JP2001299340A - 酵素又は微生物固定化担体の比重調整方法 - Google Patents

酵素又は微生物固定化担体の比重調整方法

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Naoki Miyata
直紀 宮田
Hitoshi Izumida
仁 泉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は比重調整剤を用いて酵素または
微生物固定化担体の比重を任意に調整することによっ
て、該担体の使用目的に適した流動特性を得る方法を提
供することである。 【解決手段】ポリビニルアルコール(a)、少なくとも
1種の金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある
水溶性高分子多糖類(b)および比重調整剤(c)を含
んでなる水性液状組成物を、金属イオンを含有する水性
媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させることを
特徴とする酵素または微生物固定化担体の比重調整方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酵素または微生物菌
体を包括固定化、あるいは付着固定化するために用いら
れる担体の比重調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酵素または微生物菌体の固定化法として
は、従来から包括法、物理的吸着法、共有結合法等多く
の方法が知られており、その中でも担体同志の密着やチ
ャネリング現象を起こさず、カラム等の充填作業も容易
な球状に担体を成形する方法として、水溶性高分子多糖
類と金属イオンを含有する水性媒体を用いる方法が提案
されてきた(特開昭59−11182号公報、特開昭6
2−138193号公報等参照)。しかしながら担体の
用いられる設備は、形状やスケール及びその目的におい
て多様であり、担体に求められる流動特性は幅広いもの
となるが、一般的な含水ゲルは比重が1付近にあるた
め、流動特性面での多様な要求に応えることは難しい。
【0003】この問題を解決するため、光硬化性樹脂を
用いた担体に比重調整用の粉体を含有させることにより
担体の比重を調整する方法が開発されてきた(特開平1
0−139803号公報、特開平10−152511号
公報、特開平10−168105号公報等参照)。しか
しながら、これらの方法では、添加する比重調整用の粉
体が活性光線を遮蔽するため、光照射による担体の硬化
性の観点から該粉体の含有量をそれほど上げられず、比
重調整の範囲を広げることが困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は比重調
整剤を用いて酵素又は微生物固定化担体(以下「担体」
という)の比重を任意に調整することによって、担体の
使用目的に適した流動特性を得る方法を提供することで
ある。
【0005】
【課題を解決する手段】本発明者等は、上記の目的を達
成するために鋭意検討を重ねた結果、ポリビニルアルコ
ール、水溶性高分子多糖類および比重調整用無機質粉粒
体の混合物を、架橋剤を含有した水中に滴下し粒状のま
ま硬化させることにより、担体の比重を任意に調整しう
ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち本発明は、ポリビニルアルコール
(a)、少なくとも1種の金属イオンとの接触によりゲ
ル化する能力のある水溶性高分子多糖類(b)および比
重調整剤(c)を含んでなる水性液状組成物を、金属イ
オンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状に
ゲル化させることを特徴とする酵素または微生物固定化
担体の比重調整方法を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明方法について具体的
に説明する。
【0008】本発明方法において使用する水性液状組成
物は、ポリビニルアルコール(a)、水溶性高分子多糖
類(b)および比重調整剤(c)を含んでなるものであ
る。この(a)、(b)および(c)成分について説明
する。
【0009】ポリビニルアルコール(a) ポリビニルアルコール(a)は、一般にポリ酢酸ビニル
