JPWO2006101074A1 - 通気攪拌型培養槽 - Google Patents
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Abstract
培養液を収容自在で縦型筒状の容器２を設け、その容器２内に、その軸心と同軸上に支持された回転軸３と、培養液を攪拌するために前記回転軸に取り付けられた攪拌翼４と、前記容器内に空気を送り込むための空気送入管５とが備えられており、前記容器上部には、培地原料と菌体とを投入するための投入口６が配設してある通気攪拌型培養槽であって、前記容器の直胴部７の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）が３.８より大きく、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせるための邪魔板８が前記容器の周壁内側に付設されている通気攪拌型培養槽を提供する。
Description
本発明は、培養液を収容自在で縦型筒状の容器を設け、その容器内に、その軸心と同軸上に支持された回転軸と、培養液を攪拌するために前記回転軸に取り付けられた攪拌翼と、前記容器内に空気を送り込むための空気送入管とが備えられており、前記容器上部には、培地原料と菌体とを投入するための投入口が配設してある通気攪拌型培養槽に関する。
従来より、微生物培養の生産性を制御するパラメーターは、攪拌翼先端速度、レイノルズ数や酸素移動容量係数（ＫＬＡ）などを指標とすることが出来ることが知られている。しかしながら、これらパラメーターに関しては、培養槽の高さ／槽内径（HT/D）比が2.0前後で考えられており、高HT/D比の検討は行われていなかった。
その理由として、HT/D比を大きくしてしまうと、上下方向の混合が悪くなり、溶存二酸化炭素が過大になるなどの様々な問題が生じる虞があったからである（非特許文献１を参照）。
そのため、従来からある培養槽の形状としては、一般的にHT/D比が1.8のものが多く、高いものでもHT/D=3.8程度である。
なお、ガスホールドアップや、発泡を考慮して、通常培養槽には全容量の0.6〜0.8の割合で仕込むことが多いため、この時の培養液深さ（=HL）と槽内径（=D）の比は大きく見積もってもHL/D=3.0程度である。
Nienowet al.,Cytotechnology，22，87-94，1996
その理由として、HT/D比を大きくしてしまうと、上下方向の混合が悪くなり、溶存二酸化炭素が過大になるなどの様々な問題が生じる虞があったからである（非特許文献１を参照）。
そのため、従来からある培養槽の形状としては、一般的にHT/D比が1.8のものが多く、高いものでもHT/D=3.8程度である。
なお、ガスホールドアップや、発泡を考慮して、通常培養槽には全容量の0.6〜0.8の割合で仕込むことが多いため、この時の培養液深さ（=HL）と槽内径（=D）の比は大きく見積もってもHL/D=3.0程度である。
Nienowet al.,Cytotechnology，22，87-94，1996
好気性微生物の培養においては、多くの場合、溶存酸素濃度（ＤＯ：ｄｉｓｏｌｖｅｄ ｏｘｇｅｎ）の違いによって、その代謝が大きく左右され、これを制御することは培養をコントロールするために重要とされている。
ＤＯ制御の方法に関して、代表的なものとしては、攪拌による制御、通気量による制御又は酸素分圧による制御などが挙げられる。
攪拌による制御は、通気攪拌型培養槽で一般的に用いられている方法である。この方法は、通気された空気を攪拌により分散し液側への酸素の移動を促進させて、攪拌回転数の増減により酸素の移動速度を加減し制御するものである。
しかしながら、この方法を採用すると、攪拌回転数の増加により菌体に損傷やストレス等が与えられ、その生産性に影響を与えるような可能性がある。このような場合には、ある回転数以上に上げることが出来ないため、培養の種類によっては有効でないことがある。
そこで、通気量又は通気中の酸素分圧の制御により、ＤＯを制御することが考えられる。しかしながら、この方法では、スケールアップの際、生産性を上げるためには、培養槽内へ供給する通気量を増加させるか、あるいは通気中の酸素分圧を増加させなければならない。これらの場合、どちらにしてもランニングコストなど経済性の面からもあまり現実的ではない。特に前者の場合、培地の発泡を増大させてしまう虞がある。
