JPS6098981A - 回転円板式バイオリアクタ− - Google Patents
回転円板式バイオリアクタ−Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/18—Apparatus specially designed for the use of free, immobilized or carrier-bound enzymes
-
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- C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
- C12M27/14—Rotation or movement of the cells support, e.g. rotated hollow fibers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固定化された酵素または細菌により反応を行う
反応器に関するものである。
反応器に関するものである。
酵素または細゛菌を担体物質に固定化した生体触媒を用
いて反応を行なわせるバイオリアクターは種々開発され
ているが、それらの多くはビーズ状の担体を用いた固定
化生体触媒を充填した、充填層形式がとられている。
いて反応を行なわせるバイオリアクターは種々開発され
ているが、それらの多くはビーズ状の担体を用いた固定
化生体触媒を充填した、充填層形式がとられている。
しかしながら、このような充填層形式のバイオリアクタ
ーにおいては、ビーズ状の固定化生体触媒は容器内で圧
密化して目詰りをおこし、その結果活性が急激に低下す
るという問題がある。また反応器に供給される基質溶液
の粘度が高い場合、あるいは固形物を含む場合には、充
填層における圧力損失が高くなり、基質溶液の流れに対
しチャンネリングを生じ易く、その結果反応器効率が低
下することが多い。
ーにおいては、ビーズ状の固定化生体触媒は容器内で圧
密化して目詰りをおこし、その結果活性が急激に低下す
るという問題がある。また反応器に供給される基質溶液
の粘度が高い場合、あるいは固形物を含む場合には、充
填層における圧力損失が高くなり、基質溶液の流れに対
しチャンネリングを生じ易く、その結果反応器効率が低
下することが多い。
このような目詰りや圧力損失のないバイオリアクターと
して板状あるいは膜状の固定化酵素または菌体を用いた
りアクタ−が提案されており、その中には固定化酵素円
板を水平軸に取付けた回転同根リアクターも見られる（
（例え４ｆ ｒ触媒Ｊ第２１巻、４４５〜４４９頁、
１９７９年）。
して板状あるいは膜状の固定化酵素または菌体を用いた
りアクタ−が提案されており、その中には固定化酵素円
板を水平軸に取付けた回転同根リアクターも見られる（
（例え４ｆ ｒ触媒Ｊ第２１巻、４４５〜４４９頁、
１９７９年）。
しかしながら、これらの回転円板リアクターはいずれも
コラーゲンやポリアクリルアミド等の担体を用いて、予
め菌体や酵素を固定化した円板を用いており、工業的に
大型の装置においては強度的に問題があると共に、固定
化された酵素あるいは菌体の活性が低下した場合、円板
自体を更新する必要がある。
コラーゲンやポリアクリルアミド等の担体を用いて、予
め菌体や酵素を固定化した円板を用いており、工業的に
大型の装置においては強度的に問題があると共に、固定
化された酵素あるいは菌体の活性が低下した場合、円板
自体を更新する必要がある。
本発明は、反応器活性が高く、固定化生体触媒が圧密化
や目詰りを生ぜず、反応器内で基質溶液との接触が良好
で高い反応器活性を長期に維持することができると共に
、固定化された酵素または菌体を容易に交換することの
できる回転円板型のバイオリアクターを提供するもので
ある。
や目詰りを生ぜず、反応器内で基質溶液との接触が良好
で高い反応器活性を長期に維持することができると共に
、固定化された酵素または菌体を容易に交換することの
できる回転円板型のバイオリアクターを提供するもので
ある。
即ち本発明は、槽内に設けた回転軸に、イオン結合法に
より酵素もしくは細菌を吸着する能力を有する薄層を保
持した円板が、前詰回転軸に対して直角に複数個並設さ
れていることを特徴とする回転円板式バイオリアクター
である。
より酵素もしくは細菌を吸着する能力を有する薄層を保
持した円板が、前詰回転軸に対して直角に複数個並設さ
れていることを特徴とする回転円板式バイオリアクター
である。
本発明において、回転円板に保持される薄層はイオン結
合法によって酵素または細菌等を吸着固定化する能力を
有する材質が用いられる。このような材質はすでにいく
つか知られており、例えばインベルターゼやグルコース
イソメラーゼはそれぞれ特定の陰イオン交換基を有する
陰イオン交換樹脂に固定化され１、またリパーゼはスル
ホン基を有する陽イオン交換体に結合することが知られ
