(57)【要約】【課題】純粋培養でなくても真菌を優先的に培養できるようにする。【解決手段】培養槽１０内に、鉛直方向に間隔をおいた複数の棚２０を水平方向に位置をずらして配置し、培養槽１０の底部に配置した気泡発生器３０により培養槽１０の培養液１１中に発生させた気泡３１を、最下段の棚２０の下方に開放された凹部２１内に浮上進入させ、気体３２として滞留させる。また、凹部２１から溢れた気体３２を、気泡３１として培養液１１中を浮上させ、上方の隣り合う棚２０の凹部２１に進入させる。これにより、各棚２０の凹部２１内に形成された液面１２の下で、攪拌されず滞留した培養液１０に酸素欠乏状態を発生させ、糸状の菌糸を有する真菌を優先的に培養させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養槽に充填された培養液中の微生物に酸素を供給する装置であって、
前記培養槽の鉛直方向下部において、酸素を含む気泡を前記培養液中に発生させる気泡発生器と、
前記気泡発生器よりも鉛直方向上方の培養液中に配置された複数の棚とを備えており、
前記複数の棚は、鉛直方向に間隔をおいて配置されていると共に、鉛直方向において隣り合う２つの棚が水平方向において一部重なるように配置されており、
前記各棚には、鉛直方向下方に開放された開口部から内部に進入した前記気泡が気体として滞留する凹部がそれぞれ形成されている、
ことを特徴とする微生物用酸素供給装置。
【請求項２】
前記棚の前記開口部よりも鉛直方向上方の箇所に形成され、前記凹部内の気体を、鉛直方向上方の隣り合う棚の前記凹部に向けて前記培養液中を浮上する気泡として、前記凹部の外部に導出させる連通部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の微生物用酸素供給装置。
【請求項３】
前記微生物が真菌であることを特徴とする請求項１又は２記載の微生物用酸素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養装置やバイオリアクター等の、微生物に対して酸素を供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カビやキノコ等の真菌は、例えば、木質性バイオマスのリグニンの分解や放射性物質の除染に優れた効果を有している。そのため、有価物生産や環境浄化に有用な微生物として真菌の活用が進められている。
【０００３】
ところで、一般に微生物を高速で増やそうとする際には、水中の微生物細胞に対して酸素を豊富に供給するために液体培養が多く用いられる。この液体培養では、培養や処理が進行しないデッドスペースの発生を防ぐために、曝気しながら培養液を攪拌することが多い。
【０００４】
しかし、真菌は菌体細胞が糸状であるので、培養液の攪拌によってペレット状に絡まってしまったり、攪拌により生じるせん断力によって菌体細胞に損傷を受けてしまう場合がある。このため、攪拌に代えて、メッシュを通過した気泡によりドラフト管の内部で菌体を曝気させる提案も行われている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２５３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した提案でも弱いとはいえ培養液が攪拌される。培養液の撹拌は、水の動きによって酸素や栄養分を獲得するバクテリア（細菌）に有利に働き、その結果、もともと真菌よりも増殖速度の大きいバクテリアが真菌よりも増えてしまう。そこで、バクテリアの増殖を抑えるため、真菌を純粋培養とせざるを得ず、外部からのバクテリア混入を防ぐ設備が必要となってコストアップの原因となる。
【０００７】
したがって、低コストで真菌を培養するためには、バクテリアに対して真菌が有利になるような条件を見出す必要がある。真菌の特徴としては、細胞の形態が糸状であることから、水の動き（撹拌）がなくても菌糸を伸ばすことによって酸素や栄養分を吸収できるという点が挙げられる。
【０００８】
即ち、実質的な攪拌状態を培養液に発生させることなく培養液中の微生物に酸素を供給することは、例えば上述したように、純粋培養でなくても真菌を優先的に培養できるようにする場合等に極めて有効な技術となり得る。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、実質的な攪拌状態を培養液に発生させることなく培養液中の微生物に酸素を供給することができる酸素供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の微生物用酸素供給装置は、
培養槽に充填された培養液中の微生物に酸素を供給する装置であって、
前記培養槽の鉛直方向下部において、酸素を含む気泡を前記培養液中に発生させる気泡発生器と、
