反応液の気泡検知方法及び消泡装置
【課題】反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を機械的に自動化して正確に検知する方法と、その方法を用いて消泡剤の添加の時期や実際の添加量を機械的に自動化して的確に制御する装置。
【解決手段】反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知する気泡検知方法。連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、消泡剤添加手段による反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御する消泡装置。
【解決手段】反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知する気泡検知方法。連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、消泡剤添加手段による反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御する消泡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を機械的に自動化して検知する方法と、その方法を用いて、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する装置（システム）に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の化学反応においては反応工程で反応液の表面に気泡が発生するものがある。この場合、反応液及び／又は気泡が反応槽から外側に溢れ出すことなどを防止するため、消泡剤を適宜添加するなどの消泡処理が必要になる。
【０００３】
例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などでは、空気や酸素を培養器内の培養液中に直接注入して（吹き込んで）、培養液中の溶存酸素濃度を所定の範囲に保持している。このとき、その注入した空気や酸素により、培養液面（上面）に大量の気泡が発生して、培養液及び／又は気泡が培養器外に溢れ出てしまうことがある。気泡の発生により培養液及び／又は気泡が培養器外に溢れ出てしまうと、培養物（発酵生産物）の収率の低下や培養器に付随する装置の汚染など、滅菌性、洗浄性、作業性などの面で問題が生じる。
【０００４】
この問題に対する方策として、一般的には、反応液中へ消泡剤を添加することで、気泡の発生を抑制し、連続的な長時間の反応工程を安定化させる手法が採用されている。
【０００５】
反応液中へ消泡剤を添加するにあたり、反応液面での気泡の発生の有無や、実際の発生量を検知すべく、以前から種々の手法が試みられている。
【０００６】
例えば、フロート式（特許文献１、２）、電気伝導式（特許文献３〜８）、静電容量式（特許文献３、４、１０）、超音波式（特許文献１１）、温度式（特許文献１２）などによる、反応容器内の気泡や液面を検知する方法がある。これらの場合、何れも反応容器内にセンサーなどの設備（構造物）を設置する必要があり、前記した通り、滅菌性・洗浄性・作業性などで問題が発生しやすくなる。特に、電気伝導式や静電容量式では、実際に消泡した後に、固形物がセンサーに付着して、誤作動の発生が著しくなるおそれがあった。
【０００７】
その他、特許文献１３では、液面の透過光の強度を検知して、画像処理で液面を検知する方法が提案されている。
【０００８】
特許文献１４では、培養槽の排気出口に気液分離装置を取り付け、その気液分離装置の通気出口にミスト分離装置を取り付けて、そのミスト分離装置の入口配管、戻り配管、本体などに、気泡の検知用センサーを取り付けた培養装置が提案されている。この装置では、気液分離装置とミスト分離装置の間に、回転体で気泡を叩くか遠心憤霧する、消泡装置を取り付ける機構も提案されている。
【０００９】
特許文献１５では、培養槽の排気出口に気液分離装置を取り付け、その気液分離装置の入口配管、戻り配管、本体などに、気泡の検知用センサーを取り付け、一方で、その気液分離装置の入口配管に、超音波発振ホーンを取り付けた培養装置が提案されている。
【００１０】
特許文献１６では 、培養槽に気泡の検知用センサーを取り付け、そのセンサーが発泡を検知すると、培養槽の気相部へ自動的に空気か水蒸気を吹き込んで消泡する培養装置が提案されている。
【００１１】
このような従来の方式やメカニズムでは、反応液面での気泡の発生の有無や、実際の発生量を機械的に自動化して正確に検知する上で改善すべき余地があった。すなわち、前述した従来の方式やメカニズムでは、消泡剤の添加の時期（タイミング）や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する上で改善すべき余地があった。
【００１２】
このため、従来の方式では、例えば、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を作業員（オペレーター）が人為的に確認しながら、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を経験的に制御せざるを得ないという事態になることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０７−２５３３４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４１８１号公報
【特許文献３】特開平０２−１２８１２１号公報
【特許文献４】特開昭６３−２９０９２０号公報
【特許文献５】特開平０３−０４８１２５号公報
【特許文献６】特開平０２−０８６７６３号公報
【特許文献７】特開平０４−０２４４９８号公報
【特許文献８】特開２００８−０２６２２０号公報
【特許文献９】実用新案登録第２５８０２００号公報
【特許文献１０】特開平０４−３３１２０２号公報
【特許文献１１】特開平１０−３３２４５９号公報
【特許文献１２】特開平１１−００９８８２号公報
【特許文献１３】特開平０７−１２０２９２号公報
【特許文献１４】特開平０５−１４６２８６号公報
【特許文献１５】特開２００２−０５１７６３号公報
【特許文献１６】特開２００３−００９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して検知する方法と、その方法を用いて、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する装置（システム）を提案することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の請求項１の発明は、
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することを特徴とする反応液の気泡検知方法
である。
【００１６】
請求項２の発明は、
前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法
である。
【００１７】
請求項３の発明は、
前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法
である。
【００１８】
請求項４の発明は、
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、
前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、
前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加開始及び添加中止を制御する制御手段と
を備えている消泡装置
である。
【００１９】
請求項５の発明は、
前記制御装置は、前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置
である。
【００２０】
請求項６の発明は、
前記制御装置は、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置
