JPH02211875A - 生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊維及びその製造法 - 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】 Ａ　産業上の利用分野 本発明は生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊
維及びその製造法に関し、より詳しくは。

ポリビニルアルコール及び水溶性高分子多糖類からなる
ゲル基材、生体触媒及び水からなる生体触媒固定化ポリ
ビニルアルコールゲル状繊維及びその簡便な製造法に関
する。

本発明の生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊
維は、耐摩耗性に優れ、またその内部に包括固定化され
た微生物、酵素などの生体触媒がその活性を効率的に発
揮することができることから、固定化生体触媒として有
用でるる。

Ｂ、従来の技術 ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略記スることが
らる）繊維は、例えば、抜出（５ａｋｕｒａｄａ　）著
「ホリビニルアルコールファイバーズ（Ｐｏ１ｙｖｉｎ
ｙｌＡｌｃｏｈｏｌ　Ｆｉｂｅｒｓ　）　Ｊ　（１９８
５年、米国マーセル・デツカ−（Ｍａｒｃｅｌ　Ｄｅｋ
ｋｅｒ　）社発行〕などに記載されているように、ＰＶ
Ａ水溶液を硫酸ナトリウムなどの塩を高濃度で含有する
水溶液中に押し出して脱水凝固させる方法、ＰＶＡを硼
酸を加えたのちアルカリ塩の凝固液中に押し出すことに
よりＰＶＡの架橋点を作りながら凝固させる方法、ＰＶ
Ａを高濃度アルカリ凝固浴中に押し出しゲル化させなが
ら紡糸する方法などによって取得されている。

Ｃ発明が解決しようとする課題 上記の方法では、凝固時のゲルの強度を高めるためにＰ
ＶＡ水溶液中のＰＶＡ９度及び凝固液中の塩濃度を高く
する必要があり、またそのためＰＶＡ水溶液の温度を９
０〜１１０℃という高い温度にする必要があった。ＰＶ
Ａゲル状礒維中に微生物などの生体触媒を包括固定化し
ようとする場合、高温のＰＶＡ水溶液を高濃度の塩を含
む凝固液と接触させるような上記の方法は、生体触媒を
過度の環境下におくことになるため利用することができ
ない。さらに高濃度のＰＶＡ水溶液を使用するために得
られるＰＶＡゲルは含水率が低いものとなるが、そのよ
うな低含水率のＰＶＡゲル中に包括固定化された生体触
媒はその生物活性を充分に発揮することができない０ 生体触媒が固定化されたゲル状繊維は、バイオリアクタ
ーに利用する場合、生体触媒が固定化されたゲル状粒子
を使用する場合にみられるような分離上の問題を生じる
ことがない点などの優位性を有しているが、このような
ゲル状繊維は実用に供するうえで次のような条件を満足
することが要求される。

（１）　　繊維物性について、流動床リアクターとして
の繊維強度、耐水性、耐摩耗性を有すること。

（２）　　機能面において、繊維内部の包括生体触媒の
活性を失なわせないこと及び休眠状態からの活性復元性
が早いこと、担体内菌体の増殖が可能なこと、生体触媒
に対して親和性が高いこと、含水率が高いこと、外部か
らの基質及び酸素の透過性がよいこと。

しかしながら、これらの条件を満足する生体触媒固定化
ゲル状繊維はまだ得られていないのが実状である。

しかして１本発明の目的は、上記の条件を満足する生体
触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維を提供することにあり、ま
た該生体触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維の簡便な製造法を
提供することにある。

０１課題を解決するための手段 本発明によれば、上記の目的は、（ａ）ポリビニルアル
コール及び水溶性高分子多糖類からなる内部皮膜と外部
皮膜から構成され、乾燥状態における内部皮膜の平均厚
さがｏ、ｏｏｓ〜０．２０μｍの範囲内であり、外部皮
膜の平均厚さが０．１〜１０μｍの範囲内であり、かつ
内部皮膜又は内部皮膜と外部皮膜によって形成される空
間の平均最大径が０．１〜１０μｍの範囲内であるゲル
基材、（ｂ）該ゲル基材の内部に包括固定化された生体
触媒及びｆｅ）水からなることを特徴とする生体触媒固
定化ポリビニルアルコールゲル状繊維を提供することに
よって達成され、また生体触媒、ポリビニルアルコール
及び陽イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶
性高分子多糖類を含有する混合水溶液を吐出させて陽イ
オンを含有する化合物を含有する水溶液に接触させるこ
とにより該混合水溶液を繊維状に成形し１次いで得られ
た繊維状の成形物に、−５℃以下での凍結とそれに続く
融解からなる処理を少なくとも１回施すことを特徴とす
る前記生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊維
の製造法を提供することによって達成される。

