JPH01222766A - 菌体濃縮分離用モジュール - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微生物または菌体等（以下、菌体という）を
濃縮分離するに際し好適に用いることができる菌体濃縮
分離用モジュールに関する。この菌体濃縮分離用モジュ
ールは食品工業分野、例えばワイン中の酵母の分離、食
酢中の酢酸菌の分離、乳酸菌培養時の濃縮、ビタミンＢ
１２の醗酵生産の際の濾過培養等に利用することができ
る。

［従来の技術］ 近年、醗酵工業への高分子膜を利用しようとすう試みが
なされている。そして、その利用態様としては、膜を微
生物反応に利用する他、醗酵生産物の分離、濃縮が゛挙
げられる。

このような醗酵生産物の分離に関しては、従来、例えば
特開昭５２−８２７７９号公報に記載されている如き限
外濾過装置を用いて菌濃度を高めつつ連続培養を行なう
方法が知られている。

一方、多孔質中空糸としては、例えば、特公昭５６−５
２１２３号公報に記載されているような多孔質ポリプロ
ピレン中空系及びその製造方法が知られている。この公
報には、ポリプロピレンよりなる中空糸膜（中空繊維）
であってその周壁部の厚さが４０ｇｍ未満であり且つ該
周壁部に互いにつながった多数の微小空孔が存在すると
ともに該微小空孔の半径の分布曲線が２００〜１２００
人の範囲内に少なくとも１つの極大点を有することを特
徴とするものが記載され、この場合ガスの透過性に特徴
を有する中空糸膜な得ることが回部となったと記載され
ている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、限外濾過装置を用いて菌体な濃縮分離す
る方法は、限外濾過膜の機械的性質が問題で、膜の損傷
を発生しやすいことや膜の耐熱性、耐薬品性が劣るため
、膜の洗浄、殺菌、滅菌がしにくく微生物汚染が発生し
やすい等の欠点を有している。

一方、従来公知の中空糸膜（中空繊ｍ）は、その周壁部
の空孔が極めて不均質であり、空孔形の分布か大きく、
例えば微生物または菌体の分離を行なうための菌体分ｇ
ｌ膜としてみると選択的な分離能において大きな欠点を
有している。さらに、上記中空糸膜の場合、菌体が吸着
して透過し難く、この点の改良も望まれていた。

ポリプロピレンのようなポリオレフィンを延伸フィブリ
ル化して多孔性とした場合、従来の方法では、形状及び
大きさが不均一で比較的太い曲りくねった網目を形成す
る部分と、この網目間に中空糸膜の長さ方向にほぼ平行
して走る、比較的細いフィブリル（以後、微小フィブリ
ルという）とによって孔が形成されている。

このように、公知の方法によって得られる空孔の形状や
大きさは、全く均一性に欠け、上述の比較的太い網目状
部分は閉鎖回路を形成し、換言すれば、この比較的太い
網目を形成する部分は、中空糸膜の長さ方向に対して、
あらゆる方向に向うて走っており、前記微小フィブリル
の長さと略同じ次元の大きさで大小さまざまな連続した
閉鎖回路すなわち網目を形成している。

従って、前記微小フィブリルの長さも、場所によって様
々であり、換言すれば孔の大きさは分布の広いものとな
っており、このままでは、微生物反応装置等における菌
体の濃縮分離への使用に際し、選択的な分子ｔｆｍを達
成することはできない。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者らは多孔質ポリオレフィン中空糸膜の
花形を一定にする方法、および菌体の吸゛　　若を防止
する手段について鋭意検討を続けた結果、低温下、すな
わち−６０℃以下、好ましくは一１５０°Ｃ以下におい
て延伸することによって極めて特異なフィブリル状態の
多孔性中空糸膜を形成させることに成功するとともに、
その周壁部等に特定物質を被覆することにより菌体が極
めて通りやすくなることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明によれば、ポリオレフィンの多孔性中
空糸基体であって、その周壁部は、該中空糸基体の長さ
方向に対し、略直角に走る比較的太いロッド群と、その
各ロッド間に該中空糸基体の長さ方向に走り且つ各ロッ
ド間につながる微小フィブリル群とによって構成され、
これらのロッド群及び微小フィブリル群によって短冊状
の微小孔群を形成してなるとともに、該周壁側表面及び
該微小孔内表面の少なくとも一部がグリセリン脂肪酸エ
ステルで被覆された多孔性中空糸膜な菌体の濃縮分離用
膜として用い、これを複数本集束し、該中空糸膜の両端
部を開口状態で高分子重合体隔壁に埋込み、該隔壁によ
り前記中空糸膜の両端部をハウジングに液密に封止して
なることを特徴とする菌体濃縮分離用モジュール、が提
供される。

