JPH01243984A

JPH01243984A - バイオリアクターエレメント

Info

Publication number: JPH01243984A
Application number: JP63072228A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Asai; 克也浅井; Kuniharu Kondo; 邦治近藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28
Also published as: JPH0441592B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、生化学反応に使用される酵素を含む微生物を
固定化してなるバイオリアクターエレメントに関する。

（従来技術）この種のバイオリアクターエレメントを用いた生化学反
応は有機合成、食品工業、分析化学等広い分野で利用さ
れており、またバイオリアクターエレメントを構成する
エレメント基体に酵素を含む微生物（以下これを単に微
生物ということがある）を固定化する手段としては各種
の方法が知られている。

ところで、かかるバイオリアクターエレメントを用いて
好気性醗酵を効率よく行うには反応過程において常に空
気を供給することが望ましく、また好気性醗酵微生物、
嫌気性醗酵微生物の培養、増殖過程においては空気の供
給が必要である。

（発明が解決しようとする課題）これらの過程においては供給される空気が微生物群全体
に均等に付与されることが必要であり、一般には散気板
を用いて一方から供給される空気を分散させる手段が採
られている。しかしながら、かかる手段によっても空気
を均一に分散させることは難しく、微生物群に対して局
所的に空気を付与し得るにすぎない。

従って、本発明の目的は、エレメント基体に固定化され
た微生物群に対して空気を均等に付与し得て好気性醗酵
、微生物培養、増殖の効率の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段）本発明のバイオリアクターエレメントは、隔壁にて区画
され被反応液が供給される第１の室と空気が供給される
第２の室を備え、前記隔壁は少なくとも空気透過能を有
しかつ少なくとも前記第１の室側に酵素を含む微生物が
固定化されていることを特徴とするものである。

また、本発明のバイオリアクターエレメントは上記した
バイオリアクターエレメントにおいて、前記微生物が好
気性醗酵微生物であり反応過程および微生物培養、増殖
過程に前記第２の室に空気が供給されることを特徴とし
、または前記微生物が嫌気性醗酵微生物であり微生物培
養、増殖過程に前記第２の室に空気が供給されることを
特徴とするものである。

しかして、本発明に係るバイオリアクターエレメントを
構成するエレメント基体はアルミナ、シリカ、シリカ−
アルミナ、ジルコニア、多孔質ガラス、カーボン等無機
質材料からなるもので、ハニカム状、モノリス状、パイ
プ状、プレート状等反応容器との関連で適宜の形状に形
成される。エレメント基体が有する隔壁は少なくとも空
気透過能を有する多孔質であり、その平均細孔径は０．
１〜３００μｍ、好ましくは１〜１００μｍである。平
均細孔径が０．１μｍに満たない場合には空気供給圧を
高圧にしなければならず、また３００μｍを越えると強
度上の問題が生じる。隔壁の空隙率は３０〜８０％、好
ましくは４０〜７０％である。空隙率が３０％に満たな
い場合には固定化微生物に対する空気の供給が不均一に
なり、また８０％を越えると強度上の問題が生じる。隔
壁の厚みは０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．
０ｍｍである。厚みが０．１ｍｍに満たない場合には強
度上の問題が生じ、また１０ｍｍを越えると空気の供給
を高圧にしなければならない。

本発明において用いる微生物は好気性、嫌気性等特に限
定されないが例えば細菌類、放射菌類、カビ類、酵母菌
類等があり、また酵素としてはグルコアミラーゼ、アミ
ノアシダーゼ、グルコースイソメラーゼ、β−ガラクト
シダーゼ、セルラーゼ、インベルターゼ、アスパラギナ
ーゼ、アスパルターゼ、カタラーゼ、プロテアーゼ、リ
パーゼ、リシンデカルボキシラーゼ、ヘキソキナーゼ、
トリプトファンシンターゼ、グリセロールデヒドロゲナ
ーゼ等が挙げられる。これらの微生物をエレメント基体
の隔壁に固定化するには例えば以下の方法によりなされ
る。すなわち、上記した各酵素のいずれかを含む微生物
を栄養素を含む水溶液に懸濁させて微生物懸濁液を調整
し、同懸濁液に上記したエレメント基体を浸漬する。次
いで、この状態において減圧脱気によりエレメント基体
の隔壁の細孔内の気体を微生物懸濁液と置換し、しかる
後細孔内の微生物を培養、増殖させて同細孔内に固定化
する。

