JPH03146128A - 生体触媒固定化ゲル - Google Patents
生体触媒固定化ゲルInfo
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- JPH03146128A JPH03146128A JP1286473A JP28647389A JPH03146128A JP H03146128 A JPH03146128 A JP H03146128A JP 1286473 A JP1286473 A JP 1286473A JP 28647389 A JP28647389 A JP 28647389A JP H03146128 A JPH03146128 A JP H03146128A
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- JP
- Japan
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- pva
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- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
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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。
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
本発明はバイオリアクターなどに用いられる酵素および
微生物などの生体触媒の固定に有用なゲル基材、そのゲ
ル基材を用いて生体触媒を固定化したゲルおよびそれら
の製造法に関する。
微生物などの生体触媒の固定に有用なゲル基材、そのゲ
ル基材を用いて生体触媒を固定化したゲルおよびそれら
の製造法に関する。
Ｂ、従来の技術
酵素および微生物などの生体触媒を固定化することによ
り、それらの機能を生体触媒として効率的に利用する研
究が古くからなされている。殊に「微生物固定化法によ
る排水処理」（昭和６３年６月１０日、産業用水調査会
出版）の第１９２〜２１４頁に詳細に説明されている。
り、それらの機能を生体触媒として効率的に利用する研
究が古くからなされている。殊に「微生物固定化法によ
る排水処理」（昭和６３年６月１０日、産業用水調査会
出版）の第１９２〜２１４頁に詳細に説明されている。
化学工学協会第２０回状期大会研究発表講演要旨集第２
６７〜２６９頁には、固定化活性汚泥による下廃水処理
におけるポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと略記する
ことがある）を硼酸でゲル化しで得られた担体の利用に
ついて総説されている。又、「用水と廃水」第３０巻第
６号第３６〜４２頁（昭和６３年）にＰＶＡを硼酸でゲ
ル化することによって固定化された嫌気性発酵菌につい
て同様の報告がなされている。
６７〜２６９頁には、固定化活性汚泥による下廃水処理
におけるポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと略記する
ことがある）を硼酸でゲル化しで得られた担体の利用に
ついて総説されている。又、「用水と廃水」第３０巻第
６号第３６〜４２頁（昭和６３年）にＰＶＡを硼酸でゲ
ル化することによって固定化された嫌気性発酵菌につい
て同様の報告がなされている。
酵素、微生物などの生体触媒を固定化する方法の１つに
、高分子素材を用いて生体触媒をそのまま包み込む包括
固定化法があり、この方法はよく用いられる高分子素材
としてアルギン酸塩、ポリアクリルアミド、ＰＶＡ、光
硬化性樹脂等がめる。
、高分子素材を用いて生体触媒をそのまま包み込む包括
固定化法があり、この方法はよく用いられる高分子素材
としてアルギン酸塩、ポリアクリルアミド、ＰＶＡ、光
硬化性樹脂等がめる。
アルギン酸塩は常温で、その水溶液をＣａ”。
Ａｆｆ”のような多価金属イオンを含む水溶液に滴下す
ることにより容易にゲルが得られるが、アルギン酸塩の
ゲルはリン酸塩でゲルが破壊したり、廃水処理等の利用
においてゲルそのものが浸食、溶解したり、機械的強度
も必ずしも充分といえず、反応槽での長期間の使用にお
いて損壊することが多い。
ることにより容易にゲルが得られるが、アルギン酸塩の
ゲルはリン酸塩でゲルが破壊したり、廃水処理等の利用
においてゲルそのものが浸食、溶解したり、機械的強度
も必ずしも充分といえず、反応槽での長期間の使用にお
いて損壊することが多い。
また、光硬化性樹脂らしくはアクリルアミドから生成さ
れるゲルはＰＶＡゲルに比べ原料価格が非常に高価なた
め、生体触媒の包括固定化担体としては実用上付加価値
の高い生体反応への適用に限られる（特開昭６１−２１
６６８８号公報）。
れるゲルはＰＶＡゲルに比べ原料価格が非常に高価なた
め、生体触媒の包括固定化担体としては実用上付加価値
の高い生体反応への適用に限られる（特開昭６１−２１
６６８８号公報）。
一方、ＰＶＡはＰＶＡ水溶液を一５℃以下に凍結後、常
温で解凍することによって、優れた耐水溶性、弾性及び
柔軟性を有する高含水性のゲルか得られ（特公昭４７−
