(57)【要約】【課題】培養槽内に菌塊が形成されることを抑制し、培養槽の内部を洗浄することが容易な培養装置及び培養方法を提供する。【解決手段】培養装置１０は、消泡剤が添加された培養液１２を収容する培養槽１４と、培養槽１４内で培養液１２を撹拌する撹拌翼１８と、培養液１２中に空気又は酸素を供給する通気手段１９と、培養槽１４内から培養液１２を排出可能な排出管２４とを備える。培養液１２に添加する消泡剤は培養液１２が菌体によって過剰に消費されないよう、培養液１２に対する添加割合を調整する。撹拌翼１８は、菌体が消費することによって培養液１２の体積が減少しても、培養液１２から露出しない位置に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液中で菌体を培養する培養装置であって、
前記培養液を収容する培養槽と、
前記培養槽内で前記培養液を撹拌する撹拌翼と、
前記培養槽内の底部近傍に配置され、前記培養液中に空気又は酸素を供給する通気手段と、
前記培養槽から培養液を排出可能な排出管と、を備え、
前記培養槽は、消泡剤が添加された前記培養液を収容するとともに、
前記撹拌翼は、前記菌体が消費することによって前記培養液の体積が減少しても、該培養液から露出しない位置に配置されることを特徴とする培養装置。
【請求項２】
請求項１記載の培養装置において、
前記培養槽内の底面から、前記菌体に消費される前の前記培養液の液面までの距離を１００％とするとき、前記撹拌翼は、前記底面から６０〜７０％の位置に配置されることを特徴とする培養装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の培養装置において、
前記消泡剤は、ポリオキシアルキレンエーテルであり、前記培養液に対して０．４〜０．６体積％となるように添加されることを特徴とする培養装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の培養装置において、
前記培養液に発生する泡に気体を吹き付けて消泡する消泡手段、又は前記泡を吸引除去する吸引手段との少なくともいずれか一方をさらに備えることを特徴とする培養装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の培養装置において、
前記菌体は、糸状菌であることを特徴とする培養装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の培養装置において、
培養した前記菌体及びその生成物を抜き出した後に前記培養液を前記培養槽から排出した後の前記培養槽に次亜塩素酸溶液を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする培養装置。
【請求項７】
培養槽に収容した培養液中で菌体を培養する培養方法であって、
前記培養液に消泡剤を添加する工程と、
前記消泡剤が添加された前記培養液に対して撹拌及び通気を行う工程と、
を有し、
前記培養液の撹拌は、撹拌翼を用い、且つ前記菌体が消費することによって前記培養液の体積が減少しても、前記培養液から露出しない位置に前記撹拌翼を配置して行うことを特徴とする培養方法。
【請求項８】
請求項７記載の培養方法において、
前記培養液の撹拌は、前記培養槽内の底面から、前記菌体に消費される前の前記培養液の液面までの距離を１００％とするとき、前記底面から６０〜７０％の位置に前記撹拌翼を配置して行うことを特徴とする培養方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の培養方法において、
前記消泡剤として、ポリオキシアルキレンエーテルを、前記培養液に対して０．４〜０．６体積％となるように添加することを特徴とする培養方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の培養方法において、
前記培養液に発生する泡に気体を吹き付けて消泡する工程、及び前記泡を吸引除去する工程の少なくともいずれか一方をさらに有することを特徴とする培養方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の培養方法において、
前記菌体として糸状菌を培養することを特徴とする培養方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の培養方法において、
培養した前記菌体及びその生成物を抜き出した後に前記培養液を前記培養槽から排出する工程と、
前記培養槽に次亜塩素酸溶液を供給する工程と、
前記培養槽から前記次亜塩素酸溶液を排出する工程と、
