JPH0327198B2 - - Google Patents

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JPH0327198B2
JPH0327198B2 JP62175747A JP17574787A JPH0327198B2 JP H0327198 B2 JPH0327198 B2 JP H0327198B2 JP 62175747 A JP62175747 A JP 62175747A JP 17574787 A JP17574787 A JP 17574787A JP H0327198 B2 JPH0327198 B2 JP H0327198B2
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JP
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chitosan
gel
aldehyde
enzymes
enzyme
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Hideo Kusaoke
Kenzo Kanai
Masahiro Sawazaki
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Kanai Educational Institution
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Kanai Educational Institution
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、担体として酵素または微生物菌体の
固定化方法の改良に関するもので、食品・医薬・
醸造・農業・化学工業・環境浄化・エネルギー産
業など広い分野において利用可能である。
〔従来の技術、および解決すべき問題点〕
最近、酵素・微生物菌体を固定化する方法は、
急速な進歩を見ており、吸着法・共有結合法・包
括法・架橋法など様々な技術が提案されている。
そこで、上記固定化法の代表例として包括法に
ついて見れば、ポリアクリルアミドゲルやκ−カ
ラギーナン、アルギン酸塩、寒天などの多糖ゲル
中に酵素や菌体を包含する場合、ゲル格子の大き
さとも関連して、酵素や微生物菌体を固定化した
としても、物理的強度がなかつたり、ゲルの膨潤
度が大きかつたりすると、酵素反応中に酵素の溶
出が起き、酵素の保持活性の低下を引き起こした
り、 逆に、ゲル強度が弱いと、大規模スケールの使
用に耐えなかつたり、あるいは連続反応の途中で
固定化酵素または、固定化微生物菌体が膨潤して
目詰まりを起したり、また仮に物理的強度に耐え
られたとしても酵素の保持活性が低く、生産性が
頗る低いと云つた難点があり、工業的に使用でき
る固定化酵素や固定化微生物としては、未だ十分
とは云うことができない。
本発明の目的は、酵素・微生物菌体の包括固定
化の従来技術に内在する前述の欠点を解消して、
量産性に富み、工業的に利用可能な固定化酵素・
固定化微生物を提供しようとするものである。
〔目的達成のために採用した手段〕
即ち、本発明は、キトサンを脂肪族アルデヒド
と反応させることによつてキトサン中の1部のア
ミノ基とアルデヒドがシツフ塩基を形成して、下
記一般式で示される (たゞし、式中Rは水素原子と−(CH2oCH3
表わされる基で、式中のnは0〜2の整数) キトサン−アルデヒドゲルを生成することに着
目し、このキトサン−アルデヒドゲルと酵素また
は微生物を添加し、更にグルタルアルデヒドを添
加すると、凝集して樹脂状の固いゲルを効率的に
形成する事実があることを試行錯誤的実験を通じ
て知見し、この新知見を酵素または微生物菌体の
固定化方法に利用するものであり、 こうして得られた固定化酵素・固定化微生物
は、樹脂状の固いゲル生成物を形成して、従来法
で生成したもののようにゲル強度が弱いため大規
模スケールの使用に耐えなかつたり、あるいは連
続反応の過程で固定化酵素または固定化菌体が膨
潤して目詰まりしたりするという欠点が全くな
く、 また、熱安定性も良好で80〜100℃の熱に曝し
てもゲルの形状に全然変化が生じなかつた。
次いで、本発明者らは、自然界で豊富に得られ
るカニやエビなどの有機骨格物質であるキチン
を、脱アセチル化処理を施してキトサンとし、更
にこれをアルデヒドで処理したキトサン−アルデ
ヒドゲルを利用すれば、酵素または微生物菌体を
一層経済的に固定化できることも確認した。
また、キトサン−アルデヒドゲルは、キトサン
を適当な脂肪族アルデヒドと処理しても得られ
る。かゝる脂肪族アルデヒドとては、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒ
