JPH0198494A - バイオリアクター - Google Patents

バイオリアクター

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JPH0198494A
JPH0198494A JP62255057A JP25505787A JPH0198494A JP H0198494 A JPH0198494 A JP H0198494A JP 62255057 A JP62255057 A JP 62255057A JP 25505787 A JP25505787 A JP 25505787A JP H0198494 A JPH0198494 A JP H0198494A
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    • Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/813—Continuous fermentation

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、固定リパーゼを用いて油状基質と水溶性基質
を向流的に接触させ連続的に反応させると共に油状生産
物と水溶性生産物を連続的に分別採取する方法に関する
ものであり、油脂工業、医薬品工業、食品工業等に広い
応用が期待されるものである。
〔従来の技術〕
固定化リパーゼの反応装置としては、光架橋性ゲルに包
括固定化リパーゼをカラムに充填し、予め水と油を撹拌
して、エマルジョン状態になった油水混合物を充填塔に
還流させる方法（Ｙ、　Ｋｉｍ命ｒａａｔ、　ａｌ、　
ＩＥｕｒ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｍｉｃｒｏｌ、　Ｂｉ
ｏｔｅｃｈｎｏｌ、。
１７、１０７（１９８３））が知られている他、本発明
者らが先に開発した基型固定化リパーゼカラムを用いて
、中上段より水溶性基質、中下段より油状基質を連続的
に供給し、上端より油状生産物、下端より水溶性生産物
を連続的に採取する方法（小杉等、特開昭６１−８５１
９５号）、及び多段反応槽において、固定化リパーゼを
用いて反応させるに際し、固定化リパーゼ、油状基質、
及び水溶性基質のそれぞれの分離と混合を反復し、固定
化リパーゼに油状基質と水溶性基質を向流的に接触させ
る方法が提案されている（小杉ら特願昭６１−２０５５
８８号ル〔発明が解決しようとする問題点〕 既に報告されている固定化カラムに予めエマルジョン状
態にした混合物を通す方法は、エマルジョン粒子の固定
化担体内に拡散する移動速度が著しく遅いため、固定化
カラムに何回も反応液を循環させる必要があり連続化が
困難である。また油状生産物と、水溶性生産物を連続的
に分別採取することもできない。
基型リパーゼカセラムを用いて油状基質と水溶性基質を
向流的に供給する方法では、カラム内の油状基質と水溶
性基質の通路が完全に分かれてしまうチャネリング現象
を防ぐために最初に油状基質と水溶性基質が混じり合い
ながら流れる流路を確保しなければならず、またその処
理速度は充填カラム内の油水分離速度に依存しているた
め太くかつ短いカラムを使う等の工夫が必要で、運転条
件の制約も多く固定化リパーゼの活性度を充分に発揮さ
せることが困難である。
多段反応槽で固定化リパーゼを用いて反応させ、固定化
リパーゼ、油状基質、水溶性基質のそれぞれの分離と混
合を反復し１．固定化リパーゼに油状基質と水溶性基質
を向流的に接触させる方法は、多段の反応槽によるバッ
チ式であり、これを連続反応化するとともに、油状生産
物と水溶性生産物を連続採取するには、複雑なパイプラ
インを必要とし、その制御操作も複雑になる。また混合
すると微細なエマルジョンの発生があり油水分離が悪く
なるため分離と混合を別々の反応槽で行うと反応時間の
他に分離時間も必要となり、効率的方法とは言い難い。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、従来法の緒欠点を改良すべく鋭意研究を
重ねた結果、本発明を完成したものである。すなわち本
