KR0121769B1 - 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터(19), 산 알카리용기(18) 및 배양기 탱크 본체(10)로 구성된 원통형 배양장치에 있어서, 배양기 탱크 본체내에 기어타이프 배플(12), 공기노즐(6)형 세척장치, 환형구조의 산, 알카리 투입라인(4), 환형 망사구조의 내벽성장 방지막(13), 교반을 위한 임펠러(11) 및 각종 센서로 구성되어 있음을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치에 관한 것이다.

Description

효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치

제1도는 본 발명에 따른 미생물 배양기의 전체 구성도이다.

제2도는 제1도중 배양기내에 장치된 기어 타이프 배플의 상세 구성도이다.

제3도는 제2도의 배플이 설치된 배양기내의 유선의 형태도를 나타내는 단면도이다.

제4도는 제1도중 맨홀 창 세척장치의 구성도이다.

제5도는 제1도중 산, 알카리 투입라인의 구성도이다.

제6도는 제1도중 내벽 성장 방지막의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 산, 알카리용기의 공기주입 라인 2 : 산, 알카리 투입라인

3 : 연결 접합부 4 : 산, 알카리 투입 미세라인

5 : 통공 6 : 공기노즐

7 : 공기압 조절밸브 8 : 연결 접합부

9 : 배양기 윗 뚜껑 10 : 배양기 탱크 본체

11 : 임펠러(Impeller)

12 : 기어 타이프 배플 (Gear-Type Baffle)

13 : 내벽성장 방지막

14 : 스파저(sparger) 공기주입 라인

15 : 샘플링 포트 (Sampling port) 16 : pH 혹은 DO센서

17 : 온도센서 18 : 산, 알카리 용기

19 : 모터 20 : 맨홀 창

21 : 거품 센서 22 : 스파저

본 발명은 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양기에 관한 것으로, 특히 곰팡이와 같은 균사상의 미생물 혹은 부착성 미생물의 액체배양시 일어나는 비효율적인 배양상태를 해결하기 위해 새로운 배플을 디자인하고, 맨홀 창에 부착되어 성장하는 미생물을 제거할 수 있는 공기노즐(Air nozzle)형 세척장치를 배양기내에 설치하여, 불필요한 미생물의 내벽성장을 방지할 수 있도록 산, 알카리 투입라인의 환형배치 및 내벽성장 방지막의 구성과 설치에 관한 것이다.

곰팡이류의 액체배양(Submerger culture)을 일반적인 미생물 배양기에서 행하였을 경우 균체가 성장함에 따라 배양액의 점도가 높아져 오프 세트 배플(Off-Set Baffle)이 아닌 일반적인 배플에서는 배플후면에 정체된 국부적 흐름인 에디 플로(Eddy flow)가 형성되어 효과적인 교반이 잘 이루어지지 않았다(제3도의 일반적 배플). 따라서 원활한 물질전달 및 공기공급을 위해서는 좀 더 효과적인 배플이 요구된 것이다.

또한, 배양중 균체가 튀김으로 인해 배양기 내부의 벽면, 천정, 임펠러 측, 공기 주입구 및 배양기 내부에 장착된 각종 센서(Sensor) 등에 부착 성장하여 원하지 않는 부분적 고착현상이 일어나 액체배양의 효율성을 떨어뜨리고 배양후 균체의 회수, 배양기의 세척, 유지 보수 등에 상당한 어려움이 있었다. 아울러 일반적인 큰 규모의 미생물 배양기 윗면에 설치되어 있는 관찰 맨홀 창에도 균체가 부착 성장하여 배양기 내부의 상태를 눈으로 관찰할 수 없게 되기도 하였다.

이에 본 발명의 목적은 일반적인 교반식 탱크 배양기내에 고점도 배양액의 효과적인 교반을 위해 새로운 형태의 배플(본 발명자는 이를 기어 타이프 배플(Gear-type Baffle)이라 칭함)을 장착하고, 미생물의 내벽 성장을 방지할 수 있는 망사구조의 내벽성장(Wall growth) 방지막을 설치하며, 산, 알카리 투입라인을 배양기 내벽면을 따라 환형으로 설치하여, 이 환형의 가는 라인에 수개의 작은 통공을 뚫어 다중 투입구를 만들어 배양도중 필요에 의해 산, 알카리가 투입될 때 배양기 내벽면을 세척하면서 투입되는 장치를 제공한 것이며, 또한 배양도중 관찰에 의해 맨홀 창의 세척이 가능한 공기분사식 세척장치를 도입하는 등 보다 효과적인 미생물 액체 배양장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 이러한 효과적 장치들을 기존의 일반 미생물 배양기에 비해 경제적이며 비교적 손쉬운 방법으로 사용자의 필요에 따라 선택, 적용시킬 수 있다는 점이다.