である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して検知し、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法が実施される本発明の消泡装置の一例の概略構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明においては、反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラス（のぞき窓）を介して連続的に撮影する。そして、前記連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知している。
【００２４】
連続的な撮影には種々の撮像手段、例えば、ＣＣＤカメラなどを用いることができる。
【００２５】
前記において、反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物とは、例えば、反応容器の内壁面や、反応液内に挿入されている攪拌軸のことである。
【００２６】
反応容器内の反応液面と、反応容器の内壁面との間の境界部分や、反応容器内の反応液面と、反応液内に挿入されている攪拌軸との間の境界部分であって、反応液面より上側において反応液面に近接する位置を観察することにより、反応工程で液面に気泡が発生したことを画像情報の変動として把握するものである。
【００２７】
この際、反応容器内の反応液面上に近接する位置を、反応工程の開始前や、必要に応じて反応工程の進行中に、反応容器内の反応液面より２０ｃｍ上の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より３０ｃｍ上の反応容器の内壁面などと任意に設定することができる。これによって、気泡の発生量がどの程度になった段階で、気泡が発生した状態であると検知するのかを任意に設定することができ、反応液面の気泡の発生量の許容範囲を自由に制御できる。
【００２８】
予め設定した、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の攪拌軸を、反応工程の開始前に（すなわち、まだ気泡が発生していない状態で）前述した撮像手段により撮影し、この撮影して得た画像情報を数値化して制御手段に記録しておく。
【００２９】
一方、反応工程が開始された後、前記の予め設定されている測定箇所を連続的に撮影し、この撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報が、前記の反応の開始前に把握していた数値情報から所定の大きさで離れたことをもって、反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することができる。
【００３０】
例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程において、培養器（反応容器）内の培養液面と、内壁面や撹拌軸などとの境界部分を、培養器外からサイトグラスを通してＣＣＤカメラで連続的に撮影し、その画像情報をコンピューターで処理（モニター）する。これによって、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、機械的に 自動化して正確に検知するものである。
【００３１】
ここで、ＣＣＤカメラにより連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動による反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量の検知は、例えば、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することを制御手段が把握することにより行うようにできる。
【００３２】
例えば、所定の撮像箇所（例えば、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面）における反応の開始後（すなわち、気泡が発生している状態）に把握した画像情報を数値化した数値が、当該撮像箇所における反応の開始前（すなわち、まだ気泡が発生していない状態）に把握した画像情報を数値化した数値から、予め定められている大きさ（数値）変動した段階で気泡が発生したと認識し、更に、所定の大きさ（数値）で変動した段階で、気泡発生量が所定のレベルに達したと認識するようにできる。
【００３３】
例えば、培養器（反応容器）の内壁面を撮影した際の画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化し、これを制御手段に記憶させておく。なお、ＨＳＶ表色系での数値化は、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）について、それぞれ、０〜２５５の範囲で数値化される。
【００３４】
そして、反応工程の開始後、気泡が発生した状態で撮像した画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化し、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）の中の少なくとも一種の数値が反応の開始前の数値から予め定められている数値以上に変動した際に、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、非人為的に検知するものである。
【００３５】
すなわち、予め設定した、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の攪拌軸を撮影していて得られるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）の中の少なくとも一種の情報から、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、非人為的に検知するものである。
【００３６】
なお、画像情報を数値化する場合、例えば、ＨＳＶ表色系で数値化する場合、それらの数値は、周囲（周辺環境）の照明の色調・明るさや、培地（培養液）自体・気泡自体の色調などに影響されて変化する（依存する）可能性がある。そこで、前述したように、測定箇所における気泡発生前の画像情報から得られた数値、例えば、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）情報（数値）に対して、反応の開始後、どの程度の数値変動によって気泡発生と認め、どの程度の数値変動がどの程度の気泡発生量に相当するか、予め検討して検知数値を設定しておくことが望ましい。
【００３７】
本発明が提案する消泡装置は、前述した本発明による反応液の気泡検知方法の実施に供され、更に、この方法を利用して消泡処理を行うものである。
【００３８】
この本発明が提案する消泡装置は、反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、撮像手段と、制御手段とを備えている。
【００３９】
撮像手段は、前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影するもので、例えば、ＣＣＤカメラとすることができる。
【００４０】
制御手段は、前記撮像手段から出力される画像情報の入力を受けて所定の処理を行うもので、例えば、コンピューターなどからなる。すなわち、制御手段は、前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御する。
【００４１】
すなわち、本発明の消泡装置は、前述した本発明の方法で検知した反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量に関する制御装置（コンピューター）の情報（判定）に基づいて、消泡剤添加手段、例えば、消泡剤添加用ポンプの運転（Ｏｎ）と停止（Ｏｆｆ）を制御し、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する。
【００４２】