発明は、固定化リパーゼに油状基質と水溶性基質を向流
的に接触させるにあたり、上端と下端に静置槽、中段部
に撹拌槽及び静置槽を交互に組み合せて設け、中下段よ
り油状基質。
中上段より水溶性基質を供給し、上端より油状生産物、
下端より水溶性生産物を回収することを特徴とする固定
化リパーゼによる連続反応法である。
以下、本発明の好ましい一例について、図面により本発
明を説明する。図中１は油状生産物回収口、２は上端の
静置槽、３は水溶性基質供給口、４は撹拌羽根、５は静
置槽、６は撹拌槽、７は油状基質供給口、８は下端の静
置槽、９は水溶性生産物回収口、１０は撹拌軸、１１は
ふるい板、　１２は撹拌軸カバーを示す。
上端の静置槽２と下端の静置槽８は望ましくは円錐状の
ものが用いられる。その理由は微細なエマルジョンが発
生しても油状生産物回収口１あるいは水溶性生産物回収
口９に達するまでに器壁にあたってエマルジョン粒子の
破壊がおこり、油水分離がしやすくなるためである。油
水分離がしにくい反応液の場合、あるいは油中に懸濁し
ている水が長時間運転していると油状生産物の輸送路に
凝縮して水滴として蓄積することがあるので、グラスビ
ーズ等を充填したエマルジョン破壊槽を設けると油水分
離がほぼ完全になる。また静置を完全にするためには撹
拌軸部分は撹拌軸カバー１２を設けてその影響を除去し
たものが望ましい、上端の静置槽２の上部には油状生産
物回収口ｌ、下部には水溶性基質供給口３が設けられて
いる。また下端の静置槽８の下部には水溶性生産物回収
口９、上部には油状基質供給ロアが設けられている。静
置槽の温度は５０℃以上が油水分離を行うのに適当であ
り、雑菌汚染防止効果もあるので外套管等により５０℃
以上の温度に設定できるようになっていることが望まし
い。
本発明に用いる中段部に設ける撹拌槽６とは、静置槽５
に隣接した撹拌装置で撹拌できる通常円筒状の反応槽で
ある。この反応槽には固定化リパーゼを存在させる。撹
拌装置は角度付パドル羽根等の大きなものでゆるやかに
撹拌し固定化リパーゼの物理的破壊をすくなくする。撹
拌方向は固定化リパーゼを浮遊させる方向に撹拌する。
中段部も所定の温度に設定できるようにする。また静置
槽５と撹拌槽６を仕切るふるい板１１は固定化リパーゼ
が通過できない網目を持つステンレススチールのふるい
板等を用いることが望ましい。長時間運転しているとこ
のふるい板１１の下に気泡がたまり反応器の油水分離が
うまくいかなくなることがあるので、物理的刺激もしく
は気泡抜き装置をつけて気泡を抜かなければならない。
本発明に用いる中段部に設ける静置槽５は、油水分前が
出来るのに必要な−Ｒ，Ｍ−＝；＝高さを持った通常円
筒状の分離槽である。静置槽５の高さが必要以上に高い
と油水分離に時間がかかる上に、反応器全体の体積が増
加する。したがって撹拌槽６と接する断面積に対して高
さは低い方が望ましい。
また静置を完全にするために撹拌軸部分は撹拌軸カバー
１２を設けてその影響を除去したものが望ましい。中段
部に設ける撹拌槽６と静置槽５は、多段化することによ
り長時間の撹拌による微細なエマルジョンの発生をおさ
えるのに有効である。
本発明における油状基質とは、固定化リパーゼ反応の基
質となるもので、油脂、ワックス、リン脂質、各種のエ
ステル、モノグリセライド、ジグリセライド、脂肪酸等
の水に溶けにくい物質で、その比重は水の比重より軽く
、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン等の非極性溶媒に
可溶な物質で油槽を形成するものである。油水分離しや
すくしたり可溶化するために上記の非極性溶媒を添加し
た場合は、それも油状基質として扱われる。また水溶性
基質とは、水、グリセリン、グリセロリン酸、アルコー
ル等の水溶性有機物又はその水溶液である。
本発明に使用されるリパーゼは、エステル結合に作用し
、加水分解、エステル合成あるいはエステル交換能を持
つ酵素である。一般のリパーゼはこれらの機能を合わせ
持っているが、目的に合致した最適のリパーゼを選択す
ることが望ましい。
リパーゼの固定化法としては、担体結合法や包括固定化
法等の酵素の固定化に知られているいずれの技術も採用
しうる。しかし本発明の反応器は撹拌をともなう流動床
