(57)【要約】  材料の滅菌的な移送を維持しつつ、固体状態発酵プロセスの自動化を可能にし、かつ最大化するように設計された生産規模固体状態バイオリアクタに関する。本発明は、当該バイオリアクタを含む自動化された固体状態発酵システム、並びに当該バイオリアクタを利用する関連する固体状態発酵方法を提供する。
2015518734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタであって、
上面と下面とを有する上壁と；
上面と下面とを有する底壁であって、前記リアクタ容器の基部を規定する前記底壁と；
前記上壁及び前記底壁を接続する１又は複数の側壁であって、前記上壁、前記底壁及び前記１又は複数の側壁が、それによって内部区画と、底部から上部への垂直高さと、広範囲の水平の寸法とをあつまって規定し、
複数の隙間が前記壁の内の１つ以上に形成される、１つ以上の側壁と；
隙間が形成される壁に接続された少なくとも１つの可逆的に開けることができるクロージャであって、隙間を可逆的に封止するように寸法決めされ、配置された前記クロージャと；
前記底壁と前記上壁の間のレベルで前記リアクタ容器の前記内部区画内に水平に配向され、配置された有孔プレート部材であって、前記プレート部材が上部側面及び下部側面を有し、前記プレート部材が少なくとも１つの有孔プレートを備え、前記プレート部材が１超のプレートを備える場合、各プレートが少なくとも実質的に同じレベルで配置され、プレートが他のプレートに実質的に水平に重ならない、有孔プレート部材と
を備える生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項２】
前記有孔プレート部材が、前記リアクタ容器の内部区画を前記プレート部材より上の部分と前記プレートより下の部分とに完全に分離し、前記内部区画の前記２つの部分が、前記有孔プレート部材の穿孔を通して相互に連通する、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項３】
前記有孔プレート部材が１つの有孔プレートから成る、請求項２に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項４】
前記リアクタ容器に対する水スプレー手段アダプタであって、前記リアクタ容器の内部区画に連通する水スプレー手段アダプタを更に備える、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項５】
前記有孔プレート部材より上の位置で前記リアクタ容器の内部区画内に配置される撹拌手段を更に備える、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項６】
前記隙間の内の少なくとも１つが、前記有孔プレート部材が配置されるレベルより上の前記区画に通じ；及び
前記隙間の内の少なくとも１つが、前記有孔プレート部材が配置されるレベルより下の前記区画に通じる、
請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項７】
前記リアクタ容器の最大水平寸法が、前記リアクタ容器の垂直高さより大きい、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項８】
前記隙間の内の少なくとも１つに作動可能に連通する空気入口フィルタを更に備える、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項９】
前記隙間の内の少なくとも１つに作動可能に連通する空気出口フィルタを更に備える、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項１０】
機械可読識別タグを更に備える、請求項１に記載の生産規模固体状態バイオリアクタ。
【請求項１１】
請求項１に記載の複数の生産規模固体状態バイオリアクタと；
複数の空気提供ライン及び空気排出ラインを備える発酵ステーションであって、前記発酵ステーション及び複数のバイオリアクタが、前記複数のバイオリアクタの各々を少なくとも１つの空気提供ライン及び少なくとも１つの空気排出ラインに作動可能に且つ可逆的に接続するように相互に構成される、発酵ステーションと
を備える生産規模固体状態バイオリアクタシステム。
【請求項１２】
前記発酵ステーションが複数のサブステーションを備え、各サブステーションが、前記複数の生産規模固体状態バイオリアクタの内の１つを受け入れるように寸法決めされ、配置される、請求項１２に記載の生産規模固体状態バイオリアクタシステム。
【請求項１３】
前記サブステーションの少なくとも一部が積層構造で配置される、請求項１２に記載の生産規模固体状態バイオリアクタシステム。
【請求項１４】
前記バイオリアクタの各々が、前記有孔プレート部材より上の位置で前記リアクタ容器の内部区画内に配置された撹拌手段を更に備える、請求項１２に記載の生産規模固体状態バイオリアクタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体状態バイオリアクタ及び前記リアクタを用いた発酵の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体状態発酵は、固体の、典型的には粒状の増殖培地上における真菌等の選択された微生物の培養を含む。固体状態発酵によって生成される生成物としては、とりわけ、酵素、栄養性食品添加物、抗生物質及び殺虫性胞子が挙げられる。
【０００３】
米国特許第６，６２０，６１４号明細書及び米国特許第７，４７６，５３４号明細書に開示されるもの等、密閉したバイオリアクタ内における生産規模固体状態発酵の従来の試みは、内部に積み重ねられたトレイのレベルに依存した。しかし、そのような設計の欠点は、各レベルが、発酵サイクル中に容器の中で異なる微小環境を経験する可能性があるということである。更に、そのような設計には、リアクタの複雑性を増加させ、且つ発酵サイクル中にリアクタを運転する費用を増加させる、各レベルに対する能動冷却が必要とされる。そして、発酵サイクルの完了時にトレイレベルを除去するためにリアクタ容器を部分的に分解する必要があるので、これらのリアクタは、自動化には適切でない。
【０００４】
本発明によって必要とされ、提供されるものは、自動化及びモジュール拡張性のために構成されると共に、培養培地を通して一貫した、反復可能な発酵条件を提供する、向上した生産規模固体状態バイオリアクタである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、運転費用を減少させて均一な発酵を促進すると同時に、自動化に適切な、向上した固体状態バイオリアクタを提供するものである。従来のバイオリアクタとは異なり、本発明のリアクタ容器は、エネルギー消費量を増加させる能動冷却装置を必要としないが、その代わりに蒸発冷却に依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、本発明は、リアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタであって、
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する上壁と；
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する底壁であって、前記リアクタ容器の基部を規定する前記底壁と；
前記上壁及び前記底壁を接続する１つ以上の側壁であって、前記上壁、前記底壁及び前記１つ以上の側壁が、それによって前記リアクタ容器の内部区画と底部から上部への垂直高さと広範囲の水平の寸法とを全体的に規定し、
複数の隙間が、前記壁（上壁、底壁及び側壁）の内の１つ以上に、例えば、前記１つ以上の側壁に形成される、１つ以上の側壁と；
隙間が形成される壁に接続された少なくとも１つの可逆的に開けることができるクロージャであって、隙間を可逆的に封止するように寸法決めされ、配置された前記クロージャと；
前記底壁と前記上壁の間のレベルで前記リアクタ容器の前記内部区画の内部に配置された、水平に配向された有孔プレート部材であって、前記プレート部材が上部側面及び下部側面を有し、前記プレート部材が少なくとも１つの有孔プレートを備え、前記プレート部材が１超のプレートを備える場合、各プレートが少なくとも実質的に同じレベルで配置され、それによってプレートが他のプレートに実質的に水平に重ならない、水平に配向された有孔プレート部材と