をさらに有することを特徴とする培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養装置及び培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
糸状菌等の菌体を含む培養液を収容する培養槽と、培養槽の内部で回転することで、培養液を撹拌する撹拌翼と、培養液中に空気を送り込む通気ブロワとを備える培養装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように培養液に対して、撹拌及び通気を行うことで、菌体に培養液中の酸素と養分を良好に接触させることができるため、菌体を培養することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６６７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の培養装置では、培養液に対して、撹拌及び通気を行う際に、菌体を含んだ培養液の飛沫が培養槽の内壁等に付着し易い。これによって、培養液から露出した菌体には、十分な空気（酸素）が供給されるようになる。この際、培養液の表面に泡が生じていると、該泡を介して培養槽の内壁等に付着した菌体に養分が供給される。その結果、好気性の菌体は、急激に成長し、内壁等に菌塊を形成する場合がある。ここで、菌塊とは、異常繁殖した糸状菌等の凝塊である。これらの菌塊は培養液の外部に露出するため撹拌翼が回転しても剪断されることなく、大きく成長する。
【０００５】
また、培養液中で菌体が培養されて増殖すると、菌体が消費する培養液の量も多くなる。すなわち、培養液の体積が減少するため、培養槽内の底面から培養液の液面までの高さ（液位）が低下する。これによって、撹拌翼等が培養液の外部に露出すると、該撹拌翼等に付着した菌体も培養液の外部に露出することになるため、十分な酸素が供給されるようになる。この際、撹拌翼に付着した菌体には培養液の液面から養分が供給される。そして、さらに培養液の液位が下がると、培養液の表面に生じた泡を介して養分が供給される。従って、培養液の液面が低下すること等によって、撹拌翼が培養液から露出すると、撹拌翼の表面上で、菌体が急激に成長して菌塊を形成する場合がある。これらの菌塊は撹拌翼等に付着しているため、該撹拌翼が回転しても剪断されることなく、大きく成長する。
【０００６】
このように成長した菌塊が排出管径よりも大きくなると、該菌塊を排出管から排出することが困難になる。また、菌塊の一部は培養槽の内壁や撹拌翼等の表面に対して強固に付着しており、剥離することが困難である。従って、これらの場合、培養槽の内部から菌塊を除去すること、すなわち、培養槽の内部を洗浄することが容易ではない。
【０００７】
特に、大量の菌体を培養するべく培養槽を大型化するほど、該培養槽の内部に形成される菌塊の大きさも大きくなり、培養槽の内部から菌塊を除去することが困難になる懸念がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、培養槽内の内壁や撹拌翼等に菌塊が形成されることを抑制でき、培養槽の内部を洗浄することが容易な培養装置及び培養方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らの鋭意検討によれば、上記の通り、培養槽や撹拌翼等に付着した菌体は、培養液の外部に露出することで十分な酸素が供給されることに加え、培養液の表面に生じた泡を介して養分が供給されているとの知見が得られた。この泡を介した養分の供給によって、菌体の急激な成長が可能になり、培養槽内に菌塊が形成され易くなると推察し、本発明者らは、さらなる鋭意検討を行って本発明をした。
【００１０】
すなわち、本発明は、培養液中で菌体を培養する培養装置であって、
前記培養液を収容する培養槽と、
前記培養槽内で前記培養液を撹拌する撹拌翼と、
前記培養槽内の底部近傍に配置され、前記培養液中に空気又は酸素を供給する通気手段と、
前記培養槽から培養液を排出可能な排出管と、を備え、
前記培養槽は、消泡剤が添加された前記培養液を収容するとともに、
前記撹拌翼は、前記菌体が消費することによって前記培養液の体積が減少しても、該培養液から露出しない位置に配置されることを特徴とする。
【００１１】
この培養装置では、消泡剤が添加された培養液に対して、通気手段によって空気又は酸素を供給しつつ、撹拌翼によって撹拌を行うため、培養液の表面等に泡が発生することを抑制できる。すなわち、培養槽の内壁に付着した培養液の飛沫等に含まれる菌体が、培養液の外部に露出することで、十分な酸素が供給されるようになっても、該菌体に泡を介して養分が供給されることを抑制できる。