前記気泡発生器よりも鉛直方向上方の培養液中に配置された複数の棚とを備えており、
前記複数の棚は、鉛直方向に間隔をおいて配置されていると共に、鉛直方向において隣り合う２つの棚が水平方向において一部重なるように配置されており、
前記各棚には、鉛直方向下方に開放された開口部から内部に進入した前記気泡が気体として滞留する凹部がそれぞれ形成されている、
ものとした。
【００１１】
本発明の微生物用酸素供給装置によれば、気泡発生器からの気泡は培養槽の鉛直方向下部から培養液内を上方に浮上する。浮上した気泡は各棚の開口から凹部内に進入し気体として滞留する。また、滞留した気体が凹部内に充満すると、それ以降に凹部内に侵入する気泡は凹部から溢れてその棚よりも上方に培養液内を浮上する。
【００１２】
各棚とその上方の隣り合う棚とは水平方向において一部重なるように配置されているので、両棚の位置は水平方向においてずれている。したがって、ある棚の凹部から溢れて上方に浮上した気泡は、その気泡の浮上経路上に開口が位置する上方の他の棚の開口から凹部内に進入する。
【００１３】
このようにして、気泡発生器からの気泡が各棚の凹部にそれぞれ進入し気体として滞留すると、凹部内の気体と培養液との境界部分（培養液の液面）において、ほとんど撹拌をせず酸素が供給できる水面が形成される。このような水面の形成は、菌糸を伸ばすことによって酸素や栄養分を吸収できる特徴を有する真菌に有利に働く。水面は、培養液中に配置された複数の棚の凹部においてそれぞれ形成され、多数の水面が培養槽中に形成されることになる。したがって、これら多数の水面を利用して、多くの真菌を繁殖させられる。
【００１４】
また、微生物が消費した酸素は、気泡発生器からの気泡によって各棚の凹部の水面に補給される。よって、培養液中の真菌を始めとする微生物に、培養液を攪拌することなく酸素乃至それを含む空気を供給し、純粋培養でなくても真菌を優先的に培養することができる。
【００１５】
なお、本発明の微生物用酸素供給装置において、前記棚の前記開口部よりも鉛直方向上方の箇所に形成され、前記凹部内の気体を、鉛直方向上方の隣り合う棚の前記凹部に向けて前記培養液中を浮上する気泡として、前記凹部の外部に導出させる連通部をさらに備えるようにしてもよい。
【００１６】
そのようにした本発明の微生物用酸素供給装置によれば、棚に形成された連通部が開口部よりも鉛直方向上方に位置する。このため、気体と培養液との境界部分（培養液の液面）が連通部よりも低くなるまで凹部内に気体が滞留すると、凹部内の空気が連通部から積極的に棚の外側に溢れ、培養液内を気泡が上方に浮上する。つまり、各棚の気泡が浮上する位置が不規則とならず連通部に一元化されるようになる。
【００１７】
したがって、上方の隣り合う棚の凹部を連通部の鉛直方向直上に配置することで、下方の棚から浮上した気泡を効率よく上方の棚の凹部内に進入させ、空気として滞留させることができる。
【００１８】
また、本発明の微生物用酸素供給装置において、前記微生物は真菌であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、培養液中の真菌を始めとする微生物に、培養液を攪拌することなく酸素乃至それを含む空気を、培養液の全体に亘って効率よく適切に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る微生物用酸素供給装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の棚の側板に形成される凹溝と上方の隣り合う他の棚の凹部との位置関係を示す要部拡大断面図である。
【図３】図１の棚の側板に形成される貫通孔と上方の隣り合う他の棚の凹部との位置関係を示す要部拡大断面図である。
【図４】図１の培養装置に対する比較例の培養装置におけるデッドスペースの位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る真菌の培養装置の概略構成を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の培養装置１は、真菌の液体培地とする培養液１１を充填した筒状の培養槽１０の内部に、複数の棚２０，２０，…と気泡発生器（スパージャー）３０とを収容して構成されている。なお、培養槽１０の鉛直方向上部には排気口１３が形成されている。
【００２３】
複数の棚２０，２０，…は、鉛直方向に間隔をおいて配置されていると共に、鉛直方向において隣り合う２つの棚２０，２０が水平方向において一部重なるように配置されている。これにより、培養槽１０内の全体に亘って複数の棚２０，２０，…が分散して配置されている。各棚２０は凹部２１をそれぞれ有しており、凹部２１の開口部２２は鉛直方向下方に向けて開放されている。
【００２４】