本発明のゲル状繊維を構成するゲル基材はＰＶＡ及び水
溶性高分子多糖類からなるが、かかるＰＶＡとしては、
平均重合度が１０００以上、好ましくは、１７００以上
で、ケン化度は９８５％以上、好ましくはケン化度９９
．８５モルチ以上の完全ケン化ＰＶＡがＰＶＡゲルの形
成上、望ましい。

後述のとおり１本発明のゲル状繊維は凍結工程を経て形
成されるが、使用するＰＶＡ０ケン化度が低下すると、
ゲル成形の凍結条件が厳しくなり、必要な強度のゲルを
得るためにはより低い凍結温度と凍結時間を要すること
になるため、生産性の点から好ましくない。またＰＶＡ
としては、本発明の目的を阻害しない範囲において、公
知の種々の変性ＰＶＡｙｋ用いることができる。ゲル基
材を構成するもう一つの高分子成分である水溶性高分子
多糖類としては、具体的には、アルギン酸のアルカリ金
属塩、カラギーナン、マンナン、キトサン等の陽イオン
との接触によってゲル化する能力のある水溶性高分子多
糖類が挙げられる。この水溶性高分子多糖類は、マグネ
シウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチクムイオ
ン、バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン；アル
ミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の
他の多価金属イオン７カリクムイオン；ナトリウムイオ
ン；アルミニウムイオンなどの上記水溶性高分子多糖類
をゲル化させ得る陽イオンと共存していてもよい。ＰＶ
Ａと水溶性高分子多糖類との重合割合は３５対６５乃至
９５対５の範囲内が好ましい。ゲル基材は、さらに微生
物の培地の構成成分、固定化担体の強度を上げるための
補強材。

生成ゲルの比重を調整する充填材、凍結処理による微生
物の凍結障害に対する保護剤、ホルモン。

栄養剤等を含有していてもよい。

本発明のゲル状繊維を構成するゲル基材は、外部皮膜で
覆われ、内部に網目構造を有しており、乾燥状態におい
て％０．００５〜０．２０μｍの範囲内の平均厚さを有
する内部皮膜（これが網目を形成する）と０．１〜１０
　、ｃｌｍの範囲内の平均厚さを有する外部皮膜から構
成され、かつ内部皮膜又はそれと外部皮膜によって形成
される空間の平均最大径は乾燥状態において０．１〜１
０μｍの範囲内である。

これらの寸法は、乾燥状態にあるゲル基材の断面を電子
顕微鏡で観察することによって決定される。

ここにおける乾燥状態とは０例えば含水ゲルをエタノー
ル水溶液およびエタノールに順次浸漬することによって
ゲル中の水をエタノールに置換し、得られた含エタノー
ルゲルを液体窒素中で凍結させ、次いで真空乾燥するこ
とによって達成される状態である。空間の平均最大径は
、ゲル基材の断面の電子顕微鏡写真に現れた空間の５０
箇所を任意にとりあげ、それぞれの空間における最大径
を測定し、その数値の算術平均をとることにより決めら
れる。内部皮膜の平均厚さは、とりあげた上記の５０箇
所の空間のそれぞれについて、該空間を形成する内部皮
膜の一点を任意に選び、その部分での膜の厚さを測定し
、その数値の算術平均をとることにより決められる。ま
た外部皮膜の平均厚さは外部皮膜の任意の５０箇所をと
りあげ、それらの位置における外部皮膜の厚さを測定し
、その数値の算術平均をとることにより決められる。