이하에서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 특징과 그 효과를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 배양장치는 종래의 배양기와 가팅 모터, 산 알카리 용기, 배양기 탱크 본체로 구성되어 있으며, 모터 구동에 의한 임펠러에 의해 탱크내 배양액이 교반된다. 이하 본 발명의 신규한 장치와 특성 등을 살펴 본다.

먼저 기어 타이프 배플(12)을 살펴보면 제1도에서 보는 바와 같이 설치 위치는 일반적인 배플과 동일하다. 배양기 내벽면에서 90도 간격으로 네곳에 설치한다. 다만 필요에 따라 여섯곳에 60도 간겨으로 설치할 수도 있다. 각 배플들의 모양은 제2도에서와 같이 일정한 간격으로 골을 가진다. 이때 하나의 배플에 이웃한 배플의 모양은 그 골이 서로 엇갈려 있다. 즉, 제2도의 (1,3) 배플의 모양과(2,4)배플의 모양은 동일하다. 이것은 마치 기어의 이가 맞물리는 형태이다. 이렇게 배플이 구성되면 배플 바로 후면에 생기는 정체흐름은 생기지 않으면서도 효과적인 교반을 할 수 있게 된다.

배양기내에 한 유선(Stream Line)의 모양을 도시한 제3도를 보면 이 현상을 쉽게 이해할 수 있다. 일반적인 배플의 경우는 그림과 같이 에디 플로가 형성되어 물질전달이 잘 이루어지지 않으나 기어 타이프 배플의 경우 이러한 정체흐름은 형성하지 않으면서도 원래의 배플의 목적에 부합하게 된다. 그 과정을 살펴보면 첫번째 배플에서 골을 통과한 한 유선은 두번째 배플의 면에 부딪히고 다음 배플에서는 다시 골을 통과하게 되는 충돌, 빠짐을 되풀이하게 된다.

제1도에서와 같이 맨홀 창의 세척장치는 배양기에 연결된 외부의 공기 공급 라인에서 공급되는 공기압으로 작동하는 공기노즐(6)이 맨홀 창에 근접하도록 설치한다. 설치위치는 제1도에서와 같이 배양기 윗 뚜껑부분을 통해 공기라인을 배관하고 이 관은 분리 접합부(8)에서 니플을 사용하여 관과 배양기 뚜껑사이에 접합부를 만들어 자유롭게 분리 접합할 수 있도록 한다. 이때 공기노즐(6)과 맨홀 창(20)의 각도는 노즐에서 발사되는 공기가 맨홀 창에 붙어있는 균체를 효과적으로 제거할 수 있도록 제4도와 같이 30도에서 45도 정도로 한다. 또한 요구되는 공기압은 3기압 이상이어야 하며 공기압 조절밸브(7)로 필요에 따라 작동될 수 있게 한다. 물론 사용되어지는 공기는 공기필터를 거친 무균 상태의 것이다. 제1도의 공기노즐(6)은 일반적인 것을 사용하면 된다.

산, 알카리 투입라인은 일반적으로 배양기 중앙에서 하나의 투입구를 사용하지만, 본 발명에서는 제1도에서와 같이 배양기 내벽을 산, 알카리 투입라인(2)을 끌어들인후, 제5도와 같이 배양기 내벽을 따라 환형으로 설치한다. 또한 투입라인 분리 접합부(3)는 공기 라인 분리 접합부(8)와 같은 방법으로 분리 접합부를 만든다. 산, 알카리 투입 미세라인(4)은 투입라인(2)에 비해 삼분의 일 정도로 가늘어야 하며, 이 가는 환형의 라인에는 작은 구멍을 벽면을 향하게 낸다. 이 환형의 라인끝은 한쪽이 막혀 있어 다소의 압력이 걸리게 된다.