１２８５４号公報）、これに酵素、微生物などを包括さ
せることによって、優れた固定化担体として利用できる
。このＰＶＡゲルは凍結−解凍をくり返すことによって
、あるいは凍結後、真空脱水を行うことによって、従来
の高分子素材には見られない、高強度のゲルが得られる
（特開昭５８−４７４９２号公報）。また、生体触媒の
固定化に用いられる高分子素材は、それ自身、毒性がな
く、生体触媒の活性に悪影響を与えないものでなければ
ならないが、ＰＶＡ凍結ゲルはゲル成形に於いて、全く
化学薬品を使用しないため、生体に対する安定性が高く
、しかも高含水性で多孔質構造のため、微生物の培養、
増殖に対して優れた包括固定化担体である。しかし、従
来のＰＶＡゲルでは、ゲルを長期間にわたって使用する
場合には、ＰＶＡが水中へ溶出するという問題があり、
−層の耐水性の向上が望まれていた。
温で解凍することによって、優れた耐水溶性、弾性及び
柔軟性を有する高含水性のゲルか得られ（特公昭４７−
１２８５４号公報）、これに酵素、微生物などを包括さ
せることによって、優れた固定化担体として利用できる
。このＰＶＡゲルは凍結−解凍をくり返すことによって
、あるいは凍結後、真空脱水を行うことによって、従来
の高分子素材には見られない、高強度のゲルが得られる
（特開昭５８−４７４９２号公報）。また、生体触媒の
固定化に用いられる高分子素材は、それ自身、毒性がな
く、生体触媒の活性に悪影響を与えないものでなければ
ならないが、ＰＶＡ凍結ゲルはゲル成形に於いて、全く
化学薬品を使用しないため、生体に対する安定性が高く
、しかも高含水性で多孔質構造のため、微生物の培養、
増殖に対して優れた包括固定化担体である。しかし、従
来のＰＶＡゲルでは、ゲルを長期間にわたって使用する
場合には、ＰＶＡが水中へ溶出するという問題があり、
−層の耐水性の向上が望まれていた。
Ｃ１発明が解決しようとする課題
生体触媒を固定化するための担体としてのゲル基材が実
用上有利に使用されるうえで具備すべき条件は次のとお
りである。
用上有利に使用されるうえで具備すべき条件は次のとお
りである。
（ｉ） ４１１械的性能（強度、水中耐久性、耐摩耗
性）が優れていること。
性）が優れていること。
（１１）外部の基質及び酸素の透過性がよいこと。
（ｉｉｉ） 生体触媒に対して親和性が高く担体的菌
体増殖が可能であること。また、含水率が高いこと。
体増殖が可能であること。また、含水率が高いこと。
（１λ・）耐微生物性を有していること（生物分解性が
ないこと）。
ないこと）。
（ｖ） 製造が容易で経済性に優れること。
しかしながら、上記の条件を充分に満足し得るゲル基材
はまだ見い出されていないのが現状である。しかるに、
本発明の目的は上記（ｉ）〜（Ｖ）の項目について、従
来のゲル基材よりもはるかに優れたゲル基材およびそれ
を用いた生体触媒固定化ゲルを提供することにある。
はまだ見い出されていないのが現状である。しかるに、
本発明の目的は上記（ｉ）〜（Ｖ）の項目について、従
来のゲル基材よりもはるかに優れたゲル基材およびそれ
を用いた生体触媒固定化ゲルを提供することにある。
００課題を解決するための手段
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した
結果、平均重合度が２８００以上のＰＶＡからなるゲル
基材およびそれを用いた生体触媒固定化ゲルを見い出し
、本発明を完成させるに到った。
結果、平均重合度が２８００以上のＰＶＡからなるゲル
基材およびそれを用いた生体触媒固定化ゲルを見い出し
、本発明を完成させるに到った。
従来、ＰＶＡゲルに用いられるＰＶＡの平均重合度は１
０００〜２０００のものが知られているに過ぎず、本発
明者らが鋭意検討の結果、平均重合度が２８００以上の
ＰＶＡを用いる場合には驚くべきことに、前記の（ｉ）
〜（ｖ）の項目について、従来の平均重合度１０００〜
２０００のＰＶＡからなるゲル基材よりもはるかに優れ
たゲル基材が得られることを見い出したものでめる。
０００〜２０００のものが知られているに過ぎず、本発
明者らが鋭意検討の結果、平均重合度が２８００以上の
ＰＶＡを用いる場合には驚くべきことに、前記の（ｉ）
〜（ｖ）の項目について、従来の平均重合度１０００〜
２０００のＰＶＡからなるゲル基材よりもはるかに優れ
たゲル基材が得られることを見い出したものでめる。
本発明に用いるＰＶＡの平均重合度としては２８００以
上であり、３０００〜１００００であることが好ましく
、３５００〜８０００であることがより好ましい。平均
重合度が２８００未満の場合にはゲル基材の耐水性か低
下する。また、平均重合度１００００を超えると、ゲル
形成時の適正粘度にするｆ二めにはＰＶＡ水溶液の濃度
が小さくなり過ぎて、ゲル形成が難しくなることがある
。
上であり、３０００〜１００００であることが好ましく
、３５００〜８０００であることがより好ましい。平均
重合度が２８００未満の場合にはゲル基材の耐水性か低
下する。また、平均重合度１００００を超えると、ゲル
形成時の適正粘度にするｆ二めにはＰＶＡ水溶液の濃度
が小さくなり過ぎて、ゲル形成が難しくなることがある
。
本発明に用いるＰＶＡのケン化度については特に制限は
ないが、９５モル％以上が好ましく、９８モル％以上が
より好ましく、さらに９９．５モル％以上が最も好まし
い。ケン化度が９５モル％未満の場合にはゲル基材の耐
