JP6850609B2 - Biological reaction device equipped with a device for supplying micro-nano bubbles containing oxygen and micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone. - Google Patents
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Description
本発明は、微生物または細胞(以下、「微生物等」という)を培養する生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法に関し、生物反応終了後に、微生物または細胞、培地を含有する培養液または洗浄液に、オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させ、微生物等の滅菌・殺菌を効率的、経済的かつ十分に行うことを特徴とするものである。 The present invention relates to a biological reaction device for culturing a microorganism or a cell (hereinafter referred to as “microorganism or the like”) and a biological reaction method using the biological reaction device, and a culture solution containing the microorganism, the cell, or a medium after the completion of the biological reaction. Alternatively, the cleaning liquid contains micro-nanobubbles containing a bactericidal gas such as ozone to efficiently, economically and sufficiently sterilize and sterilize microorganisms and the like.
微生物等を培養槽中で培養して、有機酸、アルコール等の化学品、抗体等の有用化学物質を製造する生物反応が行われている。 Biological reactions are carried out in which microorganisms and the like are cultured in a culture tank to produce chemical substances such as organic acids and alcohols and useful chemical substances such as antibodies.
生物反応は、化学反応と異なり、反応自体は遅いが、多大なエネルギーや多くの化学物質を使用しないので、環境にとって温和で有意義な反応である。 Unlike chemical reactions, biological reactions are slow, but they do not use a lot of energy or many chemical substances, so they are mild and meaningful reactions for the environment.
しかし、生物反応は、一般的に反応が温和で遅いという問題があった。すなわち、化学反応には、1時間以内の反応で十分な場合が多いのに対して、生物反応の場合は、数時間から長い場合は数日または特に長い場合数週間以上の反応時間を要する場合もある。このため、生物反応を効率的、経済的に行うことが求められている。 However, biological reactions generally have the problem of being mild and slow. That is, in many cases, a reaction within one hour is sufficient for a chemical reaction, whereas in the case of a biological reaction, a reaction time of several hours to several days if it is long, or several weeks or more if it is particularly long, is required. There is also. Therefore, it is required to carry out biological reactions efficiently and economically.
生物反応を効率化する技術として、特許文献1には、マイクロバブルを含有させた培養液中で細胞培養を行うことにより、細胞の増殖を促進することが開示されている。また、特許文献2〜5には、微生物の培養において、培養液中にマイクロナノバブルあるいはナノバブルを存在させることにより、微生物の活性化を促進し、生物反応の反応効率の向上、反応時間の短縮等を図ることが開示されている。 As a technique for improving the efficiency of biological reactions,
具体的には、特許文献1には、培養槽の培養液取り出した濾過液にマイクロバブルを含有させて、培養槽に供給することが記載されている。特許文献2には、バッチ方式において、培養槽から培養液を抜き出し、菌体ろ過器でろ過してろ過液を得、このろ過液にマイクロナノバブルを混合して培養槽に返送することが記載されている。特許文献3には、培養液を培養槽に供給する前段階で、培養液にマイクロナノバブル及びナノバブルを混合することが記載されており、また、特許文献4には、培養液を培養槽に供給する前段階で、マイクロナノバブルを混合することが記載されている。 Specifically,
さらに、生物反応において、雑菌混入(コンタミネーション)を防いだ状態で純粋培養を行うためには、生物反応前に培養槽、周辺設備、ろ過膜等を滅菌する必要があり、また、生物反応終了後には、生物反応に用いた微生物等を十分に殺菌して生物反応装置外に排出する必要がある。このような微生物等の滅菌・殺菌方法としては、特許文献5〜7に開示されているような水蒸気を用いる方法、薬剤を用いる方法等が従来行われている。 Furthermore, in order to carry out pure culture in a state where contamination is prevented in the biological reaction, it is necessary to sterilize the culture tank, peripheral equipment, filter membrane, etc. before the biological reaction, and the biological reaction is completed. After that, it is necessary to sufficiently sterilize the microorganisms used in the biological reaction and discharge them to the outside of the biological reaction device. As a method for sterilizing and sterilizing such microorganisms, a method using water vapor, a method using a chemical, and the like as disclosed in Patent Documents 5 to 7 have been conventionally performed.
しかしながら、水蒸気を用いる滅菌・殺菌方法では、滅菌・殺菌のための設備、手間を要し、また、薬剤を用いる滅菌・殺菌方法では、作業者の安全性を十分に確保するのが難しく、また、殺菌後に残存した薬剤を中和もしくは分解するための廃水処理手段が別途必要になり、かつ、生物反応装置に腐食等の損傷が生じるおそれがある。特にろ過膜の滅菌については、
1)複雑な形状を有していること、
2)ろ過膜が乾燥してしまうと、ろ過機能が低下してしまうこと、
3)ろ過膜は、培養槽や周辺設備に比べ、耐熱性に劣ること
から、ろ過膜の機能を低下させることなく、細部まで十分に滅菌することが難しい。However, the sterilization / sterilization method using steam requires equipment and labor for sterilization / sterilization, and the sterilization / sterilization method using chemicals makes it difficult to ensure sufficient worker safety. , A separate wastewater treatment means for neutralizing or decomposing the chemicals remaining after sterilization is required, and there is a risk of damage such as corrosion to the biological reaction apparatus. Especially for sterilization of filtration membranes
1) Having a complicated shape,
2) If the filtration membrane dries, the filtration function will deteriorate.
3) Since the filtration membrane is inferior in heat resistance to the culture tank and peripheral equipment, it is difficult to sufficiently sterilize the details without deteriorating the function of the filtration membrane.
本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法の課題は、生物反応終了後に、生物反応に用いた微生物等の滅菌・殺菌を効率的、経済的かつ十分に行うことのできる生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法を提供することにあり、より具体的には、
1)生物反応時には、微生物等を用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができると共に、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、生物反応装置、特に、ろ過膜等の洗浄・滅菌を効率的、経済的かつ十分に行うことができる生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法を提供すること、及び
2)生物反応終了後に生物反応に用いた培養液を生物反応装置外に排出する際に、微生物等の滅菌・殺菌を効率的、経済的かつ十分に行うことのできる生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法を提供することにある。The subject of the biological reaction apparatus of the present invention and the biological reaction method using this biological reaction apparatus is that after the completion of the biological reaction, the microorganisms used in the biological reaction can be sterilized and sterilized efficiently, economically and sufficiently. The purpose of the present invention is to provide a biological reaction device and a biological reaction method using the biological reaction device, and more specifically, to provide a biological reaction device.
1) At the time of biological reaction, it is possible to efficiently and economically carry out the biological reaction using microorganisms, etc., and at the time of cleaning / sterilization after the completion of the biological reaction, cleaning / sterilization of the biological reaction device, especially the filter membrane, etc. To provide a biological reaction device that can be efficiently, economically and sufficiently performed and a biological reaction method using this biological reaction device, and 2) to use the culture solution used for the biological reaction after the biological reaction is completed outside the biological reaction device. It is an object of the present invention to provide a biological reaction apparatus capable of efficiently, economically and sufficiently sterilizing and sterilizing microorganisms and the like, and a biological reaction method using the biological reaction apparatus.
上記課題を解決するため、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法は、生物反応終了後に、微生物等を、オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブル(以下、「オゾン等のマイクロナノバブル」という。)を用いて滅菌・殺菌することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the biological reaction device of the present invention and the biological reaction method using the biological reaction device are used to remove microorganisms and the like into micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone (hereinafter referred to as “micro-nano bubbles”) after the biological reaction is completed. , "Micro-nano bubbles such as ozone") is used for sterilization and sterilization.
さらに具体的には、上記課題を解決するため、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法は、生物反応装置に備えたマイクロナノバブル発生装置により、生物反応時には微生物等を含有する培養液に、酸素を含有するマイクロナノバブル(以下、「酸素のマイクロナノバブル」という。)を含有させ、また、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させることを特徴とするものであり、また、生物反応終了後に、不活化槽に収容された微生物等の濃縮液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させることを特徴とするものである。 More specifically, in order to solve the above-mentioned problems, the biological reaction device of the present invention and the biological reaction method using the biological reaction device use the micro-nano bubble generator provided in the biological reaction device to generate microorganisms and the like during the biological reaction. The containing culture solution contains oxygen-containing micro-nano bubbles (hereinafter referred to as "oxygen micro-nano bubbles"), and during cleaning and sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning solution contains micro-nano bubbles such as ozone. It is characterized in that, after the completion of the biological reaction, the concentrated solution of microorganisms or the like contained in the inactivation tank contains micro-nano bubbles such as ozone.
本発明の「マイクロナノバブル」とは、「マイクロバブル」および/または「ナノバブル」を意味する。「通常の気泡」は液中を急速に上昇して表面で破裂して消えるのに対し、「マイクロバブル」といわれる直径50μm以下の微小気泡は、液中で縮小していって消滅し、この際に、フリーラジカルと共に、直径100nm以下の極微小気泡である「ナノバブル」を発生し、この「ナノバブル」はある程度の長時間液中に残存する。 The "micro-nano bubbles" of the present invention mean "micro-bubbles" and / or "nano-bubbles". While "ordinary bubbles" rapidly rise in the liquid and burst at the surface and disappear, microbubbles with a diameter of 50 μm or less, called "microbubbles," shrink and disappear in the liquid. At that time, "nano bubbles", which are microbubbles having a diameter of 100 nm or less, are generated together with free radicals, and these "nano bubbles" remain in the liquid for a certain period of time.
極微小気泡である「ナノバブル」は、「ウルトラファインバブル」とも呼ばれる。なお、現在、ISO(国際標準化機構)において、ファインバブル技術に関する国際標準の作成が検討されており、国際標準が作成されれば、現在一般的に用いられている「ナノバブル」との呼称が、「ウルトラファインバブル」に統一される可能性もある。 "Nano bubbles", which are micro bubbles, are also called "ultra fine bubbles". At present, the ISO (International Organization for Standardization) is considering the creation of an international standard for fine bubble technology, and if an international standard is created, the name "nano bubble" that is generally used at present will be used. There is a possibility that it will be unified into "ultra fine bubble".
本発明のオゾン等のマイクロナノバブルに含有される「オゾン等の殺菌性を有する気体」としては、オゾン、炭酸ガス(CO2)、二酸化塩素(ClO2)、またはこれらの混合物を用いることができるが、滅菌性、取り扱い性等の観点からオゾンを単独で用いることが好ましい。As the "bactericidal gas such as ozone" contained in the micro-nanobubbles such as ozone of the present invention, ozone, carbon dioxide (CO 2 ), chlorine dioxide (ClO 2 ), or a mixture thereof can be used. However, it is preferable to use ozone alone from the viewpoint of sterilization, handleability and the like.
特に、オゾンは自己分解性を有しているため、オゾンを含有するマイクロナノバブルを用いて微生物等を滅菌・殺菌する場合は、薬剤を用いる場合に比べて、廃水処理施設の簡素化を図れる利点もある。 In particular, since ozone has self-decomposability, when sterilizing and sterilizing microorganisms using ozone-containing micro-nano bubbles, there is an advantage that the wastewater treatment facility can be simplified compared to the case where chemicals are used. There is also.
本発明は、生物反応終了後に、微生物等の滅菌・殺菌を、洗浄液、微生物等を含有する培養液等の液中に速やかに溶解・拡散し、長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを用いて、効率的、経済的かつ十分に行うことができる。すなわち、水蒸気を用いる方法では、設備、手間を要し、また、薬剤を用いる方法では、作業者の安全性を十分に確保するのが難しく、また、殺菌後に残存した薬剤を中和もしくは分解するための廃水処理手段が別途必要になり、かつ、生物反応装置に腐食等の損傷が生じるおそれがあるのに対し、本発明のオゾン等のマイクロナノバブルを用いた滅菌・殺菌方法では、オゾン等のマイクロナノバブルが、洗浄液、微生物等を含有する培養液等の液中に速やかに溶解・拡散し、長時間残存するので、微生物等の滅菌・殺菌を効率的、経済的かつ十分に行うことができ、さらに、培養槽、不活化槽等の槽上部のような、洗浄液、微生物等を含有する培養液等の液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 In the present invention, after completion of a biological reaction, sterilization / sterilization of microorganisms or the like is rapidly dissolved and diffused in a cleaning solution, a culture solution containing microorganisms or the like, and micro-nano bubbles such as ozone that remain for a long time are used. , Efficient, economical and adequate. That is, the method using steam requires equipment and labor, and the method using chemicals makes it difficult to sufficiently secure the safety of workers, and neutralizes or decomposes the chemicals remaining after sterilization. A separate wastewater treatment means is required for this purpose, and there is a risk of damage such as corrosion to the biological reaction device. On the other hand, in the sterilization / sterilization method using micro-nanobubbles such as ozone of the present invention, ozone or the like is used. Since the micro-nano bubbles quickly dissolve and diffuse in a cleaning solution, a culture solution containing microorganisms, etc. and remain for a long time, sterilization and sterilization of microorganisms, etc. can be performed efficiently, economically and sufficiently. Furthermore, even in places where liquids such as cleaning liquids and culture liquids containing microorganisms do not come into direct contact, such as the upper part of tanks such as culture tanks and inactivation tanks, sterilize with a bactericidal gas such as ozone. Can exert a bactericidal action.