内部皮膜の平均厚さが、０．００５μｍ未満では。

ゲル成形体としての弾力性に欠は軟弱なものとなり、し
かもこの皮膜で作られる空間部分が大変小さなものとな
り生体触媒が包括固定化される空間としては好ましくな
い。一方０．２０μｍを越えては皮膜が厚くなりゲル構
成の骨格が大きくなるため基質及び酸素の透過性に欠け
、微生物の増殖及び生体触媒としての活性に劣ることに
なるため好ましくない。

内部皮膜又は内部皮膜と外部皮膜から形成される空間の
平均最大径が０．１μｍ未満ではゲル基材内部までの基
質及び酸素の透過性を損い、かつ微生物の居住空間とし
ては小さすぎるため好ましくない。又、１０　　μｍを
越えては空間部分が大きすぎゲルの機械的強度を損い、
低いゲル強度となるため好ましくない。又本発明で規定
された寸法を有する空間であれば、微生物を包括した空
間部分に８〜１５倍の水を含有することができ、微生物
に対する親和性が付与される。

外部皮膜の平均厚さが０．１μｍ未満ではゲルの機械的
性能であるゲルの強度及び弾力性に劣り１反応層におけ
るゲル繊維間及び充填層内壁との衝突及び摩擦により摩
耗が激しく長期の耐久性が損なわれる。さらに高濃度で
包括したゲル中の生体触媒が外部環境へ漏洩してしまう
恐れがあるため好ましくない。一方、１１０Ａ１を越え
た外部皮膜で覆われる場合基質及び酸素の透過性が極端
に悪化するため微生物はゲルの表面部分に集まり、ゲル
内部まで基質及び酸素が透過しなくなるので生体触媒と
しては好ましくない。

ゲル基材の内部に包括固定化される生体触媒としては、
微生物、酵素、動植物細胞など特に限定されるものでな
い。微生物は、ａｍ、放線菌、カビ、酵母などのいずれ
でもよく、純粋培養で取得されたものでも、混合培養で
取得されたものでも、また活性汚泥菌であってもよい。

微生物としては、例えば、　ムコ−ル（Ｍｕｃｃｏｒ）
属、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属、クラドツリツ
クス（Ｃ１ａｄｏｔｈｒｉｘ）属、スフエローｙ−／ｌ
／　ス（５ｐｈａｅｒｏｔｉｌｕｓ　）属、ヅーグｖ　
７　（Ｚｏｏｇｌｏｅａ　）属、レプトミツス（Ｌｅｐ
ｔｏｍｉｔｕｓ　）属、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇ
ｉｌｌｕｓ　）属、リゾプス（Ｒｈ１ｚｏｐｕｓ　）属
、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　）属、１
セトハクｌ’　−（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ　）属、ス
トレプトマイセｙ、　（Ｓ　ｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）
属、ニジエリシア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ　）属、サ
ッカ９マイセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属、　
キャンデイダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属などの属に属する微
生物が挙げられ、イオウ細菌、メタン菌、酪酸菌、乳酸
菌、枯草菌、変形菌。

不全菌、硝酸菌、亜硝酸菌なども例示される。また、排
水処理を目的とする場合には、タンパク質分解酵素、炭
水化物分解酵素、脂肪分解酵素を生産する菌を固定化す
ることが望ましい。酵素としては、その起源にかかわら
ず、動物由来のもの。

微生物由来のものなどを任意に選ぶことができる。

酵素の代表例として、ラクテートデヒドロゲナーゼ（１
，１，２，３）、ラクテートオキシダーゼ（１，１゜３
．２）、グルコースオキシダーゼ（１，１，３，４）、
ホルメートデヒドロゲナーゼ（１，２，１，２）、アル
デヒドデヒドロゲナーゼ（１，２，１，３）　、アルデ
ヒドオキシダーゼ（１，２，３，１）　、キサンチンオ
キシダーゼ（１，２，３，２）、ピルビン酸オキシダー
ゼ（１゜２．３．３）、ピルビン酸リダクターゼ（１，
２，４，１）。

