JPS62294076A - 液体二相系の流動床反応器における生物触媒反応操作 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 流動床技術の方法は化学技術において広く使用されてお
り、主に乾燥工程で用いられている。

流動床反応器はまた発酵技術において例えば気はうカラ
ムの形態でよく見られる。例えば抗生物質パラリン（Ｐ
ａｔｕｌｉｎ）は固定化されたベニンリウムウルチカ（
Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ　ｕｒｔｉｃａｅ）を用いてこ
のような反応器中において高収量で製造されうるＣ　Ｂ
ｅｒｋ氏等によるｒＣａｎ、　Ｊ、　Ｃｈｅｍ、　Ｅｎ
ｇ、Ｊ６２、１２０（１９８４））。

また流動床反応器は、酵素技術において特に固定化され
た酵素を用いる場合に適当であることが判明した。この
技術を用いるとある種の酵素の安定性を実質的に増大さ
せることができ、それ故に該酵素の容積時間収率が増大
しそしてその結果工業的応用にまで至っている。これら
の系中において液体を用いる場合、その液体は従来たっ
た一つの相、主に水溶液のみからなった。この点に関し
てこのような系では多くは水溶性である基質に対して使
用することだけが可能であった。

しかしながら、特に酵素技術ではまた基質として非水溶
性化合物を用いることのできるのが望ましい。これまで
は相当する系は撹拌された反応器中においてのみ行われ
ていた。そこでは酵素は水性相中にありそして基質は水
と混和しない有機相中に存在した。この二相は撹拌手段
によって緊密に混合され、そのために該酵素はその基質
に微細な小滴の形態で接することができる。従来この系
は水性相と有機相の分離問題が解決されなかったために
流動床反応器へ移すことはできなかった。実をいえば固
定化された生物触媒もまた撹拌反応器中で使用できるが
、しかしその時には流動床反応器の場合よりら遥かに広
範囲にわたる固定化された系の摩損が増大する摩耗のた
めに観察された。

流動床反応器の利点を二相液体系中における生物触媒（
ｂｉｏｃａｔａｌｙｓｔ）との反応のためにも活かすこ
とができるように適当な装置が本発明において提供され
たが、そこでは驚くべきことに二つの液相の恐れられて
いた分離の問題はらはや問題ではなくなったのである。

即ち本発明は二相の液体系中において生物触媒を用いる
反応を行うための反応器に関するものであって、その反
応器は生物触媒および二相の液体８を含有する円柱形容
器ｌからなるものとし、そして該容器には ａ）該容器の頂上にある撹拌機２、 ｂ）冷却／加熱ジャケット３および Ｃ）　フィルタースクリーンを有する排出器４がそなえ
られ、そしてその排出器は ｄ）ライン５に接続されていて、そのラインを通って前
記液体相が ｅ）ポンプ６および ｒ）フィルタースクリーンを有する供給器７を経て前記
反応器に再循環されるようになっており、その際前記の
容器およびポンプはポンプ送りのエネルギーによって混
合される二相の液体が該容器を通過するにあたり分離し
ないような寸法を有するものである。

本発明はまた二相液体系中で基質を生物触媒と反応させ
る方法にも関し、その方法は該反応を高さ／直径の比が
４０：ｌである流動床反応器中で行うことからなる。

本発明は図面に例示されるが、以下により詳細に説明す
ることにする。

反応器ｌは円柱形であり、好都合にはガラス製である。

しかしながら、その他の不活性物質もまた使用しうる。

高さ／直径の比は４０：ｌが好ましいが、特に２０：１
が好適である。該カラムは二相液体８とともに生物触媒
を含有し、即ちその反応は該カラム中で行われる。

カラム頂上の撹拌機２は、浮遊触媒物質によって排出が
遮断されるのを防止しかつまた沈降を促進する。温度調
節のためにこの円柱形容器はその長さの１７２〜２／３
にわたって冷却または加熱ジャケット３で取り囲まれて
いる。供給器７および特に排出器４は生物触媒の流出を
防止するためにフィルタースクリーンを具備している。