さらに、本発明は、生物反応時には微生物等を含有する培養液に、液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存する酸素のマイクロナノバブルを含有させることにより、微生物等を用いた生物反応を効率的、経済的かつ十分に行うことができると共に、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを含有させることにより、生物反応装置、特にろ過膜の洗浄・滅菌を経済的且つ十分に行うことができる。また、前述のように、培養槽上部のような洗浄液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 Further, the present invention makes the biological reaction using microorganisms efficient by containing micro-nanobubbles of oxygen that rapidly dissolves and diffuses in the solution and remains for a long time in the culture solution containing microorganisms during the biological reaction. It can be carried out economically, economically and sufficiently, and at the time of cleaning and sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning liquid contains micro-nanobubbles such as ozone that rapidly dissolves and diffuses in the liquid and remains for a long time. It is possible to economically and sufficiently perform cleaning and sterilization of biological reaction devices, particularly filtration membranes. Further, as described above, a sterilizing / sterilizing action can be exerted by a bactericidal gas such as ozone even in a place where the cleaning liquid does not come into direct contact, such as the upper part of the culture tank.
さらに、本発明は、生物反応終了後に生物反応に用いた培養液を生物反応装置外に排出する際に、不活化槽に収容された微生物等の濃縮液に、液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを含有させることにより、微生物等を効率的、経済的かつ十分に殺菌して生物反応装置外に排出することができる。また、前述のように、不活化槽上部のような、微生物等を含有する培養液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 Further, according to the present invention, when the culture solution used for the biological reaction is discharged to the outside of the biological reaction apparatus after the completion of the biological reaction, the culture solution is rapidly dissolved and diffused in the concentrated solution of microorganisms or the like contained in the inactivation tank. By containing micro-nano bubbles such as ozone that remain for a long time, microorganisms and the like can be efficiently, economically and sufficiently sterilized and discharged to the outside of the biological reaction apparatus. Further, as described above, a sterilizing / sterilizing action can be exerted by a bactericidal gas such as ozone even in a place where the culture solution containing microorganisms or the like does not come into direct contact, such as the upper part of the inactivated tank. ..
まず、本発明の生物反応装置及び生物反応方法の一般的な事項について説明する。
本発明の生物反応は、培養槽に収容した微生物等を含有する培養液中において、培養液を栄養源として、微生物等に反応生成物を生成させるものである。First, general matters of the biological reaction apparatus and the biological reaction method of the present invention will be described.
In the biological reaction of the present invention, a reaction product is produced by a microorganism or the like in a culture solution containing a microorganism or the like contained in a culture tank using the culture solution as a nutrient source.
生物反応を行う生物反応装置としては、
1)1つの培養槽で微生物等に反応生成物を生成させ、この反応生成物を回収するタイプのもの、及び
2)培養槽で微生物等を増殖させ、これを発酵槽等の別の槽に移して、この別の槽で微生物等に反応生成物を生成させ、この反応生成物を回収するタイプのもの
がある。本発明における「培養槽」とは、上記1)のタイプにおいては、「1つの培養槽」を意味し、上記2)のタイプにおいては、「培養槽」及び「発酵槽等の別の槽」を意味する。As a biological reaction device that performs a biological reaction,
1) A type in which microorganisms generate reaction products in one culture tank and collect the reaction products, and 2) grow microorganisms in a culture tank and transfer them to another tank such as a fermenter. There is a type in which a reaction product is produced by a microorganism or the like in this separate tank and the reaction product is recovered. In the above-mentioned type 1), the "culture tank" in the present invention means "one culture tank", and in the above-mentioned type 2), "culture tank" and "another tank such as a fermenter". Means.
本発明における培養液の培地(微生物等の栄養源)としては、糖類、窒素含有化合物等を用いる。糖類としては、通常、マルトース、スクロース、グルコース、フルクトース、これらの混合物等の糖類が用いられ、培養液における糖類の濃度は、特に限定されないものの、0.1〜10w/v%に設定するのが好ましい。また、窒素含有化合物としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムまたはコーンスティープリカー、酵母エキス、肉エキス、ペプトン等が用いられ、0.1〜10w/v%に設定するのが好ましい。さらに、培養液には糖類、窒素含有化合物以外にも、必要に応じて、ビタミン、無機塩類等を添加することが好ましい。 As the medium (nutrient source for microorganisms and the like) of the culture solution in the present invention, sugars, nitrogen-containing compounds and the like are used. As the saccharide, saccharides such as maltose, sucrose, glucose, fructose, and a mixture thereof are usually used, and the concentration of the saccharide in the culture solution is not particularly limited, but is set to 0.1 to 10 w / v%. preferable. As the nitrogen-containing compound, ammonium chloride, ammonium sulfate or corn steep liquor, yeast extract, meat extract, peptone and the like are used, and it is preferably set to 0.1 to 10 w / v%. Further, it is preferable to add vitamins, inorganic salts and the like to the culture broth, if necessary, in addition to the saccharides and nitrogen-containing compounds.
本発明における細胞としては、例えば、抗体医薬として使用される生理活性ペプチドまたは蛋白質を製造するための動物細胞、とりわけ遺伝子組換え動物細胞等が挙げられる。 Examples of the cells in the present invention include animal cells for producing physiologically active peptides or proteins used as antibody drugs, particularly genetically modified animal cells.
また、微生物としては、醸造、発酵等の技術分野で従来用いられている、アスペルギルス菌等の麹菌、納豆菌、酢酸菌、酵母菌、乳酸菌等の好気性もしくは通性嫌気性微生物のほか、遺伝子組み換え技術で創り出される各種好気性微生物を用いることができる。 In addition, as microorganisms, aerobic or facultative anaerobic microorganisms such as aspergillus bacteria and other aspergillus bacteria, natto bacteria, acetic acid bacteria, yeasts and lactic acid bacteria, which are conventionally used in technical fields such as brewing and fermentation, as well as genes Various aerobic microorganisms created by recombination technology can be used.
培養槽で生成された反応生成物は、微生物等を含有する培養液と共に培養槽から抜き出され、ろ過器で微生物とろ過液に分離され、ろ過液から反応生成物が回収される。 The reaction product produced in the culture tank is extracted from the culture tank together with the culture solution containing microorganisms and the like, separated into the microorganism and the filter solution by a filter, and the reaction product is recovered from the filter solution.
本発明のろ過器は、ろ過膜と該ろ過膜を収容する容器とからなる。ろ過膜は、有機膜、無機膜を問わない。ろ過膜の形状は、平膜、中空糸膜、スパイラル式などいずれの形状のものも採用することができる。中でも、中空糸膜モジュールが好ましく、中空糸膜モジュールであれば、外圧式、内圧式のいずれの形状のものも採用することができる。 The filter of the present invention comprises a filtration membrane and a container for accommodating the filtration membrane. The filtration membrane may be an organic membrane or an inorganic membrane. As the shape of the filtration membrane, any shape such as a flat membrane, a hollow fiber membrane, and a spiral type can be adopted. Among them, the hollow fiber membrane module is preferable, and as long as it is a hollow fiber membrane module, either an external pressure type or an internal pressure type can be adopted.
本発明のろ過方式としては、中空糸膜モジュールを用いたクロスフローろ過が好ましい。このろ過方式は、反応生成物、微生物等を含有する培養液を中空糸膜の内部に供給しつつろ過して、中空糸膜を通して外部からろ過液を取り出すものであり、中空糸膜の内部に堆積する微生物等の膜汚れが上記培養液の平行流による剪断力にて掻き取られるので、安定したろ過状態を長期にわたって維持することができる。 As the filtration method of the present invention, cross-flow filtration using a hollow fiber membrane module is preferable. In this filtration method, a culture solution containing reaction products, microorganisms, etc. is filtered while being supplied to the inside of the hollow fiber membrane, and the filtered solution is taken out from the outside through the hollow fiber membrane. Since the film stains such as the accumulated microorganisms are scraped off by the shearing force of the parallel flow of the culture solution, a stable filtration state can be maintained for a long period of time.
中空糸膜モジュールを用いたクロスフローろ過を行う場合には、膜汚れを掻き取るために、ろ過の対象となる液体をある程度以上の流速で中空糸膜内を流す必要がある。しかしながら、本発明では、ろ過の対象となる、微生物等を含有する培養液が酸素のマイクロナノバブルを含んでいるため、通常より低い流速で流しても、膜汚れを掻き取ることができ、微生物等に与えるストレスやダメージを大幅に軽減することができる。 When cross-flow filtration using the hollow fiber membrane module is performed, it is necessary to flow the liquid to be filtered through the hollow fiber membrane at a flow rate of a certain level or higher in order to scrape off the membrane stains. However, in the present invention, since the culture solution containing microorganisms and the like to be filtered contains micro-nano bubbles of oxygen, the membrane stains can be scraped off even if the culture solution is flowed at a flow velocity lower than usual, and the microorganisms and the like can be scraped off. It can greatly reduce the stress and damage given to.
具体的には、一般的なクロスフローろ過においては、循環流速が、有機膜を用いた場合には1〜2m/s程度、セラミック膜を用いた場合には1〜3m/s程度で定常運転されるが、培養液に酸素のマイクロナノバブルを含有させることにより、膜汚れを少なく、ろ過抵抗を小さく維持できるため、同じフラックス(単位時間・単位膜面積あたりの膜ろ過水量)を得るために必要な循環流速を0.2〜1.5m/s程度まで低減することができる。また、同じ循環流速で運転する場合、フラックスを1.2〜2.0倍程度増加することができる。 Specifically, in general cross-flow filtration, the circulation flow velocity is about 1 to 2 m / s when an organic membrane is used, and about 1 to 3 m / s when a ceramic membrane is used for steady operation. However, by including micro-nano bubbles of oxygen in the culture solution, membrane contamination can be reduced and filtration resistance can be kept small, so it is necessary to obtain the same flux (the amount of membrane filtration water per unit time / unit membrane area). Circulation flow velocity can be reduced to about 0.2 to 1.5 m / s. Further, when operating at the same circulation flow velocity, the flux can be increased by about 1.2 to 2.0 times.
ろ過膜としては、分離性能及び透水性能、さらには耐汚れ性の観点から、有機高分子化合物を好適に使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などが挙げられ、これらの樹脂を主成分とする樹脂の混合物であってもよい。 As the filtration membrane, an organic polymer compound can be preferably used from the viewpoint of separation performance, water permeability, and stain resistance. Examples thereof include polyethylene-based resins, polypropylene-based resins, polyvinyl chloride-based resins, polyvinylidene fluoride-based resins, polysulfone-based resins, polyether sulfone-based resins, polyacrylonitrile-based resins, cellulose-based resins, and cellulose triacetate-based resins. It may be a mixture of resins containing these resins as main components.
溶液による製膜が容易で物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が、化学的強度(特に耐薬品性)と物理的強度を併せ有する特徴をもつためより好ましく用いられる。 Polyvinyl chloride resin, polyvinylidene fluoride resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin and polyacrylonitrile resin, which are easy to form a film with a solution and have excellent physical durability and chemical resistance, are preferable. A vinylidene fluoride resin or a resin containing the same as a main component is more preferably used because it has a characteristic of having both chemical strength (particularly chemical resistance) and physical strength.
ここで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体を用いても構わない。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。 Here, as the polyvinylidene fluoride-based resin, a homopolymer of vinylidene fluoride is preferably used. Further, as the polyvinylidene fluoride-based resin, a copolymer of vinylidene fluoride and a copolymerizable vinyl-based monomer may be used. Examples of the vinyl-based monomer copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and ethylene trichloride.