ている。また有機物酸化特性を有する細菌の一種が、陰
イオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ−１に吸着固定化されること
も知られている。本発明においてはこの様なイオン交換
体を薄膜化したもの、あるいは円板上に積層した薄層と
して用いることができる。特に特開昭５５−４５８０２
号明細書に開示されている様なアミノアセタール化ポリ
ビニルアルコールより製造される接合繊維は、織布また
は不織布としてシート化することができ、金属、セラミ
ックスまたはプラスチックス等の丈夫な円板上に固着し
て用いることができる。
合法によって酵素または細菌等を吸着固定化する能力を
有する材質が用いられる。このような材質はすでにいく
つか知られており、例えばインベルターゼやグルコース
イソメラーゼはそれぞれ特定の陰イオン交換基を有する
陰イオン交換樹脂に固定化され１、またリパーゼはスル
ホン基を有する陽イオン交換体に結合することが知られ
ている。また有機物酸化特性を有する細菌の一種が、陰
イオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ−１に吸着固定化されること
も知られている。本発明においてはこの様なイオン交換
体を薄膜化したもの、あるいは円板上に積層した薄層と
して用いることができる。特に特開昭５５−４５８０２
号明細書に開示されている様なアミノアセタール化ポリ
ビニルアルコールより製造される接合繊維は、織布また
は不織布としてシート化することができ、金属、セラミ
ックスまたはプラスチックス等の丈夫な円板上に固着し
て用いることができる。
イオン結合性薄層を円板上に保持した回転円板の構造は
種々考えられるが、例えば第１図に示すように硬質ポリ
塩化ビニル製の円板１の両面に前記繊維質シート２を接
着その他適当な方法で固着させて回転円板を構成するこ
とができる。回転円板には回転軸を通す孔６が設けられ
ている。他の方法としては円板１上にイオン結合性を有
する繊維、粒体、膜等を直接に積層固定して回転円板を
構成することもできる。
種々考えられるが、例えば第１図に示すように硬質ポリ
塩化ビニル製の円板１の両面に前記繊維質シート２を接
着その他適当な方法で固着させて回転円板を構成するこ
とができる。回転円板には回転軸を通す孔６が設けられ
ている。他の方法としては円板１上にイオン結合性を有
する繊維、粒体、膜等を直接に積層固定して回転円板を
構成することもできる。
第２図は、本発明の回転円板の他の実施態様を示し、イ
オン結合性の薄層４を網状の円板５で挾持して回転円板
を構成することができ、また第３図に示すように、円板
１の両面にイオン結合性薄層４を網状円板５でそれぞれ
押えて保持して構成することもできる。
オン結合性の薄層４を網状の円板５で挾持して回転円板
を構成することができ、また第３図に示すように、円板
１の両面にイオン結合性薄層４を網状円板５でそれぞれ
押えて保持して構成することもできる。
本発明のバイオリアクターは上記の様な回転円板を回転
軸上に並設して反応槽内に設置し、槽内に導入される基
質溶液が回転する円板上の固定化生体触媒と接触して反
応を行うもので、円板の大きさ、枚数−は任意であり、
また、回転軸も水平、垂直または場合によって傾斜して
設けることができる。
軸上に並設して反応槽内に設置し、槽内に導入される基
質溶液が回転する円板上の固定化生体触媒と接触して反
応を行うもので、円板の大きさ、枚数−は任意であり、
また、回転軸も水平、垂直または場合によって傾斜して
設けることができる。
第４図はこの様な回転円板を用いた本発明のバイオリア
クターの１例を示すもので、少量の基質溶液によって固
定化生体触媒の性能試験を行うことのできるミニリアク
ターの回転軸に沿った断面図である。
クターの１例を示すもので、少量の基質溶液によって固
定化生体触媒の性能試験を行うことのできるミニリアク
ターの回転軸に沿った断面図である。
原料液１・１が導入される供給口１２を有する円筒状ガ
ラスの胴部１６が、ゴムパツキン１４を介してステンレ
ス製側板１５および１６によって両側を閉鎖されて水密
の反応器を形成している。側板１５と１６とは締棒１７
およびナツト１８によって胴部１６に締付けられる。ま
た側板１６には反応液を取出す排出口２０が設けられて
いる。
ラスの胴部１６が、ゴムパツキン１４を介してステンレ
ス製側板１５および１６によって両側を閉鎖されて水密
の反応器を形成している。側板１５と１６とは締棒１７
およびナツト１８によって胴部１６に締付けられる。ま
た側板１６には反応液を取出す排出口２０が設けられて
いる。
反応器内には回転軸２１が両端をテフロンベアリング２
２によって回転自在に水平に支持されており、回転軸２
１の一端には磁石回転体２３が回転軸に固着され、この
磁石回転体２３が反応器外部に設けられたもう１つの磁
石回転体２４の回転によって誘導されて回転し、回転軸
２１に回転力を与える。回転軸２１の他の部分には複数
