JP7639609B2 - 培養方法および培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養方法および培養装置に関する。

従来、カビや酵母、細菌などの微生物を被培養物として培地に接種（播種）して培養することが行われている。例えば、特許文献１には、吸気された空気に加湿して栽培室内に送風する装置により栽培室内の湿度を所定値以上に維持しながら、シイタケ菌を栽培（培養）することが記載されている。また、特許文献２には、チーズに紅麹菌を接種し、所定湿度および所定温度で紅麹菌を培養させて、チーズ表面を紅麹菌で覆うことが記載されている。

特開２００５－１３７２７３号公報 特許第２８７１８８２号

上述したように、被培養物を培養するには、湿度を適切に管理して水分を十分に供給するなど培養環境を整えることが重要である。被培養物への水分の供給は、空気中からだけでなく培地からも行われる。このため、水分供給をより適切に行うために、なお改善の余地がある。

本発明は、水分供給をより適切に行って培養を促進させることを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の培養方法は、
培地に被培養物を接種して培養を行う培養方法であって、
（ａ）温度低下により空気中の水分を導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と温度上昇により前記導電性高分子膜に吸着した水分を微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水発生部から、前記被培養物を接種する前の前記培地に対して微細水を供給する工程と、
（ｂ）微細水が供給された前記培地に前記被培養物を接種して培養する工程と、
を含むことを要旨とする。

本発明の第１の培養方法は、吸湿状態と放湿状態とに変化する微細水発生部から、被培養物を接種する前の培地に対して微細水を供給してから、微細水が供給された培地に被培養物を接種して培養する。これにより、培地に十分に微細水を供給してから、被培養物を接種して培養を開始するため、培養当初から被培養物への水分供給をより適切に行って培養を促進させることができる。

本発明の第２の培養方法は、
培地に被培養物を接種して培養を行う培養方法であって、
（ａ）前記被培養物を接種する前の前記培地に対して、粒径が５０ナノメートル以下の微細水を供給する工程と、
（ｂ）微細水が供給された前記培地に前記被培養物を接種して培養する工程と、
を含むことを要旨とする。

本発明の第２の培養方法は、被培養物を接種する前の培地に対して粒径が５０ナノメートル以下の微細水を供給してから、微細水が供給された培地に被培養物を接種して培養する。これにより、培地が吸収し易いサイズの微細水を培地に供給してから、被培養物を接種して培養を開始するため、培養当初から被培養物への水分供給をより適切に行って培養を促進させることができる。

本発明の第１または第２の培養方法において、前記工程（ａ）では、前記被培養物を接種する前の前記培地を収容した収容容器に、前記微細水発生部を通過した空気を除いて外気の流入を抑制した状態で、微細水を供給するものとしてもよい。こうすれば、外気の流入により培地が乾燥するのを抑制すると共に、微細水を含む空気を収容容器に充満させることができるから、培地への微細水の供給を促すことができる。

本発明の第１または第２の培養方法において、前記工程（ｂ）では、前記被培養物が接種された前記培地を収容した収容容器を閉じた状態で、微細水を供給することなく所定の培養期間に亘り静置するものとしてもよい。予め培地に十分に微細水を供給しておくことで、被培養物を接種した後は静置しておけば培養を促進させることができる。

本発明の培養装置は、
培地に被培養物を接種して培養を行う培養装置であって、
収容容器に連通する空気通路と、
前記空気通路に配置された送風部と、
前記空気通路に配置され、温度低下により空気中の水分を導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と温度上昇により前記導電性高分子膜に吸着した水分を微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水発生部と、
前記被培養物を接種する前の前記培地が前記収容容器に収容された状態で、前記微細水発生部を前記吸湿状態とする吸湿制御と、前記微細水発生部を前記放湿状態とする放湿制御とを行って、前記微細水が送風により前記収容容器内の前記培地に供給されるように前記微細水発生部と前記送風部とを制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。

本発明の培養装置では、微細水発生部を吸湿状態とする吸湿制御と放湿状態とする放湿制御とを行って、微細水が送風により収容容器内の培地に供給されるように微細水発生部と送風部とを制御する。これにより、培地に十分に微細水を供給してから、被培養物を接種して培養を開始することができるため、培養当初から被培養物への水分供給をより適切に行って培養を促進させることができる。この培養装置において、上述した本発明の培養方法の種々の態様を採用してもよいし、本発明の培養方法の工程を実現するような構成を追加してもよい。

培養装置１０の構成の概略を示す構成図である。 微細水発生カートリッジ３０の構成の概略を示す構成図である。 培養方法の一例を示す工程図である。 微細水供給処理の一例を示すフローチャートである。 吸湿制御を行う際の作動の様子を示す説明図である。 第２実施形態の培養装置１００の構成の概略を示す構成図である。 実施例１の培養結果を示す写真である。 比較例１の培養結果を示す写真である。 比較例２の培養結果を示す写真である。 実施例２の培養結果を示す写真である。 比較例３の培養結果を示す写真である。 比較例４の培養結果を示す写真である。 上蓋５２Ａを容器本体５１に取り付けた様子を示す説明図である。

［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態の培養装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、微細水発生カートリッジ３０の構成の概略を示す構成図である。培養装置１０は、微細水を供給する微細水供給ユニット２０と、微細水の供給対象を収容する収容容器５０と、装置全体を制御する制御部６０とを備える。本実施形態では、微細水の供給対象は、培養に用いられる培地であり、被培養物が接種される前の培地を収容容器５０に収容して微細水を供給する。被培養物は、カビや酵母などの菌類、細菌などの微生物の他、生体細胞、組織片などが挙げられる。また、培地は、被培養物の培養において適切な培養環境を提供するものであればよく、寒天培地や米、麦、芋などの穀物培地などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