水性が低下する場合があり、好ましくない。
ないが、９５モル％以上が好ましく、９８モル％以上が
より好ましく、さらに９９．５モル％以上が最も好まし
い。ケン化度が９５モル％未満の場合にはゲル基材の耐
水性が低下する場合があり、好ましくない。
本発明の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Ｐ Ｖ Ａを用いることが
できる。
囲において公知の種々の変性Ｐ Ｖ Ａを用いることが
できる。
本発明のゲル基材を構成するＰＶＡ以外の成分としては
高分子成分である水溶性高分子多糖類が挙げられる。
高分子成分である水溶性高分子多糖類が挙げられる。
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
。本発明のゲル基材は、水溶性高分子多糖類とか、マグ
ネンウムイオン、カルンウムイオン、ストロンチウムイ
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；カリウムイオン；アンモニウム
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。ＰＶＡと水溶性高分子
多糖類との重量割合は３５対６５乃至９５対５の範囲内
が好ましい。本発明のゲル基材は、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等を含有していてもよい。
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
。本発明のゲル基材は、水溶性高分子多糖類とか、マグ
ネンウムイオン、カルンウムイオン、ストロンチウムイ
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；カリウムイオン；アンモニウム
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。ＰＶＡと水溶性高分子
多糖類との重量割合は３５対６５乃至９５対５の範囲内
が好ましい。本発明のゲル基材は、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等を含有していてもよい。
本発明のゲル基材が包括固定化のために利用されうる生
体触媒は、微生物、酵素、動植物細胞など特に限定され
るものではない。微生物は、細菌、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、ムコール（口ｃ
ｃｏｒ ）属、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属、ク
ラドツリツクス（Ｃ１ａｄｏｔｈｒｉｘ）属、スフエロ
チルス（Ｓｐｈａｅｒｏｔ １ｌｕｓ）属、ヅーグレア
（Ｚｏｏｇｌｏｅａ） 、レブトミツス（Ｌｅｐｔｏｍ
ｉｔｕｓ）属、アスペルギルス（＾ｓｐｅｒｇｉｌｌｕ
ｓ）属、リゾプス（Ｒｈ１ｚｏｐｕｓ）属、シュードモ
ナス（ＰｓｅｕｄｏＩＩｌｏｎａｓ）属、アセトバクタ
ー（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属・ストレプトマイセス
（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）属、エシエリンア（Ｅｓ
ｃｈｅｒｉｃｈｉａ）属、サツカロ？イセス（５ａｃｃ
ｈａｒｏ＊ｙｃｅｓ）属、キャンデイダ（Ｃａｎｄｉｄ
ａ）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、微生物由来のらのなどを任意に選ぶこと
ができる。
体触媒は、微生物、酵素、動植物細胞など特に限定され
るものではない。微生物は、細菌、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、ムコール（口ｃ
ｃｏｒ ）属、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属、ク
ラドツリツクス（Ｃ１ａｄｏｔｈｒｉｘ）属、スフエロ
チルス（Ｓｐｈａｅｒｏｔ １ｌｕｓ）属、ヅーグレア
（Ｚｏｏｇｌｏｅａ） 、レブトミツス（Ｌｅｐｔｏｍ
ｉｔｕｓ）属、アスペルギルス（＾ｓｐｅｒｇｉｌｌｕ
ｓ）属、リゾプス（Ｒｈ１ｚｏｐｕｓ）属、シュードモ
ナス（ＰｓｅｕｄｏＩＩｌｏｎａｓ）属、アセトバクタ
ー（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）属・ストレプトマイセス
（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）属、エシエリンア（Ｅｓ
ｃｈｅｒｉｃｈｉａ）属、サツカロ？イセス（５ａｃｃ
ｈａｒｏ＊ｙｃｅｓ）属、キャンデイダ（Ｃａｎｄｉｄ
ａ）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、微生物由来のら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（１，１Ｊ
。
，１，２，３） 、ラクテートオキシダーゼ（１，１Ｊ
。
