JPH055470B2 - - Google Patents
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- JPH055470B2 JPH055470B2 JP59182300A JP18230084A JPH055470B2 JP H055470 B2 JPH055470 B2 JP H055470B2 JP 59182300 A JP59182300 A JP 59182300A JP 18230084 A JP18230084 A JP 18230084A JP H055470 B2 JPH055470 B2 JP H055470B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reactor
- granules
- immobilized
- bed
- diameter
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
技術分野
本発明は、バイオ反応装置に関する。さらに具
体的には、本発明は、粒状固定化菌体ないし酵素
の充填態様に主要な特色を有する。圧力損失の少
ないバイオ反応装置に関する。
体的には、本発明は、粒状固定化菌体ないし酵素
の充填態様に主要な特色を有する。圧力損失の少
ないバイオ反応装置に関する。
微生物菌体または酵素を水性ゲルに担持または
包接させたものの粒状体からなる固定化菌体ない
し酵素は、菌体ないし酵素の有用な形態として知
られていて、この粒状体を収容した反応器からな
るものがバイオ反応装置として検討されている。
バイオ反応装置には、様々な種類がある。その中
で実用化された連続式のバイオ反応装置のほとん
どが、固定化菌体ないし酵素の粒状体を充填した
反応器に基質溶液を通液させ反応させる所謂充填
層型反応器に分類される。ここで、充填層型反応
器の短所のうちで最も大きなものは、該反応器内
において気体（二酸化炭素等）の発生を伴う反応
を実施する場合、特に該反応器を上向流で通液し
実施する場合には、反応器内の圧力損失経時的に
大きくなつて、逐には基質溶液ないし発酵液の流
通が停止してしまうということである。
包接させたものの粒状体からなる固定化菌体ない
し酵素は、菌体ないし酵素の有用な形態として知
られていて、この粒状体を収容した反応器からな
るものがバイオ反応装置として検討されている。
バイオ反応装置には、様々な種類がある。その中
で実用化された連続式のバイオ反応装置のほとん
どが、固定化菌体ないし酵素の粒状体を充填した
反応器に基質溶液を通液させ反応させる所謂充填
層型反応器に分類される。ここで、充填層型反応
器の短所のうちで最も大きなものは、該反応器内
において気体（二酸化炭素等）の発生を伴う反応
を実施する場合、特に該反応器を上向流で通液し
実施する場合には、反応器内の圧力損失経時的に
大きくなつて、逐には基質溶液ないし発酵液の流
通が停止してしまうということである。
反応器内の圧力損失が経時的に増大する理由の
一つは、固定化菌体ないし酵素の粒状体内部で生
化学ないし酵素反応が進行してその際に粒状体内
部に発生する気体（二酸化炭素等）によつて粒状
体が低比重化して、反応器上部で粒状体を支持し
ている目皿に押圧されるようになり、さらに、こ
の気体（二酸化炭素等）によつて膨脹した粒状体
は押圧によつて変形し易くなつているので、目皿
に押圧されて層を成している粒状体は変形して粒
状体相互間の通液空間を失なうに到るからであ
る。また気体（二酸化炭素等）は当然のことなが
ら粒状体表面においても発生するが、この気体
（二酸化炭素等）は粒状体表面に付着してこれを
浮上させるべく作用して上記の問題に加担するば
かりでなく、それ自身の体積相当分あるいは基質
溶液中に遊離したものの体積相当分の基質溶液の
流通量が減少することになるのでそれを相殺すべ
く基質溶液送入圧力を増大させなければならない
という意味においても、反応器内圧力損失の増大