さらに、この方法では、培養のスケールが大きくなればなるほど、液量当りの表面積が小さくなる為、培養時の温度調節を外部のジャケットのみで行うことが困難となる。そのため、培養槽内部に温調コイルを持つなどの構造が必要となる。しかしながら、温調コイルなどは、液の攪拌の妨げになったり、洗浄性の点から見ると不適切な構造となってしまう。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものである。スケールアップの際、攪拌翼の回転数や通気量等を特に増加させることなく、菌体の生産性を上げることを可能とすると共に、内部に温調コイル等を新たに備える必要もない簡便な構造で洗浄性等の面でも有利な通気攪拌型培養槽を提供するものである。
本発明の第１特徴構成は、培養液を収容自在で縦型筒状の容器を設け、その容器内に、その軸心と同軸上に支持された回転軸と、培養液を攪拌するために前記回転軸に取り付けられた攪拌翼と、前記容器内に空気を送り込むための空気送入管とが備えられており、前記容器上部には、培地原料と菌体とを投入するための投入口が配設してある通気攪拌型培養槽であって、前記容器の直胴部の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）が３.８より大きく、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせるための邪魔板が前記容器の周壁内側に付設されている点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用することによって、容器上部に配設された投入口より投入された培地原料と菌体の培養液を攪拌翼が回転して攪拌すると共に、前記容器内に空気送入管から通気される。これにより、菌体の通気攪拌培養が可能となる。しかも、前記容器は、直胴部の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）が３.８より大きい縦型筒状の形をしているので、同じ通気量でも、従来の形状の培養槽に比べて、通気線速度（通気量（ｍ3/ｓ）／断面積（ｍ2）＝ｍ/ｓ）を大きくすることが可能となる。つまり、通気された空気と培養液との接触時間が長くなるので、酸素移動速度も大きくなり、ＤＯを維持するために通気量や攪拌回転数を特に増加させる必要が無い。また、邪魔板を付設して、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせ、上下方向の攪拌をより効率的に行うことにより、培養槽が縦長であることのデメリットは解消される。さらに、培養槽が縦長であるため、表面積も従来の培養槽と比べると大きくなる。従って、培養槽外側のジャケットによる温調のみで十分となる。これにより、容器内部に温調コイル等を新たに備える必要もなく、容器内の培養空間をより広く有効に使用することができる。また、容器内部を簡便な構造とすることが出来るので洗浄性等の面でも有利である。
上記構成を採用することによって、容器上部に配設された投入口より投入された培地原料と菌体の培養液を攪拌翼が回転して攪拌すると共に、前記容器内に空気送入管から通気される。これにより、菌体の通気攪拌培養が可能となる。しかも、前記容器は、直胴部の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）が３.８より大きい縦型筒状の形をしているので、同じ通気量でも、従来の形状の培養槽に比べて、通気線速度（通気量（ｍ3/ｓ）／断面積（ｍ2）＝ｍ/ｓ）を大きくすることが可能となる。つまり、通気された空気と培養液との接触時間が長くなるので、酸素移動速度も大きくなり、ＤＯを維持するために通気量や攪拌回転数を特に増加させる必要が無い。また、邪魔板を付設して、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせ、上下方向の攪拌をより効率的に行うことにより、培養槽が縦長であることのデメリットは解消される。さらに、培養槽が縦長であるため、表面積も従来の培養槽と比べると大きくなる。従って、培養槽外側のジャケットによる温調のみで十分となる。これにより、容器内部に温調コイル等を新たに備える必要もなく、容器内の培養空間をより広く有効に使用することができる。また、容器内部を簡便な構造とすることが出来るので洗浄性等の面でも有利である。