これらスクリーンの孔の大きさは担体の粒径に依存する
もので、従って広範囲に変化しうる。

固定化された生物触媒を用いる場合には５０〜５００β
好ましくは９０〜２５０μの透過性を有するフィルター
スクリーンが使用される。全ての不活性なスクリーン物
質即ち触媒活性に有意な影響を及ぼさない物質を使用す
ることができる。好ましくはプラスチックまたは金属製
のスクリーンが用いられる。確実に排出がなされるよう
に、相当する排出横断面は適切には供給面よりも約ｌＯ
％広い必要がある。

供給器はポンプ６を具備しており、これによって水性相
および有機相はカラムを通り次に該液相によって攻撃さ
れ得ない物質から製造されなければならないライン５を
経て前記カラム中に再循環される。ポンプ送り作用のた
めに該二相は互いに緊密に混合され、カラム中に存在す
る生物触媒は流動化される。ポンプ送りエネルギーは少
なくとも全カラム容量中の二液用が完全に混合され、か
くして生物触媒と基質との間の接触が確実になるように
調整されなければならない。好ましくは反応器は１骨炎
たり１．５床容量異動で操作される。正置換ポンプ特に
脈動ポンプを用いるのが好ましい。

有機相は非混和性であるかまたはほんの僅かに水と混和
性である。この条件をみたせば生物触媒の活性に悪い影
響を及ぼさない溶媒の全てが適当である。

本−発明による反応器は二相液体系中に−お一シ１−で
生物触媒を用いる全ての反応のために有利に使用されう
る。「生物触媒」の用語は遊離の形態および固定化され
た形態の両方で使用できる酵素または細胞として理解さ
れたい。軽い生物触媒を用いる場合それの密度は使用す
る液相のそれと同様であり、流動安定化装置として固定
ミキサーを設置するのが有利である。

本発明による反応器の＋ＩＪ用を以下の実施例によって
より詳しく説明する。特にことわらない限り％データは
重最に関する。

実施例　１ ６０魔の高さおよび２．０ｃｘの直径を有し、そして図
面によれば金属網を具備した供給器および／または排出
器を経由して５　ｕ直径のＰＴＦＥラインによってポン
プに接続している本発明によるガラス製流動床反応器中
において、ヨーロッパ特許公開出願第０．１７８．５５
３号明細書の実施例１と類似の方法で調製された１５９
の固定化されたα−キモトリプシンをメチルイソブチル
ケトンで飽和された４３０贈の水中に懸局した。

３０℃の温度および３０り７時間の循環速度における安
定な分散液が得られた後に、２０婦のメチルイソブチル
ケトンに溶解した１５９のエチルＤ、Ｌ−２−（、４−
ヒドロキシフェノキシ）−プロピオネートの溶液を加え
ることによって反応を開始させた。

この反応溶液中における６、５のｐＨは、排出器にある
電極および自動ビユレットを用いて反応容器にＩＮ　　
ＮａＯＨ溶液を加えることにより再調整された。

約８時間後、即ち上記のアルカリ消費に関して測定した
結果、使用エステルについて３０％転化率が達成された
時にその二相反応容器を以下のように後処理した。

エチルＬ−２−（４−ヒドロキンフェノキシ）−プロピ
オネート並びに残留するＤ−エステルおよび対応するＤ
−酸からなる溶液をメチルイソブチルケトンで抽出した
。有機相をＮａｔＳＯ４で乾燥しついで濃縮し、その残
留物を０．　Ｏ５ｍｍＨｇお、及び１３５℃の下で真空
蒸留し、ラセミ化しついでさらに次のラセミ化合物分割
のために再循環した。

水性相を塩酸で１〜２のｐＨに調整しついで第三ブチル
メチルエーテルで抽出した。エーテル相をＮａｚＳＯ＊
で乾燥し、濃縮し、石油エーテルを加えてＤ−２−（４
−ヒドロキシフェノキシ）−プロピオン酸を結晶化させ
た。

