JP2004275113A - 酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に製造できる大粒径の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体を提供すること。
【解決手段】（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなる粒状担体であって、該親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００の樹脂であり、粒状担体の粒径が６．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体。
【選択図】なし
【解決手段】（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなる粒状担体であって、該親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００の樹脂であり、粒状担体の粒径が６．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大粒径の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
従来より、酵素又は微生物菌体等の生体触媒を固定化する担体としては多くの種類が知られており、その製造方法も数多く開示されている（例えば非特許文献１等参照。）。
【０００３】
これら固定化担体の中でも、近紫外線照射あるいは活性光線の照射によって硬化する光硬化性樹脂は、長期安定性、樹脂の親水・疎水性制御、あるいは硬化時の生体触媒の失活の抑止等の長所を有しており、発酵、微生物変換、酸素的変換、廃水処理等様々な領域で使用される生体触媒の固定化担体として広く使用されている（例えば特許文献１、非特許文献２、非特許文献３等参照。）。
【０００４】
この光硬化性樹脂を用いた担体では、製造の簡便さ等から粒状のものが多く使用されている（例えば特許文献２等参照。）。しかしながら、従来の光硬化性樹脂の粒状化方法では、調製できる粒子の粒径は最大でも６ｍｍ程度である。これは、大粒径粒子を、光硬化性樹脂、水溶性高分子多糖類および光重合開始剤を含む樹脂溶液からなる粒状ゲルに近紫外線を照射する方法によって調製する場合、該粒状ゲルの表面は十分な光量の近紫外線が照射されて光重合を開始するものの、その光重合反応は粒状ゲル表面近傍で停止してしまい、粒状ゲル内部のゲル化が十分に生じないため、調製された粒状ゲルは、その内部が樹脂液のままであり、使用時に未反応樹脂液の漏出、強度不足、長期安定性の欠如等の問題が発生するためである。
【０００５】
大粒径粒子の用途は幅広くあり、その利点を挙げると、例えば、粒状担体充填型界面バイオリアクターシステムへの適用では、間隙が大きいため目詰まりを起こしにくい等の利点があり、また、粒状担体使用型浄化槽においては、沈降性が高い、固液分離が良好である、フィルター等の穴からの担体の流出が抑えられるなどの利点がある。
【０００６】
光硬化性樹脂の光線照射による重合反応だけでは、大粒径粒子の場合、粒子内部が十分に反応しないことから、加熱による熱重合反応を併用する方法が開示されている（特許文献３参照。）。しかしながらこの方法では、製造が煩雑となり、製造コストも嵩むことから、大量に製造することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、容易に製造できる大粒径の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体を提供することである。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭６２−１９８３７号公報
【特許文献２】
特開平３−２８１９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−１９１９７３号公報
【非特許文献１】
Ａ．ハンフリー・Ｎ．ミリス著、永谷正治訳、生物化学工学
【非特許文献２】
Ａ．Ｔａｎａｋａ ａｎｄ Ｋ．Ｓｏｎｏｍｏｔｏ，Ｃｈｅｍｔｅｃｈ，２０巻，１１２（１９９０）
【非特許文献３】
Ｔ．Ｉｉｄａ，Ｊ．Ｆｅｒｍｅｎｔ．Ｂｉｏｅｎｇ．，７５巻，３５（１９９３）
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、親水性光硬化性樹脂として、ポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する高分子量の樹脂を用いることにより、光硬化してできた粒子が水中で水により数倍〜数十倍程度に膨張し、大粒径の粒子を形成できることが確認され、本研究を完成するに至った。
【００１０】
かくして本発明は、（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなる粒状担体であって、該親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００の樹脂であり、粒状担体の粒径が６．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体に関するものである。
【００１１】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体は、（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなるものである。上記活性光線の照射は、光重合反応が粒子の内部まで十分に起きるよう粒子径としては６ｍｍ以下に留めるようにして行う。得られた粒状担体は水中で水により膨潤し、約１日程度で数倍〜数十倍の体積になる。この粒子が水中で膨張するためには特定の親水性光硬化性樹脂（Ａ）を用いることが重要であり、以下に説明する。
