JPH11162A - Bioreactor element, its production, and bioreactor using the same - Google Patents
Bioreactor element, its production, and bioreactor using the sameInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオテクノロジ
ーの分野に属し、特に、バイオリアクターに用いること
ができる新しいタイプの素子、ならびに、そのようなバ
イオリアクター素子を製造する方法および該素子を使用
するバイオリアクターに関する。The present invention belongs to the field of biotechnology and, in particular, to a new type of device that can be used in bioreactors, as well as a method for producing such a bioreactor device and the use of said device. Regarding bioreactors.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】微生物や酵素を固定化して物
質の合成、分解、化学変換などを行う所謂バイオリアク
ターについては、近年、数多くの研究がなされている。
この場合、バイオリアクターにおいて最も一般的に採用
されている方式は、アルギン酸カルシウム、κ−カラギ
ナンなどの天然高分子、またはポリアクリルアミド、ポ
リビニルアルコールなどの合成高分子を固定化担体とし
て用い、これらのゲル中に微生物菌体や酵素を物理的に
包括固定化してビーズ状とし、流通式反応器に充填し連
続的な生化学反応を行わせる方式である。2. Description of the Related Art In recent years, many studies have been made on so-called bioreactors for immobilizing microorganisms and enzymes to synthesize, decompose, and chemically convert substances.
In this case, the most commonly used method in a bioreactor is a natural polymer such as calcium alginate, κ-carrageenan, or a synthetic polymer such as polyacrylamide or polyvinyl alcohol as an immobilization carrier. In this method, microbial cells and enzymes are physically entrapped and immobilized to form beads, which are filled in a flow-type reactor to perform a continuous biochemical reaction.
【０００３】このような方式は、微生物菌体や酵素を或
る程度の高濃度で固定、保持することができるものでは
あるが、反応に必要なガス（例えば、菌体の増殖に必要
な無菌酸素）を供給することが難しく工夫を要するこ
と、原料液や培地などの液体を流通させる際の圧力損失
をできるだけ回避するためにビーズ径を小さくすること
に限界がありそれらの液体の接触面積を大きくとれない
こと、さらには、ガスが発生する反応においては脱ガス
が難しいこと等の理由により、リアクター効率に限界が
あるという問題を残している。[0003] Although such a system can fix and hold microbial cells and enzymes at a certain high concentration, they require a gas required for the reaction (for example, a sterile gas required for the growth of the cells). It is difficult to supply oxygen), and it is necessary to devise it. In addition, there is a limit to reducing the bead diameter in order to avoid as much as possible a pressure loss when flowing a liquid such as a raw material liquid or a culture medium. There is a problem that the efficiency of the reactor is limited because it cannot be made large, and it is difficult to degas in a reaction that generates gas.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ガスや
液体の供給およびそれらの除去を容易に行うことがで
き、各種の生化学反応または生体反応を効率的に進行さ
せ得るバイオリアクターを開発することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bioreactor which can easily supply and remove gases and liquids and can efficiently advance various biochemical or biological reactions. To develop.
【０００５】本発明者は、研究を重ねた結果、中空糸の
特性に注目し、これを利用することによって従来存しな
かった新しいタイプのバイオリアクターの構築が可能で
あることを見出し、上記の目的を達成した。As a result of repeated studies, the present inventors have paid attention to the properties of hollow fibers, and have found that it is possible to construct a new type of bioreactor that has not existed before by utilizing such properties. You have achieved your goal.
【０００６】すなわち、本発明は、先ず、その基本発明
として、表面に親水性基が存在する中空糸から成ること
を特徴とするバイオリアクター素子を提供する。このよ
うなバイオリアクター素子は、種々のバイオリアクター
を構築する素子として使用することができる。親水性基
は、一般的には、アミノ基および／またはカルボキシル
基である。That is, the present invention provides, as a basic invention, a bioreactor element comprising a hollow fiber having a hydrophilic group on the surface. Such a bioreactor element can be used as an element for constructing various bioreactors. The hydrophilic group is generally an amino group and / or a carboxyl group.