２）、グルコースオキシダーゼ（１，１Ｊ、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り 、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（１，２Ｊ、２） 、ピルビン酸オキシダーゼ（
１，２，３３）、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（ＩＪ、１．
４） 、アシルＣｏＡ−デヒドロゲナーゼ（１３，９９
，３）、３−ケトステロイドΔ１−デヒドロゲナーゼ（
１，３，９９，４）、３−ケトステロイドΔ４−デヒド
ロゲナーゼ（ＩＪ。
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り 、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（１，２Ｊ、２） 、ピルビン酸オキシダーゼ（
１，２，３３）、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（ＩＪ、１．
４） 、アシルＣｏＡ−デヒドロゲナーゼ（１３，９９
，３）、３−ケトステロイドΔ１−デヒドロゲナーゼ（
１，３，９９，４）、３−ケトステロイドΔ４−デヒド
ロゲナーゼ（ＩＪ。
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）、し−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エラーゼ（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） 、アスペルテートアミノトランスフエ
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） 、ピリドキサミンピル
ベートトランスフェラーゼ（２６１）、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）、ホスホグ
ルコキナーゼ（２，７，１，ＩＯ） 、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
，１，１１）、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，＋３）、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−グルコンダーゼ（３，２，１゜２
０）、β−グルコンダーゼ（３，２，１，２１） 、α
−ガラクトンダーゼ（３，２，１，２２） 、β−ガラ
クトシダーゼ（３，２，１，２３） 、イソメラ−ゼ（
３，２，１，２６）、ベブンン（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） 、カテブシンＡ（３゜４）、パパイン
（３，４，４，ＩＯ）、トロンビン（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） 、オキザレート
デカルボキシラーゼ（４，１，１，２）、トリプトファ
ンデカルボキシラーゼ（４，１，１，２７）、アルドラ
ーゼ（４，１，２，１’３） 、マレートシュダーゼ（
４，１，３，２）、トリプトファンシンターゼ（４，２
，１゜２０）、アルドラ−ゼ（４，３，１，１） 、リ
ジンラセマーゼ（５，１，１，５） 、グルコース−６
−リン酸イソメラーゼ（５Ｊ、１．９） 、ステロイド
Δ−イソメラーゼ（５Ｊ、３．１） 、マクシニルＣｏ
Ａ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。
，１゜１）、Ｌ−グルタミン酸デヒドロゲナーゼ（１，
４，１゜３）、し−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エラーゼ（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） 、アスペルテートアミノトランスフエ
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） 、ピリドキサミンピル
ベートトランスフェラーゼ（２６１）、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）、ホスホグ
ルコキナーゼ（２，７，１，ＩＯ） 、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
，１，１１）、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，＋３）、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−グルコンダーゼ（３，２，１゜２
０）、β−グルコンダーゼ（３，２，１，２１） 、α
−ガラクトンダーゼ（３，２，１，２２） 、β−ガラ
クトシダーゼ（３，２，１，２３） 、イソメラ−ゼ（
３，２，１，２６）、ベブンン（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） 、カテブシンＡ（３゜４）、パパイン
（３，４，４，ＩＯ）、トロンビン（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） 、オキザレート
