JPH0457319B2 - - Google Patents
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- JPH0457319B2 JPH0457319B2 JP15461686A JP15461686A JPH0457319B2 JP H0457319 B2 JPH0457319 B2 JP H0457319B2 JP 15461686 A JP15461686 A JP 15461686A JP 15461686 A JP15461686 A JP 15461686A JP H0457319 B2 JPH0457319 B2 JP H0457319B2
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Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- 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
本発明はバイオリアクター用反応担体に関する
ものである。さらに詳しくいえば、本発明は、活
性度に優れかつ反応速度の速い固定化酵素又は固
定化菌体を提供しうるバイオリアクター用反応担
体に関するものである。
ものである。さらに詳しくいえば、本発明は、活
性度に優れかつ反応速度の速い固定化酵素又は固
定化菌体を提供しうるバイオリアクター用反応担
体に関するものである。
従来の技術
近年、バイオテクノロジーの進展に伴い、固定
化酵素や固定化菌体を素子とするバイオリアクタ
ーを用いて、有用物質を連続的に製造する方法が
応用され始めており、品質、コスト、省エネルギ
ーなどの面でその有利性が注目されている。
化酵素や固定化菌体を素子とするバイオリアクタ
ーを用いて、有用物質を連続的に製造する方法が
応用され始めており、品質、コスト、省エネルギ
ーなどの面でその有利性が注目されている。
酵素や菌体を固定化する方法は、包括法、架橋
法、担体結合法に大きく分類され、担体結合法は
さらに共有結合法、イオン結合法及び物理的吸着
法に細分類することができる。これらの方法で得
られた固定化酵素や固定化菌体は通常ゲル状若し
くはフイルム状であり、カラムなどの反応容器に
充てんされて用いられている。しかしながら、こ
れらの固体化酵素や固定化菌体は、担体の単位重
量当りの酵素や菌体の量が少なく、かつ表面積も
小さくて、反応速度が遅いという欠点を有してい
る。
法、担体結合法に大きく分類され、担体結合法は
さらに共有結合法、イオン結合法及び物理的吸着
法に細分類することができる。これらの方法で得
られた固定化酵素や固定化菌体は通常ゲル状若し
くはフイルム状であり、カラムなどの反応容器に
充てんされて用いられている。しかしながら、こ
れらの固体化酵素や固定化菌体は、担体の単位重
量当りの酵素や菌体の量が少なく、かつ表面積も
小さくて、反応速度が遅いという欠点を有してい
る。
そこで、本発明者らはこのような欠点を改良す
るために、先に極細のアミノアセタール化ポリビ
ニルアルコール系合成繊維を担体とする優れた酵
素活性を示す酵素固定化繊維（特公昭57−17083
号公報）及び菌体固定化繊維（特開昭59−198976
号公報）を見出した。これらの酵素固定化繊維や
菌体固定化繊維は、現在グルコースイソメラーゼ
による転化糖の生産、グルコアミラーゼによるデ
ンプンの糖化などにおいて工業的応用が検討され
ている。
るために、先に極細のアミノアセタール化ポリビ
ニルアルコール系合成繊維を担体とする優れた酵
素活性を示す酵素固定化繊維（特公昭57−17083
号公報）及び菌体固定化繊維（特開昭59−198976
号公報）を見出した。これらの酵素固定化繊維や
菌体固定化繊維は、現在グルコースイソメラーゼ
による転化糖の生産、グルコアミラーゼによるデ
ンプンの糖化などにおいて工業的応用が検討され
ている。
しかしながら、これらの酵素固定化繊維や菌体
固定化繊維は、好気性発酵のように気体が関与す
る反応においては、固定化担体や繊維束内への気
体の拡散が遅く、酵素や菌体の活性を十分に利用
できないという欠点を有しており、特に固定化繊
維を用いる場合には、この傾向が大きい。
固定化繊維は、好気性発酵のように気体が関与す
る反応においては、固定化担体や繊維束内への気
体の拡散が遅く、酵素や菌体の活性を十分に利用
できないという欠点を有しており、特に固定化繊
維を用いる場合には、この傾向が大きい。
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、このような従来の固定化酵素
や固定化菌体が有する欠点を改良し、活性度に優
れ、かつ反応速度が速い上に、好気性発酵のよう
に気体が関与する反応においても、酵素や菌体の
活性を十分に利用しうる固定化酵素や固定化菌体
を与えるための担体を提供することにある。
や固定化菌体が有する欠点を改良し、活性度に優