を引き起すことになる。反応器に通気を行ないな
がら通液を行なう場合にも、これと同様のことが
生ずる。
一つは、固定化菌体ないし酵素の粒状体内部で生
化学ないし酵素反応が進行してその際に粒状体内
部に発生する気体（二酸化炭素等）によつて粒状
体が低比重化して、反応器上部で粒状体を支持し
ている目皿に押圧されるようになり、さらに、こ
の気体（二酸化炭素等）によつて膨脹した粒状体
は押圧によつて変形し易くなつているので、目皿
に押圧されて層を成している粒状体は変形して粒
状体相互間の通液空間を失なうに到るからであ
る。また気体（二酸化炭素等）は当然のことなが
ら粒状体表面においても発生するが、この気体
（二酸化炭素等）は粒状体表面に付着してこれを
浮上させるべく作用して上記の問題に加担するば
かりでなく、それ自身の体積相当分あるいは基質
溶液中に遊離したものの体積相当分の基質溶液の
流通量が減少することになるのでそれを相殺すべ
く基質溶液送入圧力を増大させなければならない
という意味においても、反応器内圧力損失の増大
を引き起すことになる。反応器に通気を行ないな
がら通液を行なう場合にも、これと同様のことが
生ずる。
このような問題点は既に認識されていて種々の
解決策が提案されているのであるが、本発明者ら
の知るところでは必ずしも十分に満足すべきもの
とはいい難い。
解決策が提案されているのであるが、本発明者ら
の知るところでは必ずしも十分に満足すべきもの
とはいい難い。
発明の概要
要 旨
本発明は上記の点に解決を与えることを目的と
し、固定化菌体ないし酵素の粒状体の床を多孔容
器に分割して反応器内に収容することによつてこ
の目的を達成しようとするものである。
し、固定化菌体ないし酵素の粒状体の床を多孔容
器に分割して反応器内に収容することによつてこ
の目的を達成しようとするものである。
従つて、本発明によるバイオ反応装置は、微生
物菌体または酵素を含水ゲルに担持ないし包接さ
せたものの粒状体の床を内蔵した反応器からなる
バイオ反応装置において、該粒状体が網または多
孔板よりなる容器に収納されたものであつて、そ
の容器が少なくとも２個収容されたものであるこ
と、を特徴とするものである。
物菌体または酵素を含水ゲルに担持ないし包接さ
せたものの粒状体の床を内蔵した反応器からなる
バイオ反応装置において、該粒状体が網または多
孔板よりなる容器に収納されたものであつて、そ
の容器が少なくとも２個収容されたものであるこ
と、を特徴とするものである。
効 果
本発明に従つて固定化菌体ないし酵素を複数個
の多孔容器に収容して反応器に充填することによ
つて、充填層型反応器に不可避であつた反応器の
圧力損失を低くすることができるという思いがけ
ない作用によつて、充填層型反応器の圧力損失の
増大を防ぎ、高い反応率で長期間の連続運転を行
なうことができるという効果が得られる。
の多孔容器に収容して反応器に充填することによ
つて、充填層型反応器に不可避であつた反応器の
圧力損失を低くすることができるという思いがけ
ない作用によつて、充填層型反応器の圧力損失の
増大を防ぎ、高い反応率で長期間の連続運転を行
なうことができるという効果が得られる。
発明の具体的説明
固定化菌体ないし酵素／バイオ反応装置
含水ゲルに微生物菌体ないし酵素を担持させあ
るいは包接させて固定化したものが公知であるこ
とは前記したところであるが、それ自身およびそ
の使用の詳細については各種の成書または総説、
たとえば福井三郎、千畑一郎、鈴木周一編「酵素
工学」（く京化学同人）、D.Williams，D.M.
Munnecke：Biotech.and Bioeng.23，1813−25
（1981）を参照することができる。
るいは包接させて固定化したものが公知であるこ
とは前記したところであるが、それ自身およびそ
の使用の詳細については各種の成書または総説、
たとえば福井三郎、千畑一郎、鈴木周一編「酵素
工学」（く京化学同人）、D.Williams，D.M.