ろ過膜の平均細孔径は、使用する目的や状況に応じて適宜決定することができるが、ある程度小さい方が好ましく、通常は0.01μm以上1μm以下であることが好ましい。中空糸膜の平均細孔径が0.01μm未満であると、微生物等、糖や蛋白質などの成分やその凝集体などの膜汚れ成分が細孔を閉塞して、安定運転ができなくなる。透水性能とのバランスを考慮した場合、好ましくは0.02μm以上であり、さらに好ましくは0.03μm以上である。また、1μmを超える場合、膜表面の平滑性と膜面の流れによる剪断力や、逆洗やエアースクラビングなどの物理洗浄による細孔からの汚れの成分の剥離が不十分となり、安定運転ができなくなる。 The average pore diameter of the filtration membrane can be appropriately determined depending on the purpose and situation of use, but it is preferably small to some extent, and usually 0.01 μm or more and 1 μm or less. If the average pore diameter of the hollow fiber membrane is less than 0.01 μm, components such as microorganisms, sugars and proteins, and film stain components such as aggregates thereof block the pores, and stable operation cannot be performed. Considering the balance with the water permeability, it is preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.03 μm or more. If it exceeds 1 μm, the smoothness of the film surface, the shearing force due to the flow of the film surface, and the peeling of dirt components from the pores by physical cleaning such as backwashing and air scrubbing become insufficient, and stable operation is possible. It disappears.
また、平均細孔径が微生物等の大きさに近づくと、これらが直接細孔を塞いでしまう場合がある。さらに発酵液中の微生物または培養細胞の一部が死滅することにより細胞の破砕物が生成する場合があり、これらの破砕物によって細孔の閉塞を回避するために、平均細孔径は0.4μm以下が好ましく、0.2μm以下が好適である。 Further, when the average pore diameter approaches the size of microorganisms or the like, these may directly block the pores. Furthermore, crushed cells may be produced due to the death of some microorganisms or cultured cells in the fermented broth, and in order to avoid blockage of pores by these crushed substances, the average pore diameter is 0.4 μm. The following is preferable, and 0.2 μm or less is preferable.
ここで、ろ過膜の平均細孔径は、倍率10,000倍以上の走査型電子顕微鏡観察で観察される複数の細孔の直径を測定し、平均することにより求めることができる。10個以上、好ましくは20個以上の細孔を無作為に選び、それら細孔の直径を測定し、数平均して求めることが好ましい。細孔が円状でない場合などは画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円、すなわち等価円を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求めることも好ましく採用できる。 Here, the average pore diameter of the filtration membrane can be obtained by measuring and averaging the diameters of a plurality of pores observed by scanning electron microscope observation at a magnification of 10,000 times or more. It is preferable that 10 or more, preferably 20 or more pores are randomly selected, the diameters of the pores are measured, and the number of the pores is averaged. When the pores are not circular, it is also preferable to use an image processing device or the like to obtain a circle having an area equal to the area of the pores, that is, an equivalent circle, and to obtain the equivalent circle diameter as the diameter of the pores. it can.
本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法においては、目的物の回収は、バッチ式で行ってもよいし、連続式で行ってもよい。 In the biological reaction apparatus of the present invention and the biological reaction method using this biological reaction apparatus, the target product may be recovered in a batch manner or in a continuous manner.
バッチ式で行う場合には、培養槽内における生物反応が完了した後、培養槽ポンプを駆動して、ろ過したろ過液をろ過液貯槽に移送する。 In the case of batch type, after the biological reaction in the culture tank is completed, the culture tank pump is driven to transfer the filtered filtrate to the filtrate storage tank.
連続式で行う場合には、培養槽の微生物等を含有する培養液の水位が一定に保たれるように、培養槽に供給される培養液の量とバランスをとって、ろ過したろ過液を抜き出し、ろ過液貯槽に移送する。 In the case of the continuous method, the filtered solution is filtered while balancing the amount of the culture solution supplied to the culture tank so that the water level of the culture solution containing the microorganisms in the culture tank is kept constant. Extract and transfer to the filtrate storage tank.
バッチ式、連続式のどちらを選定するかは、生物反応の効率、必要とされる目的物の純度、経済性等を考慮して、適宜選択することができる。 Whether to select the batch type or the continuous type can be appropriately selected in consideration of the efficiency of the biological reaction, the required purity of the target product, the economic efficiency, and the like.
まず、本発明の第1の特徴は、前述のように、生物反応終了後に、微生物等の滅菌・殺菌を、液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを用いて、効率的、経済的かつ十分に行うことである。 First, as described above, the first feature of the present invention is that after the completion of the biological reaction, sterilization and sterilization of microorganisms and the like are rapidly dissolved and diffused in the liquid, and micro-nano bubbles such as ozone that remain for a long time are used. Efficient, economical and adequate.
これにより、前述のように、従来の水蒸気を用いる方法では、設備、手間を要し、また、従来の薬剤を用いる方法では、作業者の安全性を十分に確保するのが難しく、また、殺菌後に残存した薬剤を中和もしくは分解するための廃水処理手段が別途必要になり、かつ、生物反応装置に腐食等の損傷が生じるおそれがあるのに対し、本発明のオゾン等のマイクロナノバブルを用いた滅菌・殺菌方法では、オゾン等のマイクロナノバブルが培養液または洗浄液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存するので、微生物等の滅菌・殺菌を効率的、経済的かつ十分に行うことができ、さらに、後記の実施例・比較例で示すように、培養槽、不活化槽等の槽上部のような、洗浄液または培養液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 As a result, as described above, the conventional method using steam requires equipment and labor, and the method using conventional chemicals makes it difficult to sufficiently secure the safety of the operator and sterilizes. While a separate wastewater treatment means for neutralizing or decomposing the remaining chemicals is required and there is a risk of damage such as corrosion to the biological reaction device, the micro-nanobubbles such as ozone of the present invention are used. In the conventional sterilization / sterilization method, micro-nanobubbles such as ozone rapidly dissolve and diffuse in the culture solution or cleaning solution and remain for a long time, so that sterilization / sterilization of microorganisms can be performed efficiently, economically and sufficiently. Furthermore, as shown in Examples and Comparative Examples described later, it also has bactericidal properties such as ozone even in places where the washing liquid or the culture liquid does not come into direct contact, such as the upper part of the tank such as a culture tank and an inactivation tank. The gas can exert sterilization and sterilization effects.
オゾン等のマイクロナノバブルを用いて微生物等の滅菌・殺菌を行う具体的な方法については、以下の第1実施形態乃至第7実施形態において説明する。 Specific methods for sterilizing and sterilizing microorganisms and the like using micro-nano bubbles such as ozone will be described in the following first to seventh embodiments.
つぎに、本発明の第2の特徴は、前述のように、生物反応装置に備えたマイクロナノバブル発生装置により、生物反応時には微生物等を含有する培養液に、酸素のマイクロナノバブルを含有させ、また、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させることである。 Next, the second feature of the present invention is that, as described above, the micro-nano bubble generator provided in the biological reaction device allows the culture solution containing microorganisms and the like to contain oxygen micro-nano bubbles at the time of the biological reaction. At the time of cleaning and sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning liquid contains micro-nano bubbles such as ozone.
これにより、前述のように、微生物等を用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができると共に、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、速やかに溶解・拡散し長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを含有させることにより、生物反応装置、特にろ過膜の洗浄・滅菌を効率的、経済的かつ十分に行うことができる。また、後記の実施例・比較例で示すように、培養槽上部のような洗浄液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 As a result, as described above, the biological reaction using microorganisms and the like can be efficiently and economically carried out, and at the time of washing and sterilization after the completion of the biological reaction, the biological reaction is rapidly dissolved and diffused in the washing liquid and remains for a long time. By containing micro-nano bubbles such as ozone, it is possible to efficiently, economically and sufficiently perform cleaning and sterilization of a biological reaction device, particularly a filter membrane. Further, as shown in Examples and Comparative Examples described later, a sterilizing / sterilizing action can be exerted by a bactericidal gas such as ozone even in a place where the cleaning liquid does not come into direct contact, such as the upper part of the culture tank.
本発明の第2の特徴については、以下に第1実施形態乃至第6実施形態も挙げて説明する。
微生物等を含有する培養液または洗浄液にマイクロナノバブルを含有させる手段としては、
a)培養槽の外部に設けたマイクロナノバブル発生装置により、培養槽の微生物等を含有する培養液にマイクロナノバブルを放出する手段、
b)培養槽に培養液を供給する管路に設けたマイクロナノバブル発生装置により、培養槽に供給される培養液にマイクロナノバブルを含有させる手段、
c)微生物等を含有する培養液から回収したろ過液に、マイクロナノバブル発生装置によりマイクロナノバブルを含有させ、このマイクロナノバブルを含有するろ過液を培養槽に還流する手段、
d)マイクロナノバブルを予め含有させた培養液を、管路を通じて培養槽に供給する手段、
などを採用することができる。The second feature of the present invention will be described below with reference to the first to sixth embodiments.
As a means for containing micro-nano bubbles in a culture solution or a washing solution containing microorganisms, etc.
a) A means for releasing micro-nano bubbles into a culture solution containing microorganisms in the culture tank by a micro-nano bubble generator provided outside the culture tank.
b) A means for incorporating micro-nano bubbles into the culture solution supplied to the culture tank by a micro-nano bubble generator provided in a conduit for supplying the culture solution to the culture tank.
c) A means for allowing a micro-nano bubble generator to contain micro-nano bubbles in a filter solution recovered from a culture solution containing microorganisms and the like, and refluxing the filter solution containing the micro-nano bubbles to a culture tank.
d) A means for supplying a culture solution containing micro-nano bubbles in advance to a culture tank through a conduit.
Etc. can be adopted.
これらの手段は、単独で、あるいは、組み合わせて採用できるが、どの手段を採用するかは、使用する微生物等の剪断力等に対する耐性、生物反応の効率、経済性等を考慮して、適宜選択することができる。 These means can be adopted alone or in combination, but which means is appropriately selected in consideration of resistance to shearing force of the microorganisms to be used, efficiency of biological reaction, economic efficiency, etc. can do.
微生物等に与えるストレスやダメージが最も少ない手段は、上記b)及びd)の手段である。一般的には、上記a)の手段ではマイクロナノバブルの放出によって生じる剪断力により、また、上記c)手段ではろ過の際に生じる剪断力により、微生物等にストレスやダメージが与えられため、ストレスやダメージに弱い微生物等を用いる場合には、上記b)またはd)の手段を用いるのが好ましい。 The means with the least stress and damage to microorganisms and the like are the means b) and d) above. In general, the means of a) above cause stress and damage to microorganisms and the like due to the shearing force generated by the release of micro-nano bubbles, and the means of c) above cause stress and damage due to the shearing force generated during filtration. When a microorganism or the like that is vulnerable to damage is used, it is preferable to use the means b) or d) above.
なお、後述するように、微生物等を多孔質構造体で担持する手法を採用すれば、このようなストレスやダメージを大幅に軽減することができる。 As will be described later, if a method of supporting microorganisms or the like with a porous structure is adopted, such stress and damage can be significantly reduced.
マイクロナノバブル発生装置としては、公知あるいは市販されている装置を用いることができる。具体的には、例えば、ある程度の高圧で十分な量の気体を液中に溶解させた後、その圧力を解放することで溶解した気体の過飽和条件を作り出す「加圧溶解型マイクロバブル発生装置」、水流を起こして渦を発生させ、渦内に大きな気泡を巻き込み、この渦を崩壊させたときに気泡がバラバラに細分化する現象を利用した「気液二相流旋回型マイクロバブル発生装置」等を用いることができる。 As the micro-nano bubble generator, a known or commercially available device can be used. Specifically, for example, a "pressurized dissolution type microbubble generator" that creates a supersaturated condition of the dissolved gas by dissolving a sufficient amount of gas in the liquid at a certain high pressure and then releasing the pressure. , "Gas-liquid two-phase flow swirling type micro bubble generator" that utilizes the phenomenon that a water flow is generated to generate a vortex, large bubbles are entrained in the vortex, and the bubbles are subdivided into pieces when the vortex is destroyed. Etc. can be used.
また、マイクロナノバブル発生装置としては、例えば、特開2007−312690号公報、特開2006−289183号公報、特開2005−245817号公報、特開2007−136255号公報、特開2009−39600号公報に記載されたもの等を用いることができる。 Examples of the micro-nano bubble generator include JP-A-2007-31260, JP-A-2006-289183, JP-A-2005-245817, JP-A-2007-136255, and JP-A-2009-39600. The ones described in the above can be used.
