JPH0697988B2 - 培養槽のサンプリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、培養槽から培養液を採取するサンプリング
装置に関し、さらに詳しくは、菌体等を分離して直接ク
ロマトグラフフィー等の分析装置にかけ得るサンプルを
培養槽から直接無菌的に採取することができるサンプリ
ング装置に関するものである。 なお、本明細書中で「培養」という用語は、微生物の培
養を意味する「発酵」を含む最も広義に解するものとす
る。植物や動物の細胞等を容器内で生育させる細胞培養
も本明細書中の「培養」に含まれる。従って、本明細書
においては培養槽と発酵槽、培養液と発酵液等は同じ意
味で用いられている。また本明細書中では、「培養液」
と「培地」という用語は、特に区別せずに同義語として
取扱うものとする。

【従来の技術】

培養槽内の代謝産物や阻害物質等の培養液（培地）組成
を把握して、培養状況を判断したり培養を制御したりす
るために、培養中にしばしば培養液を採取して分析する
必要が生ずる。 分析手段には種々の方法が用いられるが、バイオセンサ
ーや一度に多成分を定量分析することのできる液体クロ
マトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、超臨界クロ
マトグラフィー等を用いる際には、培養液の固液分離を
行う必要がある。これらの分析装置にかけ得るサンプル
を採取することができる従来の培養槽のサンプリング装
置としては、例えば第10〜12図に示したような装置が提
案されている。 第10図のサンプリング装置は、配管51の下流に弁52を介
して配管53と配管54を配し、配管54の下流に弁55を介し
て配管56を配し、配管53と配管54との接続点に弁59を備
えた配管58を合流させた配管系を有している。この配管
51の上流側先端は培養槽50内に挿入されて、雑菌を通さ
ない孔径0.2μ以下の濾過フィルター60が取付けられて
いる。また、配管56の下流はサンプル槽57に解放し、配
管58は弁59を介して無菌空気源61と接続されている。な
お、配管56には抜出しポンプ62が必要により設けられて
いる。 かような装置は、先ず培養開始前に、図示しない蒸気配
管から培養槽50内に蒸気を供給して培養槽自体と仕込ん
だ培地と濾過フィルター60を加熱蒸気殺菌する。サンプ
リングするに際しては、すべての弁が閉状態から弁59を
閉、弁52,55を開として、培養槽の槽内圧により培養槽
内の培養液を配管51,53,54,56を介してサンプル槽57に
採取する。採取が終わったら弁52,55を閉とする。サン
プリング中に濾過フィルター60の目詰りが生じたとき
は、弁55が閉の状態で弁59を開とし、無菌空気を配管5
8、配管53、弁52、配管51、および濾過フィルター60を
介して培養槽50内に供給して、濾過フィルター60の逆洗
を行う。無菌空気を用いるのは、培養槽内の培養液には
菌体や酵素等が含まれているため、蒸気を用いる逆洗は
できないからである。 第10図のようなサンプリング装置によれば、培養槽内に
設けられた孔径0.2μ以下の濾過フィルター60を介して
サンプリングするので、培養層中に雑菌が混入すること
なく培養液を採取できる。また、採取したサンプルには
培養液中の大きな固形分や菌体が濾過フィルターで除去
されているため、このサンプルをそのまま分析計にかけ
ることができる。 これに対して第11図および第12図のサンプリング装置
（特開昭61-5774）は、第10図で用いたような培養槽内
に設置した直行流方式の濾過フィルターに代えて、濾過
フィルターを培養槽外部に配し、かつ比較的目詰りを起
こしにくい平行流方式の濾過フィルターを採用したもの
である。 すなわち第11図のサンプリング装置は、培養槽70外部に
配管71、循環ポンプ72、配管73からなる培養液循環系が
設けられており、配管73には、雑菌を通さない孔径0.2
μ以下の筒状の平行流方式の濾過フィルター74が介装さ
れていて、濾過フィルター74内部に培養液が流通し濾過
液が濾過フィルターの外表面に出てくるようになってい
る。かような装置は、先ず培養開始前に、オートクレー
ブに装置全体を入れ、培養槽自体と仕込んだ培地と培養
槽外部の培養液循環系とを加熱蒸気殺菌する。 サンプリングするに際しては、循環ポンプ72を起動して
培養槽70内の培養液を配管71、循環ポンプ72、配管73、
濾過フィルター74、配管73と循環させて、濾過フィルタ
ー74外表面に濾過液を透過させ、この濾過液をサンプル
槽75に採取する。 第12図のサンプリング装置は、第11図の単純な筒状の濾
過フィルター74に代えて、セラミックスフィルターモジ
ュール等の濾過フィルターモジュール74′を採用し、濾
過フィルターの目詰りが生じたときは、濾過液や無菌空
気を濾過フィルターモジュール74′を介して培養槽内に
供給し、濾過フィルターモジール74′の逆洗を行えるよ
うにしたものである。この場合にも、培養槽内の培養液
には菌体や酵素等が含まれているため蒸気による逆洗を
行えない。 上記した濾過フィルターモジュール74′は、収納容器内
に筒状の濾過フィルターが単数または複数装填された構
造を有し、濾過フィルターの筒内部または筒外部を培養
液が循環し、濾過フィルターの筒内部を培養液が流れる
型式のものは濾過液が筒外部表面に、また濾過フィルタ
ーの筒外部を培養液が流れる型式のものは濾過液が筒内
部表面に透過し、この濾過液がハウジングと接続された
配管76、弁77を介してサンプル槽78に流れるようになっ
ている。 濾過フィルターモジュール74′の逆洗を行う場合には、
サンプル槽78の濾過液をポンプ79によって濾過フィルタ
ーモジュール74′に供給し、あるいは図示しない無菌空
気を配管76を介して濾過フィルターモジュール74′に供
給し、この濾過液あるいは無菌空気を濾過フィルターの
培養槽側に透過させる。 上記した第11図および第12図の装置においても、孔径0.