本発明に用いる中空糸基体の好ましい態様は、前記ロッ
ド群が中空糸基体の長さ方向に略直角に走り、各ロッド
群の間に形成される微小フィブリルの平均長（ａ）の３
倍以上の長さで前記ロッドは閉鎖回路を形成しく第１図
、第２図及び第３図参照）、好ましくは前記微小フィブ
リルの平均長（ａ）の５倍以上、更に好ま、シ＜は１０
倍以上の長さで閉鎖回路を形成することを特徴としてい
る。ここて微小フィブリルの平均長（ａ）は任意の前記
ロッド上の任意の１点をとり、その周辺の任意の微小フ
ィブリル２０本の長さの平均で表わすものとする。

本発明においては種々の成形条件を綿密に検討して、比
較的太いロッド状の部分を中空糸基体の長さ方向に対し
て、略直角方向のみに形成させ、換言すればこの比較的
太いロッド状のものが、中空糸基体の長さ方向に形成す
ることのない特殊な中空糸基体を作製したものである。

このように形成させることによって同一面積当りの孔数
な２０〜３０％増大させ得る上、強度が保たれ、空隙率
の大幅向上を可能にすることができ、従って菌体の分離
を選択的に行なうことができるようになったのである。

又、本発明のモジュールに用いる中空糸基体として好ま
しい態様は、周壁部厚さが５０〜１５０ｇ、ｍ、特に５
０〜ｌＯＯ井ｍ、内径が２５０〜１０００４ｍ、特に２
７０〜４００ＩＬｍで、バブルポイント法で孔径を測定
したとき、孔径が０゜２〜１．０Ｂｍ、特に０．２〜０
．５ｐｍの範囲内のものである。

そして、本発明の菌体濃縮分離用モジュールに用いる多
孔性中空糸膜は、上記中空糸基体の周壁側表面及びその
微小孔内表面の少なくとも一部をグリセリン脂肪酸エス
テルにより被覆して形成したものである。

グリセリン脂肪酸エステルの脂肪酸成分としては、カプ
リル酸、カプリン酸、ラウリン酸、バルミチン酸、ステ
アリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸などが挙げられ、又
、これらの酸成分とグリセリンとの反応によって生成さ
れるグリセリン脂肪酸エステルは、モノグリセライド、
ジグリセライド及びトリグリセライドの何れか一つ又は
それらの混合物が使用される。

以上説明したような物性の中空糸膜な菌体濃縮分離用モ
ジュールに用いれば、微生物あるいは菌体の透過性に優
れ、且つその選択的な濃縮分離を効率的に行なうことが
でき、しかもポリオレフィンのうち、ポリプロピレンを
用いた場合には耐熱性に優れているため高温高圧下での
蒸気滅菌が可能となり、微生物反応装置において常に問
題点と指摘される濃の消毒、殺菌処理を高温下に容易に
行なえ、微生物汚染を防止することができる。

本発明のモジュールに用いる中空糸基体において、好ま
しくは、前記ロッド上の任意の１点を起点として微小フ
ィブリルの平均長（ａ）（前記起点を中心に周辺の任意
の微小フィブリル２０本の平均長で表わす）の３倍以上
の長さで前記ロフトは閉鎖回路を形成するものである。

これは換言すれば上記の範囲に亘って微小フィブリルの
長さは略一定であることを意味する。

尚、本発明でいう「ロッド」は、中空糸基体の外壁面に
おいて呈される形態（第１図及び第２図参照）を意味し
ており、特に「棒状」を意味するものではなく、中空糸
基体の横断面においては、第３図（第３図は、中空糸基
体の一部をその切断面と共に示す電子顕微鏡写真で、詳
しくは、同図に示される中空糸基体の上方部は中空糸基
体の横断面を示し、同図に示される中空糸基体の下半部
の右方部は中空糸基体の縦断面を示し、同図に示される
中空糸基体の下半部の左方部は中空糸基体の内壁面を示
す）に示される中空糸基体の上方部に示される如き形態
をしている。従って、本発明でいう「ロッドの太さ」も
中空糸基体の外壁面において呈される「太さ」　（厚み
）を意味する。前記「ロッド」は、第３図から明らかな
ように、中空糸基体の内壁面及び縦断面においても外壁
面におけると同様な形態を呈する。