（発明の作用・効果）かかる構成のバイオリアクターエレメントにおいては、
第１の室に供給された被反応液は隔壁に固定化された微
生物が含む酵素の作用で反応する。

しかして、第２の室に空気を供給すると供給された空気
は隔壁の全面を透過して第１の室に流入するため、同隔
壁に固定化された微生物群に対して空気が均等に付与さ
れる。このため、例えば好気性醗酵においては醗酵効率
を著しく向上させることができ、同様に微生物の培養、
増殖をも著しく向上させることができる。

（実施例１）第１図〜第３図は本発明の第１実施例に係るバイオリア
クターエレメントを組込んだ反応装置を示しており、ま
た第４図は同バイオリアクターエレメントの部分拡大を
示している。

バイオリアクターエレメントＩＯＡはコージェライト質
のハニカム構造体をエレメント基体とするもので、外径
５ｃｍ、長さ２０ｃｍ、セル開口長２ｍｍで隔壁の壁厚
Ｑｊｍｍ　、平均細孔径２５μｍ、気孔率（空隙率）５
０％のものである。かかるエレメント１０Ａにおいては
第２図の黒塗りで示すように、多数のセルのうち所定の
部位に位置する多数のセルは底部開口が密閉されていて
、底部開口が開放されたセル１１と密閉されたセル１２
の２種類がある。前者のセル１１（第１セル）は本発明
の第１の室を構成するもので、反応容器２ＯＡ内に組込
まれた状態で同セル１１内には被反応液が供給される、
エレメント基体への微生物の固定化は次の方法による。

先づ、酢酸菌アセトバクターアセチを前培養地Ａ（１ρ
中グルコ一ス１０ｇ　、ポリペプトン１０ｇ　、酵母エ
キス１０ｇ　、エタノール２０ｍ１、氷酢酸１０ｇ　）
に１０’個／ｍｌ懸濁させる。この懸濁液に前記エレメ
ント基体をその底部側から浸漬し、ＰＨ３，３，３０℃
で４日間静置して酢酸菌を静置培養する６次いで、この
エレメント基体を反応容器２ＯＡ内に組込み、各第１セ
ル１１内に前培養培地Ａと同様の培地を供給するととも
に各第２セル１２内に空気を供給し、エアレーションを
行いながら３６時間培養する。これにより、エレメント
基体を構成する各隔壁１３の第１セル１１側に第４図に
模擬的に示すように酢酸菌Ａが固定化される。

反応容器２ＯＡの筒状本体２１は有底筒状のもので、本
体２１内に収容されたエレメントＩＯＡが本体底部によ
り受承されている。筒状本体２１内の底部には被反応液
の供給パイプ２２が臨んでいる。一方、筒状本体２１内
の上部には２つの室が形成されていて、第１上室ｒ１に
はエレメント１０Ａの各第２セル１２が開口していると
ともに反応液の流出パイプ２３が臨み、かつ第２上室ｒ
２にはエレメントＩＯＡの各第１セル１１が開口してい
るとともに、空気の供給パイプ２４が臨んでいる。

本実施例においては、当該反応装置を用いて酢酸醗酵（
好気性醗酵）試験を行った。本試験においては上記した
前培養培地Ａを温度３０℃、ＰＨ３，３、供給速度４０
ｍ１／ｈｒで供給し、同時に空気を２００ｍ１／ｗｉｎ
の速度で供給した。試験開始１０日後の定常状態にある
生成された酢酸の濃度を測定し、これを第１表に示した
。なお、比較のため上記酢酸菌を３重量％アルギン酸ソ
ーダを用いて従来法により　３ｍｍ径のビーズに包括固
定化し、ビーズ状のバイオリアクターエレメントを作製
して反応容器２０Ａ内に約２０ｃｍの高さに収容し、こ
の反応装置により上記と同様の試験を行った。但し、空
気は反応容器２ＯＡの底部から供給し、散気板にて分散
させた。

第１表（好気性醗酵）（実施例２）第５図〜第７図は本発明の第２実施例に係るバイオリア
クターエレメントを組込んだ反応装置を示しており、ま
た第８図は同バイオリアクターエレメントの部分拡大を
示している。

バイオリアクターエレメントＩＯＢはコージェライト質
のハニカム構造体をエレメント基体とするもので、各隔
壁１４の一部にα−アルミナ質の薄膜１５が一体となっ
た２Ｊ’！構造の部分がある。