2μ以下の濾過フィルター74または孔径0.2μ以下の濾過
フィルターモジュール74′を介してサンプリングするの
で、培養槽中に雑菌が混入することなく、培養液を採取
できる。また、採取した培養液は大きな固形分が濾過フ
ィルターで除去されており、このサンプルをそのまま分
析計にかけることができる。

【発明が解決しようとする問題点】

第10〜12図に示した従来の装置は、直接クロマトグラフ
ィー等の分析計にかけ得るサンプルを採取することがで
きるサンプリング装置であるが、濾過フィルターの逆洗
の際に、逆洗に使用する濾過液や無菌空気が培養槽中に
流入するので、サンプリング装置の下流側配管で雑菌が
繁殖すると、この雑菌が上記した逆洗用の濾過液や無菌
空気とともに同伴し培養槽中に混入するいわゆるコンタ
ミネーションを生ずる。これを防止するために、雑菌を
通さない孔径0.2μ以下の濾過フィルターを使用せねば
ならないという制約があった。この制約のために逆に、
固形分が多く混入している培養液や、大きな細胞、複雑
な形状の細胞、粘着性のある細胞等を含む培養液のサン
プリングでは、濾過フィルターの目詰りがすぐに起き、
平行流方式の濾過フィルターを採用した第11図および第
12図の装置といえども、濾過フィルターの目詰りがすぐ
に起きる。従って、濾過液や無菌空気で逆洗する頻度が
多くなり、しかも逆洗しても目詰りを完全に回復し難
く、濾過フィルターを透過する濾過液の流量が安定しな
いという問題があった。またその結果、サンプリング装
置とクロマトグラフィー等の分析計とを接続してサンプ
リングと分析とを自動化するのが難しいという問題もあ
る。 そこでこの発明の目的は、濾過フィルターの孔径の制約
がなく、しかもサンプリングに際して生じやすいコンタ
ミネーションの問題のない、直接分析計にかけ得るサン
プルを採取することができる、新規かつ改良されたサン
プリング装置を提供することである。 この発明のもう１つの目的は、濾過フィルターの目詰り
が生じても逆洗によって目詰りを簡単にしかも十分に回
復させることができ、サンプリング装置とクロマトグラ
フィー等の分析計とを接続して、サンプリングと分析を
自動化するのが容易な、新規かつ改良されたサンプリン
グ装置を提供することである。

【問題点を解決するための手段】

すなわちこの発明のサンプリング装置は、濾過フィルタ
ーによって区画された濾過フィルター収納容器の一方の
空間に培養槽からの培養液を導入する培養液導入配管
を、他方の空間に前記濾過フィルターを透過した濾過液
を抜出す濾過液抜出配管を連絡するとともに、前記他方
の空間（濾過フィルターの濾過液透過側）に加熱殺菌用
蒸気を導入する蒸気導入配管を、前記一方の空間（濾過
フィルターの培養液導入側）に前記濾過フィルターを透
過した前記蒸気またはその凝縮水を排出する蒸気排出配
管を連絡し、培養槽からの培養液を前記一方の空間（培
養液導入側）に導入し他方の空間（濾過液透過側）に透
過した濾過液を抜出す工程と、加熱殺菌用蒸気を前記他
方の空間（濾過液透過側）に導入し一方の空間（培養液
導入側）に透過した前記蒸気またはその凝縮水を排出す
る工程とを切替える弁を前記各配管に設けたことを特徴
とするものである。 上記濾過フィルターは、前述の直行流方式の濾過フィル
ターでも平行流方式の濾過フィルターでもよい。直行流
方式では、培養液導入配管と蒸気排出配管とがフィルタ
ー収納容器の濾過フィルターで区画される一方の空間
［培養液導入側］に、また濾過液抜出配管と蒸気導入配
管とがフィルター収納容器の濾過フィルターで区画され
る他方の空間［濾過液透過側］に連通接続される場合が
ほとんどである。これに対して平行流方式においては、
例えば濾過フィルターの筒内部を培養液が流れる形式の
ものでは、培養液導入配管と蒸気排出配管とが濾過フィ
ルターの筒内部に連絡され（すなわち、フィルター収納
容器の濾過フィルターで区画される一方の空間［培養液
導入側］に連絡され）、濾過液抜出配管と蒸気導入配管
とが濾過フィルター収納容器に接続され（すなわち、フ
ィルター収納容器の濾過フィルターで区画される他方の
空間［濾過液透過側］に連絡され、）、また、濾過フィ
ルターの筒外部を培養液が流れる形式のものでは、培養
液導入配管と蒸気排出配管とが濾過フィルター収納容器
に接続され（すなわち、フィルター収納容器の濾過フィ
ルターで区画される一方の空間［培養液導入側］に連絡
され、）、濾過液抜出配管と蒸気導入配管とが濾過フィ
ルターの筒内部に連絡され（すなわち、フィルター収納
容器の濾過フィルターで区画される他方の空間［濾過液
透過側］に連絡され）る。このように、濾過フィルター
の形式によって各配管のフィルター収納容器の濾過フィ
ルター筒への接続形式が種々存在する。 また、上記培養液導入配管、濾過液抜出配管、蒸気導入
配管および蒸気排出配管は、各々独立して濾過フィルタ
ー収納容器の上記所定空間に接続してもよく、さらに
は、上記培養液導入配管と蒸気排出配管とを一部共通す
る配管で構成したり、蒸気濾過液抜出配管と蒸気導入配
管とを一部共通する配管で構成したりして、この共通す