本発明の最大の特徴点は、このマイクロナノバブル発生装置を活用して、生物反応時には微生物等を含有する培養液に、酸素のマイクロナノバブルを含有させ、また、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させることにあるが、酸素のマイクロナノバブルの発生と、オゾン等のマイクロナノバブルの発生は、同一のマイクロナノバブル発生装置で行っても良いし、別々のマイクロナノバブル発生装置を用いて行っても良い。同一のマイクロナノバブル発生装置で行う場合には、この装置への酸素を含有する気体の供給、オゾン等を含有する気体の供給を切替弁等により切り換えるようにする。 The greatest feature of the present invention is that by utilizing this micro-nano bubble generator, a culture solution containing microorganisms and the like at the time of a biological reaction contains oxygen micro-nano bubbles, and at the time of washing and sterilization after the completion of the biological reaction. , The cleaning liquid contains micro-nano bubbles such as ozone, but the generation of oxygen micro-nano bubbles and the generation of micro-nano bubbles such as ozone may be performed by the same micro-nano bubble generator or separate micros. This may be done using a nanobubble generator. When the same micro-nano bubble generator is used, the supply of oxygen-containing gas and the supply of ozone-containing gas to this device are switched by a switching valve or the like.
酸素のマイクロナノバブルの発生と、オゾン等のマイクロナノバブルの発生とを同一のマイクロナノバブル発生装置で行うほうが、生物反応装置の製造コストを削減でき、また、装置をコンパクトにできるので好ましい。 It is preferable to generate micro-nano bubbles of oxygen and micro-nano bubbles of ozone or the like in the same micro-nano bubble generator because the manufacturing cost of the biological reaction device can be reduced and the device can be made compact.
生物反応時には微生物等を含有する培養液に、酸素のマイクロナノバブルを含有させることにより、特許文献1〜4にも記載されているように、微生物等の活性化を促進し、生物反応の反応効率の向上、反応時間の短縮等を図ることができる。 At the time of biological reaction, by adding micro-nano bubbles of oxygen to the culture solution containing microorganisms, etc., activation of microorganisms, etc. is promoted as described in
本発明では、生物反応時に微生物等を含有する培養液に、酸素のマイクロナノバブルを含有させるが、微生物等に呼吸に必要な酸素を効率的に供給する観点からは、マイクロナノバブルの酸素含有率を高く設定するのが好ましい。 In the present invention, oxygen micro-nano bubbles are contained in a culture solution containing microorganisms during a biological reaction, but from the viewpoint of efficiently supplying oxygen necessary for respiration to microorganisms, the oxygen content of the micro-nano bubbles is used. It is preferable to set it high.
また、本発明では、生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させることにより、生物反応装置、特にろ過膜の細部まで洗浄・滅菌を経済的且つ十分に行うことができる。 Further, in the present invention, at the time of cleaning / sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning liquid contains micro-nano bubbles such as ozone to economically and sufficiently perform cleaning / sterilization to the details of the biological reaction device, particularly the filtration membrane. be able to.
本発明では、オゾン等のマイクロナノバブルに含有される「オゾン等の殺菌性を有する気体」としてオゾンを好適に用いることができるが、オゾンは、一般に行われている水銀灯による短い波長の紫外線照射、高電圧による低温放電等によって、空気または酸素から発生させることができる。 In the present invention, ozone can be preferably used as a "bactericidal gas such as ozone" contained in micro-nano bubbles such as ozone, but ozone is used for short-wavelength ultraviolet irradiation by a commonly used mercury lamp. It can be generated from air or oxygen by low temperature discharge with high voltage or the like.
洗浄液へのオゾンの供給量は、滅菌の対象となる菌の種類、温度、pH等に異なるが、洗浄液中のオゾン濃度が1ppm前後となるように供給することが好ましい。洗浄液中のオゾン濃度が低すぎる場合には、殺菌力が不足し、特に、ろ過膜の細部まで十分に滅菌することができなくなる。一方、洗浄液中のオゾン濃度が高すぎる場合には、経済的でなく、生物反応装置の内部、ろ過膜等を劣化させるおそれもある。 The amount of ozone supplied to the cleaning liquid varies depending on the type, temperature, pH, etc. of the bacteria to be sterilized, but it is preferable to supply ozone so that the ozone concentration in the cleaning liquid is around 1 ppm. If the ozone concentration in the cleaning solution is too low, the bactericidal activity is insufficient, and in particular, the details of the filtration membrane cannot be sufficiently sterilized. On the other hand, if the ozone concentration in the cleaning liquid is too high, it is uneconomical and may deteriorate the inside of the biological reaction device, the filtration membrane and the like.
オゾン等のマイクロナノバブルを含有させる洗浄液としては、例えば、イオン交換水、逆浸透膜透過水、蒸留水等の水や、アルコール類が好適に使用される。アルコール類としては、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ヘプタノール等の1価のアルコール類、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールに加え、ブチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等が例示される。また、シリコーンオイルや、界面活性剤を添加した水も使用することができる。 As the cleaning liquid containing micro-nano bubbles such as ozone, for example, water such as ion-exchanged water, reverse osmosis membrane permeated water, distilled water, and alcohols are preferably used. Examples of alcohols include monohydric alcohols such as 1-butanol, 2-butanol and 1-heptanol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, diethylene glycol, triethylene glycol and glycerin. In addition to polyhydric alcohols, butyl cellosolve, phenyl cellosolve and the like are exemplified. Further, silicone oil or water to which a surfactant is added can also be used.
洗浄液は、水に電解質を溶解したものであっても良く、アルカリ、酸、酸化剤または還元剤を添加したものあってもよい。なお、添加物としては、分解物が発生するなどして、ろ過膜やモジュール部材等に悪影響を与えないものが好適に用いられる。特に添加物を含有しない水は、ろ過液に混入してもろ過液の性質に与える変化が小さい点で好ましい。 The cleaning solution may be one in which an electrolyte is dissolved in water, or one in which an alkali, an acid, an oxidizing agent or a reducing agent is added. As the additive, one that does not adversely affect the filtration membrane, the module member, or the like due to the generation of a decomposed product or the like is preferably used. In particular, water containing no additives is preferable because the change in the properties of the filtrate is small even if it is mixed with the filtrate.
洗浄液は、ろ過膜との親和性が高い方が液体の供給が容易となる。したがって、ろ過膜が親水性の場合には、親水性の液体を選択し、疎水性のろ過膜には疎水性の液体を選択することが好ましい。あるいは、疎水性のろ過膜を使用する場合であっても、例えば、水と相溶性のグリセリンに疎水性ろ過膜を浸漬処理することにより、もしくは、一旦、グリセリンをアルコールに置換することにより、グリセリンを水で置換することができるため、疎水性ろ過膜の液体として水を選択することが可能となる。 As the cleaning liquid, the higher the affinity with the filtration membrane, the easier it is to supply the liquid. Therefore, when the filtration membrane is hydrophilic, it is preferable to select a hydrophilic liquid, and for the hydrophobic filtration membrane, it is preferable to select a hydrophobic liquid. Alternatively, even when a hydrophobic filter membrane is used, for example, by immersing the hydrophobic filter membrane in glycerin compatible with water, or by once replacing glycerin with alcohol, glycerin Can be replaced with water, so that water can be selected as the liquid of the hydrophobic filter membrane.
洗浄液として水以外の溶媒を使用する場合、洗浄後、ろ過膜に水を供給して、残存する液体を洗浄することが好ましい。 When a solvent other than water is used as the cleaning liquid, it is preferable to supply water to the filtration membrane after cleaning to clean the remaining liquid.
洗浄・滅菌は、通常、次の工程で行われる。
1)生物反応装置から、生物反応に用いた微生物等および微生物等を含有する培養液を除去する。
2)培養槽に洗浄液を収容し、この洗浄液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させる。なお、洗浄液へのオゾン等のマイクロナノバブルの含有は、上記a)〜d)で説明したように、培養槽に収容した洗浄液、培養槽に供給される段階の洗浄液、ろ過膜を通り培養槽に還流される洗浄液、および/または、培養槽に供給される前の洗浄液に対して行われる。
3)オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を、生物反応時において、微生物等を含有する培養液またはろ液が流されるのと同じ経路で流して、生物反応装置内部を洗浄・滅菌する。Cleaning and sterilization are usually performed in the following steps.
1) Remove the microorganisms used in the biological reaction and the culture solution containing the microorganisms from the biological reaction apparatus.
2) A cleaning solution is contained in a culture tank, and the cleaning solution contains micro-nano bubbles such as ozone. As described in a) to d) above, the content of micro-nano bubbles such as ozone in the washing liquid passes through the washing liquid contained in the culture tank, the cleaning liquid at the stage of being supplied to the culture tank, and the filtration membrane into the culture tank. It is performed on the flushed wash solution and / or the wash solution before being supplied to the culture tank.
3) At the time of biological reaction, a cleaning solution containing micro-nano bubbles such as ozone is flowed in the same route as the culture solution or filtrate containing microorganisms is flowed to clean and sterilize the inside of the biological reaction device.
このように、培養槽に収容する液体を培養液から洗浄液に変更するだけで、生物反応を実施する装置をそのまま利用して、生物反応装置内部を洗浄・滅菌することができる。また、通常の方法では洗浄・滅菌が難しい、生物反応装置内部の隅部、ろ過膜の細孔等も十分に洗浄・滅菌することができる。 In this way, by simply changing the liquid contained in the culture tank from the culture solution to the washing solution, the inside of the biological reaction device can be washed and sterilized by using the device for carrying out the biological reaction as it is. In addition, it is possible to sufficiently clean and sterilize the corners inside the biological reaction apparatus, the pores of the filtration membrane, etc., which are difficult to clean and sterilize by a normal method.
特に、ろ過膜は多数の細孔を有しており、これらの細孔に詰まった微生物等、有機物等を十分に除去し、滅菌することが難しい。上記1)〜3)のろ過器の1次側に洗浄液を供給し、ろ過器の2次側にろ過をすることでろ過膜の洗浄・滅菌を行うこと(以下、「順洗」という。)によっても、実用上十分な洗浄・滅菌を行うことができるが、さらに十分な洗浄・滅菌を行いたい場合、洗浄・滅菌時間を短縮したい場合等には、逆洗を併用することができる。 In particular, the filtration membrane has a large number of pores, and it is difficult to sufficiently remove organic substances such as microorganisms clogged in these pores and sterilize them. Cleaning and sterilization of the filtration membrane is performed by supplying the cleaning liquid to the primary side of the filters 1) to 3) above and filtering to the secondary side of the filter (hereinafter referred to as "forward washing"). However, if you want to perform more sufficient cleaning and sterilization, or if you want to shorten the cleaning and sterilization time, you can use backwashing together.
この逆洗は、ろ過器の2次側に接続した管路から、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を供給し、ろ過器の1次側にろ過をすることでろ過膜の洗浄・滅菌を行うものである。洗浄・滅菌を十分に行うため、または、洗浄・滅菌時間を短縮するためには、順洗と逆線を複数回繰り返し行うことが好ましい。 In this backwash, a cleaning solution containing micro-nano bubbles such as ozone is supplied from a conduit connected to the secondary side of the filter, and the filtration membrane is cleaned and sterilized by filtering the primary side of the filter. Is to do. In order to sufficiently perform cleaning / sterilization or to shorten the cleaning / sterilization time, it is preferable to repeat normal washing and reverse line a plurality of times.
ろ過膜を洗浄・滅菌した後の洗浄液は、生物反応装置の外部に排出しても良いし、培養槽に還流して培養槽等を洗浄・滅菌するようにしても良い。洗浄初期におけるろ過膜を洗浄・滅菌した洗浄液は、微生物等、有機物等を高い濃度で含んでいることから、洗浄初期においては、この洗浄液を生物反応装置の外に排出し、ろ過膜がある程度十分に洗浄・滅菌された段階で、この該洗浄液を培養槽に還流し培養槽内を洗浄・滅菌することが好ましい。 The cleaning liquid after cleaning and sterilizing the filtration membrane may be discharged to the outside of the biological reaction device, or may be refluxed to the culture tank to clean and sterilize the culture tank and the like. Since the cleaning liquid obtained by cleaning and sterilizing the filter membrane at the initial stage of cleaning contains a high concentration of organic substances such as microorganisms, the cleaning liquid is discharged to the outside of the biological reaction device at the initial stage of cleaning, and the filter membrane is sufficient to some extent. At the stage of cleaning and sterilization, it is preferable to return the cleaning solution to the culture tank to clean and sterilize the inside of the culture tank.