れ、かつ反応速度が速い上に、好気性発酵のよう
に気体が関与する反応においても、酵素や菌体の
活性を十分に利用しうる固定化酵素や固定化菌体
を与えるための担体を提供することにある。
問題点を解決するための手段
本発明者らは前記の優れた特徴を有する固定化
酵素や固定化菌体を与えうる担体を開発するため
に鋭意研究を重ねた結果、気体や液体を選択的に
透過する流体通過性中空糸の外面に、酵素又は菌
体固定用繊維を被覆することにより、その目的を
達成しうることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至つた。
酵素や固定化菌体を与えうる担体を開発するため
に鋭意研究を重ねた結果、気体や液体を選択的に
透過する流体通過性中空糸の外面に、酵素又は菌
体固定用繊維を被覆することにより、その目的を
達成しうることを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至つた。
すなわち、本発明は、流体通過性中空糸の外面
に、酵素又は菌体の固定用繊維を被覆して成るバ
イオリアクター用反応担体を提供するものであ
る。
に、酵素又は菌体の固定用繊維を被覆して成るバ
イオリアクター用反応担体を提供するものであ
る。
本発明反応担体の構成材料の一つである酵素又
は菌体の固定用繊維としては、例えばアミノアセ
タール化ポリビニルアルコール系極細繊維、スル
ホン化ポリビニルアルコール系繊維、ビニルピリ
ジングラフト化ポリオレフイン繊維、ビニルピリ
ジングラフト化ポリエステル繊維などカチオン
化、又はアニオン化された合成繊維を挙げること
ができる。
は菌体の固定用繊維としては、例えばアミノアセ
タール化ポリビニルアルコール系極細繊維、スル
ホン化ポリビニルアルコール系繊維、ビニルピリ
ジングラフト化ポリオレフイン繊維、ビニルピリ
ジングラフト化ポリエステル繊維などカチオン
化、又はアニオン化された合成繊維を挙げること
ができる。
これらの繊維は0.05〜1μｍの範囲の径をもつ極
細繊維であることが好ましい。
細繊維であることが好ましい。
前記の酵素、菌体の固定用繊維は他のものに比
較して表面積が大きく、単位容積当り多量の酵素
や菌体を固定化できる上に、編成や織成すること
により種々の形態に加工しうるなどの特徴を有し
ている。
較して表面積が大きく、単位容積当り多量の酵素
や菌体を固定化できる上に、編成や織成すること
により種々の形態に加工しうるなどの特徴を有し
ている。
また、もう一つの構成材料である流体通過性中
空糸としては、ろ過膜として広く用いられている
セルロースアセテート、ポリオレフイン、ポリエ
ステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンな
どの多孔質中空糸、セラミツク多孔質中空糸及び
ポリシロキサンのような酸素富化機能を有する中
空糸などを挙げることができる。
空糸としては、ろ過膜として広く用いられている
セルロースアセテート、ポリオレフイン、ポリエ
ステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンな
どの多孔質中空糸、セラミツク多孔質中空糸及び
ポリシロキサンのような酸素富化機能を有する中
空糸などを挙げることができる。
これらの中空糸の中で酸素富化機能を有するも
のは、菌体の固定化に特に好適である。
のは、菌体の固定化に特に好適である。
本発明の反応担体は、これらの中空糸の外面に
前記の酵素又は菌体の固定用繊維を被覆したもの
であり、被覆の方法としては、例えば(1)中空糸を
中心として、その周りに固定用繊維を組紐状に編
織する、(2)中空糸の周りに固定用繊維を巻き付け
る、(3)中空糸と固定用繊維とを混織する、などの
方法が用いられる。
前記の酵素又は菌体の固定用繊維を被覆したもの
であり、被覆の方法としては、例えば(1)中空糸を
中心として、その周りに固定用繊維を組紐状に編
織する、(2)中空糸の周りに固定用繊維を巻き付け
る、(3)中空糸と固定用繊維とを混織する、などの
方法が用いられる。
これまでに報告されている中空糸を複合化した
バイオリアクター用材料としては、シリコン中空
糸とポリプロピレン多孔質中空糸とを組み合わせ
た好気性二層中空糸型のバイオリアクター用材料
が報告されている〔「バイオテクノロジー アン
ド・バイオエンジニアリング（Biotechnol.
Bioeng.，）」第12巻、第1012ページ（1985）〕。こ
の材料では、外径1.5mm、内径1.2mmのポリプロピ
レン多孔質中空糸の内部に外径0.2mm内径のシリ
コン中空糸が３本配置されており、菌体はこの２
種の中空糸の間隙に増殖され、固定化される。
バイオリアクター用材料としては、シリコン中空
糸とポリプロピレン多孔質中空糸とを組み合わせ
た好気性二層中空糸型のバイオリアクター用材料
が報告されている〔「バイオテクノロジー アン
ド・バイオエンジニアリング（Biotechnol.