本発明の第２特徴構成は、回転軸上に、複数の前記攪拌翼がそれぞれ脱着自在に取り付けられている点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、回転軸上に、複数の攪拌翼がそれぞれ脱着自在に取り付けられているので、単位液量当りの攪拌力を自在に調節することが可能となる。例えば、必要に応じて攪拌翼の数を増やせば、回転数を変えずに単位液量当りの攪拌力を増加させることができる。よって、結果として攪拌動力の低減を計ることも可能となる。
上記構成を採用すると、回転軸上に、複数の攪拌翼がそれぞれ脱着自在に取り付けられているので、単位液量当りの攪拌力を自在に調節することが可能となる。例えば、必要に応じて攪拌翼の数を増やせば、回転数を変えずに単位液量当りの攪拌力を増加させることができる。よって、結果として攪拌動力の低減を計ることも可能となる。
本発明の第３特徴構成は、攪拌翼の間隔（Ｉ）が、前記攪拌翼の直径（ｄ）の２倍未満である点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、多段攪拌翼において、攪拌翼の間隔（Ｉ）を２ｄ未満とすることにより、攪拌翼間の混合不十分な領域が発生し難くなり、上下方向の混合が促進され得る。
上記構成を採用すると、多段攪拌翼において、攪拌翼の間隔（Ｉ）を２ｄ未満とすることにより、攪拌翼間の混合不十分な領域が発生し難くなり、上下方向の混合が促進され得る。
本発明の第４特徴構成は、前記攪拌翼が傾斜翼である点にある。
上記構成を採用すると、傾斜翼の回転によって形成された縦方向の流動が、縦長の培養槽形状との相乗効果によって、低い攪拌所要動力や攪拌回転数でも優れた流動形成効果を発揮する。
本発明の第５特徴構成は、空気送入管の端部が前記容器底部に挿入されて開口しており、その空気送入管基部側は前記容器の外側に設けられなおかつその外周を断熱被覆してあるという点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、空気送入管の端部のみが容器底部に挿入され開口しているので、容器内の培養空間をより広く使用することができる。また、容器内部を簡便な構造とすることが出来るので洗浄性等の面でも有利である。尚、一般に、空気送入管の基部側が容器の外側に設けられていると、前記通気攪拌型培養槽及び培地を空気送入管に加圧蒸気を送入して滅菌する際、その放熱効果による滅菌効果の低減が懸念される。しかし、本構成においては、前記容器の外周に断熱被覆を施しているので放熱効果が抑えられ、滅菌効果の低減は解消される。
上記構成を採用すると、空気送入管の端部のみが容器底部に挿入され開口しているので、容器内の培養空間をより広く使用することができる。また、容器内部を簡便な構造とすることが出来るので洗浄性等の面でも有利である。尚、一般に、空気送入管の基部側が容器の外側に設けられていると、前記通気攪拌型培養槽及び培地を空気送入管に加圧蒸気を送入して滅菌する際、その放熱効果による滅菌効果の低減が懸念される。しかし、本構成においては、前記容器の外周に断熱被覆を施しているので放熱効果が抑えられ、滅菌効果の低減は解消される。
本発明の第６特徴構成は、上記特徴構成４に記載される通気攪拌型培養槽を使用する微生物の培養方法である点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、上述の通気攪拌型培養槽を使用して微生物を培養するので、培養をスケールアップする際、攪拌翼の回転数や通気量等を特に増加させることなく培養液中のＤＯを維持することが可能となる。その結果、攪拌翼により受け得る損傷やストレス等から微生物を保護しつつ、通気量等のランニングコストも抑えた、非常に生産効率の高い培養を実施することができる。
上記構成を採用すると、上述の通気攪拌型培養槽を使用して微生物を培養するので、培養をスケールアップする際、攪拌翼の回転数や通気量等を特に増加させることなく培養液中のＤＯを維持することが可能となる。その結果、攪拌翼により受け得る損傷やストレス等から微生物を保護しつつ、通気量等のランニングコストも抑えた、非常に生産効率の高い培養を実施することができる。
