(57)【要約】【課題】簡単な構成で培養液から菌体を分離でき、長時間に亘って透過性能を保持できる半連続培養装置を提供する。【解決手段】半連続培養装置１は、培養液２を収容し菌を培養する培養槽３と、培養槽３から抽出された培養液２を濾過し濾物として菌が産生した生成物を回収する第１の濾過手段５と、第１の濾過手段５の濾液を培養槽３に循環させる濾液循環手段８とを備える。また、培養槽３内に配設され培養液２から菌体を分離する固液分離手段４と、固液分離手段４により菌体が分離された培養液２を第１の濾過手段５に供給する培養液供給手段６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を収容すると共に該培養液中で菌を培養する培養槽と、該培養槽から抽出された該培養液を濾過し濾物として該菌が産生した生成物を回収する第１の濾過手段と、該第１の濾過手段の濾液を該培養槽に循環させる濾液循環手段とを備える半連続培養装置において、
該培養槽内に配設された中空円筒状のフィルタを軸回りに回転させることにより、該培養液を該フィルタに対して平行に流動させ、クロスフロー濾過を行うことにより該培養液から菌体を分離する固液分離手段と、該固液分離手段により該菌体が分離された該培養液を該第１の濾過手段に供給する培養液供給手段とを備えることを特徴とする半連続培養装置。
【請求項２】
請求項１記載の半連続培養装置において、前記フィルタは０．００１〜１．０ｍｍの範囲の孔径の細孔を備えることを特徴とする半連続培養装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半連続培養装置において、前記第１の濾過手段は限外濾過膜を備えると共に、前記培養液供給手段の途中に配設され精密濾過膜を備える第２の濾過手段と、前記濾液循環手段の途中に配設され精密濾過膜を備える第３の濾過手段とを備えることを特徴とする半連続培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、菌が産生した酵素等の生成物を回収するために該菌を培養する半連続培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、菌を培養する培養槽から培養液を抽出し、該培養液を濾過して、該菌が産生した酵素等の生成物を濾液として回収すると共に、濾過されなかった該培養液を該培養槽に循環させる半連続培養装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記従来の半連続培養装置では、前記培養液の濾過に平均細孔径が０．０１〜２．０μｍの範囲にある多孔性膜を用いることにより、該培養液から前記菌を分離して前記生成物を回収することができるとされている。また、前記多孔性膜は、目詰まりしにくく、高い透過性能を長時間に亘り保持できるとされている。ところが、前記従来の半連続培養装置では、糸状菌等のように菌塊を形成する真菌等の培養を行うときには、該菌塊等の菌体により前記多孔性膜が目詰まりを起こしやすく、前記生成物を回収する性能を保持することが難しくなるという問題がある。
【０００４】
前記問題を解決するために、前記培養槽から抽出された培養液から前記菌体を分離するフィルタープレス等の固液分離装置を該培養槽の外部に設け、該固液分離装置で該菌体が分離された該培養液を濾過して前記生成物を濾液として回収することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９６９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記培養槽の外部に前記固液分離装置を設けると、該固液分離装置を洗浄し、或いは滅菌する機構も必要となり、装置が複雑且つ大型化するばかりか、装置の複雑化に伴ってコンタミネーションの虞が増大するという不都合がある。
【０００７】
本発明は、かかる不都合を解消して、簡単な構成で前記培養液から前記菌体を分離することができ、長時間に亘って前記生成物を回収する性能を保持することができる半連続培養装置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】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明は、培養液を収容すると共に該培養液中で菌を培養する培養槽と、該培養槽から抽出された該培養液を濾過し濾物として該菌が産生した生成物を回収する第１の濾過手段と、該第１の濾過手段の濾液を該培養槽に循環させる濾液循環手段とを備える半連続培養装置において、該培養槽内に配設された中空円筒状のフィルタを軸回りに回転させることにより、該培養液を該フィルタに対して平行に流動させ、クロスフロー濾過を行うことにより該培養液から菌体を分離する固液分離手段と、該固液分離手段により該菌体が分離された該培養液を該第１の濾過手段に供給する培養液供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半連続培養装置では、前記培養槽に収容された培養液中で前記菌を培養し、該菌に酵素等の生成物を産生させることにより、該生成物を含む培養液を得ることができる。そこで、前記培養槽から抽出された前記培養液を前記第１の濾過手段で濾過することにより、濾物として該生成物を回収する一方、濾液としての該培養液を前記濾液循環手段により前記培養槽に循環させることにより、半連続培養を行う。