【０００７】また、本発明者は、このようなバイオリア
クター素子は低温プラズマ表面処理によって製造できる
ことも見出している。かくして、本発明は、別の視点と
して、放電ガスを用いて中空糸を低温プラズマ処理する
ことにより、該中空糸の表面に親水性基を導入すること
を特徴とするバイリアクター素子の製造方法を提供す
る。The inventor has also found that such a bioreactor element can be manufactured by low-temperature plasma surface treatment. Thus, the present invention provides, as another viewpoint, a method for producing a bireactor element, which comprises introducing a hydrophilic group to the surface of a hollow fiber by subjecting the hollow fiber to low-temperature plasma treatment using a discharge gas. provide.
【０００８】さらに、本発明に従えば、上記のようなバ
イオリアクター素子を使用する装置の発明として、親水
性高分子を介して微生物菌体または酵素が表面に固定さ
れた該バイオリアクター素子を複数束ねて形成されたモ
ジュールと、管状容器とを有し、該モジュールが該管状
容器に組み込まれて、バイオリアクター素子を構成する
中空糸の内部に気体が供給され、且つ、該中空糸の外部
に液体が供給され得るようになっていることを特徴とす
るバイオリアクターが提供される。本発明の好ましい態
様においては、このバイオリアクターは低温プラズマ発
生装置を兼備している。Further, according to the present invention, as an invention of an apparatus using the above bioreactor element, a plurality of the bioreactor elements having microbial cells or enzymes immobilized on the surface thereof through a hydrophilic polymer are provided. It has a module formed by bundling, a tubular container, the module is incorporated in the tubular container, gas is supplied to the inside of the hollow fiber constituting the bioreactor element, and the outside of the hollow fiber A bioreactor is provided, characterized in that a liquid can be supplied. In a preferred embodiment of the present invention, the bioreactor also has a low-temperature plasma generator.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態と発明の効果】本発明のバイオリア
クター素子を構成する中空糸としては、内部に連続的な
空洞（一般的には、径が約 300〜400 μｍの空洞）を有
するとともに、該空洞から外表面に向かってガスが浸透
し得る細孔（一般的には、径10〜 100μｍの細孔）を有
するような各種の中空糸が使用可能である。使用する中
空糸の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リサルフォン、テフロン、セルロースなどを挙げること
ができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The hollow fiber constituting the bioreactor element of the present invention has a continuous cavity inside (generally, a cavity having a diameter of about 300 to 400 μm). Various hollow fibers having pores (pores having a diameter of generally 10 to 100 μm) through which gas can penetrate from the cavity to the outer surface can be used. Examples of the hollow fiber used include polyethylene, polypropylene, polysulfone, Teflon, and cellulose.
【００１０】本発明のバイオリアクター素子は、このよ
うな中空糸の表面に親水性基が存在していることを特徴
とする。ポリエチレン、テフロン等の中空糸の表面は、
疎水性が強いため、親水性物質で覆われている微生物や
親水性基を含む酵素の固定化は不可能であった。本発明
者は、低温プラズマ処理を利用することにより、この問
題を解決した。よく知られているように、低温プラズマ
処理とは、減圧下の放電により生じる室温近傍のガスの
作用を利用する表面処理の方法であるが、本発明に従え
ば、中空糸にこの低温プラズマ処理を施すことにより、
中空糸表面に親水性基が導入され、微生物等に対する親
和性を高めて固定化が容易となる。[0010] The bioreactor element of the present invention is characterized in that a hydrophilic group is present on the surface of such a hollow fiber. The surface of hollow fibers such as polyethylene and Teflon is
Due to the strong hydrophobicity, it was impossible to immobilize microorganisms covered with a hydrophilic substance or an enzyme containing a hydrophilic group. The inventor has solved this problem by utilizing low-temperature plasma processing. As is well known, low-temperature plasma treatment is a method of surface treatment that utilizes the action of a gas near room temperature generated by discharge under reduced pressure. According to the present invention, the low-temperature plasma treatment is applied to hollow fibers. By applying
A hydrophilic group is introduced on the surface of the hollow fiber, which enhances affinity for microorganisms and the like and facilitates immobilization.