を備える生産規模固体状態バイオリアクタを提供するものである。可逆的に開けることができるクロージャを前記隙間の各々に設けて、接続することができる。一実施形態において、前記リアクタ容器には、前記内部区画と流体連通する水スプレー器手段が設けられる。別の一実施形態において、前記リアクタ容器には、前記有孔プレート部材の上に撹拌器手段が設けられる。
【０００７】
本発明の関連の一実施形態は、リアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタであって、
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する上壁と；
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する底壁であって、前記バイオリアクタの基部を規定する前記底壁と；
前記上壁及び前記底壁を接続する１つ以上の側壁であって、前記上壁、前記底壁及び前記１つ以上の側壁が、それによって内部区画と底部から上部への垂直高さと広範囲の水平の寸法とを全体的に規定し、
複数の隙間が、前記壁（上壁、底壁及び側壁）の内の１つ以上に、例えば、前記１つ以上の側壁に形成される、１つ以上の側壁と；
隙間が形成される壁に接続された少なくとも１つの可逆的に開けることができるクロージャであって、隙間を可逆的に封止するように寸法決めされ、配置された前記クロージャと；
前記底壁と前記上壁の間に配置された、水平に配向された引き出しであって、
上部側面及び下部側面を有する、水平に配向された有孔プレート部材を備える基部パネルであって、前記プレート部材が少なくとも１つの有孔プレートを含み、前記プレート部材が１超のプレートを含む場合、各プレートが少なくとも実質的に同じレベルで配置され、プレートが他のプレートに実質的に水平に重ならない、基部パネルと、
２つの側部パネル、後部パネル及び前部パネルであって、前記前部パネルが、前記バイオリアクタ内に前記引き出しを完全に挿入する場合（前記引き出しを閉じる場合）に前記引き出しを挿入可能な前記バイオリアクタの前記側壁内の隙間を封止可能である、２つの側部パネル、後部パネル及び前部パネルと
を備える前記引き出しと
を備える生産規模固体状態バイオリアクタを提供するものである。前記引き出しによって封止可能な前記隙間に加えて、可逆的に開けることができるクロージャを前記隙間の各々に設けて、接続することができる。
【０００８】
本発明の更なる一実施形態は、
本明細書に記載される実施形態又はそれらの変形例のいずれかに係る複数の生産規模固体状態バイオリアクタと；
複数の空気提供ライン及び空気排出ラインを備える発酵ステーションであって、前記発酵ステーション及び複数のバイオリアクタが、少なくとも１つの空気提供ライン及び少なくとも１つの空気排出ラインに前記複数のバイオリアクタの各々を作動可能に且つ可逆的に接続するように相互に構成される、発酵ステーションと
を備える、生産規模固体状態バイオリアクタシステムを提供するものである。
【０００９】
本発明のなお更なる実施形態は、本発明のバイオリアクタ及びバイオリアクタシステムの中における微生物（ｍｉｃｒｏｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ）の固体状態発酵のための本発明のバイオリアクタ及びバイオリアクタシステムの製造方法と、バイオリアクタの中で微生物の固体状態発酵を行う方法と、得られた固体状態発酵生成物を回収し、精製する方法とを提供するものである。
【００１０】
本発明の更なる特性、長所及び実施形態は、記載され得るか、又は以下の発明を実施するための形態、図面及び請求項の検討から明らかであり得る。その上、前述の発明の概要及び以下の発明を実施するための形態は例示的であり、請求される通りの本発明の範囲を限定することなく更なる説明を提供するものであることが意図されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】外部構成要素を備えた本発明の固体状態バイオリアクタからのパーシャルカットによる斜視図である。
【図２】水スプレー手段が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器からのパーシャルカットによる斜視図である。
【図３】撹拌器手段が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器からのパーシャルカットによる斜視図である。
【図４】線４−４に沿った、図３に示される実施形態の上面断面図である。
【図５】線５−５に沿った、図３に示される実施形態の側面断面図である。
【図６】撹拌器手段の代替実施形態が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器からのパーシャルカットによる斜視図である。
【図７】線７−７に沿った、図６に示される実施形態の上面断面図である。
【図８】線８−８に沿った、図６に示される実施形態の側面断面図である。
【図９】線９−９に沿った、図６及び８に示される実施形態の代替断面図である。
【図１０】撹拌器手段が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器の代替的な円筒形実施形態からのパーシャルカットによる斜視図である。
【図１１】図１０に示される実施形態の実施形態の側面図である。
【図１２】線１２−１２に沿った、図１１に示される実施形態の上面断面図である。
【図１３】線１３−１３に沿った、図１０に示される実施形態の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、材料の無菌条件及び移送を維持しながら、固体状態発酵プロセスの自動化を容易にし、最大にするように設計された、再使用可能な生産規模固体状態バイオリアクタを提供する。また、本発明は、拡張性モジュールとしてバイオリアクタを備えた自動固体状態発酵システムも提供する。
【００１３】
本発明は、典型的には表面発酵に関連する前記障害の幾つかに対する解決策を提供する。
【００１４】
第１に、より高い床高さにおける増殖培地の内部の不十分な冷却（及び呼吸）によって、典型的には、従来の固体状態発酵バイオリアクタ設計における発酵プロセスが制限される。増殖培地の高い床によって、取り扱いが必要なトレイの数が減少するので、増殖培地の高い床は経済的な観点から望ましい。有利には、本発明のバイオリアクタは、高い（すなわち、深い又は厚い）培地床の使用に典型的には関連する前記問題を、培地床の空気の流れの配置の結果として回避する。本発明によれば、冷却及び呼吸のための空気を、所望により、交互に切り換え可能な選択方向に、増殖培地の床を通して通過させる。蒸発冷却を用いることにより、リアクタ容器は、典型的には従来のマルチレベルバイオリアクタシステムに見られるようなリアクタ容器の内部における能動冷却機器を必要としない。その結果、本発明のリアクタ容器は、能動冷却システムを省略することができ、それによってリアクタ容器の複雑性を減少させ、冷房装置によるエネルギー消費による運転費用を減少させることができる。
【００１５】
第２に、低水分含有量によって、典型的には、発酵プロセスが制限される。固体状態増殖培地からの水の蒸発は、典型的には、培地の冷却に寄与するが、発酵プロセスを制限する培地の乾燥という犠牲がある。本発明のバイオリアクタは、発酵サイクルの間に、水を頻繁に、好ましくは無菌的に加えることを可能にすることによって、この問題を解決する。したがって、水分含有量が最適に高いレベルで保持されると同時に、高い蒸発冷却効果を達成することができる。
【００１６】
第３に、従来のトレイ又はレベルを用いた生産規模固体状態発酵は、典型的には、極度に労働集約的であり、自動化にとって適切ではない。対照的に、本発明のバイオリアクタは、各バイオリアクタが多くの従来のトレイを単一の有孔プレート部材に個別に取り替えるような大きさであることができる。更に、本発明のバイオリアクタは、自動化環境における標準的な耐久性のある産業用ロボットによる取り扱いのために構成される。
【００１７】
第４に、デリケートな生成物の異物混入によって、従来の固体状態発酵装置における収率及び処理量が減少する可能性がある。従来のトレイの内部の前記生成物の異物混入のリスクは、プロセスをトレイに適用するたびに、又はトレイを輸送する場合に増加する。本発明のバイオリアクタの設計は、無菌配置で配置される場合、異物混入のリスクを無くすか、又は最小化する。本発明によって、増殖培地は、バイオリアクタ区画の中で滅菌される蒸気であってよく、無菌設計により、全封入物は、所望の微生物の接種を除いて無菌のままである。