さらに、ろ過膜を洗浄・滅菌した後の洗浄液は、1回の洗浄・滅菌でろ過器の出口から排出しても良いし、ろ過器の入口に還流して再度ろ過膜を洗浄・滅菌するようにしても良い。洗浄初期におけるろ過膜を洗浄・滅菌した洗浄液は、微生物等、有機物等を高い濃度で含んでいるためろ過器の出口から排出し、ろ過膜がある程度十分に洗浄・滅菌された段階で、この洗浄液を、ろ過器の入口に還流して再度ろ過膜を洗浄・滅菌するようにすれば洗浄液を節約できるので好ましい。 Further, the cleaning liquid after cleaning and sterilizing the filtration membrane may be discharged from the outlet of the filter in one cleaning and sterilization, or may be returned to the inlet of the filter to clean and sterilize the filtration membrane again. You can do it. The cleaning solution that has been cleaned and sterilized from the filtration membrane at the initial stage of cleaning contains organic substances such as microorganisms at a high concentration, so it is discharged from the outlet of the filter, and when the filtration membrane is sufficiently cleaned and sterilized, this cleaning solution is used. It is preferable to recirculate the filtration membrane to the inlet of the filter to clean and sterilize the filtration membrane again because the cleaning liquid can be saved.
また、該洗浄液で培養槽内を洗浄・滅菌する際には、該洗浄液をシャワーのように広範囲に散布するようにすれば、培養槽の内壁を十分に洗浄・滅菌できるので好ましい。 Further, when cleaning and sterilizing the inside of the culture tank with the cleaning liquid, it is preferable to spray the cleaning liquid over a wide area like a shower because the inner wall of the culture tank can be sufficiently cleaned and sterilized.
洗浄・滅菌は、ろ過膜の状況、微生物等の耐性等に応じて、これらが十分に洗浄・滅菌できる時間で行う。 Cleaning and sterilization should be performed in a time that allows them to be sufficiently cleaned and sterilized, depending on the condition of the filtration membrane, resistance to microorganisms, and the like.
以上に説明したように、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法は、生物反応時には、微生物等を用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができると共に、生物反応終了後に培養装置を洗浄・滅菌する時には、生物反応装置、特に、ろ過膜等の洗浄・滅菌を効率的、経済的かつ十分に行うことのできる極めて優れたものである。 As described above, the biological reaction apparatus of the present invention and the biological reaction method using the biological reaction apparatus can efficiently and economically carry out the biological reaction using microorganisms and the like at the time of the biological reaction. When the culture device is washed and sterilized after the completion of the biological reaction, it is extremely excellent in that the biological reaction device, particularly the filter membrane and the like, can be washed and sterilized efficiently, economically and sufficiently.
なお、本発明では、生物反応を、酸素のマイクロナノバブルを含有させた微生物等を含有する培養液で行うので、微生物等を細孔の奥まで担持させた、担持密度の高い多孔質構造体を用いた場合でも、多孔質構造体の細孔の奥に担持した微生物等にも呼吸に必要な酸素を十分に供給できるので、生物反応の効率を向上させることができる。この場合、ろ過を効率的、経済的に行うことができ、さらに、微生物等に与えるストレスやダメージも小さくすることができる。 In the present invention, since the biological reaction is carried out in a culture solution containing microorganisms or the like containing micro-nano bubbles of oxygen, a porous structure having a high carrying density and carrying the microorganisms or the like deep into the pores is provided. Even when it is used, it is possible to sufficiently supply oxygen necessary for respiration to microorganisms and the like carried in the back of the pores of the porous structure, so that the efficiency of the biological reaction can be improved. In this case, filtration can be performed efficiently and economically, and stress and damage given to microorganisms and the like can be reduced.
このように、本発明の生物反応装置及びこの生物反応装置を用いた生物反応方法は、マイクロナノバブルを利用して、微生物等用いた生物反応を効率的かつ経済的に行うことができ、醸造や発酵といった生物反応を利用する食品、薬品、化学品などの製造のみならず、バイオマスを利用してバイオエタノール等を製造するバイオリファイナリーにも適用できる有用なものである。 As described above, the biological reaction device of the present invention and the biological reaction method using this biological reaction device can efficiently and economically carry out a biological reaction using microorganisms and the like by utilizing micro-nano bubbles, and can be used for fermentation and brewing. It is useful not only for the production of foods, chemicals, chemicals, etc. that utilize biological reactions such as fermentation, but also for biorefinery that produces bioethanol, etc. using biomass.
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
<第1実施形態>
図1に、この発明の生物反応装置の第1実施形態を模式的に示す。なお、第1実施形態では、培養槽1には、微生物等を含有する培養液6を撹拌するための培養槽撹拌機17が設置されている。<First Embodiment>
FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the biological reaction device of the present invention. In the first embodiment, the
第1実施形態では、生物反応時には、
a)培養槽1に培養液7を供給する管路に設けられたマイクロナノバブル発生装置3により、培養槽1に供給される培養液7に、酸素のマイクロナノバブルを含有させること、及び
b)培養槽1の外部に設けられたマイクロナノバブル発生装置2により、培養槽1内の微生物等を含有する培養液6に、酸素のマイクロナノバブルを含有させること
が行われる。In the first embodiment, at the time of biological reaction,
a) The
培養槽1で生成された反応生成物は、培養槽ポンプ11により、微生物等を含有する培養液6と共に培養槽1から抜き出され、ろ過器10において、ろ過液と、ろ過液が除かれた微生物等を含有する培養液(以下、「微生物等の濃縮液」という。)に分離され、バルブ12及びバルブ13を開とした状態で、ろ過液はろ過液貯槽16に貯えられ、微生物等の濃縮液は管路を通って培養槽1に還流される。 The reaction product produced in the
生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、培養槽1及びろ過液貯槽16から、それぞれ、微生物等を含有する培養液6及びろ過液が除かれた状態となっているが、
a)マイクロナノバブル発生装置3により、培養液7に代えて培養槽1に供給される洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させること、及び
b)マイクロナノバブル発生装置2により、培養槽1内の洗浄液に、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させること
が行われる。At the time of washing and sterilization after the completion of the biological reaction, the
a) The cleaning solution supplied to the
まず、オゾン等のマイクロナノバブルを十分に含有させた洗浄液により、培養槽1内部を洗浄・滅菌する。 First, the inside of the
その後、オゾン等のマイクロナノバブルを十分に含有させた洗浄液を、培養槽ポンプ11により培養槽1から抜き出し、バルブ12を閉、バルブ13を開として、ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌(順洗)すると共に、ろ過器10→ろ過液貯槽16の管路内部を洗浄・滅菌する。また、バルブ12を開、バルブ13を閉とすれば、ろ過器10→培養槽1の管路内部を洗浄・滅菌することができる。 After that, the cleaning solution containing a sufficient amount of micro-nano bubbles such as ozone is extracted from the
第1実施形態では、
1)マイクロナノバブル発生装置2及び3に供給される気体を、生物反応時の「酸素を含有する気体」から「オゾン等を含有する気体」に切り換える、
2)培養槽1に供給される液体を、生物反応時の「培養液」から「洗浄液」に切り換える、
といった簡単な操作によって、生物反応と同様の操作により洗浄・滅菌を行うことができる。In the first embodiment,
1) The gas supplied to the
2) The liquid supplied to the
It is possible to perform cleaning and sterilization by the same operation as the biological reaction by such a simple operation.
さらに、オゾン等のマイクロナノバブルを含有する洗浄液は、培養液、ろ過液と同じように、ろ過器のろ過膜の細部まで行き渡るため、ろ過膜に負担をかけずに十分に洗浄・滅菌を行うことができる。 Furthermore, since the cleaning solution containing micro-nanobubbles such as ozone spreads to the details of the filtration membrane of the filter in the same way as the culture solution and the filtration solution, it should be sufficiently cleaned and sterilized without imposing a burden on the filtration membrane. Can be done.
さらに、第1の実施形態では、生物反応時において、ろ過器10で分離された微生物等の濃縮液を培養槽1に戻すため、培養槽1内の微生物等の濃度を高く維持することができる。 Further, in the first embodiment, since the concentrated solution of microorganisms or the like separated by the
<第2実施形態>
図2に、この発明の生物反応装置の第2実施形態を模式的に示す。
第2実施形態は、第1実施形態における、マイクロナノバブル発生装置2及び3に代えて、マイクロナノバブル発生装置4を用いると共に、微生物等のろ過液にマイクロナノバブルを含有させて、培養槽1に還流するようにしたものである。<Second Embodiment>
FIG. 2 schematically shows a second embodiment of the biological reaction device of the present invention.
In the second embodiment, the
また、第2実施形態では、
1)ろ過膜を洗浄・滅菌した洗浄液を、生物反応装置の外部に排出するか、または、培養槽に還流するかを選択できる機能、及び
2)ろ過膜を洗浄・滅菌した洗浄液を、1回の洗浄・滅菌でろ過器の出口から排出するか、または、ろ過器の入口に還流するかを選択できる機能、
が設けられている。これら1)及び2)の機能は、他の実施形態にも、適宜設けることができる。Further, in the second embodiment,
1) A function that allows you to select whether to discharge the cleaning solution that has been washed and sterilized from the filtration membrane to the outside of the biological reaction device or to return it to the culture tank, and 2) to wash and sterilize the filtration membrane once. A function that allows you to select whether to discharge from the outlet of the filter or to return to the inlet of the filter for cleaning and sterilization.
Is provided. The functions 1) and 2) can be appropriately provided in other embodiments.
第2実施形態では、次のようにして、生物反応時における、微生物等を含有する培養液への、酸素のマイクロナノバブルの含有、及び、生物反応終了後の洗浄・滅菌時における、洗浄液への、オゾン等のマイクロナノバブルの含有が行われる。 In the second embodiment, as follows, the culture solution containing microorganisms and the like contains micro-nano bubbles of oxygen at the time of the biological reaction, and the cleaning solution at the time of washing / sterilization after the completion of the biological reaction is added. , Ozone and other micro-nano bubbles are included.
生物反応時:
a)培養槽1に培養液7を供給する。
b)バルブ13、バルブ22、バルブ23及びバルブ24を閉、バルブ12、バルブ14及びバルブ21を開として培養槽ポンプ11を駆動し、ろ過器10で分離された微生物等の濃縮液を、管路を通じて培養槽1に戻すと共に、ろ過器10で分離されたろ過液を、マイクロナノバブル発生装置4に導き、酸素のマイクロナノバブルを含有させた後、培養槽1に戻す。
c)培養槽1で生成された反応生成物は、適当な時期に、バルブ13を開として、ろ過液と共に回収し、ろ過液貯槽16に貯えられる。 At the time of biological reaction :
a) The
b) The
c) The reaction product produced in the
洗浄・滅菌時:培養槽1及びろ過液貯槽16から、それぞれ、微生物等を含有する培養液6及びろ過液が除かれた状態となっている。
a)培養槽1に、培養液7に代えて洗浄液を供給する。
b)バルブ13、バルブ14、バルブ21、バルブ23及びバルブ24を閉、バルブ12及びバルブ22を開として培養槽ポンプ11を駆動し、主としてろ過器10のろ過膜を洗浄し、洗浄初期の、微生物等、有機物等を高濃度で含んでいる洗浄液を、生物反応装置の外に排出する。
c)その後、ろ過器10のろ過膜がある程度十分に洗浄できた段階で、バルブ13、バルブ14、バルブ22、バルブ23及びバルブ24を閉、バルブ12及びバルブ21を開として培養槽ポンプ11を駆動して、洗浄液を、培養槽1→ろ過器10→バルブ12の管路を通じてマイクロナノバブル発生装置4に導き、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を培養槽1に戻すことにより、洗浄液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させながら、培養槽1内部、ろ過器10のろ過膜、培養槽1→ろ過器10→バルブ12→マイクロナノバブル発生装置4→培養槽1の管路内部等を洗浄・滅菌する。
d)その後、オゾン等のマイクロナノバブルを十分に含有させた洗浄液を、培養槽ポンプ11により培養槽1から抜き出し、バルブ12及びバルブ14を閉、バルブ13を開とすれば、ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌(順洗)すると共に、ろ過器10→バルブ13→ろ過液貯槽16の管路内部を洗浄・滅菌することができる。また、バルブ12及びバルブ13を閉、バルブ14を開とすれば、ろ過器10→バルブ14→培養槽1の管路内部を洗浄・滅菌することができる。
e)さらに、ろ過器10のろ過膜がある程度十分に洗浄・滅菌(順洗)できた段階で、バルブ12、バルブ13及びバルブ14を閉、バルブ23及びバルブ24を開として、ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌した洗浄液をろ過器10の入口に還流して再度ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌する。これにより、洗浄液を節約して、ろ過器10のろ過膜を十分に洗浄・滅菌することができる。 During washing and sterilization : The
a) A cleaning solution is supplied to the
b) The
c) After that, when the filter membrane of the
d) After that, the cleaning liquid containing a sufficient amount of micro-nano bubbles such as ozone is extracted from the
e) Further, when the filtration membrane of the
第2実施形態では、第1の実施形態と同様に、生物反応と同様の操作により洗浄・滅菌を行うことができ、また、ろ過膜に負担をかけずに洗浄・滅菌を十分に行うことができる。 In the second embodiment, as in the first embodiment, cleaning and sterilization can be performed by the same operation as the biological reaction, and sufficient cleaning and sterilization can be performed without imposing a burden on the filtration membrane. it can.