を酸又はアルカリで加水分解して得られるものであり、
取り扱い粘度、機械的強度を考慮すると、該ポリビニル
アルコールとしては通常、ケン化度100〜75、好ま
しくは90〜80および重合度300〜3000、好ま
しくは500〜2500の範囲内にあるものが好適に使
用される。
【0010】水溶性高分子多糖類(b) 本発明の方法は、酵素又は微生物菌体の固定化担体の水
性媒体中でのゲル化及び粒状化を達成するために、固定
化担体として上記ポリビニルアルコールと組合わせて水
溶性高分子多糖類を使用することに特徴がある。
【0011】本発明において使用する水溶性高分子多糖
類(b)は、水溶性であり、水性媒体中で金属イオンと
接触したときに水に不溶性又は難溶性のゲルに変化する
能力のある高分子多糖類で、金属イオンと接触させる前
の水溶性の状態で通常少なくとも約10g/l(25
℃)の溶解度を示すものが好適に使用される。なお、本
発明において使用しうる水溶性高分子多糖類(b)は、
すべての金属イオンとの接触に対してゲル化能を有して
いる必要性はなく、少なくとも1種の金属イオン、好ま
しくはアルカリ土類金属イオンと接触した時にゲル化す
る能力を有していれば充分であるかかる特性をもつ水溶
性高分子多糖類の具体例としては、アルギン酸のアルカ
リ金属塩、カラギーナン、マンナン、キトサン等が包含
される。
【0012】比重調整剤(c) 本発明で用いられる比重調整剤(c)としては、ポリビ
ニルアルコール(a)、および少なくとも1種の金属イ
オンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子
多糖類(b)、を含有する水性液状組成物中に均一に分
散でき、かつ分散後も分離・ゲル化等の不具合を発生さ
せず、得られる担体の比重を調整できるものであれば特
に制限されるものではない。
【0013】担体の比重を高くする目的で用いられる比
重調整剤(以下「高比重化用比重調整剤」とする)とし
ては高比重化効果の点から比重1.9以上、好ましくは
2.0〜4.5の範囲にある水に不溶ないし難溶性の無
機質粉粒体が好適であり、例としてはクレー(粘土)
系、タルク(ケイ酸マグネシウム)系、バリタ(硫酸バ
リウム)系、マイカ(雲母)系、アルミナ系、シリカ系
の各種顔料やコロイダルシリカ、微小ガラスビーズなど
が挙げられ、市販品の代表例には竹原化学工業社製ハイ
ミクロンHE−5、コープケミカル社製ミクロマイカM
K−100、ユニオン社製ユニビーズUB−03L、東
芝バロティーニ社製MB−20などがある。
【0014】担体の比重を低くする目的で用いられる比
重調整剤(以下「低比重化用比重調整剤」とする)とし
ては比重0.2〜0.8、好ましくは0.3〜0.6の
完全閉鎖型無機質系微小中空ビーズが適している。比重
が上記範囲の低比重化用比重調整剤を用いることにより
十分に低比重化の効果が得られ、かつ製造時の取り扱い
も容易である。このような比重調整剤の例としては中空
ガラスビーズや中空セライトが挙げられ、市販品の代表
例には日本フェライト社製Filite200/7、同
300/7、三機工業社製サンチェライトYO2、同Y
O4、同YOC、富士シリシア化学社製フジバルーンS
−35、同S−40、同S−45、同H−30、同H−
35同、H−40X、イヂチ化成工業社製ウィンライト
MSB−5021、同5011および東芝バロティーニ
社製Q−Ce1570などが挙げられる。比重調整剤の
粒径は、分散安定性の面から80μm以下が好ましい。
【0015】水性液状組成物の製造方法は、水中にポリ
ビニルアルコール(a)と水溶性高分子多糖類(b)が
溶解され、比重調整剤(c)が水中に安定に分散される
方法であればよく、その代表的な製造方法としては、ポ
リビニルアルコール(a)を水に溶解し、次いで水溶性
高分子多糖類(b)の水溶液を添加した後、所望の比重
に応じて比重調整剤(c)を添加し、取り扱いやすい粘
度になるまで必要に応じて蒸留水を加えながら攪拌、混
合する方法を挙げることができる。上記においてポリビ
ニルアルコール(a)の量は比重調整剤を除いた水性液
状組成物に対し3〜20重量%、好ましくは5〜15重
量%、水溶性高分子多糖類(b)の量は比重調整剤を除
いた水性液状組成物に対し0.5〜5重量%、好ましく
は1〜3重量%、比重調整剤(c)の量は、高比重化用
比重調整剤の場合、比重調整剤を除いた水性液状組成物
100重量部に対して0.2〜200重量部、低比重化