【００１２】
また、培養液が菌体に消費されても、撹拌翼が培養液の外部に露出しない位置に配置されている。このため、菌体の培養中に、撹拌翼とともに該撹拌翼の表面に付着した菌体が培養液から露出することを回避できる。
【００１３】
従って、培養槽の内壁や撹拌翼の表面等において、菌体が急激に成長して菌塊を形成することを効果的に抑制でき、培養槽から培養液を排出するための排出管等から菌塊を排出できなくなる懸念を十分に払拭できる。つまり、培養槽の内部を容易に洗浄することが可能であり、取り扱いやメンテナンスが容易な培養装置を提供することが可能になる。これは、大型の培養槽を用いて大量の菌体を培養する培養装置において特に有意義である。
【００１４】
前記培養装置において、前記培養槽内の底面から、前記菌体に消費される前の前記培養液の液面までの距離を１００％とするとき、前記撹拌翼は、前記底面から６０〜７０％の位置に配置されることが好ましい。すなわち、培養液が菌体に消費される前、換言すると、菌体の培養を開始する前の培養液の液位（初期液位）に対する、撹拌翼の培養槽内の底面からの位置が上記の範囲となることが好ましい。
【００１５】
撹拌翼の上記位置を６０〜７０％よりも小さくして、撹拌翼を培養槽内の底面側に近づけると、培養液から撹拌翼が露出することを回避し易くなるが、効果的な撹拌が困難になってしまう。
【００１６】
一方、撹拌翼の上記位置を６０〜７０％よりも大きくして、撹拌翼を培養槽内の液面側に近づけても効果的な撹拌が困難となるし、また、菌体の培養中に培養液の液位が低下した際等に、撹拌翼が培養液から露出し易くなってしまう。
【００１７】
また、前記消泡剤は、ポリオキシアルキレンエーテルであり、前記培養液に対して０．４〜０．６体積％となるように添加されることが好ましい。培養液に対する消泡剤の添加量（割合）は、消泡効果や、菌体の培養液消費量、菌体の酵素生産量に影響する。つまり、消泡剤の割合が大きくなると、培養液に対する消泡効果が大きくなり、且つ菌体の増殖が抑えられ、酵素生産量が減少する傾向にある。なお、菌体の酵素生産量は、培養液を消費して増殖した菌体が酵素を生産することで増大する。このため、消泡剤の割合を調整して、消泡効果と、菌体の培養液消費量、酵素生産量との均衡を適切に図ることによって、泡の発生を十分に抑制しつつ、撹拌翼が露出するような培養液の体積の減少（液位の低下）を抑制し、且つ菌体の酵素生産量を十分に得ることが可能になる。
【００１８】
具体的には、培養液に対する消泡剤の割合を０．４体積％以上とすることで、培養液の表面等に泡が発生することを十分に抑制できる。また、培養液が菌体によって過剰に消費されて、培養液の液位が急激に低下すること、すなわち、菌体の培養中に撹拌翼が露出することを十分に抑制できる。特に、上記の通り、初期液位に対して６０〜７０％の位置に配置した撹拌翼について、効果的に培養液から露出することを回避できるようになる。一方、培養液に対する消泡剤の割合を０．６体積％以下とすることで、培養液中の菌体を十分に増殖させて、目標とする酵素生産量を達成することが可能になる。
【００１９】
従って、撹拌翼の上記位置を６０〜７０％に設定し、且つ消泡剤の割合を０．４体積％から０．６体積％とすることで、効果的に培養液を撹拌しつつ、撹拌翼が培養液から露出することを回避できる。その結果、菌体を効果的に培養しつつ、撹拌翼に菌塊が形成されることを抑制することが可能になる。
【００２０】
上記のように消泡剤の割合が調製された培養液を収容する培養槽では、該培養槽の内壁に付着した飛沫等に含まれる菌体が培養液の外部に露出しても、該菌体に泡を介して養分が供給されることが抑制されている。また、撹拌翼がその表面に付着した菌体とともに培養液の外部に露出することが回避されている。これらによって、培養槽内で菌塊が形成されることを一層効果的に抑制することができる。さらに、このように培養液に消泡剤を添加して菌塊の形成を抑制しても、菌体を効率よく培養することができ、菌体の酵素生産量を十分に得ることが可能になる。
【００２１】
前記培養装置において、前記培養液に発生する泡に気体を吹き付けて消泡する消泡手段、及び前記泡を吸引除去する吸引手段の少なくともいずれか一方をさらに備えることが好ましい。これによって、培養液の表面等に泡が発生した場合であっても、該泡を良好に除去することができる。従って、培養液から露出した菌体に対して、泡を介して養分が供給されることを一層効果的に抑制できるため、菌塊が形成されることを良好に回避できる。
【００２２】