【００１１】図１は、本発明のバイオリアクター素子を
製造するのに用いられるプラズマ発生装置の典型例を示
すものである。プラズマを発生させるため、装置本体20
は一般にパイレックスガラス製とする。中空糸12を束ね
てその端部13を樹脂で固めたモジュールを本体内に取り
付け、その周りに複数対の電極14（例えば、銅薄板電
極）を配備する。後述するように、このプラズマ発生装
置がリアクターとしても併用できるように、電極14は取
外し可能なものとしておくことが好ましい。かくして、
装置上方15から放電ガスを導入し、装置下方16から真空
排気しながら電極14に電力を供給して放電を行うことに
より、中空糸12の表面処理が実行される。放電条件は、
一般に、0.01 Torr 以下の減圧下に30〜50Ｗ、５〜20ｋ
Ｈｚで1 〜10分間とする。FIG. 1 shows a typical example of a plasma generator used to manufacture the bioreactor element of the present invention. In order to generate plasma,
Is generally made of Pyrex glass. A module in which the hollow fibers 12 are bundled and the ends 13 of which are fixed with resin is mounted in the main body, and a plurality of pairs of electrodes 14 (for example, copper thin plate electrodes) are provided around the module. As described later, it is preferable that the electrode 14 be detachable so that the plasma generator can be used also as a reactor. Thus,
The surface treatment of the hollow fiber 12 is performed by introducing a discharge gas from the upper part 15 of the apparatus and supplying electric power to the electrode 14 while evacuating the lower part 16 of the apparatus to supply electric power. The discharge conditions are
Generally, 30-50W, 5-20k under reduced pressure of 0.01 Torr or less
Hz for 1 to 10 minutes.
【００１２】中空糸表面には、親水性基として、例え
ば、アミノ基（ＮＨ2)および／またはカルボキシル基
（ＣＯＯＨ）を導入するが、前者の場合は放電ガスとし
てアンモニア含有ガス、後者の場合は放電ガスとして炭
酸ガス（ＣＯ2)含有ガスを用いる。親水性基としては、
この他に、放電ガスとして水蒸気を用いることにより水
酸基のような親水性基を導入することも可能である。中
空糸表面に親水基が導入されたことは、ＥＳＣＡによる
測定、またはＥＳＣＡとＩＲによる測定によって確認す
ることができる。例えば、アミノ基は、ＥＳＣＡにより
窒素の１Ｓ（Ｎ１Ｓ）のピークとして検知することがで
きる。また、カルボキシル基は、フッ素を含むアルコー
ルとのエステルの炭素の１ＳピークとしてＥＳＣＡによ
り確認することができる。For example, an amino group (NH 2 ) and / or a carboxyl group (COOH) are introduced into the surface of the hollow fiber as a hydrophilic group. In the former case, an ammonia-containing gas is used as a discharge gas. A gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is used as the discharge gas. As the hydrophilic group,
In addition, it is also possible to introduce a hydrophilic group such as a hydroxyl group by using steam as a discharge gas. The introduction of the hydrophilic group on the surface of the hollow fiber can be confirmed by measurement by ESCA or measurement by ESCA and IR. For example, an amino group can be detected as a 1S (N1S) peak of nitrogen by ESCA. The carboxyl group can be confirmed by ESCA as the 1S peak of carbon of the ester with the alcohol containing fluorine.
【００１３】以上のようにして、表面にアミノ基やカル
ボキシル基等の親水性基が導入された中空糸から成る本
発明のバイオリアクター素子は、親水性物質をその表面
に結合させることにより、生化学反応や生体反応が関与
する各種の用途に応用することができる。すなわち、本
発明のバイオリアクター素子は、後述するように固定化
微生物または酵素を用いて物質の合成、分解、化学変換
などを行うための一般的なバイオリアクターを構築する
のに使用できるのみならず、ウイルス、細菌、その他の
微生物、さらには各種の細胞、バイオミメチックポリペ
プチドなどを多糖類やペプチド等の親水性物質を介して
結合させることにより、組織培養、人工臓器、医薬開発
用のモデル反応系などの研究および開発に利用すること
が可能である。すなわち、本発明で用いるバイオリアク
ター素子とは、一般的なバイオリアクターのみならず、
上記のような用途にも適用できる構成要素を意味する。
ここで、中空糸を利用する本発明のバイオリアクター素
子は、内部に空洞を有するとともに、中空糸繊維内に細
孔（毛細管）が存在することにより、液体や気体（ガ
ス）を目的とする生化学反応や生体反応に好都合なよう
に制御し得るという利点がある。[0013] As described above, the bioreactor element of the present invention comprising a hollow fiber having a hydrophilic group such as an amino group or a carboxyl group introduced on its surface has a hydrophilic substance bonded to its surface. It can be applied to various uses involving chemical reactions and biological reactions. That is, the bioreactor element of the present invention can be used not only to construct a general bioreactor for performing synthesis, decomposition, chemical conversion, and the like of a substance using immobilized microorganisms or enzymes as described below. , Viruses, bacteria, other microorganisms, and various cells, biomimetic polypeptides, etc., by binding them via hydrophilic substances such as polysaccharides and peptides, to provide a model for tissue culture, artificial organs, and drug development. It can be used for research and development of reaction systems. That is, the bioreactor element used in the present invention is not only a general bioreactor,
It means a component that can be applied to the above applications.