【００１３】
親水性光硬化性樹脂（Ａ）
本発明に用いる親水性光硬化性樹脂（Ａ）は、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００、好ましくは７，４００〜５０，０００の樹脂である。
【００１４】
親水性光硬化性樹脂（Ａ）としては、高分子ポリアルキレングリコールの両末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法があるが、ポリアルキレングリコールの分子量が高過ぎると取り扱いが難しいため、数平均分子量７００〜８，０００程度のポリアルキレングリコール（ａ）を用いて、これにジイソシアネート化合物（ｂ）をまず反応させ、得られる高分子樹脂の末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法が適している。末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法としては、
（Ｉ）高分子樹脂の末端が水酸基の場合には、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基含有不飽和単量体のカルボキシル基と反応させてエステルする方法、又は水酸基にジイソシアネート化合物を反応させた後残ったイソシアネート基にアクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法、水酸基イソシアネート基に含有不飽和単量体を反応させる方法等があり、
（ＩＩ）高分子樹脂の末端がイソシアネート基の場合には、イソシアネート基にアクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法等がある。
【００１５】
合成の容易さから、上記（ＩＩ）の高分子樹脂の末端がイソシアネート基であるものに不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法の方が好ましい。高分子樹脂の末端をイソシアネート基であって適度の分子量とするためには、ポリアルキレングリコール（ａ）とジイソシアネート化合物（ｂ）との反応は、両者のモル比が、（ｂ）／（ａ）＝１．１〜１．６、特に１．３〜１．５の範囲内であることが適している。
【００１６】
上記ポリアルキレングリコール（ａ）はアルキレン基の炭素数が２〜４のものが適しており、単独重合物であっても共重合物であってもよいが、中でも親水性の点から数平均分子量が７００〜８，０００のポリエチレングリコールが好ましい。
【００１７】
また、ジイソシアネート化合物（ｂ）としては、従来からポリウレタン樹脂の製造等に使用されている１分子中に２個のイソシアネート基を有する数平均分子量１００〜２，０００程度の化合物を好適に使用できる。具体的には、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の如き脂肪族ジイソシアネート類；水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の如き環状脂肪族ジイソシアネート類；トリレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート等の如き芳香族ジイソシアネート類等の有機ジイソシアネート類が挙げられる。
【００１８】
ジイソシアネート化合物（ｂ）の一部を３官能以上のポリイソシアネート化合物で置き換えることにより分岐した高分子樹脂を得ることもできる。その場合には、高分子樹脂のゲル化を避けるため、３官能以上のポリイソシアネート化合物とポリアルキレングリコールとを予め水酸基過剰の状態で反応させて末端が水酸基の分岐した高分子樹脂を合成し、末端の水酸基に前記（Ｉ）の方法で不飽和単量体を反応させて不飽和基を導入する方法をとることが好ましい。３官能以上のポリイソシアネート化合物による置き換えは、ジイソシアネート化合物（ｂ）中の３０モル％以下、特に１０モル％以下であることが、高分子樹脂の合成安定性の点で好ましい。
【００１９】
光重合開始剤（Ｂ）
上記（Ａ）に述べた光硬化性樹脂の光重合反応を促進する目的で、本発明に従う液状組成物には光重合開始剤を含ませる。使用しうる光重合開始剤は、光照射により分解してラジカルを生成し、このものが重合開始種となって重合性不飽和基を有する樹脂間に橋かけ反応を起こさせるものであり、例えば、ベンゾインなどのα−カルボニル類；ベンゾインエチルエーテルなどのアシロインエーテル類；ナフトールなどの多環芳香族化合物類；メチルベンゾインなどのα−置換アシロイン類；２−シアノ−ブチルアゾホルムアミドなどのアゾアミド化合物類などをあげることができる。
【００２０】
水溶性高分子多糖類（Ｃ）
本発明において使用する水溶性高分子多糖類は、水溶性であり、水性媒体中で多価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、一般に約３，０００〜約２，０００，０００の分子量を有し、また、多価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。
【００２１】
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、カラギーナン等が包含される。
【００２２】
これら水溶性高分子多糖類は水性媒体中に溶解した状態で、カラギーナンの場合は、カリウムイオンまたはナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンによって、またアルギン酸のアルカリ金属塩の場合は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と接触するとゲル化しうる。