る配管を濾過フィルター収容容器の所定空間に接続し、
上記培養液導入配管、濾過液抜出配管、蒸気導入配管、
蒸気排出配管それぞれが、結果的に濾過フィルター収納
容器の所定空間に連絡するようにしてもよい。 また、培養槽からの培養液を上記一方の空間に導入し他
方の空間に透過した濾過液を抜出す工程と、加熱殺菌用
蒸気を上記他方の空間に導入し一方の空間に透過した蒸
気またはその凝縮水を排出する工程とを切替える弁を上
記各配管に設ける場合、具体的に例えば、二方弁を上記
培養液導入配管、濾過液抜出配管、蒸気導入配管、蒸気
排出配管それぞれの管中に設けたり、上記培養液導入配
管と蒸気排出配管とそれらの上記共通する配管との接続
点や、上記濾過液抜出配管と蒸気導入配管とそれらの上
記共通する配管との接続点に三方弁を設けたりすること
で実現できる。すなわち、上記培養液導入配管、濾過液
抜出配管、蒸気導入配管、蒸気排出配管それぞれの管中
または管端に二方弁や三方弁等の弁を設ければよいわけ
である。 濾過フィルターの素材としては、ガラス、セラミック
ス、シリコン等の無機材料、あるいはテフロン、ナイロ
ン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、セルロー
ス系樹脂等の有機高分子材料、ポーラスステンレス鋼等
の金属材料などが挙げられるが、蒸気加熱殺菌できるも
のであればこれ以外の素材でも使用できる。好ましく使
用できる濾過フィルターとしては、孔径数十μ〜0.1μ
のセラミックスフィルターや焼結金属フィルターが挙げ
られ、また膜状に形成された同程度の孔径を有するマイ
クロポーラス膜や分画分子量数千〜数十万程度の限外濾
過膜も使用できる。濾過フィルターの孔径は、培養液中
の細胞の大きさ、分析する成分等によって適宜選択すれ
ばよい。好ましくは、培養液中の菌体が透過せず、かつ
できるだけ大きなサイズの孔径のものを選択するとよ
い。 上記した各配管の素材としては、ステンレス鋼管が好ま
しく使用でき、シリコン、テフロン、ポリプロピレン等
の有機高分子材料などからなる可撓性を有するチューブ
が使用できる。また、これらの配管はできるだけ短くし
て、蒸気加熱殺菌がしやすいようにするのが好ましい。 また、濾過フィルターの収納容器の素材としては、ステ
ンレス鋼が好ましく使用でき、耐熱ガラスや上記した耐
熱性の有機高分子や無機材料も使用できる。

【作 用】

上記したような構成を有するこの発明のサンプリング装
置によれば、培養槽からの培養液を濾過フィルターの培
養液導入側に導入し濾過液透過側に透過した濾過液を抜
出す工程すなわちサンプリング工程と、加熱殺菌用蒸気
を濾過フィルターの濾過液透過側に導入し培養液導入側
に透過した蒸気またはその凝縮水を排出する工程すなわ
ち逆洗工程とを、切替手段で切替えるようにしたから、
逆洗工程で加熱殺菌用蒸気を使用しても、この加熱殺菌
用蒸気が培養槽にまで導入されることがなく、従って培
養槽内の菌体や酵素等には影響を及ぼすことはない。 このようにこの発明の装置においては逆洗工程に加熱殺
菌用蒸気を使用できるから、従来の無菌空気や濾過液に
よる濾過フィルターの逆洗よりはるかに簡単かつ効果的
にフィルター目詰りを除くことができるとともに、フィ
ルターの蒸気による殺菌を同時に行うことができる。 また、従来の無菌空気や濾過液を用いる逆洗において
は、サンプリング装置の下流側配管で雑菌が繁殖した場
合に、この雑菌が洗浄用の無菌空気や濾過液とともに同
伴して培養槽中に混入しコンタミネーションを生ずる危
険があるため、雑菌を通さない孔径0.2μ以下の濾過フ
ィルターを使用せねばならないという制約があった。し
かしながらこの発明の装置では、逆洗に加熱殺菌用蒸気
を使用できるため配管中に雑菌が繁殖する危険がなく、
従って、雑菌を通さない孔径0.2μ以下の濾過フィルタ
ーを使用せねばならないという制約がなくなった。その
結果、それより大きい孔径の濾過フィルターを使用でき
るため、従来の濾過フィルターではすぐに目詰りが生じ
てサンプリングできない培養液でもサンプリングするこ
とができる。 上述したようにこの発明においては、培養槽内の菌体が
透過せずかつできるだけ大きい孔径の濾過フィルターを
使用することができる。その結果、濾過液中に多少の固
形分が存在することもあるが、バイオセンサーを使用す
る分析計では全く問題なく測定でき、、高速液体クロマ
トグラフィーでもプレフィルターやプレカラムの目詰り
が頻繁に起きず、問題なく測定ができ、従って各種分析
計に直接かけ得るサンプルを採取することができる。

【実施例】

第１図は、この発明によるサンプリング装置の基本的な
構成を示す実施例である。この装置は、培養槽10内部と
連通した配管11の下流側に弁12、配管13、配管14および
濾過フィルター15を収納した収納容器35をこの順に接続
し、収納容器35の濾過液透過側から配管16、配管17およ
び弁18をこの順で接続し、さらに、配管13と14との接続
点から配管19が分岐し、配管16と17との接続点には配管
21が合流する。配管19はドレイン弁20を有し、配管21の
