要点
泡は、培地中のタンパク質と界面活性物質が、通気と撹拌によって安定な気泡に泡立てられることで発生します。培地の側で最も効果的な対策は三つです。ペプチド分画が多く高分子タンパク質の少ない窒素源（高度に加水分解されたペプトン、限外ろ過グレード）を選ぶこと。「念のため」に窒素を過剰に入れないこと（余ったタンパク質は泡になるだけです）。泡が立ってから追いかけるのではなく、最初から培地に基礎量の消泡剤を入れておくこと。累積添加量が一定を超えても消泡剤で抑えられなくなったら、問題は消泡剤の量ではなく処方か運転条件です。
泡はどこから来るか
泡には二つの要素が必要です。送り込まれる気体と、気泡の壁を安定させる物質です。通気と撹拌が気体を供給し、培地と細胞が安定化物質を供給します。
- 高分子タンパク質。 短く切断されなかったペプトン中のタンパク質、酵母エキス中の核酸とタンパク質の複合体、牛肉エキス中のコラーゲン断片。分子が大きく両親媒性が強いほど、泡は安定します。
- 細胞自身が分泌するもの。 バイオサーファクタント（Bacillusのサーファクチンが典型例）、菌体外多糖、細胞が溶解したときに放出されるタンパク質と脂質。培養後半に増える泡は通常これです。
- 培地中の油と乳化剤。 ポリソルベート80、レシチン、植物油。少量なら泡を壊しますが、過剰になると泡を安定させます。
したがって、泡が出る時期が原因を示します。接種直後の泡は培地、対数増殖期後半の泡は代謝産物、収穫直前の泡は通常、細胞の溶解です。
最も泡立ちやすい窒素源
一般則として、加水分解の程度が低く高分子が多いほど、泡立ちやすくなります。
- 泡立ちが強い： 牛肉エキス、ゼラチンペプトン、加水分解の浅い肉ペプトン、酵母自己消化物（細胞壁の破片が多い）。
- 中程度： 一般的なトリプトン、大豆ペプトン、酵母エキス。
- 泡立ちが弱い： 高度に加水分解されたペプトン（アミノ態窒素の比率が高い）、カザミノ酸、限外ろ過したペプトンと酵母エキス（高分子がすでに除去されている）。
同じ種類のペプトンの中では、COAのAN/TN比率を見てください。比率が高いほど高分子が少なく、泡も少なくなります。細胞培養グレードの限外ろ過加水分解物は最も泡立ちませんが、工業発酵には高価です。現実的な妥協点は、アミノ態窒素の比率が高いペプトンを選ぶか、ペプトンの一部を無機窒素（硫酸アンモニウム、リン酸一アンモニウム）に置き換えることです。
消泡剤の使い方
- 種類。 ポリエーテル系消泡剤（最も汎用的で、少量で効き、耐熱性がある）、シリコーン系消泡剤（強力だが、下流の精製工程と食品規制を確認する）、植物油（食品グレードの工程で一般的だが、炭素源でもあるため消費され、培養後半に追加が必要）。
- 添加量。 滅菌前の培地に基礎量として通常0.01～0.05%を加え、培養中は泡センサーに連動して追加します。一回の添加は少量にとどめてください。消泡剤を一度に大量に入れると酸素移動が低下し、増殖が遅くなります。
- 上限。 ポリエーテル系消泡剤を累積0.2～0.3%入れても泡が抑えられない場合は、処方と通気条件に戻って見直します。
消泡剤は酸素移動効率を下げます。多ければ良いというものではありません。
消泡剤を足すより処方を変えるべき場合
- 接種直後、増殖が始まる前に泡が槽を満たす：タンパク質が多すぎるか、窒素の種類が合っていません。添加量を減らすか、より加水分解の進んだペプトンに替えます。
- 毎バッチ大量の消泡剤添加が必要：有機窒素の一部を無機窒素に置き換えるか、槽内の窒素濃度が高くならないように流加培養に移行します。
- 泡が細胞を持ち出し、収量が安定しない：まず溶存酸素がぎりぎり足りる程度まで通気または撹拌を落とし、その後に処方を見直します。
よくある質問
振盪フラスコでは泡立たないのに発酵槽では泡立ちます。なぜですか 振盪フラスコには強制通気がなく、気液界面も小さいためです。発酵槽では毎分槽容量の数倍の空気を吹き込み、撹拌翼が気泡を細かく砕くため、フラスコでは見えなかった泡立ちやすさが槽内では全面的に現れます。フラスコで処方をスクリーニングする際は、泡立ち試験を別に加えてください。調製した培地を振り、泡が消えるまでの時間を測ります。
ペプトンを替えたら泡の量が大きく変わりました。普通のことですか はい。原料と加水分解の程度が異なると、泡立ちやすさは数倍違うことがあります。窒素源を替えるときは、収量と並んで泡立ちも選定基準の一つとして扱ってください。
食品グレードの工程で使える消泡剤は何ですか 食品添加物として認められているものに限られ、そのリストは国によって異なります。台湾ではTFDAの食品添加物規格が適用されます。STBIOのペプトンには消泡剤は含まれておらず、処方に何を加えるかは工程側の判断です。
泡立ちの少ないペプトンを推奨してもらえますか アミノ態窒素の比率が高い酵母ペプトンと大豆ペプトンは泡立ちが少なく、細胞培養グレードの限外ろ過製品が最も少ないです。菌株、通気条件、現在の窒素源をお知らせいただければ、候補を提案し、泡立ちと増殖を並べて比較するためのサンプルをお届けします。サンプル請求をご覧ください。