JPS5836736B2 - 揮発性物質の測定法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微生物電極を用いる揮発性物質の選択的測定法
に関する。

発酵原料としてエタノール、メタノール、酢酸等の揮発
性物質が用いられているが、これら発酵液中の揮発性物
質の測定ζこは従来ガスクロ法や半導体式検知法等が用
いられて来た。

しかしながら発酵液や排水等のように不揮発性物質が多
量含まれている場合、ガスクロ法ではカラム中に不揮発
性物質が蓄積し、長期間の測定が困難になる等の欠点が
有った。

又装置が複雑化するため管理のオンライン化が容易でな
い。

一方半導体式検知法についても、その安定性Ｃこ問題が
有り、オンライン管理用としては信頼性に欠けることが
指摘されている。

そこで本発明者等は簡単で、安定性、信頼が高く、シか
もオンライン管理に適した測定法について鋭意研究を重
ねた結果、揮発性物質を資化し酸素を消費する微生物を
酸素電極の隔膜とこれを覆う揮発性物質透過性膜の間に
封入又は固定化した微生物電極を用いることによりかか
る目的に適した揮発性物質の選択的測定法を開発するに
至った。

即ち本発明は上記微生物電極を揮発性物質を含有する被
験液に接触せしめ該微生物電極の電流の減少速度を測定
し、該電流の減少速度と被験液中の揮発性物質濃度との
間の比例関係を利用して被験液中の揮発性物質の濃度を
選択的に測定するものである。

本発明の方法は極めて簡単であり、しかも２〜１０分間
という極めて短時間に、無試楽でしかも再現性良く安定
に揮発性物質を選択的に測定することのできる新しい測
定法である。

以下本発明の方法について詳細に説明する。

本発明で使用する微生物は揮発性物質を資化し同時ｌこ
酸素を消費する能力を有する微生物で有れば良く、例え
ばトリコスポロン・ブラシカエ、サツカロミセス・セレ
ビシエー等の酵母、プレビバクテリューム・フラブムＡ
ＴＣＣ１４０６７，２１ ４７５等の細菌あるいは種々
の微生物の混合物である各種活性汚泥等が使用される。

揮発性物質透過性膜としてはシリコーン膜が最も良く、
ポリエチレン膜、ポリブタジエン膜、ポリプロピレン膜
、ポリエステル膜、テフロン（登録商標名）膜等も使用
できる。

要は、溶存酸素と揮発性物質を選択的に透過するもので
、ある程度の透過性があり、溶存酸素の移動速度に比べ
揮発性物質の移動速度の大きいものが望ましい。

酸素電極はガルパニック型、ポーラロ型いずれでも良く
市販のものを使用することができる。

本発明の微生物電極は次のようにして製作される。

まず、前記微生物を通常の栄養培地で通常の方法で培養
し、培養液から微生物菌体を分離し、ぺ一スト状の菌体
懸濁液とする。

電素電極の隔膜上に菌体を塗布し、要すればこれを支持
するため、ナイオン綱等で支持しこの上を前記揮発性物
質透過性膜で覆い、輪ゴム等でしっかりと電極に取りつ
ければ第１図に示すような微生物電極が得られる。

第１図はガルパニックタイプの酸素電極を用いた微生物
電極であり、第１図中１は微生物層、２は支持層、３は
揮発性物質透過性膜、４は酸素電極の隔膜、５は白金カ
ソード、６はアルミニュームアノード、７は塩化カリュ
ーム液、８．８’は輪ゴムを示す。

第１図中の１の微生物層の代りに固定化微生物膜を用い
ても良く、微生物をコラーゲン、ポリアクリルアミドゲ
ル等で通常の酵素の包括固定化法に順じて固定化して固
定化微生物膜を作り、これを適当な大きさに切って封入
すれば良ｌ／）。

ただし効果は固定化微生物膜を用いても全く変らないの
で特に固定化微生物膜を使う必要はない。

本発明の方法の原理は次のように説明される。

上記微生物電極を不揮発性物質を含有する被験液に接触
せしめる。

シリコーン膜等の揮発性物質透過性膜は沸点の低いエタ
ノール、メタノール、酢酸、低級ケトン類等を透過する
が、糖類、アミノ酸、有機酸塩、無機塩類等は透過せず
、その透過速度はその物質の蒸気圧に比例する。

従って菌体層へは酸素及び揮発性物質のみが到達し得る
。

微生物は揮発性物質を消費（資化）シ、同時に酸素を消
費するからそれに比例して隔膜近傍の溶存酸素濃度が減
少しその結果、該微生物電極の電流が減少する。

微生物電極の電流の減少速度とその微生物によって消費
・資化される有機物の濃度との間には比例関係が成立す
ることが知られているが、本発明の微生物電極の電流の
減少速度も被験液中の揮発性物質濃度に良く比例する。

従って、この電流の減少速度を測定することにより、揮
発性物質の濃度を知ることができる。

第２図は本発明の方法を連続的に実施する場合の実施態
様の１つを示すものである。

第２図中１は微生物電極、２はゴムパッキング、３はフ
ローセル（内容２〜１０ｍＡ！）、４はマグネチツクス
クーラー ５は攪拌子、６はレコーダー、γは空気注入
口、８は水（キャリアー液）注入口、９はサンプル注入
口を示す。