コルチゾン−α−リダクターゼ（１，３，１，４）　、
アシルＣｏＡ−デヒドロゲナーゼ（１３，９９，３）、
３−ケドステロイドΔ−１ヒドロゲナーゼ（１，３，９
９゜４）、３−ケトステロイド△４−デヒドロゲナーゼ
（１，３，９９，５）　、　　Ｌ−アラニンデヒドロゲ
ナーゼ（１，４，１，１）　、　　Ｌ−グルタミン酸デ
ヒドロゲナーゼ（１，４，１，３）、Ｌ−アミノ酸オキ
シダーゼ（１゜４．３．２）、Ｄ−アミノ酸オキシダー
ゼ（１，４，３，３）。

ピリドキサールリン酸オキシダーゼ（１，４−３，５）
　。

カタラーゼ（１，１１，１，６）　、カテコールメチル
トランスフェラーゼ（２，１，１，６）　、カルニチン
アセチルトランスフェラーゼ（２，３，１，７）　、ア
セチルＣｏＡアセチルトランスフェラーゼ（２，３，１
，９）　。

アスヘルテートアξノドランスフェラーゼ（２，６゜１
．１）、アラニンアミノトランスフェラーゼ（２゜６．
１．２）、ヒリドキサミンビルベートトランスフエラー
ゼ（２，°６：１）、ヘキソキナーゼ（２，７，１１）
、グルコキナーゼ（２，７，１，２）　、フルクトキナ
ーゼ（２，７，１，４）　、　ホス＊グルコキナーゼ（
２，７，１，１０）。

ホスホフルクトキナーゼ（２，７，１，１１）　、ピル
ベートキナーゼ（２，７，１，４０）　、カルボキシエ
ステラーゼ（３，１，１，１）　、アリールエステラー
ゼ（３゜１、１．２　）、リパーゼ（３，１，１，３）
、ホスホリパーゼＡ　（３，１，１，４）　、アセチル
エステラーゼ（３，１゜１．６）、　コレステロールエ
ステラーゼ（３，１，１，，１３）、グルコアミラーゼ
（３，２，１，３）　、セルラーゼ（３゜２、１．４　
）、イヌラーゼ（３−２，１，７）　、α−グルコシダ
ーゼ（３，２，１，２０）、β−グルコシダーゼ（３゜
２．１．２１）、α−ガラクトシダーゼ（３，２，１，
２２）、β−ガラクトシダーゼ（３，２，１，２３）、
インベルターゼ（３，２，１，２６）、ペプシン（３，
４，４，１）、トリプシン（３，４，４，４）　、キモ
トリプシンＡ（３，４，４，５）、　　カテプシンＡ（
３，４）、パパイン（３゜４．４．ｌＯ）、）ロンピン
（３゜４．４．１３）、アミダーゼ（３，５，１，４）
　、　ウレアーゼ（３，５，１，５）、ペニシリンアシ
ダーゼ（３，５，１，１１）、アミノアシラーゼ（３，
５，１，１４）　、アデニンデアミナーゼ（３゜５、４
．２　）　、Ａ、Ｔ、Ｐ、アーゼ（３，６，１，３）％
　ピルベートデカルボキシラーゼ（４，１，１，１）％
オキサレートデカルボキシラーゼ（４，１，１，２）、
　　）リプトファンデ力ルポキシラーゼ（４，１，１，
２７）　、アルドラーゼ（４，１，２，１３）、マレー
トシュターゼ（４゜１．３．２）、）リプトファンシン
ターゼ（４，２１２ｏ　）、アスペルギルス（４，３，
１，１）　、リジンラセマーゼ（５，１，１，５）、グ
ルコース−６−リン酸インメラーゼ（５，３，１，９）
　、ステロイドΔ−イソメラーゼ（５，３，３，１）　
、マクシニルＣｏＡシンセターゼ（６゜２．１．５）（
（註）カッコ内の数字は酵素番号を表わす。〕などを挙
げることができる。また、動植物細胞としては、成長点
細胞、カルス、胚芽などを例示することができる。