Here, the bioreactor element of the present invention using a hollow fiber has a cavity inside and a pore (capillary tube) in the hollow fiber, so that a liquid or gas (gas) is produced. There is an advantage that it can be controlled in a favorable manner for chemical and biological reactions.
【００１４】図２は、中空糸から構成される本発明のバ
イオリアクター素子のそのような特性を図解したもので
ある。図から理解されるように、微生物等（例えば、酵
母）が結合された中空糸の内側（空洞内）を気体（例え
ば、無菌化酸素供給用空気）が連続的に流通し、外側を
液体（例えば、培地）が連続的に流れるようにすること
ができる。この際、気体の一部（例えば、無菌化酸素）
は、中空糸の細孔（毛細管）を通じて逐次、微生物に確
実に供給することができる。FIG. 2 illustrates such a characteristic of the bioreactor element of the present invention composed of hollow fibers. As can be understood from the figure, a gas (for example, sterilized oxygen supply air) continuously flows inside (inside the cavity) of the hollow fiber to which microorganisms and the like (for example, yeast) are bound, and a liquid (for example, outside the hollow fiber). For example, the medium can be made to flow continuously. At this time, a part of gas (for example, sterilized oxygen)
Can be reliably supplied to microorganisms sequentially through the pores (capillaries) of the hollow fiber.
【００１５】本発明のバイオリアクター素子を使用する
好適な代表例は、物質の合成、分解、化学変換などを行
うためのバイオリアクターである。このようなバイオリ
アクターにおいては、上述のようにプラズマ処理により
得られた本発明のバイオリアクター素子の中空糸表面
に、アルギン酸、ポリビニルアルコール等の親水性高分
子を媒介として微生物または酵素を付着させ、凍結後、
解凍処理することにより固定化を完結して使用する。こ
のような処理により、中空糸表面上に微生物等の層が複
数積層した構造が確保される。次に、このようなバイオ
リアクター素子を複数束ね、その端部を樹脂で固めるな
どの手段によりモジュール（単位構成体）化して、通常
は管状の容器に組み込み、中空糸内部（内側）に気体が
供給され、且つ、その外部（外側）に液体が供給される
ようにすることにより、バイオリアクターが構築され
る。A preferred representative example of the use of the bioreactor element of the present invention is a bioreactor for performing synthesis, decomposition, chemical conversion and the like of a substance. In such a bioreactor, a microorganism or an enzyme is attached to the surface of the hollow fiber of the bioreactor element of the present invention obtained by the plasma treatment as described above, via a hydrophilic polymer such as alginic acid or polyvinyl alcohol. After freezing,
Complete the immobilization by thawing. By such a treatment, a structure in which a plurality of layers of microorganisms and the like are stacked on the surface of the hollow fiber is secured. Next, a plurality of such bioreactor elements are bundled, and the ends are solidified with a resin or the like to form a module (unit structure), which is usually incorporated in a tubular container, and gas is introduced into the hollow fiber (inside). A bioreactor is constructed by supplying and supplying liquid outside (outside).
