バッチとれんぞくぶんかの違い

細菌や菌類などの微生物は、さまざまな産業にとって非常に有益な存在です。工業的な応用では、微生物の代謝に必要な生成物を取り出すために、発酵工程で微生物を大規模に増殖させる必要がある。微生物の培養と維持には、工業用発酵槽と呼ばれる特殊な装置が使用されます。微生物の増殖と代謝に必要な空間と条件を提供する大きな容器である。工業用発酵培地には、バッチ培養と連続培養の2種類があります。バッチ培養と連続培養の大きな違いは、バッチ培養が栄養条件に制限のある閉鎖系で微生物を培養する技術であるのに対し、連続培養は栄養分が最適かつ継続的に供給される工業的な開放系で微生物を培養する技術であることです。

目次1. 概要と主な違い2. バッチ式培養とは3. 連続式培養とは4. 横から見た比較 - バッチ式培養と連続式培養5. まとめ

いっかつばいようは何ですか？

バッチ培養は、最初に供給される栄養分が限られた閉鎖系で微生物を培養する技術である。細菌や菌類などの微生物**を有用な製品に利用するために、産業界で最も一般的に用いられている技術です。発酵槽で育てた微生物が、栄養素を発酵させる。発酵とは、無酸素状態で微生物が炭水化物をアルコールと酸に分解することである。バッチ培養法では、まず栄養分を与え、その後、特定の微生物を発酵槽に植え付けます。発酵槽は密閉され、微生物が増殖するように温度とpHが保たれる。と、提供された他の栄養素を内部で利用します。時間が経つにつれて、栄養素は制限され、発酵槽内の環境条件も変化していきます。その結果、微生物の増殖は、ラグ期、対数期、定常期、死滅期の4つの段階を示すようになる。発酵が終了すると、プロセスを停止し、有用な生成物を抽出・精製する。発酵槽は洗浄・殺菌された後、次のバッチの培養に使用されます。

バッチ式培養法の特徴は、限られた量の栄養素で一定期間培養することである。発酵槽ユニットは、**と操作が簡単です。発酵槽内の環境条件は時間と共に変化する。しかし、必要な温度、pH条件、攪拌、圧力などを適切に維持することで、成功した製品を得ることができます。

バッチ培養法は、抗生物質や色素などの二次代謝産物の精製に広く用いられているが、生育に関わる一次代謝産物や製品の生産には適さない。

図01 バッチ式栽培の様子

継続的な文化は何ですか？

連続培養も有用な微生物を培養するための手法の一つである。微生物培養を指数関数的に連続成長させることを目的としています。常に新鮮な栄養素を供給し、蓄積された老廃物や生成物を同じ速度で除去し、その他の条件を最適な値に保つことで実現できる。図02に示すように、コンスタンタイザーと呼ばれる特殊なチャンバーで行われる。一方の端から新鮮な培地を連続的に添加し、もう一方の端から代謝物を連続的に抽出することで、培養量を一定に保つことができます。

連続培養は、微生物からアミノ酸や有機酸などの有用な一次代謝産物を抽出する必要がある場合に、産業界で利用されています。一次代謝産物の生産速度が最も高くなるのは、微生物が指数関数的な段階にあるときです。したがって、連続培養の目的は、微生物のバイオマスを対数相に維持することである。プロセスを継続的に監視し、システムを制御することで実現します。

図02：コンスタンタイザーでの連続インキュベーションの様子

バッチとれんぞくぶんかの違い

概要 - バッチ vs. れんぞくぶんか

工業用などの微生物を大量に培養する技術として、回分式培養と連続式培養がある。バッチ式培養では、微生物は培養の最初と途中の両方で栄養を受け取ります。微生物が利用可能な栄養素を使用するため、一定期間経過すると栄養素が制限されます。微生物は、ラグ期、対数期、定常期、死滅期を経て増殖する。バッチ培養技術では、発酵工程を一括して行う。各バッチ終了後、次のバッチのために発酵槽は洗浄されます。連続培養では、微生物の主な代謝物を抽出するために、微生物が常に対数相に保たれるように十分な量の新鮮な栄養分が供給される。新鮮な栄養分の添加と生成物の除去を同じ速度で行うことで、プロセスを止めることなく、連続培養の体積を一定に保つことができるのです。バッチ培養では大きな密閉式発酵槽が必要ですが、連続培養では小さな開放式発酵槽が必要です。これがバッチ式培養と連続式培養の違いです。

参考1.ワイン神I.ファウストコス。"A continuous culture system for assessing microbial activity in piezoelectric layers", Applied and Environmental Microbiology. n, pp.1 Oct. 2015.レティクラム 2017年5月13日エドワード・ロバートソン-。"Bacterial growth: intermittent vs. continuous", BioTest. n, p., n.d. Web. 13 May 2017.< http://www.baccelerator.co.uk/batch.asp>。