上流側は弁22を介して蒸気供給源23に接続されている。 第１図のサンプリング装置の操作手順を以下に説明す
る。 濾過フィルターの殺菌： 培養開始前に弁20と弁22を開とし、蒸気供給源23から加
熱殺菌用蒸気を配管21、配管16、濾過フィルター15、配
管14、配管19と通して、濾過フィルター15の殺菌を行
う。濾過フィルター15の殺菌が完了したら、弁12を開、
弁20を閉とし、加熱殺菌用蒸気を配管13、配管11に通し
て配管系の殺菌を行う。殺菌終了後、弁12を閉とすると
ともに、弁22と弁20を微開として加熱殺菌用蒸気を弁20
から少量づつ排出し続ける。なお、本明細書において、
加熱殺菌用蒸気とは、通常の培養で加熱殺菌に使用され
る温度を有する水蒸気を意味し、装置の耐圧、耐熱以下
条件で殺菌できる温度を有しているのであれば、特に温
度、圧力等に制限はなく、場合によっては、多少の凝縮
水が混入しているものでもよい。通常の培養では、加熱
殺菌用蒸気として、温度125〜138℃、圧力0.147〜0.245
MPa［gauge］程度の飽和蒸気が多用されている。以下、
本明細書中では“加熱殺菌用蒸気”を単に“蒸気”と略
記する。 次いで、図示しない蒸気配管から培養槽10内に蒸気を供
給して培養槽自体とその中に仕込んだ培養液とを加熱蒸
気殺菌する。 サンプリング： 培養中に培養槽10内の培養液のサンプリングを行う場合
は、微開状態にある弁22、弁20を閉とし、次いで弁12と
弁18を開とし、培養槽10の槽内圧により配管11から送り
出される培養液は濾過フィルター15で濾過され、濾過液
は配管16、配管17を通ってサンプルとして採取される。
採取が終わったら弁12と弁18を閉とし、次いで再び弁22
と弁20を微開して弁20から蒸気を少量づつ排出し続けさ
せ、濾過フィルター15の逆洗を行いながら蒸気シールを
行う。 このようにして濾過フィルター15を介してサンプリング
がなされるので、採取したサンプルには培養液中の大き
な固形分や培養菌体が除去されており、このサンプルを
そのまま分析計（図示せず）にかけることができる。ま
た、例えば孔径0.2μを超える濾過フィルターを使用し
た場合でも、弁18上流側の濾過フィルター15を含むサン
プリング装置が既に殺菌されており、さらには濾過フィ
ルター15が一種の逆止弁的作用をするので、濾過液（サ
ンプル）が逆流せず、培養槽10内に雑菌が混入すること
なく培養液を採取できる。 濾過フィルターの逆洗： 前述したように、サンプリング操作終了後、蒸気シール
を行うようにしたため、この蒸気シールが濾過フィルタ
ーの逆洗も兼ねる作用をするので通常は濾過フィルター
の逆洗を特に改めて行う必要はない。 サンプリング操作終了後、弁22と弁20を完全に閉として
蒸気シールを行わない場合には、濾過フィルター15の目
詰りが生じたとき、あるいは上記サンプリング操作の終
了後必要に応じて、弁12、弁18が閉となっている状態
で、弁22、弁20を開とし、蒸気を濾過フィルター15を介
して弁20から排出して濾過フィルターの逆洗を行う。 上記したような蒸気シールや蒸気による逆洗によって、
従来の無菌空気や濾過液による逆洗よりも濾過フィルタ
ーの目詰りを簡単にしかも十分に除くことができ、さら
には濾過フィルターとそれに接続された配管系の殺菌を
同時に行うことができる。また、蒸気を用いる逆洗は、
濾過フィルター表面に形成されたゲル状の物質が蒸気に
よって熱変性を起こし剥離性が向上するため、蒸気を使
えない従来の逆洗に比べてはるかに優れた洗浄効果を生
ずるものと考えられる。従ってこの発明によって可能と
なる蒸気による逆洗はフィルターの目詰りの回復とフィ
ルターの殺菌とを同時に行うことができ、相乗的効果を
有するものである。 さらにこの発明の装置においては、濾過フィルターを、
培養中になんら培養系に影響を与えずに、容易に無菌的
に交換することも可能である。すなわち第１図におい
て、弁12を閉とした状態で、濾過フィルター15を収納容
器35から、または収納容器35を配管14,16からはずして
交換する。その後、弁22,20を開として、新たに交換し
た濾過フィルターに蒸気を通して加熱殺菌すればよい。
なお、培養中に濾過フィルターの交換を考慮しない場合
には、収納容器35を配管14,16と一体に構成してもよ
く、さらには収納容器35そのものを配管で構成してもよ
い。 さらにまたこの発明の装置においては、弁20の下流のド
レイン口から、菌体やSS（浮遊固体物質）を含んだサン
プルも採取できるので、種々のサンプルが採取でき幅広
い利用ができる。すなわち第１図における弁22,20を開
とし蒸気を配管14,19,13へと通してこれら配管系を加熱
殺菌する。次に弁12を少し開け培養液で配管13,19,14を
洗いながらこれらの配管系を冷やす。次に弁22を閉じ、
弁20下流のドレイン口から培養液を採取する。採取が終
わったら弁12を閉じながら弁22を開けて蒸気でサンプリ
ング装置を再殺菌し、その後弁20,22を閉としてもとの
状態に戻す。この操作で無菌的にサンプリングすること
