JPS5826316B2 - 酵素または微生物による連続反応方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中空繊維を利用した酵素反応方法に関するもの
である。

一般に、酵素反応は酵素を水に溶解した状態で基質と作
用させることによって行なわれているが、この場合には
反応終了後の生成物の取り出しに当って酵素を失活させ
ずに分離する方法がないために従来から活性の残ってい
る酵素を変成して生成物と分離するという方法がとられ
ている。

したがって、この方法には酵素が不経済的に使われてし
まうほか、作業がバッチ式となり人件費もかかるという
不利があった。

このため、近年、酵素を不溶性として連続反応を行なお
うとする試みがなされ、この不溶性酵素の製造法につい
ては酵素を水不溶性の担体に結合させる担体結合法、酵
素を官能性試薬と反応させて不溶化する架橋法および酵
素をゲルの格子の中に包み込むか、ポリマーの皮膜で被
覆する包括法などが知られている。

しかしながら、この包括法は酵素自身に伺らの変化を与
えるものでないので多くの酵素に利用できるが、従来公
知のアクリルアミドとＮ 、 Ｎ’−メチルビスアクリ
ルアミドとを重合触媒として使用してゲル化させこの中
に酵素を包括する方法およびエチルセルロースまたはポ
リスチレンなどのマイクロカプセルまたは中空繊維中に
酵素を包括させる方法には、それらの調整が煩雑かつ費
用がかかるほか、この包括処理時における重合触媒、有
機溶剤の使用あるいは高温処理などによって酵素が失活
したり、不溶化した酵素の活性が著しく低くなるという
欠点があった。

また特公昭５１−２５４８６号にもみられるように、ア
クリロニトリルとオレフィン系不飽和単量体との共重合
体からなる中空繊維を使用して酵素反応を行なわせる方
法もあるが、このような材質の中空繊維膜を使用したの
では、その膜を介して生成物を充分に選択的に透過させ
ることができず、そ・のため生成物を効率よく分離回収
することができない。

本発明はこれらの欠点を排除したもので、半透性のポリ
ビニルアルコール系樹脂（以下ＶＰＡと記す）中空繊維
膜の内側または外側に酵素または微生物液を流し、その
逆側に基質液を流すか、または中空繊維膜の内側または
外側に酵素または微生物液と基質液の混合物を流し、そ
の逆側に透析液を流すかすることにより、中空繊維の内
側または外側において酵素反応を行なわせ、中空繊維膜
を介して基質または生成物を透過させ、生成物を基質か
ら選択的に分離して取り出すことを特徴とする酵素また
は微生物による連続反応方法である。

本発明によれば酵素または微生物菌体を固定化して使用
しないので固定化のための煩雑さがなく、また固定化酵
素のように活性の低下はなく、高活性を示し、ざらにＰ
ＶＡ膜を使用しているので、広範囲のｐＨ領域にわたっ
て安定であり、またＰＶＡ膜を介して生成物をより選択
的に透過させることができ、そのために生成物を効率よ
く分離回収することができる。

さらにまた酵素または微生物菌体溶液を流動させて反応
を行なわせるので、酵素または微生物は固定化されてい
ないが、連続酵素反応が可能である。

さらにまたＰＶＡ中空繊維を使用するので透過面積を犬
にすることができ、そのためにコンパクトな装置で能率
の高い酵素反応を行なうこともできる。

本発明においてＰＶＡ中空繊維膜をそなえた酵素反応器
としては図１〜２に示すように反応器１内に中空繊維の
複数本がほぼ平行にそろえられて配置され、その両端部
７，８において支持された、いわゆる熱交換型の反応器
が好適である。

本発明の１つの実施態様としては、酵素または微生物液
を反応器１の５より導入し、中空繊維２の外側に流し６
より取り出し、一方基質液を３より導入し、中空繊維２
の内側に流す。

その間において中空繊維の内側の基質は透析作用により
繊維膜を通して繊維の外側に透過し、ここで酵素反応が
行なわれ、生成物は透析作用により中空繊維膜の内側に
透過し、４より取り出される。

反応が迅速に進む場合は４から基質が検出されることは
ないが、反応が比較的おそい場合は未反応の基質と反応
生成物の混合物が４から流出する。

この場合は４からの流出液を再び同一のもしくは別の反
応器に導いて数段にわたり反応を行なわせることにより
、最終的に生成物のみを入手することができる。

２つ目の実施態様としては、前記実施態様の逆、すなわ
ち酵素または微生物液を中空繊維の内側に流し、基質液
を外側に流す場合である。

また３つ目の実施態様としては酵素または微生物溶液と
基質液の混合物を、中空繊維２の外側に流し、一方透析
液（たとえば水）を中空繊維２の内側に流す。

この間において中空繊維の外側において酵素反応がおこ
り、生成物の大部分は透析作用により繊維膜を通して繊
維の内側に透過し透析液とともに４より取り出され、未
反応の基質と酵素または微生物および１部の生成物は６
より取り出される。