【００２３】
ゲル化が起るアルカリ金属イオン又は多価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０．０１〜５ｍｏｌ／ｌである。
【００２４】
液状組成物
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各成分は、水性媒体中で相互に充分に混合することにより液状組成物にすることができる。使用しうる水性媒体としては、水または緩衝水溶液が好適であるが、水溶性アルコール類、水溶性ケトン類等を用いることもできる。
【００２５】
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各成分の相互の使用割合は厳密に制限されるものではないが、通常、光硬化性樹脂１００重量部に対し、光重合開始剤は０．０１〜５重量部、水溶性高分子多糖類は０．１〜１５重量部の割合で混合するのが好ましい。
【００２６】
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）だけから製造された粒状成形物は、一般に水とほぼ同じ１．００〜１．０３の範囲内の比重を有しているが、顔料、無機又は有機の粒子等の比重調整材を添加することで所望の比重に調整することができる。比重を高くしたい場合には、ガラスビーズ、タルク、マイカ、バリタ等の比重が１以上の比重調整材を前記光硬化性樹脂（Ａ）成分１００重量部に対し０．１〜５０重量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が１．００〜１．２５の範囲になるように調整することができる。また、比重を低くしたい場合には、中空ガラスビーズ、中空セライト、中空ポリマー等の比重が１以下の比重調整材を光硬化性樹脂（Ａ）成分１００重量部に対し０．１〜３０重量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が０．９０〜１．００の範囲になるように調整することができる。
【００２７】
以上に述べた（Ａ）〜（Ｃ）の各成分及び必要に応じて添加される比重調整材は水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物が調製される。この液状組成物の固形分濃度は一般に５〜３０重量％の範囲内が適当である。
【００２８】
上記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て担体を得ることができる。
【００２９】
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るが、安定に大粒径を作るためには細い管の先端から水性媒体中に滴下する方法が好ましい。液滴の大きさは直径約３ｍｍ〜約６ｍｍ、好ましくは約３．５ｍｍ〜約５．５ｍｍの液滴として滴下するのが好都合である。
【００３０】
かくして形成される所望の大きさの液滴は、自然沈降、吸引等により水性媒体中に沈降させて、アルカリ金属イオン又は多価金属と接触させることによりゲル化する。得られた粒状物は、そのまま水性媒体中に分散させた状態で、或いは水性媒体から分離した後、活性光線を照射することにより、粒状物中の親水性光硬化性樹脂を重合硬化させる。
【００３１】
上記の光硬化に使用しうる活性光線の波長は、該粒状物中に含まれる光硬化性樹脂の種類等に応じて異なるが、一般には、約２５０〜約６００ｎｍの範囲内の波長の光を発する光源を照射に使用するのが有利である。そのような光源の例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯、太陽光等が挙げられる。照射時間は光源の光の強さ、光源からの距離等に応じて変える必要があるが、一般には約０．５〜約１０分間の範囲内とすることができる。
【００３２】
上記のようにして得られた架橋粒子は、水中に１日程度浸漬しておくことにより２倍〜数十倍程度に膨張して大粒径の粒子になる。該大粒径粒子の粒径としては、取り扱いやすさの点から６．５〜２０ｍｍ、特に７〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３３】
該担体への微生物菌体の固定化は、例えば、微生物が懸濁している発酵槽またはバイオリアクターに担体を投入し、付着させるだけで簡単に行なうことができる。また、培地中にあらかじめ担体を投入しておき、微生物を植菌後培養する方法でも行なうことができる。或いは培養槽に該担体を投入し、微生物の付着を行った後、バイオリアクターに投入することもできる。培養槽、発酵槽、バイオリアクター等に投入する該担体の量は、特に規定されるわけではないが、通常、培地の１容量％から６０容量％の範囲内が好ましい。
【００３４】
また、微生物菌体の固定化を包括法によって行う場合は、前記した（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）からなる液状組成物中に微生物菌体を含有させておくことによって容易に固定化粒状担体を得ることができる。
【００３５】
該担体は、流動層型のバイオリアクターまたは撹拌型の発酵槽等に使用するのが最も適しているが、固定床型のバイオリアクター、発酵槽等に応用することも可能である。
【００３６】
本発明の微生物菌体固定化用担体は、表面の構造が微生物の付着に適しており、微生物を大量に付着させることができる。該担体に付着させうる微生物は、特に限定されず、嫌気性微生物、好気性微生物のどちらにも用いることができる。微生物の種類としては、アスパルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類；ザイモモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサルシナ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において「部」及び「％」は重量基準である。