又、微小フィブリル（微網フィブリル）の密度は１本発
明の中空糸基体周壁の外面又は内面においてロット上の
任意の一点を起点としてロッド上にフィブリルの平均長
（ａ）の巾をとるとそのロッド上のｄの範囲内の微小フ
ィブリルは３本以上３０本以内で存在するようにすると
好ましい。

第３図に示すように、中空糸基体の周壁な構成する壁部
は略平行状に走るロット間に兄事な微小フィブリルが走
っている。即ち、第３図ではロッドは微小フィブリルの
平均長（ｄ）に対して５０ｄ以上にわたって閉鎖回路を
形成していない。これは空隙率が飛躍的に向上している
ことを示し、換言すれば同一膜面積の性能が飛躍的に向
上することを示している。

このような多孔性の中空糸基体は、上記したような低温
下において公知の延伸手段を用いることにより製造する
ことができる。

次に、本発明に使用する多孔性中空糸膜の製造方法を説
明する。

前記したグリセリン脂肪酸エステルを、グリセリン脂肪
酸エステル可溶な溶媒にＯ８１〜１０重量％の濃度とな
るように溶解する。溶媒としては、メタノール、エタノ
ールなどのアルコール、アセトン、ベンゼン、トルエン
、キシレン、クロロホルムなどが好適に使用される。

次いで、得られたグリセリン脂肪酸エステル溶液に、上
記で説明した多孔性中空糸基体を浸漬し、多孔性中空糸
基体の゛微小孔内にも充分グリセリン脂肪酸エステル溶
液を行き渡らせた後、乾燥して溶媒を除去する。乾燥手
段としては、溶媒の種類により風乾、減圧乾燥、加熱乾
燥などが適宜用いられる。

このようにして得られたグリセリン脂肪酸エステルによ
って被覆されて形成される多孔性中空糸膜は充分な親木
性を有することから、微生物、菌体等が極めて透過し易
いものとなっている。

また、上記した多孔性中空糸膜な菌体の濃縮分離用膜と
して用いる本発明の菌体濃縮分離用モジュールは、多孔
性中空糸膜を複数本集束し、この中空糸膜の両端部を開
口状態で高分子重合体（いわゆるボッティング材）隔壁
に埋込み、隔壁により多孔性中空糸膜の両端部をハウジ
ングに液密に封止して構成される。なお、隔壁を構成す
るボッティング材としては、ポリウレタン樹脂等が一般
に用いられる。

本発明における多孔性中空糸膜を製造するに当って用い
られるポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１のような結晶
性ポリオレフィンが用いられ、殊にポリエチレン、ポリ
プロピレンが好適に用いられる。また、特に耐熱性を要
する場合にはポリプロピレンが好ましい。

次に、本発明のモジュールを用いて菌体を濃縮分離する
場合の一例を第４図に示す概略フローに基いて説明する
。

培養槽１０において、所定の培地を入れ、所定の菌体な
接種するとともに通気あるいは通気せずに培養を行なう
。培養槽ｌＯで生成した培養液は、次いで本発明の菌体
濃縮分離用モジュール１１又は該モジュールを備えた菌
体濃縮分離器１１にてアルコール等の生成物と濃縮され
た菌体に分けられ、該濃縮菌体はガス交換器１２に導入
される。ガス交換器１２においては、例えば酵母などの
好気性菌体に対し酸素を補給すること等の作用が行なわ
れ、該菌体は培養槽１０に戻される。

尚、バブルポイント法による孔径の測定方法につル１て
次に説明する。

バブルポイント法は、Ａ、Ｓ、Ｔ、Ｍ、（Ａｍｅｒｉｃ
ａｎ　５ｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅ５ｔ　Ｍｅｔｈｏｄ）に
記載され、細孔性材料（この場合、中空糸ＷＩ）の最大
孔径を求めるものである。

すなわち、溶媒に濡らした中空糸膜の中空糸内側に空気
による圧力を徐々にかけてゆき、中空糸の外側に気泡が
最初に出てくるときの圧力から、下記式により最大孔径
を求めるものである。

ｒ＝２σ／ｐ ここで、「は最大孔径の半径（Ｃ■）、ｐは圧力（ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ）　、　ｃｒは表面張力（ｄｙｎｅ／ｃｍ）
である。