用比重調整剤の場合、比重調整剤を除いた水性液状組成
物100重量部に対して0.1〜50重量部の範囲にあ
ることが好適である。
【0016】本発明方法においては、上記水性液状組成
物が金属イオンを含有する水性媒体中に滴下される。上
記金属イオンは、水性液状組成物中の水溶性高分子多糖
類(b)と接触することにより、該多糖類をゲル化させ
ることができるものである。水溶性高分子多糖類(b)
と組合わせる金属イオンについて説明する。
【0017】水溶性高分子多糖類としてアルギン酸のア
ルカリ金属塩を使用する場合は、例えばマグネシウムイ
オン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリ
ウムイオン等のアルカリ土類金属イオン或いはアルミニ
ウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の他の
多価金属イオンのうちの少なくとも1種の多価金属イオ
ンから選択するのが好ましく、代表的なものとしてカル
シウムイオンが挙げられる。水溶性高分子多糖類として
カラギーナン、マンナン又はキトサンを使用する場合
は、上記多価金属イオン以外に、例えばカリウムイオ
ン、リチウムイオン、ナトリウムイオン等のアルカリ金
属イオンも使用することができる。
【0018】水性媒体中へ前記水性液状組成物を滴下し
た際にゲル化が起こる金属イオンの濃度は水溶性高分子
多糖類の種類等により異なるが、一般には水性媒体中
0.01〜5mol/lの範囲内である。また、水溶性
高分子多糖類がマンナン、キトサンの場合には、水性媒
体のpHが8以上、好ましくは10以上になることが適
しており、例えば水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等
を水に溶解して使用される。
【0019】また、金属イオンを含有した水性媒体中に
は必要に応じて担体の架橋に用いられる成分を同時に含
有させておくことも可能である。該成分としては例え
ば、ほう酸およびホルムアルデヒド、グルタールアルデ
ヒドなどのアルデヒド類等が挙げられるが、得られる担
体の強度の点からほう酸が好適である。
【0020】本発明方法においては、前記水性液状組成
物を金属イオンを含有する上記水性媒体中に滴下して該
組成物を粒状にゲル化させて担体を得ることができる。
【0021】前記水性液状組成物の粒状化に際しては水
性液状組成物を注射針のような細い管の先端から水性媒
体中に滴下する方法、遠心力を利用して該液状組成物を
粒状に飛散させ水性媒体中に滴下する方法、スプレーノ
ズル先端から該液状組成物を霧化して粒状とし水性媒体
中に滴下する方法などの各種の方法を採用することがで
き、液滴の大きさは最終の担体に望まれる粒径に応じて
自由に変えることができるが、通常は直径約0.1mm
〜約5mm、好ましくは約0.5mm〜約3mmの液滴
として滴下するのが好都合である。
【0022】本発明の方法において比重調整剤を用いな
い場合は担体の比重は通常1.03付近であるが、高比
重化用比重調整剤を比重調整剤を除いた水性液状組成物
100重量部に対して0.2〜200重量部用いること
により約1.40までの範囲で高比重化することができ
る。また低比重化用比重調整剤を比重調整剤を除いた水
性液状組成物100重量部に対して0.1〜50重量部
用いることで約0.9までの範囲で低比重化することが
できる。
【0023】本発明においてはまた、担体の使用目的に
応じて各種酵素・微生物菌体を、担体を粒状化する前の
水性液状組成物中に分散することによって包括固定化す
ることも可能であり、担体を製造した後に各種酵素・微
生物菌体を付着固定化しても差し支えない。
【0024】次に実施例により本発明を更に具体的に説
明する。
【0025】
【実施例】実施例1 重合度1500、けん化度87.0〜89.0のポリビ
ニルアルコール20重量部に蒸留水80重量部を加え、
約50℃に加温してよく混合し均一な水溶液とした。こ
の水溶液に3%アルギン酸ナトリウム水溶液20重量
部、蒸留水80重量部を加え、これに比重2.5、平均
粒径10〜12μmのガラスビーズ(東芝バロティーニ
社製商品名「MB−20」)20重量部を均一に分散し
て水性液状組成物を得た。得られた水性液状組成物を、
ほう酸濃度が3重量%で且つ塩化カルシウムが0.1モ
ル濃度になるよう調整した水溶液中に、注射針の先端か
ら液面高さ約10cmより滴下したところ粒径約2mm