本発明のゲル状繊維の性質は一般に次のとおりＡに対す
る水の量は８〜１５倍となる。基質の透過性については
、一定濃度の基質を溶解させた水溶液中に本発明のゲル
状繊維を浸漬し一定時間毎に溶媒をサンプリングして基
質の濃度をガスクロマトグラフィーから求め、平衡にな
った時点での基質のゲル内の濃１１ｔ−求めた。この値
により分配係数（ゲル内基質濃度／基質濃度）を求めた
。エタノールは０．９７％メタノール０．９８．シヨ糖
０．９８％プドク糖０．９８．合成下水０．８９と大変
高く、１に近いものであつ九。本発明のゲル状繊維の引
張り強度は３ＫＩｉ／−以上であり、そのときの伸度は
１００〜４００％であり、ゴム状弾性を示す（測定は、
高滓製作所オートグラフＩＭ−１００を用いて行った）
。

一方、水中における耐摩耗性はゲル状繊維の束を用い充
填率ｉｏ＊として標準活性汚泥法による曝気槽中に投入
し、上向水中に曝気を行い、各経日後での重量変化を調
べた（水温は１０〜２Ｕ”Ｃであった）。テスト開始３
０日間での重量変化は全重量に対し約ｌＯ〜１８％の減
少をみたが、それ以後３６０日後の減少率は１〜２％と
少なく、繊維の切断などは認められなかった。

本発明のゲル状繊維の断面形状はとくに限定されること
なく１日影、三角、四角、互角、六角。

星形、偏平、矩形などの任意の形状を採用するこができ
る。

本発明の生体触媒固定化ＰＶＡゲル状ｆＩ！、維は、生
体触媒との親和性に富み、各種の反応槽形式にも適用で
きる強度と耐久性を有し、又、耐水性、耐薬品性に秀れ
ており、固定化生体触媒として望ましい特性を備えてい
る。このゲル状繊維は、後述するごとく、凍結処理とい
う簡単な操作で、しかも微生物に有害な薬液を一切使用
せず製造することができる。

本発明の生体触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維は。

排水処理関係のバイオリアクター、工業生産用のアルコ
ール及び酢酸の生産等に用いることが可能である。農業
用途としては、種子の包括、細胞。

又はカルスの包括、有用歯の固定化により人工種子とし
ての利用を挙げることができる。又、工業材料としては
、臭消性能を有する菌を固定化したフィルター　壁紙等
に利用できる。医療用としては扁、紡績糸、不織布等に
加工して局部的な保冷材として用いることもできる。さ
らに１人工藻として流路へ設置することにより排水処理
、緑化に利用できる。又、着卵材として養殖材料として
も利用できる。

以下に、本発明の生体触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維の製
造法について詳しく説明する。

本発明の生体触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維は、前述のと
おり、生体触媒、ポリビニルアルコール及び陽イオンと
の接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類
を含有する混合水溶液を吐出させて陽イオンを含有する
化合物を含有する水溶液に接触させることにより該混合
水溶液を繊維状に成形し、次いで得られた繊維状の成形
物に、＝５℃以下での凍結とそれに続く融解からなる処
理を少なくとも１回施すことにより製造される。

水溶性高分子多糖類としては、前述のごとく種々のもの
を使用することができるが、アルギン酸ナトリウム又は
に−カラギーナンを用いることが好ましい。アルギン酸
ナトリウムを使用する場合、それをゲル化させ得る陽イ
オンを含有する化合物としては、塩化カルシウム（以下
、Ｃａα２と略記することがある）を使用するのが好適
であり、また、に−カラギーナンを使用する場合、それ
をゲル化させ得る陽イオンを含有する化合物としては、
硫酸カリウム又は硫酸アルミニウムをそれぞれ硫酸ナト
リ９ムとともに使用するのが好適である。

ＰＶＡ混合水溶液におけるＰＶＡの濃度はＰＶＡゲル形
成能の範囲から、３〜４０　ｗｔ％まで可能であり、Ｐ
ＶＡ濃度が高いほど、より強固なゲルが生成するが、必
要なゲル強度が得られるのであれば、ＰＶＡ濃度が低い
方がゲル基材の生体触媒に対する親和性が高く、含水率
が高く、また基質及び酸素の透過性が良好となる傾向が
ある０ＰｖＡ以外の添加成分の種類や濃度、ＰＶＡ混合
水溶液の液温、吐出ノズルの口径などによって、適切な
濃度を選定する必要はあるが１例えば常温でＰＶＡ混合
水溶液を陽イオン含有化合物水溶液に吐出する場合には
、ＰＶＡ濃度が３〜ｌ　Ｑ　ｗｔ％であれば凝固が容易
であり、実用上十分なゲル強度が得られる。