【００３８】
実施例１
数平均分子量約８００のポリエチレングリコール５，６００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，３４４部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は７，４００であった。
【００３９】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２０ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１０ｍｍであった。
【００４０】
実施例２
数平均分子量約１，０００のポリエチレングリコール６，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，１７６部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は７，６００であった。
【００４１】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１０ｍｍであった。
【００４２】
実施例３
数平均分子量約１，５００のポリエチレングリコール７，５００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，００８部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は８，９００であった。
【００４３】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２０ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物を得た。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１１ｍｍであった。
【００４４】
比較例１
数平均分子量約８００のポリエチレングリコール２，４００部、数平均分子量約８００のポリプロピレングリコール１，６００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，００８部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は５，４００であった。
【００４５】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が３〜５ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は４ｍｍであった。
【００４６】
比較例２
数平均分子量約１，０００のポリエチレングリコール３，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート６７２部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は４，１００であった。
【００４７】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は５ｍｍであった。
【００４８】
比較例３
数平均分子量約５００のポリエチレングリコール３，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，１７６部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は４，６００であった。
【００４９】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は５ｍｍであった。
【００５０】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた粒状成形物について硝化活性を測定した。試験は、粒状成形物を硝化菌培養液中に浸漬し、２日間硝化菌を付着させ、人工廃水で３週間馴養した後、バッチ法（担体充填率１０％、３０℃、静置）による硝化活性を〔硝酸＋亜硝酸〕濃度の測定により評価した。その結果を下記表１に示す。表１から明らかなように、本発明に従って得られた粒状成形物を用いた実施例１〜３を比較例１〜３と比較しても、その硝化活性にほとんど差は見られずいずれも良好であった。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって得られる微生物固定化用粒状担体は、大粒径にすることにより、粒状担体充填型界面バイオリアクターシステムへの適用では、間隙が大きいために目詰まりを起こしにくく、また、粒状担体使用型浄化槽においては、沈降性が高い、固液分離が良好である、フィルター等の穴からの担体の流出が抑えられるなどの利点があり、その微生物活性も充分なものであるため、非常に大きな工業的価値がある。
【発明の属する技術分野】
本発明は、大粒径の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
従来より、酵素又は微生物菌体等の生体触媒を固定化する担体としては多くの種類が知られており、その製造方法も数多く開示されている（例えば非特許文献１等参照。）。
【０００３】
これら固定化担体の中でも、近紫外線照射あるいは活性光線の照射によって硬化する光硬化性樹脂は、長期安定性、樹脂の親水・疎水性制御、あるいは硬化時の生体触媒の失活の抑止等の長所を有しており、発酵、微生物変換、酸素的変換、廃水処理等様々な領域で使用される生体触媒の固定化担体として広く使用されている（例えば特許文献１、非特許文献２、非特許文献３等参照。）。
