JP2011211961A - ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体培地を安定して効率よくろ過することができるろ過装置を提供する。
【解決手段】 原液タンク２と、第１の管路１８，１９と、クロスフローろ過方式の第１のろ過手段１７と、デッドエンドろ過方式の第２のろ過手段４６と、第１のろ過手段１７と第２のろ過手段４６とを接続する第２の管路２１とを備えるろ過装置１において、第２の管路２１の途中に設けられ、第１のろ過手段１７によりろ過された液体培地を貯留する貯留タンク４と、貯留タンク４に設けられ、貯留タンク４内の圧力を調整する圧力調整手段４２と、第２の管路２１における貯留タンク４と第２のろ過手段４６との間に設けられ、貯留タンク４に貯留されている液体培地を第２のろ過手段４６に供給するポンプ４７とを備え、ポンプ４７は、貯留タンク４に所定量の液体培地が貯留されたときに、間欠的に駆動して第２のろ過手段４６によるろ過を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固形分を含む液体、例えば、液体培地をろ過するろ過装置に関する。

従来、微生物を培養する液体培地を滅菌する方法として、例えば、ろ過滅菌方法が知られている。前記ろ過滅菌方法は、微生物が通過しない孔径を有するろ過滅菌フィルタに液体を通過させることにより無菌状態のろ液を得る方法である。一般に、微生物の大きさは、０．２μｍより大きいため、ろ過滅菌フィルタの孔径は略０．２μｍ以下とされる。

ところが、固形分を多く含む液体培地に対してろ過滅菌方法を採用すると、ろ過滅菌フィルタが容易に目詰まりをおこしてしまう。そのため、ろ過滅菌フィルタを頻繁に交換する必要が生じ、コストが増大するという問題点があった。

そこで、固形分の多い液体培地をろ過滅菌する前に、クロスフローろ過方式のフィルタを通過させるろ過装置が従来知られている（例えば、特許文献１参照）。クロスフローろ過方式は、ろ過フィルタ面に対して平行な流れを作ることにより、該フィルタに供給される液に含まれる固形分等が膜面に堆積することを抑制することができる。そのため、前記従来のろ過装置によれば、フィルタが目詰まりをおこすことなく液体培地中の固形分を粗取りすることができる。従って、固形分を粗取りした液体培地をろ過滅菌フィルタにより滅菌ろ過する際、該ろ過滅菌フィルタが目詰まりをおこすことを抑制することができる。

特開２００９−１４８６６１号公報

クロスフローろ過方式のフィルタは、一般に、循環流量に比べて得られるろ液の流量が小さい。そこで、クロスフローろ過方式のフィルタによりろ過されるろ液の流量を大きくするためには、該フィルタにかかる膜間差圧を高くすることが考えられる。ところが、クロスフローろ過方式のフィルタにかかる膜間差圧を高くすると、該フィルタが一気に目詰まりをおこしてしまうため、クロスフローろ過方式のフィルタにより得られるろ液の流量を大きくすることは困難である。従って、前記従来のろ過装置の下流側に、さらにクロスフローろ過方式のフィルタを用いてろ過滅菌すると、投入する動力エネルギーに対して得られるろ液の流量が小さくなってしまうという問題点がある。

また、液体培地を滅菌するために、前記従来のろ過装置の下流側にデッドエンドろ過方式のろ過滅菌フィルタを設けることが考えられる。しかしながら、クロスフローろ過方式は、ろ過する液体の粘性、固形分量等によりろ過流量が大きく変化するため、前記デッドエンドろ過方式のろ過を行うためのポンプが、クロスフロー方式のフィルタにより得られるろ液の流量に対応しきれないことがある。そうなると、前記ポンプは空気を噛んでしまい、装置が停止してしまうという問題点がある。

本発明の目的は、固形分を含む液体培地を、安定して効率よくろ過することができるろ過装置を提供することにある。

本発明は、液体培地を収容する原液タンクと、前記原液タンク中の前記液体培地を循環させる第１の管路と、前記第１の管路の途中に設けられ、前記液体培地中の夾雑物を分離するクロスフローろ過方式の第１のろ過手段と、前記第１のろ過手段によりろ過された液体培地をさらにろ過するデッドエンドろ過方式の第２のろ過手段と、前記第１のろ過手段の透過側室と、前記第２のろ過手段とを接続する第２の管路とを備えるろ過装置において、前記第２の管路の途中に設けられ、前記第１のろ過手段によりろ過された液体培地を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクに設けられ、該貯留タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、前記第２の管路における前記貯留タンクと前記第２のろ過手段との間に設けられ、前記貯留タンクに貯留されている液体培地を第２のろ過手段に供給するポンプとを備え、前記ポンプは、前記貯留タンクに所定量の液体培地が貯留されたときに、間欠的に駆動して第２のろ過手段によるろ過を行うことを特徴とする。