ＰＶＡ混合水溶液に添加する水溶性高分子多糖類の濃度
は、水に対して０．２〜４ｗｔ％、更に好ましくは０．
５〜２ｗｔ％が良い。０．２　ｗｔ％未満では。

ＰＶＡ混合水溶液の表面固化が不充分となり、内部皮膜
及び外部皮膜が薄く、そのため耐久性及び強度が不充分
なゲルしか得られないことから、好ましくない。逆に水
溶性高分子多糖類の濃度が４ｗｔ％より大の場合には、
固い繊維状成形物が得られるが、溶液粘度の上昇がもた
らされるのみならず、ゲルの外部皮膜が厚くなり、基質
及び酵素の透過性が阻害され、耐微生物性が不充分とな
り、しかも繊維強度が低く、もろくなるため好ましくな
い。本発明のゲル状繊維に包括固定化させたい生体触媒
はＰＶＡ混合水溶液に混入される。また。

とのＰＶＡ混合水溶液には、ＰＶＡのゲル化を阻害しな
い範囲で、生体触媒の培地、固定化坦体の強度を上げる
ための補強材、生成ゲルの比重を調整する充填材、凍結
処理による生体触媒の凍結障害に対する保護剤、ホルモ
ン、栄養剤等を添加しても良い。

以上のＰＶＡ混合水溶液を任意の形状のノズルから吐出
させて陽イオン含有化合物の水溶液と接触させることに
より、該ＰＶＡ混合水溶液の表面を固化させ、繊維状の
成形物を得ることができる。

この際、ＰＶＡ混合水溶液は、例えば、温水にて一定温
度に保った原料タンクからメータリングポンプを通し、
０．１〜５■の孔径を有するノズルへ送る。凝固浴中の
陽イオン含有化合物の水溶液は、水溶性高分子多糖類が
アルギン酸ナトリウムの場合はＣａα２水溶液が好まし
いが、　Ｃａα２水溶液の濃度は０．０５〜１．０　ｍ
ｏｌ／ｌが好ましく、ｐＶＡ濃度濃度層アルギン酸ナト
リウム濃度るいは、ＰＶＡ混合水溶液の成形物の硬さか
ら、通常は０．１〜Ｑ、　５　ｍｏｌ　／　ｌが好まし
い。また、陽イオン含有化合物の水溶液は、水溶性高分
子多糖類がに一カラギーナンである場合には硫酸ナトリ
ウム０．１〜２ｍｏｌ／Ｊと硫酸カリ’）　ム０．０５
〜１．０　ｍｏｌ／Ｊの混合水溶液が好ましい。このよ
うな凝固液中にノズルを浸漬してノズル孔から吐出した
ＰＶＡ混合水溶液をゆっくり凝固させながら、上方又は
横方向に移動しつつ巻き取る。吐出させるノズルの孔径
が５ｆｌを越える場合には、内部の凝固が均一になるま
で時間がかかること、及び繊維状物としては太くなり取
扱性に問題が生じることから好ましくない。又ノズル孔
径が０．０５ｆｉ未満と小さい場合には、凝固性は良い
ものの繊維直径が細化しすぎ、取扱い性の点で問題が生
じるため好ましくない。

好ましくは０．１〜２ｆｌの孔径を有するノズルがよい
。得られる繊維の直径は通常０，０５〜７ｖｍである。

凝固浴では、一定の塩濃度を維持するため、濃度補正を
加えることが望ましく、又均一凝固性を得るためゆっく
りと液の循環を行うのが望ましい。さらに、凝固浴温度
を一定に維持するため温度制御を行うのが望ましい。