基質としてエチル２−（４−ヒドロキシフェノキシ）−
プロピオネートのラセミ化合物を用いて、固定化された
酵素に対して３単位／９の初期活性を測定した。この生
物触媒の安定性を測定するのにいくつかの実験を前記試
験装置中で実施した。検出された酵素活性は以下の表中
（実施例２）に記載のとおりであった。

実施例　２ ２０祿のメチルイソブチルケトンに溶解した８ｇのエチ
ルＤ、Ｌ〜２−（４−ヒドロキシフェノキシ）−プロピ
オネートをｐＨ電極および自動ビユレットを具備した撹
拌反応器中に入れ、２４０ｘＱの０．１モルホスフェー
トバッファー（ｐＨ６，５）中に分散した。８ｇの固定
されたα−キモトリプシンを加えることにより反応を開
始しついでＩＮＮ水酸ナナトリウム溶液加えて６．５の
ｐｌ＋を再調整した。２４時間後にそのラセミ化合物の
３０％が分割された。

反応溶液を実施例！と類似の方法で後処理した後に、ラ
セミ化合物の分割に関する前記の条件下でその固定され
た酵素を繰り返し用いた。

検出された酵素活性は以下の表中において実施例１での
検出値との比較によって示されている。

１　　　　　２．９　　　　１．５ ２　　　　　２．９　　　　１．４３ ３　　　　　２．２　　　　１．４９ ４　　　　　２．９　　　　１．２０ ５　　　　　２．８５　　　１．２７ ６　　　　　２．８　　　　１．２１ ７　　　　　３．０　　　　１．０１ ８　　　　　　　　３．０　　　　　　１．２０９　　
　　　　　３．２　　　　　　０．９１１０　　　　　
　　３．２　　　　　　１．１２実施例１および２から
得られたＤ−２−（４−ヒドロキシフェノキシ）−プロ
ピオン酸の光学純度は９５％エナンチオマー過剰である
ことが測定された。〔α〕背＋４２，３°（ｃ＝１、エ
タノール中）。

時間の経過による酵素選択性の減少は全く観察されなか
った。

実施例　３ 実施例１の操作に従ったが、しかし８０！１２のメチル
イソブチルケトン中に溶解したａｏｇのエチルＤ、Ｌ−
２−（４−ヒドロキシフェノキシ）−プロピオネートと
１０００λａの水とからなる分散液を４５　；ｑＱ　７
時の速度で連続供給して３０％の転化率を系中において
達成させた。酵素活性を顕著に減少させることなくこの
連続操作を２００時間にわたって行うことができた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の反応器を示すもので、■は円柱形容器、
２は撹拌機、３はジャケット、４は排出器、５はライン
、６はポンプ、７は供給器、８は二相液体を示す。 特許出願人　　ヘキスト・アクチェンゲゼルシャフト外
２名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）二相の液体系中で生物触媒を用いて反応を行うため
   の反応器であって、該反応器は生物触媒および二相の液
   体（８）を含有する円柱形容器（１）からなるものとし
   、そして該容器には ａ）該容器の頂上にある撹拌機（２）、 ｂ）冷却／加熱ジャケット（３）および ｃ）フィルタースクリーンを有する排出器（４）がそな
   えられ、そしてその排出器は ｄ）ライン（５）に接続されていて、そのラインを通っ
   て前記液体相が ｅ）ポンプ（６）および ｆ）フィルタースクリーンを有する供給器（７）を経て
   前記反応器に再循環されるようになっており、その際前
   記の容器およびポンプはポンプ送りのエネルギーによっ
   て混合される二相の液体が該容器を通過するにあたり分
   離しないような寸法を有している前記反応器。 ２）円柱形容器の高さ／直径の比が４０：１である特許
   請求の範囲第１項記載の反応器。 ３）円柱形容器の高さ／直径の比が２０：１である特許
   請求の範囲第２項記載の反応器。 ４）基質を二相の液体系中において生物触媒で反応させ
   る方法において、該反応を高さ／直径の比が４０：１で
   ある流動床反応器中で行うことからなる方法。