JPH0279974A - 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〕 本発明は生体触媒とそれに用いたバイオリアクタに関す
る。

〔従来の技術〕

酵素活性を安定化し、また水溶性であるにもかかわらず
繰り返し使用を可能にするために、酵素を物理的または
化学的手法で水に不溶化して固体触媒の形で使用する技
術が開発され、Ｌ−アミノ酸、異性化糖、６−アミノペ
ニシラン酸およびリンゴ酸等の工業生産に利用されてい
る。

更に固定化酵素の手法を進めて、酵素を包含した生の微
生物菌体を固定化した固定化微生物を利用すれば、酵素
の抽出精製操作を省くことができる。

更に、固定化微生物には、固定化または操作時の安定性
が良い、多階段酵素系の利用に有利、補酵素やＡＴＰな
どの供給が可能、などの利点がある。

また二次代謝産物の生産のために生菌体の固定化法を用
いることができ、さらに固定化増殖微生物を用いて収量
を向上させることも可能である。

かかる微生物菌体の固定化のためには、固定化技術の確
立が基本的に重要であり、担体結合法、橋かけ法及び包
括法などが知られており、攪拌層型、流動層型及び脱型
バイオリアクタとしてプロセス化されている。

たとえば、千畑一部・土佐哲也、油化学。

３．４１４（１９８２）　、　　角野立夫・中村裕紀・
大竹安友・森　直通、ＰＰＭ、隘６．２８（１９８７）
、福井三部編著、「生体触媒としての微生物」井守出版
（１９７９）参照。

〔発明が解決しようとする課題〕

好気性菌の発酵生産技術においては、栄養源及び酸素の
拡散速度が目的とする生産物の生産速度に影響を及ぼす
。

しかしながら、一般に栄養源の利用効率は低く、また菌
体の増殖や生産物の生成により培養液の粘性が増大して
生合成反応が阻害され、目的とする生産物の生産速度が
低下する。

糸状菌の場合には、特に三次元網目構造を有する画境の
生成や培養液の増結による栄養分や酸素の不足が起こり
やすい。

また、培養液から生産物を分離するのに手間がかかるな
ど改良の余地が大きい。

一方、ゲル内に固定化した菌体、増殖菌体のバイオリア
クタへの応用技術が開発されアルコール発酵の生産性の
向上等が報告されている。

しかしながら、菌体を包括したゲルの調製、ゲルの大き
さや強度の調節及び滅菌など煩雑な操作を必要としてい
る。また、生菌体の増殖によるゲルの破壊、さらにその
ための培養液との混濁による生産物回収の困難さが生じ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の微生物菌体の固定化技術が有する欠
点を解消すべく、安価、耐久性、プロセスや操作の簡略
化、生産性の向上及び安定性の高い固定化方法について
鋭意研究を重ねた結果、完成したものである。

すなわち本発明の生体触媒は、高分子平膜よりなる袋状
物の内部に菌体を担持してなるものである。

また本発明のバイオリアクタは、高分子平膜よりなる袋
状物の内部に菌体を担持してなる生体触媒をスペーサー
と交互に容器内に積層し、該容器に培地流入管および培
地流出管を設けたことを特徴とするものである。

本発明の生体触媒における高分子平膜としては、一般に
精密濾過膜や限外濾過膜として用いられている膜が用い
られ、その素材はアセチルセルローズ、ポリアミド、ポ
リビニルアルコール、ポリサルホン、ポリエーテルサル
ホン、ポリエチレン、ポリプロピレン等である。特に、
殺菌の透過を防止するために、細孔径が２μｍ以下であ
ることが好ましい。また袋状物の内部に、菌体の増殖、
固定化および空間の確保のために、繊維織物、編物、不
織布等の布帛を菌体の支持体として挿入することが好ま
しい。

なおここで菌体とは、酵素および細菌等の微生物を意味
する。

かかる本発明の生体触媒は、たとえば有用微生物を通常
の発酵法によって菌体を調製培養し、この調製した菌体
から有用酵素を抽出して袋状物内に封入したり、または
袋状物内に種菌を接種して菌体を調製することにより製
造することができる。

次にかかる生体触媒を用いた本発明のバイオリアクタを
図面に示した実施例にもとづき説明する。

第１図に示すように、バイオリアクタ１には、容器２内
に生体触媒３とスペーサー４が交互に積層されている。

生体触媒３は、高分子平膜よりなる袋状物５と、この内
に収容された菌体が担持された支持体６から構成されて
いる。

スペーサー４としては、菌体に包括した袋状高分子平膜
間に培地を有効に循環させるために、たとえば帯状のプ
ラスチックシートが用いられる。あるいは、膜界面の濃
度分極を解消するために網でも良く、網と帯状プラスチ
ックと組合せて使用することもできる。