【００１６】例えば、好気的発酵を行うような場合に
は、中空糸内部に、空気を連続的に供給し、外部には原
料液（基質を含む培養液）を連続的に供給する。また、
嫌気的反応を行わせるような場合には、中空糸の内部に
窒素などの不活性ガスを流すことにより反応を制御する
こともできる。かくして、本発明のバイオリアクター
は、中空糸表面に固定された微生物または酵素の作用に
より、アルコール類、有機酸類、アミノ酸類などの合
成、油脂の加水分解、汚水または廃液の分解処理など広
汎な用途に適用することができる。For example, in the case of performing aerobic fermentation, air is continuously supplied into the hollow fiber, and a raw material liquid (a culture liquid containing a substrate) is continuously supplied to the outside. Also,
In the case of performing an anaerobic reaction, the reaction can be controlled by flowing an inert gas such as nitrogen into the hollow fiber. Thus, the bioreactor of the present invention has a wide variety of uses such as synthesis of alcohols, organic acids, amino acids, etc., hydrolysis of fats and oils, and decomposition treatment of wastewater or wastewater by the action of microorganisms or enzymes fixed on the surface of the hollow fiber. Can be applied to
【００１７】図３は、そのような本発明に従うバイオリ
アクターの１例を示すものである。図に示すように、リ
アクター本体１には、上述したような中空糸から成り、
微生物または酵素が固定化されたバイオリアクター素子
のモジュール２が垂直方向に取り付けられている。な
お、図１に関連して既述したように、本発明の好ましい
態様に従えば、リアクター本体１をパイレックスガラス
製にし、取外し可能な電極を用いることにより、リアク
ター本体内で低温プラズマを発生させ得るようにする。
このようにバイオリアクター自体がプラズマ発生装置を
兼備できるようにすれば、中空糸の低温プラズマ処理、
微生物等の固定化、および反応を密閉した同一の装置内
で行うことができるので、微生物が大気に解放されて汚
染や変質を起こすことが防止されるという利点がある。FIG. 3 shows an example of such a bioreactor according to the present invention. As shown in the figure, the reactor body 1 is made of the hollow fiber as described above,
A module 2 of a bioreactor element on which microorganisms or enzymes are immobilized is mounted vertically. As described above in connection with FIG. 1, according to a preferred embodiment of the present invention, the reactor main body 1 is made of Pyrex glass, and by using a removable electrode, low-temperature plasma is generated in the reactor main body. To get.
If the bioreactor itself can also serve as a plasma generator in this way, low-temperature plasma treatment of hollow fibers,
Since the immobilization of microorganisms and the like and the reaction can be performed in the same sealed device, there is an advantage that the microorganisms are prevented from being released to the atmosphere to cause contamination and deterioration.
【００１８】リアクター本体１には、原料液貯槽３から
ポンプ４により、適当な膜フィルター５および温度調節
用ウォーターバス６を介して原料液が供給されて、固定
化微生物または酵素と接触しながら中空糸の外側を流通
する。一方、リアクター本体１にはコンプレッサー７に
より空気が供給されて中空糸の内部を通るようになって
いる。さらに、リアクター本体１はウォーターバス８の
液を循環させることにより一定温度（例えば、37℃）に
保持される。リアクター内の圧力がマーメーター10で測
定され、生成物は生成物貯槽11に収容される。The raw material liquid is supplied to the reactor main body 1 from the raw material liquid storage tank 3 by the pump 4 via an appropriate membrane filter 5 and a water bath 6 for temperature control. It circulates outside the yarn. On the other hand, air is supplied to the reactor body 1 by the compressor 7 so as to pass through the inside of the hollow fiber. Further, the reactor body 1 is maintained at a constant temperature (for example, 37 ° C.) by circulating the liquid in the water bath 8. The pressure in the reactor is measured by a mar meter 10, and the product is stored in a product storage tank 11.
