JPH05292942A - 焼結金属エレメントを用いる培養方法並びにその装置 - Google Patents

焼結金属エレメントを用いる培養方法並びにその装置

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JPH05292942A
JPH05292942A JP5976591A JP5976591A JPH05292942A JP H05292942 A JPH05292942 A JP H05292942A JP 5976591 A JP5976591 A JP 5976591A JP 5976591 A JP5976591 A JP 5976591A JP H05292942 A JPH05292942 A JP H05292942A
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Masashi Ono
昌志 小野
Yasuhiro Tashimo
泰啓 田下
Reiji Takakuma
令志 高熊
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
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    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の培養装置る比べて飛躍的に液中への酸素
供給効率の向上をはかることができる。 【構成】酸素含有気体を焼結金属エレメント2を用いて
微細な気泡として培養槽1内に分散供給し、攪拌手段3
によりこの気泡を分散させることを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、好気性微生物の培養に
好適な培養方法並びにその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微生物の好気的培養生産を行う場合、培
養に投入するエネルギーに対して如何に培養液中への酸
素供給率を高めるかが重要な課題となる。特にパン酵母
や単細胞蛋白質(Singl Cell Protein)等微生物の菌体
生産には、従来より培養槽の形状に対する工夫、スパー
ジャーや通気ノズルの改善、多孔性のセラミック(多孔
管)の利用、通気速度や攪拌回転数の増加によって酸素
供給効率を向上させることが行われている。
【0003】例えば、パイプ自体に細孔を設けたスパー
ジャーを培養槽内の下方に位置させ、このスパージャー
の上方に攪拌翼を設け、スパージャーの細孔より気泡を
供給して攪拌翼で攪拌する培養装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の培養装
置にあっては、液中への酸素供給効率の向上には限界が
あり、更に酸素供給効率を高めることは不可能であると
いう問題点がある。
【0005】そこで、本発明は、従来の培養装置に比べ
て飛躍的に液中への酸素供給効率の向上を図ることがで
きる培養方法並びにその装置を提供することを目的とし
ている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、酸素含有気体を焼結金属エレメントを用いて微細な
気泡として培養槽内に分散供給し、攪拌手段によりこの
気泡を分散させることを特徴とする好気的な培養方法、
及び酸素含有気体を焼結金属エレメントを用いて微細な
気泡として培養槽内に分散供給し、攪拌手段によりこの
気泡を分散させることを特徴とする好気的な培養装置を
提供するものである。
【0007】また、後述する効果により、孔径として1
〜100 μmの焼結金属エレメントを用いたり、環状に形
成された中空形状の一部又は全体に焼結金属エレメント
を用いるのが好ましい。
【0008】
【作用】以上の如く本発明の培養方法並びにその装置に
よれば、焼結金属エレメントの無数の毛細管により、通
気する酸素含有気体を微細な気泡とし、培養槽内の液中
に供給する。更に、攪拌手段により攪拌を行って気泡滞
留時間を長くすると同時に、気泡が上昇中に合一しない
ように分散させ、気液の接触面積を大きく保つことによ
り、液中への酸素供給効率を向上させることができる。
【0009】また、孔径として1〜100 μmの焼結金属
エレメントを用いれば、より通気効率を高めることがで
きる。
【0010】更に、環状に形成された中空形状の一部又
は全体に焼結金属エレメントを用いれば、微細な気泡が
環状の焼結金属エレメントに沿って、環状に広がって供
給される。
【0011】
【実施例】本発明の詳細を更に図示した実施例により説
明する。
【0012】本発明の一実施例である培養装置Aは、図
1に示すように培養槽1、焼結金属エレメント2、攪拌
手段3で構成されている。
【0013】培養槽1は、例えばパン酵母や単細胞蛋白
質(Singl Cell Protein)等微生物の菌体生産するタン
クである。
【0014】焼結金属エレメント2は、図2で示すよう
に円環状に形成された中空のものであり、縦断面の形状
を四角形としている。そして、図1のように培養槽1内
の下方に焼結金属エレメント2を位置させ、該焼結金属