本発明のろ過装置によれば、クロスフローろ過方式の第１のろ過手段と、デッドエンドろ過方式の第２のろ過手段とを備えている。最初にろ過を行う第１のろ過手段は、クロスフローろ過方式であるため、目詰まりすることなく液体培地中の夾雑物を粗取りすることができる。従って、第１のろ過手段によりろ過されたろ液を第２のろ過手段によりろ過する際の目詰まりを抑制することができる。

また、本発明のろ過装置によれば、第１のろ過手段と第２のろ過手段との間に、第１のろ過手段によりろ過された液体培地を貯留する貯留タンクが設けられており、また貯留タンクと第２のろ過手段との間にポンプが設けられている。このポンプは、貯留タンクに所定量の液体培地が貯まったときに間欠的に駆動されて、液体培地を第２のろ過手段に供給し、ろ過が行われる。このようなろ過によれば、前記ポンプが第１のろ過手段により得られるろ液の流量に対応しきれず、空気を噛んで停止してしまうことを防止することができるため、装置の安定性を向上させることができる。

また、前記ポンプは、貯留タンクに所定量の液体培地が貯まったときに間欠的に駆動されるため、もっとも効率のよい定格運転をさせることができる。その結果、ろ過装置のろ過効率を向上させることができる。

本発明のろ過装置によれば、前記貯留タンクは、内部の圧力を調整する圧力調整手段を備えている。圧力調整手段によれば、貯留タンク内の圧力を調整することにより、第１のろ過手段の膜間差圧を適正な値に調整することができる。

本発明のろ過装置において、前記第１の管路は、前記第１のろ過手段より上流側と下流側とを接続する第３の管路を備えることが好ましい。第３の管路によれば、運転開始時における不均一な状態の液体培地を、第１のろ過手段を迂回させて循環させることにより均一化し、該液体培地に拡散している可溶成分の溶解を促進させることができる。その結果、液体培地中の固形分が減少するため、第１のろ過手段及び第２のろ過手段の目詰まりを低減することができる。また、第３の管路によれば、液体培地が循環することによる運動エネルギーが熱に変換され、該液体培地の温度が上昇し粘度が低くなる。その結果、第１のろ過手段及び第２のろ過手段のろ過に必要なエネルギーを低減することができる。

本発明のろ過装置において、前記第２のろ過手段に水蒸気を導入して滅菌する水蒸気滅菌手段を備えることが好ましい。第２のろ過手段は、デッドエンドろ過方式であるため、液体培地に含まれていた雑菌類等が蓄積される。前記水蒸気滅菌手段によれば、これらの雑菌類を滅菌することができるため、第２のろ過手段の滅菌能を高く維持することができる。

本発明のろ過装置において、前記第１のろ過手段に供給される液体培地を予め遠心分離する遠心分離器を備えることが好ましい。前記遠心分離器によれば、液体培地に含まれる大きな夾雑物を予め除去することができるため、第１のろ過手段及び第２のろ過手段の目詰まりすることを抑制することができる。

本発明の実施形態のろ過装置を示す説明的構成図。

図１に示すように、本発明の実施形態のろ過装置１は、原液タンク２と、除粒子ユニット３と、貯留タンク４と、滅菌ろ過ユニット５とを備えている。

原液タンク２は、イオン交換水供給管６と、第１の培地成分供給ユニット７と、第２の培地成分供給ユニット８とが接続されている。

第１の培地成分供給ユニット７は、原液タンク２に液体の培地成分を供給するためのものであり、第１の培地成分供給タンク１０と、第１の培地成分供給管１１と、第１の培地成分供給ポンプ１２とからなる。第１の培地成分供給タンク１０は、コーンスティープリカー若しくは糖蜜を収容する。また、第１の培地成分供給タンク１０は、第１の培地成分供給管１１の一端が接続されている。第１の培地成分供給管１１の他端は、原液タンク２に接続される。第１の培地成分供給管１１は、途中に第１の培地成分供給ポンプ１２を備える。

第２の培地成分供給ユニット８は、原液タンク２に粉体の培地成分を供給するためのものであり、第２の培地成分供給タンク１３と、粉体移送管１４と、エジェクタ１５と、空気供給管１６とからなる。