이 통공의 크기와 갯수는 사용되는 배양기의 크기에 따라 달라지나 5001 배양기의 경우 통공의 지름은 0.2~0.3cm, 간격은 3~5cm 정도가 적당하다. 산, 알카리 용기에는 1번과 같이 공기압을 건다. 자동으로 산, 알카리가 공급되는 배양기의 경우 자동밸브가 열리면 공기압에 의한 산, 알카리액이 투입라인(2)으로 흐르고 미세라인(4)에서 더욱 가압된 액은 통공(5)으로 빠져나가게 된다. 통공을 빠져나온 액은 배양기 벽면을 가압된 채로 흐르게 되고, 벽면 세척과 더불어 배양기 내에 공급되게 된다. 또한 배양기 벽면은 산성 혹은 알카리 환경이 되므로 일반적인 미생물이 성장하기에는 바람직하지 않게 되고, pH에 의한 벽면 성장 저해 효과도 있다.

미생물의 내벽성장을 방지하는 또 다른 방법으로는 제1도의 내벽성장 방지막(13) 또는 제6도와 같이 배양기 내벽에 망사구조를 갖는 방지막을 설치하는 것이다. 이 방지막은 스텐레스 재질의 철망이나 혹은 가열, 가압살균이 가능한 고분자 재질로 된 망사를 환형으로 잘러 배플위에 혹은 배양기 내벽에 설치고리를 만들어 장착한다. 환형띠의 너비는 배양기 반지름의 1/4배 정도가 적당하나 필요에 따라 늘리거나 줄일 수 있다.이 망의 구멍크기는 5001의 경우, 지름 1~3cm 정도가 적당하나 배양하는 미생물의 균사생성 정도에 따라 달라질 수 있다. 배양액 윗면으로부터 튀긴 미생물은 이 망상에 걸려 벽면 혹은 천정에 닿지 않게 된다. 배양이 진행됨에 따라 이 방지막에 서서히 미생물이 부착 성장되게 되나 일부는 배양기 내로 다시 떨어지기도 한다. 곰팡이의 경우 배양이 진행될수록 이 방지막 윗부분에 균사막이 형성되어 확실히 균체가 벽면 혹은 천정으로 튀기는 것을 방지할 수 있다. 배양기 끝난 후 이 방지막은 분리수거하여 따로 세척하면 된다.

상기와 같은 본 발명은 곰팡이류의 액체 배양시 발생되는 불완전한 교반, 내벽성장 및 맨홀 창의 균체가림 문제 등을 해결할 수 있으며 이를 통해 액체배양의 효율을 증대시킨다. 또한, 배양후 배양기의 세척 및 유지보수를 용이하게 한다. 이 발명에서 제시한 여러 방법들은 미생물 배양목적에 따라 적절히 선택적으로 사용되어질 수 있으며 기존의 미생물 배양기에도 쉽게 적용되어질 수 있다.

Claims (5)

1. 모터(19), 산 알카리용기(18) 및 배양기 탱크 본체(10)로 구성된 원통형 배양장치에 있어서, 배양기 탱크 본체내에 기어타이프 배플(12), 공기노즐(6)형 세척장치, 환형구조의 산, 알카리 투입라인(4), 환형 망사 구조의 내벽성장방지막(13), 교반을 위한 임펠러(11) 및 각종 센서로 구성되어 있음을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치.
2. 제1항에 있어서, 기어타이프 배플(12)은 일반적인 배플에 일정 간격의 골을 만들고 이웃한 배플은 골이 엇갈리는 형태로 설치하여 효과적인 교반을 행함을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치.
3. 제1항에 있어서, 공기노즐(6)형 세척장치는 공기압 조절밸브(7)를 이용하여 압축된 공기압을 이용하여 맨홀 창을 세척함을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치.
4. 제1항에 있어서, 환형구조의 산, 알카리 투입라인(4)은 산, 알카리 투입을 위한 다수의 통공(5)을 통해 세척과 pH조절 효과로 미생물의 내벽성장을 저해함을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치.
5. 제1항에 있어서, 내벽성장 방지막(13)은 스텐레스 재질의 철망 또는 고분자 재질로 된 망사를 환형으로 만들어 배양기의 내벽 설치고리에 장착함을 특징으로 하는 효과적인 액체배양을 위한 미생물 배양장치.