前記培養装置は、前記菌体として糸状菌を培養する場合に、より好適に適用することができる。糸状菌は、所定の条件下で急激に成長して菌塊を形成し易く、培養槽の排出管から排出するのが困難となる。また、培養槽や撹拌翼の表面等に形成された場合、該表面から菌塊を剥離することが困難である。本発明に係る培養装置では、上記のような糸状菌を培養する場合であっても、菌塊が形成されることを効果的に回避することができ、且つ該糸状菌を効率よく培養することが可能である。
【００２３】
前記培養装置は、前記培養液を排出した後の前記培養槽に次亜塩素酸溶液を供給する供給手段をさらに備えることが好ましい。この培養装置では、上記の通り、培養槽の内部に菌塊が形成されることが回避されている。このため、たとえ、培養槽内に菌体の集合体が形成されたとしてもそれは綿状や膜状であり、該菌体の集合体は次亜塩素酸溶液への浸けこみとその後の撹拌翼による撹拌によって容易に分解することができる。分解された菌体は次亜塩素酸溶液とともに排出管を介して培養槽から容易に排出可能である。従って、培養槽の内部を容易に洗浄することができる。
【００２４】
また、本発明は、培養槽に収容した培養液中で菌体を培養する培養方法であって、
前記培養液に消泡剤を添加する工程と、
前記消泡剤が添加された前記培養液に対して撹拌及び通気を行う工程と、
を有し、
前記培養液の撹拌は、撹拌翼を用い、且つ前記菌体が消費することによって前記培養液の体積が減少しても、前記培養液から露出しない位置に前記撹拌翼を配置して行うことを特徴とする。
【００２５】
この培養方法では、消泡剤を添加した培養液に対して、空気又は酸素を送って通気を行いつつ、撹拌翼を用いて撹拌を行う。このため、消泡剤の作用によって培養液の表面等に泡が発生することを抑制できる。その結果、培養槽の内壁に付着した培養液の飛沫等に含まれる菌体が、培養液の外部に露出し、十分な酸素が供給されるようになったとしても、該菌体に泡を介して養分が供給されることを抑制できる。また、培養液が菌体に消費されることで、培養液の液位が低下しても、培養液の外部に露出しない位置に撹拌翼を配置している。これによって、撹拌翼の表面に付着した菌体が、培養液の外部に露出することを回避できる。
【００２６】
従って、培養槽の内部において、培養槽の内壁や撹拌翼の表面に付着した菌体が急激に成長して、菌塊を形成することを効果的に抑制できる。このため、培養槽から培養液を排出するための排出管等から菌塊を排出できなくなる懸念を十分に払拭でき、培養槽の内部を容易に洗浄することが可能になる。
【００２７】
前記培養液を撹拌する際、前記培養槽内の底面から、前記菌体に消費される前の前記培養液の液面までの距離を１００％とするとき、前記底面から６０〜７０％の位置に前記撹拌翼を配置することが好ましい。この場合、効果的な培養液の撹拌ができ、菌体を良好に培養することができる。
【００２８】
前記撹拌翼の上記位置を６０〜７０％に設定し、且つ、培養液に添加する前記消泡剤としては、ポリオキシアルキレンエーテルを、前記培養液に対して０．４〜０．６体積％となるように添加することが好ましい。この場合、泡の発生を十分に抑制できるとともに、撹拌翼が露出するような培養液の液位の低下を回避することができる。従って、培養槽内で菌塊が形成されることを抑制できる。また、このように培養液に消泡剤を添加して菌塊の形成を抑制しても、効果的な菌体の培養ができる。
【００２９】
前記培養方法において、前記培養液に発生する泡に気体を吹き付けて消泡する工程及び前記泡を吸引除去する工程の少なくともいずれか一方をさらに有することが好ましい。これによって、培養液の表面に泡が発生した場合であっても、該泡を除去することができる。従って、培養液から露出した菌体に泡を介して養分が供給されることを一層効果的に抑制でき、菌塊が形成されることを良好に回避できる。
【００３０】
前記培養方法は、比較的菌塊を形成し易い糸状菌を前記菌体として培養する場合に、より好適に適用することができる。
【００３１】
前記培養方法では、培養した前記菌体及びその生成物を抜き出した後に前記培養液を前記培養槽から排出する工程と、
前記培養槽に次亜塩素酸溶液を供給する工程と、
前記培養槽から前記次亜塩素酸溶液を排出する工程と、
をさらに有することが好ましい。
【００３２】
上記の通り、この培養槽の内部では、菌塊が形成されることが回避されている。従って、菌体の培養を終え、培養液を排出した後の培養槽内に、たとえ、残留物が存在していたとしても、それは綿状や膜状の菌体の集合体である。このような集合体は、培養槽内に次亜塩素酸溶液を供給してつけ込んだ後、該次亜塩素酸溶液を撹拌翼によって撹拌することで、容易に分解される。従って、培養槽から、次亜塩素酸溶液とともに分解した集合体を容易に排出することができる。すなわち、次亜塩素酸溶液を用いることで、培養槽の内部を一層容易且つ効果的に洗浄することが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、消泡剤が添加された培養液に対して、撹拌及び通気を行って菌体を培養するため、培養液の表面等に泡が発生することを抑制できる。これによって、培養液から露出した菌体に十分に酸素が供給されたとしても、泡を介した栄養の供給が抑制されるため、菌塊が形成されることを抑制できる。