例えば、コンピューターが取得したＣＣＤカメラからの画像情報で、画像情報を数値化した数値、例えば、画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した数値が所定の大きさ（数値）で変動したと判定した際に、制御手段によって、消泡剤添加用ポンプが自動的に稼働開始し、反応液中へ消泡剤が自動的に添加される。
【００４３】
これにより、反応液面（上面）に大量の気泡が発生して、反応液（気泡）が反応容器器外に溢れ出ることを防止して、連続的な長時間の反応工程を安定化できる。
【００４４】
一方、反応液中へ消泡剤が必要なだけ添加されて、気泡が十分に消滅すると、画像情報を数値化した数値、例えば、画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した数値が所定の大きさ（数値）に戻ったと判定し、制御手段によって、消泡剤添加用ポンプの稼働が停止させられる。
【００４５】
本発明の消泡装置が以上の操作（制御）を繰り返すことで、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などを、非人為的に安定して適切に維持することができる。
【００４６】
このように、本発明によれば、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などにおいて、反応容器内の反応液面上に近接する位置の反応容器の構造物（例えば、反応容器内の反応液面と、内壁面との境界部分）を、反応容器外からサイトグラス（のぞき窓）を通してＣＣＤカメラで連続的に撮影し、その画像情報をコンピューターで処理（モニター）することで、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して正確に検知できる。
【００４７】
更に、前記本発明の方法で検知した反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量に関するコンピューターの情報（判定）に基づいて、消泡剤添加用ポンプの運転（Ｏｎ）と停止（Ｏｆｆ）を制御しながら、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御できる。
【００４８】
つまり、本発明の消泡装置によれば、撮像装置（ＣＣＤカメラ）を解して制御手段（コンピューター）が把握した画像情報の分析と、消泡剤添加用ポンプの稼働とは連動しており、コンピューターの制御系により、消泡剤添加用ポンプの運転と停止を制御する。コンピューターで気泡の発生を判定すると、消泡剤添加用ポンプが自動的に稼働し、反応液中へ消泡剤が自動的に添加される。一方、反応液中へ消泡剤が必要なだけ添加されて、気泡の消滅を判定すると、消泡剤添加用ポンプの稼働を停止する。この操作により、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などを非人為的に安定して適切に維持できる。
【００４９】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、センサーが反応液や気泡と物理的に非接触になる。
【００５０】
例えば、培養（発酵）のように衛生的で無菌的操作が要求されるような化学反応工程に、従来の接触式のセンサーを用いる方法・装置が採用された場合、実際に消泡した後に、気泡の成分や培養菌体などが センサーに付着して残存し、センサーが誤作動を起こす可能性があった。しかし、本発明によれば、センサーが反応液や気泡と物理的に非接触になるので、衛生的で培養（発酵）のような無菌的操作に適しており、培養液や気泡の成分の接触などにより、センサーが誤作動を起こすことがない。
【００５１】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としない。そこで、反応容器内の滅菌性や無菌性が向上する。
【００５２】
例えば、反応容器内に接触式のセンサーなどの設備が存在すると、反応容器内の滅菌時に蒸気などが十分に行き渡らず、滅菌不良の箇所が生じる可能性があるが、本発明によれば、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としないため、このような不都合の発生を未然に防止できる。
【００５３】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としない。そこで、反応容器内の洗浄性や保守性が向上する。
【００５４】
これに対して、例えば、反応容器内に接触式のセンサーなどの設備が存在する場合であって、反応容器内の定置洗浄（ＣＩＰ）を行うときには、洗浄剤や濯ぎ水などが十分に行き渡らず、洗浄不良の箇所が生じる可能性がある。この洗浄不良を防止するために、定置洗浄の開始前にセンサーなどを反応容器から取り外して、そのセンサーのみを手洗いするなどで作業性が低下する。本発明によれば、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としないので、反応容器内の洗浄性や保守性が向上する。
【００５５】
本発明によれば、サイトグラスが付属された反応容器で、反応容器内の状態を反応容器外から観察できれば、撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）で撮影できるため、サイトグラスが付属されている、あらゆる反応容器に後付けで使用できる。
【００５６】
これに対して、例えば、接触式のセンサーを用いる場合、反応容器の上面部に、そのセンサーを設置するための開口部が必要である。
【００５７】
本発明によれば、反応容器の寸法（容量）などに影響されにくいため、あらゆる反応容器で後付けできる。
【００５８】
これに対して、例えば、接触式のセンサーを使用する場合には、一般的に反応容器の容量が大きくなると、そのヘッドスペースも大きくなるため、長尺のセンサーを設置しなければならず、費用・滅菌性・洗浄性・作業性などで問題（トラブル）が発生しやすくなる。
【００５９】
以下、本発明に関して実施例を挙げて説明するが、本発明は、これにより限定されるものではない。
【実施例】
【００６０】
図１を参照して本発明による反応液の気泡検知方法の実施に使用される本発明の消泡装置の一例を説明する。
【００６１】
本発明の消泡装置は、サイトグラス６を備えている反応容器５、消泡剤添加手段を構成する消泡剤用タンク４と消泡剤用ポンプ３、撮像手段であるＣＣＤカメラ２、コンピューターからなる制御手段１を備えている。
【００６２】
反応容器５には反応工程で気泡を発生させる反応液が収容される。反応工程では必要に応じて撹拌機７が作動され、反応容器１内に収容されている反応液が攪拌羽根８によって攪拌される。
【００６３】
反応容器５に必要な反応液を投入し、また、スパージャー９から所定の反応原料の投入や、空気や酸素の通気（バブリング）を行い、反応液が所定の反応温度に維持されるように反応容器５を加温し、適宜、撹拌機７を作動させて攪拌を加え、反応容器５内で所定の化学反応を行わせる。
【００６４】
図示のように反応容器５の外に設置されているＣＣＤカメラ２がサイトグラス６を介して、反応容器５内の反応液面上に近接する位置の反応容器１の構造物を撮影する。
【００６５】
図示の実施形態では、反応容器５内の反応液面よりの若干上側の反応容器５内壁面をＣＣＤカメラ２により撮影するようにしている。
【００６６】
コンピューターからなる制御手段１は、ＣＣＤカメラ２から出力される画像情報の入力を受けて所定の処理を行う。
【００６７】
すなわち、制御手段１は、ＣＣＤカメラ２で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、消泡剤用タンク４及び消泡剤用ポンプ３による反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御している。
【００６８】
以下、反応容器５内で冬虫夏草菌糸体を好気培養した場合について、本発明による反応液の気泡検知方法及び、本発明の消泡装置の動作の一例を説明する。
【００６９】
冬虫夏草菌糸体の培養用に調製した１５００ｋｇの培養液を滅菌してから培養用のタンクとなる反応容器５へ投入した。
【００７０】