第２の培地成分供給タンク１３は、例えば、硫酸アンモニウム粉末を収容する。また、第２の培地成分供給タンク１３は、粉体移送管１４の一端が接続されている。粉体移送管１４は、他端がエジェクタ１５に接続されている。エジェクタ１５には、空気供給管１６が接続されており、空気供給管１６から供給される空気流がエジェクタ１５を通過すると、その流速により内部に減圧部が形成される。エジェクタ１５には粉体移送管１４が接続されているため、前記減圧部により第１の培地成分供給用タンク内の粉体が吸引され、空気流と共に該粉体が原液タンク内に投入される。

除粒子ユニット３は、ろ過手段１７と、第１の循環管１８と、第２の循環管１９と、バイパス管２０と、第１の送液管２１とからなる。

ろ過手段１７は、クロスフローろ過方式であり、ろ過膜２２を備えており、ろ過膜２２により供給側室２３と透過側室２４とが形成される。

ろ過手段１７は、供給側室２３の入口側端部と原液タンク２の下部とが、第１の循環管１８を介して接続されている。第１の循環管１８は、途中に、例えば、循環ポンプ２５が設けられている。

また、ろ過手段１７は、その供給側室２３の出口側端部と原液タンク２とが、第２の循環管１９を介して接続されている。第２の循環管１９は、一端がろ過手段１７の供給側室２３の出口側端部に接続され、他端が原液タンク２の上部に接続される。

第１の循環管１８は、循環ポンプ２５よりろ過手段１７側において、バイパス管２０を分岐している。バイパス管２０は、他端が第２の循環管１９に合流する。

第１の循環管１８は、バイパス管２０との分岐点よりろ過手段１７側において、バイパス管２０との分岐点側から順に、第１の弁２６と、第１の圧力センサ２７とを備えている。第２の循環管１９は、ろ過手段１７と、第２の循環管１９とバイパス管２０との合流地点との間に、ろ過手段１７側から順に、第２の圧力センサ２８と、循環流量調整弁２９と、第２の弁３０とを備えている。

また、第２の循環管１９は、バイパス管２０との合流地点と、原液タンク２との間に、第１の流量センサ３１を備えている。バイパス管２０は、第１の循環管１８との分岐点側に、第３の弁３２を備えている。

ろ過手段１７の透過側室２４には、第１の送液管２１が接続されている。第１の送液管２１は、他端が貯留タンク４に接続されている。第１の送液管２１は、ろ過手段１７側から順に、第３の圧力センサ３３と、第２の流量センサ３４と、第４の弁３５とを備える。

第１の送液管２１は、第２の流量センサ３４と第４の弁３５との間に、逆洗管３６が接続されている。逆洗管３６は、他端が図示しないイオン交換水供給手段に接続されている。また、逆洗管３６は、途中に逆洗ポンプ３７が設けられていると共に、逆洗ポンプ３７と第１の送液管との接続部との間に、第５の弁３８が設けられている。また、第１の循環管１８は、第１の圧力センサ２７とろ過手段１７との間に、第１の排液管３９が設けられている。第１の排液管３９は、ろ過終了後等に排液を排出するためのものであり、途中に第６の弁４０を備えている。

貯留タンク４は、ろ過手段１７によりろ過されたろ液を貯留するタンクであり、頂部に第４の圧力センサ４１と、圧力調整弁４２とを備えている。圧力調整弁４２は、通気フィルタ４３を備えており、通気フィルタ４３を介して貯留タンク４内に流通する空気量を調整し、貯留タンク４内の圧力を調整する。貯留タンク２内の液量は、レベルセンサ４４によりモニタリングする。

貯留タンク４は、下部に第２の送液管４５が接続されている。第２の送液管４５の他端は、滅菌フィルタ４６に接続されている。第２の送液管４５には、貯留タンク側から順に、ろ過滅菌ポンプ４７と、第５の圧力センサ４８と、第３の流量センサ４９とを備えている。また、第２の輸送管４５は、ろ過滅菌ポンプ４７と第５の圧力センサ４８との間に、だい２の排液管５０が設けられている。第２の排液管５０は、ろ過終了後等に排液を排出するためのものであり、途中に第７の弁５１を備えている。滅菌フィルタ４６は、得られるろ液を後工程５２に移送する第３の移送管５３を備えている。

次に、本実施形態のろ過装置の作動について説明する。

初めに、イオン交換水供給管６から原液タンク２内に所定量のイオン交換水を投入する。次に、第１の弁２６及び第２の弁３０を閉弁すると共に、第３の弁３２を開弁し（このような弁の状態を、「循環モード」とする）、循環ポンプ２５を駆動することにより、前記イオン交換水の循環を開始する。