【００１８】
第５に、本発明のバイオリアクタは、従事者の安全性という長所も提供する。真菌等の微生物に対する従事者の曝露は、従来のトレイ又はバッグ系固体状態発酵を行う場合のリスクである。本発明のバイオリアクタの完全閉鎖設計は、無菌配置で配置される場合、微生物の環境漏出を防ぐことによって、このリスクを実質的に無くす。バイオリアクタの自動化によって、本発明のバイオリアクタシステムは、一方で非自動大規模トレイ及びバッグ系発酵プロセスに存在し得る競合的菌株損傷のリスクを無くすこともできる。例えば、従来技術のマルチレベルリアクタでは、発酵サイクルの完了時にリアクタ容器を開いた後、技術者が各トレイを除去する必要がある。そのような設計は、技術者に対する負傷の機会を複数回もたらす。
【００１９】
第６に、本発明のバイオリアクタは、再使用可能であり、本技術分野で知られている使い捨ての固体状態発酵バッグ及びトレイと比較して廃棄物を減少させる。
【００２０】
以下の通りの添付の図面を参照して、本発明を更に記載する。
【００２１】
図１は、無菌配置を有する本発明の生産規模固体状態バイオリアクタの実施形態の部分的切欠斜視図を示す。バイオリアクタは、少なくとも部分的に自動化及び／又は機械化された生産規模バイオリアクタシステムの部品である複数のそのようなバイオリアクタの内の１つであってもよい。図１に示すように、発酵増殖培地を受けるための内部空間（又は区画）を規定する角箱として成形されるリアクタ容器を形成するための下部基部（又は壁）１００及び上部上面部（又は壁）１０２及び側壁１０４Ａ〜Ｄを備えるリアクタ容器１０。リアクタ容器１０は角箱として示されるが、リアクタ容器１０が各種の形状であることができることは、当業者にとって明らかである。
【００２２】
図１に戻って参照すると、リアクタ容器１０は、内部区画（標識されない）を上部及び下部区画（標識されない）それぞれに二分する下部基部１００及び上部基部１０２の中間の（すなわち、間の）位置で容器の内部で水平に配置される有孔プレート部材１１０を備える。プレート部材１１０は、任意の従来の手段によって側壁１０４Ａ〜Ｄに取り付けられ、側壁１０４Ａ〜Ｄに端部に沿って封止されて、プレート部材１１０の穿孔を通過させる空気を最大にすることができる。一実施形態において、有孔プレート１１０は、連続溶接によって側壁１０４Ａ〜Ｄに封止され得る。別の一実施形態（図１に示されない）において、リアクタ容器１０は、ハウジングセクションの間に配置されることによって有孔プレート１１０が側壁１０４Ａ〜Ｄを越えて延びる有孔プレート１１０を有する上部及び下部ハウジングを含むことができる。
【００２３】
有孔プレート部材１１０は、好ましくは、下部基部１００に近く、上部基部１０２から遠い位置で、リアクタ容器１０の内部に配置される。固体状態の増殖培地が分散する有孔プレート部材１１０の上に上部区画があるので、下部基部１００に近いプレート部材１１０を配置することによって、上部区画の利用可能な容積が最大になる。増殖培地の代表例としては、限定されるものではないが、米、米糠、ひき割り小麦、精白玉麦、飼料用大麦及び大麦フレークが挙げられる。
【００２４】
下部基部１００と有孔プレート部材１１０の間の距離は変えることができるが、下部基部１００及び有孔プレート部材１１０は、空気分配を最大にし、洗浄装置（図示せず）へのアクセスを可能にするために、充分に間隔を置く必要がある。例えば、下部基部１００及び有孔プレート部材１１０は、少なくとも２インチ（約５．０８２ｃｍ）離して間隔を置く必要がある。もちろん、リアクタ容器の大きさが増大するにつれて、下部基部１００と有孔プレート部材１１０の間の距離も増加する可能性がある。
【００２５】
図１には示されないが、水平方向に複数の有孔プレートの端部に沿って接合される複数の有孔プレートから有孔プレート部材１１０を形成して、単一の有孔プレートと同じ機能性を効果的に提供することができる。そのような配置において、有孔プレート部材を通る空気の流れを減少させ、且つ固体状態の増殖培地の中で異なる微小環境が生じる可能性があるプレートの重ね合わせは行うべきではない。一実施形態において、有孔プレート部材１１０は、単一の有孔プレートである。
【００２６】
図１に示されるように、有孔プレート部材１１０の上の区画の容積へのアクセス（すなわち、上部区画）は、リアクタ容器１０の側壁１０４Ａ〜Ｄの内の１つ（例えば、側壁１０４Ｃ）に配置される隙間（アクセスポート１０６）によって提供される。図１には１つのアクセスポートのみが示されているが、リアクタ容器１０の内部へのより大きなアクセスのために複数のアクセスポートを提供することができることは、当業者に明確に明らかである。アクセスポート１０６は、発酵リアクタの使用中にプラグ１０８によって封止可能である。プラグ１０８及び対応する隙間（アクセスポート１０６）は、可逆的に隙間を封止してリアクタ容器１０の内部へのアクセスを容易にするように、好ましくは相互に構成される。例えば、プラグを隙間の中に可逆的にねじ込ませることを可能にするねじ山をかみ合わせることによって、可逆的な封止又は１回だけ使用する封止を提供することができる。或いは、プラグを隙間に可逆的に締付けることによって可逆的な封止を提供することができる。本技術分野で知られている任意の手段、例えば、弁を、本発明に従って用いることができる。
【００２７】
更に図１を参照して、弁又は他の可逆的に開けることができる器材と接続される（すなわち、流体連通する）容器１０の側壁内に多くの他の隙間を形成することができる。例えば、図１に示されるように、リアクタ容器１０は、バイオリアクタの下部コーナ内の隙間（２００Ａとして図２に示される）に接続された排水弁２００を備える。リアクタ容器１０は、バイオリアクタの上部区画に水ラインを結合することによって洗浄及びすすぎの目的のための内面上に水をスプレーするための隙間開口部（図２に２０２Ａ及び２０４Ａとして示される）と流体連通する上部区画弁２０２及び２０４を備えることもできる。同様に、リアクタ容器１０は、バイオリアクタの下部区画に水ラインを結合するための隙間開口部（図２に２０６Ａ及び２０８Ａとして示される）と流体連通する下部区画弁２０６及び２０８を備えることもできる。例えば、これらの隙間開口部を用いて高圧洗浄ノズルを上部及び下部区画内に挿入することができる。
【００２８】
同様に、図１に示されるように、リアクタ容器１０には、有孔プレート部材１１０より上の区画内への隙間（図２に２１０Ａ、２１２Ａ及び２１４Ａとして示される）開口部に接続された更なる上部区画、弁２１０、２１２及び２１４が設けられる。弁２１０、２１２及び２１４には、水を加えるための、接種物を加えるための、及び試料を採取するためのラインへの接続等の様々な機能が示され得る。更に、弁２１０、２１２及び２１４は、水の送達のために構成される場合、リアクタ容器１０の上部及び／又は下部区画内にスプレー又は霧を送達するように構成されたスプレー又は噴霧器ノズルに接続することができる。
【００２９】
また、バイオリアクタは、それぞれ上部及び下部区画につながる隙間開口部（図１に示されない）に接続された弁調節空気入口ラインである空気入口ライン（図１に弁２１６及び２１８として示される）を備えることもできる。空気入口弁２１６及び２１８は、空気入口フィルタ２２０と流体連通する通常のチューブ部（標識されない）と流体連通する。空気入口フィルタ２２０は、リアクタ容器１０の中の無菌条件のための無菌空気を提供する。空気入口フィルタ２２０の反対側は、バイオリアクタが用いられる発酵ステーションにおける空気提供ラインの固定ボール弁アダプタ２２２と可逆的に嵌合するように寸法決めされ、配置される弁部品（標識されない）に結合される。固定ボール弁アダプタ２２２は、リアクタドッキングステーションへの迅速な接続を可能にする。概して、バイオリアクタの空気入口器材と発酵ステーションの空気提供ライン器材とは、互いに可逆的に結合するように相互に構成される。この外部構成要素によって、濾過された空気をリアクタ容器１０に提供して、発酵増殖培地の望ましくない異物混入のリスクが最小限に抑えられることが確保される。
【００３０】