次いで、冬虫夏草菌糸体Cordycepes sinensis 8819株を無菌的に接種し、好気培養を行った。
【００７１】
培養条件の概要は下記の通りとした。
【００７２】
温度：２５±１ ℃
時間：７０±１０ｈ
撹拌：４５〜５３Ｈｚ
溶存酸素濃度：３０〜５０％（空気や酸素を通気（バブリング）して制御した。）
ｐＨ：５．５±０．１（アンモニア水溶液を添加して制御した。）
使用した消泡剤：アワブレークＬ−０１（太陽化学社製）。
【００７３】
ＣＣＤカメラ２にはキーエンス社製のＣＶ−０３３を使用し、制御装置１にはキーエンス社製のＣＶ−３００（モニタ内蔵、カラータイプ画像センサ）を使用した。
【００７４】
まず、反応が開始される前の反応容器５の内壁面をＣＣＤカメラ２で撮影し、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を制御手段１で数値化した数値を初期値の０に設定した。また、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を数値化した数値が４００を越えた時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を開始させ（Ｏｎ）、その後、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を数値化した数値が３５０を下回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を停止（Ｏｆｆ）させる制御が実行されるように制御手段１を設定した。
【００７５】
冬虫夏草菌糸体Cordycepes sinensis 8819株を無菌的に接種し、前記の条件で培養を開始したところ、培養液の泡立ちに伴い、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が変動した。培養液の泡立ちが激しくなると、ＣＣＤカメラ２は反応容器５の内壁面ではなく泡自体を撮影することになるためである。
【００７６】
前記の実施例では、約１２時間経過したところで、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が４００を越えた。そこで、制御装置１の制御により、自動的に消泡剤用ポンプ３がＯｎされ、消泡剤用タンク４から消泡剤が反応容器５内に投入された。
【００７７】
連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値は、消泡剤の投入の開始後から３〜５秒で３５０を下回り、消泡剤用ポンプ３がＯｆｆされて、反応容器５内への消泡剤の投入が停止された。
【００７８】
その後、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値は、７５分〜８０分程度で経過するごとに４００を越えたので、前記と同様にして、自動的に消泡剤用ポンプ３をＯｎ、Ｏｆｆし、消泡剤を反応容器５内に投入する動作を繰返して、約６７時間で培養を終了した。
【００７９】
このとき、実際に投入した消泡剤（アワブレークＬ−０１）が約３０ｋｇとなり、培養液の収量は約１５３０ｋｇとなった。
【００８０】
前記実施例では、培養中に発生した泡立ちは確実に検知された。そして、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が４００を越えた時点で、即時に消泡剤が添加され、前記数値が３５０を下回った時点で、消泡剤添加を中止する動作を繰返すたびに泡立ちは消滅し、反応容器５から培養液が溢れることなく、安定して連続培養を行うことができた。
【００８１】
次に、前記と同様の条件で準備した１５００ｋｇの培養液及び、培養条件で、ＣＣＤカメラ２にキーエンス社製のＣＶ−０３５Ｃを使用し、制御装置１にはキーエンス社製のＣＶ−５０００（モニタ内蔵、カラータイプ画像センサ）を使用して同様に好気培養を行った。
【００８２】
まず、反応が開始される前の反応容器５内壁面をＣＣＤカメラ２で撮影し、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化したところ、６０．１４１であった。
【００８３】
ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を開始させ（Ｏｎ）、その後、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が３５を上回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を停止（Ｏｆｆ）させる制御が実行されるように制御手段１を設定した。
【００８４】
この場合にも、約１２時間経過したところで、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った（２５．１２３）。そこで、制御装置１の制御により、自動的に消泡剤用ポンプ３がＯｎされ、消泡剤用タンク４から消泡剤が反応容器５内に投入された。
【００８５】
連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値は、消泡剤の投入の開始後から３〜５秒で３５を上回り（３５．６９８）、消泡剤用ポンプ３がＯｆｆされて、反応容器５内への消泡剤の投入が停止された。
【００８６】
その後、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値は、７５分〜８０分程度が経過するごとに２６を下回り、前記と同様にして、自動的に消泡剤用ポンプ３をＯｎ、Ｏｆｆし、消泡剤を反応容器５内に投入する動作を繰返して、約６７時間で培養を終了した。
【００８７】
このとき、実際に投入した消泡剤（アワブレークＬ−０１）が約３０ｋｇとなり、培養液の収量は約１５３０ｋｇとなった。
【００８８】
この実施例でも、培養中に発生した泡立ちは確実に検知された。そして、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った時点で、即時に消泡剤が添加され、前記数値が３５を上回った時点で、消泡剤添加を中止する動作を繰返すたびに泡立ちは消滅し、反応容器５から培養液が溢れることなく、安定して連続培養を行うことができた。
【００８９】
一方、対照としてＣＣＤカメラ２、制御装置１を動作させない以外は前記実施例と同様の条件で培養を行ったところ、泡立ちが激しく、反応容器５から培養液が大量に溢れて、設備や室内を汚すと共に、培養液の３分の１程度が流失し、収量の著しい低下を引き起こした。
【符号の説明】
【００９０】
１ 制御手段
２ ＣＣＤカメラ
３ 消泡剤用ポンプ
４ 消泡剤用タンク
５ 反応容器
６ サイトグラス
７ 撹拌機
８ 攪拌羽根
９ スパージャー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を機械的に自動化して検知する方法と、その方法を用いて、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する装置（システム）に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の化学反応においては反応工程で反応液の表面に気泡が発生するものがある。この場合、反応液及び／又は気泡が反応槽から外側に溢れ出すことなどを防止するため、消泡剤を適宜添加するなどの消泡処理が必要になる。
【０００３】
例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などでは、空気や酸素を培養器内の培養液中に直接注入して（吹き込んで）、培養液中の溶存酸素濃度を所定の範囲に保持している。このとき、その注入した空気や酸素により、培養液面（上面）に大量の気泡が発生して、培養液及び／又は気泡が培養器外に溢れ出てしまうことがある。気泡の発生により培養液及び／又は気泡が培養器外に溢れ出てしまうと、培養物（発酵生産物）の収率の低下や培養器に付随する装置の汚染など、滅菌性、洗浄性、作業性などの面で問題が生じる。
【０００４】
この問題に対する方策として、一般的には、反応液中へ消泡剤を添加することで、気泡の発生を抑制し、連続的な長時間の反応工程を安定化させる手法が採用されている。