デカルボキシラーゼ（４，１，１，２）、トリプトファ
ンデカルボキシラーゼ（４，１，１，２７）、アルドラ
ーゼ（４，１，２，１’３） 、マレートシュダーゼ（
４，１，３，２）、トリプトファンシンターゼ（４，２
，１゜２０）、アルドラ−ゼ（４，３，１，１） 、リ
ジンラセマーゼ（５，１，１，５） 、グルコース−６
−リン酸イソメラーゼ（５Ｊ、１．９） 、ステロイド
Δ−イソメラーゼ（５Ｊ、３．１） 、マクシニルＣｏ
Ａ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。
本発明のゲル基材の形状は、特に限定されることなく、
球状、繊維状、フィルム状などの任意の形状を適宜選択
することができる。
球状、繊維状、フィルム状などの任意の形状を適宜選択
することができる。
本発明のゲル基材の性質は一般に次のとおりである。ゲ
ルの含水率（ゲル全量中の水の量の割合）は９０〜９７
％と大変高く、ＰＶＡに対する水の量は１０倍以上のも
のが得られる。
ルの含水率（ゲル全量中の水の量の割合）は９０〜９７
％と大変高く、ＰＶＡに対する水の量は１０倍以上のも
のが得られる。
したがって、本発明のゲル基材の場合のＰＶＡの単位重
量あたりの水分量は従来の重合度１０００〜２０００の
ＰＶＡの場合と比較して２倍以上となる。
量あたりの水分量は従来の重合度１０００〜２０００の
ＰＶＡの場合と比較して２倍以上となる。
また本発明のゲル基材を水に浸漬した場合のゲル基材中
のＰＶＡの水への溶解性は、従来の重合度１０００〜２
０００のＰ ＸＩ Ａの場合と比較してはるかに低い。
のＰＶＡの水への溶解性は、従来の重合度１０００〜２
０００のＰ ＸＩ Ａの場合と比較してはるかに低い。
また細孔容積についてはＰＶＡの重合度が高くなるにつ
れて、大きな値となる。
れて、大きな値となる。
以上の３つの特徴は、ゲル基材を水溶中で、バイオリア
クター担体として使用する時にきわめて重要なものであ
る。すなわちゲル基材からのＰＶ、への溶出は、バイオ
リアクターにより得られに反応主成物へのコンタミの原
因となり、ＰＶＡの溶出量か多くなるとゲル基材の強度
の低下をもたらす。したがって高重合度ＰＶＡからなる
本発明のゲル基材の場合、ＰＶＡの溶出量が抑制できる
ために、このようなバイオリアクターに用いる場合にき
わめて有用である。またゲル基材の含水率が大きいこと
および細孔容積が大であることはバイオリアクター中に
固定化される微生物の生存にとって好都合であるばかり
でなく、更にゲル基材中への反応原料の浸透性を増加さ
せるために、反応を促進するものとなる。
クター担体として使用する時にきわめて重要なものであ
る。すなわちゲル基材からのＰＶ、への溶出は、バイオ
リアクターにより得られに反応主成物へのコンタミの原
因となり、ＰＶＡの溶出量か多くなるとゲル基材の強度
の低下をもたらす。したがって高重合度ＰＶＡからなる
本発明のゲル基材の場合、ＰＶＡの溶出量が抑制できる
ために、このようなバイオリアクターに用いる場合にき
わめて有用である。またゲル基材の含水率が大きいこと
および細孔容積が大であることはバイオリアクター中に
固定化される微生物の生存にとって好都合であるばかり
でなく、更にゲル基材中への反応原料の浸透性を増加さ
せるために、反応を促進するものとなる。
以下に、本発明のゲル基材の製造法について詳しく説明
するる 本発明のゲル基材は、平均重合度が２８００以上のＰＶ
Ａ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球状、繊維状
、膜状などの任意の形状で、該水溶性高分子多糖類をゲ
ル化し得る陽イオンを含有する化合物を含有する水溶液
と接触させることによって該混合水溶液の表面を固化さ
せ、得られた成形物を一５℃以下での凍結とそれに続く
解凍からなる操作に少なくとも１回付することによつて
ＰＶＡをゲル化させることにより得ることができる。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を用い
ることが好ましい。アルギン酸ナトリウムは、Ｐ Ｖ
Ａ水溶液の成形助剤となるばかりでなく、アルギン酸ナ
トリウムを添加しないものに比へ、ゲル強度を上げ、ゲ
ル表面の粘着性を解消する効果がゐる。このことは、凍
結温度や凍結保持時間、凍結−解凍処理回数などの凍結
条件がより簡略化さシするため、ゲル基材による生体触
媒固定化処理に要する時間を著しく短縮できる。なお、
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、ＣａＣＱｖと略記することがある）を使用
するのが好適である。
するる 本発明のゲル基材は、平均重合度が２８００以上のＰＶ
Ａ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球状、繊維状
、膜状などの任意の形状で、該水溶性高分子多糖類をゲ
ル化し得る陽イオンを含有する化合物を含有する水溶液
と接触させることによって該混合水溶液の表面を固化さ
せ、得られた成形物を一５℃以下での凍結とそれに続く
解凍からなる操作に少なくとも１回付することによつて
ＰＶＡをゲル化させることにより得ることができる。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を用い