型リアクターなので摩耗しにくいものが望ましい固定化
担体である。固定化リパーゼは通常撹拌槽６に入れて反
応させるが、上端の静置槽２に多少存在しても水溶性基
質を多く含んで比重が重くなっているので油状生産物と
一緒に溶出されることは少ない。また下端の静置槽８に
存在しても油状基質を含んで比重が軽くなっているので
水溶性生産物と一緒に溶出されることも少なくなる。
本発明の運転例としては中下段の油状基質供給ロアより
高酸価部を供給し、中段の水溶性基質供給口３よりグリ
セリンを供給すると、上端の油状生産物回収口１よりモ
ノグリセライドやトリグリセライド等の混合物が得られ
、下端の水溶性生産物回収口９より未反応のグリセリン
が得られる（小杉ら、特公開昭６１−２５７１９２号）
。あるいは実施例にあるように油状基質供給ロアより油
脂を供給し水溶性基質供給口３より水を供給すると、油
状生産物回収口ｌより脂肪酸やグリセライド、水溶性生
産物回収口９よりグリセリン及び水が回収される。水溶
性基質の供給速波を油状基質の供給速度より遅くすると
、水溶性生産物の濃縮回収が可能となる（小杉ら特願昭
６１−２０５５８８号）。
〔作　　用〕
本発明の特徴は、油状基質と水溶性基質の反応と油状生
産物と水溶性生産物の分離回収を同時に行う反応システ
ムを提供することである。油状基質と水溶性基質を固定
化リパーゼの外部拡散抵抗を少なくするように反応させ
るためには、固定化リパーゼ表面の両物質の移動速度を
速くしなげればならない。そのために固定化リパーゼ、
油状基質及び水溶性基質を撹拌しなければならない。し
かしあまり撹拌しつづけると油状基質と水溶性基質がエ
マルジョンになってしまうため、エマルジョン粒子が固
定化粒子内に入りにくくなり、内部拡散抵抗が大きくな
る（小杉等、日本発酵工学会大会要旨集Ｐ５８　（１９
８４））。従って撹拌によりエマルジョン状態になった
ものを破壊させて再び連続相としての油状基質にする必
要がある。この必要性を満たすために静置槽５と撹拌槽
６を上下に分けて配置し、撹拌により微細エマルジョン
が生じても静置槽５でエマルジョンの破壊が起こり油水
分離が容易に起り、次の撹拌槽へ連続相の基質を提供す
ることができる。この静置槽５と撹拌槽６を仕切るふる
い板１１の材質は金属ふるいが良好であり、プラスチッ
クフィルター等を用いるとあまり旨くいかない。また油
状生産物及び水溶性生産物の回収のためには上端及び下
端に静置槽２，８があるが、必要ならばここにエマルジ
ョン破壊槽を設けることにより油水分はをほぼ完全に行
った生産物が得られる。油水分離はエマルジョン粒子の
破壊によって進行する。エマルジョンの破壊はクリーミ
ング、凝集及び合一によって進行する（春沢文則、油化
学第３５巻１号（１９８６）５０〜５１ページ）。油水
分離速度はストークスの法則で支配されることが多いの
で、エマルジョン粒子の直径を小さくしたり、油水の密
度差を大きくしたり、分散媒の粘度をさげたり、あるい
は遠心力等をかけて重力加速度を大きくして油水分離を
促進することも考えられる。
〔実施例〕
（微工研菌寄５４９５号）のリパーゼをＤｏｗｅｘ　Ｍ
すＡ−ｔ（２０１〜５０メツシユ）に担体ｇあたり１１
８５単位のリパーゼを吸着させ、ゲルタールアルデハイ
ドで処理して強固に結合させたものを水洗し、ガラスフ
ィルタ上で吸引口過しながら乾燥させた。
次に図面に示すような反応器を用意した。撹拌槽６と静
置槽５は１００メツシユのステンレス・スチールのふる
い板１１で仕切っである。図面には示してないが反応槽
は外：套管により囲まれていて温度が一定に保たれるよ
うになっている。
上端と下端に円錐状の分離槽を設け、上端の静置槽２に
は水溶性基質供給口３及び油状生産物回収口１があり、
下端の静置槽８には油状基質供給ロア及び水溶性生産物
回収口９がある。中段の各槽の直径は１００ｍ高さは３
０〜３１ｍｍで静置槽５と撹拌槽６が交互に設けである
。各撹拌槽には上述の固定化リパーゼを乾燥重量で３５
ｇ入れ、固定化リパーゼを浮遊させるような方向に７７
秒間で１０回転する、４５度の角度のついたパドル型撹
拌羽根４で撹拌するようになっている。静置ｊ！！５．
８の撹拌軸１０は撹拌軸カバー１２でおおっである。
