JPH02286072A - バイオリアクタ - 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） 本発明は微生物を触媒とする反応装置であるバイオリア
クタに関する。

（従来技術） 微生物を触媒とする物質の分解、合成、化学変換等の生
化学反応は有機合成、食品工業、分析化学等広い分野で
利用されている。この種の反応に使用される反応装置は
一般には微生物を触媒とする反応槽からなり、かかる反
応槽で得られた反応液は各種の濾過器にて濾過されて微
生物、その他の混合物と分離される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の場合濾過器としてクロスフロー濾過器
を採用することが有利であり、当該濾過器と反応槽とは
循環系路にて連通され反応槽から反応液が濾過器のフィ
ルタの一側に沿って連続的に流動されにの間反応液の一
部が濾過されるとともに流動する反応液によりフィルタ
の一側に堆積するケークが最少の厚みに保持され、安定
した濾過が長時間維持される。また、濾過速度を太きく
するためには反応液の循環流速を大きくして堆積するケ
ークの厚みを一層小さくすることが好ましいが、循環流
速を大きくすると微生物に対するダメージが大きくなっ
て微生物が失活することになり、循環流速は例えば２　
ｍ／ｓｅｃ以上には大きくできなくて濾過速度を大きく
し得なかった。

従って、本発明の目的には、微生物を触媒とする反応装
置であるバイオリアクタにおいて反応液の濾過速度を大
きくすることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は微生物を触媒とする反応装置であるバイオリア
クタであり、当該バイオリアクタの第１は微生物を触媒
とする反応槽および筒状フィルタを収容したクロスフロ
ー濾過器を備えるとともに、これら両者を互に連通させ
前記反応槽がら反応液を前記筒状フィルタの外周または
内周に沿って長手方向に流動させる循環系路を備え、前
記筒状フィルタが周方向に回転可能であることを特徴と
するものである。

また、本発明に係るバイオリアクタの第２は、被反応液
を貯留する貯留槽および同被反応液を化学反応させる微
生物が固定化された筒状フィルタを収容したクロスフロ
ー濾過器を備えるとともに、これら両者を互に連通させ
前記貯留槽がら被反応液を前記筒状フィルタの外周また
は内周に沿って長手方向に流動させる循環系路を備え、
前記筒状フィルタが周方向に回転可能であることを特徴
とするものである。

しかして、本発明において用いる微生物は細菌類、放射
菌類、カビ類、酵母菌類等であり、かつこれら微生物は
グルコアミラーゼ、アミノアシダーゼ、グルゴースイソ
メラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、セルラーゼ、インベ
ルターゼ、アスパラギナーゼ、アスパルターゼ、カタラ
ーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ、リシンデカルボキシラ
ーゼ、ヘキソキナーゼ、トリプトファンシンターゼ、グ
リセロールデヒドロゲナーゼ等の酵素を含む。

微生物を触媒とする反応を反応槽で行う場合には、各種
の″前培養地に微生物を懸濁させて培養し、これを前培
養地と同組成の被反応液とともに反応液に収容して行う
。また、かかる反応を濾過器内で行う場合には、後述す
る筒状フィルタの外周側または内周側を上記した懸濁液
に浸漬し、同フィルタを静置した状態で微生物を培養し
固定化する。

なお、固定化手段の詳細については本出願人の先願に係
る特願昭６３−７２２２８号出願明細書に示されている
。

クロスフロー濾過器は筒状フィルタを収容してなるもの
で、反応液または被反応液が同フィルタの外周または内
周に沿って長手方向に流動し、この間流動液の一部が同
フィルタを透過し濾液として器外へ流出するものである
。また、筒状フィルタは周方向へ回転可能なもので、流
動液の濾過中回転される。なお、かかる形式の濾過器は
回転式クロスフロー濾過器として本出願人の先願に係る
特願昭６３−７７０７０号出願明細書に示されている。

筒状フィルタはアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、
ジルコニア等セラミックス、多孔質ガラス、カーボン等
の無機質材料からなるもので、パイプ状、モノリス状、
ハニカム状等の適宜の筒形状のものが採用される。

（発明の作用・効果） かかる構成のバイオリアクタにおいては、微生物を触媒
とする生化学反応は反応槽または濾過器内で行われると
ともに、反応槽内の反応液または貯留槽内の被反応液が
筒状フィルタの外周または内周に沿って長平方向に流動
する。この流動液はフィルタの外周または内周に堆積す
るケークに対して長手方向の剪断力を付与するとともに
、同フィルタの周方向の回転によりケークに対して周方
向の剪断力をも付与する。このため、これら２種類の剪
断力の作用によりフィルタの外周または内周に堆積する
ケークを離脱させるとともにその成長を抑制し、流動液
の循環流速を大きくすることなく大きな濾過速度を長時
間保持することができる。また、循環流側を大きくする
必要がないため、微生物に対するダメージが小さくて微
生物が失活するおそれがない。