ができる。 なお、第１図に示したように、弁18の下流側配管24に抜
出しポンプ25を設けて、このポンプ25の吸引力と培養槽
10の槽内圧とにより濾過サンプリングするようにしても
よい。抜出しポンプ25を設けることにより、濾過フィル
ター15からサンプルを抜出し易くすることができるとと
もに、採取したサンプルをさらに分析機器に輸送するこ
とができる。 第１図の実施例では、弁12,18,20,22をいずれも二方弁
としたが、蒸気シールを行わない場合には、これらに代
えて配管13,14,19の接続点および配管16,17,21の接続点
にＴポートタイプの三方弁を使用して、弁の数を少なく
してもよい。 また第１図の実施例では、配管14を濾過フィルターに培
養液を導入するためおよび濾過フィルターから蒸気を排
出するための共通配管として使用している。同様に、配
管16を濾過フィルターに蒸気を導入するためおよび濾過
フィルターから濾過液を抜出すための共通配管として使
用している。しかしながら第２図に示したように、培養
液導入配管13と蒸気排出配管19を収納容器35（濾過フィ
ルター15）の培養液導入側に直接接続し、蒸気導入配管
21と濾過液抜出配管17を収納容器35（濾過フィルター1
5）の濾過液透過側に直接接続してもよい。 第１図の実施例における濾過フィルター15は、直行流方
式あるいは平行流方式のいずれの方式でも使用できる
が、平行流方式の濾過フィルターを採用した場合には、
第１図中に破線で示したような配管系を設けることが好
ましい。この配管系は、濾過フィルター15の培養液導入
側に接続された配管26、循環ポンプ（この例ではロータ
リーポンプ）27,弁28、培養槽10に連通する配管29をこ
の順に接続して構成されている。また、循環ポンプ27と
弁28との間にはドレイン弁30を有する分岐管31が接続さ
れている。これによって、配管11、弁12、配管13、配管
14、濾過フィルター15、配管26、循環ポンプ27、弁28、
配管29からなる培養液循環系が形成されることになり、
この循環系によって濾過フィルター15の目詰りを一層効
果的に防止することができる。 上記したような培養液循環系を備えた第１図の装置の操
作を以下に説明する。先ず培養開始前に、弁12,28を閉
とし図示しない蒸気配管から培養槽10内に蒸気を供給し
て、培養槽自体とその内部に仕込んだ培地、さらには配
管11と配管29を加熱蒸気殺菌する。一方、弁18が閉の状
態で弁20,30,22を開として蒸気供給源23から蒸気を供給
し、配管21、配管16、濾過フィルター15、配管14、配管
13、配管19、配管26、循環ポンプ27、分岐管31を加熱蒸
気殺菌する。殺菌終了後、弁22,20,30を微開とし、前述
したと同様に蒸気シールを行う。 サンプリングするときは、弁22,20、30を閉としてから
弁12,28を開とし、循環ポンプ27を起動させて培養槽10
内の培養液を培養液循環系に流すとともに、弁18を開と
し濾過フィルター15から透過してきた濾過液を採取す
る。サンプリングが終了したら、循環ポンプ27を停止す
るとともに弁12,28,18を閉とし、次いで弁22,20,30を微
開として前述のような蒸気シールを行う。これによっ
て、殺菌と逆洗とを同時に行うことができる。 なお、蒸気シールを行なわない場合には、弁12,28,18を
閉としてサンプリング操作を終了させた後、弁20、30、
22を開として蒸気供給源23から蒸気を濾過フィルター15
に供給することにより濾過フィルターの逆洗を行う。こ
れによってこの場合も、逆洗と殺菌とを同時に行うこと
ができる。 濾過フィルターの孔径を、培養槽内の菌体が透過せずか
つできるだけ大きなサイズの孔径とした結果、濾過液
（サンプル）中に多少の固形分が存在した場合でも、例
えば高速液体クロマトグラフィーのごとき分析計におい
てはプレフィルターやプレカラムがあるのでかような濾
過液でも分析計に直接かけることができる。しかしなが
ら、プレフィルターやプレカラムの交換時期や洗浄間隔
を長くしたい場合や、あるいはプレフィルターやプレカ
ラムを全く廃止したい場合には、第３図の実施例に示し
たように、濾過フィルターを多段に配置すればよい。こ
の場合、培養槽側に目の粗い濾過フィルター15aを使用
し、後段に目の細かい濾過フィルター15bを使用する。
多段に濾過フィルターを配置する場合には、後段の濾過
フィルター15bの後に抜出しポンプ25を設置して吸引濾
過する必要がある。 第３図のごとき多段濾過フィルターを採用した場合の逆
洗操作は下記手順で行うことができる。例えばサンプリ
ング操作が終了して第３図の全ての弁が閉の状態となっ
ている場合に、先ず後段の濾過フィルター15bを逆洗す
るために、ドレイン弁20bと弁22を開とし、蒸気供給源2
3から蒸気を後段濾過フィルター15bに通す。次に前段の
濾過フィルター15aを逆洗するために、弁22は開とした
ままで弁18aとドレイン弁20aを開とし、ドレイン弁20b
を閉とする。これによって蒸気供給源23からの蒸気は後
段濾過フィルター15bを経て前段濾過フィルター15aに導
入される。これらの逆洗操作が終了したのち、弁22とド