【００３４】
また、培養液に消泡剤を添加することで、菌体の培養中に培養液の液位が大幅に低下することを抑制している。これによって、撹拌翼が培養液から露出することを効果的に回避できるため、撹拌翼の表面に菌塊が形成されることについても抑制できる。
【００３５】
その結果、排出管の径を超える大きさの菌塊が形成され、培養槽から排出できなくなる懸念や、培養槽の内壁や撹拌翼の表面に菌塊が付着して剥離が困難になる懸念を払拭でき、培養槽の内部を容易に洗浄することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る培養装置の概略構成図である。
【図２】菌培養時間（ｈ）と、培養液中の酵素濃度（ｍｇ／ｍｌ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る培養方法につき、それを実施する培養装置との関係で好適な実施形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
本実施形態に係る培養装置の構成について、図１の概略構成図を参照しつつ説明する。例えば、バイオマスに対して糖化や発酵等の処理を行ってアルコールを製造する際、その製造規模が大きくなるほど、大量の糖化酵素生産菌や発酵菌等の菌体が必要になる。そこで、これらの菌体を培養する場合に、培養装置１０を好適に用いることができる。
【００３９】
すなわち、培養装置１０は、培養液１２中で菌体を培養するものであり、例えば、菌体として、糸状菌を培養する場合に好適に用いられる。なお、培養装置１０によって培養可能な菌体は、上記の糸状菌に限定されるものではなく、培養液１２中で培養可能な種々の菌体から選択することができる。
【００４０】
図１に示すように、培養装置１０は、培養液１２を収容する培養槽１４と、消泡剤供給管１５と、撹拌軸１６に取り付けられた下撹拌翼１７及び上撹拌翼１８と、通気手段であるスパージャ１９及び不図示のコンプレッサと、送風管（消泡手段）２０と、吸引管（吸引手段）２２と、排出管２４とを備えている。
【００４１】
培養液１２は、菌体が増殖するために必要な養分を含み、後述するように、消泡剤供給管１５を介して消泡剤が添加される。消泡剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンエーテルを選択することができる。また、消泡剤は、培養液１２に対して０．４〜０．６体積％の割合となるように添加されることが好ましい。
【００４２】
この培養液１２に対する消泡剤の添加量（割合）は、培養液１２に泡が発生することを抑制する効果（消泡効果）や、菌体が培養液１２を消費する量（培養液消費量）、菌体が増殖して酵素を生産する量（酵素生産量）に影響する。つまり、培養液１２に対する消泡剤の割合が大きくなると、消泡効果が大きくなり、且つ菌体の増加が抑えられて培養液消費量（培養液１２の消費速度）、菌体の酵素生産量が減少する傾向にある。
【００４３】
従って、消泡剤の割合を上記の範囲に調製することで、後述するように、培養液１２の表面に泡が発生すること、及び培養液１２の液位が過剰に低下することを抑制しつつ、菌体の十分な酵素生産が可能になる。すなわち、培養液１２から露出した菌体に泡を介して養分が供給されること、及び培養液１２から上撹拌翼１８が露出することを抑制できるため、培養槽１４内に菌塊が形成されることを効果的に回避できる。この消泡剤の割合として、一層好ましくは０．５体積％である。
【００４４】
培養液１２に含まれる養分は、窒素、炭素、カリウム等の成分が挙げられるが、これらには限定されず、培養する菌体に合わせて適宜選定されればよい。
【００４５】
培養槽１４は、培養液１２を収容するものであり、材質、形状等については菌体が安定して培養できるものであれば特に限定されるものではない。本説明では、培養槽１４が培養液１２を収容するとき、培養槽１４内の底面１４ａから、培養液１２の液面までの高さを液位ともいう。また、菌体に消費される前の培養液１２の液位、換言すると、菌体の培養を開始する前の培養液１２の液位を初期液位ともいう。
【００４６】
