JP3527830B2 - バイオリアクター素子、該素子の製造方法および該素子を使用するバイオリアクター - Google Patents
バイオリアクター素子、該素子の製造方法および該素子を使用するバイオリアクターInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオテクノロジ
ーの分野に属し、特に、バイオリアクターに用いること
ができる新しいタイプの素子、ならびに、そのようなバ
イオリアクター素子を製造する方法および該素子を使用
するバイオリアクターに関する。 【０００２】 【従来の技術とその課題】微生物や酵素を固定化して物
質の合成、分解、化学変換などを行う所謂バイオリアク
ターについては、近年、数多くの研究がなされている。
この場合、バイオリアクターにおいて最も一般的に採用
されている方式は、アルギン酸カルシウム、κ−カラギ
ナンなどの天然高分子、またはポリアクリルアミド、ポ
リビニルアルコールなどの合成高分子を固定化担体とし
て用い、これらのゲル中に微生物菌体や酵素を物理的に
包括固定化してビーズ状とし、流通式反応器に充填し連
続的な生化学反応を行わせる方式である。 【０００３】このような方式は、微生物菌体や酵素を或
る程度の高濃度で固定、保持することができるものでは
あるが、反応に必要なガス（例えば、菌体の増殖に必要
な無菌酸素）を供給することが難しく工夫を要するこ
と、原料液や培地などの液体を流通させる際の圧力損失
をできるだけ回避するためにビーズ径を小さくすること
に限界がありそれらの液体の接触面積を大きくとれない
こと、さらには、ガスが発生する反応においては脱ガス
が難しいこと等の理由により、リアクター効率に限界が
あるという問題を残している。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ガスや
液体の供給およびそれらの除去を容易に行うことがで
き、各種の生化学反応または生体反応を効率的に進行さ
せ得るバイオリアクターを開発することにある。 【０００５】本発明者は、研究を重ねた結果、中空糸の
特性に注目し、これを利用することによって従来存しな
かった新しいタイプのバイオリアクターの構築が可能で
あることを見出し、上記の目的を達成した。 【０００６】すなわち、本発明は、先ず、その基本発明
として、表面に親水性基が存在する中空糸から成ること
を特徴とするバイオリアクター素子を提供する。このよ
うなバイオリアクター素子は、種々のバイオリアクター
を構築する素子として使用することができる。親水性基
は、一般的には、アミノ基および／またはカルボキシル
基である。 【０００７】また、本発明者は、このようなバイオリア
クター素子は低温プラズマ表面処理によって製造できる
ことも見出している。かくして、本発明は、別の視点と
して、放電ガスを用いて中空糸を低温プラズマ処理する
ことにより、該中空糸の表面に親水性基を導入すること
を特徴とするバイリアクター素子の製造方法を提供す
る。 【０００８】さらに、本発明に従えば、上記のようなバ
イオリアクター素子を使用する装置の発明として、親水
性高分子を介して微生物菌体または酵素が表面に固定さ
れた該バイオリアクター素子を複数束ねて形成されたモ
ジュールと、管状容器とを有し、該モジュールが該管状
容器に組み込まれて、バイオリアクター素子を構成する
中空糸の内部に気体が供給され、且つ、該中空糸の外部
に液体が供給され得るようになっていることを特徴とす
るバイオリアクターが提供される。本発明の好ましい態
様においては、このバイオリアクターは低温プラズマ発
生装置を兼備している。 【０００９】 【発明の実施の形態と発明の効果】本発明のバイオリア
クター素子を構成する中空糸としては、内部に連続的な
空洞（一般的には、径が約 300〜400 μｍの空洞）を有
するとともに、該空洞から外表面に向かってガスが浸透
し得る細孔（一般的には、径10〜 100μｍの細孔）を有
するような各種の中空糸が使用可能である。使用する中
空糸の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リサルフォン、テフロン、セルロースなどを挙げること