さらに、第2の実施形態では、生物反応時において、ろ過器10で分離されたろ過液にマイクロナノバブルを含有させるため、微生物等に与えるストレスやダメージを小さくすることができ、また、ろ過器10で分離された微生物等の濃縮液を培養槽1に戻すため、培養槽1内の微生物等の濃度を高く維持することができる。 Further, in the second embodiment, since the filtrate separated by the
<第3実施形態>
図3に、この発明の生物反応装置の第3実施形態を模式的に示す。
第3実施形態は、第2の実施形態に、第1実施形態で用いられている、培養槽1の微生物等を含有する培養液6にマイクロナノバブルを含有させる手段(マイクロナノバブル発生装置2)及び培養槽1に供給される培養液7にマイクロナノバブルを含有させる手段(マイクロナノバブル発生装置3)を併用したものである。<Third Embodiment>
FIG. 3 schematically shows a third embodiment of the biological reaction device of the present invention.
In the third embodiment, the means (micro-nano bubble generator 2) and the means for incorporating micro-nano bubbles in the
培養液、洗浄液中のマイクロナノバブル含有量を高めたい場合には、このように複数のマイクロナノバブル含有手段を併用することが有効である。 When it is desired to increase the content of micro-nano bubbles in the culture solution and the washing solution, it is effective to use a plurality of micro-nano bubble-containing means in combination in this way.
<第4実施形態>
図4に、この発明の生物反応装置の第4実施形態を模式的に示す。
第4実施形態は、微生物等をポリビニルアルコール系多孔質ゲル等の多孔質構造体に担持させた担持構造体8が用いることを特徴としている。<Fourth Embodiment>
FIG. 4 schematically shows a fourth embodiment of the biological reaction device of the present invention.
The fourth embodiment is characterized in that a supported
第4実施形態では、次のようにして、生物反応時における、培養液への、酸素のマイクロナノバブルの含有、及び、生物反応終了後の洗浄・滅菌時における、洗浄液への、オゾン等のマイクロナノバブルの含有が行われる。 In the fourth embodiment, the inclusion of oxygen micro-nano bubbles in the culture solution at the time of the biological reaction and the micro of ozone or the like in the washing solution at the time of washing / sterilization after the completion of the biological reaction are as follows. Nanobubbles are included.
生物反応時:
a)培養槽1に培養液7を供給する。
b)バルブ12を開及びバルブ13を閉として培養槽ポンプ11を駆動し、培養槽1に備えたろ過器10で分離されたろ過液をマイクロナノバブル発生装置4に導き、酸素のマイクロナノバブルを含有させた後、培養槽1に戻す。
c)培養槽1で生成された反応生成物は、適当な時期に、バルブ13を開として、ろ過液と共に回収し、ろ過液貯槽16に貯えられる。 At the time of biological reaction :
a) The
b) The
c) The reaction product produced in the
洗浄・滅菌時:培養槽1及びろ過液貯槽16から、それぞれ、微生物等を含有する培養液6及びろ過液が除かれた状態となっている。
a)培養槽1に、培養液7に代えて洗浄液を供給する。
b)バルブ12を開、バルブ13を閉として培養槽ポンプ11を駆動して、洗浄液を、培養槽1→ろ過器10→バルブ12の管路を通じてマイクロナノバブル発生装置4に導き、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を培養槽1に戻すことにより、洗浄液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させながら、培養槽1内部及び培養槽1→ろ過器10→バルブ12→マイクロナノバブル発生装置4→培養槽1の管路内部を洗浄・滅菌と共に、ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌(順洗)する。
c)その後、オゾン等のマイクロナノバブルを十分に含有させた洗浄液を、培養槽ポンプ11によりろ過器10を通して培養槽1から抜き出し、バルブ12及びバルブ14を閉、バルブ13を開とすれば、ろ過器10のろ過膜を再度洗浄・滅菌(順洗)できると共に、ろ過器10→バルブ13→ろ過液貯槽16の管路内部を洗浄・滅菌することができる。 During washing and sterilization : The
a) A cleaning solution is supplied to the
b) With the
c) After that, the cleaning liquid containing a sufficient amount of micro-nano bubbles such as ozone is extracted from the
第4実施形態は、微生物等を担持させた担持構造体8を用いることにより、次のような特長を有する。
○培養槽1中の微生物等の密度を高くできるため、生物反応の効率を高めることができる。
○微生物等を含有する培養液6から微生物等を分離するろ過器10として、醸造や発酵の技術分野で通常行われている精密ろ過器を採用する必要はなく、ポリフッ化ビニリデン等の有機高分子化合物からなる多孔性膜、金属製の金網等のろ過精度の低い平膜を採用できるため、ろ過工程を経済的かつ効率的に行うことができる。
○微生物等に大きなストレスやダメージを与えることなく、生物反応を効率的、経済的に行うことができる。The fourth embodiment has the following features by using the supported
○ Since the density of microorganisms and the like in the
○ As the
○ Biological reactions can be carried out efficiently and economically without causing great stress or damage to microorganisms.
<第5実施形態>
図5に、この発明の生物反応装置の第5実施形態を模式的に示す。
第5実施形態は、第4実施形態における微生物等を担持させた担持構造体8を、培養槽1中にカラム、網体等の固定部材9で固定したものである。<Fifth Embodiment>
FIG. 5 schematically shows a fifth embodiment of the biological reaction device of the present invention.
In the fifth embodiment, the supported
第5実施形態での、生物反応時における、微生物等を含有する培養液6への、酸素のマイクロナノバブルの含有、及び、生物反応終了後の洗浄・滅菌時における、洗浄液への、オゾン等のマイクロナノバブルの含有は、第4実施形態と同様に行われる。 In the fifth embodiment, the inclusion of oxygen micro-nano bubbles in the
第5実施形態では、微生物等を担持させた担持構造体8が培養槽1中に固定されているため、担持構造体8が損傷・破壊されることが少ない、担持構造体8から微生物等が脱離することが少ない等の特長を有する。 In the fifth embodiment, since the
<第6実施形態>
図6に、この発明の生物反応装置の第6実施形態を模式的に示す。
第6実施形態は、ろ過器10の2次側に接続した管路から、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を供給することにより、順洗と併せて逆洗を行うようにしたものである。<Sixth Embodiment>
FIG. 6 schematically shows a sixth embodiment of the biological reaction device of the present invention.
In the sixth embodiment, a cleaning liquid containing micro-nano bubbles such as ozone is supplied from a conduit connected to the secondary side of the
第6実施形態では、バルブ15及びバルブ20を閉とした状態で、次のような、第2の実施形態と同様の生物反応時の操作1)及びに洗浄・滅菌時の順洗の操作2)が行われる。 In the sixth embodiment, with the
1)生物反応時:
a)培養槽1に培養液7を供給する。
b)バルブ13を閉、バルブ12及びバルブ14を開として培養槽ポンプ11を駆動し、ろ過器10で分離された微生物等の濃縮液を、管路を通じて培養槽1に戻すと共に、ろ過器10で分離されたろ過液を、マイクロナノバブル発生装置4に導き、酸素のマイクロナノバブルを含有させた後、培養槽1に戻す。
c)培養槽1で生成された反応生成物は、適当な時期に、バルブ13を開として、ろ過液と共に回収し、ろ過液貯槽16に貯えられる。 1) At the time of biological reaction :
a) The
b) The
c) The reaction product produced in the
2)洗浄・滅菌時(順洗):培養槽1及びろ過液貯槽16から、それぞれ、微生物等を含有する培養液6及びろ過液が除かれた状態となっている。
a)培養槽1に、培養液7に代えて洗浄液を供給する。
b)バルブ12を開、バルブ13及びバルブ14を閉として培養槽ポンプ11を駆動して、洗浄液を、培養槽1→ろ過器10→バルブ12の管路を通じてマイクロナノバブル発生装置4に導き、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を培養槽1に戻すことにより、洗浄液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させながら、培養槽1内部及び培養槽1→ろ過器10→バルブ12→マイクロナノバブル発生装置4→培養槽1の管路内部を洗浄・滅菌する。
c)その後、オゾン等のマイクロナノバブルを十分に含有させた洗浄液を、培養槽ポンプ11により培養槽1から抜き出し、バルブ12及びバルブ14を閉、バルブ13を開とすれば、ろ過器10のろ過膜を洗浄・滅菌(順洗)すると共に、ろ過器10→バルブ13→ろ過液貯槽16の管路内部を洗浄・滅菌することができる。また、バルブ12及びバルブ13を閉、バルブ14を開とすれば、ろ過器10→バルブ14→培養槽1の管路内部を洗浄・滅菌することができる。 2) During washing / sterilization (sequential washing) : The
a) A cleaning solution is supplied to the
b) The
c) After that, the cleaning liquid containing a sufficient amount of micro-nano bubbles such as ozone is extracted from the
第6実施形態では、他の実施形態と同様に、生物反応と同様の操作により洗浄・滅菌を行うことができ、ろ過膜に負担をかけずに洗浄・滅菌を十分に行うことができ、微生物等に与えるストレスやダメージを小さくすることができ、また、培養槽内の微生物等の濃度を高く維持することができる。 In the sixth embodiment, as in the other embodiments, washing and sterilization can be performed by the same operation as the biological reaction, and washing and sterilization can be sufficiently performed without imposing a burden on the filtration membrane. It is possible to reduce the stress and damage given to the above, and it is possible to maintain a high concentration of microorganisms and the like in the culture tank.
さらに、第6の実施形態では、洗浄・滅菌時に、上記2)の順洗と共に、下記3)のろ過膜の逆洗をも行うようにしたものである。
3)上記2)の順洗を中断した後、次のd)〜f)の工程により、ろ過膜の逆洗を行う。d)バルブ12、バルブ13及びバルブ14を閉とし、バルブ15及びバルブ20を開とした状態で、ポンプ(図示せず)を駆動して、洗浄液槽19の洗浄液をマイクロナノバブル発生装置5に導いて、洗浄液にオゾン等のマイクロナノバブルを含有させる。
e)このオゾン等のマイクロナノバブルを含有させた洗浄液を、ろ過器10の2次側に供給し、ろ過器10の1次側にろ過して、ろ過膜を逆洗して洗浄・滅菌を行う。
f)ろ過膜を逆洗した後の洗浄水は、バルブ20を経由して外部に排出する。Further, in the sixth embodiment, at the time of washing and sterilization, in addition to the normal washing of 2) above, the backwashing of the filtration membrane of 3) below is also performed.
3) After interrupting the normal washing of 2) above, the backwash of the filtration membrane is performed by the following steps d) to f). d) With the
e) The cleaning liquid containing micro-nano bubbles such as ozone is supplied to the secondary side of the
f) The washing water after backwashing the filtration membrane is discharged to the outside via the valve 20.
第6実施形態では、上記2)の順洗及び上記3)の逆洗を必要に応じ複数回繰り返して行う。 In the sixth embodiment, the above-mentioned 2) forward washing and the above-mentioned 3) backwashing are repeated a plurality of times as necessary.
第6実施形態では、多数の細孔を有し、洗浄・滅菌に手間や時間を要するろ過膜の洗浄・滅菌を、順洗と共に逆洗を併用して行うため、ろ過膜の洗浄・滅菌を十分に行うことができる、洗浄・滅菌時間を短縮することができる等の特長を有する。 In the sixth embodiment, since cleaning / sterilization of the filtration membrane having a large number of pores and requiring labor and time for cleaning / sterilization is performed by using both normal washing and backwashing, cleaning / sterilization of the filtration membrane is performed. It has features such as sufficient performance and shortening of cleaning and sterilization time.
