JPH0333313B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微生物の培養装置に係り、特に、高
収率を目標とする流加培養に好適な微生物の高収
率培養装置に関するものである。

従来より流加培養による微生物の培養は、培地
のPH、温度、圧力、溶存酸素濃度（以下、DO
と略）等培養中の菌体の環境を最適条件に維持し
つつ、基質を連続的あるいは断続的に培地に供給
して行われている。基質の供給方法としては、そ
れぞれの培養におけるこれまでの培養実績にもと
づき、培養時間と基質の供給速度の好ましい関係
を推測し、培養開始前に基質の供給速度のプログ
ラムを予め作成し、そのプログラムにより基質を
連続的あるいは断続的に供給する方法が用いられ
ている。

しかしながら、各培養において供給される基質
は、必ずしも同一ではなく、また、それに伴い菌
体の活性も同じでないため、上記従来の基質の供
給方法では、高収率な培養を常に行うことができ
なかつた。例えば、エタノール資化菌やメタノー
ル資化菌をそれぞれエタノール、メタノールを主
炭素源として培養する場合、基質の供給速度が過
剰になると菌体の増殖阻害が生じ、逆に、基質の
供給速度が不足すると菌体増殖が抑制される。ま
た、糖を主炭素源としてパン酵母を培養する場
合、基質の供給速度が過剰になるとパン酵母は、
供給された糖をエタノールに転換するようになり
対糖収率が低下し、逆に、基質供給速度が不足す
ると酵母の増殖が抑制され生産性が低下する。以
上の培養例からも明らかなように、培地の菌体量
およびその活性を迅速、かつ、精度よく把握し、
それにもとづいて基質の供給速度を適正に制御す
ることが、高収率培養を図る上で重要である。

従来より培地の菌体量を把握する方法として
は、培地の一部を採取し遠心分離や過するこ
とによつて菌体を分離した後乾燥させて乾燥重量
を測定する方法、培地の一部を採取し、顕微鏡
で菌体数を数える方法、培地の濁度から菌体濃
度を測定する方法等が知られている。しかし、
の方法では、培地を採取してから乾燥重量を得る
までに10時間以上もかかるという時間上の問題点
があり、の方法では、計数値のバラツキが大き
いという精度上の問題点があり、また、の方法
では、培地が、透明であることが必要であるが、
工業的な培養では着色しているものが多いこと
や、菌体以外の固形物も含まれていることが多い
ため、菌体農度を正確に把握することが困難とい
つた精度上の問題点があり、したがつて、現状で
は、培地の菌体量を迅速、かつ、精度良く把握す
る方法はない。

一方、従来より培地の菌体活性を知る方法とし
ては、RQ（呼吸商）、酸素消費速度による方
法が知られている。の方法では、通気流量、排
気流量および通気、排気のそれぞれの酸素分圧、
二酸化炭素分圧を迅速、かつ、精度良く測定する
必要があり、また、の方法では、通気流量、排
気流量および通気、排気のそれぞれの酸素分圧を
迅速、かつ、精度良く測定する必要がある。しか
しながら、通気流量は、培養中のDOを一定値に
維持するために増減させることが多く、この時、
酸素分圧、二酸化炭素分圧は通気、排気でバラン
スを失う。したがつて、この測定値により求めら
れたRQおよび酸素消費速度は、本来の目的であ
る菌体活性を知る指標ではなくなつてしまい、現
状では、培地の菌体活性を培養の全工程を通じて
迅速、かつ、精度良く把握する方法はない。

本発明は、上記の問題点の解決を目的としたも
ので、流加培養による微生物の培養において、菌
体の酸素消費速度と菌体活性度（＝菌体量×全菌
体の平均活性）および菌体の増殖量との間には比
例関係が成立ち、また、菌体の酸素消費速度と
DOを一定値に維持しつつ、酸素移動条件（酸素
移動に関する運転条件）を一時的に一定量増減さ
せることによつて生じる培地のDOの変化量とは
比例関係にあるという事実にもとづき、上記DO
の変化量から菌体の酸素消費速度および菌体活性
度を把握し、それをもとに、菌体の酸素消費速度
（＝酸素要求速度∝菌体活性度）に応じた基質供
給速度制御を行うことにより、常に最適な基質供
給条件を維持し、菌体あるいは生産物の高収率を
維持できる流加培養による微生物の高収率培養装
置を提供しようとするものである。

本発明の一実施例を第１図から第５図により説
明する。第１図は、本発明による微生物の高収率
培養装置のフローシートである。第１図で、１は
培養槽、２は培地３を撹拌する撹拌翼で駆動装置
４により駆動される。５は培養槽１内の圧力測定
装置、６は培地のPH測定装置、７は培地の温度
測定装置、８は培地のDO測定装置である。９は
圧力測定装置５等各測定装置で測定されたそれぞ
れの値をデジタル値に変換するアナログ／デジタ
ル変換装置、１０はデジタル値に変換されたそれ
ぞれの値を入力し、別に数値入力装置１１で入力
されたそれぞれの設定値と比較演算し、それぞれ
の制御出力信号を各調節装置に出力する演算・制
御・記憶・入出力装置（以下、演算装置と略）で
ある。１２は圧力調節装置、１３はPH調節装
置、１４は温度調節装置、１５は撹拌翼２の回転
数調節装置、１６は通気酸素分圧調節装置、１７
は通気流量調節装置、１８は基質供給速度調節装
置で、各調節装置は、演算装置１０に接続されて
いる。１９は培養状態を監視する培養状態監視装
置で、演算装置１０に別に接続されている。