また、各棚２０は、１つの側板２３を培養槽１０の内壁に当接させており、その側板２３と水平方向に対向する各棚２０の他の側板２４には、図２に示すように、開口部２２側から鉛直方向上方に向けて、凹部２１の深さよりも浅い深さで、凹部２１と棚２０の外側とを連通させる凹溝２５が形成されている。凹溝２５の上方には、上方の隣り合う棚２０の開口部２２が臨んでいる。
【００２５】
図１に示すように、気泡発生器３０は、培養液１１中に酸素を含む微細な気泡３１を噴出する従来公知のもので、最下段の棚２０の開口部２２の鉛直方向下方に位置するように、培養槽１０の底部付近（鉛直方向下部）に配置されている。
【００２６】
気泡発生器３０からの気泡３１は、最下段の棚２０の開口部２２から凹部２１の内部に進入し、気体３２として滞留して凹部２１内の培養液１１の液面１２（水面）を開口部２２側に押し下げる。この液面１２（気体３２と培養液１１との境界部分）において、培養液１１中の微生物（図示せず）が、気体３２中の酸素の供給を受けて培養される。
【００２７】
また、気泡発生器３０からの気泡３１の供給量が、液面１２において培養される微生物による酸素の消費量を上回っていると、やがて、培養液１１の液面１２が棚２０の凹溝２５の上端まで低下する。そして、その後も気泡３１が凹部２１内に進入すると、凹部２１から溢れた気体３２が凹溝２５から棚２０の外側（凹部２１の外部）に導出され、気泡３１となって培養液１１中を浮上する。浮上した気泡３１は、鉛直方向上方の隣り合う棚２０である下から２段目の棚２０の、開口部２２から凹部２１の内部に進入する。
【００２８】
したがって、下から２段目の棚２０においても、最下段の棚２０と同様に、凹部２１内に気体３２が滞留し、凹部２１内の培養液１１の液面１２において、培養液１１中の微生物（図示せず）が、気体３２中の酸素の供給を受けて培養される。また、凹部２１から溢れた気体３２が凹溝２５から棚２０の外側に導出され、気泡３１となって培養液１１中を浮上する。浮上した気泡３１は、鉛直方向上方の隣り合う棚２０である下から３段目の棚２０の、開口部２２から凹部２１の内部に進入する。
【００２９】
このような動作が培養槽１０の鉛直方向下方の棚２０から鉛直方向上方の棚２０へと連鎖的に発生することで、各段の棚２０の凹部２１内に気泡３１が順次進入して気体３２が滞留し、凹部２１内の培養液１１の液面１２において微生物が培養される。
【００３０】
そして、本実施形態の培養装置１によれば、各棚２０の凹部２１内に気体３２が滞留して、培養液１１中の微生物が培養される液面１２が形成される。このような液面１２の下では、培養液１１に実質的な攪拌状態が発生しないことから、酸素が供給不足により欠乏し、好気性細菌が優先的に繁殖することが困難な環境となる。
【００３１】
即ち、酸素が欠乏する液面１２が各凹部２１内に形成されるということは、菌糸を伸ばすことによって酸素や栄養分を吸収できる特徴を有する真菌にとって有利に働く。したがって、各凹部２１内の液面１２を利用して、純粋培養でなくてもバクテリア（細菌）よりも優先して多くの真菌を繁殖させることができる。
【００３２】
また、各棚２０の凹部２１内の微生物に対する酸素供給は、培養槽１０内の培養液１１中で気泡３１を浮上させて凹部２１内に進入させればよく、培養した微生物は培養液１１を培養槽１０の底部からドレンを用いて引き抜けば回収できる。このため、各棚２０を鉛直方向に互いに接近して配置することができ、培養槽１０の小型化を図ることができる。
【００３３】
さらに、本実施形態の培養装置１によれば、培養槽１０の鉛直方向下方から鉛直方向上方へと順次、各棚２０の凹部２１から溢れた気泡３１が鉛直方向上方の隣り合う棚２０の凹部２１に供給されるので、培養液１１を攪拌しなくても、培養槽１０の全体に分散して配置した各棚２０の凹部２１に、気泡発生器３０からの気泡３１を満遍なく適切に供給することができる。
【００３４】
また、培養槽１０の培養液１１を攪拌しなくても各棚２０の凹部２１に気泡３１を適切に供給できるので、培養する微生物がカビやキノコ等の糸状に繁殖する真菌である場合でも、ペレット状に絡まらせることなく適切に培養することができる。
【００３５】
なお、各棚２０の側板２４に連通部として形成するのは、図３に示すような、側板２４を貫通する貫通孔２６であってもよい。ちなみに、図２の凹溝２５や図３の貫通孔２６を側板２４に形成しなければ、棚２０の凹部２１から溢れる気体３２が開口部２２の不規則な箇所から棚２０の外側に導出されるので、気泡３１となって浮上した際に、鉛直方向上方の隣り合う棚２０の凹部２１内に必ずしも進入するとは限らなくなる。
【００３６】
しかし、鉛直方向上方の隣り合う棚２０の下方に位置する棚２０の側板２４に、図２の凹溝２５や図３の貫通孔２６を形成することで、凹部２１の外側に溢れた気体３２を凹溝２５や貫通孔２６から棚２０の外部に導出し、培養液１１中を浮上させることができる。これにより、浮上する気泡３１を効率よく鉛直方向上方の隣り合う棚２０の開口部２２から凹部２１内に進入させて、気体３２として滞留させることができる。
