JPH01296975A - 酵素固定化バイオリアクター - Google Patents

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） 本発明は酵素を生体触媒として利用して生化学反応を工
業的に行わせるために使用される酵素固定化バイオリア
クターに関するものである。

（従来の技術） 酵素を担体表面に固定化した酵素固定化触媒をカラム内
に充填した酵素固定化バイオリアクターは近年急速に研
究が進んでおり、担体の種類もカラギーナン、ポリアク
リルアミド等の高分子有機材料や一般的なセラミックス
材料など各種のものが提案されている。しかし酵素固定
化バイオリアクターを利用した反応系においては雑菌汚
染を防止するために高温操作が必要とされる場合が多く
、有機系の担体を用いたバイオリアクターはこのような
高温操作に耐えうるだけの耐熱性や化学的安定性に欠け
るという問題がある。一方、アルミナ、ジルコニアのよ
うな一般的なセラミックス材料を担体としたバイオリア
クターは熱的、化学的に安定な利点を持つ反面、固定化
できる酵素量が少ないために生産性が悪く装装置全体を
大型化したり反応時間を長く取らねばならない欠点があ
る。

そこでこれらの欠点を解決するものとして、多孔性ガラ
スピーズを担体としたバイオリアクターが注目されてい
る（例えば、「化学装置Ｊ　、　１９８３年３月号、Ｐ
、５２〜５８、「セラミックスの固定化酵素担体への応
用」、作花済夫）。この多孔性ガラスはガラスの分相を
利用して数百人の細孔を形成し、これにより６０〜７５
　ｒｒｒ／ｇという大きい比表面積を持たせたものであ
って熱的、化□学的に安定で機械的強度も強く、しかも
単位担体上に固定化できる酵素量も従来のセラミックス
質担体に比較して桁違いに大きいという多くの利点を備
えたものである。しかしながら１５００℃の高温でガラ
スを溶融し、それを５００〜６００℃で再加熱し、更に
その後長時間熱処理するという複雑な製造工程を必要と
するために担体が極めて高価であり、実用的規模のバイ
オリアクターの場合には採算に乗りにくいという大きい
問題があった。このようにこれまでのところ安定性、生
産性、経済性が三拍子揃ったバイオリアクターは未完成
であると言わざるを得なかった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような従来の問題点を解決して、熱的、化
学的に安定で単位担体上に固定化できる酵素量が多他性
ガラスと同等以上に大きく、しかも安価に製作できる酵
素固定化バイオリアクターを目的として完成されたもの
である。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を達成するためになされた本発明は、セピオ
ライトを主成分とする原料を焼成したセピオライト担体
の表面に酵素を固定化した固定化触媒をカラム内に均一
充填したことを特徴とするものである。

本発明において用いられるセピオライ）　１８体は、セ
ピオライトを主成分とする原料即ちセピオライト原石を
粉砕し、必要に応じて組成調整及び粒度調整を行ったう
えで粒状等の任意形状に成形し、３００〜１１００℃程
度の温度で焼成して得られたものである。セピオライト
原石は礒維状のケイ酸マグネシウムの塊であって、その
結晶構造はタルクの小片をレンガ積みにしたような独特
の構造を持ち、その細孔径分布は１０人付近と２００人
付近にピークを持つ。このようなセピオライト原石を焼
成すると結晶水を失ってセラミック化するとともに結晶
構造に変化を生し、酵素固定化に適した２００〜４００
人に大きいピークを持つ細孔径分布へ移行することが６
１１認された。かくして得られたセピオライト（ｕ体は
比表面積が２３０＋ｒｌ／ｇと多孔性ガラスよりも更に
大きく、従って極めて優れた酵素固定化能力を持つとと
もにセラミック化しているために熱的、化学的にも安定
性の高いものである。

このようなセピオライト担体の表面をンランカソプリン
グ剤によりシラン化したうえ酵素の固定化を行って固定
化触媒とし、カラム内に充填する。酵素の固定化法は一
般的な手段によればよく、共存結合によって酵素はケイ
酸マグネシウム質のセピオライト担体の表面に高密度で
、しかも強固に固定化される。なお固定化される酵素は
同等限定されるものではないが、その代表的なものはイ
ンベルターゼ、ラクターゼ、ペプシン、ｌ・リブンン、
プロテアーゼ、グルコアミラーゼ、グルコースイソメラ
ーゼ、アミノアシラーゼ等である。