次に、第１の培地成分供給ポンプ１２を駆動し、第１の培地成分供給タンク１０内に収容されているコーンスティープリカー若しくは糖蜜を原液タンク２内に注入する。前記注入終了後、第１の培地成分供給タンク１０内にイオン交換水を投入し、次いで該イオン交換水を原液タンク２内に注入することにより、第１の培地成分供給管１１内を共洗いする。

次に、空気供給管１６から供給される空気流をエジェクタ１５に通過させ、第２の培地成分供給タンク１３に収容されている硫酸アンモニウムを原液タンク２内に投入する。原液タンク２に投入した各培地成分が十分に溶解したら、循環ポンプ２５を停止する。

次に、第１の弁２６と第２の弁３０と第４の弁３５とを開弁すると共に、第３の弁３２と第５の弁３８と第６の弁４０を閉弁し（このような弁の状態を、「培地ろ過モード」とする）、循環ポンプ２５を駆動することにより、液体培地のろ過を開始する。液体培地のろ過が所定時間経過する毎に循環ポンプ２５を停止し、第４の弁３５を閉弁すると共に、第５の弁３８を開弁し（このような弁の状態を、「逆洗モード」とする）、逆洗ポンプ３７を駆動する。そして、ろ過手段１７に、培地ろ過モードにおける流れとは逆方向にイオン交換水を供給し、ろ過膜２２からろ過物を除去する。逆洗終了後は、各弁は培地ろ過モードの状態に戻り、培地ろ過が継続される。そして、積算ろ過流量が目的量に達したら、循環ポンプ２５を停止する。

その後、イオン交換水供給管６からイオン交換水を原液タンク２内に所定量投入する。次に、各弁の状態を培地ろ過モードとした後、循環ポンプ２５を駆動し、液体培地のろ過を再開する。そして、積算ろ過流量が所定量に達したら、原液タンク２内の培地成分は略全量ろ過したものとみなし、循環ポンプ２５を停止し、液体培地のろ過を終了する。ろ過終了後、原液タンク２及び除粒子ユニット３内に残留する廃液は、第６の弁４０を開弁することにより第１の廃液管３９を介して排出される。

液体培地のろ過処理中、第１の流量センサ３１により検出される循環流量、第２の流量センサ３４により検出されるろ過流量、第１の圧力センサ２７により検出されるろ過膜入口圧、第２の圧力センサ２８により検出されるろ過膜出口圧は、循環流量調整弁２９及び循環ポンプ２５のインバータ周波数を操作することにより調整する。

また、液体培地のろ過処理中、第２の流量センサ３４により検出されるろ過流量は、圧力調整弁４２により貯留タンク４内の圧力が所望の値になるように調整して、ろ過流量を制御する。前記ろ過流量の値が極端に小さい場合には、ろ過膜２２が目詰まりを起こしている可能性が高いため、逆洗を追加して行ってもよい。

このようにしてろ過された液体培地は、貯留タンク４に貯留されている。貯留タンク４にある程度の液体培地が貯まったら、ろ過滅菌ポンプ４７を駆動させ、滅菌フィルタ４６に液体培地を圧送し、滅菌ろ過を行う。このとき、第５の圧力センサ４８により検出される滅菌膜圧力と、第３の流量センサ４９により検出される滅菌流量を確認し、異常がないことを確認する。ろ過終了後、貯留タンク４内に残留する廃液は、第７の弁５１を開弁することにより第２の廃液管５０を介して排出される。

このようにして、ろ過膜２２及び滅菌フィルタ４６を通過した液体培地は無菌状態となり、後工程５２における好気培養用の培地として用いられる。

本実施形態のろ過装置１によれば、ろ過手段１７は、クロスフローろ過方式であり、目詰まりすることなく液体培地から夾雑物を除去することができる。従って、滅菌フィルタ４６によって行われるデッドエンドろ過方式によるろ過滅菌の際に、滅菌フィルタ４６が目詰まりすることを抑制することができる。

また、ろ過手段１７と滅菌フィルタ４６との間に、ろ過手段１７によりろ過された液体培地を貯留する貯留タンク４が設けられており、また貯留タンク４と滅菌フィルタ４６との間にろ過滅菌ポンプ４７が設けられている。ろ過滅菌ポンプ４７は、貯留タンク４に所定量の液体培地が貯まったときに間欠的に駆動されて、液体培地を滅菌フィルタ４６に供給し、ろ過が行われる。このようなろ過によれば、ろ過滅菌ポンプ４７がろ過手段１７により得られるろ液の流量に対応しきれず、空気を噛んで停止してしまうことを防止することができるため、ろ過装置１の安定性を向上させることができる。