ができる。 【００１０】本発明のバイオリアクター素子は、このよ
うな中空糸の表面に親水性基が存在していることを特徴
とする。ポリエチレン、テフロン等の中空糸の表面は、
疎水性が強いため、親水性物質で覆われている微生物や
親水性基を含む酵素の固定化は不可能であった。本発明
者は、低温プラズマ処理を利用することにより、この問
題を解決した。よく知られているように、低温プラズマ
処理とは、減圧下の放電により生じる室温近傍のガスの
作用を利用する表面処理の方法であるが、本発明に従え
ば、中空糸にこの低温プラズマ処理を施すことにより、
中空糸表面に親水性基が導入され、微生物等に対する親
和性を高めて固定化が容易となる。 【００１１】図１は、本発明のバイオリアクター素子を
製造するのに用いられるプラズマ発生装置の典型例を示
すものである。プラズマを発生させるため、装置本体20
は一般にパイレックスガラス製とする。中空糸12を束ね
てその端部13を樹脂で固めたモジュールを本体内に取り
付け、その周りに複数対の電極14（例えば、銅薄板電
極）を配備する。後述するように、このプラズマ発生装
置がリアクターとしても併用できるように、電極14は取
外し可能なものとしておくことが好ましい。かくして、
装置上方15から放電ガスを導入し、装置下方16から真空
排気しながら電極14に電力を供給して放電を行うことに
より、中空糸12の表面処理が実行される。放電条件は、
一般に、0.01 Torr 以下の減圧下に30〜50Ｗ、５〜20ｋ
Ｈｚで1 〜10分間とする。 【００１２】中空糸表面には、親水性基として、例え
ば、アミノ基（ＮＨ2)および／またはカルボキシル基
（ＣＯＯＨ）を導入するが、前者の場合は放電ガスとし
てアンモニア含有ガス、後者の場合は放電ガスとして炭
酸ガス（ＣＯ2)含有ガスを用いる。親水性基としては、
この他に、放電ガスとして水蒸気を用いることにより水
酸基のような親水性基を導入することも可能である。中
空糸表面に親水基が導入されたことは、ＥＳＣＡによる
測定、またはＥＳＣＡとＩＲによる測定によって確認す
ることができる。例えば、アミノ基は、ＥＳＣＡにより
窒素の１Ｓ（Ｎ１Ｓ）のピークとして検知することがで
きる。また、カルボキシル基は、フッ素を含むアルコー
ルとのエステルの炭素の１ＳピークとしてＥＳＣＡによ
り確認することができる。 【００１３】以上のようにして、表面にアミノ基やカル
ボキシル基等の親水性基が導入された中空糸から成る本
発明のバイオリアクター素子は、親水性物質をその表面
に結合させることにより、生化学反応や生体反応が関与
する各種の用途に応用することができる。すなわち、本
発明のバイオリアクター素子は、後述するように固定化
微生物または酵素を用いて物質の合成、分解、化学変換
などを行うための一般的なバイオリアクターを構築する
のに使用できるのみならず、ウイルス、細菌、その他の
微生物、さらには各種の細胞、バイオミメチックポリペ
プチドなどを多糖類やペプチド等の親水性物質を介して
結合させることにより、組織培養、人工臓器、医薬開発
用のモデル反応系などの研究および開発に利用すること
が可能である。すなわち、本発明で用いるバイオリアク
ター素子とは、一般的なバイオリアクターのみならず、
上記のような用途にも適用できる構成要素を意味する。
ここで、中空糸を利用する本発明のバイオリアクター素
子は、内部に空洞を有するとともに、中空糸繊維内に細
孔（毛細管）が存在することにより、液体や気体（ガ
ス）を目的とする生化学反応や生体反応に好都合なよう
に制御し得るという利点がある。 【００１４】図２は、中空糸から構成される本発明のバ
イオリアクター素子のそのような特性を図解したもので
ある。図から理解されるように、微生物等（例えば、酵
母）が結合された中空糸の内側（空洞内）を気体（例え
ば、無菌化酸素供給用空気）が連続的に流通し、外側を
液体（例えば、培地）が連続的に流れるようにすること
ができる。この際、気体の一部（例えば、無菌化酸素）
は、中空糸の細孔（毛細管）を通じて逐次、微生物に確
実に供給することができる。 【００１５】本発明のバイオリアクター素子を使用する
好適な代表例は、物質の合成、分解、化学変換などを行
うためのバイオリアクターである。このようなバイオリ