上記のように構成された微生物の高収率培養装
置において、培養槽１内の圧力、培地３のPH、
温度、DOを、それぞれ圧力測定装置５、PH測
定装置６、温度測定装置７、DO測定装置８によ
り測定し、これらの測定値をアナログ／デジタル
変換装置９でデジタル値に変換し、演算装置１０
に入力し、これらの値と別に数値入力装置１１で
入力されたそれぞれの設定値と比較演算し、それ
ぞれの制御出力信号を演算装置１０から圧力調節
装置１２、PH調節装置１３、温度調節装置１
４、通気酸素分圧調節装置１６、通気流量調節装
置１７におのおの出力し、培養状態を培養状態監
視装置１９で監視されながら、培養中の菌体の環
境を最適条件に制御しつつ、基質の供給速度の適
正な制御は次のように行われる。なお、酸素消費
速度を把握するために一時的に一定量変化させる
酸素移動条件としては、撹拌翼回転数、培養槽内
圧力、通気流量、通気酸素分圧、基質の供給速度
および基質の濃度があるが、本実施例では、その
中で、撹拌翼回転数を酸素移動条件とした場合に
つき説明する。

菌体の活性度および菌体の増殖量と比例関係に
ある酸素消費速度を把握するため、測定間隔イｈ
の周期で、かつ、測定時間ロｈの間に、演算装置
１０より制御出力信号を回転数調節装置１５に出
力し、酸素移動条件である撹拌翼回転数を第２図
のように一時的に初期設定値ハrpmより一定量△
ハrpmだけ増加させる。この撹拌翼回転数の増加
により、第３図のように、DOは、初期設定値ニ
mg／よりそれぞれ△ニ，△ニ′mg／だけ増加
し、変化する。なお、撹拌翼回転数の増加量が同
一量であつても、第４図のように、培養時間の経
過に伴ない菌体の増殖および活性の変化により酸
素消費速度の変化が生じ、それに伴なう酸素供給
速度を変化させるために、DOの変化量は第３図
のように異なる。第３図のように変化したDO値
（ニ＋△ニ、ニ＋△ニ′mg／）をDO測定装置８
で測定し、これらの測定値をアナログ／デシタル
変換装置９でデジタル値に変換し、演算装置１０
に入力・記憶させる。その後、演算装置１０に記
憶されたDO値をもとに、(1)式の演算式により演
算され、基質供給速度の制御出力信号を演算装置
１０から基質供給速度調節装置１８に出力し、そ
の結果、基質供給速度は、第５図のように、第３
図のDO変化量△ニ３△ニ′mg／、つまり、酸
素消費速度に応じて、初期設定値ホ／ｈより△
ホ、△ホ′／ｈだけ増加する。このような基質
供給速度の制御を培養中定期的に行うことによ
り、常に最適な基質供給条件を維持することがで
きる。

Ｆ＝Ｃ×（DO＋△DO） ……(1) ここに、Ｆ：今回の基質供給速度（／ｈ）、
Ｃ：定数、DO：DOの初期設定値（mg／）、△
DO：DO変化量（mg／） なお、次の培養条件にて培養実験を行つたとこ
ろ、培養時間が、従来の培養法でのそれの約1/2
の８時間で最終菌体濃度100ｇ／を得ることが
できた。

(1) 菌体：パン酵母（Saccharomyces
cerevisiae）、初期菌体濃度50ｇ／ (2) 培地：グリコースを30％濃度とし、尿素、リ
ン酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、クエン酸
ナトリウム、酵母エキスおよびビタミン溶液を
加え、水道水に溶解した。

(3) 培養条件：容量50のフアーメンタを用い、
温度を30℃、PHを５とし、DOを４〜５mg／
となるように制御した。また、DOの制御
は、通気流量を５〜50／min、通気酸素分圧
を0.21〜1.0atm、撹拌翼回転数を50〜500rpm、
圧力を0.5Kgcm³Ｇとして行つた。

本発明は、以上説明したように、流加培養によ
る微生物の培養において、培養槽内の圧力、培地
のPH、温度、DOを最適条件に制御しながら、
培養槽内の酸素移動条件を一時的に一定量増減さ
せることで生じる培地のDO変化量を測定し、こ
の測定値をもとに菌体の酸素消費速度および菌体
活性度を把握し、それをもとに、菌体の酸素消費
速度の応じた基質供給速度制御を行うことで、培
養中、常に最適な基質供給条件を維持でき、高収
率な培養ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は、本発明による一実施例を
説明するもので、第１図は、微生物の高収率培養
装置のフローシート、第２図は、培養時間の経過
と撹拌翼回転数の関係図、第３図は、培養時間の
経過とDOの関係図、第４図は、酸素消費速度の
変化に伴なう撹拌翼回転数とDO変化量の関係
図、第５図は、培養時間の経過と基質供給速度の
関係図である。 １……培養槽、２……撹拌翼、３……培地、８
……DO測定装置、９……アナログ／デジタル変
換装置、１０……演算装置、１５……回転数調節
装置、１８……基質供給速度調節装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 培養槽内の圧力、培地のPH、温度、DOを
   それぞれ測定する圧力測定装置、PH測定装置、
   温度測定装置、DO測定装置と、前記各測定装置
   より入力された測定値と設定値とを比較演算して
   制御信号を圧力調節装置、PH調節装置、温度調
   節装置、回転数調節装置、通気酸素分圧調節装
   置、通気流量調節装置、基質供給速度調節装置に
   出力する演算装置とからなることを特徴とする微
   生物の高収率培養装置。