微細水供給ユニット２０は、空気通路２２が形成されたダクト２１と、微細水発生カートリッジ３０と、通電回路３５と、ファン４０と、温調カートリッジ４５と、フィルタ４９ａ～４９ｃとを備える。

ダクト２１は、両端が開口した筒状部材であり、直線状の空気通路２２を形成する。また、ダクト２１には、空気通路２２と直交するように側壁に開口した開口２１ｂが形成されると共に、開口２１ｂの開閉を切り替える切替部２５が設けられている。

切替部２５は、図示しないモータの駆動により作動する切替板２６を有する。切替部２５は、切替板２６がダクト２１の内壁の一部を構成する通常位置にある場合、開口２１ｂを介した空気の流通を阻止するように開口２１ｂを閉鎖すると共に、空気通路２２を収容容器５０と連通させる（図１の実線参照）。また、切替部２５は、モータの駆動により切替板２６が通常位置から９０度回転した作動位置に作動した場合、空気通路２２と収容容器５０との連通を遮断すると共に、開口２１ｂを介した空気の流通を可能とするように開口２１ｂを開放する（図１の点線参照）。

微細水発生カートリッジ３０は、図２に示すように、空気通路２２に配置可能な外径の円筒状のケース３２と、ケース３２内に設けられた微細水発生素子３４とを備える。微細水発生素子３４は、基材３４ａと、基材３４ａの表面に形成された導電性高分子膜３４ｂとを備える。

基材３４ａは、ステンレス系金属や銅系金属などの金属材料、炭素材料、導電性セラミックス材料などの導電性を有する材料で形成されている。本実施形態では、アルミニウムが添加されたステンレス鋼の金属箔を用いる。なお、微細水発生素子３４は、空気を流通可能であって基材３４ａ（導電性高分子膜３４ｂ）の表面積ができるだけ大きくなるように、波板状やハニカム状、渦巻き状などに形成されている。基材３４ａには、電源とスイッチとを含む通電回路３５が接続されている。通電回路３５は、制御部６０によりスイッチがオンされると、基材３４ａへ通電する通電状態となり、制御部６０によりスイッチがオフされると、基材３４ａへの通電を遮断する非通電状態となる。

導電性高分子膜３４ｂは、チオフェン系の導電性高分子などの導電性を有する高分子化合物で形成されている。本実施形態では、チオフェン系の導電性高分子のうち、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸） ）により形成されている。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、ＰＥＤＯＴのコアと、水素結合可能な酸性官能基であるスルホン酸基のシェルとを有するコアシェル構造である。また、導電性高分子膜３４ｂ中では、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのシェルが整列した積層構造をとり、各シェルの間に例えば２ナノメートル（ｎｍ）などのナノメートルサイズの流路であるナノチャンネルを形成する。このナノチャンネル内には、スルホン酸基が多く存在するため、導電性高分子膜３４ｂの表面に存在する水分は、表面の水分量が多く内部の水分量が少ない場合に、表面と内部の濃度差によってナノチャンネル内のスルホン酸基を伝って内部に移動する。これにより、導電性高分子膜３４ｂが水分を吸着する。また、内部に水分が吸着された状態で、表面の水分量が少なく内部の水分量が多い場合に、水分は表面と内部の濃度差によってナノチャンネル内のスルホン酸基を伝って表面に移動する。これにより、導電性高分子膜３４ｂから水分が微細水として放出される。また、導電性高分子膜３４ｂの温度が上昇した状態では、濃度差のみで移動する場合に比して水分（微細水）の速やかな放出が促され、導電性高分子膜３４ｂの温度が低下した状態では、濃度差のみで移動する場合に比して水分の速やかな吸着が促される。このように、微細水発生カートリッジ３０（微細水発生素子３４）は、温度低下により導電性高分子膜３４ｂに空気中の水分を吸着する吸湿状態に変化し、吸着した水分を温度上昇により導電性高分子膜３４ｂから放出する放湿状態に変化する。なお、導電性高分子膜３４ｂの厚みは、必要な微細水の吸着量（放出量）に応じて適宜定めることができる。例えば、導電性高分子膜３４ｂの厚みが１～３０マイクロメートルなどとなるように形成される場合、数秒から数１０秒程度の時間で、微細水を放出するのに十分な水分を吸着することができるものとなる。

また、微細水発生カートリッジ３０は、微細水発生素子３４の導電性高分子膜３４ｂから、水粒子の粒径が５０ナノメートル以下、例えば粒径が１から２ナノメートル程度の、無帯電の微細水を放出する。このような粒径となる理由は、ナノチャンネルのサイズが２ナノメートルまたはそれ以下のサイズであるため、導電性高分子膜の温度上昇によるナノチャンネル内の水の運動性向上、圧力上昇により、ナノチャンネルから水分が飛び出す現象のためと考えられる。また、飛び出した後に水粒子同士が凝集しても、その粒径は５０ナノメートル以下の範囲に分布するものとなっている。このような微細水発生カートリッジ３０（導電性高分子膜３４ｂ）の微細水発生の詳細な説明は、本願出願人のＷＯ２０２０／０５４１００および特開２０１９－０１８１９５号公報などに記載されているため、これ以上の詳細な説明は省略する。