ることが好ましい。アルギン酸ナトリウムは、Ｐ Ｖ
Ａ水溶液の成形助剤となるばかりでなく、アルギン酸ナ
トリウムを添加しないものに比へ、ゲル強度を上げ、ゲ
ル表面の粘着性を解消する効果がゐる。このことは、凍
結温度や凍結保持時間、凍結−解凍処理回数などの凍結
条件がより簡略化さシするため、ゲル基材による生体触
媒固定化処理に要する時間を著しく短縮できる。なお、
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、ＣａＣＱｖと略記することがある）を使用
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の重合
度をあげるにしたがって、ＰＶＡ濃度を低くしてもゲル
化を行うことができる。またＰＶＡ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かめる。ＰＶＡ以外の添加
成分の種類や濃度、ＰＶＡの重合度及び混合水溶液の液
温などにより、適切な濃度を選定する必要はある。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
に滴下する場合においては、重合度２８００〜１８００
０のＰＶＡの場合にはＰＶＡ濃度０．５〜８重量％、好
ましくは１．０〜６重量％であれば球状化が可能であり
、より好ましい重合度３０００〜１００００のＰＶＡの
場合にはＰＶＡ濃度２，０〜６．０重量％にするとゲル
強度か非常に高いものが得られる。
度をあげるにしたがって、ＰＶＡ濃度を低くしてもゲル
化を行うことができる。またＰＶＡ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かめる。ＰＶＡ以外の添加
成分の種類や濃度、ＰＶＡの重合度及び混合水溶液の液
温などにより、適切な濃度を選定する必要はある。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
に滴下する場合においては、重合度２８００〜１８００
０のＰＶＡの場合にはＰＶＡ濃度０．５〜８重量％、好
ましくは１．０〜６重量％であれば球状化が可能であり
、より好ましい重合度３０００〜１００００のＰＶＡの
場合にはＰＶＡ濃度２，０〜６．０重量％にするとゲル
強度か非常に高いものが得られる。
重合度が１００００を超えるＰＶＡの場合には、微生物
の生存に適しに温度で取扱う場合には適正な粘度にする
ためにはＰＶＡ濃度１〜２重量％の希薄な濃度に下げる
必要があり、この状態でゲル化を行うと、ＰＶＡ濃度が
低いためにゲル基材の強度が低下することがある。また
比較的濃度をあげて、かつ粘度を下げるために、温度を
上げることにより適正な粘度としてゲル化を行なうこと
もできるが、糸ひき性が増加する傾向にあり、球状のゲ
ルを得るためには振動を加える等の対策が必要になる。
の生存に適しに温度で取扱う場合には適正な粘度にする
ためにはＰＶＡ濃度１〜２重量％の希薄な濃度に下げる
必要があり、この状態でゲル化を行うと、ＰＶＡ濃度が
低いためにゲル基材の強度が低下することがある。また
比較的濃度をあげて、かつ粘度を下げるために、温度を
上げることにより適正な粘度としてゲル化を行なうこと
もできるが、糸ひき性が増加する傾向にあり、球状のゲ
ルを得るためには振動を加える等の対策が必要になる。
Ｅ、実施例
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものでは
ない。また以下において「％」は、特にことわりのない
限り「重量％」を表わす。
本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものでは
ない。また以下において「％」は、特にことわりのない
限り「重量％」を表わす。
実施例！
（株）クラレ製のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（平
均重合度３０００、ケン化度９９．８モル％）を４０℃
の温水で約１ｈｒ洗浄後、ＰＶＡ濃度８ｗｔ％になる様
にＰｖＡに水を加え全量を４０ｇにしてｐｌ（６に調整
した。これをオートクレーブで１２０℃×３０分処理し
、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。
均重合度３０００、ケン化度９９．８モル％）を４０℃
の温水で約１ｈｒ洗浄後、ＰＶＡ濃度８ｗｔ％になる様
にＰｖＡに水を加え全量を４０ｇにしてｐｌ（６に調整
した。これをオートクレーブで１２０℃×３０分処理し
、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。
二のＰ Ｖ Ａ水溶液にアルギン酸ナトリウム０．４ｇ
を加えて、混合しに後、更にウレアーゼ０．５ｇを含む
蒸留水を４ｓ（！添加して充分撹拌した。
を加えて、混合しに後、更にウレアーゼ０．５ｇを含む
蒸留水を４ｓ（！添加して充分撹拌した。
これらの混合液を先端に内径０，８■の注射針を取りつ
けた内径２１＠φのビニル管１本を使用したローラーポ
ンプでｌ禦１２／分で送液し、スターラーで撹拌した０
、５ｍｏ１２／（の塩化カルシウム（ＣａＣＩ２−）水
溶液に氷表面５ｃｍの高さより滴下した。滴下した液滴
はＣａＣｌ２ を水溶液中で直ちに球状化して沈降した