アクターにおいては、上述のようにプラズマ処理により
得られた本発明のバイオリアクター素子の中空糸表面
に、アルギン酸、ポリビニルアルコール等の親水性高分
子を媒介として微生物または酵素を付着させ、凍結後、
解凍処理することにより固定化を完結して使用する。こ
のような処理により、中空糸表面上に微生物等の層が複
数積層した構造が確保される。次に、このようなバイオ
リアクター素子を複数束ね、その端部を樹脂で固めるな
どの手段によりモジュール（単位構成体）化して、通常
は管状の容器に組み込み、中空糸内部（内側）に気体が
供給され、且つ、その外部（外側）に液体が供給される
ようにすることにより、バイオリアクターが構築され
る。 【００１６】例えば、好気的発酵を行うような場合に
は、中空糸内部に、空気を連続的に供給し、外部には原
料液（基質を含む培養液）を連続的に供給する。また、
嫌気的反応を行わせるような場合には、中空糸の内部に
窒素などの不活性ガスを流すことにより反応を制御する
こともできる。かくして、本発明のバイオリアクター
は、中空糸表面に固定された微生物または酵素の作用に
より、アルコール類、有機酸類、アミノ酸類などの合
成、油脂の加水分解、汚水または廃液の分解処理など広
汎な用途に適用することができる。 【００１７】図３は、そのような本発明に従うバイオリ
アクターの１例を示すものである。図に示すように、リ
アクター本体１には、上述したような中空糸から成り、
微生物または酵素が固定化されたバイオリアクター素子
のモジュール２が垂直方向に取り付けられている。な
お、図１に関連して既述したように、本発明の好ましい
態様に従えば、リアクター本体１をパイレックスガラス
製にし、取外し可能な電極を用いることにより、リアク
ター本体内で低温プラズマを発生させ得るようにする。
このようにバイオリアクター自体がプラズマ発生装置を
兼備できるようにすれば、中空糸の低温プラズマ処理、
微生物等の固定化、および反応を密閉した同一の装置内
で行うことができるので、微生物が大気に解放されて汚
染や変質を起こすことが防止されるという利点がある。 【００１８】リアクター本体１には、原料液貯槽３から
ポンプ４により、適当な膜フィルター５および温度調節
用ウォーターバス６を介して原料液が供給されて、固定
化微生物または酵素と接触しながら中空糸の外側を流通
する。一方、リアクター本体１にはコンプレッサー７に
より空気が供給されて中空糸の内部を通るようになって
いる。さらに、リアクター本体１はウォーターバス８の
液を循環させることにより一定温度（例えば、37℃）に
保持される。リアクター内の圧力がマーメーター10で測
定され、生成物は生成物貯槽11に収容される。 【００１９】以上のような本発明のバイオリアクターを
用いれば、図２に関連して既述したように、中空糸表面
にある微生物菌体に無菌酸素を確実に連続供給すること
が可能となり、また、発生ガスも滞留することなく効率
的に除去でき、ビーズを用いる場合のように圧力損失の
問題もなく接触面積を大幅に増加させることができるの
で、生産性が極めて高くなる。例えば、下記の実施例に
示すように、酵母によるアルコール発酵の場合、本発明
のバイオリアクターは、現在広汎に検討されているアル
ギン酸カルシウムゲル中に固定化した固定化ビーズを用
いるバイオリアクターよりも約２倍の生産性を有するこ
とが確認されている。以下、本発明の特徴をさらに明ら
かにするため実施例に沿って本発明を説明するが、本発
明はこの実施例によって制限されるものではない。 【００２０】 【実施例】セルロース中空糸（旭化成（株）製、外径 4
50μｍ、空洞径 380μｍ、細孔35ｎｍ）２を放電ガスと
してアンモニアを用い、30Ｗ、10ｋＨｚで３分間プラズ
マ処理した。放電処理後の中空糸をＥＳＣＡで測定する
と明瞭なＮ１Ｓのピークが認められ、ＮＨ2 基が導入さ
れたことが確認された。 【００２１】このようにプラズマ処理して得られた中空
糸（バイオリアクター素子）を用いて、図３に示す装置
によりアルコール連続発酵を実施した。ポリビニルアル
コールを介して酵母を固定化したバイオリアクター素子
を40本束ねて１モジュールとし、このモジュールを高さ
100ｃｍの筒状容器に組み込むことにより、接触面積0.