ド、n−ブチルアルデヒド等を挙げることができ
る。
つぎに、本発明における固定化用酵素として
は、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、グルコア
ミラーゼ、イソアミラーゼ、α−ガラクトシダー
ゼ、β−ガラクトシダーゼ、インベルターゼ、グ
ルコースイソメラーゼ、ガラクトースイソメラー
ゼ、キモトリプシン、酸性プロテアーゼ、中性プ
ロテアーゼ、アルカリプロテアーゼ、ペプシン、
パパイン、ウロキナーゼ、セルラーゼ、ヘミセル
ラーゼ、リパーゼ、アミノアシラーゼ、ペニシリ
ンアミダーゼ等のごとき広範囲の酵素を利用する
ことができる。
以下、便宜上、β−ガラクトシダーゼを対象例
として本発明を更に詳しく説明する。
本発明方法では、キトサン−アルデヒドゲルの
PHを5〜6とし、これにβ−ガラクトシダーゼを
加え、さらに全量の0.5〜2%のグルタルアルデ
ヒドを加えて樹脂状で固いゲル状の固定化酵素製
品を得た。
こうして得られたゲル状の固定化酵素製品は、
乾燥して粉末状の製品にしても、酵素の活性は何
ら低下しなかつた。
また、固定化酵素製品はカラムに充填した場
合、目詰まりがなく、かつ、樹脂状の固いゲルで
あるため、反応速度が良好で高速度で基質である
乳糖の溶液を流すことができ、さらに乳糖の加水
分解による生産性も極めて高く、工業的規模で実
施しても十分に満足出来るものである。
しかも、酵素はゲル表面にあるいは内部に包括
されているので、従来のキトサンのアルデヒド架
橋による酵素固定化方法に比較して、固定される
酵素の量が多い。
また更に、第1図に示すように20日間の連続使
用においても酵素活性の低下は認められなかつ
た。
次に、本発明において採択可能な微生物菌体と
しては、細菌類、放線菌類、カビ類、酵母類など
の広範囲の微生物を挙げることができる。
そこで、グルコースイソメラーゼを含有する放
線菌ストレプトマイセス・フエオクロモゲネスを
対象例とした場合について、補足説明をしてお
く。
キトサン−ホルムアルデヒドゲルは、酵素の場
合と同様で、放線菌菌体に対して包括−架橋によ
つて著しい凝集力を示すことは上述のとおりであ
り、例えばストレプトマイセス・フエオクロモゲ
ネスについて説明すると、キトサン−ホルムアル
デヒドゲルのPHを8にした後、菌体を加え、次い
で全量の0.5〜2%のグルタルアルデヒドを加え
ることによつて凝集沈澱が起こり、樹脂状の固定
化菌体の製品が得られた。
かくして得られたゲル状の固定化菌体製品は、
固定化酵素の場合と同様、乾燥して粉末状の製品
として何ら活性の低下は認められなかつた。
また、固定化菌体をカラムに充填したものも、
固定化酵素の場合と同様、目詰まりがなく、か
つ、樹脂状のゲルであるため、反応速度が速く高
速度でグルコース溶液を流すことができ、 しかもグルコースの異性化反応によつてフラク
トース生産性は極めて高く、工業的規模で満足出
来るものである。
しかも、酵素はゲル表面にあるいは内部に包括
されているので、従来のキトサンのアルデヒド架
橋による酵素固定化方法に比較して、固定される
酵素の量が多い。
更に、異性化反応に至適温度は80℃であるが、
この温度においても本発明のゲルにはまつたく形
状の変化がなかつた。第1図に示すように、20日
間以上の連続使用においても、菌体のイソメラー
ゼ活性の極端な低下は認められなかつた。
なお、上記した各処理は、放線菌の生死菌体の
何れにも有効で、菌体内酵素の保持性も高く、か
つ、カラムに充填した場合、固い樹脂状のゲルで
ある為、目詰まりがない良好な菌体処理物が得ら
れることとなつた。また、本発明方法は放線菌の
みならず、細菌類、カビ類、酵母類など他の微生
物菌体についても有効である。
以下、本発明の作用効果を、実施例を挙げて、
更に具体的に説明する。
なお、β−ガラクトシダーゼ活性は、国際β−
ガラクトシダーゼ単位を用い、乳糖溶液(乳糖濃
度180mM、酢酸ナトリウム緩衝液濃度0.1M、PH
4.2)で反応温度40℃1分間で乳糖をグルコース
とガラクトースに加水分解する酵素量を1単位と
する。また固定化収率は、加えた遊離のβ−ガラ
クトシダーゼの酵素活性(Unit)に対する固定
化β−ガラクトシダーゼの酵素活性(Unit)の
割合で表わされる。
{固定化収率}=〔固定化β−ガラクトシダ
ーゼの酵素活性(Unitsun)〕/〔加えた遊離のβ−ガ
ラクトシダーゼの酵素活性(Unitsun)〕×100 また、ストレプトマイセス・フエオクロモゲネ
ス菌体のグルコースイソメラーゼ活性は、国際グ
ルコースイソメラーゼ単位を用い、グルコース溶
液(グルコース濃度0.8M、硫酸マグネシウム溶
液0.01M、PH7.5)で反応温度60℃1分間でグル
コース1μモルを異性化する酵素活性を1単位と
する。なお、固定化収率は加えた遊離の菌体の酵