更に図１（ＦＩＱ．１）を参照すると、バイオリアクタは、それぞれ上部及び下部区画から通じる隙間開口部（図１に示されない）に接続される弁調節空気出口ラインである空気出口ライン（図１に弁２２４及び２２６として示される）を備えることもできる。空気出口弁２２４及び２２６は、空気出口フィルタ２２８と流体連通する通常のチューブ部（標識されない）と流体連通する。空気出口フィルタ２２８は、リアクタ技術者の安全性のためにリアクタ容器１０から排出された空気を濾過する。実際には、リアクタ容器１０の内部で無菌条件が保持されることを確保するために、無菌の空気出口フィルタが排出ライン上にも必要である。空気出口フィルタ２２８の反対側は、バイオリアクタが用いられる発酵ステーションにおける空気排出ラインの固定ボール弁アダプタ２３０と可逆的に嵌合するように寸法決めされ、配置される弁部品（標識されない）に結合される。概して、バイオリアクタの空気出口器材と発酵ステーションの空気排出ライン器材とは、互いに可逆的に結合するように相互に構成される。
【００３１】
空気入口弁２１６及び２１８は個別に制御可能であってよく、同様に、空気出口弁２２４及び２２６は個別に制御可能あってよい。これらの弁は、電気的に又は圧縮空気作用で制御可能であってよい。弁の制御可能性によって、所望により又は必要に応じて、有孔プレート部材１１０に対する空気の流れの方向を選択し、反転させることが可能になる。一方、リアクタ容器１０を通る空気の流れは、上から下（すなわち、上部区画から下部区画への流れ）又は下から上（すなわち、下部区画から上部区画への流れ）の方向であることができる。
【００３２】
更に図１を参照すると、リアクタ容器１０に空気を供給するための更なる空気入口を隙間開口部の内の１つ以上に取り付けることもできる。図１に示されるように、リアクタ容器１０は、２つの空気入口開口部／弁２１６、２１８を有する。同様に、排気は、開口部／弁２２４、２２６を介してリアクタ容器１０から離れることができる。上部区画と連通する２つ以上の開口部と下部区画と連通する２つ以上の開口部とをリアクタ容器１０に設けることによって、有孔プレート部材１１０及び有孔プレート部材１１０の上部の基板／培地床に更なる空気を通過させることができる。空気は、両方向に；上部から底部に又は底部から上部に吹き込むことができる。例えば、弁２０２、２０４、２０６又は２０８の内のいずれか１つは、更なる空気をリアクタ容器１０に提供し、空気の流れの方向を変化させるように構成され得る。発酵／空気呼吸、冷却、加熱及び水分レベルの調整等、リアクタの内部における幾つかのプロセスに空気が必要とされるので、そのような代替的配置は有益である。
【００３３】
更に、図１に示されるように、本発明のリアクタ容器の高さ（ｈ）は、有孔プレート部材１１０の水平面に対して横断する（すなわち、垂直の）方向に測定された距離である。幅及び長さは、高さに対して横断する方向で測定される。図１はリアクタ容器１０のための角箱の配置を示すが、バイオリアクタの高さに対して横断するバイオリアクタの輪郭は、任意の形状であってよい。例えば、リアクタ容器１０は、図１に示される矩形形状に限定されるものではなく、楕円形、円形、正方形、三角形、台形、腎臓形等であることができる。図１に示されるように、バイオリアクタの高さに対して横断するバイオリアクタの最大寸法（すなわち、水平寸法）は高さより大きい（両寸法は、外部接合構成要素によってではなく、リアクタ容器１０の区画を形成する主要壁によって測定される）。本発明によれば、リアクタ容器は、１．０超であってよい、バイオリアクタの高さに対して横断するバイオリアクタの最大寸法のリアクタ容器の高さに対する比率として規定されるアスペクト比を有する必要があり、両寸法は、含まれる外面接合構成要素よってではなく、リアクタ容器の区画を形成する主要壁によって測定される。本発明のリアクタ容器のアスペクト比は、例えば、１．０超、１．５超、２．０超、２．５超、３．０超、３．５超、４．０超、４．５超又は５．０超であってよい。本発明のリアクタ容器についてのアスペクト比は、例えば、１．０〜１０．０、１．５〜１０．０、２．０〜１０．０、２．５〜１０．０、３．０〜１０．０、３．５〜１０．０、４．０〜１０．０、４．５〜１０．０、及び５．０〜１０．０の範囲であってよい。
【００３４】
図２を参照して、水スプレー手段が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器からのパーシャルカットによる斜視図が提供される。図１とは対照的に、リアクタ容器１０は、空気入口弁２１８及び空気出口弁２２４を除いて全ての外部構成要素が除去された非無菌配置で示される。本発明によれば、運転中の本発明のバイオリアクタは、上部及び下部区画の各々への単一の隙間開口部を必要とするだけなので、隙間開口部の内の１つ以上を可逆的に封止することができる。図２に示されるように、リアクタ容器１０は、上部基部１０２に対して、リアクタ容器１０の上部区画と流体連通して構成される水スプレー手段３００を備える。水スプレー手段は、リアクタ容器１０の上部区画の中に配置されるノズル３０２を備える。ノズル３０２は、リアクタ容器１０の中における無菌条件を提供するための無菌の水フィルタ３０４と流体連通する。水スプレー手段３００は上部基部１０２上の中央に配置されるが、水スプレー手段３００又は複数の水スプレー手段３００は、スプレー手段が上部区画に接続される（すなわち、流体連通する）限り、リアクタ容器１０上のどこにでも配置され得る。本発明により用いられるノズルの例としては、アナーバー（ミシガン州）に位置するベックス社（ＢＥＸ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から商業的に入手可能なＣ−Ｓｅｒｉｅｓ油圧噴霧ノズルがある。
【００３５】
本発明の別の一実施形態において、図３に示されるように、リアクタ容器１０には、少なくとも１つの撹拌器手段４００が設けられる。撹拌器手段４００によって、発酵サイクルの前、間又は後に発酵増殖培地が混合される。撹拌器手段の有益性は、発酵増殖培地のより均一な（ｕｎｉｎｆｏｒｍ）混合物を促進することである。このことによって、ひいては、従来のリアクタ設計によって生じ得る、培地の中における異なる微小環境の形成の可能性が減る。図３に示されるように、撹拌器手段４００は、下部基部１００の方へ上部基部１０２を通って延びるロータ軸４０２であることができる。ロータ軸に対して構成される複数のロータ４０４をロータ軸４０２が有することによって、ロータ４０４の回転がロータ軸４０２の回転により確保され、発酵増殖培地が攪拌される。撹拌器手段４００は、リアクタ容器１０の上部区画内に垂直方向に延びることが示されるが、発酵増殖培地を充分に混合することができる限り、撹拌器手段４００を上部区画内の任意の位置に配置することができる。ロータ軸４０２の回転は、電気又は空気圧モータの使用による等、本技術分野で知られている任意の手段によって達成され得る。同様に、ロータ４０４の運動は、ロータ４０４の寸法に応じて同期又は非同期であることができる。そして、撹拌器手段４００はロータとして示されるが、撹拌器手段４００は、発酵増殖培地を混合するための任意の適切な構造（例えば、オーガ又はネジ）であることができる。
【００３６】
図４及び５は、図３のリアクタ容器１０の上面及び側面断面図を示す。図５に示されるように、ロータ４０４は、間隔を離して置かれることによって、ロータの組の間の望ましくない接触が防止される。しかし、ロータ４０４は、発酵増殖培地の均一な撹拌を確保するために、接触することなく交差するように配置することもできる。
【００３７】
図６を参照して、代替の撹拌器手段が配置された本発明の固体状態バイオリアクタ容器からのパーシャルカットによる斜視図が提供される。図６に示されるように、リアクタ容器１０には、橇ガイドレール４１０に沿って上部区画の中で往復運動する機械式橇４１２の形態の撹拌器手段４００が構成される。橇４１２の往復（すなわち、前後）の運動によって、発酵増殖培地をより大きく混合することが容易になり、より均一な又は均質な発酵環境が可能になる。
【００３８】
図７〜９は、図６に示される代替の撹拌器手段４００を備えたリアクタ容器１０の代替図を示す。図７に示されるように、リアクタ容器１０は、側壁１０４Ｂ、１０４Ｄに対して平行に沿って延びる一対の橇ガイドレール４１０を備えることによって、ガイドレール４１０に対して構成された橇４１２は、リアクタ容器１０の全幅（すなわち、水平の寸法）に亘って延びる。図８及び９は、橇４１２が、リアクタ容器１０の上部区画の全垂直寸法に亘って延びないことを示す。より均一な微小環境を促進するために充分な混合を確保するために、橇４１２は、発酵増殖培地の深さに亘って延びることを単に必要とするだけである。しかし、当業者に明らかであるように、発酵増殖培地の充分な混合を確保するために、ガイドレール４１０及び橇４１２は、多くの異なる配置でリアクタ容器１０の上部区画内に提供され得る。
【００３９】
