JPH05130868A - 生体触媒固定化用新規担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 繊維状物質を懸濁した液を撹拌することによ
り得られる繊維状物質の球状の塊からなる生体触媒固定
化用担体。 【効果】 本発明の生体触媒固定化用担体は従来の多孔
性無機担体と比較して嵩比重が小さく細孔の量が多いた
め単位体積当りより多くの生体触媒を固定化することが
でき、しかも強度的にも優れているため、固定化生体触
媒を用いた反応を効率的かつ安定して行なうことができ
る。また本発明の担体は簡便な方法により製造すること
ができ、産業上非常に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医薬品、食品、化学品
等の製造あるいは汚水処理等の分野で生体触媒を固定化
しバイオリアクターとして利用するための固定化用担体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体触媒を固定化して各種の反応を行な
わしめることは近年広く行われている。多くの種類の有
機・無機高分子化合物が固定化用担体として用いられて
いるが、中でも多孔性無機物質によって生体触媒を包括
する方法は固定化条件が比較的温和であり、また担体の
機械的強度が強く長期使用ができることから、今後の応
用が期待されている。

【０００３】例えば特開昭５４−９５７８５号公報には
フリットガラスのような無定形物質あるいは菫青石状物
質のような結晶性物質等から成る多孔性無機支持体が開
示されている。この担体は固定化される細菌の最小の寸
法以上、最大の寸法の５倍以下の大きさの細孔、具体的
には０．８ないし２２０μｍ程度の直径の細孔を備えて
おり、この孔の中に多量の細菌を固定化することを特徴
としている。また、特開昭６２−２９８４９５号公報に
は、平均粒径が１００〜１０００μｍのセラミック粒子
をおこし状に成形し焼成した板状体を回転板とする汚水
処理装置が提案されている。また、特開平２−４０２９
０号公報には、５００〜２０００μｍの直径の孔が表面
に多数形成された嵩比重０．５以下の多孔性セラミック
からなる微生物固定化用担体の開示もある。

【０００４】いずれの担体の場合にも、比表面積を大き
くして担体中に捕捉できる微生物をできるだけ増加させ
ることが重要であり、従って細孔の量が多く嵩比重の小
さなものが望ましいとされている。しかしながら、細孔
の量を多くし嵩比重を小さくすると担体内部の空隙が増
加してしまうため担体の強度が弱まってしまい、その結
果、使用に際して過大な圧力が加わったり、撹拌反応に
おいては撹拌羽や壁部分、担体同士などと衝突すること
により粉状の破片が生成したり、さらには担体そのもの
が崩壊してしまうという問題があった。

【０００５】一方、固定化担体を反応に用いる際には、
固定化物をつめたカラムに原料溶液を流し、カラム中で
反応をおこなわしめて出口から反応物を回収するという
方式がよく行われる。この場合、カラムの中につめる担
体の形状は、球状ないしはビーズ状のものが圧力損失、
流速損失、均一充填等の点で最も適しているが、このよ
うな球状の担体を無機質系材料から製造するには特別な
加工プロセスが必要であった。つまり、無機物質の原料
を球状の形に成型するプロセスと、細孔を持たせるため
に無機質原料をそのままあるいは有機物等を混入して高
温で焼成する等のプロセスが必要であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、可能
な限り細孔の量を多くし嵩比重を小さくすることによ
り、単位体積当り従来よりも多量の生体触媒を固定化す
ることができ、しかも強度的にも満足のいく生体触媒固
定化用担体を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、繊維状物質を懸
濁した液を撹拌することにより得られる繊維状物質の球
状の塊がその目的に適合することを見いだし、本発明を
完成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、繊維状物質を懸濁し
た液を撹拌することにより得られる繊維状物質の球状の
塊からなる生体触媒固定化用担体を提供するものであ
る。

【０００９】本発明で用いる繊維状物質の例としては、
幅１ないし５０μｍ程度、長さ１ないし１０ｍｍ程度に
寸断されたガラス繊維が挙げられる。このガラス繊維を
水性溶媒中に０．０１％ないし５％程度の濃度で懸濁し
た液を数時間ないし数日間振盪することにより、ガラス
繊維は相互に絡み合い直径１ないし１０ｍｍ程度の球状
ないし錠剤状の塊を形成する。得られた塊の嵩比重は、
その塊の９５％以上のものが０．２５以下であり、従来
知られている多孔性無機質担体の約半分の軽さである。
走査型電子顕微鏡観察によるとこの塊はガラス繊維がほ
とんど曲がらずに伸長したまま複雑に絡み合って作り上
げてられいる。この塊は乾燥してもその見かけ体積に変
化はない。この塊は強度的にも非常に強固なものであ
り、従来の多孔性無機質担体の場合は過大な圧力がかか
ると崩壊が起こり担体の粉状の破片が発生するという問
題点があったが、本発明の担体は繊維が絡み合って構成
されているものなので崩壊が起こりにくい。例えば、過
大な力で圧縮しても多少外見的に圧縮されるだけである
し、強い撹拌を行って撹拌羽、撹拌槽壁、担体相互の衝
突を行わせても担体表面に多少のへこみが生ずるだけで
破片が生ずるということはほとんど起こり得ない。従来
知られている多孔性無機質固定化担体でこのような嵩比
重と強度を具現したものは見あたらない。