つぎに、本発明の第3の特徴は、前述のように、生物反応終了後に、培養槽から微生物等、培地を含有する培養液を抜き出し、ろ過器により微生物等が分離・濃縮された濃縮液を分離して不活化槽に収容し、この不活化槽に収容された濃縮液に、オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させて、回収濃縮液中の微生物等を殺菌することである。
本発明の第3の特徴については、以下に第7実施形態も挙げて説明する。
Next, as described above, the third feature of the present invention is that after the biological reaction is completed, the culture solution containing the medium such as microorganisms is extracted from the culture tank, and the microorganisms and the like are separated and concentrated by the filter. Is separated and stored in an inactivating tank, and the concentrated liquid contained in this inactivating tank contains micro-nanobubbles containing a bactericidal gas such as ozone to sterilize microorganisms and the like in the recovered concentrated liquid. It is to be.
The third feature of the present invention will be described below with reference to the seventh embodiment.
<第7実施形態>
図7に、この発明の生物反応装置の第7実施形態を模式的に示す。
第7実施形態では、生物反応時には、バルブ25及びバルブ27を閉とした状態で、培養槽1で生成された反応生成物は、培養槽ポンプ11により、微生物等、培地を含有する培養液6と共に培養槽1から抜き出され、ろ過器10において、反応生成物を含有するろ過液と、微生物等の濃縮液(以下、「回収濃縮液」という。)に分離され、バルブ12、バルブ13及びバルブ14を開とした状態で、ろ過液はろ過液貯槽16に貯えられ、回収濃縮液は管路を通って培養槽1に還流される。<7th Embodiment>
FIG. 7 schematically shows a seventh embodiment of the biological reaction device of the present invention.
In the seventh embodiment, at the time of the biological reaction, the reaction product produced in the
生物反応終了後には、生物反応に用いた微生物等を十分に殺菌して生物反応装置外に排出するが、第7実施形態では、微生物等を培養槽で殺菌する態様(以下、「培養槽殺菌」という。)と、微生物等を培養槽から不活化槽に移しで殺菌する態様(以下、「不活化槽殺菌」という。)を採ることができる。 After the biological reaction is completed, the microorganisms used in the biological reaction are sufficiently sterilized and discharged to the outside of the biological reaction apparatus. However, in the seventh embodiment, the microorganisms and the like are sterilized in the culture tank (hereinafter, "culture tank sterilization"). ”) And a mode in which microorganisms and the like are transferred from the culture tank to the inactivation tank and sterilized (hereinafter, referred to as“ inactivation tank sterilization ”) can be adopted.
まず、不活化槽殺菌は、次のようにして行うことができる。
a)バルブ27及びバルブ14を閉とした状態で、微生物等、培地を含有する培養液6を、培養槽ポンプ11により、培養槽1から抜き出し、ろ過器10において、培地を含有するろ過液と、回収濃縮液に分離する。
b)バルブ12、バルブ13及びバルブ25を開とし、バルブ26を閉とした状態で、ろ過液をろ過液貯槽16に貯えると共に、回収濃縮液を不活化槽30に収容する。
c)不活化槽30に収容した回収濃縮液に、マイクロナノバブル発生装置28により、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させ、微生物等を殺菌する。
d)微生物等の殺菌が完了した段階でバルブ26及びバルブ33を開とし、殺菌した回収濃縮液を生物反応装置外に排出する。First, the inactivated tank sterilization can be performed as follows.
a) With the
b) With the
c) The recovered concentrate contained in the inactivating
d) When the sterilization of microorganisms and the like is completed, the
つぎに、培養槽殺菌は、次のようにして行うことができる。
a)バルブ27及びバルブ25を閉とした状態で、微生物等、培地を含有する培養液6を、培養槽ポンプ11により、培養槽1から抜き出し、ろ過器10において、培地を含有するろ過液と、回収濃縮液に分離する。
b)バルブ12、バルブ13及びバルブ14を開とした状態で、ろ過液をろ過液貯槽16に貯えると共に、回収濃縮液を培養槽1に還流する。
c)培養槽1に収容した回収濃縮液に、マイクロナノバブル発生装置29により、オゾン等のマイクロナノバブルを含有させ、微生物等を殺菌する。
d)微生物等の殺菌が完了した段階でバルブ27及びバルブ33を開とし、バルブ26を閉とし、廃水ポンプ32を駆動して、殺菌した回収濃縮液を生物反応装置外に排出する。Next, the culture tank sterilization can be performed as follows.
a) With the
b) With the
c) The recovered concentrate contained in the
d) When the sterilization of microorganisms and the like is completed, the
この第7実施形態は、基本的にはバルブ14、バルブ25の切り替えにより、不活化槽殺菌または培養槽殺菌を選択して行うことができるが、不活化槽殺菌または培養槽殺菌のいずれか一方だけが行えれば良い場合には、その殺菌に利用しない機器類は省略できる。例えば、培養槽殺菌だけを行えれば良い場合には、不活化槽30、マイクロナノバブル発生装置28等のバルブ25より下流側の機器類は設置する必要がない。 This seventh embodiment can basically be performed by selecting inactivated tank sterilization or culture tank sterilization by switching between the
この第7実施形態では、生物反応時に反応生成物を回収するために用いたろ過器10を利用して回収濃縮液の分離を行っているが、回収濃縮液の分離は、ろ材を使用せず比重差を利用する遠心分離、沈降分離等によっても行うことができる。 In this seventh embodiment, the recovered concentrate is separated by using the
不活化槽殺菌においては、不活化槽30は、オゾン等のマイクロナノバブルの殺菌効果を高めること、オゾン等の殺菌性を有する気体が生物反応装置外に排出されるのを防ぐこと等を考慮して、密閉型とするのが望ましい。 In the inactivated tank sterilization, the
回収濃縮液の粘度が高すぎると、オゾン等のマイクロナノバブルが回収濃縮液全体に均一に行き渡らず、微生物等の殺菌が十分に行えないこととなるため、不活化槽殺菌においては、不活化槽30には、液体を供給できる液体供給器31を設け、回収濃縮液の粘度を適正な範囲に調整することが好ましい。また、培養槽殺菌においても、培養液7を培養槽1に供給する管路等を通じて、液体を培養槽1に供給し回収濃縮液の粘度を適正な範囲に調整することが好ましい。 If the viscosity of the recovered concentrate is too high, micro-nano bubbles such as ozone will not spread evenly throughout the recovered concentrate, and microorganisms and the like cannot be sterilized sufficiently. Therefore, in the inactivated tank sterilization, the inactivated tank is used. It is preferable that the 30 is provided with a
第7実施形態の生物反応装置は、基本的には生物反応終了後に培養槽殺菌および/または不活化槽殺菌を行うものであるが、生物反応中に培養液に雑菌が混入した場合、培養槽殺菌中または不活化槽殺菌中に、培養槽1を次の生物反応に用いる必要が生じた場合等においては、バルブ27およびバルブ26を開とし、バルブ33を閉として、廃水ポンプ32を駆動することにより、培養槽1中の培養液6または濃縮液を早急に不活化槽30に収容することができる。 The biological reaction apparatus of the seventh embodiment basically sterilizes the culture tank and / or inactivates the culture tank after the biological reaction is completed. However, if germs are mixed in the culture solution during the biological reaction, the culture tank is sterilized. When it becomes necessary to use the
本発明では、1)培養液、洗浄液等の液中に速やかに溶解・拡散し長時間残存するオゾン等のマイクロナノバブルを用いて微生物等の殺菌を行うこと、及び2)微生物等を分離・濃縮した回収濃縮液に対して殺菌を行うことにより、微生物等を効率的、経済的かつ十分に殺菌できるものであるが、さらに、本発明者等は、微生物等、培地を含有する培養液を、ろ過器等の分離器を用いて回収濃縮液を分離する際に、培養液に含有される培地が回収濃縮液に入り込む割合を50%以下、好ましくは25%以下とすること、すなわち、ろ過液等の液側に、培養液に含有される培地の50%以上、好ましくは75%以上が入り込むようにすることにより、オゾン等のマイクロナノバブルによる滅菌・殺菌作用を著しく高めることができることを見出したものである。 In the present invention, 1) sterilization of microorganisms and the like using micro-nanobubbles such as ozone that rapidly dissolves and diffuses in a solution such as a culture medium and a washing solution and remains for a long time, and 2) separation and concentration of the microorganisms and the like. By sterilizing the collected concentrated solution, microorganisms and the like can be sterilized efficiently, economically and sufficiently. Further, the present inventors have prepared a culture medium containing a medium such as microorganisms. When separating the recovered concentrate using a separator such as a filter, the ratio of the medium contained in the culture medium entering the recovered concentrate should be 50% or less, preferably 25% or less, that is, the filtrate. It has been found that the sterilization / bactericidal action of micro-nanobubbles such as ozone can be remarkably enhanced by allowing 50% or more, preferably 75% or more of the medium contained in the culture solution to enter the liquid side of the culture medium. It is a thing.
後記の実施例・比較例で示すように、ろ過器等の分離器により、回収濃縮液に入り込む培地の割合を50%以下、好ましくは25%以下とすることにより、滅菌・殺菌作用を著しく高めることができる。 As shown in Examples and Comparative Examples described later, the sterilization / bactericidal action is remarkably enhanced by setting the proportion of the medium that enters the recovered concentrate to 50% or less, preferably 25% or less by using a separator such as a filter. be able to.
この理由としては、回収濃縮液中の培地濃度が高すぎると、回収濃縮液に含有させたオゾン等のマイクロナノバブルが、糖類、窒素含有化合物等の変性等の化学反応に消費され、滅菌・殺菌作用が低下してしまうことが考えられる。 The reason for this is that if the medium concentration in the recovered concentrate is too high, micro-nano bubbles such as ozone contained in the recovered concentrate are consumed in chemical reactions such as denaturation of saccharides and nitrogen-containing compounds, resulting in sterilization and sterilization. It is possible that the action is reduced.
また、後記の実施例・比較例で示すように、不活化槽上部のような、培養液が直接接触しない箇所に対しても、オゾン等の殺菌性を有する気体により滅菌・殺菌作用を及ぼすことができる。 Further, as shown in Examples and Comparative Examples described later, a sterilizing / sterilizing action is exerted by a bactericidal gas such as ozone even on a place where the culture solution does not come into direct contact, such as the upper part of an inactivated tank. Can be done.
以下に実施例・比較例により、本発明の、オゾン等のマイクロナノバブルを用いた場合の優れた滅菌・殺菌作用についてさらに説明する。 The excellent sterilization / sterilization action of the present invention when micro-nano bubbles such as ozone are used will be further described below with reference to Examples and Comparative Examples.
まず、実施例・比較例を用いた説明の主旨を簡単に説明すると、実施例1〜4及び比較例1を用いて、培養液に吹き込むオゾン含有気体の気泡の形態及び培養液の培地(糖類、窒素含有化合物等の微生物等の栄養源)の含有量が滅菌・殺菌作用に及ぼす影響について説明し、実施例5〜6を用いて、培養槽上部のような、培養液が直接接触しない箇所に対する、オゾン等のマイクロナノバブルが及ぼす滅菌・殺菌作用について説明する。 First, the gist of the explanation using Examples and Comparative Examples will be briefly described. Using Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the form of bubbles of ozone-containing gas blown into the culture solution and the medium (sugar) of the culture solution. The effect of the content of (nutrient sources such as microorganisms such as nitrogen-containing compounds) on the sterilization / bactericidal action was explained, and using Examples 5 to 6, a place where the culture medium does not come into direct contact, such as the upper part of the culture tank. The sterilizing and bactericidal action of micro-nanobubbles such as ozone will be described.
<実施例1〜4及び比較例1>
処理槽として1Lメジウム瓶(柴田科学製 型番:017200-10002A)を用い、この中に培養液[微生物等としてコリネ型細菌(コリネバクテリウムグルタミカム)の標準株を濁度(OD660の値):16含有し、培地としてグルコースを24g/Lのほかペプトン、酵母エキス等を含有する]を500mL収容した。<Examples 1 to 4 and Comparative Example 1>
A 1 L medium bottle (Shibata Scientific Technology model number: 017200-10002A) was used as a treatment tank, and a standard strain of a culture medium [Corynebacterium glutamicum as a microorganism, etc.] was placed in the culture medium (value of OD660). It contains 16 and contains 24 g / L of glucose as a medium, as well as peptone, yeast extract, etc.] in 500 mL.