第１図は上記のような固定化触媒（１１をカラム（２）
内に充填した例を示すものである。本発明において用い
られるセピオライト担体を利用した固定化触媒（１）は
、担体が多孔性ガラスピーズやアルミナセラミックスで
あるものに比較して相互に擦れ合った場合に崩れ易いと
いう弱点を持っている。このために本発明の固定化触媒
（１１はカラム（２）内で相対的な運動を生ずる余地の
ないように均一に充填される必要がある。そこで図示の
ようにカラム（２）の底部と上部の一方又は双方に可動
プレート（３）を設けておき、ねしく４）等を利用して
可動プレート（３）を移動さゼ、固定化触媒＋１１を均
一充填できる構造としておくことが好ましい。なお第１
図の場合には原液はねしく４）の内部を通ってカラム（
２）内に供給され、反応生成物を含む液はカラム上端の
排出孔（５）から取出される。このようにして均一に充
がされた固定化触媒ｆｌ）は、活性低下を防止するため
の洗浄、活性の低下した酵素の脱離、新しい酵素の再固
定化などの操作の際にもカラム（２）内で移動しないた
め崩壊せず、目詰まりやショートバス等のトラブルを生
ずることがない。

次に本発明の好ましい実施例を示す。

（実施例） 内径２０ＣＩＩ、高さ８１のカラム内に、平均粒径が０
．３鰭のセピオライト担体を充填し、カラムに設けられ
た可動プレートにより上下から圧縮した。

この時点における担体充填層のボリュームは約１ｌであ
った。またこれと対比するために、セピオライト担体を
同一寸法のコープイライト担体に代えたカラムを用意し
た。

次に各カラムに７０％エタノール水溶液を３０ｓ　１７
分の流速で送液し、リアクター内を脱気した。

続いて蒸留水を１００ｓ　Ｉｌ　７分の流速で送液し、
エタノールを洗い出したのち、５０−Ｍ酢酸バッファー
（ｐＨ４，０）を１００ｍ　（１７分の流速で送液して
カラム内液を交換した。その後、２％工業用インベルク
ーゼ１５０１酢酸バッファーを３０ｓ　Ｉｔ　７分の流
速でカラム内を３時間循環させ担体表面にインベルター
ゼを固定化した。余剰のインベルターゼを回収したのち
、カラムジャケット中に３７℃の温水を流してカラムを
保温しながら基質として３０％０％シラ１５０ｍ？１酢
酸バッファー（ｐＨ４，０）をカラム内平均滞留時間が
５分、１０分、１５分になるようそれぞれ送液し、リア
クター出口のグルコース濃度を検知した。

その結果は第１図に示されるとおりであり、本発明のり
アクタ−はコープイライト担体を用いた従来のりアクタ
−に比較して約３０倍のシミｍ分解速度を持つことが分
かった。即ち、本発明のりアクタ−は同一体積の従来の
りアククーに比較して３０倍の生産能力を持ち、生産量
を一定とした場合にはカラム内の基質の平均滞留時間又
はリアクターの体積を従来の１／３０とすることが可能
となる。

（発明の効果） 本発明は以上の説明からも明らかなように、セピオライ
ト担体の表面に酵素を固定化した固定化触媒をカラム内
に均一充填したことにより従来のセラミック担体を用い
たものに比較してはるかに優れた生成物生産能力を得る
ことができ、しかも耐熱性、化学的安定性にも優れたも
のである。また本発明のりアクタ−は多孔性ガラス担体
を用いたものに比較しても生成物生産能力が同等以上で
あるうえ、セピオライト担体は極めて安価に製造できる
ので経済性に優れ、大型のりアククーをも安価に製作で
きる利点がある。しかも可動プレート等を用いて固定化
触媒の均一充填を図ればカラム内における崩れがな（、
シジートパスや目詰まり等のおそれもない、よって本発
明は従来の問題点を一掃した酵素固定化バイオリアクタ
ーとして産業の発展に寄与するところは橿めて大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酵素固定化バイオリアクターの断面図
、第２図は実施例におけるカラム内平均滞留時間とグル
コース濃度との関係を示すグラフである。 （１）：固定化触媒、（２）：カラム、（３）：可動プ
レート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セピオライトを主成分とする原料を焼成したセピオ
   ライト担体の表面に酵素を固定化した固定化触媒をカラ
   ム内に均一充填したことを特徴とする酵素固定化バイオ
   リアクター。 ２、カラムが可動プレートを備え、これにより固定化触
   媒の充填密度を均一化した第１項記載の酵素固定化バイ
   オリアクター。