図１０を参照して、リアクタ容器２０が円筒形配置である固体状態バイオリアクタ容器２０からのパーシャルカットによる斜視図が提供される。本発明によれば、リアクタ容器２０は、円筒形配置である場合、リアクタ容器２０の垂直寸法より著しく大きい水平寸法を有することによって、アスペクト比が上記のように維持される。リアクタ容器２０は、弓形の（すなわち、湾曲した）側壁１０５が基部１００、１０２の間に配置されて、垂直に間隔が置かれた下部基部１００及び上部基部１０２を備える。本発明によれば、リアクタ容器２０は、容器の全内部寸法に亘って水平に延びる有孔プレート部材１１０（単一のプレートとして示される）を備える。その結果、有孔プレート部材１１０は、内部区画（標識されない）を上部及び下部区画（標識されない）に二分する。同様に、有孔プレート部材１１０を下部基部１００の近くに配置して、上部区画は下部区画と比較してより大きな内部容積を有する。
【００４０】
更に図１０を参照して、リアクタ容器２０には（リアクタ容器１０とは異なり）、側壁１０５を越えて延びる有孔プレート部材１１０が構成され、それによって、リアクタ容器２０のハウジングは、上部ハウジング１０７及び下部ハウジング１０９を備える二部ハウジングに二分される。図１０に示されるように、上部及び下部ハウジング１０７、１０９は、外部フランジ１０７Ａ、１０９Ａのそれぞれのハウジングの開口端で周方向に延びる外部フランジ１０７Ａ、１０９Ａを備える。有孔プレート部材１１０が、配置された中間フランジ１０７、１０９Ａであることによって、ハウジング１０７Ａ、１０９Ａ及び有孔プレート１１０は、ボルト、クランプ又は同種のものを介して隣接関係で接合される。２つのハウジングによって、リアクタ容器２０は所望により分解され得る。代替的には、分解が必要でない場合、ハウジング１０７、１０９及び有孔プレート部材１１０を溶接することができる。
【００４１】
リアクタ容器２０は、リアクタ容器１０と同じように配置され得る。例えば、リアクタ容器２０には、図１０に示されるように、上部基部１０２を通って上部区画内に垂直に延びるロータ軸４０２を備える撹拌器手段４００が構成される。ロータ軸４０２には、リアクタ容器１０に類似した方法で複数のロータ４０４が構成される。リアクタ容器２０の上部ハウジング１０７には、ハウジングの内部の中に任意のロータガイド４０５も設けられる。図示はしていないが、撹拌器手段４００の機能性を向上させるために、任意のロータガイド４０５上に固定子を取り付けることができる。リアクタ容器２０には、上部及び下部隙間開口部（図１０に示されない）を介して上部及び下部区画（標識されない）に流体連通する（すなわち、接続する）上部及び下部ハウジング弁２３２、２３４も構成される。上部及び下部ハウジング弁２３２、２３４によって、空気、水及びいずれか他の流体媒質に対する可逆的アクセスがリアクタ容器２０の内部に導入される。図１０には示されていないが、リアクタ容器１０には、リアクタ容器１０に類似した方法でアクセスのための複数の隙間開口部を設けることもできる。
【００４２】
図１１〜１３は、図１０に示される撹拌器手段４００を備えたリアクタ容器２０の代替図を示す。図１１に示されるように、リアクタ容器２０は、上部区画と流体連通するアクセスポート１０６も設けられ、プラグ１０８又は適切な弁（図示せず）によって封止可能である。リアクタ容器１０に類似した方法で、リアクタ容器２０には、上部区画へのアクセスを容易にするために複数のアクセスポートを構成することができる。図１２に示されるように、ロータ４０４は、リアクタ容器２０の完全な水平寸法に亘って延びることができる。図１３を参照して、ロータ４０４は、任意のロータガイド４０５で支持される。また、図１３には、場合により有孔プレート部材１１０を通って延び、撹拌器手段４００に対する更なる構造的支持を提供するロータ軸４０２も示される。
【００４３】
リアクタ容器１０、２０及びそれらの中に配置される有孔プレート部材１１０の壁は、好ましくは、限定されるものではないが、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属で構成される。或いは、限定されるものではないが、メタロセンポリマーや炭素繊維等の非金属材料を用いてもよい。本発明のバイオリアクタは、本技術分野で知られている任意の方法で構成され得る。例えば、バイオリアクタは、ボルト締め、リベット締め、溶接及び接着によって組み立てることができる。実質的には、任意の種類又はその任意の組み合わせの接合を用いてバイオリアクターチャンバ（すなわち、リアクタ容器）を構成することができる。任意のパネル又は面がもう一方と接触する場合にガスケット又は他の封止手段を用いて接合部を封止することができることを容易に理解すべきである。図１及び１０に示されるもの等のバイオリアクタのチャンバは、ステンレス鋼パネルを一緒に金属成形及び溶接し、所定の位置に有孔プレートを挿入して、溶接した後、チャンバを溶接して閉じることによって構成され得る。各種の隙間は、限定されるものではないが、孔開けやレーザカット等の任意の方法、又は本技術分野で知られている任意の方法によって形成され得る。有孔プレート部材１１０は、孔開け又は打抜き又は任意の適切な手段によって、金属又は他の材料の板から同様に形成され得る。有孔プレート内の穿孔の大きさは、米糠等の標準的な粒状固体状態発酵増殖培地が容易に通過しないか又は全く通過しないように選択される。隙間と連通する各種部品は、可逆的に接合される必要がない部品の場合、限定されるものではないが、それへのねじ込み接続又はそれへの溶接等の任意の手段によって、それに接合され得る。
【００４４】
発酵のためのバイオリアクタの製造及び運転の実施例：
【００４５】
図１に示されるもの等の本発明に係るバイオリアクタユニットは、蒸気を使用して滅菌され得る。バイオリアクタ全体は、例えば、そのような滅菌のためのオートクレーブ内に配置され得る。バイオリアクタに増殖培地を充填した後、バイオリアクタの壁の中の隙間の内の１つ以上を通して供給される蒸気を使用してバイオリアクタを滅菌することができる。この滅菌の後、バイオリアクタは、バイオリアクタの内部の内容物の外部の異物混入を防ぐために閉じた状態でバイオリアクタの各種弁（及び、存在する場合、引き出し）を有する発酵ステーションに送達することができる。次いで、各種弁等、関連の外部構成要素の接続側面は、発酵ステーションにおける外部配管への接続の後、所定の位置で蒸気滅菌され得る。次いで、バイオリアクタ上、及びステーションの配管上の弁を開いて、空気、水、液体、接種物等の無菌の流れを可能にすることができる。
【００４６】
手法の以下の実施例において、運転されない場合、弁は閉じていると考えられる。
１．アクセスポート１０６を介してバイオリアクタの上部内部容積内に増殖培地を充填し、次いでプラグ１０８でポートを封止する。
２．弁２１６、２１８、２２４及び２２６を通して蒸気提供ライン（ライン２２２及び２３０として同様に結合される）から蒸気を供給することができ、それによって、増殖培地、内面並びに空気フィルタ２２０及び２２８が一緒に滅菌される。或いは、オートクレーブの中でバイオリアクタユニット全体を滅菌することができる。
３．次いで、弁２１０又は２１２を介して水／液体／接種物を加えることができる。この運転中にバイオリアクタは上下反対の（基部が上を向く）位置であってよい。
４．水／液体／接種物の添加後、成分を混合するためにバイオリアクタを回転及び／又は振盪することができる。この運転中にバイオリアクタは上下反対の位置であってもよいか、又はリアクタ容器の振盪及び回転の代わりに撹拌器手段４００を作動させてもよい。次いで、必要に応じて、バイオリアクタを直立位置に戻す。
５．バイオリアクタの底部内に蓄積した過剰の水／液体／接種物は、所望により、又は必要に応じて、いつでも弁２００を介して排出させることができる。
６．空気入口ライン２２２を介して呼吸及び／又は冷却のための空気を加え；空気／ガスは空気排出ライン２３０を介して出る。これらのばね装填ボール弁は、バイオリアクタ自体の上に取り付けられないが、バイオリアクタが発酵ステーション内に配置される場合に弁がバイオリアクタの空気入口及び出口接続部に作動可能にかみ合うように発酵ステーション内のラック位置の上に取り付けられる。弁２１８及び２２４が開いている（そして、２１６及び２２６が閉じている）場合、空気は、有孔プレート部材１１０の下の区画に入り、上向きの方向に増殖培地床を通過する。弁２１６及び２２６が開いている（そして、２１８及び２２４が閉じている）場合、逆の空気の方向が生じる（下向きの方向）。空気の方向を変えることによって、増殖培地が培地床の局所領域内で乾燥することが規則正しく防止され、それによって、発酵中の水分含有量がより均一になる。これによって、床内部における微生物の増殖が向上し、増殖培地からの水の蒸発によるより良好な冷却が容易になる。水分含有量が所望の値より低く低下すると、次いで水／液体を加えることができる。例えば、バイオリアクタに水スプレー手段３００を設けて、増殖培地の水分を最適なレベルに維持することができるか、又は発酵サイクルが完了した後でバイオリアクタを洗浄することができる。