ファン４０は、第１回転方向の回転駆動により、ダクト２１の上方から下方に向けて送風する。このため、切替板２６が通常位置にあれば（図１の実線参照）、ダクト２１の上端の開口２１ａからフィルタ４９ａを通して空気通路２２内に吸入した空気をフィルタ４９ｂ，４９ｃを通して収容容器５０に送ることができる。また、ファン４０は、第１回転方向とは逆の第２回転方向の回転駆動により、ダクト２１の下方から上方に向けて送風する。このため、切替板２６が作動位置にあれば（図１の点線参照）、ダクト２１の側壁の開口２１ｂからフィルタ４９ｂを通して空気通路２２内に吸入した空気を上方に向けて送ることができる。ファン４０は、図示しないモータにより回転駆動し、制御部６０によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって制御される。なお、ファン４０は、プロペラファンでもよいし、シロッコファンなどでもよい。

温調カートリッジ４５は、大きな熱容量を有すると共に高い熱交換効率を有するように、金属材料により例えば波板状やハニカム状、渦巻き状などに形成されている。温調カートリッジ４５は、微細水発生カートリッジ３０よりも下方に配置されている。このため、ファン４０の第１回転方向の回転駆動により、微細水発生カートリッジ３０を通過して温調カートリッジ４５へ流れた空気は、温調カートリッジ４５を通過する際に冷却される。

収容容器５０は、上部が開口し供給対象を収容する容器本体５１と、容器本体５１の上部に取り付けられる上蓋５２とを備える。上蓋５２は、上面中央に空気通路２２と略同じ内径で開口した開口５３と、開口５３の縁から上方に立設してダクト２１を支持する支持部５４とが形成されている。このため、図示するように、支持部５４にダクト２１が支持されることにより、上方から収容容器５０内に微細水を含む空気を送り、収容容器５０内に充満させることができる。なお、図示は省略するが、収容容器５０内の内圧が高まると、外部に排気する排気弁が上蓋５２に形成されている。

制御部６０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他にＲＯＭやＲＡＭ，入出力ポートを備える。制御部６０には、培養装置１０の運転を開始するためのスタートスイッチ６２からの操作信号や、ファン４０の風量を調節するための風量調節スイッチ６４からの操作信号などが入力ポートを介して入力されている。また、制御部６０からは、ファン４０を回転駆動するモータへの駆動信号や通電回路３５のスイッチへの駆動信号、切替部２５のモータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された培養装置１０を用いた培養方法について説明する。図３は培養方法の一例を示す工程図である。作業者は、まず培地を容器本体５１に収容し上蓋５２を取り付けて（Ｓ１００）、微細水供給ユニット２０（ダクト２１）を収容容器５０の上蓋５２にセットして培養装置１０が作動可能な状態とする（Ｓ１１０）。次に、作業者は、培養装置１０のスタートスイッチ６２を操作して、培養装置１０による微細水供給処理を行う（Ｓ１２０）。即ち、本実施形態では、培地を収容容器５０に収容して、被培養物を接種する前に、培地に対して微細水の供給処理を実行するのである。

図４は、微細水供給処理の一例を示すフローチャートである。微細水供給処理では、制御部６０は、ダクト２１を吸湿用の開放状態とし、微細水発生カートリッジ３０への通電をオフで、ファン４０を駆動させて導電性高分子膜３４ｂに水分を吸着させる吸湿制御を行って（Ｓ２００）、所定の吸湿時間Ｔａが経過するのを待つ（Ｓ２１０）。

図５は、吸湿制御を行う際の作動の様子を示す説明図である。図示するように、切替部２５が切替板２６を作動位置として空気通路２２と収容容器５０との連通を遮断すると共に開口２１ｂを開放する開放状態とする。この状態で、ファン４０を第２回転方向に回転駆動させる。このため、開口２１ｂからフィルタ４９ｂを通して空気通路２２内に吸入した空気が上方の開口２１ａに向けて流通する（図５の矢印参照）。また、制御部６０は、通電回路３５をオフとするため、基材３４ａへの通電を遮断する非通電状態となり、導電性高分子膜３４ｂの温度が低下して水分の吸着が促される。このように、Ｓ２００の吸湿制御では、空気通路２２と収容容器５０との連通を遮断した状態で、微細水発生カートリッジ３０への水分の吸着を促す。このため、吸湿制御において、収容容器５０に外気が流入するのを抑制することができる。

制御部６０は、Ｓ１１０で吸湿時間Ｔａが経過したと判定すると、ダクト２１を放湿用の閉鎖状態とし、微細水発生カートリッジ３０への通電をオンで、ファン４０を第１回転方向に駆動させて放湿制御を行う（Ｓ２２０）。放湿用の閉鎖状態は、図１の実線の状態であり、ファン４０を第１回転方向に回転駆動させる。このため、開口２１ａからフィルタ４９ａを通して空気通路２２内に吸入した空気がフィルタ４９ｂ，４９ｃを通って収容容器５０に向けて流通する（図１の矢印参照）。また、制御部６０は、通電回路３５をオンとするため、基材３４ａへ通電する通電状態となり、導電性高分子膜３４ｂの温度が上昇して微細水の放出が促される。放出された微細水は、送風される空気によって収容容器５０内に供給され、培地に照射される。このように、微細水発生カートリッジ３０を通過した空気を除いて外気の流入を抑制した状態で、微細水を供給することができる。