【００１９】以上のような本発明のバイオリアクターを
用いれば、図２に関連して既述したように、中空糸表面
にある微生物菌体に無菌酸素を確実に連続供給すること
が可能となり、また、発生ガスも滞留することなく効率
的に除去でき、ビーズを用いる場合のように圧力損失の
問題もなく接触面積を大幅に増加させることができるの
で、生産性が極めて高くなる。例えば、下記の実施例に
示すように、酵母によるアルコール発酵の場合、本発明
のバイオリアクターは、現在広汎に検討されているアル
ギン酸カルシウムゲル中に固定化した固定化ビーズを用
いるバイオリアクターよりも約２倍の生産性を有するこ
とが確認されている。以下、本発明の特徴をさらに明ら
かにするため実施例に沿って本発明を説明するが、本発
明はこの実施例によって制限されるものではない。The use of the bioreactor of the present invention as described above makes it possible to reliably and continuously supply aseptic oxygen to the microbial cells on the surface of the hollow fiber, as described above with reference to FIG. Also, the generated gas can be efficiently removed without stagnation, and the contact area can be greatly increased without the problem of pressure loss as in the case of using beads, so that productivity is extremely high. For example, as shown in the Examples below, in the case of alcohol fermentation by yeast, the bioreactor of the present invention is more extensive than the bioreactor using immobilized beads immobilized in a calcium alginate gel, which is currently widely studied. It has been confirmed that it has twice the productivity. Hereinafter, the present invention will be described along with examples to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
【００２０】[0020]
【実施例】セルロース中空糸（旭化成（株）製、外径 4
50μｍ、空洞径 380μｍ、細孔35ｎｍ）２を放電ガスと
してアンモニアを用い、30Ｗ、10ｋＨｚで３分間プラズ
マ処理した。放電処理後の中空糸をＥＳＣＡで測定する
と明瞭なＮ１Ｓのピークが認められ、ＮＨ2 基が導入さ
れたことが確認された。Example: Cellulose hollow fiber (manufactured by Asahi Kasei Corporation, outer diameter 4)
Using ammonia as a discharge gas, plasma treatment was performed at 30 W and 10 kHz for 3 minutes at 50 μm, cavity diameter of 380 μm, and pores of 35 nm. When the hollow fiber after the discharge treatment was measured by ESCA, a clear N1S peak was recognized, and it was confirmed that an NH 2 group was introduced.
【００２１】このようにプラズマ処理して得られた中空
糸（バイオリアクター素子）を用いて、図３に示す装置
によりアルコール連続発酵を実施した。ポリビニルアル
コールを介して酵母を固定化したバイオリアクター素子
を40本束ねて１モジュールとし、このモジュールを高さ
100ｃｍの筒状容器に組み込むことにより、接触面積0.
045m2 、容積 1.4リットルのバイオリアクターを構築し
た。用いた原料液の組成は、10％グルコース溶液、酵母
抽出物60 ppm、マルト抽出物60 ppm、ペプトン抽出物10
0 ppm である。 121℃で20分間滅菌した後、この原料液
（グルコース含有培地）を 400ｇ／時間で供給しなが
ら、空気の圧力を0.3 atm 、0.5 atm および0.7 atm に
変えて反応させた。その結果を図４のグラフに示すが、
本発明のバイオリアクターは極めて効果的にアルコール
を生産していることが理解される。特に空気圧が0.7 at
m の場合、94％の反応率が得られた。Using the hollow fiber (bioreactor element) obtained by the plasma treatment as described above, continuous fermentation of alcohol was carried out by the apparatus shown in FIG. Forty bioreactor elements in which yeast is immobilized via polyvinyl alcohol are bundled into one module, and this module has a height of
A contact area of 0.
A bioreactor of 045 m 2 and 1.4 liter volume was constructed. The composition of the raw material solution used was a 10% glucose solution, yeast extract 60 ppm, malt extract 60 ppm, peptone extract 10
0 ppm. After sterilizing at 121 ° C. for 20 minutes, the reaction was carried out while supplying the raw material liquid (glucose-containing medium) at 400 g / hour while changing the air pressure to 0.3 atm, 0.5 atm and 0.7 atm. The results are shown in the graph of FIG.
It is understood that the bioreactor of the present invention produces alcohol very effectively. Especially air pressure is 0.7 at
For m 2, a conversion of 94% was obtained.
【００２２】得られたデータに基づき、アルコール生産
性を検討するため、ＳＴＹ〔１ｋｇの固定化酵母ゲルが
１時間当たりに生産するエタノール量（ｇ）〕を計算し
たところ、空気圧が 0.3気圧、 0.5気圧および 0.7気圧
の場合について、それぞれ、37.7、43.0および51.1であ
った。現行の回分法によるアルコール生産におけるＳＴ
Ｙは２〜３であり、また、高効率プロセスとし広く検討
されているアルギン酸カルシウムゲル中に固定化した固
定化ゲルビーズを用いる場合のＳＴＹが約20であること
を考慮すると、本発明のバイオリアクターは極めて生産
性の優れたものであることが理解される。Based on the obtained data, the STY [the amount of ethanol (g) produced by 1 kg of the immobilized yeast gel per hour] was calculated in order to examine the alcohol productivity. At atmospheric pressure and 0.7 atm, they were 37.7, 43.0 and 51.1, respectively. ST in alcohol production by current batch method
Y is 2-3, and considering that the STY is about 20 when using immobilized gel beads immobilized in calcium alginate gel, which has been widely studied as a highly efficient process, the bioreactor of the present invention is considered. It is understood that is extremely excellent in productivity.