８．バイオリアクタを（耐久性の）振動ステーション上に配置することによって、増殖培地の床内に生じ得る塊を破壊することができる。或いは、撹拌器をオンにすることによって増殖培地は撹拌手段４００で混合され、このことにより、振動ステーションの必要性を置き換える。
９．弁２１４を介して発酵中にバイオリアクタから試料を除去することができる。
１０．固体生成物は、アクセスポート１０６を通して取り出すことができる。例えば、バイオリアクタを垂直な末端上側面位置に傾けて、バイオリアクタの上部容積の内容物をポート１０６から注入することができ、及び／又は内容物は、器具及び／又は真空を用いてそこから除去され得る。
１１．例えば、弁調節洗浄隙間２０２、２０４、２０６及び２０８を介して挿入されるスプレーノズルによってバイオリアクタの内部を洗浄することができる。
【００４７】
バイオリアクタで用いられる支持システム及びステーションの記載
【００４８】
チャンバ及びラック：
【００４９】
本発明のバイオリアクタは、発酵ステーションでバイオリアクタを受け入れるように寸法決めされ、配置されたラック位置内に配置され得る。各ラック位置は、限定されるものではないが、バイオリアクタを空気システム（下記参照）の空気供給ライン及び空気排出ラインに接続するように構成されたボール弁等の接続部材を有することができる。バイオリアクタが発酵ステーションのラック位置内にある場合、水ライン等をバイオリアクタに接続してもよい。
【００５０】
空気システム：
【００５１】
区画の内部における呼吸、冷却及び／又は乾燥のための空気は、幾つかの主要なエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）内において中央に調整され得る。空気は、所定の生成及びプロセス相のために必要とされる所望の温度、湿度、圧力及び清浄度に調整され得る。低圧力損失のために設計されたダクトパイプシステムを提供して、各ラック位置におけるバイオリアクタ接続点に空気を分布させることができる。
【００５２】
バイオリアクタの輸送：
【００５３】
各種ステーションとラック位置の間の区画の輸送を自動化することができる。ステーション間の輸送は、標準的な自動ガイド車両（ＡＧＶ）を用いて行うことができる。ラック位置内におけるバイオリアクタの配置やそこからのバイオリアクタの除去等の特定の運転は、標準的な産業用ハンドリングロボットを用いて行うことができる。
【００５４】
固体状態発酵システム及びそのための機器の運転：
【００５５】
場合によって、１つ又は複数のワークステーション（機械）に以下のユニット運転の一部を組み合わせることができる。
【００５６】
リアクタ容器への増殖培地の充填；充填機による実施。
【００５７】
オートクレーブのためのトロリの装填及び取出し；ハンドリングロボットによる実施。
【００５８】
水／液体／接種物の添加、及び浸漬；専用の機械による実施。接種物は、例えば、標準的な種培養装置から供給され得る。
【００５９】
水／液体／接種物の排出；専用の機械による実施。
【００６０】
回転／緩やかな混合；ハンドリングロボットによる、又は攪拌器による実施。
【００６１】
塊の破壊／振盪／激しい混合；耐久性の振動発生機による、又は攪拌器による実施。
【００６２】
リアクタ容器内部の空気の流れの方向の変化；発酵ステーションに着脱自在に取り付けられたバイオリアクタ上の隙間に接続されたバルブの作動による実施。
【００６３】
重量制御；電子秤。
【００６４】
検査及び試料採取；手動で実施可能、及び／又は自動化可能。
【００６５】
区画の内部からの生成物を含む固体の取り出し；ハンドリングロボットによる、又はアイソレータ内部における半手動での実施。
【００６６】
区画の内部からの液体生成物（抽出物）の排出；手動で実施可能又は自動化可能。
【００６７】
生成プロセスの管理：
【００６８】
システム内の生成プロセスは、コンピュータ制御及び監視され得る。あらゆる区画には、システム内の追跡のための機械可読ＩＤタグ等の機械可読識別子（ＩＤ）を設けることができる。ワークステーション、ＡＧＶ又はロボットの一部又は全てには、ＩＤタグリーダ等のＩＤリーダを設けることができる。このように、システムは、あらゆるバイオリアクタユニットの位置及び進行を追跡することができる。
【００６９】
標準的な生成法は、コンピュータ化された制御システムにダウンロードすることができる。要求に応答するコンピュータ化された制御システムは、輸送、ハンドリング及び運転に関する各種のロボット及び自動サブシステムに対する全命令を計画し、実行することができる。
【００７０】
限定されるものではないが、以下の実施形態及びその変形例が本発明によって提供される。
【００７１】
本発明の一実施形態は、リアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタであって、
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する上壁と；
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する底壁であって、前記バイオリアクタの基部を規定する前記底壁と；
前記上壁及び前記底壁を接続する１つ以上の側壁であって、前記上壁、前記底壁及び前記１つ以上の側壁が、それによって内部区画と底部から上部への垂直高さと広範囲の水平の寸法とを全体的に規定し、
複数の隙間が、前記壁の内の１つ以上に、例えば、前記１つ以上の側壁に形成される、１つ以上の側壁と；
隙間が形成される壁に接続された少なくとも１つの可逆的に開けることができるクロージャであって、隙間を可逆的に封止するように寸法決めされ、配置された前記クロージャと；
前記底壁と前記上壁の間のレベルで前記内部区画の内部に配置された、例えば、固定又は懸架された、水平に配向された有孔プレート部材であって、前記プレート部材が上部側面及び下部側面を有し、前記プレート部材が１超のプレートを備える場合、前記各プレートが少なくとも実質的に同じレベルで配置され、プレートが他のプレートに実質的に水平に重ならない、水平に配向された有孔プレート部材と
を備える生産規模固体状態バイオリアクタを提供するものである。可逆的に開けることができるクロージャを前記隙間の各々に設けて、接続することができる。
【００７２】
本発明の関連の一実施形態は、リアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタであって、
少なくとも実質的に平面であってよい上面と少なくとも実質的に平面であってよい下面とを有する上壁と；
少なくとも実質的に平面であってよい上面、少なくとも実質的に平面であってよい下面を有する底壁であって、前記バイオリアクタの基部を規定する前記底壁と；
前記上壁及び前記底壁を接続する１つ以上の側壁であって、前記上壁、前記底壁及び前記１つ以上の側壁が、それによって内部を有する区画と底部から上部への垂直高さと広範囲の水平の寸法とを全体的に規定し、
複数の隙間が、前記壁の内の１つ以上に、例えば、前記１つ以上の側壁に形成される、１つ以上の側壁と；
隙間が形成される壁に接続された少なくとも１つの可逆的に開けることができるクロージャであって、隙間を可逆的に封止するように寸法決めされ、配置された前記クロージャと；
前記底壁と前記上壁の間に配置された、水平に配向された引き出しであって、
上部側面及び下部側面を有する、水平に配向された有孔プレート部材を備える基部パネルであって、前記プレート部材が１超のプレートを含む場合、各プレートが少なくとも実質的に同じレベルで配置され、プレートが他のプレートに実質的に水平に重ならない、基部パネルと、
２つの側部パネル、後部パネル及び前部パネルであって、前記前部パネルが、前記バイオリアクタ内に前記引き出しを完全に挿入する場合（前記引き出しを閉じる場合）に前記引き出しを挿入可能な前記バイオリアクタの前記側壁内の隙間を封止可能である、２つの側部パネル、後部パネル及び前部パネルと
を備える前記引き出しと
を備える生産規模固体状態バイオリアクタを提供するものである。前記引き出しによって封止可能な前記隙間に加えて、可逆的に開けることができるクロージャを前記隙間の各々に設けて、接続することができる。引き出しは、例えば、バイオリアクタ内のレール上に、又はバイオリアクタの壁内に形成される溝上に摺動可能に取り付けることができる。