（実施例） カビ培養液中でのラクターゼの製造、ラクターゼの精製
および除菌の試験を行った。

（１）バイオリアクタ 試験に使用したバイオリアクタは図面に示すように反応
槽１１、クロスフロー濾過器１２およびこれら両者１１
．１２を連通させる循環系路１３からなり、反応槽１１
内にてカビの培養がなされ培養終了後循環ポンプ１４の
駆動により培養液が循環される。クロスフロー濾過器１
２には筒状のセラミックスフィルタ１５が収容されてい
る。フィルタ１５は外径５０ｍｍ、内径３６ｍｍ、長さ
３０００１１１の形状で外周に分離膜をコーティングし
てなるもので、分離膜の平均細孔径が０．１μｍのもの
であり、かつ全濾過面積が０；０４７ｍ”のものである
。クロスフロー濾過器は本出願人の先願に係る特願昭６
３７７０７０号出願明細書に示した回転式クロスフロー
濾過装置と同一形式のもので、フィルタ１５は周方向に
回転可能である。かかる濾過器１２においては培養液の
循環中、培養液はフィルタ１５の外周に沿って長手方向
に流動し、この間フィルタ１５が周方向に回転する。

＋２１試験条件 培養終了時のカビ培養液はカビ濃度０．２ｗｔ％で、分
子量１３万のラクターゼを懸濁酵素として含有しており
、温度３０℃、粘度５ｃｐ　、比重１　、ＰＩＩ５であ
る。また、かかる培養液の精製および除菌（濾過）の条
件および結果は別表に示す通りであり、比較例として同
表に標準クロスフロー濾過法を採用した場合の結果を併
せて示す。なお、比較例として採用したクロスフロー濾
過器はフィルタユニットが回転しない固定式のもので、
フィルタユニットは４本フィルタを並列配置したもので
ある。各フィルタは外径１０＠ｍ、内径７ｍｌ１１、長
さ５００ｎ＋ｍの形状で内周に分離膜をコーティングし
てなるもので、分離膜の平均細孔径および全濾過面積は
実施例のフィルタ１５と同様０−１　μｒｒｒ　、０．
０４４ｍ２である。

別表において、濾過速度、ラクターゼ透過率、カビ失活
率は濾過開始から６０分までの平均値であり、この間培
養液は４ｇから２ｐに減量している。また、別表におい
てラクターゼ透過率、カビ失活率は下記の方法により測
定しな。

○ラクターゼ透過率 原液および濾液の酵素活性をβ−ガラクトシダーゼ比活
性測定法＊に基づいて測定し、下記式にて算出する。

（注）＊：酵素活性測定メソッド集第５３頁（ベーリン
ガーマンハイム山之内株式会社発行）Ｏカビ失活率 原液およびａｔ液を希釈してカビを一定期間培養してコ
ロニー数を測定し、下記式にて算出する。

但し、Ａは原液１ｍ、ｃ中のコロニーの数（ｃｒｕ／ｍ
ｕ）Ｂは濾液１ｍβ中のコロニーの数（ｃｆｕ／ｍρ）
（以下余白） （３）結果 上記衣から明らかなように、本実施例および比較例の濾
過速度を一定にした場合本実施例においては比較例に対
してラクターゼの透過率が高く、かつカビ失活率が約ｌ
／１０であり、極めて有用であることが理解される。ま
た、比較例においてラクターゼの透過率を高めカビ失活
率を低くするには゛、循環流速を低くしかつ濾過速度を
低く抑える必要がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に係るバイオリアクタの概略構
成図である。 符号の説明 １１・・・反応槽、１２・・・クロスフロー濾過器、１
３・・・循環系路、１５・・・フィルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）微生物を触媒とする反応槽および筒状フィルタを
   収容したクロスフロー濾過器を備えるとともに、これら
   両者を互に連通させ前記反応槽から反応液を前記筒状フ
   ィルタの外周または内周に沿って長手方向に流動させる
   循環系路を備え、前記筒状フィルタが周方向に回転可能
   であることを特徴とするバイオリアクタ。
2. （２）被反応液を貯留する貯留槽および同被反応液を化
   学反応させる微生物が固定された筒状フィルタを収容し
   たクロスフロー濾過器を備えるとともに、これら両者を
   互に連通させ前記貯留槽から被反応液を前記筒状フィル
   タの外周または内周に沿って長手方向に流動させる循環
   系路を備え、前記筒状フィルタが周方向に回転可能であ
   ることを特徴とするバイオリアクタ。