最初撹拌せずに下端の水溶性生産物の回収口９をとじて
水及びオリーブオイルを約１０ｍ１／時間の速さで供給
した。反応槽に水及びオリーブオイルが満たされた後、
水の供給を毎時２．５ｍｌ、オリーブ油の供給を毎時５
履１．下端より水溶性生産物の回収を毎時２．５ｍｌに
調整すると、上端より毎時約５１１１１で油状生産物が
回収された。
反応後１０日間は、反応温度２７℃で運転した。その時
の油状生産物について測定した油脂分解率は第１表のよ
うに変化した。
第１表 なお反応日数６日目の水溶性生産物のグリセリン濃度は
３７ｍｇ／ｍｌであった。
次に反応温度を４５℃に上昇させ、反応を続けると第２
表のような結果を得た。
第２表 なお反応日数１８日目の水溶性生産物のグリセリン濃度
は７７４ｍｇ／＋１であった。
更に反応温度を６０℃に上昇させ、反応を続けると第３
表のような結果を得た。
一餉３表 なお反応日数２３日目の水溶性生産物のグリセリン真皮
は９２１ｍｇ／ｍｌであった。
以上示した如く本反応法を用いることにより固定化リパ
ーゼの連続反応とともに油状生産物と水溶性生産物の連
続口取が可能であった。
本実施例で用いたリパーゼ活性の°測定は、Ｎｏｒｄら
の変法（日豊化３６巻８６０（１９６２）で行い６０℃
で１分間に１マイクロモルの酸を遊離する量を１単位と
した。油脂分解率は酸価とケン化価の比より求め、グリ
セリン量は過ヨウ素酸酸化物の比色定量より求めた。
〔発明の効果〕
本発明は油状基質と水溶性基質の二相からなる反応系に
固定化リパーゼを反応させる反応システムを提供する。
二相系反応の物質移動を改善するためには撹拌と静置と
いう全く異質の処理を一つの反応器に組み込まなければ
ならず、じかも微細なエマルジョンが発生して油水分離
が困難になる事態の対策を考慮しなければならない。本
発明によりこれらの要求に応えるシステムが提供される
。
リパーゼはエステル分解、エステル合成、エステル交換
等を触媒する酵素であるので本発明はそれらの反応に応
用されるものであり、更に広く二相系反応の反応法とし
て広く応用されるものである。
【図面の簡単な説明】
図面は、本実施例において用いた反応器の概念図である
。 ■、油状生産物回収口 ２、」二端の静置槽 ３、水溶性基質供給口 ４、撹拌羽根 ５、静置槽 ６、撹拌槽 ７、油状基質供給口 ８、下端の静置槽 ９、水溶性生産物回収口 １０、撹拌軸 １１、ふるい板 １２、撹拌軸カバー 特許出願人　工業技術院長　　　　飯　塚　幸　三指定
代理人　工業技術院微生物工業技術研究所長　、　　”
佐　藤　昭−７症ドシ ー　、′−１−＝、　　゛ １月 乙 官庁出願 手続補正書く自発） 昭和６３年３月７日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）固定化リパーゼに油状基質と水溶性基質を向流的
    に接触させるにあたり、上端と下端に静置槽、中段部に
    撹拌槽及び静置槽を交互に組合せて設け、中下段より油
    状基質、中上段より水溶性基質を供給し、上端より油状
    生産物、下端より水溶性生産物を回収することを特徴と
    する固定リパーゼによる連続反応法。
JP62255057A 1987-10-09 1987-10-09 バイオリアクター Granted JPH0198494A (ja)

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JP62255057A JPH0198494A (ja) 1987-10-09 1987-10-09 バイオリアクター
US07/255,599 US5010004A (en) 1987-10-09 1988-10-11 Method for continuous reaction with fluidized immobilized lipase

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JP62255057A JPH0198494A (ja) 1987-10-09 1987-10-09 バイオリアクター

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