【０００４】
この光硬化性樹脂を用いた担体では、製造の簡便さ等から粒状のものが多く使用されている（例えば特許文献２等参照。）。しかしながら、従来の光硬化性樹脂の粒状化方法では、調製できる粒子の粒径は最大でも６ｍｍ程度である。これは、大粒径粒子を、光硬化性樹脂、水溶性高分子多糖類および光重合開始剤を含む樹脂溶液からなる粒状ゲルに近紫外線を照射する方法によって調製する場合、該粒状ゲルの表面は十分な光量の近紫外線が照射されて光重合を開始するものの、その光重合反応は粒状ゲル表面近傍で停止してしまい、粒状ゲル内部のゲル化が十分に生じないため、調製された粒状ゲルは、その内部が樹脂液のままであり、使用時に未反応樹脂液の漏出、強度不足、長期安定性の欠如等の問題が発生するためである。
【０００５】
大粒径粒子の用途は幅広くあり、その利点を挙げると、例えば、粒状担体充填型界面バイオリアクターシステムへの適用では、間隙が大きいため目詰まりを起こしにくい等の利点があり、また、粒状担体使用型浄化槽においては、沈降性が高い、固液分離が良好である、フィルター等の穴からの担体の流出が抑えられるなどの利点がある。
【０００６】
光硬化性樹脂の光線照射による重合反応だけでは、大粒径粒子の場合、粒子内部が十分に反応しないことから、加熱による熱重合反応を併用する方法が開示されている（特許文献３参照。）。しかしながらこの方法では、製造が煩雑となり、製造コストも嵩むことから、大量に製造することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、容易に製造できる大粒径の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体を提供することである。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭６２−１９８３７号公報
【特許文献２】
特開平３−２８１９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−１９１９７３号公報
【非特許文献１】
Ａ．ハンフリー・Ｎ．ミリス著、永谷正治訳、生物化学工学
【非特許文献２】
Ａ．Ｔａｎａｋａ ａｎｄ Ｋ．Ｓｏｎｏｍｏｔｏ，Ｃｈｅｍｔｅｃｈ，２０巻，１１２（１９９０）
【非特許文献３】
Ｔ．Ｉｉｄａ，Ｊ．Ｆｅｒｍｅｎｔ．Ｂｉｏｅｎｇ．，７５巻，３５（１９９３）
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、親水性光硬化性樹脂として、ポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する高分子量の樹脂を用いることにより、光硬化してできた粒子が水中で水により数倍〜数十倍程度に膨張し、大粒径の粒子を形成できることが確認され、本研究を完成するに至った。
【００１０】
かくして本発明は、（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなる粒状担体であって、該親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００の樹脂であり、粒状担体の粒径が６．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体に関するものである。
【００１１】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体は、（Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなるものである。上記活性光線の照射は、光重合反応が粒子の内部まで十分に起きるよう粒子径としては６ｍｍ以下に留めるようにして行う。得られた粒状担体は水中で水により膨潤し、約１日程度で数倍〜数十倍の体積になる。この粒子が水中で膨張するためには特定の親水性光硬化性樹脂（Ａ）を用いることが重要であり、以下に説明する。
【００１３】
親水性光硬化性樹脂（Ａ）
本発明に用いる親水性光硬化性樹脂（Ａ）は、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００、好ましくは７，４００〜５０，０００の樹脂である。
【００１４】
親水性光硬化性樹脂（Ａ）としては、高分子ポリアルキレングリコールの両末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法があるが、ポリアルキレングリコールの分子量が高過ぎると取り扱いが難しいため、数平均分子量７００〜８，０００程度のポリアルキレングリコール（ａ）を用いて、これにジイソシアネート化合物（ｂ）をまず反応させ、得られる高分子樹脂の末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法が適している。末端にエチレン性不飽和結合を導入する方法としては、
（Ｉ）高分子樹脂の末端が水酸基の場合には、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基含有不飽和単量体のカルボキシル基と反応させてエステルする方法、又は水酸基にジイソシアネート化合物を反応させた後残ったイソシアネート基にアクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法、水酸基イソシアネート基に含有不飽和単量体を反応させる方法等があり、
（ＩＩ）高分子樹脂の末端がイソシアネート基の場合には、イソシアネート基にアクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法等がある。
【００１５】