エレメント2の側面に通気管4を連通し、この通気管4
を培養槽1の上方まで配管している。尚、焼結金属エレ
メント2の形状は、円環状のものに限定されず、三角形
状を形どる環状としたり、四角形状を形どる環状とした
り、多角形状を形どる環状としたり、またこれらの途中
で切断し、切断端部を閉止したものであってもよく、更
にこれらのものを管体のもので形成することも可能であ
り、さまざまな形状のものを用いることができる。ま
た、図2で示した焼結金属エレメント2は、全てを焼結
金属で成形しているが、一部のみに焼結金属エレメント
を用いることもできる。更に、円筒状に溶接した焼結金
属の管の一方を封じたものを、通気管、通気ノズル又は
散気管の代わりにセットすることもできる。
【0015】更に、焼結金属エレメント2は、例えばブ
ロンズ、ステンレス等の金属を焼結した無数の毛細管を
持つエレメントであるが、耐熱性、耐衝撃性等機械的強
度の大きな多孔性金属であり、各種物質の濾過、脱水や
発泡等に利用されている。特に焼結金属エレメント2
は、強度と耐蝕性の面からステンレス製を用いるのが好
ましい。焼結金属エレメント2の孔径は、1〜100 μm
の範囲で目的に応じて使用可能である。一般には孔径が
小さいほど酸素移動速度は高くなるが、通気による圧力
損失が大きくなり、通気に要するエネルギーが大きくな
る。通常、1〜40μmの孔径を持つ焼結金属エレメント
2の使用によって高い通気効率を得ることができる。特
に、孔径が10μmの焼結金属を用いるのが好ましい。
【0016】攪拌手段3は、図1に示すように攪拌軸5
を培養槽1の底面より円環状の焼結金属エレメント2の
中心を通って貫通し、図3の如く基部6の端部に等間隔
に羽根7・・を取り付けた平バネタービン翼8を攪拌軸
5に二段取り付けたものである。そして、攪拌軸5の基
端部を特に図示しない駆動手段に連結することにより、
図1中矢印方向に回転させて培養槽1内の培養液の攪拌
を行うことができる。尚、平バネタービン翼8を一段或
いは複数段とすることもでき、また平バネタービン翼8
の代わりにプロペラ翼、傾斜羽根パドル、片側円板付タ
ービン翼等を使用することが可能である。また、攪拌軸
5を培養槽1上部より取り付けた槽も使用することが可
能である。
【0017】而して、本発明の代表的実施例の培養装置
Aによれば、通気管4を通して空気、酸素富化空気、或
いは酸素等の酸素含有空気を送り込むと、焼結金属エレ
メント2内を通って、微細な気泡とし培養槽1内に分散
供給され、更に攪拌手段3における平バネタービン翼8
の回転によってこの気泡を分散させることにより、気泡
滞留時間を長くすると同時に、気泡が上昇中に合一しな
いよう分散され、気液接触面積を大きく保って液中への
酸素供給効率を向上させることができる。
【0018】更に、実験結果に基づいて詳しく説明をす
る。 〔実験1〕図1の培養装置Aを用いてパン酵母培養を行
うのに、図2の焼結金属エレメント2を使用した場合
と、図4に示したように従来より用いられているリング
状のパイプ9の底面に細孔10を設けたスパージャー11を
使用した場合の酸素移動速度の比較検討を行った。
【0019】(条件) 攪拌:200 〜800rpm 空気の供給量:20又は30Nl/min 温度:30℃ 培養槽:30l容ジャーファーメンター(丸菱バイオエン
ジ製 型式MSJ-U304)のタンク 焼結金属エレメントの寸法:外径140 mm、内径100 mm、
縦断面が20mm×20mm×2mm(厚み) スパージャーの寸法:外径113 mm、パイプ外径12mm、パ
イプ内径8mm、細孔の径2mm 攪拌手段の寸法:基部の外径76mm、羽根の大きさ22mm×
28mm×2mm(厚み) 他の寸法関係:焼結金属エレメント又はスパージャーよ
り上方30mmの位置に一段目の平バネタービン翼を取り付
け、更にその上方115 mmの位置に二段目の平バネタービ
ン翼を取り付けている。
【0020】(方法)無水亜硫酸ソーダ945 gを15lの
水に溶解し、培養槽1内に入れ、任意の攪拌数(rpm) を
合わせ、所定量(20 又は30Nl/min) の空気を焼結金属エ
レメント2又はスパージャー11より供給するとともに、
攪拌手段3の平バネタービン翼8の回転により攪拌を行
う。そして、液温を、30℃に保ち、充分に気液混合を行
ったところへ、硫酸銅溶液(3.75g/100ml) を100ml 加え
て反応を開始する。排ガス中の酸素濃度を測定し、酸素
移動速度を次式によって計算した。 Kd・Pg=[{Q×(P1 −P2 )}/(22.4×V)]×
10-3 Q:通気量(Nl/min) P1 :通気入口酸素分圧(atm) P2 :排ガス中酸素分圧(atm) V:液量(l) Kd・Pg:酸素移動速度(g-molO2/ml.min) Kd:酸素移動速度係数(g-molO2/ml.min.atm) Pg:気相の酸素分圧(atm)
【0021】(結果)攪拌数を200 〜800rpmまで変化さ
せた場合の酸素移動速度の値を図5に示す。即ち、焼結
金属エレメント2を使用した場合は、従来のスパージャ
ー11を使用した場合に比べて、同一の供給量、攪拌数で
約2.5 倍の酸素移動速度が得られた。