【０００５】
反応液中へ消泡剤を添加するにあたり、反応液面での気泡の発生の有無や、実際の発生量を検知すべく、以前から種々の手法が試みられている。
【０００６】
例えば、フロート式（特許文献１、２）、電気伝導式（特許文献３〜８）、静電容量式（特許文献３、４、１０）、超音波式（特許文献１１）、温度式（特許文献１２）などによる、反応容器内の気泡や液面を検知する方法がある。これらの場合、何れも反応容器内にセンサーなどの設備（構造物）を設置する必要があり、前記した通り、滅菌性・洗浄性・作業性などで問題が発生しやすくなる。特に、電気伝導式や静電容量式では、実際に消泡した後に、固形物がセンサーに付着して、誤作動の発生が著しくなるおそれがあった。
【０００７】
その他、特許文献１３では、液面の透過光の強度を検知して、画像処理で液面を検知する方法が提案されている。
【０００８】
特許文献１４では、培養槽の排気出口に気液分離装置を取り付け、その気液分離装置の通気出口にミスト分離装置を取り付けて、そのミスト分離装置の入口配管、戻り配管、本体などに、気泡の検知用センサーを取り付けた培養装置が提案されている。この装置では、気液分離装置とミスト分離装置の間に、回転体で気泡を叩くか遠心憤霧する、消泡装置を取り付ける機構も提案されている。
【０００９】
特許文献１５では、培養槽の排気出口に気液分離装置を取り付け、その気液分離装置の入口配管、戻り配管、本体などに、気泡の検知用センサーを取り付け、一方で、その気液分離装置の入口配管に、超音波発振ホーンを取り付けた培養装置が提案されている。
【００１０】
特許文献１６では 、培養槽に気泡の検知用センサーを取り付け、そのセンサーが発泡を検知すると、培養槽の気相部へ自動的に空気か水蒸気を吹き込んで消泡する培養装置が提案されている。
【００１１】
このような従来の方式やメカニズムでは、反応液面での気泡の発生の有無や、実際の発生量を機械的に自動化して正確に検知する上で改善すべき余地があった。すなわち、前述した従来の方式やメカニズムでは、消泡剤の添加の時期（タイミング）や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する上で改善すべき余地があった。
【００１２】
このため、従来の方式では、例えば、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を作業員（オペレーター）が人為的に確認しながら、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を経験的に制御せざるを得ないという事態になることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０７−２５３３４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４１８１号公報
【特許文献３】特開平０２−１２８１２１号公報
【特許文献４】特開昭６３−２９０９２０号公報
【特許文献５】特開平０３−０４８１２５号公報
【特許文献６】特開平０２−０８６７６３号公報
【特許文献７】特開平０４−０２４４９８号公報
【特許文献８】特開２００８−０２６２２０号公報
【特許文献９】実用新案登録第２５８０２００号公報
【特許文献１０】特開平０４−３３１２０２号公報
【特許文献１１】特開平１０−３３２４５９号公報
【特許文献１２】特開平１１−００９８８２号公報
【特許文献１３】特開平０７−１２０２９２号公報
【特許文献１４】特開平０５−１４６２８６号公報
【特許文献１５】特開２００２−０５１７６３号公報
【特許文献１６】特開２００３−００９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して検知する方法と、その方法を用いて、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する装置（システム）を提案することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の請求項１の発明は、
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することを特徴とする反応液の気泡検知方法
である。
【００１６】
請求項２の発明は、
前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法
である。
【００１７】
請求項３の発明は、
前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法
である。
【００１８】
請求項４の発明は、
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、
前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、
前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加開始及び添加中止を制御する制御手段と
を備えている消泡装置
である。
【００１９】
請求項５の発明は、
前記制御装置は、前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置
である。
【００２０】
請求項６の発明は、
前記制御装置は、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置
である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、反応工程で反応液の表面に気泡が発生する種々の化学反応において、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して検知し、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法が実施される本発明の消泡装置の一例の概略構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明においては、反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラス（のぞき窓）を介して連続的に撮影する。そして、前記連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知している。
【００２４】
連続的な撮影には種々の撮像手段、例えば、ＣＣＤカメラなどを用いることができる。
【００２５】
前記において、反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物とは、例えば、反応容器の内壁面や、反応液内に挿入されている攪拌軸のことである。
【００２６】
反応容器内の反応液面と、反応容器の内壁面との間の境界部分や、反応容器内の反応液面と、反応液内に挿入されている攪拌軸との間の境界部分であって、反応液面より上側において反応液面に近接する位置を観察することにより、反応工程で液面に気泡が発生したことを画像情報の変動として把握するものである。
【００２７】
この際、反応容器内の反応液面上に近接する位置を、反応工程の開始前や、必要に応じて反応工程の進行中に、反応容器内の反応液面より２０ｃｍ上の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より３０ｃｍ上の反応容器の内壁面などと任意に設定することができる。これによって、気泡の発生量がどの程度になった段階で、気泡が発生した状態であると検知するのかを任意に設定することができ、反応液面の気泡の発生量の許容範囲を自由に制御できる。
【００２８】
予め設定した、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の攪拌軸を、反応工程の開始前に（すなわち、まだ気泡が発生していない状態で）前述した撮像手段により撮影し、この撮影して得た画像情報を数値化して制御手段に記録しておく。
【００２９】