オゾン発生器(エコデザイン製 型番:ED-OG-RC12GC)を用いて、オゾン濃2.2重量%、密度1.2kg/m3のオゾン含有気体を作り、このオゾン含有気体の気泡を、大気圧中、20℃の上記培養液に、通気量0.5L/分で処理槽底部から吹き込んだ。Ozone generator (eco-design made by Model Number: ED-OG-RC12GC) using, ozone concentration 2.2% by weight, making the ozone-containing gas density 1.2kg / m 3, the bubbles of the ozone-containing gas, large The culture solution at 20 ° C. was blown into the culture solution at 20 ° C. from the bottom of the treatment tank at an aeration rate of 0.5 L / min.
<実施例1>
培地を全て除去した培養液に、マイクロナノバブル発生装置(商品名:OKノズル OKエンジニアリング製 型番:OKE-MB200ml)を用いて、オゾン含有気体をマイクロナノバブルの気泡形態で吹き込み、吹き込み開始時、15分後、30分後、45分後及び60分後における培養液中の生菌数を平板培養法で測定した。<Example 1>
Using a micro-nano bubble generator (trade name: OK nozzle, model number: OKE-MB200 ml), ozone-containing gas is blown into the culture solution from which all the medium has been removed in the form of micro-nano bubble bubbles, and 15 minutes at the start of blowing. After that, the viable cell counts in the culture medium after 30 minutes, 45 minutes and 60 minutes were measured by the plate culture method.
<比較例1>
通気装置として内径4mmのシリコンチューブを用い、オゾン含有気体を通常の気泡形態で吹き込んだ以外は、実施例1と同様にして、生菌数を測定した。<Comparative example 1>
A silicon tube having an inner diameter of 4 mm was used as a ventilation device, and the viable cell count was measured in the same manner as in Example 1 except that the ozone-containing gas was blown in the form of normal bubbles.
<実施例2>
培養液として、培地を87.5%除去した培養液を用いた以外は、実施例1と同様にして、生菌数を測定した。<Example 2>
The viable cell count was measured in the same manner as in Example 1 except that the culture medium from which 87.5% of the medium had been removed was used as the culture medium.
<実施例3>
培養液として、培地を75%除去した培養液を用いた以外は、実施例1と同様にして、生菌数を測定した。<Example 3>
The viable cell count was measured in the same manner as in Example 1 except that the culture medium from which 75% of the medium had been removed was used as the culture medium.
<実施例4>
培養液として、培地を50%除去した培養液を用いた以外は、実施例1と同様にして、生菌数を測定した。<Example 4>
The viable cell count was measured in the same manner as in Example 1 except that the culture medium from which 50% of the medium had been removed was used as the culture medium.
実施例1〜4及び比較例1の結果を表1に示す。
まず、表1の実施例1と比較例1の比較からわかるように、オゾン含有気体を培養液に吹き込んで微生物等の滅菌・殺菌を行う場合、気泡の形態を通常の気泡とした場合に比べ、マイクロナノバブルとした場合には滅菌・殺菌作用を著しく高めることができる。The results of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.
First, as can be seen from the comparison between Example 1 and Comparative Example 1 in Table 1, when ozone-containing gas is blown into a culture solution to sterilize and sterilize microorganisms, the form of bubbles is compared with the case where normal bubbles are used. , When micro-nano bubbles are used, the sterilization and sterilization effects can be significantly enhanced.
さらに、実施例1〜4からわかるように、培養液中の微生物等を滅菌・殺菌する場合には、培養液から培地を除去する程、滅菌・殺菌作用を高めることができる。培地の除去率は、50%以上とすることが好ましく、75%以上とすることがより好ましいことがわかる。 Further, as can be seen from Examples 1 to 4, when sterilizing / sterilizing microorganisms or the like in the culture solution, the more the medium is removed from the culture solution, the higher the sterilization / sterilization action can be. It can be seen that the removal rate of the medium is preferably 50% or more, and more preferably 75% or more.
<実施例5〜6>
実施例5及び実施例6は、それぞれ、実施例1及び実施例4において、吹き込み開始時及び60分後に、処理槽の培養液が直接接触しない上部内面1周分を脱脂綿でふき取り、脱脂綿に付着した生菌数を平板培養法で測定した。実施例5〜6の結果を表2に示す。<Examples 5 to 6>
In Examples 5 and 6, respectively, in Example 1 and Example 4, one round of the upper inner surface where the culture solution in the treatment tank does not come into direct contact is wiped with absorbent cotton at the start of blowing and 60 minutes later, and adhered to the absorbent cotton. The viable cell count was measured by the plate culture method. The results of Examples 5 to 6 are shown in Table 2.
表2の実施例5〜6からわかるように、オゾン含有気体のマイクロナノバブルを培養液に吹き込んで微生物等の滅菌・殺菌を行う場合には、培養液中の微生物等ばかりでなく、処理槽の培養液が直接接触しない処理槽上部に付着した微生物等にも滅菌・殺菌作用を及ぼすことができ、さらに、培養液から培地を除去するほうが、滅菌・殺菌作用を高めることができる。 As can be seen from Examples 5 to 6 in Table 2, when micro-nanobubbles of ozone-containing gas are blown into the culture solution to sterilize and sterilize the microorganisms, not only the microorganisms in the culture solution but also the treatment tank. It is possible to exert a sterilizing / sterilizing action on microorganisms and the like adhering to the upper part of the treatment tank which the culture solution does not come into direct contact with, and further, removing the medium from the culture solution can enhance the sterilizing / sterilizing action.
このように、生物反応終了後に、オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを用いて微生物等の滅菌・殺菌を行うことにより、培養槽、不活化槽等の槽上部のような、洗浄液または培養液が直接接触しない箇所に対しても滅菌・殺菌作用を及ぼすことができ、培養槽、不活化槽等の槽の隅々まで滅菌・殺菌を行うことができる。 In this way, after the biological reaction is completed, micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone are used to sterilize and sterilize the microorganisms, so that the upper part of the culture tank, inactivation tank, etc. It is possible to exert a sterilizing / sterilizing action even on a place where the washing liquid or the culture liquid does not come into direct contact, and it is possible to sterilize / sterilize every corner of the tank such as the culture tank and the inactivation tank.
1 培養槽
2〜5 マイクロナノバブル発生装置
6 微生物等を含有する培養液
7 培養液
8 担持構造体(微生物等を担持させた多孔質構造体)
9 固定部材
10 ろ過器
11 培養槽ポンプ
12〜15、20〜27 バルブ
16 ろ過液貯槽
17 培養槽撹拌機
18 切替弁
19 洗浄液槽
28〜29 マイクロナノバブル発生装置
30 不活化槽
31 液体供給器
32 廃水ポンプ
33 バルブ1 Culture tank 2-5
9 Fixing
Claims (19)
上記微生物または細胞、培地を含有する培養液を収容する培養槽を備え、
生物反応終了後の上記生物反応装置の洗浄・滅菌時に、上記培養槽内の上記培養液または上記培養槽内に供給される洗浄液に、オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させる、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を供給する管路が接続されたマイクロナノバブル発生装置を備えることを特徴とする生物反応装置。 Microorganisms or cells are purely cultivated in a culture tank in a state where contamination with germs is prevented, and foods, chemicals, chemical substances such as organic acids and alcohols, useful chemical substances such as antibodies, or chemistry such as bioethanol from biomass. It is a biological reaction device that manufactures products.
A culture tank containing a culture solution containing the above-mentioned microorganisms, cells, and a medium is provided.
When cleaning and sterilizing the biological reaction device after the completion of the biological reaction, the culture solution in the culture tank or the cleaning solution supplied in the culture tank contains micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone. A biological reaction apparatus comprising a micro-nano bubble generator to which a conduit for supplying a bactericidal gas such as ozone is connected.
生物反応時に、上記培養液に酸素を含有するマイクロナノバブルを含有させる、酸素を含有する気体を供給する管路が接続されたマイクロナノバブル発生装置と、
生物反応終了後の上記生物反応装置の洗浄・滅菌時に、上記洗浄液に上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させる、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を供給する管路が接続されたマイクロナノバブル発生装置と、
を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の生物反応装置。 With the culture tank containing the culture solution or the washing solution,
A micro-nano bubble generator connected to a conduit for supplying an oxygen-containing gas, which contains oxygen-containing micro-nano bubbles in the culture solution during a biological reaction.
A pipeline for supplying a bactericidal gas such as ozone, which contains micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone, in the cleaning liquid at the time of cleaning and sterilizing the biological reaction device after the completion of the biological reaction. With a micro-nano bubble generator connected to
The biological reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the biological reaction apparatus comprises.
上記洗浄液に、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させる、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を供給する管路が接続されたマイクロナノバブル発生装置と、
を備えることを特徴とする、請求項3〜11のいずれかに記載の生物反応装置。 A pipeline for supplying the cleaning liquid, which is connected to the secondary side of the filter, and
A micro-nano bubble generator to which a pipeline for supplying a bactericidal gas such as ozone is connected, in which the cleaning liquid contains micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone.
The biological reaction apparatus according to any one of claims 3 to 11, wherein the biological reaction apparatus comprises.
上記培養液および/または上記濃縮液を収容する不活化槽を備え、
上記不活化槽に収容された上記培養液および/または上記濃縮液に、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させる、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を供給する管路が接続されたマイクロナノバブル発生装置を備えることを特徴とする、請求項1に記載の生物反応装置。 After completion of the biological reaction, a filter for separating the concentrated solution in which the microorganism or cells are concentrated from the above-mentioned culture solution contained in the above-mentioned culture tank, and a filter.
It is provided with an inactivating tank for accommodating the culture solution and / or the concentrate.
A tube for supplying a bactericidal gas such as ozone, which contains micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone in the culture solution and / or the concentrated solution contained in the inactivation tank. The biological reaction apparatus according to claim 1, further comprising a micro-nano bubble generator to which a path is connected.
生物反応時には、上記培養槽に収容した上記培養液に上記酸素を含有するマイクロナノバブルを含有させて、上記微生物または細胞の代謝産物等の反応物を生産し、
生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、上記培養槽に供給される上記洗浄液に上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させ、上記洗浄液により上記生物反応装置内部を洗浄・滅菌すること、
を特徴とする、生物反応方法。 By the biological reaction apparatus according to any one of claims 5 to 7 above.
At the time of biological reaction, the culture solution contained in the culture tank contains the oxygen-containing micro-nano bubbles to produce a reactant such as a metabolite of the microorganism or cell.
At the time of cleaning and sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning liquid supplied to the culture tank contains micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone, and the inside of the biological reaction device is cleaned and sterilized with the cleaning liquid. To do,
A biological reaction method characterized by.
生物反応時には、上記培養槽に収容した上記培養液に上記酸素を含有するマイクロナノバブルを含有させて、上記微生物または細胞の代謝産物等の反応物を生産し、
生物反応終了後の洗浄・滅菌時には、上記培養槽に供給される上記洗浄液に上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させ、上記洗浄液により上記生物反応装置内部を洗浄・滅菌する順洗、及び上記ろ過器の2次側に供給した、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させた上記洗浄液により、上記生物反応装置内部を洗浄・滅菌する逆洗を行う、
ことを特徴とする、生物反応方法。 According to the biological reaction apparatus according to claim 11 or 12 above.
At the time of biological reaction, the culture solution contained in the culture tank contains the oxygen-containing micro-nano bubbles to produce a reactant such as a metabolite of the microorganism or cell.
At the time of cleaning and sterilization after the completion of the biological reaction, the cleaning solution supplied to the culture tank contains micro-nanobubbles containing a gas having bactericidal properties such as ozone, and the inside of the biological reaction device is cleaned and sterilized with the cleaning solution. Backwash to clean and sterilize the inside of the biological reactor with the normal washing and the washing liquid containing micro-nanobubbles containing a bactericidal gas such as ozone supplied to the secondary side of the filter. I do,
A biological reaction method characterized by the fact that.
生物反応終了後に、上記培養槽から上記培養液を抜き出し、
上記ろ過器により上記濃縮液を分離して、上記不活化槽に収容し、
上記不活化槽に収容された上記濃縮液に、上記オゾン等の殺菌性を有する気体を含有するマイクロナノバブルを含有させ、上記微生物または細胞を殺菌することを特徴とする、生物反応方法。 According to the biological reaction apparatus according to claim 13 or 14.
After the biological reaction is completed, the culture solution is withdrawn from the culture tank.
The concentrate is separated by the filter and stored in the inactivated tank.
A biological reaction method, which comprises sterilizing the microorganisms or cells by containing micro-nano bubbles containing a bactericidal gas such as ozone in the concentrated solution contained in the inactivating tank.
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