の粒状物が得られた。この粒状物をこのままの状態で1
0時間浸漬したところ機械的強度良好な担体を得た。こ
の担体の比重は1.12であった。
【0026】実施例2 重合度1500、けん化度99.0以上のポリビニルア
ルコール10重量部に蒸留水90重量部を加え、約50
℃に加温しよく混合して均一な水溶液とした。この水溶
液に3%κ−カラギーナン水溶液10重量部を加え、こ
れに真比重2.5、平均粒径10〜12μmのガラスビ
ーズ(東芝バロティーニ社製商品名「MB−20」)6
重量部を均一に分散して水性液状組成物を得た。得られ
た水性液状組成物を、ほう酸酸濃度が2.5重量%で且
つ塩化カリウムが0.2モル濃度になるよう調整した水
溶液中に、注射針の先端から液面高さ約10cmより滴
下したところ粒径約2.5mmの粒状物が得られた。こ
の粒状物をこのままの状態で10時間浸漬したところ機
械的強度良好な担体を得た。この担体の比重は1.06
であった。
【0027】実施例3 比重調整剤としてガラスビーズ(東芝バロティーニ社製
商品名「MB−20」)20重量部のかわりに比重3.
1、平均粒径4〜5μmのタルク(日本タルク社製商品
名「BST」)200重量部を用いた以外は実施例1と
同様にして機械的強度良好な担体を得た。この担体の比
重は1.35であった。
【0028】実施例4 比重調整剤としてガラスビーズ(東芝バロティーニ社製
商品名「MB−20」)20重量部のかわりに比重0.
34、粒径1〜50μmの中空ガラスビーズ(東芝バロ
ティーニ社製商品名「Q−Ce1579」)2.5重量
部を用いた以外は実施例1と同様にして機械的強度良好
な担体を得た。この担体の比重は1.01であった。
【0029】実施例5 比重調整剤としてガラスビーズ(東芝バロティーニ社製
商品名「MB−20」)20重量部のかわりに比重0.
70、平均粒径75μmの中空アルミナシリカ(日本フ
ェライト社製商品名「Filite300/7」)20
重量部を用いた以外は実施例1と同様にして機械的強度
良好な担体を得た。この担体の比重は0.95であっ
た。
【0030】比較例1 比重調整剤を用いない以外は実施例1と同様にして機械
的強度良好な担体を得た。この担体の比重は1.03で
あった。
【0031】
【発明の効果】本発明の酵素又は微生物固定化担体の比
重調整方法により、上記実施例から明らかなように、比
重約0.9〜1.4の範囲で任意の比重の担体を得るこ
とが可能である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリビニルアルコール(a)、少なくとも
    1種の金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある
    水溶性高分子多糖類(b)および比重調整剤(c)を含
    んでなる水性液状組成物を、金属イオンを含有する水性
    媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させることを
    特徴とする酵素または微生物固定化担体の比重調整方
    法。
  2. 【請求項2】比重調整剤として比重1.9以上の、水に
    不溶ないし難溶性の無機質粉粒体を用いることを特徴と
    する請求項1記載の酵素または微生物固定化担体の比重
    調整方法。
  3. 【請求項3】比重調整剤として比重0.2〜0.9の範
    囲にある無機質系中空ビーズを用いることを特徴とする
    請求項1記載の酵素または微生物固定化担体の比重調整
    方法。
  4. 【請求項4】金属イオンを含有する水性媒体が、ほう酸
    を含有するものであることを特徴とする請求項1〜3の
    いずれか一項に記載の酵素または微生物固定化担体の比
    重調整方法。
  5. 【請求項5】水性液状組成物中に予め酵素または微生物
    菌体を分散しておき、ついで金属イオンを含有する水性
    媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させることを
    特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の酵素ま
    たは微生物固定化担体の比重調整方法。
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