個の回転円板２５が回転軸２１に垂直にスペーサー２６
を介してほぼ等間隔に並設されている。
２によって回転自在に水平に支持されており、回転軸２
１の一端には磁石回転体２３が回転軸に固着され、この
磁石回転体２３が反応器外部に設けられたもう１つの磁
石回転体２４の回転によって誘導されて回転し、回転軸
２１に回転力を与える。回転軸２１の他の部分には複数
個の回転円板２５が回転軸２１に垂直にスペーサー２６
を介してほぼ等間隔に並設されている。
酵素の固定化は、例えば酵素吸着性シートを予め８０℃
の温水に１時間浸漬して充分膨潤させた後、３０℃でＩ
Ｎ−Ｈ（！ｌ溶液に２時間浸漬して活性化させ、次いで
充分水洗した後、円板に取付けて回転円板として回転軸
に取付け、反応器内に設置する。回転円板の設置された
反応器内に酵素溶液を充満させ、外部磁石回転体を回転
させて反応器内の回転軸を回転させながら酵素の吸着を
行う。
の温水に１時間浸漬して充分膨潤させた後、３０℃でＩ
Ｎ−Ｈ（！ｌ溶液に２時間浸漬して活性化させ、次いで
充分水洗した後、円板に取付けて回転円板として回転軸
に取付け、反応器内に設置する。回転円板の設置された
反応器内に酵素溶液を充満させ、外部磁石回転体を回転
させて反応器内の回転軸を回転させながら酵素の吸着を
行う。
吸着には通常１時間以上の吸着時間をとることが望まし
い。膨潤による薄層の変形が防止されている場合には、
上記の活性化等の処理をすべて反応器内で行うこともで
きる。
い。膨潤による薄層の変形が防止されている場合には、
上記の活性化等の処理をすべて反応器内で行うこともで
きる。
酵素の固定化された本発明のバイオリアクターにおける
反応は、供給口より基質溶液を供給し、排出口より反応
液を回収することにより行われるが、その際の反応温度
、円板の回転数、反応液の滞留時間等は、固定化酵素量
、基質溶液濃度等により経験的に最適条件が定められる
。
反応は、供給口より基質溶液を供給し、排出口より反応
液を回収することにより行われるが、その際の反応温度
、円板の回転数、反応液の滞留時間等は、固定化酵素量
、基質溶液濃度等により経験的に最適条件が定められる
。
反応の継続により、固定化酵素の活性が低下した場合に
は、例えば５％−ＮａＯｔ水溶液によって吸着酵素を脱
着し、その後、再びｌＮ−ＨＣｌ水溶液で活性化処理し
た後、改めて新しい酵素溶液によって回転円板のイオン
交換体に酵素を吸着せしめることによって反応器を再活
性化することができる。
は、例えば５％−ＮａＯｔ水溶液によって吸着酵素を脱
着し、その後、再びｌＮ−ＨＣｌ水溶液で活性化処理し
た後、改めて新しい酵素溶液によって回転円板のイオン
交換体に酵素を吸着せしめることによって反応器を再活
性化することができる。
回転円板に装着されるイオン交換体、例えばイオン交換
繊維、イオン交換樹脂の種類を変えることにより、イン
ベルターゼ、ゲルコースイソメラーゼ、リパーゼ、アミ
ノアシラーゼ、カタラーゼ等積々の酵素を固定化するこ
とができ、またイオン交換樹脂の成る種のものでは細菌
をイオン結合力により吸着することができる。
繊維、イオン交換樹脂の種類を変えることにより、イン
ベルターゼ、ゲルコースイソメラーゼ、リパーゼ、アミ
ノアシラーゼ、カタラーゼ等積々の酵素を固定化するこ
とができ、またイオン交換樹脂の成る種のものでは細菌
をイオン結合力により吸着することができる。
実施例
第４図に示す反応器と同様の装置を用い、酵素インベル
ターゼを酵素吸着シートに吸着せしめて固定化した。
ターゼを酵素吸着シートに吸着せしめて固定化した。
反応器は内径が３０ｍｍの円筒形で、実容積（ｗｏｒｋ
ｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）が２５ｍｔのものを用い、厚さ
Ｑ 、 ５ ｍｍ ％直径２８ ｍｍの硬質ポリ塩化ビ
ニル製円板の両面に、乾燥時厚すＪ５ｍｍ、直径２８
ｍｍの酵素吸着シート（〔株〕ニチビ製アミメアセター
ル化ポリビニルアルコール複合繊維の不織布）を、予め
８０°Ｃの渇水で膨潤させた後、３０℃のｌＮ−ＨＣｌ
水溶液に２時間浸漬して活性化し、充分に水洗したもの
をホッチキスで固定したものを回転円板として使用した
。
ｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）が２５ｍｔのものを用い、厚さ
Ｑ 、 ５ ｍｍ ％直径２８ ｍｍの硬質ポリ塩化ビ
ニル製円板の両面に、乾燥時厚すＪ５ｍｍ、直径２８
ｍｍの酵素吸着シート（〔株〕ニチビ製アミメアセター
ル化ポリビニルアルコール複合繊維の不織布）を、予め
８０°Ｃの渇水で膨潤させた後、３０℃のｌＮ−ＨＣｌ
水溶液に２時間浸漬して活性化し、充分に水洗したもの
をホッチキスで固定したものを回転円板として使用した
。
第４図の如く回転円板をセットした反応器に・インベル
ターゼ（東洋紡社製、ｌ ２３ ｕ／ｍｇ ）水溶液を
入れ、３０℃で２時間、回転円板を４２ ｒ、ｐ、ｍ。