【図１】本発明のバイオリアクター素子を製造するのに
用いられるプラズマ発生装置の典型例を示す。FIG. 1 shows a typical example of a plasma generator used to manufacture the bioreactor element of the present invention.
【図２】本発明のバイオリアクター素子の特性を図解す
る模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating characteristics of the bioreactor element of the present invention.
【図３】本発明に従うバイオリアクターの１例を示す。FIG. 3 shows an example of a bioreactor according to the invention.
【図４】本発明に従うバイオリアクターを用いて行った
アルコール発酵反応の結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of an alcohol fermentation reaction performed using the bioreactor according to the present invention.
１ バイオリアクター本体 ２ バイオリアクター素子モジュール ３ 原料液貯槽 ４ エアコンプッレッサー 12 中空糸モジュール 14 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bioreactor main body 2 Bioreactor element module 3 Raw material liquid storage tank 4 Air conditioner presser 12 Hollow fiber module 14 Electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原口 俊秀 福岡県福岡市中央区桜坂２丁目11番17号 (72)発明者 畑中 千秋 福岡県北九州市小倉南区守恒４丁目５番７ 号 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Toshihide Haraguchi 2-11-17 Sakurazaka, Chuo-ku, Fukuoka City, Fukuoka Prefecture (72) Inventor Chiaki Hatanaka 4-5-7 Moritsune, Kokura Minami-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture
Claims (5)
ることを特徴とするバイオリアクター素子。1. A bioreactor element comprising a hollow fiber having a hydrophilic group on the surface.
ボキシル基であることを特徴とする請求項１のバイオリ
アクター素子。2. The bioreactor element according to claim 1, wherein the hydrophilic group is an amino group and / or a carboxyl group.
処理することにより、該中空糸の表面に親水性基を導入
することを特徴とするバイオリアクター素子の製造方
法。3. A method for producing a bioreactor element, wherein a hydrophilic group is introduced into the surface of a hollow fiber by subjecting the hollow fiber to low-temperature plasma treatment using a discharge gas.
酵素が表面に固定された請求項１のバイオリアクター素
子を複数束ねて形成されたモジュールと、管状容器とを
有し、該モジュールが該管状容器に組み込まれて、バイ
オリアクター素子を構成する中空糸の内部に気体が供給
され、且つ、該中空糸の外部に液体が供給され得るよう
になっていることを特徴とするバイオリアクター。4. A module formed by bundling a plurality of bioreactor elements according to claim 1, wherein microbial cells or enzymes are immobilized on the surface via a hydrophilic polymer; and a tubular container. A bioreactor, wherein a gas is supplied to the inside of the hollow fiber constituting the bioreactor element and a liquid is supplied to the outside of the hollow fiber when incorporated in the tubular container.
特徴とする請求項４のバイオリアクター。5. The bioreactor according to claim 4, further comprising a low-temperature plasma generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17313297A JP3527830B2 (en) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Bioreactor element, method for producing the element, and bioreactor using the element |
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|---|---|
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| JP3527830B2 JP3527830B2 (en) | 2004-05-17 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006087310A (en) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Japan Organo Co Ltd | Membrane bioreactor and liquid processing method using the same |
| JP2006101805A (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Japan Organo Co Ltd | Hollow fiber membrane type bioreactor and liquid treatment method using the same |
| JP2009000100A (en) * | 2007-05-23 | 2009-01-08 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Cell culture scaffold material, manufacturing method thereof, cell culture module |
| JP5025043B2 (en) * | 1999-03-24 | 2012-09-12 | ユィロス・パテント・アクチボラグ | Surface and its manufacture and use |
| WO2021210553A1 (en) * | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 国立大学法人東海国立大学機構 | Microbial gas-phase reaction |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP17313297A patent/JP3527830B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2021210553A1 (en) * | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 国立大学法人東海国立大学機構 | Microbial gas-phase reaction |
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