本発明の第７特徴構成は、前記微生物が糸状菌であることを特徴とする点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、アスペルギルス(Aspergillus)属、ペニシリウム(Penicillium)属、リゾプス(Rhizopus)属、モナスカス(Monascus)属、モルティエレラ(Mortierella)属、ムコール(Mucor)属などに代表される糸状菌を効率良く培養することができる。これらの糸状菌類は、培養槽上部に形成されるヘッドスペース（培養液のない空間）の壁面に付着し易く、付着した糸状菌の生産性は低い。従って、培養槽中で培養される糸状菌全体の中で、壁面に付着した糸状菌の占める割合が多ければ多いほどその培養の生産性は低下する。
しかしながら、前記通気攪拌型培養槽の場合、培養槽上部に形成されるヘッドスペースを従来の培養槽と比べてより小さくすることができる。その結果、壁面に付着する糸状菌の占める割合も小さくなり、生産性が低下する虞もない。
上記構成を採用すると、アスペルギルス(Aspergillus)属、ペニシリウム(Penicillium)属、リゾプス(Rhizopus)属、モナスカス(Monascus)属、モルティエレラ(Mortierella)属、ムコール(Mucor)属などに代表される糸状菌を効率良く培養することができる。これらの糸状菌類は、培養槽上部に形成されるヘッドスペース（培養液のない空間）の壁面に付着し易く、付着した糸状菌の生産性は低い。従って、培養槽中で培養される糸状菌全体の中で、壁面に付着した糸状菌の占める割合が多ければ多いほどその培養の生産性は低下する。
しかしながら、前記通気攪拌型培養槽の場合、培養槽上部に形成されるヘッドスペースを従来の培養槽と比べてより小さくすることができる。その結果、壁面に付着する糸状菌の占める割合も小さくなり、生産性が低下する虞もない。
本発明の第８特徴構成は、前記糸状菌が、モルティエレラ（Mortierella）属糸状菌であることを特徴とする点にある。
〔作用及び効果〕
上記構成を採用すると、モルティエレラ（Ｍｏｒｔｉｅｒｅｌｌａ）亜属の微生物に代表されるアラキドン酸生産菌を、前記通気攪拌型培養槽を使用することによって、より効率的に培養することができる。これによって、特に、最近、乳幼児栄養としてその役割が注目されているアラキドン酸の生産効率を、高めることが可能となる。
上記構成を採用すると、モルティエレラ（Ｍｏｒｔｉｅｒｅｌｌａ）亜属の微生物に代表されるアラキドン酸生産菌を、前記通気攪拌型培養槽を使用することによって、より効率的に培養することができる。これによって、特に、最近、乳幼児栄養としてその役割が注目されているアラキドン酸の生産効率を、高めることが可能となる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔実施形態〕
図１は、本発明を適用した通気攪拌型培養槽１を示す縦断面の概略図であり、図２は、通気攪拌型培養槽１の底部横断面の概略図である。図１に示すように、直胴部７、上部本体鏡板１４及び下部本体鏡板１５とから構成される縦型筒状の容器２内には、その軸心と同軸上に支持された回転軸３と、その回転軸に多段式に取り付けられた着脱自在の攪拌翼４（垂直羽）と、その底部に端部がスパージャー（多孔ノズル）に形成されている空気送入管５とが備えられている。
攪拌翼４の直径は、培養槽内部の直径のおよそ半分で、またその上下間隔は、攪拌翼の直径（ｄ）の２倍未満であり、好ましくは、攪拌翼の直径（ｄ）と同程度である。
図１は、本発明を適用した通気攪拌型培養槽１を示す縦断面の概略図であり、図２は、通気攪拌型培養槽１の底部横断面の概略図である。図１に示すように、直胴部７、上部本体鏡板１４及び下部本体鏡板１５とから構成される縦型筒状の容器２内には、その軸心と同軸上に支持された回転軸３と、その回転軸に多段式に取り付けられた着脱自在の攪拌翼４（垂直羽）と、その底部に端部がスパージャー（多孔ノズル）に形成されている空気送入管５とが備えられている。
攪拌翼４の直径は、培養槽内部の直径のおよそ半分で、またその上下間隔は、攪拌翼の直径（ｄ）の２倍未満であり、好ましくは、攪拌翼の直径（ｄ）と同程度である。
また、図示されてはいないが、空気送入管５は、通気攪拌型培養槽１の外側で、空気供給量を自在に制御できるコンプレッサーに接続されている。
さらに、通気攪拌型培養槽１の外側にある空気送入管５の基部側は、その外周を断熱材１７で被覆されており、滅菌効果の低減を抑制することが可能となる。
上部本体鏡板１４あるいは直胴部７には、培地原料や菌体を投入するための投入口６が配設され、下部本体鏡板１５には、培養液や洗浄液等を排出させるための液出口９が配設されている。