Munnecke：Biotech.and Bioeng.23，1813−25
（1981）を参照することができる。
微生物菌体ないし酵素を担持ないし包接した含
水ゲル粒状体として使用されるが、そのような粒
状体の床を内蔵する反応器からなるバイオ反応装
置もまた公知である。
水ゲル粒状体として使用されるが、そのような粒
状体の床を内蔵する反応器からなるバイオ反応装
置もまた公知である。
本発明で粒状体の床というときは、固定床すな
わち充填層型のものを意味する。反応器の構造な
いし構成を含めてバイオ反応装置の詳細について
は、上記文献その他を参照することができる。ま
た、本発明でいう「粒状体」の個々の粒子の形状
も合目的的な任意のものでありうる。具体的に
は、たとえば、粒状、柱状（断面は、円形、半円
形、方形その他でありうる）、小膜片状、短紐状、
その他の形状を挙げることができる。
わち充填層型のものを意味する。反応器の構造な
いし構成を含めてバイオ反応装置の詳細について
は、上記文献その他を参照することができる。ま
た、本発明でいう「粒状体」の個々の粒子の形状
も合目的的な任意のものでありうる。具体的に
は、たとえば、粒状、柱状（断面は、円形、半円
形、方形その他でありうる）、小膜片状、短紐状、
その他の形状を挙げることができる。
多孔容器／床の分割
固定化菌体ないし酵素の粒状体からなる床を分
割してそれぞれを収容すべき多孔容器は、粒状体
の通過が不可能なほど小さくかつ基質溶液の通過
が可能なほど大きな孔を有すると共に粒状体を収
容した状態で該菌体ないし酵素による生化学ない
し酵素反応に耐えかつこの反応を阻害しない構造
ないし素材の任意のものでありうる。この容器は
その複数個を反応器内に納めてバイオ反応装置を
構成するためのものであるから、その形状（複数
個のすべてが同一形状でなくてもよい）はそれに
適したものでなければならないことはいうまでも
ない。
割してそれぞれを収容すべき多孔容器は、粒状体
の通過が不可能なほど小さくかつ基質溶液の通過
が可能なほど大きな孔を有すると共に粒状体を収
容した状態で該菌体ないし酵素による生化学ない
し酵素反応に耐えかつこの反応を阻害しない構造
ないし素材の任意のものでありうる。この容器は
その複数個を反応器内に納めてバイオ反応装置を
構成するためのものであるから、その形状（複数
個のすべてが同一形状でなくてもよい）はそれに
適したものでなければならないことはいうまでも
ない。
このようなところから、多孔容器は、ステンレ
ス鋼、アルミニウム等の金属、メタクリル樹脂、
ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフイ
ン等のプラスチツク材、セラミツク材、等からな
る多孔板あるいは網で形成されたものが典型的で
ある。そしてその形状は、筒状（断面は、円形、
半円形、四半円形、方形、その他がある）、球状、
半球状、その他がある。
ス鋼、アルミニウム等の金属、メタクリル樹脂、
ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフイ
ン等のプラスチツク材、セラミツク材、等からな
る多孔板あるいは網で形成されたものが典型的で
ある。そしてその形状は、筒状（断面は、円形、
半円形、四半円形、方形、その他がある）、球状、
半球状、その他がある。
多孔容器に対する固定化菌体ないし酵素の粒状
体の充填率および反応容器に対する多孔容器の充
填率は、任意に定めることができる。また、多孔
容器は相互および反応器内壁と当接することによ
つて反応器内に固定ないし係止することも、反応
器内に設けた部材によつて固定ないし係止するこ
とも、あるいは反応器内で自由に動きうるように
することも、できる。また基質溶液が粒状体の床
内を効率よく貫流するようにするため、反応器お
よび（または）粒状体収容容器の内部、外部その
他適当な部位に適当な形状の邪魔板あるいは整流
板を設けることもできる。
体の充填率および反応容器に対する多孔容器の充
填率は、任意に定めることができる。また、多孔
容器は相互および反応器内壁と当接することによ
つて反応器内に固定ないし係止することも、反応
器内に設けた部材によつて固定ないし係止するこ
とも、あるいは反応器内で自由に動きうるように
することも、できる。また基質溶液が粒状体の床
内を効率よく貫流するようにするため、反応器お
よび（または）粒状体収容容器の内部、外部その
他適当な部位に適当な形状の邪魔板あるいは整流
板を設けることもできる。
その他、具体的なことに関しては、後記の実施
例を参照されたい。
例を参照されたい。
実験例
実施例 １
第１図ａに示す様に直径５cmの球状ステンレス
鋼製カゴ（鋼状。網目の大きさ２mm×２mm）に、
固定化酵母粒状体を充填した。この粒状体は、サ
ツカロミセス、ウバルムを湿重量（水分75％）で
16.5w／Ｖ％になる様に1w／ｖ％アルギン酸ナト
リウムに添加し、これを0.05M塩化カルシウム水
溶液中に滴下して固定化したアルギン酸カルシウ
ムゲルビーズ（直径３mm）である。これを第１図