Ｓ２２０の放湿制御を行うと、制御部６０は、所定の放湿時間Ｔｂが経過するのを待ち（Ｓ２３０）、放湿時間Ｔｂが経過したと判定すると、微細水の供給が完了したか否かを判定し（Ｓ２４０）、完了していないと判定すると、Ｓ２００に戻り吸湿制御を行う。このように、制御部６０は、吸湿制御と放湿制御とを交互に繰り返し行う。吸湿時間Ｔａや放湿時間Ｔｂは、微細水発生カートリッジ３０の吸湿能力（放湿能力）や収容容器５０のサイズ、培地の種類などに応じて適宜設定することができる。特に限定するものではないが、例えば吸湿時間Ｔａは、放湿時間Ｔｂの２倍程度の時間に定められており、放湿時間Ｔｂを３０秒や１分とした場合に、吸湿時間Ｔａが１分や２分などに定められている。

また、Ｓ２４０では、例えば微細水供給処理を開始してからの処理時間が数時間や十数時間などの所定時間に到達した場合に供給完了と判定したり、吸湿制御と放湿制御との繰り返し回数が所定回数に到達した場合に供給完了と判定したりすればよい。ここで、微細水供給処理の所定時間は、対象となる培地の種類や量などに応じて適宜定めることができるが、微細水を培地全体に照射して培地に十分に吸収させるために、例えば１２時間以上が好ましく、２０時間以上がより好ましい。なお、収容容器５０内に湿度センサを設けておき、検出された湿度を参照しながら供給完了を判定してもよい。制御部６０は、Ｓ２４０で培地に対する微細水の供給が完了したと判定すると、微細水供給処理を終了する。

なお、培地として、２種類以上の穀物を混ぜた穀物培地が用いられる場合がある。その場合、先に微細水供給処理を行ってから混ぜ合わせてもよいし、先に混ぜ合わせてから微細水供給処理を行ってもよい。例えば、蒸した大豆と小麦とを混ぜた穀物培地の場合、蒸した大豆に微細水供給処理を行って微細水を供給したものと、蒸した小麦に微細水供給処理を行って微細水を供給したものとを混ぜ合わせてもよい。あるいは、蒸した大豆と蒸した小麦とを混ぜ合わせてから、微細水供給処理を行ってもよい。即ち、Ｓ１００で容器本体５１に収容される培地は、微細水を供給すれば直ちに被培養物を接種可能な状態だけでなく、微細水を供給した後に混ぜ合わせるなどの工程が必要な状態でもよい。

図３の培養方法では、Ｓ１２０の微細水供給処理を行うと、作業者は微細水供給ユニット２０を収容容器５０から取り外して（Ｓ１３０）、培地に被培養物を接種する（Ｓ１４０）。なお、上述したように、被培養物を接種する前に必要な工程があれば、その工程を行ってから、Ｓ１４０で被培養物を接種すればよい。そして、作業者は、上蓋５２とは異なり、ダクト２１用の開口５３が形成されていない上蓋５２Ａを容器本体５１に取り付け（図１３参照）、所定の培養環境下で所定の培養期間にわたり収容容器５０を静置することにより被培養物を培養して（Ｓ１５０）、培養工程を終了する。なお、所定の培養環境は、被培養物の種類や培地の種類などに応じて温度や湿度などが定められた環境である。また、所定の培養期間は、被培養物の種類や培地の種類、収容容器５０のサイズなどに応じて定められた期間であり、例えば数日程度の期間である。

以上説明した本実施形態の培養方法では、微細水発生カートリッジ３０（微細水発生素子３４）から、被培養物を接種する前の培地に微細水を供給してから、培地に被培養物を接種し静置した状態で培養する。このため、培地に十分に微細水を供給してから培養を開始するため、培養当初から被培養物への培地からの水分供給を適切に行って培養を促進させることができる。また、菌などの被培養物を培地に接種して、微細水を供給しながら培養する場合、菌に直接風が当たったり温度などの培養環境が大きく変化することがあり、菌が培養環境に敏感であるために菌が弱まったり死滅するおそれがある。本実施形態では、被培養物を接種した後は、静置することで培養するため、そのようなおそれを防止して培養を適切に促進することができる。

また、被培養物を接種する前の培地に対して、粒径が５０ナノメートル以下の微細水を供給する。このような粒径の微細水は、培地が吸収し易いサイズと考えられ、培地に十分に水分（微細水）を吸収させることができるから、培地を介した被培養物への水分供給をより適切に行うことができる。また、被培養物を接種する前の培地に微細水を十分に吸収させることで、微細水が培地に長く留まり、被培養物に微細水を供給し続けることができるから、培養を促進する効果を高めることができる。

また、微細水発生カートリッジ３０を通過した空気を除いて外気の流入を抑制した状態で収容容器５０内に微細水を供給する。このため、外気の流入により培地が乾燥するのを抑制すると共に微細水を含む空気を収容容器５０に充満させることができるから、培地への微細水の供給を促すことができる。

また、被培養物を接種した後は、収容容器５０の蓋を閉じた状態で静置して培養する。予め培地に十分に微細水を供給しておくことで、被培養物を接種した後は静置しておけば培養を促進させることができる。

第１実施形態では、収容容器５０の上蓋５２（支持部５４）に微細水供給ユニット２０のダクト２１を取り付けて、培地の真上から微細水を供給したが、これに限られない。例えば、収容容器５０または上蓋５２の側方にダクト２１を取り付けて微細水を供給するなど、収容容器５０内に微細水を充満させるものであればよい。また、収容容器５０は、上蓋５２を有するものに限られず、シャーレなどの上方が開放した容器としてもよく、ダクト２１がシャーレの上方に位置するように専用の支持部に支持されてもよい。