また、ろ過滅菌ポンプ４７は、貯留タンク４に所定量の液体培地が貯まったときに間欠的に駆動されるため、もっとも効率のよい定格運転をさせることができる。その結果、ろ過装置のろ過効率を向上させることができる。

また貯留タンク４は、圧力調整弁４２を備えている。圧力調整弁４２によれば、貯留タンク４内の圧力を調整することにより、ろ過膜２２の膜間差圧を適正な値に調整することができる。これにより、ろ過滅菌ポンプ４７を駆動して貯留タンク４内の液体培地を滅菌フィルタ４６に供給した場合においても、圧力調整弁４２により貯留タンク４内の圧力が調整されるため、ろ過膜２２の膜間差圧に影響を及ぼさない。

また、本実施形態のろ過装置１によれば、第１の循環管１８と第２の循環管２１とをつなぐバイパス管２０を備えているため、ろ過手段１７を通過させることなく、液体培地を循環させることができる。このようにすることにより、原液タンク２に培地成分を注入した直後の不均一な状態の液体培地を均一化させ、可溶成分の溶解を促進させることができる。従って、未溶解の可溶成分がろ過膜２２に堆積し、ろ過効率が低下することを防止することができる。また、別途攪拌手段を設ける必要がないので、装置の製造コストを低下させることができる。

さらに、ろ過手段１７を通過させることなく液体培地を循環させることにより、循環による運動エネルギーが熱に変換され、該液体培地の温度を上昇させるため、その粘度を低くすることができる。その結果、ろ過手段１７及び滅菌フィルタ４６におけるろ過に必要なエネルギーを低減することができる。また、液体培地を加温するための装置を別途も受ける必要がないので、装置の製造コストを低下させることができる。

また、本実施形態のろ過装置１では、滅菌フィルタ４６に水蒸気を導入し、該滅菌フィルタ４６を滅菌する水蒸気滅菌手段をさらに備えてもよい。滅菌フィルタ４６は、液体培地のろ過滅菌を行うことにより、液体培地中の雑菌等が蓄積している。従って、前記水蒸気滅菌手段により滅菌フィルタ４６を滅菌することにより、滅菌フィルタ４６の滅菌性能を高く維持することができる。

また、本実施形態のろ過装置１では、第１の培地成分供給管１１の途中に、又は第１の循環管１８の途中に遠心分離器をさらに備えてよい。前記遠心分離器によれば、ろ過装置１７によりろ過を行う前に、大きな夾雑物を除去することができるため、ろ過膜２２が目詰まりを起こすことを抑制することができる。

１…ろ過装置、 ２…原液タンク、 ４…貯留タンク、 １７…第１のろ過手段、 １８，１９…第１の管路、 ２１…第２の管路、 ４２…圧力調整手段、 ４６…第２のろ過手段、 ４７…ポンプ。

Claims (4)

1. 液体培地を収容する原液タンクと、
   前記原液タンク中の前記液体培地を循環させる第１の管路と、
   前記第１の管路の途中に設けられ、前記液体培地中の夾雑物を分離するクロスフローろ過方式の第１のろ過手段と、
   前記第１のろ過手段によりろ過された液体培地をさらにろ過するデッドエンドろ過方式の第２のろ過手段と、
   前記第１のろ過手段の透過側室と、前記第２のろ過手段とを接続する第２の管路とを備えるろ過装置において、
   前記第２の管路の途中に設けられ、前記第１のろ過手段によりろ過された液体培地を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクに設けられ、該貯留タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、
   前記第２の管路における前記貯留タンクと前記第２のろ過手段との間に設けられ、前記貯留タンクに貯留されている液体培地を第２のろ過手段に供給するポンプとを備え、
   前記ポンプは、前記貯留タンクに所定量の液体培地が貯留されたときに、間欠的に駆動して第２のろ過手段によるろ過を行うことを特徴とするろ過装置。
2. 請求項１記載のろ過装置において、前記第１の管路は、前記第１のろ過手段より上流側と下流側とを接続する第３の管路を備えることを特徴とするろ過装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のろ過装置において、前記第２のろ過手段に水蒸気を導入して滅菌する水蒸気滅菌手段を備えることを特徴とするろ過装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のろ過装置において、前記第１のろ過手段に供給される液体培地を予め遠心分離する遠心分離器を備えることを特徴とするろ過装置。
   
   

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