【００１０】
このとき、前記菌の菌体が菌塊を形成する等して、前記第１の濾過手段が目詰まりを起こすことが懸念される。そこで、本発明の半連続培養装置は、前記培養槽内に前記固液分離手段を備え、該固液分離手段により前記菌体が分離された前記培養液を、前記培養液供給手段により前記第１の濾過手段に供給する。
【００１１】
前記固液分離手段は、前記中空円筒状のフィルタを軸回りに回転させることにより、前記培養槽中で前記培養液が該フィルタに対して平行に流動する流れを形成する。この結果、前記培養液に含まれる前記菌体は実質的に前記フィルタを透過することがなく、前記生成物を含む前記培養液が該フィルタを透過する。
【００１２】
従って、前記固液分離手段はそれ自体目詰まりすることなく前記培養液から前記菌体を分離することができ、該固液分離手段により実質的に該菌体が分離された前記培養液を前記第１の濾過手段に供給することにより、該第１の濾過手段の目詰まりも防止することができる。
【００１３】
従って、本発明の半連続培養装置は、長時間に亘って前記生成物を回収する性能を保持することができる。
【００１４】
また、本発明の半連続培養装置によれば、前記固液分離手段を前記培養槽内に配設したので、該固液分離手段は該培養槽と同時に洗浄及び滅菌を行うことができ、該固液分離手段に独立の洗浄又は滅菌のための機構を設ける必要が無い。従って、本発明の半連続培養装置は、簡単な構成で前記培養液から前記菌体を分離することができ、コンタミネーションの虞も低減させることができる。
【００１５】
本発明の半連続培養装置において、前記フィルタは０．００１〜１．０ｍｍの範囲の孔径の細孔を備えることが好ましい。前記フィルタは細孔の孔径が１．０ｍｍを超えると前記菌体を十分に分離できなくなる。また、前記フィルタの細孔の孔径を０．００１ｍｍ未満とすることはコストも含め技術的に難しい。
【００１６】
また、本発明の半連続培養装置は、前記第１の濾過手段が限外濾過膜を備えると共に、前記培養液供給手段の途中に配設され精密濾過膜を備える第２の濾過手段と、前記濾液循環手段の途中に配設され精密濾過膜を備える第３の濾過手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
本発明の半連続培養装置は、前記培養液供給手段の途中に精密濾過膜を備える第２の濾過手段が配設されていることにより、前記培養液から前記菌体をさらに完全に分離することができる。
【００１８】
この結果、前記培養液供給手段により実質的に前記菌体を含まない前記培養液を前記第１の濾過手段に供給することができる。このとき、前記第１の濾過手段は前記限外濾過膜を備えていることにより、実質的に前記菌体を含まない前記培養液を濾過して、濾物として前記生成物を効率よく回収することができる。
【００１９】
さらに、本発明の半連続培養装置は、前記濾液循環手段の途中に精密濾過膜を備える第３の濾過手段が配設されていることにより、前記濾液に混入する雑菌等を分離除去することができ、前記培養槽におけるコンタミネーションを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の半連続培養装置の構成を示すシステム構成図。
【図２】図１に示すスピンフィルタの構成を一部破断して示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の半連続培養装置１は、培養液２を収容し培養液２中で菌を培養する培養槽３と、培養槽３内に配設され、培養液２から菌体を分離する固液分離手段としてのスピンフィルタ４と、培養液２から菌が産生した生成物を回収する第１の濾過手段としての限外濾過膜装置５を備えている。スピンフィルタ４は限外濾過膜装置５に培養液２を供給する培養液供給手段としての培養液導管６に接続されており、培養液導管６は途中に配設された第２の濾過手段としての精密濾過膜装置７を介して限外濾過膜装置５に接続されている。
【００２３】
限外濾過膜装置５は培養槽３にその濾液を循環させる濾液循環手段としての濾液導管８を備えており、濾液導管８は途中に配設された第３の濾過手段としての精密濾過膜装置９を介して培養槽３に接続されている。
【００２４】
培養槽３は、槽外の上部に設けられたモータ１０から垂下されるシャフト１１とシャフト１１に取着された攪拌羽根１２により、培養液２を攪拌することができるようになっている。
【００２５】
スピンフィルタ４は、図２に示すように、中空シャフト１３を備えており、中空シャフト１３に間隔を存して外嵌された複数の円形の枠体４ａと、枠体４ａの外周縁に沿って配設されて中空円筒状に形成されたフィルタ４ｂとを備えている。また、フィルタ４ｂの上下は蓋体４ｃ，４ｄにより密封されている。フィルタ４ｂは、例えば、パンチングメタル、セラミックス、樹脂等により形成され、０．００１〜１．０ｍｍの範囲の孔径の細孔を備えている。
【００２６】
中空シャフト１３は培養槽３外の上部でロータリージョイント１４を介して培養液導管６に接続されると共に、ロータリージョイント１４の下方に設けられたプーリ１５がモータ１６の回転軸に接続されている。
【００２７】
限外濾過膜装置５は限外濾過膜１７を備えており、限外濾過膜１７により培養液２を濾過して、濾物として前記菌が産生した生成物、例えば酵素が濃縮された濃縮液を得る。限外濾過膜１７は、例えば、分画分子量が５０００〜３００００の範囲であり、中空糸膜モジュールを構成している。前記濃縮液は、限外濾過膜装置５に備えられた濃縮液導管１８を介して後工程に供給される。一方、限外濾過膜１７の濾液は濾液導管８により限外濾過膜装置５から排出される。