045m2 、容積 1.4リットルのバイオリアクターを構築し
た。用いた原料液の組成は、10％グルコース溶液、酵母
抽出物60 ppm、マルト抽出物60 ppm、ペプトン抽出物10
0 ppm である。 121℃で20分間滅菌した後、この原料液
（グルコース含有培地）を 400ｇ／時間で供給しなが
ら、空気の圧力を0.3 atm 、0.5 atm および0.7 atm に
変えて反応させた。その結果を図４のグラフに示すが、
本発明のバイオリアクターは極めて効果的にアルコール
を生産していることが理解される。特に空気圧が0.7 at
m の場合、94％の反応率が得られた。 【００２２】得られたデータに基づき、アルコール生産
性を検討するため、ＳＴＹ〔１ｋｇの固定化酵母ゲルが
１時間当たりに生産するエタノール量（ｇ）〕を計算し
たところ、空気圧が 0.3気圧、 0.5気圧および 0.7気圧
の場合について、それぞれ、37.7、43.0および51.1であ
った。現行の回分法によるアルコール生産におけるＳＴ
Ｙは２〜３であり、また、高効率プロセスとし広く検討
されているアルギン酸カルシウムゲル中に固定化した固
定化ゲルビーズを用いる場合のＳＴＹが約20であること
を考慮すると、本発明のバイオリアクターは極めて生産
性の優れたものであることが理解される。
ーの分野に属し、特に、バイオリアクターに用いること
ができる新しいタイプの素子、ならびに、そのようなバ
イオリアクター素子を製造する方法および該素子を使用
するバイオリアクターに関する。 【０００２】 【従来の技術とその課題】微生物や酵素を固定化して物
質の合成、分解、化学変換などを行う所謂バイオリアク
ターについては、近年、数多くの研究がなされている。
この場合、バイオリアクターにおいて最も一般的に採用
されている方式は、アルギン酸カルシウム、κ−カラギ
ナンなどの天然高分子、またはポリアクリルアミド、ポ
リビニルアルコールなどの合成高分子を固定化担体とし
て用い、これらのゲル中に微生物菌体や酵素を物理的に
包括固定化してビーズ状とし、流通式反応器に充填し連
続的な生化学反応を行わせる方式である。 【０００３】このような方式は、微生物菌体や酵素を或
る程度の高濃度で固定、保持することができるものでは
あるが、反応に必要なガス（例えば、菌体の増殖に必要
な無菌酸素）を供給することが難しく工夫を要するこ
と、原料液や培地などの液体を流通させる際の圧力損失
をできるだけ回避するためにビーズ径を小さくすること
に限界がありそれらの液体の接触面積を大きくとれない
こと、さらには、ガスが発生する反応においては脱ガス
が難しいこと等の理由により、リアクター効率に限界が
あるという問題を残している。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ガスや
液体の供給およびそれらの除去を容易に行うことがで
き、各種の生化学反応または生体反応を効率的に進行さ
せ得るバイオリアクターを開発することにある。 【０００５】本発明者は、研究を重ねた結果、中空糸の
特性に注目し、これを利用することによって従来存しな
かった新しいタイプのバイオリアクターの構築が可能で
あることを見出し、上記の目的を達成した。 【０００６】すなわち、本発明は、先ず、その基本発明
として、表面に親水性基が存在する中空糸から成ること
を特徴とするバイオリアクター素子を提供する。このよ
うなバイオリアクター素子は、種々のバイオリアクター
を構築する素子として使用することができる。親水性基
は、一般的には、アミノ基および／またはカルボキシル
基である。 【０００７】また、本発明者は、このようなバイオリア
クター素子は低温プラズマ表面処理によって製造できる
ことも見出している。かくして、本発明は、別の視点と
して、放電ガスを用いて中空糸を低温プラズマ処理する
ことにより、該中空糸の表面に親水性基を導入すること
を特徴とするバイリアクター素子の製造方法を提供す
る。 【０００８】さらに、本発明に従えば、上記のようなバ
イオリアクター素子を使用する装置の発明として、親水
性高分子を介して微生物菌体または酵素が表面に固定さ
れた該バイオリアクター素子を複数束ねて形成されたモ
ジュールと、管状容器とを有し、該モジュールが該管状
容器に組み込まれて、バイオリアクター素子を構成する
中空糸の内部に気体が供給され、且つ、該中空糸の外部
に液体が供給され得るようになっていることを特徴とす
るバイオリアクターが提供される。本発明の好ましい態
様においては、このバイオリアクターは低温プラズマ発
生装置を兼備している。 【０００９】 【発明の実施の形態と発明の効果】本発明のバイオリア
クター素子を構成する中空糸としては、内部に連続的な
空洞（一般的には、径が約 300〜400 μｍの空洞）を有
するとともに、該空洞から外表面に向かってガスが浸透
し得る細孔（一般的には、径10〜 100μｍの細孔）を有
するような各種の中空糸が使用可能である。使用する中
空糸の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リサルフォン、テフロン、セルロースなどを挙げること
ができる。 【００１０】本発明のバイオリアクター素子は、このよ
うな中空糸の表面に親水性基が存在していることを特徴
とする。ポリエチレン、テフロン等の中空糸の表面は、
疎水性が強いため、親水性物質で覆われている微生物や
親水性基を含む酵素の固定化は不可能であった。本発明
者は、低温プラズマ処理を利用することにより、この問
題を解決した。よく知られているように、低温プラズマ
処理とは、減圧下の放電により生じる室温近傍のガスの
作用を利用する表面処理の方法であるが、本発明に従え
ば、中空糸にこの低温プラズマ処理を施すことにより、
中空糸表面に親水性基が導入され、微生物等に対する親
和性を高めて固定化が容易となる。 【００１１】図１は、本発明のバイオリアクター素子を
製造するのに用いられるプラズマ発生装置の典型例を示
すものである。プラズマを発生させるため、装置本体20
は一般にパイレックスガラス製とする。中空糸12を束ね
てその端部13を樹脂で固めたモジュールを本体内に取り
付け、その周りに複数対の電極14（例えば、銅薄板電
極）を配備する。後述するように、このプラズマ発生装
置がリアクターとしても併用できるように、電極14は取
外し可能なものとしておくことが好ましい。かくして、
装置上方15から放電ガスを導入し、装置下方16から真空
排気しながら電極14に電力を供給して放電を行うことに
より、中空糸12の表面処理が実行される。放電条件は、
一般に、0.01 Torr 以下の減圧下に30〜50Ｗ、５〜20ｋ
Ｈｚで1 〜10分間とする。 【００１２】中空糸表面には、親水性基として、例え
ば、アミノ基（ＮＨ2)および／またはカルボキシル基
（ＣＯＯＨ）を導入するが、前者の場合は放電ガスとし
てアンモニア含有ガス、後者の場合は放電ガスとして炭
酸ガス（ＣＯ2)含有ガスを用いる。親水性基としては、
この他に、放電ガスとして水蒸気を用いることにより水
酸基のような親水性基を導入することも可能である。中
空糸表面に親水基が導入されたことは、ＥＳＣＡによる
測定、またはＥＳＣＡとＩＲによる測定によって確認す
ることができる。例えば、アミノ基は、ＥＳＣＡにより
窒素の１Ｓ（Ｎ１Ｓ）のピークとして検知することがで
きる。また、カルボキシル基は、フッ素を含むアルコー
ルとのエステルの炭素の１ＳピークとしてＥＳＣＡによ
り確認することができる。 【００１３】以上のようにして、表面にアミノ基やカル
ボキシル基等の親水性基が導入された中空糸から成る本
発明のバイオリアクター素子は、親水性物質をその表面
に結合させることにより、生化学反応や生体反応が関与
する各種の用途に応用することができる。すなわち、本
発明のバイオリアクター素子は、後述するように固定化
微生物または酵素を用いて物質の合成、分解、化学変換
などを行うための一般的なバイオリアクターを構築する
のに使用できるのみならず、ウイルス、細菌、その他の
微生物、さらには各種の細胞、バイオミメチックポリペ
プチドなどを多糖類やペプチド等の親水性物質を介して
結合させることにより、組織培養、人工臓器、医薬開発
用のモデル反応系などの研究および開発に利用すること
が可能である。すなわち、本発明で用いるバイオリアク
ター素子とは、一般的なバイオリアクターのみならず、
上記のような用途にも適用できる構成要素を意味する。
ここで、中空糸を利用する本発明のバイオリアクター素
子は、内部に空洞を有するとともに、中空糸繊維内に細
孔（毛細管）が存在することにより、液体や気体（ガ
ス）を目的とする生化学反応や生体反応に好都合なよう
に制御し得るという利点がある。 【００１４】図２は、中空糸から構成される本発明のバ
イオリアクター素子のそのような特性を図解したもので
ある。図から理解されるように、微生物等（例えば、酵
母）が結合された中空糸の内側（空洞内）を気体（例え
ば、無菌化酸素供給用空気）が連続的に流通し、外側を
液体（例えば、培地）が連続的に流れるようにすること
ができる。この際、気体の一部（例えば、無菌化酸素）
は、中空糸の細孔（毛細管）を通じて逐次、微生物に確
実に供給することができる。 【００１５】本発明のバイオリアクター素子を使用する
好適な代表例は、物質の合成、分解、化学変換などを行
うためのバイオリアクターである。このようなバイオリ
アクターにおいては、上述のようにプラズマ処理により
得られた本発明のバイオリアクター素子の中空糸表面
に、アルギン酸、ポリビニルアルコール等の親水性高分
子を媒介として微生物または酵素を付着させ、凍結後、
解凍処理することにより固定化を完結して使用する。こ
のような処理により、中空糸表面上に微生物等の層が複
数積層した構造が確保される。次に、このようなバイオ
リアクター素子を複数束ね、その端部を樹脂で固めるな
どの手段によりモジュール（単位構成体）化して、通常
は管状の容器に組み込み、中空糸内部（内側）に気体が
供給され、且つ、その外部（外側）に液体が供給される
ようにすることにより、バイオリアクターが構築され
る。 【００１６】例えば、好気的発酵を行うような場合に
は、中空糸内部に、空気を連続的に供給し、外部には原
料液（基質を含む培養液）を連続的に供給する。また、
嫌気的反応を行わせるような場合には、中空糸の内部に
窒素などの不活性ガスを流すことにより反応を制御する
こともできる。かくして、本発明のバイオリアクター
は、中空糸表面に固定された微生物または酵素の作用に
より、アルコール類、有機酸類、アミノ酸類などの合
成、油脂の加水分解、汚水または廃液の分解処理など広
汎な用途に適用することができる。 【００１７】図３は、そのような本発明に従うバイオリ
アクターの１例を示すものである。図に示すように、リ
アクター本体１には、上述したような中空糸から成り、
微生物または酵素が固定化されたバイオリアクター素子
のモジュール２が垂直方向に取り付けられている。な
お、図１に関連して既述したように、本発明の好ましい
態様に従えば、リアクター本体１をパイレックスガラス
製にし、取外し可能な電極を用いることにより、リアク
ター本体内で低温プラズマを発生させ得るようにする。
このようにバイオリアクター自体がプラズマ発生装置を
兼備できるようにすれば、中空糸の低温プラズマ処理、
微生物等の固定化、および反応を密閉した同一の装置内
で行うことができるので、微生物が大気に解放されて汚
染や変質を起こすことが防止されるという利点がある。 【００１８】リアクター本体１には、原料液貯槽３から
ポンプ４により、適当な膜フィルター５および温度調節
用ウォーターバス６を介して原料液が供給されて、固定
化微生物または酵素と接触しながら中空糸の外側を流通
する。一方、リアクター本体１にはコンプレッサー７に
より空気が供給されて中空糸の内部を通るようになって
いる。さらに、リアクター本体１はウォーターバス８の
液を循環させることにより一定温度（例えば、37℃）に
保持される。リアクター内の圧力がマーメーター10で測
定され、生成物は生成物貯槽11に収容される。 【００１９】以上のような本発明のバイオリアクターを
用いれば、図２に関連して既述したように、中空糸表面
にある微生物菌体に無菌酸素を確実に連続供給すること
が可能となり、また、発生ガスも滞留することなく効率
的に除去でき、ビーズを用いる場合のように圧力損失の
問題もなく接触面積を大幅に増加させることができるの
で、生産性が極めて高くなる。例えば、下記の実施例に
示すように、酵母によるアルコール発酵の場合、本発明
のバイオリアクターは、現在広汎に検討されているアル
ギン酸カルシウムゲル中に固定化した固定化ビーズを用
いるバイオリアクターよりも約２倍の生産性を有するこ
とが確認されている。以下、本発明の特徴をさらに明ら
かにするため実施例に沿って本発明を説明するが、本発
明はこの実施例によって制限されるものではない。 【００２０】 【実施例】セルロース中空糸（旭化成（株）製、外径 4
50μｍ、空洞径 380μｍ、細孔35ｎｍ）２を放電ガスと
してアンモニアを用い、30Ｗ、10ｋＨｚで３分間プラズ
マ処理した。放電処理後の中空糸をＥＳＣＡで測定する
と明瞭なＮ１Ｓのピークが認められ、ＮＨ2 基が導入さ
れたことが確認された。 【００２１】このようにプラズマ処理して得られた中空
糸（バイオリアクター素子）を用いて、図３に示す装置
によりアルコール連続発酵を実施した。ポリビニルアル
コールを介して酵母を固定化したバイオリアクター素子
を40本束ねて１モジュールとし、このモジュールを高さ
100ｃｍの筒状容器に組み込むことにより、接触面積0.