尚、本発明でいう孔径とは、最大孔径ではなく、−斉に
気泡が出る圧力より孔径を求めたものである。

［実施例］ 以下１本発明を実施例に基き更に詳細に説明するが、本
発明がこれら実施例に限られないことは明らかであろう
。

（実施例１） ポリプロピレン（商品名：　ＵＢＥ−ＰＰ−Ｊ　１０９
Ｇ　　宇部興産■製、ＭＦＩ＝９ｇ７１０分）を直径３
０　ｍ　ｍの円形スリットノズルを用いて、常法によっ
て溶融、紡糸し、巻取速度１１６ｍ／分で中空糸基体を
紡糸した。

この中空糸基体を、１６０°Ｃで５分間、熱処理した後
、−１９６℃の低温浴（液体窒素）中に導き、１５％延
伸し、これを引き続いて温度１５０℃で４５秒間処理し
て熱固定を行い、更に１３５℃の加熱媒体中で３００％
の延伸を行いフィブリル化を行った後、同じ温度で８０
％収縮（３００％延伸する前のものを基準として）させ
て熱処理を行った。

得られた中空糸基体の外壁面の電子顕微鏡写真を第１図
に示す。

この中空糸基体は、内径が３２０Ｂｍ、周壁部厚さが５
５ｇｍ、孔径が０．２５Ｂｍ（バブルポイント法による
測定）であった。

次に、上記中空糸基体を、先ずオレイン酸モノグリセラ
イド（花王■社製、エキセル　０−９５Ｎ）の２．５重
量％アセトン溶液に浸漬した後、アセトンがなくなるま
で風乾した。

このようにして得られた多孔性中空糸膜な用いて膜面積
１．４ｍ”の菌体濃縮分離用モジュールを作製し、その
分離性箋試験を行なった。

第４図の培養槽ｌＯにおいて、ミネラルとメタノール資
化性細菌からなる培地（ｐＨ７，０）を１２０℃で１５
分間殺菌した後冷却し、これに無菌メタノールを０．２
容積％添加して培地を調製した。この培地をｐＨ７にア
ンモニアで調整しつつ、３６°Ｃで通気攪拌培養を行っ
た。

平均滞留時間５時間の連続培養を行ない、菌濃度２１．
０ｇ／ｉの培養液・が調製された。

この培養液を菌体濃縮分離用モジュール１１に通し、濃
縮培養液と透過液に分離した。

濃縮培養液の菌濃度は７３．５ｇ／見であった。

これは３．５倍の濃縮度である。

このようにして濃縮培養液を連続的に採集し、透過液は
培養槽ｌＯに循環した。以上のようにして菌体濃縮分離
用モジュール１１により濃縮すると、最終的に２００．
５ｇ／ｌの菌濃度の濃縮液が取得された。これは９．５
倍の濃縮度であった。

かくして得た濃縮液を乾燥して第１表に示した品質の菌
体含有組成物を、対メタノール収率６９゜６％で取得し
た。

第１表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の菌体濃縮分離用モジュー
ルによれば、上記した特定の構造を有する多孔性中空糸
膜を用いているため、微生物反応装置等における菌体を
選択的に濃縮分離するとともに、菌体の透過性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の菌体濃縮分離用モジュールに用いる
多孔性中空糸基体の外壁面の一部の繊維の形状を示す電
子顕微鏡写真、第２図は、多孔性中空糸基体の外壁面の
一部の繊維の形状を更に拡大して示す電子顕微鏡写真、
第３図は、多孔性中空糸基体の一部の繊維の形状をその
切断面と共に示す電子顕微鏡写真である。第４図は本発
明のモジュールを用いて菌体を濃縮分離する場合の一例
を示す概略フロー図である。 １０−・・培養槽、１１．−・・菌体濃縮分離用モジュ
ール／菌体濃縮分離器、１２−・・ガス交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリオレフィンの多孔性中空糸基体であって、そ
   の周壁部は、該中空糸基体の長さ方向に対し、略直角に
   走る比較的太いロッド群と、その各ロッド間に該中空糸
   基体の長さ方向に走り且つ各ロッド間につながる微小フ
   ィブリル群とによって構成され、これらのロッド群及び
   微小フィブリル群によって短冊状の微小孔群を形成して
   なるとともに、該周壁側表面及び該微小孔内表面の少な
   くとも一部がグリセリン脂肪酸エステルで被覆された多
   孔性中空糸膜を菌体の濃縮分離用膜として用い、これを
   複数本集束し、該中空糸膜の両端部を開口状態で高分子
   重合体隔壁に埋込み、該隔壁により前記中空糸膜の両端
   部をハウジングに液密に封止してなることを特徴とする
   菌体濃縮分離用モジュール。