。これらの球状化したＰＶＡ混合液成形物を全量ＣａＣ
（！を水溶液と分離し、蒸留水で軽く洗浄した後、−２
７℃±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
んだ球状のゲルが得られた。このゲルは球状に成形化さ
れ、粘着性もない。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。
けた内径２１＠φのビニル管１本を使用したローラーポ
ンプでｌ禦１２／分で送液し、スターラーで撹拌した０
、５ｍｏ１２／（の塩化カルシウム（ＣａＣＩ２−）水
溶液に氷表面５ｃｍの高さより滴下した。滴下した液滴
はＣａＣｌ２ を水溶液中で直ちに球状化して沈降した
。これらの球状化したＰＶＡ混合液成形物を全量ＣａＣ
（！を水溶液と分離し、蒸留水で軽く洗浄した後、−２
７℃±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
んだ球状のゲルが得られた。このゲルは球状に成形化さ
れ、粘着性もない。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。
このようにして得られたウレアーゼを固定化したＰＶＡ
ゲルの水溶液中での溶出量を測定した。
ゲルの水溶液中での溶出量を測定した。
３回の凍結−解凍終了後のゲル３０ｇに対して水３００
ｇを加え、３０℃にて１週間撹拌した。この時のＰＶＡ
の溶出量をゲル１ｋｇあたりの値で示した。
ｇを加え、３０℃にて１週間撹拌した。この時のＰＶＡ
の溶出量をゲル１ｋｇあたりの値で示した。
また、３回の凍結−解凍後、ゲル３０ｇに対して水３０
０ｇを加え、３０℃にて５日間洗浄したゲルについて液
切りをした後、あらたに水３００ｇを加えて、３０℃に
て１週間洗浄しこの時のＰＶＡの溶出量をゲル１ｋｇあ
たりの値で示した。それらのＰＶＡの溶出量の結果を表
１に示す。
０ｇを加え、３０℃にて５日間洗浄したゲルについて液
切りをした後、あらたに水３００ｇを加えて、３０℃に
て１週間洗浄しこの時のＰＶＡの溶出量をゲル１ｋｇあ
たりの値で示した。それらのＰＶＡの溶出量の結果を表
１に示す。
次に、ＰＶＡゲルの細孔容積を測定した。測定に先立ち
ＰＶＡゲルを次の方法により凍結乾燥処理した。すなわ
ち、試料のゲルは凍結乾燥機の中で前しって一２０℃に
て十分凍結し、引き続き真空ポンプでＯ，１Ｔｏｒｒま
で減圧した後、１”Ｃ／ｈｒにて０℃まで温度をあげ、
その後２日間の凍結乾燥を実施した。このようにして得
られたゲルの乾燥物について水銀圧入法により細孔容積
を測定した。
ＰＶＡゲルを次の方法により凍結乾燥処理した。すなわ
ち、試料のゲルは凍結乾燥機の中で前しって一２０℃に
て十分凍結し、引き続き真空ポンプでＯ，１Ｔｏｒｒま
で減圧した後、１”Ｃ／ｈｒにて０℃まで温度をあげ、
その後２日間の凍結乾燥を実施した。このようにして得
られたゲルの乾燥物について水銀圧入法により細孔容積
を測定した。
細孔分布は２つの領域から構成され、１つは０．００２
〜２μｍ、１つは３〜２００μｌであった。各細孔領域
について、細孔容積を測定した結果を表１に示す。
〜２μｍ、１つは３〜２００μｌであった。各細孔領域
について、細孔容積を測定した結果を表１に示す。
次に、ＰＶＡゲルの含水率についての測定を実施した。
試料のＰＶＡゲルについて表面の付着水をとり除いた後
、約１ｇを精評し、１００℃の乾燥機の中で２４ｈｒ乾
燥した。この時の重量減少はゲル中の水分に由来するも
のと考えて、次式で分水率を算出した。
、約１ｇを精評し、１００℃の乾燥機の中で２４ｈｒ乾
燥した。この時の重量減少はゲル中の水分に由来するも
のと考えて、次式で分水率を算出した。
含水率（％）−（重量減少量／ゲル１ｉｌｌ）Ｘ１００
含水率の測定結果を表１に示す。
含水率の測定結果を表１に示す。
実施例２〜６
実施例１と同様の試験を重合度のことなるＰＶＡを用い
て実施した。重合度をかえた場合は粘度を一定に保つた
めに、それに応じて濃度を変更して試験を実施した。そ
の結果を表１に示す。
て実施した。重合度をかえた場合は粘度を一定に保つた
めに、それに応じて濃度を変更して試験を実施した。そ
の結果を表１に示す。
実施例７
実施例６では重合度＋８０００、ＰＶＡ濃度１．５％
テ実施したがゲル強度がやや弱く、バイオリアクターと
して単時間の使用の場合には全く問題ないが、長期間使
用するにはやや問題があった。
テ実施したがゲル強度がやや弱く、バイオリアクターと
して単時間の使用の場合には全く問題ないが、長期間使
用するにはやや問題があった。
そこで、ＰＶＡ濃度をあげ２．５％で実施した。
この時粘度が上昇して、ノズルからの滴下が困難であっ
た。そこで溶液の温度を６０℃まであげてテストした。
た。そこで溶液の温度を６０℃まであげてテストした。
この結果、ゲル強度は十分なゲルをうろことができたが
、糸ひき性により、球状のゲルは得られず、楕円状のゲ
ルが得られた。その結果を表１に示す。
、糸ひき性により、球状のゲルは得られず、楕円状のゲ
ルが得られた。その結果を表１に示す。
比較例Ｉ
重合度１７５０の通常のＰＶＡを用いて、同様な試験を
実施した。その結果を表１に示す。
実施した。その結果を表１に示す。
以下令白
Ｆ１発明の効果
上記の実施例で明らかなとおり、重合度の高いＰ Ｖ