４つ目の実施態様としては前記３つ目の実施態様の逆の
流れの場合である。

前記実施態様において未反応の基質液あるいは酵素また
は微生物液は再び循環して使用してもよいし、さらに反
応器を２個以上配置し、順次次の反応器へ送り込んでも
よい。

この方法により基質と生成物の分離は完全に近づく。

また前記実施態様においては中空繊維内、外を流れる液
は並流であるが、この逆の向流にすることも可能である
。

本発明において使用する中空繊維の外径は５０００μ以
下がよく、好ましくは２０〜２０００μ、とくに好まし
くは４０〜１０００μである。

中空繊維の外径は小さい程機械的強度、耐圧性が優れ、
したがって膜厚を薄くすることもできるし、さらに反応
器をよりコンパクト化することもできる。

中空繊維膜の厚さは透析性の点から５〜１００μがよく
、好ましくは１０〜８０μである。

また中空繊維の材質であるＰＶＡとは通常ビニロンなど
で使用されているＰＶＡ、さらにはビニルアルコールと
これと共重合しうるエチレン、ビニルピロリドン、塩化
ビニル、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、イ
タコン酸などの単量体との共重合体などである。

本発明で用いるＰＶＡ系膜は膨潤度が１．０１〜１．８
０倍、より好ましくは１．０１〜１．４０倍のものがよ
い。

ＰＶＡ系膜はＰＶＡ特性としての親水性があり、任意の
膨潤度をもつ膜とすることができるが、透析性、透過性
を高めるためには、膨潤度が１．０１〜１，０８倍にあ
ることが望ましい。

ここで膨潤度とは、平膜、中空繊維膜においてその断面
の厚さまたは外径をウェットに対するドライの比で示し
た値である。

ドライの厚さまたは外径の測定は室温２０℃、ＲＨ６０
％に一昼夜放置後行ない、ウェットの測定は試料を２５
℃の水中に一昼夜放置後行なう。

本発明にはほとんど全ての酵素および菌体が使用できる
。

例えば、アミラーゼ、グルコアミラーゼ、トリプシン、
キモトリプシン、ペプシン、パパイン、バンクレアチン
、アミノアシラーゼ、ヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼ
、フィチン、カタラーゼ、ガラクトシダーゼ、ＡＴＰデ
アミナーゼ、Ｌ−りｙレタミン酸脱水素酵素、ホスファ
ターゼ、チロシナーゼ、インベルターゼ、フラボキナー
ゼ、ストレプトキナーゼ、アビラーゼ、ＡＴＰ−クレア
チンりん酸転移酵素、ペクチナーゼ、カルボキシペプチ
ターゼ、Ｌ−アスパラギナーゼ、マルターゼ、ラクター
ゼ、ウレアーゼ、タンナーゼ、リパーゼ、グルコースイ
ソメラーゼ、メリビアーゼ、アルドラーゼ、セルラーゼ
、アントシアナーゼ、ナリンジナーゼ、ヘスペリジナー
ゼ、グルコースオキシターゼ、Ｅｎｃｏｌｉ（アスパル
ターゼ）、Ｐｓｅｕｐｕｔ １ｄａ（アルギニンデアミ
ナーゼ）などがあげられる。

これらの酵素および菌体は複数以上を同時に使用するこ
ともできる。

本発明の工業的用途としては、たとえばアミノ酸アシラ
ーゼによるＤＬ−アミノ酸の分割グリコアミラーゼ、α
−アミラーゼによるでんぷんからグルコースの製造、セ
ルラーゼによるセルロースからグルコースの製造、グル
コースイソメラーゼによるグルコースから果糖シロップ
の製造、インベルターゼによる転化糖の製造、プロテア
ーゼによるたんばく加水分解、ペニシリンアミラーゼに
よる半合成ペニシリンの製造、β−ガラクトシダーゼに
よる乳糖の加水分解、Ｅｎｃｏｌｉ（アスパルターゼ）
によるＬ−アスパラギン酸の製造、Ｐｓｅｕｐｕｔ １
ｄａ（アルギニンデアミナーゼ）によるＬ−シトルリン
の製造などがあげられる。

これらの中では基質が高分子であり、生成物が低分子で
である反応に本発明はとくに適している。

以下実施例により本発明をさらに説明する。

実施例 １ 図１〜２に示す反応器（ポリビニルアルコール中空繊維
（外径６００μ、膜厚５０μ、長さＩｍ１膨潤度１．２
５） １ｏ５本）を使用し、次のような実験を行なった
。