回転軸３の上方部は、上部本体鏡板１４の外側中央に設置されているメカユニット１０を介してモーター台１１、モーター１２及び減速機１３とに接続されており、回転速度を自在に調節できる構成となっている。
直胴部７の周壁外側には、培養槽の温調をするためのジャケット胴板１６等が設けられている。
また、直胴部の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）は３.８よりも大きく、さらに直胴部７の周壁内側には、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせるための邪魔板８が４段で付設されており、各段毎に３枚の邪魔板が培養槽の半径方向に向けて突設して、周壁内周を一定の間隔で（例えば、０度、１２０度、２４０度）設置されている。
〔その他の実施形態〕
１．本発明の通気攪拌型培養槽を構成する容器２は、円筒形状に限られるものでなく、楕円筒形や角筒形といった形状でも良い。
２．本発明の通気攪拌型培養槽には、必要に応じて、例えば、培地入口、植菌口、培地のｐＨを調整するための酸又はアルカリの投入口、消泡剤投入口、排気口、エアー入口、破裂板、圧力計、圧力センサー、液面レベルセンサー、消泡センサー、ｐＨセンサー、ＤＯセンサー、ＤＣＯ2センサー、各種センサー座、マンホール、蒸気入口、ドレン、覗き窓、明かり窓、振れ止め金具、吊り金具、シール水タンク、ガスケット、ラグサポート、フランジなどを付加的に配設しても良い。
３．本発明の通気攪拌型培養槽を構成する攪拌翼４は、垂直羽根でなくとも良く、十分な攪拌効果が得られるようなものであれば任意の形状（例えば、傾斜翼である傾斜タービン翼）をとり得、また着脱自在な構成としなくとも良い。
４．本発明の実施形態では、邪魔板８が複数段に分けられて設置される構成となっているが、これに限定するものではなく、直胴部全長にわたる１連の邪魔板を付設する構成であっても良いし、付設する邪魔板の数は周方向に３枚に限定されず、１枚又はそれ以上、好ましくは、２〜８枚程度であり、その形状は、長方形、直角三角形など、攪拌効果が損なわれない限り、任意の形状を取り得る。
１．本発明の通気攪拌型培養槽を構成する容器２は、円筒形状に限られるものでなく、楕円筒形や角筒形といった形状でも良い。
２．本発明の通気攪拌型培養槽には、必要に応じて、例えば、培地入口、植菌口、培地のｐＨを調整するための酸又はアルカリの投入口、消泡剤投入口、排気口、エアー入口、破裂板、圧力計、圧力センサー、液面レベルセンサー、消泡センサー、ｐＨセンサー、ＤＯセンサー、ＤＣＯ2センサー、各種センサー座、マンホール、蒸気入口、ドレン、覗き窓、明かり窓、振れ止め金具、吊り金具、シール水タンク、ガスケット、ラグサポート、フランジなどを付加的に配設しても良い。
３．本発明の通気攪拌型培養槽を構成する攪拌翼４は、垂直羽根でなくとも良く、十分な攪拌効果が得られるようなものであれば任意の形状（例えば、傾斜翼である傾斜タービン翼）をとり得、また着脱自在な構成としなくとも良い。
４．本発明の実施形態では、邪魔板８が複数段に分けられて設置される構成となっているが、これに限定するものではなく、直胴部全長にわたる１連の邪魔板を付設する構成であっても良いし、付設する邪魔板の数は周方向に３枚に限定されず、１枚又はそれ以上、好ましくは、２〜８枚程度であり、その形状は、長方形、直角三角形など、攪拌効果が損なわれない限り、任意の形状を取り得る。
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。しかし、本発明は、実施例に限定されない。
実施例１
（アラキドン酸生産、液量のスケールアップ）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。
酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製し、これに保存菌株を接種した。往復振盪100rpm、28℃の条件にて、種培養（第一段階）を開始し、3日間培養した。
（アラキドン酸生産、液量のスケールアップ）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。
酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製し、これに保存菌株を接種した。往復振盪100rpm、28℃の条件にて、種培養（第一段階）を開始し、3日間培養した。