【0022】〔実験2〕実験1で使用したものと同様の
培養装置Aを用い、以下の条件で従来のスパージャー1
1、焼結金属エレメント2をそれぞれ使用してパン酵母
の培養を行った場合のパン酵母出来高(g Dry cell) 、
収率(g Dry cell/g sugar)の比較検討を行った。
【0023】(条件) 菌体:市販パン酵母 攪拌:400rpm 空気の供給量:20Nl/min(培養液量 12.5l ) 温度:30℃ pH:4.7 (安水にて調整) 栄養源:尿素、硫安、リン酸を含む基礎培地に殺菌、清
澄化した糖蜜を液中エタノール濃度500 〜1000ppm とな
るよう流加した。 培養時間:16時間
【0024】(結果)それぞれのパン酵母出来高(g Dr
y cell) 、収率(g Dry cell/g sugar)を比較すると、
従来のスパージャー11を使用した場合には、820.0 (g
Dry cell) 、0.47(g Dry cell/g sugar)であるのに対
して、焼結金属エレメント2を使用した場合は、1070.0
(g Dry cell) 、0.46(g Dry cell/g sugar)であっ
た。即ち、焼結金属エレメント2を使用した場合は、従
来のスパージャー11を使用した場合に比べて、約1.3 倍
の酵母菌体を得ることができた。亜硫酸ソーダによる高
い酸素移動速度を培養液中においても発揮することが判
明し、本発明の有効性が実証された。
【0025】〔実験3〕実験1における攪拌手段3の平
バネタービン翼8の代わり、プロペラ翼を取り付け、空
気の供給量を20Nl/minとし、図2の焼結金属エレメント
2を使用した場合と、図4のスパージャー11を使用した
場合の酸素移動速度の比較検討を行う。攪拌数を200 〜
800rpmまで変化させた場合の酸素移動速度の値を図6に
示す。即ち、焼結金属エレメント2を用いた場合は、従
来のスパージャー11を用いた場合に比べて、同一の供給
量、攪拌数で約2〜4倍の酸素移動速度が得られた。
【0026】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。請求項1又は4記載
の培養方法並びにその装置によれば、焼結金属エレメン
トの無数の毛細管により、通気する酸素含有気体を微細
な気泡とし、培養槽内の液中に供給する。更に、攪拌手
段により攪拌を行って気泡滞留時間を長くすると同時
に、気泡が上昇中に合一しないように分散させ、気液の
接触面積を大きく保つことにより、液中への酸素供給効
率を向上させることができる。従って、微生物の好気培
養を行う場合、液中の酸素供給効率が向上することによ
り、菌体、生成物等をより多く得ることができる。ま
た、従来と同じ生産性を維持するに必要な攪拌数又は通
気量を削減することができ、設備費や運転費の削減が期
待できる。請求項2又は5記載の培養方法並びにその装
置によれば、より通気効率を高めることができる。請求
項3又は6記載の培養方法並びにその装置によれば、微
細な気泡が環状の焼結金属エレメントに沿って、環状に
広がって供給されるので、液中の酸素供給効率を高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における代表的実施例の培養装置の正面
構造図
【図2】焼結金属エレメントの一例の斜視図
【図3】平バネタービン翼の斜視図
【図4】スパージャーの平面図
【図5】平バネタービン翼を用いた場合の攪拌数と酸素
移動速度との関係を示すグラフ(焼結金属エレメントと
スパージャーを使用した場合について比較した)
【図6】プロペラ翼を用いた場合の攪拌数と酸素移動速
度との関係を示すグラフ(焼結金属エレメントとスパー
ジャーを使用した場合について比較した)
【符号の説明】
1 培養槽 2 焼結金属エレメント 3 攪拌手段 4 通気管 5 攪拌軸 6 基部 7 羽根 8 平バネタービン翼 9 パイプ 10 細孔 11 スパージャー A 培養装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素含有気体を焼結金属エレメントを用
    いて微細な気泡として培養槽内に分散供給し、攪拌手段
    によりこの気泡を分散させることを特徴とする好気的な
    培養方法。
  2. 【請求項2】 孔径として1〜100 μmの焼結金属エレ
    メントを用いてなる請求項1記載の培養方法。
  3. 【請求項3】 環状に形成された中空形状の一部又は全
    体に焼結金属エレメントを用いてなる請求項1又は請求
    項2記載の培養方法。
  4. 【請求項4】 酸素含有気体を焼結金属エレメントを用
    いて微細な気泡として培養槽内に分散供給し、攪拌手段
    によりこの気泡を分散させることを特徴とする好気的な
    培養装置。
  5. 【請求項5】 孔径として1〜100 μmの焼結金属エレ
    メントを用いてなる請求項4記載の培養装置。
  6. 【請求項6】 環状に形成された中空形状の一部又は全
    体に焼結金属エレメントを用いてなる請求項4又は請求
    項5記載の培養装置。
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