第１実施形態では、収容容器５０の上蓋５２（支持部５４）にダクト２１を直接取り付けることにより、微細水発生カートリッジ３０を通過した空気を除いて外気の流入を抑制した状態で収容容器５０内に微細水を供給したが、これに限られない。例えば、収容容器５０を上方が開放した容器とし、ダクト２１が上蓋５２とは異なる専用の支持部に支持される構成として、収容容器５０内に外気が流入してもよい。その場合、ダクト２１は開口２１ｂを有さず、吸湿制御では単に放湿制御と送風方向を変えるものとすればよい。

第１実施形態では、微細水供給処理で吸湿制御と放湿制御とを交互に行って微細水を連続的に供給（常時供給）したが、これに限られない。例えば、作動時間と休止時間とを設定可能としておき、休止時間中は吸湿制御と放湿制御と行わずに休止させることで、微細水を間欠的に供給してもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面を用いて説明する。図６は、第２実施形態の培養装置１００の構成の概略を示す構成図である。培養装置１００は、微細水を供給する微細水供給ユニット１２０と、被培養物や培地を収容するシャーレなどの容器１５３が培養空間１５１内に配置される培養ケース１５０と、装置全体を制御する制御部１６０とを備える。微細水供給ユニット１２０は、空気通路１２１と、微細水発生カートリッジ１３０と、通電回路１３５と、ファン１４０と、温調カートリッジ１４５とを備え、空気通路１２１以外は、それぞれ第１実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。

空気通路１２１は、主通路１２２と、第１連通路１２４と、第２連通路１２７とにより構成され、第１切替部１２５と、第２切替部１２８と、貯水タンク１４７と、フィルタ１４９ａ，１４９ｂとが設けられている。主通路１２２は、両端が開口した筒状の通路である。主通路１２２には、一方側の第１開口１２２ａから他方側の第２開口１２２ｂに向かって、貯水タンク１４７、フィルタ１４９ａ、温調カートリッジ１４５、微細水発生カートリッジ１３０、ファン１４０、フィルタ１４９ｂの順に設けられている。

第１連通路１２４と第２連通路１２７は、主通路１２２と培養ケース１５０（培養空間１５１）とを連通する通路である。第１連通路１２４は、フィルタ１４９ａと温調カートリッジ１４５との間で主通路１２２に接続されると共に、培養空間１５１内まで延在している。この第１連通路１２４は、培養空間１５１内の出口１２４ａ側が、主通路１２２との接続側よりも内径が大きくなるように形成されている。また、培養空間１５１内では、第１連通路１２４の出口１２４ａの下方に容器１５３が配置される。出口１２４ａは、容器１５３を覆うようにフード状に形成され、複数の貫通孔１２３ａが形成されたパンチングプレート１２３が取り付けられている。第２連通路１２７は、フィルタ１４９ｂとファン１４０との間で主通路１２２に接続されると共に培養ケース１５０に接続されている。なお、出口１２４ａにパンチングプレート１２３に限られず、不織布などのフィルタなどが取り付けられてもよいし、パンチングプレート１２３やフィルタなどが取り付けられなくてもよい。また、第１連通路１２４を、出口１２４ａ側の内径が大きくなるようにしたが、出口１２４ａ側まで一定の内径としてもよい。

第１切替部１２５は、図示しないモータの駆動により作動する切替板１２６を有し、第２切替部１２８は、図示しないモータの駆動により作動する切替板１２９を有する。第１切替部１２５は、切替板１２６が通常位置（初期位置）にある場合、第１連通路１２４を閉鎖（遮断）すると共に、第１開口１２２ａを介した空気の流通を許容するように第１開口１２２ａ側を開放する（図６の実線参照）。第１切替部１２５は、モータの駆動により切替板１２６が通常位置から９０度回転した作動位置に作動した場合、第１連通路１２４を開放すると共に、第１開口１２２ａを介した空気の流通を阻止するように第１開口１２２ａ側を閉鎖する（図６の点線参照）。また、第２切替部１２８は、切替板１２９が通常位置にある場合、第２連通路１２７を閉鎖（遮断）すると共に、第２開口１２２ｂを介した空気の流通を許容するように第２開口１２２ｂ側を開放する（図６の実線参照）。第２切替部１２８は、モータの駆動により切替板１２９が通常位置から９０度回転した作動位置に作動した場合、第２連通路１２７を開放すると共に、第２開口１２２ｂを介した空気の流通を阻止するように第２開口１２２ｂ側を閉鎖する（図６の点線参照）。

なお、ファン１４０は、第１回転方向の回転駆動により、第１開口１２２ａからフィルタ１４９ａを通して主通路１２２内に吸入した空気を第２開口１２２ｂ側に向けて送風する。また、ファン１４０は、第１回転方向とは逆の第２回転方向の回転駆動により、第２開口１２２ｂからフィルタ１４９ｂを通して主通路１２２内に吸入した空気を第１開口１２２ａ側に向けて送風する。

貯水タンク（貯水部）１４７は、第１開口１２２ａとフィルタ１４９ａとの間に水を貯留可能に形成されており、蒸発した水分が主通路１２２内に放出される。この水分は、ファン１４０の第１回転方向の回転駆動により、第１開口１２２ａから吸入される空気と共にフィルタ１４９ａを通り微細水発生カートリッジ１３０に向かって流れる。