次に、酵母エキス1％、グルコース2％、大豆油0.1％、pH6.3の培地30Lを50L容の通気攪拌培養槽内に調整し、これに前記種培養（第一段階）液を接種した。攪拌回転数200rpm、28℃、槽内圧150kPaの条件にて、種培養（第二段階）を開始し、2日間培養した。
本培養に用いた培養槽は、槽内径（=D）と攪拌翼径（=d）の比率がｄ/D=0.5のタービン翼を備えていた。また直胴部の高さ（=HT）と槽内径（=D）の比率がHT/D=8の培養槽を用いた。
条件(1-1)では、以下のようにして培養を行った。
1200Lの培地（培地A：大豆粉 84.24kg、KH2PO4 3.9kg、MgCl2・6H2O 0.65kg、CaCl2・2H2O 0.65kg、大豆油 1.3kg）をpH4.5に調整して121℃、20分の条件で滅菌した。別培地として100Lの培地（培地B：含水グルコース26kg）を121℃、20分の条件で滅菌した。この培地Bを先の培地Aに加えて培地Cを調整した。培地CをpH6.3に調整した後、種培養液（第二段階）を接種して、計1300Lの初発培養液量（培養槽容積2kL）に合わせた。更に、培養時には適宜培地の流加を行い、本培養を行った。また、このときの培養液深さ（=HL）と槽内径（=D）の比率はHL/D=5.2であった。攪拌翼を8段、攪拌翼間隔（=I）は攪拌翼の直径(=d)と等しくなる（I=d）よう装備し、最大通気量1.7m3/minの条件にて本培養を行なった。
従来のスケールアップはタンク形状を相似形で拡大することでスケールアップを行っていた。そこで本発明者らは実施例1（条件(1-1)）で用いた培養槽をそのまま用い、高さ方向にのみ液量を変化させて一連の実験を行なうことで、高さ方向へのスケールアップの効果を検討した。
条件（1-2）では、条件(1-1)と同等組成の培地Cを液量1000L（HL/D=4.0）、攪拌翼6段（I=d）で培養を行った。条件(1-3)では、液量650L(HL/D=2.6)、攪拌翼4段（I=d）で培養を行った。条件(1-4)では、液量300L（HL/D=1.2）、攪拌翼2段(I=d)で培養を行った。条件(1-1)〜(1-4)の何れの条件においても、先に示した同等の培地組成濃度、最大通気量、液量当たり所要攪拌動力にて本培養を行なった。ここで、全ての攪拌翼を垂直平羽根タービンとし、図１に示すように、ブレード取付け角９０°で回転軸に取り付けた。
培養終了後、培養液を採取し、培養液量あたりのアラキドン酸生成量を分析した結果、条件(1-1)：14.1g/L、条件(1-2)：13.4g/L、条件(1-3)：13.1g/L、条件(1-4)：11.5g/Lであった。これらの培養条件及び結果を、図３に示す。
また、培養液上部気相部のヘッドスペース壁面に付着している菌体を掻き採り、その乾燥重量を測定した。壁面/液体菌体比率（＝壁面付着総乾燥菌体重量／培養液中総乾燥菌体重量）は、条件(1-1)：2.8%、条件(1-2)：3.5%、条件(1-3)：5.5%、条件(1-4)：11.8%であった。
また、培養液上部気相部のヘッドスペース壁面に付着している菌体を掻き採り、その乾燥重量を測定した。壁面/液体菌体比率（＝壁面付着総乾燥菌体重量／培養液中総乾燥菌体重量）は、条件(1-1)：2.8%、条件(1-2)：3.5%、条件(1-3)：5.5%、条件(1-4)：11.8%であった。
よりHL/D比の高い条件ほど、アラキドン酸生成量が多く、かつ壁面付着菌体割合の少ない培養ができることが見出された。さらに、一連の実験は同等の通気量条件下にて行なったことから、供給通気量あたりのアラキドン酸生成収率はHL/Dが高いほど優れていることも見出された。
実施例２
（アラキドン酸生産、攪拌翼増加）
次に、実施例1と同条件で種培養を行ない、本培養液量も実施例１と同じ培地組成濃度で1300L（HL/D=5.2）とし、最大通気時の絶対通気量3.4m3/minの条件で一連の本培養（条件(2-1)〜(2-5)）を行なった。
条件（2-1）は、攪拌翼の段数は8段（I=d）とし、条件(2-2)は4段(I=2d)、条件(2-3)は2段(I=4d)、条件(2-4)は1段、条件(2-5)は攪拌翼無しで本培養を行った。培養終了後、培養液を採取し、培養液量あたりのアラキドン酸生成量を分析した結果、条件(2-1)：14.5g/L、条件(2-2)：8.9g/L、条件(2-3)：9.1g/L、条件(2-4)：9.1g/L、条件(2-5)：4.3g/Lであった。これらの培養条件及び結果を、図３に示す。