Bioeng.，）」第12巻、第1012ページ（1985）〕。こ
の材料では、外径1.5mm、内径1.2mmのポリプロピ
レン多孔質中空糸の内部に外径0.2mm内径のシリ
コン中空糸が３本配置されており、菌体はこの２
種の中空糸の間隙に増殖され、固定化される。
反応に関与する酸素はシリコン中空糸の内側か
ら、基質はポリプロピレン中空糸の外側から供給
されるようになつている。
ら、基質はポリプロピレン中空糸の外側から供給
されるようになつている。
しかしながら、この材料においては、基質及び
生産物の移動がポリプロピレン通空糸膜を通して
行われるため、拡散の抵抗が大きく、その上この
ような二層の中空糸を長尺で工業的に作ることは
極めて困難であるという問題を有している。
生産物の移動がポリプロピレン通空糸膜を通して
行われるため、拡散の抵抗が大きく、その上この
ような二層の中空糸を長尺で工業的に作ることは
極めて困難であるという問題を有している。
これに対して、本発明の反応担体においては、
反応基質が単成分の場合は、該基質を中空糸の内
側より送入することにより、該基質は中空糸膜の
分離機能によつて、高濃度に中空糸のすぐ外側に
位置している繊維状の固定化酵素、又は固定化菌
体に供給され、速やかに反応生成物に変換され
て、系外へ排出され、一方二成分の場合はそのう
ちの一成分を中空糸の内側から、残りの成分を繊
維状固定化酵素、又は固定化菌体に直接供給する
ことにより、反応生成物に変換される。
反応基質が単成分の場合は、該基質を中空糸の内
側より送入することにより、該基質は中空糸膜の
分離機能によつて、高濃度に中空糸のすぐ外側に
位置している繊維状の固定化酵素、又は固定化菌
体に供給され、速やかに反応生成物に変換され
て、系外へ排出され、一方二成分の場合はそのう
ちの一成分を中空糸の内側から、残りの成分を繊
維状固定化酵素、又は固定化菌体に直接供給する
ことにより、反応生成物に変換される。
発明の効果
本発明のバイオリアクター用反応担体を用いた
固定化酵素又は固定化菌体は、通常のゲル状、膜
状、粒状の固定化酵素又は固定化菌体に比べて、
活性度に優れ、かつ基質との接触が良くて反応速
度が速く、しかもチヤネルフローの問題も少ない
上に、反応生成物が酵素や菌体の系外へ排出され
るため逆反応も起こりにくく、高効率に反応が行
われ、さらに好気性発酵のように気体が関与する
反応においても、酵素や菌体のもつ活性を十分に
利用しうるなどの優れた特徴を有している。
固定化酵素又は固定化菌体は、通常のゲル状、膜
状、粒状の固定化酵素又は固定化菌体に比べて、
活性度に優れ、かつ基質との接触が良くて反応速
度が速く、しかもチヤネルフローの問題も少ない
上に、反応生成物が酵素や菌体の系外へ排出され
るため逆反応も起こりにくく、高効率に反応が行
われ、さらに好気性発酵のように気体が関与する
反応においても、酵素や菌体のもつ活性を十分に
利用しうるなどの優れた特徴を有している。
また、本発明の反応担体は、糸状又は紐状であ
つて、これを編織したり束ねたりすることにより
種々の形態に加工することができ、リアクターの
形をデザインする上で非常に有効な材料であり、
しかも通常繊維産業にて行われている方法で製造
することができるなどの利点を有している。
つて、これを編織したり束ねたりすることにより
種々の形態に加工することができ、リアクターの
形をデザインする上で非常に有効な材料であり、
しかも通常繊維産業にて行われている方法で製造
することができるなどの利点を有している。
本発明の反応担体は、例えば好気性発酵、好気
性排水処理、排水の硝化脱窒処理、排ガスの生物
学的処理などのバイオリアクター用として用いら
れるが、該担体に一般的な触媒を固定することに
より、非生物学的なリアクター材料としても使用
することができる。
性排水処理、排水の硝化脱窒処理、排ガスの生物
学的処理などのバイオリアクター用として用いら
れるが、該担体に一般的な触媒を固定することに
より、非生物学的なリアクター材料としても使用
することができる。
実施例
次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
実施例 １
アミノアセタール化ポリビニルアルコール細繊
化繊維の単繊維10000本より成る糸にて外径0.6
mm、内径0.3mmのシリコン中空糸の外側を組紐状
に編織し、反応担体を作成した。担体１ｍ当りの
繊維重量は0.1ｇである。
化繊維の単繊維10000本より成る糸にて外径0.6
mm、内径0.3mmのシリコン中空糸の外側を組紐状
に編織し、反応担体を作成した。担体１ｍ当りの
繊維重量は0.1ｇである。
この反応担体を束ね、両端をシリコンのシーラ
ントにて包埋し、固化したのち、端を切断してリ
アクター用のモジユールを作成した。このモジユ
ールは50cmの反応担体500本より構成されており、
そのシリコン中空糸に20℃にて1.5Kg／cm2圧力で
空気を供給したときの水への酸素移動が平衡溶存
酸素濃度として10.5ppmであり、通常のばらつき
の値8.84ppmに比較して高く、酸素富化機能を有
するものであつた。
ントにて包埋し、固化したのち、端を切断してリ
アクター用のモジユールを作成した。このモジユ