培養ケース１５０は、培養空間１５１内の湿度を検出する湿度センサ１５２ａ～１５２ｃと、培養ケース１５０の側壁の一部に形成され培養空間１５１の内外を連通する連通口１５０ａと、連通口１５０ａの開閉を切り替える切替部（開閉部）１５４と、連通口１５０ａに取り付けられたフィルタ１５８とを備える。湿度センサ１５２ａは、第１連通路１２４の出口１２４ａの近傍即ち容器１５３に供給される空気の湿度を検出する。湿度センサ１５２ｂは、培養空間１５１内の上部の湿度を検出する。湿度センサ１５２ｃは、連通口１５０ａの近傍の湿度を検出する。切替部１５４は、図示しないモータの駆動により作動する切替板１５５を有する。切替部１５４は、切替板１５５が培養ケース１５０の側壁の一部を構成する通常位置にある場合、連通口１５０ａを閉鎖して培養空間１５１の内外の連通を遮断する（図６の実線参照）。また、切替部１５４は、モータの駆動により、切替板１５５が通常位置から９０度外側に回転した作動位置に作動した場合、連通口１５０ａを開放して、培養空間１５１の内外を連通する（図６の点線参照）。

こうして構成された培養装置１００の動作を説明する。ここでは、第１実施形態の培養方法のＳ１２０（図４の微細水供給処理）におけるＳ２００の吸湿制御と、Ｓ２２０の放湿制御とにおける動作を説明する。

吸湿制御では、制御部１６０は、空気通路１２１を吸湿用の連通状態とし、微細水発生カートリッジ１３０への通電をオフで、所定風量（第１風量）となるようにファン１４０を駆動させて導電性高分子膜３４ｂに水分を吸着させる吸湿制御（通常吸湿制御）を行う。吸湿用の連通状態では、第１切替部１２５が第１連通路１２４を閉鎖して第１開口１２２ａ側を開放し、第２切替部１２８が第２連通路１２７を閉鎖して第２開口１２２ｂ側を開放して、ファン１４０を第１回転方向に回転駆動させる。このため、第１開口１２２ａから主通路１２２内に吸入した空気が第２開口１２２ｂに向けて流通するから、貯水タンク１４７から蒸発した水分もフィルタ１４９ａを通って微細水発生カートリッジ３０に向かって流れる。また、通電回路３５をオフとするため、導電性高分子膜３４ｂの温度が低下して水分の吸着が促される。

放湿制御では、制御部１６０は、空気通路１２１を放湿用の連通状態とし、微細水発生カートリッジ３０への通電をオンで、所定風量よりも小さな風量（第２風量）となるようにファン４０を駆動させて導電性高分子膜３４ｂから放出させた微細水を培養空間１５１内に供給させる放湿制御（通常放湿制御）を行う。放湿用の連通状態では、第１切替部１２５が第１連通路１２４を開放して第１開口１２２ａ側を閉鎖し、第２切替部１２８が第２連通路１２７を開放して第２開口１２２ｂ側を閉鎖するため、主通路１２２が第１連通路１２４と第２連通路１２７との間で空気が流通可能な状態で、ファン１４０を第２回転方向に回転駆動させる。このため、ファン１４０から送風された空気が微細水発生カートリッジ１３０と温調カートリッジ１４５とを順に通って第１連通路１２４から培養空間１５１内に流れ、第２連通路１２７を通って主通路１２２に戻る。また、通電回路３５をオンとするため、導電性高分子膜３４ｂの温度が上昇して微細水の放出が促されるから、放出された微細水が、送風される空気によって培養空間１５１内に供給されて容器１５３内の培地に照射される。

また、第２実施形態では、通常の吸湿制御および放湿制御以外に、培養空間１５１内の湿度が所定湿度を超えた場合に、空気通路１２１を調整用の連通状態とし、微細水発生カートリッジ３０への通電をオフで、所定風量よりも小さな風量（第２風量）でファン１４０を駆動させて培養空間１５１内に外気を循環させる湿度調整制御を行う。調整用の連通状態では、第１切替部１２５は、第１連通路１２４を開放して第１開口１２２ａ側を閉鎖し、第２切替部１２８は、第２連通路１２７を閉鎖して第２開口１２２ｂ側を開放し、切替部１５４は、連通口１５０ａを開放して培養空間１５１の内外を連通して、ファン１４０を第２回転方向に回転駆動させる。このため、第２開口１２２ｂから流入した空気（外気）が第１連通路１２４から培養空間１５１内に流通して連通口１５０ａから外部に流出する。また、通電回路３５をオフとするため、導電性高分子膜３４ｂの温度が低下していくから、微細水の放出が抑制される。このように、湿度調整制御では、空気通路１２１から培養ケース１５０内に外気を導入して、培養空間１５１内の湿度が低くなるように調整する。なお、吸湿制御や放湿制御、湿度調整制御のファン１４０の風量を、風量調節スイッチ６４でそれぞれ設定可能としてもよい。

なお、第２実施形態の湿度調整制御は、必須ではなく湿度調整制御を行わなくてもよい。そのようにする場合、培養ケース１５０に連通口１５０ａを形成せず、切替部１５４を備えなくてもよい。また、培養空間１５１内の湿度が所定湿度を超えた場合に、放湿制御を中止して対応してもよい。なお、所定湿度を頻繁に超えるなど湿度が高くなり易い場合、放湿時間Ｔｂを短くするなどの調整を行ってもよい。また、培養ケース１５０内に３つの湿度センサ５２ａ～５２ｃを備えたが、湿度センサを１以上備えるものであればよい。また、第２実施形態では、貯水タンク１４７が設けられたが、これに限られず、貯水タンク１４７が設けられなくてもよい。また、第２実施形態では、主通路１２２内に温調カートリッジ１４５を備えたが、これに限られず、第１連通路１２４に備えてもよい。