一方、反応工程が開始された後、前記の予め設定されている測定箇所を連続的に撮影し、この撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報が、前記の反応の開始前に把握していた数値情報から所定の大きさで離れたことをもって、反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することができる。
【００３０】
例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程において、培養器（反応容器）内の培養液面と、内壁面や撹拌軸などとの境界部分を、培養器外からサイトグラスを通してＣＣＤカメラで連続的に撮影し、その画像情報をコンピューターで処理（モニター）する。これによって、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、機械的に 自動化して正確に検知するものである。
【００３１】
ここで、ＣＣＤカメラにより連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動による反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量の検知は、例えば、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することを制御手段が把握することにより行うようにできる。
【００３２】
例えば、所定の撮像箇所（例えば、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面）における反応の開始後（すなわち、気泡が発生している状態）に把握した画像情報を数値化した数値が、当該撮像箇所における反応の開始前（すなわち、まだ気泡が発生していない状態）に把握した画像情報を数値化した数値から、予め定められている大きさ（数値）変動した段階で気泡が発生したと認識し、更に、所定の大きさ（数値）で変動した段階で、気泡発生量が所定のレベルに達したと認識するようにできる。
【００３３】
例えば、培養器（反応容器）の内壁面を撮影した際の画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化し、これを制御手段に記憶させておく。なお、ＨＳＶ表色系での数値化は、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）について、それぞれ、０〜２５５の範囲で数値化される。
【００３４】
そして、反応工程の開始後、気泡が発生した状態で撮像した画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化し、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）の中の少なくとも一種の数値が反応の開始前の数値から予め定められている数値以上に変動した際に、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、非人為的に検知するものである。
【００３５】
すなわち、予め設定した、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の反応容器の内壁面、あるいは、反応容器内の反応液面より所定の高さで上方の攪拌軸を撮影していて得られるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）の中の少なくとも一種の情報から、培養液面での気泡の発生の有無や 実際の発生量を、非人為的に検知するものである。
【００３６】
なお、画像情報を数値化する場合、例えば、ＨＳＶ表色系で数値化する場合、それらの数値は、周囲（周辺環境）の照明の色調・明るさや、培地（培養液）自体・気泡自体の色調などに影響されて変化する（依存する）可能性がある。そこで、前述したように、測定箇所における気泡発生前の画像情報から得られた数値、例えば、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）情報（数値）に対して、反応の開始後、どの程度の数値変動によって気泡発生と認め、どの程度の数値変動がどの程度の気泡発生量に相当するか、予め検討して検知数値を設定しておくことが望ましい。
【００３７】
本発明が提案する消泡装置は、前述した本発明による反応液の気泡検知方法の実施に供され、更に、この方法を利用して消泡処理を行うものである。
【００３８】
この本発明が提案する消泡装置は、反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、撮像手段と、制御手段とを備えている。
【００３９】
撮像手段は、前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影するもので、例えば、ＣＣＤカメラとすることができる。
【００４０】
制御手段は、前記撮像手段から出力される画像情報の入力を受けて所定の処理を行うもので、例えば、コンピューターなどからなる。すなわち、制御手段は、前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御する。
【００４１】
すなわち、本発明の消泡装置は、前述した本発明の方法で検知した反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量に関する制御装置（コンピューター）の情報（判定）に基づいて、消泡剤添加手段、例えば、消泡剤添加用ポンプの運転（Ｏｎ）と停止（Ｏｆｆ）を制御し、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御する。
【００４２】
例えば、コンピューターが取得したＣＣＤカメラからの画像情報で、画像情報を数値化した数値、例えば、画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した数値が所定の大きさ（数値）で変動したと判定した際に、制御手段によって、消泡剤添加用ポンプが自動的に稼働開始し、反応液中へ消泡剤が自動的に添加される。
【００４３】
これにより、反応液面（上面）に大量の気泡が発生して、反応液（気泡）が反応容器器外に溢れ出ることを防止して、連続的な長時間の反応工程を安定化できる。
【００４４】
一方、反応液中へ消泡剤が必要なだけ添加されて、気泡が十分に消滅すると、画像情報を数値化した数値、例えば、画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した数値が所定の大きさ（数値）に戻ったと判定し、制御手段によって、消泡剤添加用ポンプの稼働が停止させられる。
【００４５】
本発明の消泡装置が以上の操作（制御）を繰り返すことで、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などを、非人為的に安定して適切に維持することができる。
【００４６】
このように、本発明によれば、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などにおいて、反応容器内の反応液面上に近接する位置の反応容器の構造物（例えば、反応容器内の反応液面と、内壁面との境界部分）を、反応容器外からサイトグラス（のぞき窓）を通してＣＣＤカメラで連続的に撮影し、その画像情報をコンピューターで処理（モニター）することで、反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量を、機械的に自動化して正確に検知できる。
【００４７】
更に、前記本発明の方法で検知した反応液面での気泡の発生の有無や実際の発生量に関するコンピューターの情報（判定）に基づいて、消泡剤添加用ポンプの運転（Ｏｎ）と停止（Ｏｆｆ）を制御しながら、消泡剤の添加の時期や実際の添加量を、機械的に自動化して的確に制御できる。
【００４８】