ｂに示す様に、直径10cm、高さ50cmの円筒状カラ
ムに詰めて（反応器に対する固定化酵母粒状体の
充填率50V／Ｖ％）、20℃で糖度11°Pの麦芽汁を
上向流で毎時50〜100mlで流したところ、出口の
エタノール濃度４〜5W／Ｗ％、0.02Kg／cm2の圧
力損失で定常的に30日間連続運転ができた。
鋼製カゴ（鋼状。網目の大きさ２mm×２mm）に、
固定化酵母粒状体を充填した。この粒状体は、サ
ツカロミセス、ウバルムを湿重量（水分75％）で
16.5w／Ｖ％になる様に1w／ｖ％アルギン酸ナト
リウムに添加し、これを0.05M塩化カルシウム水
溶液中に滴下して固定化したアルギン酸カルシウ
ムゲルビーズ（直径３mm）である。これを第１図
ｂに示す様に、直径10cm、高さ50cmの円筒状カラ
ムに詰めて（反応器に対する固定化酵母粒状体の
充填率50V／Ｖ％）、20℃で糖度11°Pの麦芽汁を
上向流で毎時50〜100mlで流したところ、出口の
エタノール濃度４〜5W／Ｗ％、0.02Kg／cm2の圧
力損失で定常的に30日間連続運転ができた。
実施例 ２
第２図ａに示す様に直径７cm、高さ10cmの円筒
状ステンレス製カゴ（網状。網目の大きさ２mm×
２mm）一端に、フランジ状のジヤマ板（外径7.8
cm、内径７cm）をとりつけて、これに実施例１と
同様に調製したアルギン酸カルシウムゲルビーズ
（直径３mm）を充填した。これを第２図ｂに示す
様に直径８cm、高さ50cmの円筒状カラムに５個直
列に詰めて（反応器に対する固定化酵母粒状体の
充填率55V／Ｖ％）、20℃で10W／Ｖ％シヨ糖液
を上向流で毎時50〜100mlで流したところ、出口
のエタノール濃度４〜5W／Ｗ％、0.01Kg／cm2以
下の圧力損失で定常的に14日間連続運転ができ
た。
状ステンレス製カゴ（網状。網目の大きさ２mm×
２mm）一端に、フランジ状のジヤマ板（外径7.8
cm、内径７cm）をとりつけて、これに実施例１と
同様に調製したアルギン酸カルシウムゲルビーズ
（直径３mm）を充填した。これを第２図ｂに示す
様に直径８cm、高さ50cmの円筒状カラムに５個直
列に詰めて（反応器に対する固定化酵母粒状体の
充填率55V／Ｖ％）、20℃で10W／Ｖ％シヨ糖液
を上向流で毎時50〜100mlで流したところ、出口
のエタノール濃度４〜5W／Ｗ％、0.01Kg／cm2以
下の圧力損失で定常的に14日間連続運転ができ
た。
実施例 ３
第３図ａに示す様に、縦10cm、横１cm、高さ10
cmの直方体状ステンレス鋼製カゴ（網状。網目の
大きさ２mm×２mm）に、実施例１と同様に調製し
たアルギン酸カルシウムゲルビーズ（直径３mm）
を充填した。これを第３図ｂに示す様に縦10cm、
横6.2cm、高さ10cmの直方体カラムに５個並列に
詰めて（カゴ間距離0.2cm）（反応器に対する固定
化酵母粒状体の充填率55V／Ｖ％）、20℃で糖度
11°Pの麦芽汁を上向流で毎時５〜20mlで流したと
ころ、出口のエタノール濃度が４〜5W／Ｗ％、
0.01Kg／cm2以下の圧力損失で定常的に30日間連続
運転ができた。
cmの直方体状ステンレス鋼製カゴ（網状。網目の
大きさ２mm×２mm）に、実施例１と同様に調製し
たアルギン酸カルシウムゲルビーズ（直径３mm）
を充填した。これを第３図ｂに示す様に縦10cm、
横6.2cm、高さ10cmの直方体カラムに５個並列に
詰めて（カゴ間距離0.2cm）（反応器に対する固定
化酵母粒状体の充填率55V／Ｖ％）、20℃で糖度
11°Pの麦芽汁を上向流で毎時５〜20mlで流したと
ころ、出口のエタノール濃度が４〜5W／Ｗ％、
0.01Kg／cm2以下の圧力損失で定常的に30日間連続
運転ができた。
実施例 ４
第４図ａに示す様に直径３cm、高さ10cmの円筒
状メタクリル樹脂製容器（多孔状、パンチングシ
ート状で直径２mmの穴を多数あけたもの）に、固
定化酵素粒状体を充填した。この粒状体は、Ｌ−
グルタミン酸脱炭酸酵素（生化学工業(株)製品）50
mgを0.1M酢酸緩衝液（PH４）125mlに溶解し、次
いでｋ−カラギーナン15ｇを375mlの水で溶解し
て60℃に保温したものと混合し、冷却してからこ
れに塩化カルウム0.1W／Ｖ％水溶液500mlを加え
てゲル化させ、１辺３mmの立方体に細断した固定
化Ｌ−グルタミン酸脱炭酸酵素標品である。これ
を第４図ｂに示す様に直径9.6cm、高さ10cmの円
筒状カラムに７個並列に詰めて（反応器に対する
固定化Ｌ−グルタミン酸脱炭酸酵素粒状体の充填
率45V／Ｖ％）、20℃で1W／Ｖ％Ｌ−グルタミン
酸を含む0.1M酢酸緩衝液（PH４）を上向流で毎
時５〜20mlで流したところ、0.01Kg／cm2以下の圧
力損失で定常的に14日間冷却運転ができた。
状メタクリル樹脂製容器（多孔状、パンチングシ
ート状で直径２mmの穴を多数あけたもの）に、固
定化酵素粒状体を充填した。この粒状体は、Ｌ−
グルタミン酸脱炭酸酵素（生化学工業(株)製品）50
mgを0.1M酢酸緩衝液（PH４）125mlに溶解し、次