第１実施形態や第２実施形態では、温調カートリッジ４５，１４５を備えたが、これに限られず、温調カートリッジ４５，１４５を備えなくてもよい。

第１実施形態や第２実施形態では、微細水が供給された培地に被培養物を接種して培養する際（Ｓ１４０，Ｓ１５０）に微細水を供給することなく培養するが、これに限られず、培地に被培養物が接種された後の培養期間中に微細水を供給しながら培養してもよい。例えば培養期間の開始当初など、培養期間の一部の期間のみ微細水を供給してもよい。また、微細水発生カートリッジ３０（１３０）から微細水を直接供給するものとしたが、これに限られず、微細水が放出された環境に培地を静置して微細水を供給するものなど、被培養物を接種する前の培地に粒径が５０ナノメートル以下の微細水を供給するものであればよい。

第１実施形態や第２実施形態において、湿度センサにより検出される湿度に基づいて、吸湿時間Ｔａや放湿時間Ｔｂ、吸湿制御と放湿制御の間の休止時間を調整したり、吸湿制御や放湿制御の風量を変更したり、微細水の供給完了を判定したりしてもよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、培養方法のＳ１２０が工程（ａ）に相当し、Ｓ１４０，Ｓ１５０が工程（ｂ）に相当する。また、培養装置１０（１００）が「培養装置」に相当し、空気通路２２（１２２）が「空気通路」に相当し、ファン４０（１４０）が「送風部」に相当し、微細水発生カートリッジ３０（１３０）が「微細水発生部」に相当し、制御部６０（１６０）が「制御部」に相当する。収容容器５０（容器１５３）が「収容容器」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

以下には、本発明の培養装置１０を用いて培養を行った例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例１，２に限定されるものではない。

（微細水供給）
実施例１では、収容容器５０としてのシャーレにＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地を収容し、培養装置１０にセットして、２１時間にわたり微細水供給処理を実行して微細水を照射した。なお、クリーンベンチ内で、温度２５℃、湿度４０％の環境下で処理を実行した。また、上述した吸湿時間Ｔａを２分、放湿時間Ｔｂを１分として、吸湿制御と放湿制御とを交互に繰り返し実行した。

（接種）
微細水供給処理を２１時間実行した後、培養装置１０からシャーレを取り外し、微細水が供給されたＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地に黒麹カビ（ＮＢＲＣ４０６６）の懸濁液を２０μＬ滴下した。なお、黒麹カビは、由来を限定することなく、通常入手可能なものであればよい。

（培養）
その後、シャーレに蓋（開口が形成されていない上蓋）を取り付けて、３０℃の恒温槽内に６日間静置した。

また、比較例として、実施例と異なり、懸濁液を滴下する前のＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地に微細水供給処理を行わない比較例１，２を示す。比較例１は、シャーレにＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地を収容し、蓋を取り付けて２１時間静置し、その後に黒麹カビ（ＮＢＲＣ４０６６）の懸濁液を２０μＬ滴下した。比較例２は、シャーレにＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地を収容し、蓋を取り付けずに開けたまま高湿度（８０～９０％ＲＨ）中に２１時間静置し、その後に黒麹カビ（ＮＢＲＣ４０６６）の懸濁液を２０μＬ滴下した。比較例１，２ともに、黒麹カビの懸濁液を滴下した後は、実施例と同様にシャーレに蓋を取り付けて、３０℃の恒温槽内に６日間静置した。

（結果）
図７は、実施例１の培養結果を示す写真である。図８は、比較例１の培養結果を示す写真である。図９は、比較例２の培養結果を示す写真である。図７～９では、恒温槽内に静置してから６日間経過後に、シャーレを上方から撮像した写真（各図（ａ））と、シャーレを下方から撮像した写真（各図（ｂ））とを示す。比較例１，２では、培養がシャーレの全面に広がらなかったのに対し、実施例１では、培養がシャーレの全面に広がっており優位性が見られた。また、実施例１では、比較例１，２よりも外周縁に菌糸の発育が認められる。なお、培地を高湿度中に曝した比較例２よりも実施例１の方が培養が促進されていることから、水分としての微細水が培地に長く留まり、黒麹カビに微細水を供給し続ける効果が高いと考えられる。このように、黒麹カビの懸濁液を滴下する前の培地に微細水を照射することにより、黒麹カビの培養が促進されたことが示された。

次に、実施例２および比較例３，４について説明する。実施例２および比較例３，４は、それぞれ実施例１および比較例１，２の黒麹カビに代えて、紅麹カビ（ＮＢＲＣ４５２０）の懸濁液を滴下する点以外は、同様の工程が行われるため、工程の説明は省略する。なお、紅麹カビは、由来を限定することなく、通常入手可能なものであればよい。

（結果）
図１０は、実施例２の培養結果を示す写真である。図１１は、比較例３の培養結果を示す写真である。図１２は、比較例４の培養結果を示す写真であり、各図（ａ），（ｂ）は図７～図９と同じである。比較例３，４では、比較例１，２と同様に、培養がシャーレの全面に広がらなかった。一方、実施例２では、実施例１と同様に、培養がシャーレの全面に広がっており優位性が見られ、比較例３，４よりも外周縁に菌糸の発育が認められた。即ち、紅麹カビの懸濁液を滴下する前の培地に微細水を照射することにより、紅麹カビの培養が促進されたことが示された。以上の実施例１，２より、被培養物である麹カビの懸濁液を滴下する前に培地に微細水を供給することで、培地に水分を供給しない比較例１，３や培地を単に高湿度中に曝した比較例２，４よりも培養が促進されることがわかった。なお、高湿度に曝したものや蒸したものは、水分子での供給となるため、約０．３８ナノメートルの水（水分子）が供給される。一方、実施例１，２では、微細水での供給となるため、下限が約１ナノメートルで上限が５０ナノメートル（１～５０ナノメートル）の水（微細水）が供給される。