培養槽１４には、培養液１２が排出された後、該培養槽１４内に次亜塩素酸溶液を供給するための不図示の供給手段が設けられる。なお、培養槽１４は、必要に応じて、該培養槽１４内の温度を調節するための不図示のジャケットや、内部コイル等を取り付けることもできる。
【００４７】
消泡剤供給管１５は、培養槽１４内に消泡剤を供給することが可能となるように、該培養槽１４に設けられている。消泡剤供給管１５を介して培養槽１４内に消泡剤を供給することで、上記の通り、培養液１２に対する消泡剤の割合を調整することができる。なお、消泡剤供給管１５を用いずに、培養液１２に消泡剤を添加してもよい。この場合、予め消泡剤を添加しておいた培養液１２を、培養槽１４内に収容すればよい。
【００４８】
撹拌軸１６は、下撹拌翼１７及び上撹拌翼１８が取り付けられた一端側が培養槽１４の内部に挿入され、且つ他端側が培養槽１４の外部に設けられた不図示の駆動部に接続されている。この駆動部によって撹拌軸１６は回転駆動される。下撹拌翼１７は、培養槽１４内の底面１４ａ近傍に配置され、撹拌軸１６の回転に伴って回転することで、培養液１２を撹拌する。
【００４９】
上撹拌翼１８（撹拌翼）は、培養槽１４内において、下撹拌翼１７よりも上方（培養液１２の液面側）に配置され、撹拌軸１６の回転に伴って、下撹拌翼１７とともに培養液１２を撹拌する。この上撹拌翼１８は、菌体が消費することによって培養液１２の体積が減少しても、換言すると、培養液１２の液位が初期液位から低下しても、培養液１２から露出しない位置に配置されている。
【００５０】
具体的には、上撹拌翼１８は、培養液１２の初期液位を１００％とするとき、培養槽１４内の底面１４ａから６０〜７０％となる位置に配置されることが好ましい。上撹拌翼１８の上記位置を６０〜７０％よりも小さくして、上撹拌翼１８を培養槽１４の底面１４ａ側に近づけると、培養液１２から上撹拌翼１８が露出することを回避し易くなるが、効果的な撹拌が困難になってしまう。
【００５１】
一方、上撹拌翼１８の上記位置を６０〜７０％よりも大きくして、上撹拌翼１８を培養液１２の液面側に近づけると、菌体の培養中に培養液１２の液位が低下した際等に、上撹拌翼１８が培養液１２から露出し易くなってしまう。
【００５２】
従って、上撹拌翼１８の上記位置を６０〜７０％に設定し、且つ上記の通り培養液１２に対する消泡剤の割合を０．４〜０．６体積％とすることで、培養液１２を効果的に撹拌しつつ、上撹拌翼１８が培養液１２から露出することを十分に回避できる。その結果、菌体の培養を効果的に行いつつ、上撹拌翼１８に菌塊が形成されることを抑制することが可能になる。
【００５３】
スパージャ１９は、培養槽１４内の底部近傍に配置され、コンプレッサから供給された空気（酸素）を、培養液１２中に吹き込む。具体的には、スパージャ１９は、側壁に複数の貫通孔１９ａが形成された管状であり、この貫通孔１９ａを介して、コンプレッサからの空気を気泡として培養液１２中に吹き込む。
【００５４】
送風管２０は、不図示のブロワ（消泡手段）等に接続されており、培養液１２の表面に形成された泡に空気等の気体を吹き付けることで、該泡を破壊する。吸引管２２は、不図示の真空ポンプ（吸引手段）等に接続されており、培養液１２の表面に形成された泡を吸引除去する。また、送風管２０からの送風によって、吸引管２２が吸引可能な範囲内に泡を移動させてもよい。これによって、培養液１２に泡が生じることを一層効果的に抑制することが可能になる。
【００５５】
排出管２４には、不図示のバルブ等が設けられ、該バルブが開かれた場合に、培養槽１４内の培養液１２を排出する。また、培養液１２が排出された後の培養槽１４内に、次亜塩素酸溶液が供給された場合、該次亜塩素酸溶液を培養液１２と同様に排出する。この際、培養液１２を排出した後の培養槽１４の内部に菌体が残留していた場合、該菌体も次亜塩素酸溶液とともに排出される。
【００５６】
培養装置１０は、基本的には以上のように構成されるものである。次に、この培養装置１０を用いて菌体を培養する場合を例に挙げて、本実施形態に係る培養方法について説明する。
【００５７】
この培養方法では、先ず、培養槽１４に収容した培養液１２に対して、消泡剤供給管１５を介して、上記の割合となるように消泡剤を加える。なお、培養液１２に対する消泡剤の添加は、培養液１２を培養槽１４に収容する前に行ってもよい。すなわち、予め消泡剤を添加した培養液１２を培養槽１４に収容してもよい。
【００５８】