【００７３】
好ましくは、実施形態における有孔プレート部材は、区画の内部を、上部区画を規定するためのプレートより上の部分と下部区画を規定するためのプレートより下の区画の部分とに完全に分離する。区画の２つの部分は、少なくとも主に、例えば、有孔プレート部材内の穿孔を通して互いに流体連通するだけである。有孔プレート部材は、重なることなく当接する関係で接合した同じレベルの１つ以上の有孔プレートから成ることができる。
【００７４】
実施形態の一変形例において、隙間（引き出しが適合する隙間を除く）の内の少なくとも１つは、有孔プレート部材が配置されたレベルより上の区画内に通じ、隙間の内の少なくとも１つは、有孔プレート部材が配置されたレベルより下の区画内に通じる。複数の隙間の少なくとも一部、例えば、隙間の全てを、１つ以上の側壁内に形成することができる。上壁及び底壁内に、幾つかの隙間を形成することができるか、全く隙間を形成することができない。
【００７５】
区画の最大水平寸法が区画の垂直高さより大きいことが好ましい。したがって、バイオリアクタ区画は、１超のアスペクト比を有することができる。
【００７６】
当業者に明らかであるように、有孔プレート部材の水平領域は、プレートが１つ以上であるにせよ、増殖培地が配置される領域である。その結果、バイオリアクタ自体の水平領域は非常に大きくなる可能性がある。有孔プレート部材の領域は、例えば、少なくとも１．０ｍ2、例えば、１．０〜５．０ｍ2の範囲、例えば、約１．０ｍ2若しくは１．０ｍ2に等しい、１．５ｍ2に等しい若しくは約１．５ｍ2、２．０ｍ2に等しい若しくは約２．０ｍ2、２．５ｍ2に等しい若しくは約２．５ｍ2、又は３．０ｍ2に等しい若しくは約３．０ｍ2の面積（１つの側面上）を有する。本明細書で用いられる「約」という用語は、所定値に対して±５％の範囲内を意味する。本発明のバイオリアクタ内部区画の高さは、例えば、５０〜５００ｃｍ、例えば、１００〜４００ｃｍ又は１５０〜３００ｃｍの範囲である。本発明に係るバイオリアクタのリアクタ容器を形成する壁の厚さは、概して、バイオリアクタ又はその中の有孔プレートの全寸法と比較して小さい。例えば、バイオリアクタの壁は、厚さが０．２５ｃｍ〜２．０ｃｍの範囲であってよい。一変形例において、本発明に係るバイオリアクタ及び／又はその中の有孔プレート（又はプレート全体）は、少なくとも実質的に矩形であり、水平寸法が一方の側面上では１．０ｍに等しい又は約１．０ｍ、他方の側面上では約２．０ｍ〜約２．５ｍ、例えば、２．０ｍに等しい若しくは約２．０ｍ又は２．５ｍに等しい若しくは約２．５ｍであり、バイオリアクタの高さが水平寸法のいずれかより小さく、例えば、５０〜５００ｃｍ、例えば、１００〜４００ｃｍ又は１５０〜３００ｃｍの範囲である。これらの寸法を有する本発明に係る生産規模バイオリアクタは、少なくとも５０〜１００の標準的な２．０ｋｇの使い捨て可能なプラスチック固体状態発酵バッグ（典型的には放射線滅菌を必要とする）を取り替えることが可能である。
【００７７】
図１に示されるように、バイオリアクタは、隙間の内の少なくとも１つに作動可能に連通する（接続する）空気入口フィルタを更に備えることができる。バイオリアクタは、隙間の内の少なくとも１つに作動可能に連通信する（接続する）空気出口フィルタを更に備えることができる。バイオリアクタ容器の隙間の内の少なくとも１つは、作動可能に且つ可逆的に空気入口ラインに接続することができる。バイオリアクタ容器の隙間の内の少なくとも１つは、作動可能に且つ可逆的に空気出口ラインに接続することができる。フィルタは、好ましくは、微生物の通過を遮断する無菌フィルタ、例えば、０．２５ミクロン以下のポアフィルタ、例えば、０．２ミクロン以下のポアフィルタである。したがって、バイオリアクタの輸送の間、及びバイオリアクタ内における選択された生物の培養の間、内側への及び外側への異物混入を防止することができる。
【００７８】
図１〜１３に示されていないが、本発明のバイオリアクタは、特定のバイオリアクタユニットを識別する任意の種類の機械可読識別タグ等の機械可読識別子を更に備えることができる。適切な機械可読識別タグとしては、例えば、バーコード（バーコードリーダと共に用いられる）や、ＲＦＩＤタグ（ＲＦＩＤタグリーダと共に用いられる）が挙げられる。
【００７９】
バイオリアクタには、バイオリアクタの上部容積の中で照明を提供するために穿孔された少なくとも１つのもののレベルより上に配置された１つのもの等、壁内の隙間内に挿入する１つ以上のランプ又は他の光源を設けることもできる。
【００８０】
本発明のバイオリアクタ内において、有利には、非常に高い固体相増殖培地床を用いることができる。これらの床は、例えば、高さが少なくとも１０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも２０ｃｍ、最高若しくは約４０ｃｍ及び／又は最高若しくは約５０ｃｍであってよい。培地床の高さは、例えば、１０ｃｍ〜５０ｃｍ、又は１０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲であってよい。また、本発明によって、指定された高さのいずれかに対して中に装填される米糠等の粒状固体状態増殖培地等の固体状態増殖培地の床を更に備える、本明細書に記載されるバイオリアクタの実施形態のいずれかも提供される。引き出しを有さない本発明のバイオリアクタの実施形態において、有孔プレート部材及びバイオリアクタの側壁は、有孔プレート部材より上の上部区画内に増殖培地を保持する。引き出しを有する本発明のバイオリアクタの実施形態において、引き出しの後部パネル、側部パネル及び前部パネルの高さは、所望の範囲の培地床高さを収容するように選択される。例えば、５０ｃｍに等しい又は少なくとも５０ｃｍの高さを有する側面を有する引き出しは、最高５０ｃｍの培地床高さに適切である。
【００８１】
更なる一実施形態において、本発明は、
本明細書に記載される実施形態又はそれらの変形例のいずれかに係る複数の生産規模固体状態バイオリアクタ、例えば、前記バイオリアクタの内の少なくとも１０、前記バイオリアクタの内の少なくとも１００、前記バイオリアクタの内の少なくとも５００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも１０００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも２０００と；
複数の空気提供ライン及び空気排出ラインを備える発酵ステーションであって、発酵ステーション及び複数のバイオリアクタが、少なくとも１つの空気提供ライン及び１つの空気排出ラインに前記複数のバイオリアクタの各々を作動可能に且つ可逆的に接続するように相互に構成される、発酵ステーションと
を備える生産規模固体状態バイオリアクタシステムを提供するものである。前記複数のバイオリアクタの内のバイオリアクタの各々は、発酵ステーションと作動可能な（協働する）任意の場合において、同じ設計であってもよいか、少なくとも実質的に同じ設計であってもよい。
【００８２】
発酵ステーションは、各サブステーションが生産規模固体状態バイオリアクタの内の１つを受け入れるように寸法決めされ、配置される、複数のサブステーションを備えることができる。サブステーションの内の少なくとも一部は、例えば、積層構造で配置され得る。
【００８３】
システムは、サブステーションにバイオリアクタを挿入し、サブステーションからバイオリアクタを除去するように寸法決めされ、配置された少なくとも１つの機械化ハンドラを更に備えることができる。機械化ハンドラは、自動化させてもよく、及び／又はコンピュータ化された制御システムの制御下であってもよい。
【００８４】
発酵ステーションに加えて、システムは、例えば、以下のステーション：固体状態培養培地充填及び混合ステーション；接種ステーション；洗浄ステーション；滅菌／オートクレーブステーション；及び採取／生成物除去ステーションの内の１つ以上を備えることができる。当業者は、洗浄や滅菌等の幾つかのステーション機能を単一ステーションに組み合わせることができることを認識するであろう。ステーション間のバイオリアクタの輸送は、好ましくは自動化され、自動ガイド車両（ＡＧＶ）を用いて行うことができる。各ステーションで実施される各種機能は、産業用ロボットを用いて少なくとも部分的に自動化し、実施することもできる。バイオリアクタの滅菌のために用いられるオートクレーブは、一度にバイオリアクタの内の１つ以上を収容し、滅菌するように寸法決めされ、配置される必要がある。
【００８５】