レイン弁20aを微開として蒸気シールを行うか、あるい
は全ての弁の閉の状態とする。 第４図は、この発明のサンプリング装置を分析装置に直
接接続して、分析を完全自動化した例を示す。図中、第
１図に示したこの発明のサンプリング装置を組込んだ部
分は、第１図と同じ参照番号（12,15,18,20,22,23,25,2
7,28,30,35）を付すことによって説明を省略する。 濾過フィルター15からのサンプル液（濾過液）は、ポン
プ25により逆止弁32を介して気泡抜きサンプルポットに
送られ、ここで液中の気泡が除去される。この気泡抜き
サンプルポットには、分析装置のキャリブレーション用
の標準液がポンプ41で逆止弁33を介して送られ、あるい
は配管系や各装置を洗浄するための洗浄水がポンプ42で
逆止弁34を介して送られ、同様に気泡が除去される。 気泡抜きサンプルポットは、容量3ml程度の大きさで、
上面壁と底壁によって密閉された円柱状の外筒と上端が
解放された小径の内筒からなり、外筒の上面壁にオーバ
ーフロー管が接続され、サンプル液、標準液、洗浄水の
各液体が流入する内筒が外筒の底壁に貫通挿入された構
成である。内筒上端から液体がオーバーフローして液体
中の気体が液体と分離され、気体が分離された液体が内
筒外周と外周内周の間に流下滞留し、外筒底壁に設けら
れた配管からポンプ43によって吸引輸送される。従っ
て、気泡抜きサンプルポットにおいては、流入量＞流出
量となるようにポンプ25,41,42とポンプ43の流量が設定
され、ポット内の液体がなくなってポンプ43が空気を吸
引しないようになっている。ポットで液体から分離され
た空気（気泡）は、ポット上部からオーバーフロー配管
を介してドレイン１へ送られ外部に排出される。 気泡抜きサンプルポットで気泡を除去されたサンプル液
は、ポンプ43によりサンプリングインジェクターを経
て、三方弁45、プレフィルターを介してオンライン自動
分析装置へ送られて、分析がなされる。 サンプリングインジェクターは、ポンプ43から送られて
くるサンプル液、標準液、あるいは洗浄水の各所定容量
を採取し、インジェクター内に採取された所定量の各液
体をポンプ44から圧送されてくる溶離液によって押出し
て分析装置へ送るとともに、各液体の余分な液量をドレ
イン２へ排出する装置である。このサンプリングインジ
ェクターは第５図A,Bに示すように六方弁とサンプリン
グループ（細管）から構成されており、サンプリングル
ープは分析装置へ送る各液体の所定量の容積を有してい
る。サンプリングインジェクターの作動の一例を説明す
ると、第５図Ａの状態では、ポンプ43から送られてくる
サンプル液、洗浄水あるいは標準液はサンプリングルー
プを通過してそのままドレイン２へ排出されている。一
方、ポンプ44からの溶離液は六方弁内を通過して分析装
置へ流されている。次いで六方弁を回転して第５図Ｂの
状態にすると、サンプリングループ内の所定量のサンプ
ル液、洗浄水あるいは標準液はポンプ44からの溶離液に
よって押出されて分析装置へ送られる。一方、ポンプ43
から引続き送られてくるサンプル液、洗浄水あるいは標
準液は六方弁内を通過してそのままドレイン２へ排出さ
れる。 サンプリングインジェクターからのサンプル液は、三方
弁45を介してプレフィルターを通りオンライン自動分析
装置へ送られる。プレフィルターはサンプル液中のごみ
を取り除き、プレカラムの交換時期を長くするために設
けるものであり、三方弁45はプロセス・コントローラの
指示を受けて（例えば時間によって）、サンプル液の流
れをプレフィルターＡからＢへ、あるいはＢからＡへ切
り替える。 オンライン自動分析装置は、HPLC（高速液体クロマトグ
ラフィー）装置と分析計とデータ解析コンピュータから
構成されている。HPLC装置はプレカラムと分析カラムか
らなり、また分析計にはUV（紫外可視分光検出器）およ
びRI（示差屈折計）がそれぞれ備えられており、複数の
項目の分析が行われる。データ解析コンピュータは、サ
ンプリングインジェクターが第５図Ｂの状態になったと
きにプロセス・コントローラからサンプル液が流入する
信号を受け、HPLC装置が分析を開始するように制御する
とともに、分析結果をコンピュータに送るものである。 第４図の例においては、培養液（培地）のサンプリング
・分析システムと同様に、培養槽内ガスのサンプリング
・分析システムが組込まれており、ガス質量分析計によ
って培養槽内の種々のガス濃度、主に酸素濃度、二酸化
炭素ガス濃度等を測定し、コンピュータへ測定結果を送
っている。 コンピュータは各種センサーや分析計からの信号を受
け、培養状態を判断し必要な処置をプロセス・コントロ
ーラへ指示する。プロセス・コントローラは、コンピュ
ータからの指示を受けて培養の制御を行うとともに、こ
の発明のサンプリング装置の制御や分析計の制御を行
う。 従って、培養槽内の培地への酸、アルカリ、無菌空気の
供給は、pHセンサー、DOセンサー等の情報によりコンピ
ュータを介してプロセス・コントローラが制御し、糖等