Ａからなるゲル基材の場合には、強度が高く、耐水性が
良好で、かっ細孔容積が大きいものが得られるなど、特
に生体触媒固定化用ゲルとして有用である。
Ａからなるゲル基材の場合には、強度が高く、耐水性が
良好で、かっ細孔容積が大きいものが得られるなど、特
に生体触媒固定化用ゲルとして有用である。
Claims (5)
- （１）平均重合度が２８００以上のポリビニルアルコー
ルからなるゲル基材。 - （２）平均重合度が３０００〜１００００である請求項
１記載のゲル基材。 - （３）請求項１または２記載のゲル基材に生体触媒を固
定化した生体触媒固定化ゲル。 - （４）平均重合度が２８００以上のポリビニルアルコー
ルおよび水溶性高分子多糖類を含有する 混合水溶液を該水溶性高分子多糖類をゲル 化する能力のある陽イオン化合物を含有す る水溶液と接触させることにより、該混合 水溶液の表面を固化させ、得られた成形物 を−５℃以下での凍結および解凍からなる 操作を行うことを特徴とするゲル基材の製 造法。 - （５）平均重合度が２８００以上のポリビニルアルコー
ル、水溶性高分子多糖類および生体触媒 を含有する混合水溶液を該水溶性高分子多 糖類をゲル化する能力のある陽イオン化合 物を含有する水溶液と接触させることによ り、該混合水溶液の表面を固化させ、得ら れた成形物を−５℃以下での凍結および解 凍からなる操作を行うことを特徴とする生 体触媒固定化ゲルの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28647389A JP3266607B2 (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | 生体触媒固定化ゲル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28647389A JP3266607B2 (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | 生体触媒固定化ゲル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146128A true JPH03146128A (ja) | 1991-06-21 |
| JP3266607B2 JP3266607B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=17704851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28647389A Expired - Fee Related JP3266607B2 (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | 生体触媒固定化ゲル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3266607B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004075761A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Kuraray Co Ltd | 低比重ポリビニルアルコ−ル系含水ゲルの製造方法 |
| JP2004075762A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Kuraray Co Ltd | ポリビニルアルコール系含水ゲルの製造方法 |
| WO2019069809A1 (ja) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | 第一工業製薬株式会社 | タンパク質固定用担体、複合体、及びそれらの製造方法 |
-
1989
- 1989-11-01 JP JP28647389A patent/JP3266607B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004075761A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Kuraray Co Ltd | 低比重ポリビニルアルコ−ル系含水ゲルの製造方法 |
| JP2004075762A (ja) * | 2002-08-13 | 2004-03-11 | Kuraray Co Ltd | ポリビニルアルコール系含水ゲルの製造方法 |
| WO2019069809A1 (ja) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | 第一工業製薬株式会社 | タンパク質固定用担体、複合体、及びそれらの製造方法 |
| JP2019068753A (ja) * | 2017-10-06 | 2019-05-09 | 第一工業製薬株式会社 | タンパク質固定用担体、複合体、及びそれらの製造方法。 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3266607B2 (ja) | 2002-03-18 |
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