ールは50cmの反応担体500本より構成されており、
そのシリコン中空糸に20℃にて1.5Kg／cm2圧力で
空気を供給したときの水への酸素移動が平衡溶存
酸素濃度として10.5ppmであり、通常のばらつき
の値8.84ppmに比較して高く、酸素富化機能を有
するものであつた。
該モジユールをペプトン0.65ｇ、グルコース
0.65ｇ、リン酸１カリウム0.05ｇを含む１の人
工下水に種汚泥を加えたもので三日間馴養するこ
とにより、固定用繊維に約7.5の好気性処理用
の微生物が固定化された。
0.65ｇ、リン酸１カリウム0.05ｇを含む１の人
工下水に種汚泥を加えたもので三日間馴養するこ
とにより、固定用繊維に約7.5の好気性処理用
の微生物が固定化された。
この微生物の固定化されたモジユールを用い、
シリコン中空糸に1.5Kg／cm2の圧力で空気を長し
ながら2000ppmのBODを含む人工下水１を処
理したところ、通常の活性汚泥法に比較して３倍
の処理速度が得られ、しかも汚泥分離の必要がな
かつた。
シリコン中空糸に1.5Kg／cm2の圧力で空気を長し
ながら2000ppmのBODを含む人工下水１を処
理したところ、通常の活性汚泥法に比較して３倍
の処理速度が得られ、しかも汚泥分離の必要がな
かつた。
実施例 ２
実施例１に記載と同様のモジユールを用い、１
中にグルコース25、エタノール８ｇ、酵母抽
出液１ｇ、ペプトン0.3ｇ、リン酸水素アンモニ
ウム0.3ｇ、リン酸１水素カリウム0.1ｇ、硫酸マ
グネシウム0.005ｇを含む培地にて種菌として
Acetobac ter acetiを加え、馴養したところ、モ
ジユール全体で約10ｇの菌体が固定化された。
中にグルコース25、エタノール８ｇ、酵母抽
出液１ｇ、ペプトン0.3ｇ、リン酸水素アンモニ
ウム0.3ｇ、リン酸１水素カリウム0.1ｇ、硫酸マ
グネシウム0.005ｇを含む培地にて種菌として
Acetobac ter acetiを加え、馴養したところ、モ
ジユール全体で約10ｇの菌体が固定化された。
この酢酸菌の固定化されたモジユールに1.5
Kg／cm2の空気を供給しながらエタノールの濃度を
20ｇに増加した前記の培地にて30℃で培養したと
ころ、酢酸の生産量は1.5ｇ／・hrとなり、回
分式に比べて1.5倍の効率が得られた。
Kg／cm2の空気を供給しながらエタノールの濃度を
20ｇに増加した前記の培地にて30℃で培養したと
ころ、酢酸の生産量は1.5ｇ／・hrとなり、回
分式に比べて1.5倍の効率が得られた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 流体通過性中空糸の外面に、酵素又は菌体の
固定用繊維を被覆して成るバイオリアクター用反
応担体。 ２ 流体通過性中空糸が酸素富化機能を有する特
許請求の範囲第１項記載のバイオリアクター用反
応担体。 ３ 固定用繊維が0.05〜1μｍの径を有する特許請
求の範囲第１項記載のバイオリアクター用反応担
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15461686A JPS6312280A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | バイオリアクタ−用反応担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15461686A JPS6312280A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | バイオリアクタ−用反応担体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6312280A JPS6312280A (ja) | 1988-01-19 |
| JPH0457319B2 true JPH0457319B2 (ja) | 1992-09-11 |
Family
ID=15588077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15461686A Granted JPS6312280A (ja) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | バイオリアクタ−用反応担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6312280A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02276565A (ja) * | 1989-04-18 | 1990-11-13 | Japanese Res & Dev Assoc Bio Reactor Syst Food Ind | 連続酵素反応装置 |
-
1986
- 1986-06-30 JP JP15461686A patent/JPS6312280A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6312280A (ja) | 1988-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |