JPH01137975A

JPH01137975A - 微生物、酵素および化学物質の固定化方法

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Publication number: JPH01137975A
Application number: JP29531087A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hashimoto; 奨橋本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-25
Filing date: 1987-11-25
Publication date: 1989-05-30

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】（産業上の利用分野）本発明は、微生物、酵素および化学物質の固定化方法に
おいて、微生物、酵素および化学物質の１種または２種
以上を、ポリビニルアルコール水溶液と二酸化ケイ素の
コロイド分散液またはナトリウム塩水溶液の混合液に添
加した後、飽和ホウ酸水溶液で固定化するに際し、ゲル
化促進剤として塩化カルシウム、硫酸アルミ、ポリ塩化
アルミ、カリミョウバン等の多価金属塩を添加した飽和
ホウ酸水溶液に浸漬して固定化する方法に関する。

（従来の技術）固定化に関する研究としては、酵素ｉ単体結合法、架橋
法あるいは包括法等で固定化する方法が、かなり古くか
ら行われており、その一部は実用化されている現状であ
る。

１９７５年以降では、微生物を高分子材料中に包括固定
化する方法が注目されるようになり、種々の高分子材料
による研究が報告されている。この高分子材料の代表的
なものは、アクリルアミド、に−カラギーナン、アルギ
ン酸ソーダおよび寒天などである。アクリルアミドは他
の高分子材料に比較して安価なために、多くの研究でと
りあげられている。しかし、連続処理に有利な球形に成
形でき難いこと、アクリルアミドモノマーが微生物に対
し毒性があるため、迅速な固定化ガ要求される等の欠点
を有している。に−カラギーナンは、このような欠点が
ないために、エタノール醗酵の実験プラントでの酵母の
固定化高分子材料として使用されているが、コスト面で
の不利がある。アルギン酸ソーダ、寒天とともに強度、
耐久性、コスト等、実用化面での欠点があって、その性
質が充分に活用されていない。

（発明が解決しようとする問題点）前記のように、従来の包括法においては、使用高分子材
料によってそれぞれ欠点があり、本発明の目的は、前記
のような欠点のない、すなわち、安価で微生物に対し毒
性がなく、しかも、任意の形状に包括固定化できる高分
子材料を用いて、固定化微生物、固定化酵素、固定化化
学物質を製造する方法を提供することにある。本発明の
他の目的は、安価でゲル化強度が強く迅速な固定化を達
成できる包括固定化用高分子材料を用いて、混和な条件
で簡単に微生物、酵素および化学物質を固定化する方法
を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明の微生物、酵素および化学物質の固定化方法は、
ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略す）水溶液と
二酸化ケイ素のコロイド分散液またはナトリウム塩水溶
液の混合液に、微生物、酵素あるいは化学物質の一種ま
たは２種以上を添加した後、飽和ホウ酸水溶液で固定化
するに際し、ゲル化促進剤として塩化カルシウム、硫酸
アルミ、ポリ塩化アルミ、カリミョウバン等の多価金属
塩を添加した飽和ホウ酸水溶液に浸漬して固定化する方
法であり、この方法によれば、微生物、酵素、化学物質
の水溶解性を極度に抑制し、徐々に水中に必要量を供給
させることができる。

本発明で使用できるＰＶＡは、重合度５００〜３０００
、好ましくは１０００〜２０００で、ケン化度は７０％
以上、好ましくは８７〜９８％の部分ケン化ＰＶＡおよ
び／もしくはケン化度が９８％以上の完全ケン化ＰＶＡ
である。重合度が極端に低いと、ゲル化に時間がかかる
。また、重合度が高すぎると、粘度が高くなり取扱い上
に問題が生ずる。

このようなＰＶＡに混合使用する二酸化ケイ素のコロイ
ド水中分散液は、粒子の表面には一３ｉＯＨ基、−〇「
イオンが存在し、アルカリイオンにより電気二重層が形
成され、粒子間の反発によって安定化されている。この
ような二酸化ケイ素コロイド溶液は、多価金属イオンの
添加によってゲル化する。これは、塩類がイオンを放出
し、二酸化ケイ素コロイド溶液の安定性を保持している
表面電荷に干渉し、バランスがくずれ、粒子の集合によ
りゲル化を起すものと考えられる。ＰＶＡとコロイド性
シリカ溶液は、適当な比率、例えば、ＰＶＡ１部に対し
、コロイド性シリカ溶液（８産化学工業（株）スノーテ
ックス−８またはスノーテックス−Ｏ）を２〜１０部、
好ましくは３〜５部を混合した後、これに固定化希望の
微生物、酵素、化学物質などをよく混合し、これを飽和
ホウ酸水溶液に塩化カルシウム、硫酸アルミ、ポリ塩化
アルミ、カリミョウバンなどの多価金属塩をゲル化促進
剤として加えた溶液に浸漬して強固に固定化する。この
ようにして固定化したゲルビーズは、公知方法である。

ＰＶＡ−ホウ酸法によるゲルビーズよりもゲル強度が強
く、そのうえ弾力性にも優れたゲルビーズである。

また、他のＰＶＡ併用剤である二酸化ケイ素ナトリーク
ム塩は、通常、水ガラスまたはケイ酸ソーダで知られる
もので、その組成は、　　Ｎａ２Ｏ・ｎＳ　ｉ　０２　
・ｘＨ２Ｏで示され、−船釣には水あめ状で１号、２号
、３号ケイ酸ソーダと呼ばれ、１号はｎ−約２．２号は
ｎ−約２．５．３号はｎ＝約３である。ケイ酸ソーダは
ｐＨを下げるか、電解質を添加することによりゲル化す
る。ｐＨの低下によるゲル化は、ケイ酸七ツマ−の溶解
度がｐＨを下げると減少し、過剰となった七ツマ−が重
合を起してポリマーとなり、最終的にゲルになると考え
られている。また、電解質の添加によるゲル化は、負に
帯電しているケイ酸ソーダの電荷を相殺するため、ケイ
酸ソーダの粒子は集合し、ゲル化するものと考えられて
いる。

このケイ酸ソーダとＰＶＡの配合比率は、ＰＶＡ１部に
対し、ケイ酸ソーダを０．４〜２．０部、好ましくは０
．８部前後を配合した後、固定化希望の微生物、酵素、
化学物質をよく混合し、ゲル化促進剤として塩化カルシ
ウム、硫酸アルミ、ポリ塩化アルミ、カリミョウバンな
どの多価金属塩を加えた飽和ホウ酸水溶液に浸漬して固
定化する。

以上の固定化剤に配合して、それぞれの用途に供せられ
る微生物、酵素あるいは化学物質は、特別なものである
必要はない。それらは、その使用目的に応じて一般のあ
らゆるものが適用される。

例えば、本発明の方法によって得られる固定化物質を廃
水処理に適用する場合には、微生物としてフェノール分
解活性を有するものや、上下水工業廃水処理活性汚泥微
生物あるいは嫌気性消化細菌、光合成細菌、硝化細菌、
脱窒細菌などが用いられる。酵素としては、アミラーゼ
、β−グルコシダーゼ、セルラーゼ、プロテアーゼ、そ
の他各種の酵素が用いられる。

化学物質としては、単独使用として殺菌剤、防腐剤、防
カビ剤、殺藻剤、その他多くの化学物質が考えられる。

微生物、酵素などと併用して使用されるものとしては、
これらの栄養素、肥料、多孔性セラミックス、活性炭あ
るいはスポンジなどであり、これを併用固定化して、微
生物、酵素などが最大限に活用できるようにすることで
ある。

本発明は、有用な微生物、酵素、化学物質などを強い固
定化剤の中に封じこめる固定化方法、ならびに固定化さ
れたビーズ等により、本来は水に対し溶解し易い化学物
質あるいは水中で速やかに溶解または拡散され易い微生
物、酵素などを、水に溶解、拡散することを極度に抑制
し、化学反応に使用される触媒のように、なん度も繰り
返し使用したり、長期間の使用あるいは特定の場所で微
生物、酵素、化学物質を必要なときに使用できるように
整形工夫する方法である。

（発明の効果）本発明によれば、安価で強度に優れた固定化を行うこと
ができ、本発明により固定化された物質は、従来使用さ
れていたに一カラギーナン、寒天、アクリルアミドなど
の固定化剤よりも強度に優れた上、弾力性にも優れた固
定化微生物、固定化酵素あるいは固定化化学物質などを
、それぞれの活性を低下することなく長期間の使用に耐
えることがわかった。

−〇　− （実施例）以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ＰＶＡ　（ケン（ｌｊ＆９８〜９９％、　重合１１６０
０）の１５％水溶液５重量部と、コロイド性シリカ溶液
（１産化学工業（株）製品スノーテックス−８）３重量
部との混合液に対し、１：１になるように活性汚泥濃厚
液（固型分５５重量％）を混合した後、３％（Ｗ／Ｖ）
の塩化カルシウムを加えた飽和ホウ酸水溶液中に、約０
．５部宛滴下させてゲル状ビーズを作成する。約２４時
間後には、穫めて強度の強い弾力性に優れた固定化活性
汚泥を含んだビーズとなった。本ビーズは、通常のエア
レーションタンク内で曝気された状態では数年にわたっ
て、その強度、弾力性を維持し、その間、活性汚泥は汚
水を浄化した。

実施例２ＰＶＡ　（ケン化度８９％９重合度１８００）の２０重
量％水溶液６重量部に対し、ｐＨを１０．５に調整した
２号ケイ酸ソーダ（固型分４０重量％）溶液を３．５重
量部の割合で混合する。さらに、この液に濃厚フェノー
ル分解菌（Ａｃ　ｉ　ｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｓｐ、）を
５０ｇ／ＩＩの割合に添加した後、ポリ塩化アルミを３
％（Ｗ／Ｖ）の濃度になるよう加えた飽和ホウ酸水溶液
中に０．５〜１．ＯＩｄ宛滴下して、ゲルビーズを作成
する。約２４時間放置することによって、極めて弾力性
に富み強度に優れた固定化微生物を含んだビーズとなっ
た。

本ビーズは、通常のエアレーションタンク内で曝気され
ている状態では数年にわたって、その強度、弾力性を保
持し、その間、フェノール分解菌は廃水中に含まれるフ
ェノールを連続的に浄化した。

実施例３ＰＶＡ　（ケン化度９８〜９９％９重合度１７００）の
１７重量％水溶液７重量部に対し、ｐＨを１０．０に調
整した水ガラス（固型分２０重量％）３．５重量部を混
合した液に、濃厚な海苔種（のりチスト）水溶液を５０
ｇ／ρ配合した後、魚網に付着させる。この魚網を、カ
リミョウバンを３．５％（Ｗ／Ｖ）の割合に添加した飽
和ホウ酸水溶液に浸漬して固定化する。２４時間後には
、魚網表面に極めて強度に優れ弾力性に富んだ海苔種を
含んだ膜が形成した。本魚網を所定の海水中に設置した
ところ、魚網には目的の海苔が増殖した。また、この海
苔種と共に、硫酸アンモニウムと燐酸カリを１＝０．５
に混合したものを１０ｇ／Ｊ！の割合で同時に配合した
ものを魚網上で固定化したところ、収穫は約１．４倍で
あり、明らかに肥料分の効果があられれた。

実施例４ＰＶＡ　（ケン化度８８％１重合度１４００）の２０重
量％水溶液５重量部に対し、コロイド性シリカ溶液（ス
ノーテックス−０）３重量部を混合し、さらに、それと
１：１になるようにｐ−クロル−ｍ−キシレノールナト
リウム塩の５重量％水溶液を加える。この液を３％（Ｗ
／Ｖ）の塩化カルシラムを含む飽和ホウ酸水溶液中に１
．０〜１．５ｄずつ滴下させ、ゲルビーズを作成する。

約２４時間後には、極めて強度に優れた弾力性に富んだ
固定化殺菌剤を含むビーズが得られる。本ビーズをカラ
ム内に充填し、プール循環水を通水したところ、極めて
効率よく、しかも、手軽に水の殺菌が行えた。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ポリビニルアルコール水溶液と二酸化ケイ素のコ
ロイド分散液またはナトリウム塩水溶液の混合液に、微
生物、酵素あるいは化学物質の１種または２種以上を添
加した後、飽和ホウ酸水溶液で固定化するに際し、ゲル
化促進剤として塩化カルシウム、硫酸アルミ、ポリ塩化
アルミ、カリミヨウバン等の多価金属塩を添加した飽和
ホウ酸水溶液に浸漬して固定化することを特徴とする微
生物、酵素および化学物質の固定化方法。
（２）固定化に際し、微生物、酵素および化学物質を含
む初期ゲル状物質をビーズ状、繊維状あるいはシート状
等に整形した後、固定化する特許請求の範囲第１項記載
の微生物、酵素および化学物質の固定化方法。
（３）固定化に際し、微生物、酵素および化学物質を含
む初期ゲル状物質を各種形状の支持体に塗布して固定化
する特許請求の範囲第１項記載の微生物、酵素および化
学物質の固定化方法。