次に、コンプレッサからスパージャ１９を介して培養液１２に空気を供給する。そして、撹拌軸１６を回転させることで、培養槽１４内で下撹拌翼１７及び上撹拌翼１８を回転させ、培養液１２を撹拌する。この際、上記の通り、培養液１２に消泡剤が添加されているため、培養液１２の表面等に泡が発生することを抑制できる。たとえ、培養液１２の表面等に泡が生じたとしても、送風管２０からの送風によって、該泡を破壊することや、該泡を吸引管２２の近傍まで移動させることができる。また、吸引管２２によって、培養液１２の表面等に生じた泡を吸引除去することができる。以上のように、消泡剤によって培養液１２に泡が生じることを抑制できるとともに、生じた泡を送風管２０及び吸引管２２を用いて消泡することが可能である。
【００５９】
その結果、培養槽１４に培養液１２の飛沫が付着すること等によって、菌体が培養液１２の外部に露出しても、該菌体には泡を介した養分の供給が回避される。このため、菌体が急激に成長することを抑制でき、培養槽１４の内部に菌塊が形成されることを回避できる。
【００６０】
さらに、初期液位に対する上撹拌翼１８の位置が上記の範囲内に設定され、且つ培養液１２に対する消泡剤の割合が上記の範囲内に調整されている。これによって、上記の通り培養液１２に泡が生じることを抑制できるとともに、上撹拌翼１８による撹拌の効果を低下させることなく、菌体の培養中に培養液１２から上撹拌翼１８が露出することを抑制できる。従って、培養槽１４内に菌塊が形成されることを回避できるとともに、菌体の効果的な培養を行うことができる。
【００６１】
このように、培養液１２中で菌体を培養し、菌体及びその生成物を抜き出した後、排出管２４に設けられた前記バルブを開いて、培養槽１４から培養液１２を排出する。この際、上記の通り、培養槽１４の内部に対して菌塊の付着形成が抑制されているため、排出管２４から菌塊を排出できなくなる懸念を払拭することができる。
【００６２】
また、たとえ、培養液１２を排出した後の培養槽１４内に菌体の集合体が形成されたとしても、それは綿状や膜状である。このような菌体の集合体は、培養槽１４に次亜塩素酸溶液を供給して所定時間（例えば、４時間程度）静置した後、下撹拌翼１７及び上撹拌翼１８を回転させることで容易に分解することができる。
【００６３】
なお、次亜塩素酸溶液の濃度は１〜１．２体積％程度であることが好ましい。上記の濃度であれば、培養槽１４や排出管２４等が次亜塩素酸溶液によって腐食されることを回避しつつ、菌体の集合体を容易に分解することが可能になる。
【００６４】
このように分解された菌体の集合体は、次亜塩素酸溶液とともに排出管２４を介して培養槽１４内から容易に排出可能である。従って、培養槽１４や排出管２４の内部を容易に洗浄することが可能である。従って、培養装置１０の取り扱いやメンテナンスを容易にすることができる。
【００６５】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００６６】
例えば、上記の培養装置１０は、消泡手段である送風管２０等と、吸引手段である吸引管２２等との両方の構成を備えることとした。しかしながら、培養装置１０は、消泡手段及び吸引手段のいずれか一方のみ、又はこれらの手段を備えていなくてもよい。これによって、培養装置１０の構成を簡素化することが可能になる。
【００６７】
また、上記の培養方法では、次亜塩素酸溶液を用いて、培養槽１４等の内部で、綿状や膜状の菌体の集合体を分解することとしたが、該次亜塩素酸溶液による処理は必須の工程ではなく、必要に応じて行われればよい。
【実施例１】
【００６８】
消泡手段及び吸引手段を備えていないことを除いて、上記の培養装置１０と同様に構成された培養装置を用いて、菌体（糖化酵素を生産する糸状菌）の培養を行った。具体的には、培養槽１４に１．０Ｌの培養液１２を収容したときの液位を初期液位とした。そして、この初期液位に対して、培養槽１４の底面１４ａから６５％となる位置に上撹拌翼１８を配置した。
【００６９】
そして、培養液１２に対して、消泡剤を添加しない場合を比較例１とし、消泡剤を０．１体積％添加した場合を比較例２とし、消泡剤を０．５体積％となるように添加した場合を実施例として、それぞれ、同様の条件で菌体の培養を行った。この際の菌培養時間（ｈ）と、培養液１２中の酵素濃度（ｍｇ／ｍｌ）との関係を求め、その結果を図２に示す。
【００７０】
なお、図２では、比較例１、２及び実施例における菌培養時間と酵素濃度との関係をそれぞれ、○、□、△で示す。また、図２中の●は、菌体の培養によって最終的に得られる酵素濃度の目標値（目標酵素濃度）を示す。また、図２に示す酵素濃度は、培養液１２内で増殖した菌体が生産した酵素の培養液１２中の濃度を測定した値である。酵素濃度の測定はサンプリングした培養液１２からＭＦ膜等により菌を分離した後、Ｂｒａｄｆｏｒｄ法を用いて行った。
【００７１】
消泡剤は、株式会社ＡＤＥＫＡ社製、商品名「アデカノール  ＬＧ−２９４」を用いた。培養液１２は、炭素、窒素、カリウム等の成分を含有するものを用いた。
【００７２】