【００１０】本発明に用いられる繊維状物質としては、
ガラス繊維以外にも、木綿繊維、パルプ繊維、絹繊維等
の天然繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、
ポリスチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリビニル繊
維、炭素繊維、ポリフェニレン繊維、アラミド繊維、ポ
リイミド繊維、フェノール樹脂繊維等の合成繊維等を使
用することができる。生体触媒の固定化の効率をさらに
増加させるために、繊維表面に電荷を加えたり、生体触
媒とアフィニティーをもつ物質、例えば蛋白、糖、脂質
等をコーティングすることもできる。あるいは疎水処理
を行ってもよい。また、担体表面に官能基を導入し、こ
れに生体触媒を共有結合させることにより固定化するこ
ともできる。以上のような繊維を２種類以上組み合わせ
て使用することも可能である。

【００１１】本発明の繊維状物質の球状の塊からなる固
定化用担体は製造プロセスが非常に単純であり、繊維状
物質を懸濁した液を往復振盪機や撹拌装置を用いて撹拌
を行うだけの簡便な方法により製造することができ、産
業上非常に有効である。

【００１２】本発明の担体を用いて生体触媒を固定化す
るためには、生体触媒の懸濁液にあらかじめ作製してお
いた本発明の担体を浸漬したり、微生物や細胞を液体培
地で培養する際に本発明の担体を共存せしめればよい。
一方、生体触媒の懸濁液に繊維状物質を入れて撹拌する
ことにより球状の塊を形成させる方法によっても生体触
媒が取り込まれた担体を得ることができる。

【００１３】本発明において、担体に固定化する生体触
媒としては微生物菌体、酵素、動物細胞、植物細胞等が
挙げられる。固定化される微生物としては、ブレビバク
テリウム属、コリネバクテリウム属、バチルス属、大腸
菌、乳酸菌、酢酸菌等の細菌、サッカロミセス属等の酵
母、アスペルギルス属等のカビ、ストレプトミセス属等
の放線菌、その他担子菌、藻類等があり、酵素として
は、アスパルターゼ、ヒダントイナーゼ、トリプトファ
ナーゼ、β−チロシナーゼ、アミラーゼ、インベルター
ゼ、ラクターゼ、グルコースイソメラーゼ、シクロデキ
ストリントランスフェラーゼ、β−グルコシダーゼ、プ
ロテアーゼ、リパーゼ等が一種類以上固定化して用いら
れる。

【００１４】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。

【００１５】

【実施例１】幅５μｍ、長さ５ｍｍのガラス繊維を１重
量％濃度で水に懸濁した液を５００ｍｌ容坂口フラスコ
に３００ｍｌ入れ、毎分１２０回、ストローク７ｃｍで
往復振盪機にて撹拌した。１週間後、直径２ｍｍないし
１２ｍｍの球状の塊が多数生成した。出来た球状の塊を
集めて、洗浄後乾燥した。洗浄、乾燥によって球状の塊
の外観に変化は無かった。乾燥後の嵩比重を測定したと
ころ、０．２１であった。得られた球状の塊の中から直
径が約５ｍｍのものを取り出し、２枚の金属板の間に挟
んで圧縮した。１００ｋｇの荷重を加えると直径が約４
分の１にまで圧縮されたが塊そのものの崩壊は認められ
なかった。一方、比較のために特開昭５４−９５７８５
号公報記載のコーニングガラス社の担体の嵩比重を測定
したところ、０．５４であり、これに１００ｋｇの荷重
を加えて圧縮すると粉々に崩壊した。さらに、ガラス繊
維からなる本発明の球状の塊とコーニングガラス社の担
体をそれぞれ容器に別々に入れ体積の５０倍量の水を加
えてから日本精機製エキセルオートホモジナイザーを用
いて２０００回転で１時間撹拌し、それぞれの形態を観
察した。本発明の球状の塊は表面にへこみが多少生じた
が塊自体の崩壊はほとんど観察されなかったのに対し、
コーニングガラス社の担体は崩壊がみられ多数の粉状の
破片が生じた。

【００１６】

【実施例２】実施例１と同様に、長さ６ｍｍのｐ系アラ
ミド繊維（デュポン社製・商品名ケブラー２９）を１重
量％濃度で水に懸濁した液を５００ｍｌ容坂口フラスコ
に３００ｍｌ入れ、毎分１２０回、ストローク７ｃｍで
往復振盪機により撹拌した。１週間後直径３ｍｍないし
１４ｍｍの球状の塊が多数生成した。出来た球状の塊を
集めて洗浄後乾燥した。洗浄、乾燥によって球状の塊の
外観に変化は無かった。この塊の嵩比重は０．１９であ
った。