合成の容易さから、上記（ＩＩ）の高分子樹脂の末端がイソシアネート基であるものに不飽和モノヒドロキシアルキル化合物を反応させる方法の方が好ましい。高分子樹脂の末端をイソシアネート基であって適度の分子量とするためには、ポリアルキレングリコール（ａ）とジイソシアネート化合物（ｂ）との反応は、両者のモル比が、（ｂ）／（ａ）＝１．１〜１．６、特に１．３〜１．５の範囲内であることが適している。
【００１６】
上記ポリアルキレングリコール（ａ）はアルキレン基の炭素数が２〜４のものが適しており、単独重合物であっても共重合物であってもよいが、中でも親水性の点から数平均分子量が７００〜８，０００のポリエチレングリコールが好ましい。
【００１７】
また、ジイソシアネート化合物（ｂ）としては、従来からポリウレタン樹脂の製造等に使用されている１分子中に２個のイソシアネート基を有する数平均分子量１００〜２，０００程度の化合物を好適に使用できる。具体的には、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の如き脂肪族ジイソシアネート類；水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の如き環状脂肪族ジイソシアネート類；トリレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート等の如き芳香族ジイソシアネート類等の有機ジイソシアネート類が挙げられる。
【００１８】
ジイソシアネート化合物（ｂ）の一部を３官能以上のポリイソシアネート化合物で置き換えることにより分岐した高分子樹脂を得ることもできる。その場合には、高分子樹脂のゲル化を避けるため、３官能以上のポリイソシアネート化合物とポリアルキレングリコールとを予め水酸基過剰の状態で反応させて末端が水酸基の分岐した高分子樹脂を合成し、末端の水酸基に前記（Ｉ）の方法で不飽和単量体を反応させて不飽和基を導入する方法をとることが好ましい。３官能以上のポリイソシアネート化合物による置き換えは、ジイソシアネート化合物（ｂ）中の３０モル％以下、特に１０モル％以下であることが、高分子樹脂の合成安定性の点で好ましい。
【００１９】
光重合開始剤（Ｂ）
上記（Ａ）に述べた光硬化性樹脂の光重合反応を促進する目的で、本発明に従う液状組成物には光重合開始剤を含ませる。使用しうる光重合開始剤は、光照射により分解してラジカルを生成し、このものが重合開始種となって重合性不飽和基を有する樹脂間に橋かけ反応を起こさせるものであり、例えば、ベンゾインなどのα−カルボニル類；ベンゾインエチルエーテルなどのアシロインエーテル類；ナフトールなどの多環芳香族化合物類；メチルベンゾインなどのα−置換アシロイン類；２−シアノ−ブチルアゾホルムアミドなどのアゾアミド化合物類などをあげることができる。
【００２０】
水溶性高分子多糖類（Ｃ）
本発明において使用する水溶性高分子多糖類は、水溶性であり、水性媒体中で多価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、一般に約３，０００〜約２，０００，０００の分子量を有し、また、多価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。
【００２１】
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、カラギーナン等が包含される。
【００２２】
これら水溶性高分子多糖類は水性媒体中に溶解した状態で、カラギーナンの場合は、カリウムイオンまたはナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンによって、またアルギン酸のアルカリ金属塩の場合は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と接触するとゲル化しうる。
【００２３】
ゲル化が起るアルカリ金属イオン又は多価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０．０１〜５ｍｏｌ／ｌである。
【００２４】
液状組成物
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各成分は、水性媒体中で相互に充分に混合することにより液状組成物にすることができる。使用しうる水性媒体としては、水または緩衝水溶液が好適であるが、水溶性アルコール類、水溶性ケトン類等を用いることもできる。
【００２５】
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の各成分の相互の使用割合は厳密に制限されるものではないが、通常、光硬化性樹脂１００重量部に対し、光重合開始剤は０．０１〜５重量部、水溶性高分子多糖類は０．１〜１５重量部の割合で混合するのが好ましい。
【００２６】
上記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）だけから製造された粒状成形物は、一般に水とほぼ同じ１．００〜１．０３の範囲内の比重を有しているが、顔料、無機又は有機の粒子等の比重調整材を添加することで所望の比重に調整することができる。比重を高くしたい場合には、ガラスビーズ、タルク、マイカ、バリタ等の比重が１以上の比重調整材を前記光硬化性樹脂（Ａ）成分１００重量部に対し０．１〜５０重量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が１．００〜１．２５の範囲になるように調整することができる。また、比重を低くしたい場合には、中空ガラスビーズ、中空セライト、中空ポリマー等の比重が１以下の比重調整材を光硬化性樹脂（Ａ）成分１００重量部に対し０．１〜３０重量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が０．９０〜１．００の範囲になるように調整することができる。