（アラキドン酸生産、攪拌翼増加）
次に、実施例1と同条件で種培養を行ない、本培養液量も実施例１と同じ培地組成濃度で1300L（HL/D=5.2）とし、最大通気時の絶対通気量3.4m3/minの条件で一連の本培養（条件(2-1)〜(2-5)）を行なった。
条件（2-1）は、攪拌翼の段数は8段（I=d）とし、条件(2-2)は4段(I=2d)、条件(2-3)は2段(I=4d)、条件(2-4)は1段、条件(2-5)は攪拌翼無しで本培養を行った。培養終了後、培養液を採取し、培養液量あたりのアラキドン酸生成量を分析した結果、条件(2-1)：14.5g/L、条件(2-2)：8.9g/L、条件(2-3)：9.1g/L、条件(2-4)：9.1g/L、条件(2-5)：4.3g/Lであった。これらの培養条件及び結果を、図３に示す。
条件(2-5)の結果に示されるように、攪拌翼が無くてもアラキドン酸は生成されていた。しかし、条件(2-1)〜 (2-4)の結果から明らかなように、攪拌翼を備えているほうが生成量は多かった。さらに、より好ましくは、攪拌翼間隔（I）を攪拌翼直径(d)の2倍未満にまで近づけるほうが効果的であることが見出された。
実施例３
（液中菌体と壁面付着菌体の品質比較）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。
酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製した。これに保存菌株を接種し、往復振盪100rpm、28℃の条件にて前培養を開始し、3日間培養した。
次に、酵母エキス1％、グルコース2％、大豆油0.1％、pH6.3の培地25Lを、50L容通気攪拌培養槽に調整した。これに前培養（第一段階）液を接種して、攪拌回転数200rpm、28℃、槽内圧150kPaの条件にて、７日間培養した。途中、培養液中グルコース濃度が0.5〜4.0%を維持するよう、適宜グルコース流加を行なった。
培養終了後、培養液中菌体およびヘッドスペース壁面付着菌体を各々回収し、脂肪酸組成を分析した。総脂肪酸に占めるアラキドン酸の割合は、培養液中菌体で44.0%、壁面付着菌体で37.3%であった。
（液中菌体と壁面付着菌体の品質比較）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。
酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製した。これに保存菌株を接種し、往復振盪100rpm、28℃の条件にて前培養を開始し、3日間培養した。
次に、酵母エキス1％、グルコース2％、大豆油0.1％、pH6.3の培地25Lを、50L容通気攪拌培養槽に調整した。これに前培養（第一段階）液を接種して、攪拌回転数200rpm、28℃、槽内圧150kPaの条件にて、７日間培養した。途中、培養液中グルコース濃度が0.5〜4.0%を維持するよう、適宜グルコース流加を行なった。
培養終了後、培養液中菌体およびヘッドスペース壁面付着菌体を各々回収し、脂肪酸組成を分析した。総脂肪酸に占めるアラキドン酸の割合は、培養液中菌体で44.0%、壁面付着菌体で37.3%であった。
培養槽内の全菌体に占める壁面付着菌体の割合が増えると、培養槽全体平均としてのアラキドン酸含量を低下させ、アラキドン酸含有油脂の品質に影響を及ぼすことが確認された。
実施例４
（傾斜型攪拌翼の効果）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製した。これに保存菌株を接種し、往復振盪100rpm、28℃の条件にて前培養（第一段階）を開始し、3日間培養した。
（傾斜型攪拌翼の効果）
培養する菌体として、アラキドン酸生産菌であるMortierella alpina 1S-4を用いた。酵母エキス1％、グルコース2％、pH6.3の培地100mlを500ml容マイヤーフラスコ内に調製した。これに保存菌株を接種し、往復振盪100rpm、28℃の条件にて前培養（第一段階）を開始し、3日間培養した。
次に、酵母エキス1％、グルコース2％、大豆油0.1％、pH6.3の培地25Lを50L容通気攪拌培養槽に調整した。これに前培養（第一段階）液を接種して、攪拌回転数200rpm、28℃、槽内圧150kPaの条件にて、2日間培養した（第二段階）。