【００２８】
精密濾過膜装置７は精密濾過膜１９を備えており、精密濾過膜１９により培養液２を濾過して、スピンフィルタ４で分離されなかった菌体を分離し、排出導管２０から排出する。精密濾過膜１９は、例えば、０．２μｍの細孔径を備え中空糸膜モジュールを構成している。また、精密濾過膜装置７には、新たな培地を供給する培地導管２１が接続されている。
【００２９】
精密濾過膜装置９は精密濾過膜２２を備えており、濾液導管８により培養槽３に循環される濾液中の雑菌等を分離し、排出導管２３から排出する。精密濾過膜２２は、例えば、０．２μｍの細孔径を備え平膜モジュールを構成している。
【００３０】
次に、本実施形態の半連続培養装置１の作動について説明する。
【００３１】
まず、培養槽３は所定の培養液２を収容するとともに、モータ１０によりシャフト１１を介して回転される攪拌羽根１２により培養液２を攪拌して、培養液２により菌を培養する。前記菌は、酵素等の有用な生成物を産生する菌であればよく特に限定されることはないが、糸状菌等の真菌であって、その菌体が互いに絡み合って菌塊を形成する菌を好適に用いることができる。
【００３２】
前記糸状菌として、例えば、接合菌類、子嚢菌類等の菌を挙げることができ、該糸状菌は不完全菌を含んでいてもよい。前記糸状菌として、具体的には、Aspergillus属菌、Trichoderma属菌、Penicillium属菌、Acremonium属菌、Fusarium属菌等を挙げることができる。
【００３３】
半連続培養装置１では、培養槽３で前記菌の培養を行いながら、培養液２の一部をスピンフィルタ４、培養液導管６を介して取り出す。このとき、スピンフィルタ４は、モータ１６及びプーリ１５を介して中空円筒状のフィルタ４ｂが回転されることにより、培養液２に含まれる菌体を分離する。
【００３４】
スピンフィルタ４は、前述のようにしてフィルタ４ｂが回転されることにより、培養液２がフィルタ４ｂの表面に対して平行に流動する流れを形成する。この結果、スピンフィルタ４によればクロスフロー濾過を行うことができ、実質的に前記菌体を含まず、前記菌が産生した酵素等の生成物を含む培養液２が中空円筒状のフィルタ４ｂ内部に流入する。
【００３５】
フィルタ４ｂ内部に流入した培養液２は、中空シャフト１３に設けられた図示しない孔部からその内部に流入し、中空シャフト１３の内部を通って培養液導管６に導入される。従って、スピンフィルタ４によれば、培養液２が前記糸状菌の菌塊等の菌体を含む場合にも該菌体により目詰まりすることなく、該菌体を分離することができる。
【００３６】
次に、スピンフィルタ４により前記菌体が分離された培養液２は、培養液導管６を介して精密濾過膜装置７に供給される。精密濾過膜装置７では、精密濾過膜１９により培養液２を濾過し、スピンフィルタ４で分離されずにわずかに培養液２に混入している菌体をも分離し、排出導管２０から排出する。また、精密濾過膜装置７では、培地導管２１から供給される新たな培地を培養液２に溶解すると共に、該培地に含まれる雑菌等を精密濾過膜１９により分離する。前記雑菌等は前記菌体と共に排出導管２０により廃棄される。
【００３７】
精密濾過膜装置７で濾過された培養液２は、次に、培養液導管６を介して限外濾過膜装置５に供給され、限外濾過膜１７により濾過される。この段階の培養液２には菌体は含まれていないが、菌により産生された酵素等の生成物が含まれている。そこで、限外濾過膜１７により濾過されることにより、濾物として前記酵素等の生成物が濃縮された濃縮液が得られ、該濃縮液は濃縮液導管１８により、バイオエタノール製造工程等の次工程に供給される。
【００３８】
一方、限外濾過膜装置５の濾液は、菌体も菌の産生する生成物も含まない培養液２のみであるので、濾液導管８により精密濾過膜装置９を介して培養槽３に循環される。精密濾過膜装置９では、前記濾液としての培養液２は精密濾過膜２２で濾過され、雑菌等が濾物として分離される。前記雑菌等の濾物は、排出導管２３により廃棄される。
【００３９】
本実施形態の半連続培養装置１によれば、前述のようにすることにより、糸状菌等の菌塊を形成する菌の場合にもフィルタ４ｂが目詰まりすることなく、該菌により産生された酵素等の生成物を回収することができる。また、培養槽３から取り出された培養液２は、新たな培地が添加されて培養槽３に循環されるので、前記菌の半連続培養を行うことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態の半連続培養装置１は培養槽３内にスピンフィルタ４が配設されているので、運転を休止した際等に装置の洗浄、滅菌を行うときには、培養槽３とスピンフィルタ４とを一緒に洗浄、滅菌することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…半連続培養装置、  ２…培養液、  ３…培養槽、  ４…スピンフィルタ、  ５…限外濾過膜装置、  ６…培養液導管、  ７…精密濾過膜装置、  ８…濾液導管、  ９…精密濾過膜装置。
【図１】
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【図２】
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