いでｋ−カラギーナン15ｇを375mlの水で溶解し
て60℃に保温したものと混合し、冷却してからこ
れに塩化カルウム0.1W／Ｖ％水溶液500mlを加え
てゲル化させ、１辺３mmの立方体に細断した固定
化Ｌ−グルタミン酸脱炭酸酵素標品である。これ
を第４図ｂに示す様に直径9.6cm、高さ10cmの円
筒状カラムに７個並列に詰めて（反応器に対する
固定化Ｌ−グルタミン酸脱炭酸酵素粒状体の充填
率45V／Ｖ％）、20℃で1W／Ｖ％Ｌ−グルタミン
酸を含む0.1M酢酸緩衝液（PH４）を上向流で毎
時５〜20mlで流したところ、0.01Kg／cm2以下の圧
力損失で定常的に14日間冷却運転ができた。
比較例
実施例１と同様に調製したアルギン酸カルシウ
ムゲルビーズ（直径３mm）を実施例２と同様の円
筒カラム（第２図ｂ）に充填率55V／Ｖ％で充填
し、20℃で糖度11°Pの麦芽汁を上向流で毎時50〜
100mlで流したところ、出口のエタノール濃度は
４〜5W／Ｗ％であつたが、アルギン酸カルシウ
ムゲルビーズはカラム上部に押圧され、これによ
り変形、圧着化し、24時間後の圧力損失は2.0
Kg／cm2となり、運転が不可能となつた。
ムゲルビーズ（直径３mm）を実施例２と同様の円
筒カラム（第２図ｂ）に充填率55V／Ｖ％で充填
し、20℃で糖度11°Pの麦芽汁を上向流で毎時50〜
100mlで流したところ、出口のエタノール濃度は
４〜5W／Ｗ％であつたが、アルギン酸カルシウ
ムゲルビーズはカラム上部に押圧され、これによ
り変形、圧着化し、24時間後の圧力損失は2.0
Kg／cm2となり、運転が不可能となつた。
第１〜４図はいずれも本発明バイオ反応装置の
具体例の説明図である。各図でのａは粒状体収容
容器を、同ｂは粒状体収容容器を反応器内に充填
した状態をそれぞれ示すものである。
具体例の説明図である。各図でのａは粒状体収容
容器を、同ｂは粒状体収容容器を反応器内に充填
した状態をそれぞれ示すものである。
Claims (1)
- １ 微生物菌体または酵素を含水ゲルに担持ない
し包接させたものの粒状体の床を内蔵する反応器
からなるバイオ反応装置において、該粒状体が網
または多孔板よりなる容器に収納されたものであ
つて、その容器が少なくとも２個収容されたもの
であることを特徴とする、バイオ反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18230084A JPS6158581A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | バイオ反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18230084A JPS6158581A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | バイオ反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6158581A JPS6158581A (ja) | 1986-03-25 |
| JPH055470B2 true JPH055470B2 (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=16115873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18230084A Granted JPS6158581A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | バイオ反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6158581A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0687768B2 (ja) * | 1988-10-20 | 1994-11-09 | 麒麟麦酒株式会社 | 回転式固定層型バイオリアクタ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6027698U (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-25 | 日東電工株式会社 | 酵素反応装置 |
| JPS6027699U (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-25 | 日東電工株式会社 | 固定化酵素容器 |
-
1984
- 1984-08-31 JP JP18230084A patent/JPS6158581A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6158581A (ja) | 1986-03-25 |
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