ターゼ（東洋紡社製、ｌ ２３ ｕ／ｍｇ ）水溶液を
入れ、３０℃で２時間、回転円板を４２ ｒ、ｐ、ｍ。
で回転せしめて酵素吸着を行った。
次いで２０重量％の蔗糖溶液を原料液として酵素による
転化反応を行った。反応は原料液貯槽および反応器を５
５℃の恒温水槽内に置いて行った。
転化反応を行った。反応は原料液貯槽および反応器を５
５℃の恒温水槽内に置いて行った。
反応器内に並設する回転円板数が１０枚（シート数２０
枚）の場合と７枚（シート数１４枚）の場合について実
験し、蔗糖溶液の流量をＳＶ２，５および５の場合につ
いて実験を行った。インベルターゼの固定化を行ってか
ら４８時間以内に回転円板の回転数を種々変化させたと
きの蔗糖溶液のインベルターゼによる転化率は第５図に
示すとおりであった。図に示された結果により明らかな
様に、円板の回転によって転化率は顕著に向上する。
枚）の場合と７枚（シート数１４枚）の場合について実
験し、蔗糖溶液の流量をＳＶ２，５および５の場合につ
いて実験を行った。インベルターゼの固定化を行ってか
ら４８時間以内に回転円板の回転数を種々変化させたと
きの蔗糖溶液のインベルターゼによる転化率は第５図に
示すとおりであった。図に示された結果により明らかな
様に、円板の回転によって転化率は顕著に向上する。
同じ装置で円板数１０枚（シート数２０枚）の場合につ
いて、反応器容積当りの酵素吸着量２２００Ｕ／ｃｒｎ
３．５Ｖ＝＝２，５、反応温度５５°Ｃ１円板回転数４
２ ｒ、ｐ、ｍ、で２０重量％庶糖溶液を連続処理した
場合の転化率の変化は第６図に示すとおりであった。
いて、反応器容積当りの酵素吸着量２２００Ｕ／ｃｒｎ
３．５Ｖ＝＝２，５、反応温度５５°Ｃ１円板回転数４
２ ｒ、ｐ、ｍ、で２０重量％庶糖溶液を連続処理した
場合の転化率の変化は第６図に示すとおりであった。
第１図、第２図および第３図は本発明に用いる回転円板
の構造を示す分解図で、第４図は本発明の実施例の１つ
のミニリアクターを示す断面図である。第５図および第
６図はミニリアクターを用いた固定化インベルターゼに
よる蔗糖溶液の転化反応の転化率を示すグラフである。 図示された要部と符号との対応は次のとおりである。 １・・・円板、 ２・繊維質シート、 ４・・・イオン
吸着体薄層、 ５・・・網状円板、 １２・・・供給口
、１３・・・胴部、 １４・・・パツキン、 １５．１
６・・・側板、 ２０・・・排出口、 ２１・・・回転
軸、 ２３．２４・・磁石回転体、 ２５・・・回転円
板、 ２６：・・スペーサ。 出願人 三菱化工機株式会社 代理人 弁理士厚田桂一部
の構造を示す分解図で、第４図は本発明の実施例の１つ
のミニリアクターを示す断面図である。第５図および第
６図はミニリアクターを用いた固定化インベルターゼに
よる蔗糖溶液の転化反応の転化率を示すグラフである。 図示された要部と符号との対応は次のとおりである。 １・・・円板、 ２・繊維質シート、 ４・・・イオン
吸着体薄層、 ５・・・網状円板、 １２・・・供給口
、１３・・・胴部、 １４・・・パツキン、 １５．１
６・・・側板、 ２０・・・排出口、 ２１・・・回転
軸、 ２３．２４・・磁石回転体、 ２５・・・回転円
板、 ２６：・・スペーサ。 出願人 三菱化工機株式会社 代理人 弁理士厚田桂一部
Claims (4)
- （１）槽内に設けた回転軸に、イオン結合法により酵素
もしくは細菌を吸着する能力を有する薄層を保持した円
板が、前記回転軸に対して直角に複数個並設されている
ことを特徴とする回転円板式％式％ - （２）薄層がイオン結合性繊維よりなるシートである、
特許請求の範囲第（１）項に記載のバイオリアクター。 - （３）薄層が円板上に積層固着された粒状または繊維状
のイオン交換体である、特許請求の範囲第（１）項に記
載のバイオリアクター。 - （４） 薄層が網状円板によって挾持されている、特許
請求の範囲第（１）項から第（３）項までのいずれかに
記載のバイオリアクター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20599783A JPS6098981A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 回転円板式バイオリアクタ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20599783A JPS6098981A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 回転円板式バイオリアクタ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6098981A true JPS6098981A (ja) | 1985-06-01 |
| JPS6260073B2 JPS6260073B2 (ja) | 1987-12-14 |
Family