【００３７】
ちなみに、図２の凹溝２５や図３の貫通孔２６のような連通部を棚２０に形成する箇所は、凹部２１の開口部２２よりも上方に位置し、凹部２１内の気体３２が滞留する部分に連通する箇所であればよい。例えば、棚２０の天板に図３の貫通孔２６のような連通部を形成してもよい。
【００３８】
また、気泡発生器３０からの（又は下方の隣り合う棚２０から溢れて浮上した）気泡３１の供給量は、凹部２１内の培養液１１の液面１２において培養される微生物による酸素の消費量と、連通部から溢れる気体３２の量との合計を下回らないようにすることが望ましい。これは、凹部２１内に気体３２を常時滞留させるためである。そこで、図２の凹溝２５や図３の貫通孔２６のような連通部の形状（溝の深さ、孔の径等）を、上述した点を考慮して決定することが望ましい。
【００３９】
さらに、本実施形態では、各棚２０，２０，…を図１中の左右方向に位置をずらして配置するものとした。しかし、図１中の奥行き方向に位置をずらす等、水平面内に存在するいずれかの方向であれば、図１中の左右方向以外の方向に各棚２０，２０，…の位置をずらすようにしてもよい。また、各棚２０，２０，…の位置をずらす方向を順次変えて螺旋の回廊状に配置してもよい。
【００４０】
また、本実施形態の培養装置１によれば、鉛直方向に間隔をおいた複数の棚２０を水平方向に位置をずらして配置し、最下段の棚２０からそれよりも上段の各棚２０に順次気泡３１を浮上させるので、気泡３１の移動に沿った流れが培養液１１中に発生する。したがって、各棚２０の凹部２１内を除いて、培養槽１０の内部で培養液１１が澱んで滞留する場所が発生するのを抑制することができる。
【００４１】
例えば、図４に示す比較例の培養装置１０１のように、培養槽１１０の底部の気泡発生器１３０で発生させた気泡１３１を培養液１１１中で浮上させる場合、浮上する気泡１３１によって培養液１１１中に、気泡発生器１３０からその直上に向かう流れが生じる。この流れは、培養液１１１の液面１１２付近でＵターンし、培養槽１１０の内壁に沿って下降する。
【００４２】
このような培養液１１１の流れが生じた培養槽１１０内では、培養槽１１０の底隅部に培養液１１１の流れが生じにくく、培養槽１１０の内壁に沿って下降する培養液１１１の流れに乗った微生物（真菌や細菌等）が、培養槽１１０の底隅部１１３に沈降し堆積しやすくなる。このように堆積した微生物には酸素供給が促進されないので、培養装置１０１としては、培養が適切に行われないデッドスペース１０２が生じることになってしまう。
【００４３】
しかし、図１に示す本実施形態の培養装置１では、鉛直方向に間隔をおき水平方向に位置をずらして配置した各棚２０の凹部２１を経て気泡３１が培養槽１０の培養液１１中を浮上移動し、それに沿った培養液１１のジグザグ状の流れが培養槽１０内に生じる。したがって、培養液１１を攪拌しなくても培養槽１０内を満遍なく移動する培養液１１の流れを形成することができ、図４に示す比較例の培養装置１０１のようなデッドスペース１０２が生じるのを防止することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、本発明の微生物用酸素供給装置を培養装置に適用した場合について説明したが、本発明は、例えば、木質系バイオマスの分解や放射性物質の吸着除去（除染）を行うバイオリアクターにおいて微生物に酸素を供給する場合にも適用可能である。バイオリアクターとして本発明を利用する場合は、例えば、培養液１１に処理対象のバイオマスや除染対象の処理物質を混在させればよい。
【００４５】
また、本実施形態では、培養槽１０で真菌を培養する場合に本発明の微生物用酸素供給装置を適用した場合のメリットについて詳説したが、本発明は、実質的な攪拌状態を培養液に発生させることなく培養液中の微生物に酸素を供給する際に広く適用可能である。即ち、本発明の微生物用酸素供給装置を適用して酸素を供給する培養装置で培養する微生物は真菌に限られる訳ではない。よって、細菌等の他の微生物の培養に用いる培養装置に対する酸素の供給にも、本発明の微生物用酸素供給装置を適用することは当然可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０１  培養装置
１０，１１０  培養槽
１１，１１１  培養液
１２，１１２  液面
１１３  底隅部
１３  排気口
２０  棚
２１  凹部
２２  開口部
２３，２４  側板
２５  凹溝
２６  貫通孔
３０，１３０  気泡発生器
３１，１３１  気泡
３２  気体
１０２  デッドスペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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