【００２７】
以上に述べた（Ａ）〜（Ｃ）の各成分及び必要に応じて添加される比重調整材は水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物が調製される。この液状組成物の固形分濃度は一般に５〜３０重量％の範囲内が適当である。
【００２８】
上記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て担体を得ることができる。
【００２９】
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るが、安定に大粒径を作るためには細い管の先端から水性媒体中に滴下する方法が好ましい。液滴の大きさは直径約３ｍｍ〜約６ｍｍ、好ましくは約３．５ｍｍ〜約５．５ｍｍの液滴として滴下するのが好都合である。
【００３０】
かくして形成される所望の大きさの液滴は、自然沈降、吸引等により水性媒体中に沈降させて、アルカリ金属イオン又は多価金属と接触させることによりゲル化する。得られた粒状物は、そのまま水性媒体中に分散させた状態で、或いは水性媒体から分離した後、活性光線を照射することにより、粒状物中の親水性光硬化性樹脂を重合硬化させる。
【００３１】
上記の光硬化に使用しうる活性光線の波長は、該粒状物中に含まれる光硬化性樹脂の種類等に応じて異なるが、一般には、約２５０〜約６００ｎｍの範囲内の波長の光を発する光源を照射に使用するのが有利である。そのような光源の例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯、太陽光等が挙げられる。照射時間は光源の光の強さ、光源からの距離等に応じて変える必要があるが、一般には約０．５〜約１０分間の範囲内とすることができる。
【００３２】
上記のようにして得られた架橋粒子は、水中に１日程度浸漬しておくことにより２倍〜数十倍程度に膨張して大粒径の粒子になる。該大粒径粒子の粒径としては、取り扱いやすさの点から６．５〜２０ｍｍ、特に７〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３３】
該担体への微生物菌体の固定化は、例えば、微生物が懸濁している発酵槽またはバイオリアクターに担体を投入し、付着させるだけで簡単に行なうことができる。また、培地中にあらかじめ担体を投入しておき、微生物を植菌後培養する方法でも行なうことができる。或いは培養槽に該担体を投入し、微生物の付着を行った後、バイオリアクターに投入することもできる。培養槽、発酵槽、バイオリアクター等に投入する該担体の量は、特に規定されるわけではないが、通常、培地の１容量％から６０容量％の範囲内が好ましい。
【００３４】
また、微生物菌体の固定化を包括法によって行う場合は、前記した（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）からなる液状組成物中に微生物菌体を含有させておくことによって容易に固定化粒状担体を得ることができる。
【００３５】
該担体は、流動層型のバイオリアクターまたは撹拌型の発酵槽等に使用するのが最も適しているが、固定床型のバイオリアクター、発酵槽等に応用することも可能である。
【００３６】
本発明の微生物菌体固定化用担体は、表面の構造が微生物の付着に適しており、微生物を大量に付着させることができる。該担体に付着させうる微生物は、特に限定されず、嫌気性微生物、好気性微生物のどちらにも用いることができる。微生物の種類としては、アスパルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類；ザイモモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサルシナ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において「部」及び「％」は重量基準である。
【００３８】
実施例１
数平均分子量約８００のポリエチレングリコール５，６００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，３４４部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は７，４００であった。
【００３９】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２０ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１０ｍｍであった。
【００４０】
実施例２
数平均分子量約１，０００のポリエチレングリコール６，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，１７６部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は７，６００であった。
【００４１】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１０ｍｍであった。
【００４２】
実施例３
数平均分子量約１，５００のポリエチレングリコール７，５００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，００８部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は８，９００であった。
【００４３】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２０ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物を得た。この粒状成形物１００個の平均粒子径は１１ｍｍであった。