素活性(Units)に対する固定化菌体の酵素活性
(Units)の割合で表わされる。
{固定化収率}=〔固定化菌体のグルコースイソ
メラーゼ活性(Units)〕/〔加えた遊離菌体のグルコ
ースイソメラーゼ活性(Units)〕×100 実施例 1 キトサン0.5gを10%酢酸(15ml)に溶解し、
更にメタノール(20ml)を加えて希釈した。これ
にホルムアルデヒド(グルコサミン残基当たり25
モル当量)を加え室温で一昼夜放置した。生成し
た固いゲルは、ミキサーで細粉した後、蒸留水で
十分洗浄し、さらに濾過してPH7に調整すること
によつて細かいゲルを製した。次いで、蒸留水25
mlにゲルを懸濁し、PH5に調整した後、β−ガラ
クトシダーゼ(15mg、Aspergillus起源)を加え、
さらにグルタルアルデヒドを全量1%になるよう
に加えることによつて包括−架橋で固定化した。
かくして、本実施例の方法で得られた固定化酵
素製品の固定化収率は67.0%であつた。
実施例 2 キトサン0.5gを10%酢酸(15ml)に溶解し、
更にメタノール(20ml)を加えて希釈。これにプ
ロピルアルデヒド(グルコサミン残茎当り25モル
当量)を加え室温で一昼夜放置した。生成した固
いゲルは、ミキサーで細粉した後、蒸留水で十分
洗浄し、さらに濾過し、PH7に調整することによ
つて細かいゲルを製した。次いで、蒸留水25mlに
ゲルを懸濁しPH5に調整した後、β−ガラクトシ
ダーゼ(15mg、Aspergillus起源)を加え、更に
グルタルアルデヒドを全量1%になるように加え
ることによつて包括−架橋で固定化した。
かくして、本実施例の方法で得られた固定化酵
素製品の固定化収率は64.0%であつた。
実施例 3 ストレプトマイセス・フエオクロモゲネス(微
工研菌寄第221号)を培養して得たグルコースイ
ソメラーゼ生産菌体(8500Units/g)の30mg
(乾物)を蒸留水2mlに懸濁した。実施例1と同
様、予じめ調整しておいたキトサン−ホルムアル
デドゲルに0.1M燐酸緩衝液5mlを加え、PH8に
調整した後、菌体懸濁液(PH7)を加えた。次い
で、全量の1%になるようにグルタルアルデヒド
を加え、1時間放置後、洗浄・濾過して樹脂状の
固定化菌体製品を得た。
かくして、本実施例の方法で製した固定化製品
の固定化収率は53.1%であつた。
実施例 4 実施例3と同様に、ストレプトマイセス・フエ
オクロモゲネスを培養して得たグルコースイソメ
ラーゼ生産菌体(8500Units/g)の30mg(乾
物)を蒸留水2mlに懸濁。ついで、実施例2と同
様、予じめ調整しておいたキトサン−プロピルア
ルデドゲルに0.1M燐酸緩衝液5mlを加え、PH8
に調整した後、菌体懸濁液(PH7)を加えた。次
いで、全量の1%になるようにグルタルアルデヒ
ドを加え1時間放置後、洗浄・濾過して樹脂状の
固定化菌体製品を得た。
かくして、本実施例の方法で製した固定化製品
の固定化収率は60.0%であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は固定化β−ガラクトシダーゼ製品Aお
よび固定化グルコースイソメラーゼ生産菌体の製
品Bをカラムに充填し、連続反応を行つた時の酵
素活性の経過を示したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 酵素または微生物菌体にキトサン−アルデヒ
    ドゲルを加え、次いでグルタルアルデヒドで架橋
    してゲル状に樹脂化させ凝集せしめることを特徴
    とした酵素または微生物菌体の固定化方法。 2 キトサン−アルデヒドゲルが、キトサンの一
    部のアミノ基とアルデヒドとによりシツフ塩基を
    形成した下記一般式: (たゞし、式中Rは水素原子と−(CH2oCH3
    表わされる基で、式中のnは0〜2の整数) をもつて示される物質である請求項1記載の、酵
    素または微生物の固定化方法。 3 キトサン1重量部をアルデヒド1〜50重量部
    と反応して得られるキトサン−アルデヒドゲルの
    水分含有量が、キトサン自重の100〜1000倍に相
    当するものを使用する請求項1又は2記載の、酵
    素または微生物菌体の固定化方法。 4 キトサン−アルデヒドゲルとして、80〜100
    ℃の熱に対しても安定で形状の変化がないものを
    使用する請求項1〜3の何れか一つに記載の、酵
    素または微生物菌体の固定化方法。 5 酵素または微生物菌体をキトサン−アルデヒ
    ドゲルの表面および内部に包括させた後、グルタ
    ルアルデヒドで架橋固定する請求項1〜4の何れ
    か一つに記載の、酵素または微生物菌体の固定化
    方法。
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