菌体の培養中において、比較例１では、比較例２及び実施例に比して、培養液１２の表面に撹拌等に伴う泡が多量に発生した。また、図２に示すように、比較例１、２では、実施例に比して、菌培養時間に対する酵素濃度の上昇率（菌体による酵素の生産速度）が大きいことが確認された。さらに、菌体の培養後に培養槽１４内に残った培養液１２の体積は、比較例１、２ではそれぞれ０．５Ｌ、０．６Ｌであり、実施例では０．７Ｌであった。
【００７３】
比較例１、２では、実施例に比して、培養液１２の消費量が多いため、菌体の培養中に減少する培養液１２の体積が大きく、培養液１２の液位が低下して上撹拌翼１８が培養液１２から露出した。これに対して、実施例では、消泡剤によって培養液１２の消費量が調整されているため、菌体の培養を開始してから終了するまでの間、上撹拌翼１８が培養液１２中に浸漬された状態であり、培養液１２から露出することはなかった。
【００７４】
菌体の培養後において、比較例１では、培養槽１４の内壁及び上撹拌翼１８の表面に大量の菌塊が付着していた。比較例２では、上撹拌翼１８の表面に、比較例１よりは少ないが、大量の菌塊が付着していた。実施例では、上撹拌翼１８の表面に膜状の菌体の集合体が形成されるのみであった。すなわち、実施例の培養槽１４の内壁及び上撹拌翼１８の表面に菌塊は形成されていなかった。
【００７５】
比較例１の培養液１２は、消泡剤を含有しないため、撹拌や通気等に伴って、表面等に多量の泡が発生する。この場合、培養液１２の飛沫が培養槽１４の内壁に付着すること等によって、該飛沫に含まれる菌体が培養液１２から露出すると、該菌体には、十分な酸素とともに、泡を介して養分が供給されるようになる。その結果、上記の通り、培養槽１４の内壁で、菌体が過剰に成長してしまい、大量の菌塊が形成されたものと推察される。なお、比較例２では、培養液１２に消泡剤が添加されることで、泡の発生が抑制されているため、培養槽１４の内壁での菌塊の形成が抑制されたものと推察される。
【００７６】
また、培養液１２が消泡剤を含有しない比較例１と、培養液１２の消泡剤の割合が適切な範囲に満たない比較例２では、実施例に比して、菌体による培養液１２の消費量が多く、培養液１２の液位が急速に低下していく。この際、上撹拌翼１８の上端と、培養液１２の液位とが略同位置にある間は、上撹拌翼１８の表面上に存在する菌体が、培養液１２に対して露出と浸漬とを繰り返す。これによって、培養液１２の気液界面において、十分な酸素と養分が菌体に供給されるようになる。その結果、比較例１、２の上撹拌翼１８の表面には、大量の菌塊が形成されたものと推察される。
【００７７】
そして、比較例１では、さらに培養液１２の液位が低下するため、菌体の培養中において、上撹拌翼１８の表面上の菌体は培養液１２から完全に露出することになる。この場合、菌体には、十分な酸素が供給され、且つ培養液１２の表面等に発生した泡を介して養分が供給されるようになる。その結果、上記の通り、比較例１の上撹拌翼１８の表面には、比較例２に比して、大量の菌塊が形成されたものと推察される。
【００７８】
一方、実施例では、効果的な撹拌を考慮して上記の通り配置した上撹拌翼１８が、菌体の培養中に培養液１２から露出しないように消泡剤の割合が調整されている。従って、培養液１２に泡の発生を抑制できることに加え、上撹拌翼１８が培養液１２から露出することを回避できるため、培養槽１４内には、菌塊が形成されず、上撹拌翼１８の表面に綿状や膜状の菌体の集合体が形成されるにとどめることができた。
【００７９】
この綿状や膜状の菌体の集合体は、１．２体積％の次亜塩素酸溶液に４時間浸漬し、上撹拌翼１８を回転させることによって分解された。この分解された菌体の集合体は、次亜塩素酸溶液とともに排出管２４から容易に排出することが可能であった。
【００８０】
また、図２に示すように、実施例では、目標値以上の酵素濃度が得られることが確認された。つまり、上記の通り、培養液１２に対する消泡剤の割合を調整して、菌塊の形成を抑制しても、効果的な菌体の培養ができることがわかった。
【符号の説明】
【００８１】
１０…培養装置                      １２…培養液
１４…培養槽                        １４ａ…底面
１５…消泡剤供給管                  １６…撹拌軸
１７…下撹拌翼                      １８…上撹拌翼
１９…スパージャ                    １９ａ…貫通孔
２０…送風管                        ２２…吸引管
２４…排出管
【図１】
2015107059.tif 000003
【図２】
2015107059.tif 000004