図１の５より、予めアミラーゼにより液化したでん粉氷
溶液を５５〜５７℃、ｐＨ５，０に調整し、（でんぷん
濃度３２％Ｗ／Ｗ１ グルコアミラーゼ３．０〜６．Ｏ
Ｘ １０−２％１５ ＵＮ Ｉ Ｔ７ｇでんぷん）を０
．５ ” ｈｒの割合で反応器１の中空繊維の外側に流
し、一方３より水を、０．５ＴＬｌ／ｈｒの割合で中空
繊維内に流した。

その結果４より０．５”／ｈｒ （グルコース濃度１３
％）の割合で流出液を得、６よりｏ、５ｍｌ／ｈｒ（で
んぷん濃度１６％、グ／ｌ／Ｉアミラーゼ濃度３．０〜
６．ＯＸ １０−２％、グルコース濃度２％）の割合で
流出液を得た。

１この場合の ｌ ｕｎｉｔ ＝ （１％でんぷん液１０ｍ１のＢｌ
ｕｅＶａｌｕｃ＋４０℃、１分間に１％低下 させる力を１ｕｎｉｔとする。

）実施例 ２ 実施例１において使用したのと同様の反応器を使用し、
次のような実験を行なった。

セルロースを２００℃で２５分間空気中で加熱後、５０
〜１５０μの微粒子に粉砕し、水に懸濁させた。

これにセルラーゼと酸を加えて、セルロースとセルラー
ゼの混合水溶液（セルロース濃度１０％、セルラーゼ＊
ＦＰ＝１゜８、ｐＨ４〜５）を５より０．０８ｍ１／分
の割合で中空繊維外に流し、一方３より水を０．１ｍｌ
／分の割合で中空繊維内に流した。

また反応器系内の温度を４０℃に保つため、反応器を５
５℃の水槽中に入れて行なった。

その結果４より０．１ｍ１１分（グルコース濃度５、１
〜ｓ、 ６ｍ９／ｍｌ）の割合で流出液を得、６より０
．０８ｍ１／分（セルロース濃度１０％、セルラーゼｐ
ｐ＝ｔ、ｓ、クル：ｌ−ス（Ｄ濃度０．１〜０．５ ”
％）の割合で流出液を得た。

＊渋紙片崩壊法 供紙ＩＸＩＣｒｒｔを入れ、完全崩壊までに要する時間
を測定する。

要した時間０分、酵素液５ｍｌ中の乾燥酵素Ｙ■として
酵素の力価を次のよ゛うに表わした。

酵素の力価−１５０／（Ｘ、Ｙ）ＸＩｏ、０００ル〜 実施例 ３ 実施例１において使用したのと同様の反応器を使用し、
次のような実験を行なった。

図１の５より尿素変性ヘモグロビン水溶液（尿素変性ヘ
モグロビン濃度０．６％、ｐＨ３，０、Ｍ 乳０１ 酸バッファー）と糸状菌Ａｓｐｅｒｇｉ Ｉ ｌｕｓ属
のプロテアーゼ「ブナプシン」（長潮産業商品名）１２
．５■を５対１の割合で混合し、この混合液を０．６５
ｍ１１分の割合で、中空繊維の外側に流し、一方３より
水を０．６５７７１１／分の割合で中空繊維内に流した
。

また反応器系内の温度を４０℃に保ちつつ反応を行なっ
た。

その結果４より０．６５ｍ１／分（アミノ酸濃度０．２
５％、部分水解物濃度０．１０％）の割合で流出液を得
、６より０．６５ｒｎｌ１分（ヘモグロビン濃度０．２
０％、ブナプシン１２．５■、アミノ酸濃度０．０５％
、部分水解物濃度０．１０％）の割合で流出液を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられる反応器の１例を示す
縦断面図であり、第２図は該反応器の横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリビニルアルコール系樹脂中空繊維膜の内側また
   は外側に酵素または微生物液を流し、その逆側に基質液
   を流すか、または中空繊維膜の内側または外側に酵素ま
   たは微生物液と基質液の混合液を流し、その逆側に透析
   液を流すかすることにより、中空繊維の内側または外側
   において酵素反応を行なわせ、中空繊維膜を介して基質
   または生成物を透過させ、生成物を基質から選択的に分
   離して取り出すことを特徴とする酵素または微生物によ
   る連続反応方法。 ２ ポリビニルアルコール系樹脂中空繊維膜の膨潤度が
   １．０１〜１．８０倍である特許請求の範囲１の方法。