つまり、本発明の消泡装置によれば、撮像装置（ＣＣＤカメラ）を解して制御手段（コンピューター）が把握した画像情報の分析と、消泡剤添加用ポンプの稼働とは連動しており、コンピューターの制御系により、消泡剤添加用ポンプの運転と停止を制御する。コンピューターで気泡の発生を判定すると、消泡剤添加用ポンプが自動的に稼働し、反応液中へ消泡剤が自動的に添加される。一方、反応液中へ消泡剤が必要なだけ添加されて、気泡の消滅を判定すると、消泡剤添加用ポンプの稼働を停止する。この操作により、反応工程で気泡が生成される化学反応、例えば、好気性培養による連続的な長時間の発酵工程などを非人為的に安定して適切に維持できる。
【００４９】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、センサーが反応液や気泡と物理的に非接触になる。
【００５０】
例えば、培養（発酵）のように衛生的で無菌的操作が要求されるような化学反応工程に、従来の接触式のセンサーを用いる方法・装置が採用された場合、実際に消泡した後に、気泡の成分や培養菌体などが センサーに付着して残存し、センサーが誤作動を起こす可能性があった。しかし、本発明によれば、センサーが反応液や気泡と物理的に非接触になるので、衛生的で培養（発酵）のような無菌的操作に適しており、培養液や気泡の成分の接触などにより、センサーが誤作動を起こすことがない。
【００５１】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としない。そこで、反応容器内の滅菌性や無菌性が向上する。
【００５２】
例えば、反応容器内に接触式のセンサーなどの設備が存在すると、反応容器内の滅菌時に蒸気などが十分に行き渡らず、滅菌不良の箇所が生じる可能性があるが、本発明によれば、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としないため、このような不都合の発生を未然に防止できる。
【００５３】
本発明によれば、反応容器内の状態を反応容器外から測定（検知）するため、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としない。そこで、反応容器内の洗浄性や保守性が向上する。
【００５４】
これに対して、例えば、反応容器内に接触式のセンサーなどの設備が存在する場合であって、反応容器内の定置洗浄（ＣＩＰ）を行うときには、洗浄剤や濯ぎ水などが十分に行き渡らず、洗浄不良の箇所が生じる可能性がある。この洗浄不良を防止するために、定置洗浄の開始前にセンサーなどを反応容器から取り外して、そのセンサーのみを手洗いするなどで作業性が低下する。本発明によれば、反応容器内に特別な設備（構造物）を必要としないので、反応容器内の洗浄性や保守性が向上する。
【００５５】
本発明によれば、サイトグラスが付属された反応容器で、反応容器内の状態を反応容器外から観察できれば、撮像手段（例えば、ＣＣＤカメラ）で撮影できるため、サイトグラスが付属されている、あらゆる反応容器に後付けで使用できる。
【００５６】
これに対して、例えば、接触式のセンサーを用いる場合、反応容器の上面部に、そのセンサーを設置するための開口部が必要である。
【００５７】
本発明によれば、反応容器の寸法（容量）などに影響されにくいため、あらゆる反応容器で後付けできる。
【００５８】
これに対して、例えば、接触式のセンサーを使用する場合には、一般的に反応容器の容量が大きくなると、そのヘッドスペースも大きくなるため、長尺のセンサーを設置しなければならず、費用・滅菌性・洗浄性・作業性などで問題（トラブル）が発生しやすくなる。
【００５９】
以下、本発明に関して実施例を挙げて説明するが、本発明は、これにより限定されるものではない。
【実施例】
【００６０】
図１を参照して本発明による反応液の気泡検知方法の実施に使用される本発明の消泡装置の一例を説明する。
【００６１】
本発明の消泡装置は、サイトグラス６を備えている反応容器５、消泡剤添加手段を構成する消泡剤用タンク４と消泡剤用ポンプ３、撮像手段であるＣＣＤカメラ２、コンピューターからなる制御手段１を備えている。
【００６２】
反応容器５には反応工程で気泡を発生させる反応液が収容される。反応工程では必要に応じて撹拌機７が作動され、反応容器１内に収容されている反応液が攪拌羽根８によって攪拌される。
【００６３】
反応容器５に必要な反応液を投入し、また、スパージャー９から所定の反応原料の投入や、空気や酸素の通気（バブリング）を行い、反応液が所定の反応温度に維持されるように反応容器５を加温し、適宜、撹拌機７を作動させて攪拌を加え、反応容器５内で所定の化学反応を行わせる。
【００６４】
図示のように反応容器５の外に設置されているＣＣＤカメラ２がサイトグラス６を介して、反応容器５内の反応液面上に近接する位置の反応容器１の構造物を撮影する。
【００６５】
図示の実施形態では、反応容器５内の反応液面よりの若干上側の反応容器５内壁面をＣＣＤカメラ２により撮影するようにしている。
【００６６】
コンピューターからなる制御手段１は、ＣＣＤカメラ２から出力される画像情報の入力を受けて所定の処理を行う。
【００６７】
すなわち、制御手段１は、ＣＣＤカメラ２で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、消泡剤用タンク４及び消泡剤用ポンプ３による反応容器内への消泡剤の添加の開始及び添加の中止を制御している。
【００６８】
以下、反応容器５内で冬虫夏草菌糸体を好気培養した場合について、本発明による反応液の気泡検知方法及び、本発明の消泡装置の動作の一例を説明する。
【００６９】
冬虫夏草菌糸体の培養用に調製した１５００ｋｇの培養液を滅菌してから培養用のタンクとなる反応容器５へ投入した。
【００７０】
次いで、冬虫夏草菌糸体Cordycepes sinensis 8819株を無菌的に接種し、好気培養を行った。
【００７１】
培養条件の概要は下記の通りとした。
【００７２】
温度：２５±１ ℃
時間：７０±１０ｈ
撹拌：４５〜５３Ｈｚ
溶存酸素濃度：３０〜５０％（空気や酸素を通気（バブリング）して制御した。）
ｐＨ：５．５±０．１（アンモニア水溶液を添加して制御した。）
使用した消泡剤：アワブレークＬ−０１（太陽化学社製）。
【００７３】
ＣＣＤカメラ２にはキーエンス社製のＣＶ−０３３を使用し、制御装置１にはキーエンス社製のＣＶ−３００（モニタ内蔵、カラータイプ画像センサ）を使用した。
【００７４】
まず、反応が開始される前の反応容器５の内壁面をＣＣＤカメラ２で撮影し、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を制御手段１で数値化した数値を初期値の０に設定した。また、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を数値化した数値が４００を越えた時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を開始させ（Ｏｎ）、その後、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報を数値化した数値が３５０を下回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を停止（Ｏｆｆ）させる制御が実行されるように制御手段１を設定した。
【００７５】
冬虫夏草菌糸体Cordycepes sinensis 8819株を無菌的に接種し、前記の条件で培養を開始したところ、培養液の泡立ちに伴い、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が変動した。培養液の泡立ちが激しくなると、ＣＣＤカメラ２は反応容器５の内壁面ではなく泡自体を撮影することになるためである。
【００７６】
前記の実施例では、約１２時間経過したところで、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が４００を越えた。そこで、制御装置１の制御により、自動的に消泡剤用ポンプ３がＯｎされ、消泡剤用タンク４から消泡剤が反応容器５内に投入された。
【００７７】
連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値は、消泡剤の投入の開始後から３〜５秒で３５０を下回り、消泡剤用ポンプ３がＯｆｆされて、反応容器５内への消泡剤の投入が停止された。