本培養に用いた培養槽は、直胴部の高さ（=HT）と槽内径（=D）の比率がHT/D=8であった。攪拌翼は、垂直平羽根タービン翼（ブレード取付け角９０°）又は傾斜平羽根タービン翼（ブレード取付け角４５°）を各実験条件に応じて装備した。尚、全ての条件において、攪拌翼径（=d）は、槽内径（=D）に対して、比率がｄ/D=0.5となるものを採用した。
前記第二段階の種培養を用い、下に示す条件、並びに、培養日数（12日間）、最大通気時の絶対通気量（3.4m3/min）以外は実施例1-1と同じ条件で、一連の本培養（条件(4-1)〜(4-4)）を行なった。
条件（4-1）は、垂直平羽根タービン翼の段数を8段とし、攪拌翼間隔（=I）は攪拌翼の直径（=d）と等しくなるように装備した（I=d）。
条件（4-2）は、垂直平羽根タービン翼の段数を4段とし、攪拌翼間隔（=I）は攪拌翼の直径（=d）の2倍と等しくなるように装備した（I=2d）。条件（4-1）と同じ攪拌回転数（攪拌所要動力は条件（4-1）の約50％）で培養した。
条件（4-3）は、傾斜平羽根タービン翼の段数を4段とし、攪拌翼間隔（=I）は攪拌翼の直径（=d）の2倍と等しくなるように装備した（I=2d）。条件（4-1）と同じ攪拌所要動力で培養した。
条件（4-4）は、傾斜平羽根タービン翼の段数を4段とし、攪拌翼間隔（=I）は攪拌翼の直径（=d）の2倍と等しくなるように装備した（I=2d）。条件（4-2）と同じ攪拌所要動力（条件（4-1）及び(4-3)の約50％）で培養した。
培養終了後、培養液を採取し、培養液量あたりのアラキドン酸生成量を分析した結果、条件(4-1)：14.1g/L、条件(4-2)：9.4g/L、条件(4-3)：15.3g/L、条件(4-4)：14.8g/Lであった。これらの培養条件及び結果を図４に示す。
図４に示すように、条件（4-1）〜（4-4）の結果から、傾斜型タービン翼を備えた培養槽では、単位培養液量あたりの濃度換算で、攪拌所要動力に対するアラキドン酸生成量が、垂直平羽根タービン翼を備えた培養槽よりも高いことが明らかとなった。おそらく、傾斜タービン翼の回転によって形成された縦方向の流動が、縦長の培養槽形状との相乗効果によって優れた流動形成効果を発揮し、これがアラキドン酸生成量の増加につながったものと考えられる。
１ 通気攪拌型培養槽
２ 容器
３ 回転軸
４ 攪拌翼
５ 空気送入管
６ 投入口
７ 直胴部
８ 邪魔板
９ 液出口
１０ メカユニット
１１ モーター台
１２ モーター
１３ 減速機
１４ 上部本体鏡板
１５ 下部本体鏡板
１６ ジャケット胴板
１７ 断熱材
２ 容器
３ 回転軸
４ 攪拌翼
５ 空気送入管
６ 投入口
７ 直胴部
８ 邪魔板
９ 液出口
１０ メカユニット
１１ モーター台
１２ モーター
１３ 減速機
１４ 上部本体鏡板
１５ 下部本体鏡板
１６ ジャケット胴板
１７ 断熱材
Claims (8)
- 培養液を収容自在な縦型筒状の容器を設け、その容器内には、その軸心と同軸上に支持された回転軸と、前記培養液を攪拌するために前記回転軸に取り付けられた攪拌翼と、前記容器内に空気を送り込むための空気送入管とが備えられており、前記容器上部には、培地原料と菌体とを投入するための投入口が配設してある通気攪拌型培養槽であって、
前記容器の直胴部の高さ（ＨT）と内径（Ｄ）との比率（ＨT／Ｄ）が３.８より大きく、攪拌されている培養液中に乱流を生じさせるための邪魔板が前記容器の周壁内側に付設されている通気攪拌型培養槽。 - 前記回転軸上に、複数の前記攪拌翼がそれぞれ脱着自在に取り付けられている、請求項１に記載の通気攪拌型培養槽。
- 前記攪拌翼の間隔（Ｉ）は、前記攪拌翼の直径（ｄ）の２倍未満である、請求項２に記載の通気攪拌型培養槽。
- 前記攪拌翼が傾斜翼である請求項１に記載の通気攪拌型培養槽。
- 前記空気送入管の端部が前記容器底部に挿入されて開口しており、その空気送入管基部側は前記容器の外側に設けられなおかつその外周を断熱被覆してある、請求項１に記載の通気攪拌型培養槽。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載される通気攪拌型培養槽を使用する微生物の培養方法。
- 前記微生物が糸状菌であることを特徴とする請求項６に記載の培養方法。
- 前記糸状菌が、モルティエレラ（Mortierella）属糸状菌であることを特徴とする請求項７に記載の培養方法。
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