の栄養源はHPLC装置などによるサンプルの分析結果に基
づいてコンピュータを介してプロセス・コントローラに
よって制御される。 第６図に示すサンプリング装置のタイムチャートを参照
して、この発明のサンプリング装置の作動例を以下に説
明する。先ず、その日の第１回目のサンプリングに先立
って、標準液による分析装置のキャリブレーションを行
う。そのためにポンプ41,43を作動させて、標準液に気
泡抜きサンプルポットへ、さらにはサンプリングインジ
ェクターへと送る。この標準液は当初はサンプリングイ
ンジェクター内のサンプリングループを通ってドレイン
２へ排出されるが、サンプリングインジェクターの六方
弁を操作して第５図Ｂの状態とすることにより、サンプ
リングループ内に含まれる所定容量の標準液が、常時作
動しているポンプ44により送られてくる溶離液によって
押出され、三方弁45の選択によりプレフィルターＡを通
過して自動分析装置へ送られ、ここでキャリブレーショ
ンを行って分析計を調整する。 標準液による分析計のキャリブレーション終了後、ポン
プ41を停止しポンプ42を作動させる。これにより洗浄水
が気泡抜きサンプルポットへ、さらにはポンプ43でサン
プリングインジェクターへと送られる。サンプリングイ
ンジェクター内の六方弁の操作により、上記と同様にし
て所定量の洗浄水がプレフィルターＡを通って分析装置
へ送られ、標準液残留物が分析装置で検出されることな
く洗浄されたことを確認する。 かような標準液によるキャリブレーションおよび洗浄水
による洗浄は１日につき１回程度行えばよい。 上記の標準液および洗浄水の分析装置への輸送の間、弁
30,20および22は微開の状態に維持されて濾過フィルタ
ー15およびこれに接続された配管系が蒸気シールされて
いる。 次いでその日の第１回目のサンプル液のサンプリングを
行うために、上記の弁30,20および22を閉とし、一方、
弁28,12および18を開とする。これによって、培養槽内
の培養液は濾過フィルター15で濾過され、濾過液（サン
プル液）はポンプ25により逆止弁32を介して気泡抜きサ
ンプルポットへ送られ、さらにポンプ43によりサンプリ
ングインジェクターへと送られる。サンプリングインジ
ェクター内の六方弁の操作により、上記と同様にして所
定量のサンプル液がプレフィルターＡを通って分析装置
へ送られ、所定の分析が行われる。培養槽から濾過フィ
ルター15へ導入された培養液のうちの余剰分は、ポンプ
27により弁28を通って培養槽へ循環される。 サンプリング終了後、ポンプ27,25および43を停止し、
弁28,12および18を閉とし、弁30,20および22を再び開と
して、蒸気供給源23からの蒸気を用いて濾過フィルター
15を逆洗する。 第１回目のサンプリングの終了後、弁30,20および22を
微開として濾過フィルター15およびこれに接続された配
管系を蒸気シールする。またこの間に３方弁45を操作し
てプレフィルターＡからＢへ切替え、必要ならばプレフ
ィルターＡの交換を行う。 第２回目およびそれ以後のサンプリングに際しては、弁
28,12および18を開、弁30,20および22を閉として第１回
目と同様にサンプリングを行い、サンプリング終了後、
第１回目と同様に逆洗を行えばよい。 実験例１ 培養液循環系を備えた第１図のこの発明のサンプリング
装置を用いて、蒸気による濾過フィルターの逆洗効果を
確認するための実験を行った。濾過フィルターには孔径
0.2μのセラミックス濾過フィルターを用いた。糖蜜を
炭素源とした培地でパン酵母の培養を行いながら、連続
的にその培地が循環している濾過フィルター（膜面流速
0.16m/sec）から20分毎に５分間（15分経過したら５分
間）のサンプリングタイミングで濾過液のサンプリング
を行い、培養液透過量を測定した。透過量が20ml/min以
下となったとき、130℃の飽和蒸気（約0.176MPa［gaug
e］）による濾過フィルターの逆洗を行い、逆洗後の培
養液透過量の回復状態を調べた。培養液透過量の測定値
をプロットし連続線で表示した結果を第７図に示す。 比較実験として、第12図に示したような従来の装置を用
いて、濾過フィルターの逆洗に蒸気に代えて濾過液を使
用した実験を行った。濾過フィルターの仕様や他の実験
条件は上記実験と同じである。比較実験の結果を第８図
に示す。 これらの実験結果から、蒸気を用いた逆洗を行うことに
より濾過フィルターの透過量は初期と同程度に回復する
が、濾過液を用いた逆洗の場合は、透過量があまり回復
せずサンプルを長時間にわたって十分に採取できないと
いう結果が得られた。従って、蒸気による逆洗の方が効
果が顕著であることがわかる。 なお、上記比較実験において、濾過液に代えて無菌空気
を使用し、その他の実験条件を同じとした実験を行った
が、第８図の濾過液を用いたものと同程度の効果しかな
く、蒸気による逆洗の方が顕著であった。 実験例２ 培養液循環系を備えた第１図のこの発明のサンプリング
装置を用いて、大豆かすを多量に含む培地でAspergillu
s niger［アスペルギルス・ニガー（糸状菌）］を培養
し、多量の菌体や固形分を含む培地のサンプリング実験