繊維化したＰＶＡ混合水溶液のゲル状物は凝固浴水溶液
と分離して、そのまま又は水洗したのち凍結する。凍結
温度は一５℃以下で良いが、より強力なＰＶＡゲルを得
るには一２０℃以下がより望ましい。凍結保持時間は２
時間以上、好ましくは１０時間以上が良い。凍結処理に
よって、ＰＶＡ混合水溶液の繊維成形物はゲル化する。

これを生体触媒に悪影響を及ぼさない温度範囲に放置し
て解凍することによって、繊維状のＰＶＡゲルが得られ
る。

繊維状のＰＶＡゲルは１回の凍結−解凍処理によっても
得られるが、ＰＶＡ混合水溶液の組成や凍結条件によっ
ては、必要な強度に達しない場合もあり、好ましくは２
回以上、更に好ましくは３回以上の凍結−解凍をくり返
すことによって１強度の充分高い繊維状ゲルが得られる
。

Ｅ　実施例 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例により限定されるものではない。

実施例１ ■クラレ製のＰＶＡ（平均重合度１７４．０、ケン化度
９９．８５モルチ）を４０℃の温水で約１　ｈｒ洗浄後
、ＰＶＡ濃度８ｗｔ％になる様にＰＶＡに水を加え全量
を４０２にして田６に調整した。これをオートクレーブ
で１２０℃で３０分間処理し、ＰＶＡを溶解した後、室
温まで放冷した。このＰＶＡ水溶液にアルギン酸ナトリ
ウム０．４２を加えて、混合した後、更に酵母菌〔サツ
カロマイセス・セＬ／　ヒ’／　：１　］　Ｑ、５　ｆ
　−Ｗｅ　ｔ　ｃｅｌｌｓ／ｍ／を含む滅菌水を４　ｖ
ｔｌ添加して充分攪拌した。

これらの混合液を内径２ｎφのビニル管１本を使用した
ローラーポンプで０．５　ｄ　／分で送液し、ビニル管
の先端に取付けた内径０．８　ｍの注射針から０．５　
ｍｏｌ／ｚの塩化カルシウム水溶液の入った１ｍの凝固
浴中へ吐出した０この時の引取り速度は０．８ｍ／分で
あり、巻き取った。

これらの繊維化したＰＶＡ混合液成形物をＣａＱ’ｚ水
溶液と分離し、滅菌水で軽く洗浄した後、−２７℃±３
℃の冷凍庫で凍結した。２０ｈｒ凍結後、常温で解凍す
ることによって、不透明な黄白色の柔軟性に富んだ繊維
状のゲルが得られた。このゲルは粘着性がなかった。更
に、このゲルの強度を上げるため、以上の凍結−解凍処
理を２回くり返した。

この様にして得られた酵母を固定化した繊維状のＰＶＡ
ゲルの直径は平均０．７　ｍであった（断面の光学顕微
鏡観察による）。このＰＶＡゲル繊維の含水率、分配係
数、水中摩耗強度、ゲル強度、内外皮膜平均厚さ及び空
間平均最大径を各々第１表に示した。

実施例２ 実施例１で用いたものと同じＰＶＡを、実施例１におけ
ると同様な処理に付し、１６チの水溶液とした。これに
、３チ水溶液に調製したに一カラキーナン及びＭＬＳ３
２００００ｍ９／ｚに調製した■クラレ岡山工場（岡山
県岡山市海岸通１丁目２番１号）より採取した活性汚泥
菌を加え、７チのＰＶＡ混合水溶液とした。この混合水
溶液を実施例第１表 固液）に押し出した。この時の引取り速度は１ｍ／分で
あった。その他は実施例１に訃けると同様な処理を施し
、平均直径０．８籠の繊維を得た。得られた性能を第１
表に示した。

比較例１ 実施例１で用いたものと同じＰＶＡに実施例１における
と同様の処理を施し、２０％のＰＶＡ水溶液となし、３
％水溶液に調整した実施例１で用いたアルギン酸ナトリ
ウム２０部及び水６０部を加え、更に実施例１で用いた
ものと同じ酵母を同一量添加し、２モル／ｌの塩化カル
シウム水溶液中で凝固した。その他は実施例１における
と同様の方法で処理し、直径０．８１のＰＶＡゲル状繊
維を得た。得られ念ゲルの物性を第１表に示した。