045m2 、容積 1.4リットルのバイオリアクターを構築し
た。用いた原料液の組成は、10％グルコース溶液、酵母
抽出物60 ppm、マルト抽出物60 ppm、ペプトン抽出物10
0 ppm である。 121℃で20分間滅菌した後、この原料液
（グルコース含有培地）を 400ｇ／時間で供給しなが
ら、空気の圧力を0.3 atm 、0.5 atm および0.7 atm に
変えて反応させた。その結果を図４のグラフに示すが、
本発明のバイオリアクターは極めて効果的にアルコール
を生産していることが理解される。特に空気圧が0.7 at
m の場合、94％の反応率が得られた。 【００２２】得られたデータに基づき、アルコール生産
性を検討するため、ＳＴＹ〔１ｋｇの固定化酵母ゲルが
１時間当たりに生産するエタノール量（ｇ）〕を計算し
たところ、空気圧が 0.3気圧、 0.5気圧および 0.7気圧
の場合について、それぞれ、37.7、43.0および51.1であ
った。現行の回分法によるアルコール生産におけるＳＴ
Ｙは２〜３であり、また、高効率プロセスとし広く検討
されているアルギン酸カルシウムゲル中に固定化した固
定化ゲルビーズを用いる場合のＳＴＹが約20であること
を考慮すると、本発明のバイオリアクターは極めて生産
性の優れたものであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバイオリアクター素子を製造するのに
用いられるプラズマ発生装置の典型例を示す。 【図２】本発明のバイオリアクター素子の特性を図解す
る模式図である。 【図３】本発明に従うバイオリアクターの１例を示す。 【図４】本発明に従うバイオリアクターを用いて行った
アルコール発酵反応の結果を示すグラフである。 【符号の説明】 １ バイオリアクター本体 ２ バイオリアクター素子モジュール ３ 原料液貯槽 ４ エアコンプッレッサー 12 中空糸モジュール 14 電極
用いられるプラズマ発生装置の典型例を示す。 【図２】本発明のバイオリアクター素子の特性を図解す
る模式図である。 【図３】本発明に従うバイオリアクターの１例を示す。 【図４】本発明に従うバイオリアクターを用いて行った
アルコール発酵反応の結果を示すグラフである。 【符号の説明】 １ バイオリアクター本体 ２ バイオリアクター素子モジュール ３ 原料液貯槽 ４ エアコンプッレッサー 12 中空糸モジュール 14 電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 畑中 千秋
福岡県北九州市小倉南区守恒４丁目５番
７号
(56)参考文献 国際公開97／012960（ＷＯ，Ａ１)
国際公開96／018498（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C12M 1/40
C12N 11/04
D06M 10/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 表面に親水性基が存在する中空子から成
るバイオリアクター素子であって、該表面に親水性高分
子を介して微生物菌体または酵素が固定されたバイオリ
アクター素子を複数束ねて形成されたモジュールと、管
状容器とを有し、該モジュールが該管状容器に組み込ま
れて、バイオリアクター素子を構成する中空糸の内部に
気体が供給され、且つ、該中空糸の外部に液体が供給さ
れ得るようになっていることを特徴とするバイオリアク
ター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17313297A JP3527830B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | バイオリアクター素子、該素子の製造方法および該素子を使用するバイオリアクター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17313297A JP3527830B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | バイオリアクター素子、該素子の製造方法および該素子を使用するバイオリアクター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162A JPH11162A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3527830B2 true JP3527830B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=15954722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17313297A Expired - Fee Related JP3527830B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | バイオリアクター素子、該素子の製造方法および該素子を使用するバイオリアクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3527830B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006101805A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Japan Organo Co Ltd | 中空糸膜型バイオリアクターおよびそれを用いた液体処理方法 |
| JP5620631B2 (ja) * | 2007-05-23 | 2014-11-05 | 三菱レイヨン株式会社 | 細胞培養用足場材料、その製造方法、細胞培養用モジュール |
| EP4137556A1 (en) * | 2020-04-13 | 2023-02-22 | National University Corporation Tokai National Higher Education and Research System | Microbial gas-phase reaction |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP17313297A patent/JP3527830B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11162A (ja) | 1999-01-06 |
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