１９上 に置かれ、膜７の運動に応答して孔２０を通ってパルス的に供給される空気によ シ通気される。

干し草のごとき固体基質上にカビ菌糸を増殖せしめる間に、通気のために輸送さ れる空気を、水平プラットホーム１９の下の空間に液体培地又は水を収容するこ とにより加湿することができる。この場合の菌糸増殖法は、培養液の発泡通気に 関して記載したのと同様にして行われる。

第４に示す発酵器は、種々の栄養基質を用いる好気性微生物、分離された組織培 養物、光自立栄養微生物及び藻類の培養のため、並びに固定化培養物又は細胞を 用いる生物学的化合物の転換方法の実施のために意図される多機能培養形である 。

提案されている発酵器のこの変形は、第１図に関して記載したものと一般的に類 似し、そして１つの熱伝達ジャケット２中に収容されている７個の発酵器の一組 である。すべての発酵器の空間２１が、パイプ８によシ制御空気圧駆動部（示し てない）に連絡されている導管２４により１個の共通の空間に一体化されている 。

この発酵器は主として実験室的使用のために意図される。これは、微生物学的及 び医療的実施のための研究及び開誉、並びに環境の細菌汚染のレベルをチェック するだめの公衆衛生管理研究室等において広く適用することができる。このもの はさらに、多数のそしてエネルギーを消費するフラスコが使用される日常の分析 及び監視操作の研究的実施において使用することができる。この発明はさらに、 組込まれた又は独立した温度調節のだめの装置を有し、そして温度調整された室 を必要としない。

発酵器のこの変法は、選択された微生物を増殖せしめるための最適化された動的 な条件を選択するために特に有利である。

１３ 第４図に例示された発酵器は、第１図及び第３図に示されたものと実質上同様に 作動するが、この発酵器と前に記載した変法との区別は、同一の及び異る撹拌条 件の７つの発酵器のすべてを同時的に操作するために共通の駆動部を使用する点 にある。このことが、７つの再現において微生物の同時的増殖をもたらし、これ は研究の実施において特に重要である。

この発明の発酵器の上記の変形から区別されて、第５図に示される発酵器は１つ の容器ｌ中に複数の、記載されている例においては３個の、撹拌ユニット５ヶ有 し、これらの撹拌ユニ、ト５は同じ番号９で示される隔壁上に配置されておシ、 そして種々の撹拌速度及び種々の比率の範囲における撹拌のために使用すること ができる。

例えば、−泡の発生のために意図される１つのユニット５を容器１の中央に配置 し、２つの噴流操作ユニット５を横に配置することができる。

従って、このように構成された発酵器は、気体による培養液のよシ激しい飽和を 促進する気体と液体の向流を保証する撹拌の組合された条件を提供することがで き、これは発酵器の機能的可能性を拡張するものであり、特に、起泡性の基質を 用いる場合、１４　符表昭［；０−５０１３８９　（５）り物質移動速度を上昇 せしめる必要がある場合にそうである。

さらに、ユニット５のこのような配置は、容器１の壁からの、この上に付着しや すい微生物の基質粒子の追加の除去を促進する。

この発酵器は、パイプ８、及び膜７の上に配置された空間２１と連結される導管 ２４を介して１つの駆動部により作動する。

工業的利用性 この発明を具体化する発酵器は、多数の機能を発揮することができ、そして、 微生物学的実施において、蛋白質生成物の微生物学的合成法、植物性物質の生物 転換、廃棄物の利用等のための発酵器として； 食品工業において、発酵工程を実施するだめの、混合器又は液体媒体を撹拌する ための装置等として；医薬工業において、医薬製剤を製造するだめの反応器とし て、例えばステロイドの転換等のために；そして 化学工業において、液体媒体を混合するため、及び固体触媒を用いる反応を行う ための反応器として；使用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　細菌空気濾過器を中に固定して有しそして熱伝達ノヤケットが設けられてお り、通気器及び垂直循環チー−プの形の撹拌ユニット及び下端に配置されそして 制御６駆動部に連結された膜をその中に収容した容器を有する発酵器であって、 膜（７）と循環チー−ブ（６）の底端の間に硬質隔膜（９）が配置されており、 この硬質隔膜（９）がその中心に関して偏って貫通孔を有しておυそして膜（７ ）と共に密閉空間（１１）を構成しており、通気器（４）゛及び撹拌ユニット（ ５）が隔壁（９）に固定された一体化された集成体として作られておシそして液 流及び気体流の分配のための室（１２）を有し、これは高さに関して２個の逆流 防止弁（１３，１４）により３個の空間（１５，１６，１７）に分離されており 、この内の空間（１６）は弁間に配置されており硬質隔壁（９）に作られた孔（ １０）と連絡しており、空間（１５）は弁の下に配置されており容器（１）の液 体領域と連絡しておシ、そして空間（１７）は弁の上に配置されておシ循環チー −ブ（６）の内押に連絡しておシ、このチーープの上端は容器（１）の気体領域 に伸びている・ことを特徴とする発酵器。 ２　チーーブ（６）から噴射される液体流を形成するための頭片（通気器４）が このチーーグ（６）の上端に固定されていることを特徴とする請求の範囲第１項 記載の発酵器。 ３　容器（１）が、孔（２０）を有しそして固体栄養基質を支持するために機能 する水平プラットホーム（１９）を収容していることを特徴とする請求の範囲第 １項又は第２項に記載の発酵器。 １