【００４４】
比較例１
数平均分子量約８００のポリエチレングリコール２，４００部、数平均分子量約８００のポリプロピレングリコール１，６００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，００８部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は５，４００であった。
【００４５】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が３〜５ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は４ｍｍであった。
【００４６】
比較例２
数平均分子量約１，０００のポリエチレングリコール３，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート６７２部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は４，１００であった。
【００４７】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は５ｍｍであった。
【００４８】
比較例３
数平均分子量約５００のポリエチレングリコール３，０００部及びヘキサメチルジイソシアネート１，１７６部を反応容器に入れ、８０℃で２時間反応させた。さらに、アクリル酸２−ヒドロキシエチル４２８部及びハイドロキノン２部を反応容器に入れ、空気を吹き込みながら８０℃で３時間反応させ、不飽和基含有親水性樹脂を得た。得られた樹脂の数平均分子量は４，６００であった。
【００４９】
上記不飽和基含有親水性樹脂１００部、蒸留水１００部及び２％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部をよく混合して得られる水性液状組成物を、５％塩化カルシウム水溶液中に、注射器の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下したところ、粒径が４〜６ｍｍ程度の粒状物が得られた。この粒状物を平らなペトリ皿にとり、ペトリ皿の上面及び下面から波長３００〜４００ｎｍの活性光線を３分照射した後、水中に２４時間放置したところ、比重１．０３及び圧縮強度２１ｋｇ／ｃｍ２の粒状成形物が得られた。この粒状成形物１００個の平均粒子径は５ｍｍであった。
【００５０】
以上の実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた粒状成形物について硝化活性を測定した。試験は、粒状成形物を硝化菌培養液中に浸漬し、２日間硝化菌を付着させ、人工廃水で３週間馴養した後、バッチ法（担体充填率１０％、３０℃、静置）による硝化活性を〔硝酸＋亜硝酸〕濃度の測定により評価した。その結果を下記表１に示す。表１から明らかなように、本発明に従って得られた粒状成形物を用いた実施例１〜３を比較例１〜３と比較しても、その硝化活性にほとんど差は見られずいずれも良好であった。
【００５１】
【表１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって得られる微生物固定化用粒状担体は、大粒径にすることにより、粒状担体充填型界面バイオリアクターシステムへの適用では、間隙が大きいために目詰まりを起こしにくく、また、粒状担体使用型浄化槽においては、沈降性が高い、固液分離が良好である、フィルター等の穴からの担体の流出が抑えられるなどの利点があり、その微生物活性も充分なものであるため、非常に大きな工業的価値がある。
Claims (6)
- （Ａ）親水性光硬化性樹脂、（Ｂ）光重合開始剤、及び（Ｃ）アルカリ金属イオンまたは多価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を含んでなる液状組成物を、アルカリ金属イオンまたは多価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し、活性光線を照射して硬化せしめてなる粒状担体であって、該親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、１分子中に少なくとも２個のエチレン性不飽和結合とポリオキシアルキレン鎖（アルキレン基の炭素数は２〜４）を有する数平均分子量７，０００〜１００，０００の樹脂であり、粒状担体の粒径が６．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする酵素又は微生物菌体固定化用粒状担体。
- 親水性光硬化性樹脂（Ａ）が、ポリアルキレングリコール（ａ）とジイソシアネート化合物（ｂ）とを反応させて得られる樹脂の末端に光重合可能なエチレン性不飽和基を有する化合物が結合してなる樹脂である請求項１に記載の粒状担体。
- ポリアルキレングリコール（ａ）とジイソシアネート化合物（ｂ）との反応において、ポリアルキレングリコール（ａ）とジイソシアネート化合物（ｂ）とのモル比が、（ｂ）／（ａ）＝１．１〜１．６の範囲内である請求項２に記載の粒状担体。
- ジイソシアネート化合物（ｂ）の一部を３官能以上のポリイソシアネート化合物で置き換えてなる請求項２又は３に記載の粒状担体。
- ポリアルキレングリコール（ａ）が数平均分子量７００〜８，０００のポリエチレングリコールである請求項２又は３に記載の粒状担体。
- 液状組成物が微生物菌体を含有するものである請求項１から５のいずれか一項に記載の粒状担体。
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