エレメント基体は薄膜１５を除けば第１実施例のエレメ
ント基体と同じもので、薄膜１５の厚みは５０μｍ、そ
、の平均細孔径は１μｍである。かかるエレメントＩＯ
Ｈにおいては、ｙｉ膜１５が露呈していないセル１６（
第１セル）は本発明の第１の室を構成するもので、底部
開口が開放され、反応容器２０Ｂ内に組込まれた状態で
同セル１６内には被反応液が供給される。また、薄膜１
５が露呈しているセル１７（第２セル）は本発明の第２
の室を構成するもので、第２セル１７の底部開口は第７
図の黒塗りで表示しているように密閉されており、反応
容器２０Ｂ内に組込まれた状態で同セル１７内には微生
物の培養、増殖時空気が供給される。微生物の固定化は
エレメント基体を反応容器２０Ｂ内に組込んで下記の方
法で行われるが、反応容器２０Ｂは本出願人の先願に係
る特開昭６２−１９８３８３号公報に示された装置の容
器と実質的に同じものである。

微生物の固定化に際しては、先づアルコール醗酵酵母サ
ツカロミセス・セルビシエを培養液（酵母エキス０，１
５％、ＮＨ４Ｃ１０，２５％、に２Ｐ０４０．５５％、
ＭｇＳＯ４−７１１２００，０２５％、ＮａＣ１０，１
％、ＣａＣｌ２０．００１％、クエン酸０．３％・・・
全て重量％）にＰＨ５，４で１０す７ｍ１懸濁させる。

かかる酵母懸濁液を反応容器２０Ｂに組込んだエレメン
ト基体の第１セル１６内に供給して満たし、第２セル１
７内に３日間空気を供給しつつ酵母Ｂを増殖させ第１セ
ル１６側に固定化させる。

本実施例においては、当該反応装置を用いてエタノール
生成試験＜ｔＳ気性醗酵）を行った０本試験においては
、グルコース溶液（上記培養液にグルコース２０％を含
む）をＰＨ５，４で４０ｍ１／ｂｒの速度で装置の底部
供給バイブ２５から各第１セル１６内に供給し、かつ通
路２６を通して還流させる。

この間、第１セル１６内を流通するグルコース溶液の一
部は隔壁１４および薄膜１５を透過し、反応液として各
第２セル１７を流通して装置頂部の流出バイブ２７から
流出する。隔壁１４に固定化された酵母はアルコール醗
酵に寄与し、また薄膜１５は遊離する酵母の第２セル１
７への流出を規制する。かかる醗酵を２０日間連続して
行った後第２セル１７内に空気を２日間供給して酵母を
増殖させるサイクルを３回行い、このサイクルにおける
反応液内のエタノール生成濃度および微生物の遊Ｎ濃度
を測定しな。得られた結果を第２表に示すとともに、比
較例として酵母を従来法により３ｍｍのビーズに包括固
定してなるバイオリアクターエレメントを使用した結果
を併せて示す。

（以下余白）／第２表注１：ｍｇ／ｍｌ・ｈｒ半２：Ｘ１０’個／１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るバイオリアクターエ
レメントを組込んだ反応装置の１部切欠斜視国、第２図
は同装置の矢印■−■綴方内方向断平面図、第３図は同
矢印Ｉ［［−Ｉ線方向の横断平面図、第４国は同エレメ
ントの部分拡大断面図、第５図は第２実施例に係るバイ
オリアクターエレメントを組込んだ反応装置の一部切欠
斜視図、第６図は同装置の矢印Ｖｌ−Ｖｌ線方向の横断
平面図、第７図は同装置の矢印■−■線方向の横断平面
図、第８図は同エレメントの部分拡大断面図である。符　　号　　の　　説　　明１０Ａ、ＩＯＢ・・・バイオリアクターエレメント、１
１．１６・・・第１セル（第１の室）、１２．１７・・
・第２セル（第２の室）、１３．１４・・・隔壁、２Ｏ
Ａ、２０Ｂ・・・反応容器。

Claims

【特許請求の範囲】

隔壁にて区画され被反応液が供給される第１の室と空気
が供給される第２の室を備え、前記隔壁は少なくとも空
気透過能を有しかつ少なくとも前記第１の室側に酵素を
含む微生物が固定化されているバイオリアクターエレメ
ント。