比較例２ 実施例１で用いたものと同じＰＶＡを実施例１における
と同様の処理に付し、ｌＱ％ＰＶＡ水溶液を得た。他は
実施例１におけると同様の方法で微生物混合水溶液を得
た。この水溶液を実施例１におけると同様な方法で飽和
ホウ酸水溶液中へ吐出した。ゆっくり引取ったがＰＶＡ
ゲルが柔軟であり過ぎ、ゲル状の繊維状物は得られなか
った。

参考例１ 実施例１で得たＰＶＡゲル状繊維１６２を、３０℃に保
温したカラムに充填し、エチルアルコール生成用反応液
（グルコースｌＱｗｔ％、ＭＭｇＳＯ４−７Ｈ２０６０
ｐｐ％Ｆ４（６）　１００　？を加え、ロータリーポン
プで液を循環した。同様にＰＶＡゲル状繊維１６Ｆを別
のカラムに充填し、培讐・増殖用の液体培地（ペプトン
１チ、酵母エキス１チ、グルコース１チ、塩化ナトリウ
ム０．５％、田６）を１００２加え、３０℃で１８時間
振盪した後、上記と同じ組成のエタノール生成反応液１
００ｆを加え循環した。生成してきたエタノール濃度を
ガスクロマトグラフィーから測定した。比較対照とする
ためにカラムに充填したゲル状繊維に含まれる酵母菌と
同じ量の酵母菌を充填し、同様にしてエタノール生成反
応を試みた。その結果、エタノール濃度（％）は第２表
のようになった。

第　　２ 表 実施例１で得たゲル状繊維は７日経過しても何ら変化は
認められなかった。

又、エタノール生成は対照と同一であることが判った。

参考例２ 実施例２で得たＰＶＡゲル状繊維を０．２ｔとなるよう
に一端を束ねて、２１の曝気槽の中の散気管の周囲に取
り付けた０ＰＶＡゲル状繊維は空気の上昇流により上方
に水環のようにゆらいでいた。

なお、曝気槽中の人工下水としてペプトン２０ｆ／ｌ　
ｓ肉エキス１６　？／ｌ、尿素４　ｆ／１１Ｎａα１．
２２／ｌ　ｓ幻０．５６　ｔ／ｌ、Ｍｇ５０４０．４　
？／ｌ、Ｎ８□ＨＰへ４９７１％Ｃａα２０．５６　ｆ
／ｌ　テＢＯＤ　　２４０００！／ｌのものを８０倍に
希釈したものを用いた。曝気しながら処理状況を観察し
た。その結果の平均値は第３表のようであった。

第　　３　　表 固定化ＰＶＡゲル状繊維及びその簡便な製造法が提供さ
れる。本発明の生体触媒固定化ＰＶＡゲル状繊維は、固
定化された生体触媒の活性を長期に亘って効率的に発現
させることができる。

特許出願人　株式会社　り　ラ　し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）ポリビニルアルコール及び水溶性高分子多糖
   類からなる内部皮膜と外部皮膜から構成され、乾燥状態
   における内部皮膜の平均厚さが０．００５〜０．２０μ
   ｍの範囲内であり、外部皮膜の平均厚さが０．１〜１０
   μｍの範囲内であり、かつ内部皮膜又は内部皮膜と外部
   皮膜によつて形成される空間の平均最大径が０．１〜１
   ０μｍの範囲内であるゲル基材、（ｂ）該ゲル基材の内
   部に包括固定化された生体触媒及び（ｃ）水からなるこ
   とを特徴とする生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲ
   ル状繊維。 ２、生体触媒、ポリビニルアルコール及び陽イオンとの
   接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類を
   含有する混合水溶液を吐出させて陽イオンを含有する化
   合物を含有する水溶液に接触させることにより該混合水
   溶液を繊維状に成形し、次いで得られた繊維状の成形物
   に、−５℃以下での凍結とそれに続く融解からなる処理
   を少なくとも１回施すことを特徴とする請求項１記載の
   生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊維の製造
   法。