【００７８】
その後、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値は、７５分〜８０分程度で経過するごとに４００を越えたので、前記と同様にして、自動的に消泡剤用ポンプ３をＯｎ、Ｏｆｆし、消泡剤を反応容器５内に投入する動作を繰返して、約６７時間で培養を終了した。
【００７９】
このとき、実際に投入した消泡剤（アワブレークＬ−０１）が約３０ｋｇとなり、培養液の収量は約１５３０ｋｇとなった。
【００８０】
前記実施例では、培養中に発生した泡立ちは確実に検知された。そして、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報を数値化した数値が４００を越えた時点で、即時に消泡剤が添加され、前記数値が３５０を下回った時点で、消泡剤添加を中止する動作を繰返すたびに泡立ちは消滅し、反応容器５から培養液が溢れることなく、安定して連続培養を行うことができた。
【００８１】
次に、前記と同様の条件で準備した１５００ｋｇの培養液及び、培養条件で、ＣＣＤカメラ２にキーエンス社製のＣＶ−０３５Ｃを使用し、制御装置１にはキーエンス社製のＣＶ−５０００（モニタ内蔵、カラータイプ画像センサ）を使用して同様に好気培養を行った。
【００８２】
まず、反応が開始される前の反応容器５内壁面をＣＣＤカメラ２で撮影し、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化したところ、６０．１４１であった。
【００８３】
ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を開始させ（Ｏｎ）、その後、同様にして、ＣＣＤカメラ２で得た画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が３５を上回った時点で、消泡剤用ポンプ３の作動を停止（Ｏｆｆ）させる制御が実行されるように制御手段１を設定した。
【００８４】
この場合にも、約１２時間経過したところで、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った（２５．１２３）。そこで、制御装置１の制御により、自動的に消泡剤用ポンプ３がＯｎされ、消泡剤用タンク４から消泡剤が反応容器５内に投入された。
【００８５】
連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値は、消泡剤の投入の開始後から３〜５秒で３５を上回り（３５．６９８）、消泡剤用ポンプ３がＯｆｆされて、反応容器５内への消泡剤の投入が停止された。
【００８６】
その後、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値は、７５分〜８０分程度が経過するごとに２６を下回り、前記と同様にして、自動的に消泡剤用ポンプ３をＯｎ、Ｏｆｆし、消泡剤を反応容器５内に投入する動作を繰返して、約６７時間で培養を終了した。
【００８７】
このとき、実際に投入した消泡剤（アワブレークＬ−０１）が約３０ｋｇとなり、培養液の収量は約１５３０ｋｇとなった。
【００８８】
この実施例でも、培養中に発生した泡立ちは確実に検知された。そして、連続的にＣＣＤカメラ２で撮影している画像情報に含まれるＨ（色相）を制御手段１で数値化した数値が２６を下回った時点で、即時に消泡剤が添加され、前記数値が３５を上回った時点で、消泡剤添加を中止する動作を繰返すたびに泡立ちは消滅し、反応容器５から培養液が溢れることなく、安定して連続培養を行うことができた。
【００８９】
一方、対照としてＣＣＤカメラ２、制御装置１を動作させない以外は前記実施例と同様の条件で培養を行ったところ、泡立ちが激しく、反応容器５から培養液が大量に溢れて、設備や室内を汚すと共に、培養液の３分の１程度が流失し、収量の著しい低下を引き起こした。
【符号の説明】
【００９０】
１ 制御手段
２ ＣＣＤカメラ
３ 消泡剤用ポンプ
４ 消泡剤用タンク
５ 反応容器
６ サイトグラス
７ 撹拌機
８ 攪拌羽根
９ スパージャー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することを特徴とする反応液の気泡検知方法。
【請求項２】
前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法。
【請求項３】
前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法。
【請求項４】
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、
前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、
前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加開始及び添加中止を制御する制御手段と
を備えている消泡装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲で変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置。
【請求項１】
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影し、当該連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記反応液表面での気泡発生の有無及び／又は気泡発生量を検知することを特徴とする反応液の気泡検知方法。
【請求項２】
前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法。
【請求項３】
前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲から変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項１記載の反応液の気泡検知方法。
【請求項４】
反応工程で気泡を発生させる反応液を収容している反応容器と、
前記反応容器内の前記反応液に消泡剤を添加する消泡剤添加手段と、
前記反応容器内の反応液面上に近接する位置の前記反応容器の構造物を前記反応容器の外から前記反応容器のサイトグラスを介して連続的に撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で連続的に撮影して得た連続画像情報を数値化した連続画像数値情報の変動により、前記消泡剤添加手段による前記反応容器内への消泡剤の添加開始及び添加中止を制御する制御手段と
を備えている消泡装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記連続画像情報に含まれるＨ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｖ（明度）をそれぞれ数値化した前記連続画像数値情報の中の少なくとも一種を用いて、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記連続画像数値情報が予め定めてある数値範囲で変動することにより、前記連続画像数値情報の変動を判定することを特徴とする請求項４記載の消泡装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２２０４９９（Ｐ２０１０−２２０４９９Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６９０５３（Ｐ２００９−６９０５３）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００６１３８）明治乳業株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００６１３８）明治乳業株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
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