ID=16516193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20599783A Granted JPS6098981A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 回転円板式バイオリアクタ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6098981A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6214779A (ja) * | 1985-07-11 | 1987-01-23 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | 発酵装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63302541A (ja) * | 1987-06-03 | 1988-12-09 | Tokyo Kaken:Kk | 半導体装置用ソルダマスク剤 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52130975A (en) * | 1976-04-26 | 1977-11-02 | Tokyo Rikakikai Kk | Fixed microorganism cell |
| JPS5399378A (en) * | 1977-02-09 | 1978-08-30 | Tokyo Rikakikai Kk | Continuous reacting apparatus |
| JPS554580A (en) * | 1978-06-27 | 1980-01-14 | Atsuko Hayashi | Transfusion run-out detector |
| JPS5545802A (en) * | 1978-08-30 | 1980-03-31 | Agency Of Ind Science & Technol | Fibers comprising immobilized enzymes and their preparation |
| JPS586472A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-14 | Fujitsu Ltd | 電子ビ−ムによる電圧測定装置 |
| JPS5835675A (ja) * | 1981-08-26 | 1983-03-02 | Ricoh Co Ltd | ホ−ル抽出方法 |
-
1983
- 1983-11-04 JP JP20599783A patent/JPS6098981A/ja active Granted
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52130975A (en) * | 1976-04-26 | 1977-11-02 | Tokyo Rikakikai Kk | Fixed microorganism cell |
| JPS5399378A (en) * | 1977-02-09 | 1978-08-30 | Tokyo Rikakikai Kk | Continuous reacting apparatus |
| JPS554580A (en) * | 1978-06-27 | 1980-01-14 | Atsuko Hayashi | Transfusion run-out detector |
| JPS5545802A (en) * | 1978-08-30 | 1980-03-31 | Agency Of Ind Science & Technol | Fibers comprising immobilized enzymes and their preparation |
| JPS586472A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-14 | Fujitsu Ltd | 電子ビ−ムによる電圧測定装置 |
| JPS5835675A (ja) * | 1981-08-26 | 1983-03-02 | Ricoh Co Ltd | ホ−ル抽出方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6214779A (ja) * | 1985-07-11 | 1987-01-23 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | 発酵装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6260073B2 (ja) | 1987-12-14 |
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