本発明は、培養技術の分野や培養装置の製造産業などに利用可能である。

１０，１００ 培養装置、２０，１２０ 微細水供給ユニット、２１ ダクト、２１ａ，２１ｂ 開口、２２ 空気通路、２５ 切替部、２６ 切替板、３０，１３０ 微細水発生カートリッジ（微細水発生部）、３２ ケース、３４ 微細水発生素子、３４ａ 基材、３４ｂ 導電性高分子膜、３５，１３５ 通電回路（通電部）、４０，１４０ ファン（送風部）、４５，１４５ 温調カートリッジ（熱交換部）、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ フィルタ、５０ 収容容器、５１ 容器本体、５２，５２Ａ 上蓋、５３ 開口、５４ 支持部、６０，１６０ 制御部、６２ スタートスイッチ、６４ 風量調節スイッチ、１２１ 空気通路、１２２ 主通路、１２２ａ 第１開口、１２２ｂ 第２開口、１２３ パンチングプレート、１２３ａ 貫通孔、１２４ 第１連通路、１２４ａ 出口、１２５ 第１切替部、１２６，１２９ 切替板、１２７ 第２連通路、１２８ 第２切替部、１４７ 貯水タンク、１４９ａ，１４９ｂ フィルタ、１５０ 培養ケース、１５０ａ 連通口、１５１ 培養空間、１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ 湿度センサ、１５３ 容器、１５４ 切替部、１５５ 切替板、１５８ フィルタ。

Claims (16)

1. （ａ）培地を設ける工程と、
   （ｂ）温度低下により空気中の水分を導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と温度上昇により前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が１～５０ナノメートルの微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水発生部から、前記培地に対して微細水を含む空気のみを供給する工程と、
   （ｃ）微細水が供給された後の前記培地に被培養物を接種して培養する工程と、
   を含む培養方法。
2. （ａ）培地を設ける工程と、
   （ｂ）前記培地に対して、粒径が１～５０ナノメートルの微細水を含む空気のみを供給する工程と、
   （ｃ）微細水が供給された後の前記培地に被培養物を接種して培養する工程と、
   を含む培養方法。
3. 請求項１または２に記載の培養方法であって、
   前記（ｂ）では、更に、前記培地を収容した収容容器に、前記微細水を含まない空気の流入を抑制した状態で、微細水を供給する
   培養方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の培養方法であって、
   前記（ｃ）では、更に、前記培地を収容した収容容器を閉じた状態で、微細水を供給することなく所定の培養期間に亘り静置する
   培養方法。
5. 培地に被培養物を接種して培養を行う培養装置であって、
   空気通路と、
   前記空気通路に着脱可能に接続され、前記培地を収容する収容容器と、
   前記空気通路に配置された送風部と、
   前記空気通路に配置され、温度低下により空気中の水分を導電性高分子膜に吸着する吸湿状態と温度上昇により前記導電性高分子膜に吸着した水分を粒径が１～５０ナノメートルの微細水として放出する放湿状態とに変化する微細水発生部と、
   前記被培養物を接種する前の前記培地が前記収容容器に収容された状態で、前記微細水発生部を前記吸湿状態とする吸湿制御と、前記微細水発生部を前記放湿状態とする放湿制御とを行って、前記微細水を含む空気のみが送風により前記収容容器内の前記培地に供給されるように前記微細水発生部と前記送風部とを制御する制御部と、
   を備える培養装置。
6. 請求項５に記載の培養装置であって、
   前記収容容器は、開口と、前記培地を収容した容器本体とを有し、
   前記制御部は、前記収容容器の前記開口が前記空気通路に接続された状態において、前記吸湿制御と前記放湿制御とを行って、前記容器本体に向けて微細水を供給する
   培養装置。
7. 請求項５または６に記載の培養装置であって、
   前記空気通路と前記収容容器との連通の有無を切替可能な切替部を備え、
   前記制御部は、前記吸湿制御では前記空気通路と前記収容容器との連通を遮断するように前記切替部を制御し、前記放湿制御では前記空気通路と前記収容容器とを連通するように前記切替部を制御する
   培養装置。
8. 請求項６に記載の培養装置であって、
   前記収容容器は、前記開口を閉鎖する蓋を前記容器本体に取付可能であり、前記培地に前記被培養物が接種された後、前記容器本体に前記蓋が取り付られた状態で、微細水を供給することなく所定の培養期間に亘り静置される
   培養装置。
9. 請求項４に記載の培養方法であって、
   前記（ｃ）は、前記（ｂ）とは離れた場所で実施される
   培養方法。
10. 請求項９に記載の培養方法であって、
    前記（ｃ）は、更に、前記（ｂ）の後、前記培地を前記（ｂ）から離れた場所に移動させる工程を含む
    培養方法。
11. 請求項８に記載の培養装置であって、
    前記収容容器は、前記微細水発生部から離れた場所に静置される
    培養装置。
12. 請求項１１に記載の培養装置であって、
    前記微細水が前記収容容器内の前記培地に供給された後、前記収容容器が前記微細水発生部から離れた場所に移動される
    培養装置。
13. 前記被培養物が黒麹である、請求項１または２に記載の培養方法。
14. 前記被培養物が黒麹である、請求項５に記載の培養装置。
15. 前記被培養物が紅麹である、請求項１または２に記載の培養方法。
16. 前記被培養物が紅麹である、請求項５に記載の培養装置。
    

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