本発明の固体状態バイオリアクタの中で、本発明のバイオリアクタシステムを用いて培養され得る微生物としては、限定されるものではないが、例えばアナモルフィック真菌等の真菌や、例えば好熱性好酸性細菌等の細菌が挙げられる。本発明のバイオリアクタ及びバイオリアクタシステムを用いて培養され得る特定の真菌としては、限定されるものではながい、アシェルソニア（Ａｓｃｈｅｒｓｏｎｉａ）の種；ビューベリア（Ｂｅａｕｖｅｒｉａ）；ヒルステラ（Ｈｉｒｓｕｔｅｌｌａ）；イサリア（Ｉｓａｒｉａ）；レカニシリウム（Ｌｅｃａｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）；メタリジウム（Ｍｅｔａｒｈｉｚｉｕｍ）、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）；ペニシリウム及びノムレア（Ｎｏｍｕｒａｅａ）、例えば、アシェルソニア・アレイロディス（Ａｓｃｈｅｒｓｏｎｉａ  ａｌｅｙｒｏｄｉｓ）；ビューベリア・バシアナ（Ｂｅａｕｖｅｒｉａ  ｂａｓｓｉａｎａ）；ビューベリア・ブログナルティ（Ｂｅａｕｖｅｒｉａ  ｂｒｏｇｎａｒｔｉｉ）；ヒルステラ・トンプソニ（Ｈｉｒｓｕｔｅｌｌａ  ｔｈｏｍｐｓｏｎｉｉ）；イサリア（Ｉｓａｒｉａ）属種；レカニシリウム（Ｌｅｃａｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）属種；メタリジウム・アニソプリアエ（Ｍｅｔａｒｈｉｚｉｕｍ  ａｎｉｓｏｐｌｉａｅ）、メタリジウム（Ｍｅｔａｒｈｉｚｉｕｍ）属種；トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属種；ペニシリウム・ビライアエ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｂｉｌａｉａｅ）（ペニシリウム・ビライ（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ  ｂｉｌａｉｉ））及びノムレア・リレイ（Ｎｏｍｕｒａｅａ  ｒｉｌｅｙｉ）が挙げられる。
【００８６】
固体状態バイオリアクタを用いて生成され得る発酵生成物としては、例えば、アルコール（例えば、エタノール、メタノール、ブタノール）；有機酸（例えば、クエン酸、酢酸、イタコン酸、乳酸、グルコン酸）；ケトン（例えば、アセトン）；アミノ酸（例えば、グルタミン酸）；ガス；抗生物質（例えば、ペニシリン及びテトラサイクリン）；酵素；ビタミン；及びホルモンが挙げられる。酵素の例としては、ペクチナーゼ、アミラーゼ、グルコアミラーゼ、リパーゼ、プロテアーゼ、キシラナーゼ及びセルラーゼが挙げられる。
【００８７】
限定されるものではないが、本発明は、無菌発酵のための固体状態バイオリアクタの製造のための、及びそれによる所望の微生物の固体状態発酵のための以下の方法も提供するものである。
【００８８】
本発明の一実施形態は、以下のステップ：
（ａ）本明細書に記載される実施形態又はそれらの変形例のいずれかに係るリアクタ容器を有する生産規模固体状態バイオリアクタを提供すること；
（ｂ）有孔プレート部材より上の空間内（すなわち、リアクタ容器の上部区画内）に固体状態発酵増殖培地を導入すること；及び
（ｃ）隙間の少なくとも１つを介してリアクタ容器の内部に蒸気を導入して、バイオリアクタ及びその中の増殖培地を滅菌すること
を含む、固体状態発酵のための方法を提供するものである。バイオリアクタは、リアクタ容器の内部と連通する無菌空気出口フィルタとリアクタ容器の内部と連通する無菌空気入口フィルタとを備えることができる。実施形態の方法は、以下のステップ：
（ｄ）例えば１つ以上の隙間を介してバイオリアクタを滅菌した後、培養されることが所望される予め選択された微生物、例えば、本明細書に記載されるもののいずれかを上部区画内に導入すること
を更に含むことができる。次いで、微生物は、限定されるものではないが、少なくとも１日間、少なくとも２日間、少なくとも７日間、少なくとも１０日間等の期間、バイオリアクタの中で培養される。次いで、発酵生成物は、バイオリアクタから回収することが可能であり、場合によって精製することができる。
【００８９】
本発明の更なる一実施形態において、本発明は、以下のステップ：
本明細書に記載される実施形態又はそれらの変形例に係る複数の生産規模固体状態バイオリアクタを提供すること、
複数の生産規模固体状態バイオリアクタの内の少なくとも１つにおいて、有孔プレート部材より上の空間内（すなわち、リアクタ容器の上部区画内）に固体状態発酵増殖培地を導入すること；
複数の生産規模固体状態バイオリアクタの内の少なくとも１つにおいて、培養されることが所望される予め選択された微生物、例えば、本明細書に記載されるもののいずれかを内部区画内に導入し、前記微生物が所望の固体状態発酵生成物を生成すること；及び
生産規模固体状態バイオリアクタの内の少なくとも１つの中で微生物を培養して、固体状態発酵生成物を生成すること
を含む固体状態発酵生成物の生成方法を提供するものである。バイオリアクタの中で微生物を培養する期間は、少なくとも１日間、少なくとも２日間、少なくとも７日間、又は少なくとも１０日間であってよい。複数のバイオリアクタとしては、少なくとも、前記バイオリアクタの内の少なくとも１０、前記バイオリアクタの内の少なくとも１００、前記バイオリアクタの内の少なくとも５００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも１０００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも２０００を挙げることができる。複数のバイオリアクタの内の少なくとも１つとしては、１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも５つ、又は少なくとも１０のバイオリアクタ、例えば、限定されるものではないが、前記バイオリアクタの内の少なくとも３、１０、前記バイオリアクタの内の少なくとも１００、前記バイオリアクタの内の少なくとも５００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも１０００、又は前記バイオリアクタの内の少なくとも２０００を挙げることができる。実施形態の方法は、固体状態発酵増殖培地を導入するステップと予め選択された微生物を導入するステップの間に、複数の生産規模固体状態バイオリアクタの内の少なくとも１つの区画の内部に蒸気を導入するステップを更に含むことができる。実施形態の方法は、培養ステップの後で複数の固体状態バイオリアクタの内の少なくとも１つから固体状態発酵生成物を回収するステップを更に含むことができる。
【００９０】
上述の方法の実施形態及びそれらの実施形態の変形例のいずれかにおいて、バイオリアクタ内における微生物の培養は、バイオリアクタの中で温度及び／又は湿度／水分含有量を所望の又は予め選択されたレベルで維持及び／又は制御すること、及び／又はバイオリアクタの中の及びバイオリアクタからの空気の流れを制御することを更に含むことができる。空気の流れの制御は、有孔プレート部材より上及び下に対する空気の流れの方向を制御すること、及び／又は培養期間中に空気の流れの前記方向を変更又は交替することを含むことができる。
【００９１】
上述の方法の実施形態及びそれらの実施形態の変形例のいずれかは、（ｉ）固体状態発酵生成物を乾燥させるステップ又は（ｉｉ）固体状態発酵生成物を抽出するステップを更に含むことができる。例えば、乾燥は、バイオリアクタの中における乾燥、及び／又はバイオリアクタから発酵生成物を回収した後の乾燥を含むことができる。同様に、乾燥は、固体状態発酵生成物をスプレー乾燥させることを含むことができる。或いは、乾燥は、固体状態発酵生成物を凍結乾燥させること、又は流動床上の乾燥によるものを含むこともできる。そして、上述の方法の実施形態及びそれらの実施形態の変形例のいずれかは、バイオリアクタからの除去後に固体状態発酵生成物を精製するステップを更に含むことができる。
【００９２】
本開示で引用される特許出願、特許及び他の刊行物の各々は、あたかも本明細書に完全に記載されているように、参照により援用される。特定の好ましい実施形態に関連して本発明を記載したが、請求される本発明は、そのような特定の実施形態に不当に限定されてはならないことを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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