【００１７】

【実施例３】フマル酸２ｇ／ｄｌ、リン酸二水素カリウ
ム０．２ｇ／ｄｌ、硫酸マンガン４水塩１ｍｇ／ｄｌ、
硫酸マグネシウム７水塩１ｍｇ／ｄｌ、塩化カルシウム
０．０５ｇ／ｄｌ、酵母エキス１．０ｇ／ｄｌ、ポリペ
プトン１．０ｇ／ｄｌの組成の液体培地をアンモニアを
用いてｐＨ７．０に調整し、５００ｍｌ容坂口フラスコ
に５０ｍｌずつ分注した。この培地に実施例１、２で作
製した本発明の担体をそれぞれ４ｇずつ別々に入れ、１
２０℃で１５分加熱殺菌した。冷却後エシェリヒア・コ
リ ＡＴＣＣ１１７７５を１白金耳ずつ接種して３０℃
で１２時間培養した。この操作により菌体が本発明の担
体に固定化された。この固定化物を回収して生理食塩水
で洗浄した。

【００１８】得られた固定化物を用いてアスパルターゼ
の活性を調べた。反応液はフマル酸２０ｇ／ｄｌ、硫酸
マグネシウム７水塩１ｍＭを含有する溶液をアンモニア
を用いてｐＨ８．５に調整したものを用いた。反応液全
体に対して固定化担体濃度がそれぞれ５体積％となるよ
うに固定化物を反応液にいれた。反応はマグネチックス
ターラーで１００ｒｐｍの条件で撹拌しつつ１時間行
い、５分毎に反応液中に生成したアスパラギン酸の濃度
をニンヒドリンによる比色で定量して反応初速度を求め
た。反応は１０回繰り返して行った。なお、比較のため
実施例１に述べたコーニングガラス社の担体を用いて同
様に固定化を行った標品を用いて反応を行った。実施例
１で作製した本発明の担体を用いた固定化物の１回目反
応における活性値を１００とした時の相対活性で表した
結果を表１に示す。

【表１】

【００１９】この表から明らかなように、本発明の繊維
状物質の球状の塊からなる固定化担体を用いた場合はい
ずれも従来品より高い酵素活性を得ることができた。こ
れは、本発明の担体が従来品より嵩比重が小さく細孔が
多いために固定化された菌体の量が多く、また担体内部
への基質の拡散が容易となり反応が進んだためと考えら
れる。一方、本発明の担体を用いて１０回繰り返し反応
を行なっても活性の低下は少なかった。

【００２０】さらに、従来品を用いた場合は反応終了後
に担体の崩壊とともに粉状の破片が多数観察されたが、
本発明の固定化担体を用いた場合はいずれも反応液中に
繊維がわずかに認められるだけで担体の崩壊はほとんど
無かった。

【００２１】

【実施例４】実施例１で作製した本発明の担体１０ｇを
それぞれ１００ｍｌのトルエン中で２ｇのγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシランと反応させることにより担体
表面にアミノアルキル基を導入した。これに１％溶液の
パラニトロベンゾイルクロリドを結合させてから、水素
化ホウ素ナトリウムで還元することによりパラアミノベ
ンゾイル基とした。さらにこれを１０％硝酸ナトリウム
の６規定塩酸溶液の中で反応させてジアゾニウム塩とし
た。得られた担体を生化学工業製リゾプス・デレマー由
来リパーゼの１％水溶液に浸漬することにより酵素の固
定化を行った。これと同様の処理を実施例１に述べたコ
ーニングガラス社の担体について行った。これら２種類
の固定化物をそれぞれオリーブ油と水を等量混合した溶
液に５体積％となるように加え、マグネチックスターラ
ーを用いて３００ｒｐｍの速度で撹拌しながら３７℃に
て３時間回分反応を行った。反応液中に生成した脂肪酸
量を、中和に要する水酸化ナトリウム量で比較して相対
活性を算出した。反応終了後、脂肪酸とオリーブ油の付
着した固定化物をヘキサンで洗浄してから同様の反応を
計３回繰り返し行った。本発明の担体を用いた固定化物
の１回目反応における活性値を１００とした時の相対活
性で表した結果を表２に示す。

【表２】

【００２２】この表から明らかなように、本発明の繊維
状物質の球状の塊を担体として用いた場合、従来品より
も高い酵素活性を得ることができた。また、繰り返し反
応による活性の低下も少なかった。

【００２３】

【発明の効果】本発明の生体触媒固定化用担体は、従来
の多孔性無機担体と比較して嵩比重が小さく細孔の量が
多いため単位体積当りより多くの生体触媒を固定化する
ことができ、しかも強度的にも優れているため、固定化
生体触媒を用いた反応を効率的かつ安定して行なうこと
ができる。また本発明の担体は簡便な方法により製造す
ることができ、産業上非常に有効である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維状物質を懸濁した液を撹拌すること
   により得られる繊維状物質の球状の塊からなる生体触媒
   固定化用担体。