を行った。この実験のために、培養終了近くになった時
点で循環ポンプを起動し、膜面流速0.16m/secで培養液
を濾過フィルターに循環させ、濾過フィルターからの培
養液透過量を測定した。 濾過フィルターとして、最初に孔径0.2μのセラミック
ス濾過フィルターを用いたが、10分間で濾過フィルター
の目詰りを起こしサンプルの採取が不可能となった。蒸
気による逆洗を行ったのち再度サンプリングを行った
が、すぐにサンプル採取が不可能となった。 そこでサンプリングを中止し、孔径0.2μのセラミック
ス濾過フィルターを口径2.0μのセラミックス濾過フィ
ルターに交換し、蒸気による殺菌操作後、再び循環ポン
プを起動して同じ膜面流速で培養液を濾過フィルターに
循環させ、培養液透過量を測定した。以上の結果を第９
図に示す。なお、フィルター交換操作を含めサンプリン
グ操作による培養槽のコンタミネーションは生じなかっ
た。 第９図の結果から、孔径2.0μの濾過フィルターでは安
定したサンプリングを行うことができ、また蒸気による
逆洗操作を併用することによってさらに安定した無菌連
続サンプリングが可能となり、細胞の大きな植物や動物
等の培養液のサンプリングにも有効であることが判明し
た。

【発明の効果】

上述したような構成を有するこの発明のサンプリング装
置によれば、培養液から菌体等を分離して直接クロマト
グラフィー等の分析装置にかけ得るサンプルを採取でき
るだけでなく、蒸気を用いて濾過フィルターの加熱殺菌
と逆洗を同時に行うことができる。その結果、サンプリ
ングの際に生じやすいコンタミネーションの問題がな
く、従って濾過フィルターの孔径の制約がなくなり、濾
過フィルターの目詰りが生じても逆洗によって目詰りを
簡単にしかも従来の無菌空気や濾過液による逆洗よりは
るかに効果的に除去して濾過効果を回復させることがで
きる。このように蒸気による濾過フィルターの逆洗と加
熱殺菌が行えることは、分析装置に直接かけ得るサンプ
ルを採取できることと相俟って、サンプリング装置とク
ロマトグラフィー等の分析装置とを接続してサンプリン
グと分析の自動化システムの形成を容易にさせる。 さらに、必要に応じて、ドレイン口から菌体やSS（浮遊
固体物質）を含んだサンプルを採取することも可能であ
るので、種々のサンプルを採取でき、幅広い利用ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のサンプリング装置の基本的構成を示
す実施例の説明図；第２図および第３図はこの発明のサ
ンプリング装置のそれぞれ別な実施例を示す説明図；第
４図はこの発明のサンプリング装置を組込んだ完全自動
化分析システムの実施例を示す説明図；第５図Ａおよび
Ｂは第４図のシステムで使用するサンプリングインジェ
クターの動作を示す説明図；第６図は第４図のシステム
におけるこの発明のサンプリング装置のタイムチャー
ト；第７図はこの発明のサンプリング装置を用いた蒸気
による逆洗効果を示すグラフ；第８図は第12図に示した
従来のサンプリング装置を用いた濾過液による逆洗効果
を示すグラフ；第９図はこの発明のサンプリング装置を
用いて、孔径の異なる濾過フィルターを使用した場合の
蒸気による逆洗効果の相違を示すグラフ；第10図、第11
図および第12図はそれぞれ異なる構成の従来のサンプリ
ング装置を示す説明図である。 10……培養槽、12,18,20,21……弁（切替手段）、13…
…培養液導入配管、15……濾過フィルター、17……濾過
液抜出配管、19……蒸気排出配管、21……蒸気導入配
管、35……収納容器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濾過フィルターによって区画された濾過フ
   ィルター収納容器の一方の空間に培養槽からの培養液を
   導入する培養液導入配管を、他方の空間に前記濾過フィ
   ルターを透過した濾過液を抜出す濾過液抜出配管を連絡
   するとともに、前記他方の空間に加熱殺菌用蒸気を導入
   する蒸気導入配管を、前記一方の空間に前記濾過フィル
   ターを透過した前記蒸気またはその凝縮水を排出する蒸
   気排出配管を連絡し、培養槽からの培養液を前記一方の
   空間に導入し他方の空間に透過した濾過液を抜出す工程
   と、加熱殺菌用蒸気を前記他方の空間に導入し一方の空
   間に透過した前記蒸気またはその凝縮水を排出する工程
   とを切替える弁を前記各配管に設けたことを特徴とする
   培養液のサンプリング装置。
2. 【請求項２】前記培養液導入配管、前記濾過液抜出配
   管、前記蒸気導入配管および前記蒸気排出配管を各々独
   立に設けたことを特徴とする請求項１記載のサンプリン
   グ装置。
3. 【請求項３】前記培養液導入配管と前記蒸気排出配管と
   を一部共通する配管で構成したことを特徴とする請求項
   １記載のサンプリング装置。
4. 【請求項４】前記濾過液抜出配管と前記蒸気導入配管と
   を一部共通する配管で構成したことを特徴とする請求項
   １記載のサンプリング装置。