第２図のシステムにそって本発明の方法を説明すると、
まず、キャリアー液として酸素で飽和した水をポンプで
測定セル（フローセル二６）内を通して置く、サンプル
をサンプラーで０．５〜２．０分間一定間隔（１０〜２
０分間）で注入口１２から注入するとサンプルはキャリ
アー液で適度に希釈され（０．０１〜１％）フローセル
内に入り微生物電極１と接触する、フローセル中のサン
プルの揮発性物質と溶存酸素のみが揮発性物質透過膜を
透過し、微生物層に達し、微生物により資化され酸素が
消費される。

従って酸素濃度が減少し微生物電極電流が減少し、レコ
ーダー９に減少した電流のピークが記録される（第４図
参照）。

測定する物質の濃度とピークの高さの関係を求めておけ
ば、このピークの高さから濃度を簡単に知ることができ
る。

一方、本発明の方法をバッチ式で測定する場合には、微
生物電極をサンプル液に接触し、一定時間（０．５〜５
分間）に於る電流の減少量を求めるか又は平衡電流値を
測定すれば良い。

測定中被験液中の溶存酸素濃度を一定に保って測定する
場合、測定時間が長くなると電流値は一定になり平衡状
態に達する。

この平衡時の電流値又は電流の減少値も又被験液中の揮
発性物質濃度に比例するので、平衡電流の減少量から求
めることもできる。

測定の条件は用いる微生物の活動に適した条件下で行う
ことが望ましく、通常ＰＨ４〜８．０１温度１５〜４５
℃の条件で行えば良い。

微生物電極とサンプルとの接触時間は微生物の反応が早
いため０．５〜１０分間で十分である。

このようにサンプルとの接触時間が短いことは単に測定
時間が短縮できることのみならず使用する微生物電極の
汚染も少くてすみ、長期間の使用が可能となる。

本発明の方法によって酢酸を測定する場合には、測定時
のｐＨを酸性ＣｐＨ４以下）にして測定することに容易
に測定することができる。

又使用する微生物の種類によってエタノール、メタノー
ルを分離して測定することもできるし、さらにはメタン
、水素等のガス成分の分析も可能である。

上述の如く本発明は、不揮発性物質が多量に含まれてい
る発酵液又は排水に含まれている揮発性物質を選択的に
測定する優れた測定方法を提供するものである。

実施例 １ ポテト・デキストロース寒天フラント培地（ｐＨ６．０
）上に２５℃で３日間スラント培養したトリコスポロン
・ブラシカエ（Ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎｂｒａｓｓｉ
ｃａｅ） ＣＢＳ ６ ３ ８ ２の微生物菌体←白金
耳を径１０間のミリポアフィルターに塗布し、これをガ
ルパニックタイプの酸素電極の隔膜上に貼りその上をシ
リコーン膜（ＤＣＯ２センサー用、ｓｉ Ｉ ｉｃｏｎ
ｅ Ｆｉ ｌｍ ，Ｒａｄｉｏｍｅ ｔｅｒ， Ｃｏｐ
ｅｎｈａ −ｇｅｎ）で覆い、輪ゴムで電極に固定し第
１図に示すような微生物電極を作製した。

この微生物電極を用いて第２図に示す連続測定システム
を組立て以下の実験を行った。

まず系内にキャリアー液として溶存酸素飽和の水を通し
（流量３．ＯＴＩＬｌ／ｍｉ ｎ ）電極電流をレコー
ダーに記録する（ベースライン）、ベースラインが安定
した後サンプル注入口から一定濃度のエタノール溶液を
３０分間隔で順次注入した（パルス巾１．５分間）。

第３図のたて軸は得られた電極電流の減少のピークの高
さを示し、横軸はフローセル内に於るエタノールの濃度
を示すものであるが、第３図に於でエタノール濃度とピ
ークの高さは良く比例している。

全く同様にしてエタノール、グルコースとエタノール、
及びグルコース水溶液を順次注入してグ／Ｉ，／コース
の影響を調べたがグルコースの影響は全く見られなかっ
た。

実施例 ２ サツカロミセス・セレビシエ−ＣＢＳ １ １ ７ ２
を次に示す培地を用いて３０℃で３５時間フラスコ振盪
培養を行った。

培養液を遠心分離して除菌し得られる上清液にエタノー
ルを添加しエタノール濃度が０．１〜１．０％のサンプ
ルを作った。

これを実施例１と全く同様の方法で測定し、ガスクロ法
で測定したフローセル中のアルコール濃度に対して電極
電流のピークの高さをプロットした。

これは第３図に白丸で示した。

第３図はこの測定法が不純物によって全く影響を受けな
いことを示している。

実施例 ３ １．６％のグルコース水溶液に酢酸ソーダを０．４％〜
２．０％添加し、そのｐＨをリン酸で４．０に調節した
。

これを実施例１と全く同様にしてパルス巾１０分間でフ
ローセル内に注入し電圧出力を測定した。

フローセル中のサンプルの酢酸の濃度と電極電流のピー
クとの間には第４図に示す直線関係が見られた。

【図面の簡単な説明】

第１図４本発明の微生物電極の概略図、第２図は微生物
電極を用いる揮発性物質測定システムの略図、第３図は
純系に於るエタノールの濃度と電極電流の関係を示すグ
ラフ、第４図は酢酸の濃度と電極電流との関係を示すグ
ラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸素電極の隔膜とこれを覆う揮発性物質透過性膜の
   間に、揮発性物質を資化し酸素を消費する微生物を封入
   してなる微生物電極を被験液に接触せしめ、該電極電流
   の減少速度又は平衡電流を測定し、これら電流の減少速
   度又は平衡蕾流と揮発性物質の濃度との間の比例関係を
   利用して揮発性物質を測定することからなる揮発性物質
   の測定方法。