容器２には培地の流入管７と流出管８および空気または
酸素の供給管９と排出管１０が設けられている。

空気（酸素）の供給は単にバブリングを行なっても良い
が、空気供給管９を疎水性多孔質膜で構成すれば、通気
量の調整も可能である。

支持体６に担持される菌が嫌気性である場合には空気の
供給は不要である。

培地の供給はスペーサーの形状や培地供給ポンプによっ
て調節される。

かかるバイオリアクタでは、菌体は袋状物内に封じ込め
られるので培地は常に清澄な状態を保つことができる。

代謝生産物が培地の溶媒に可溶で、膜の孔を通過可能な
サイズのものであれば、除菌工程を経ずに分離工程にか
けることができるし、菌と培地との混合による増粘も防
ぐことができる。

また培地を流し続けて菌体の活動が弱くなった場合には
培地の代わりにグルコース等の栄養剤を流し、再び菌を
活性化することが可能であるし、菌体を封入した膜シー
トを新しいものに交換することもできる。

第２図は本発明のバイオリアクタの第２の実施例を示し
、積層された袋状物３とスペーサー４を貫通する菌体流
人管１１および菌体流出管１２が設けられ、これら管に
は菌体流入および排出のための細孔１２Ａ、１２Ｂが形
成されている。なお、袋状物３およびスペーサー４の菌
体流入管４と流出管５による貫通部分には、パツキン１
３が設けられ、菌体の漏出が防止される。

この実施例２によれば、装置を組み上げてから菌体を封
入することができ、状況に応じて菌の入れ替えが可能で
ある。この実施例２でも上記実施例１と同様に培地と菌
は混合されないので、培地からの代謝生産物の分離等が
容易になる。また菌の培養のみを目的とした場合にも、
連続的な運転が可能となる。代謝生産物が膜シート内に
封じ込められてしまう場合にも、菌体と代謝生産物の混
合濃縮液として取り出すことができる。

次に本発明のバイオリアクタの作用、すなわち菌体代謝
生産物の分離方法を説明する。

第３図は上記第１図のバイオリアクタを用いた場合を示
す。

培地は培地槽１４内において温度制御され、ポンプ１５
により培地流入管７を経てバイオリアクタ１に供給され
る。同時に培地には空気供給管９から必要に応じた量の
空気が流れ、十分に空気（酸素）を含んだ培地は、スペ
ーサー４　（第１図）の間隙を流れ、その間に袋状物３
内との濃度勾配により菌の活動に必要な量だけ袋状物３
を構成する高分子平膜５を通過して袋状物３内に取り込
まれる。このとき代謝生産物が高分子状平膜５を透過で
きる十分に小さなものであれば、この膜５を透過して培
地内に溶解する。

一般に従来技術では、代謝生産物濃度が高くなると反応
が阻害される。

本発明のバイオリアクタでは培地が菌体と混合されない
ため、培地中の代謝生産物の分離が必要ならば、そのま
ま分離工程のに送ることができる。分離工程のを経た培
地は濃度調整をして再び培地槽１４に循環することがで
きる。

そのためバイオリアクタに送られる培地中の代謝生産物
濃度は、常に０またはそれに近い一定値とする事ができ
、反応は阻害されない代謝生産物の収率が増大する。菌
の活動が弱まり生産効率が低下した場合には、他の培養
槽から栄養剤を流してやることにより菌の活動を再び活
性化し、連続的な使用が可能である。

第４図は第２図のバイオリアクタ１′を使用した場合を
示し、菌体を入れ換えながら反応を連続的に進めること
ができる。

すなわち培地の循環、分離については第３図と同様であ
るが、菌の活動が弱くなった場合には、菌体槽１６から
活性状態にある菌をポンプ１７゛によってバイオリアク
タｌ内に収容された高分子状平膜からなる袋状物内に送
り込んでやれば、再び反応は速やかに進行する。

また培地側に代謝生産物が取り出せない場合も、菌を循
環させ、培地組成を多量に含まない菌と代謝生産物の濃
縮液として取り出すことが可能で、これを分離工程［Ｆ
］にかければ効率良く代謝生産物を回収することができ
、代謝生産物による反応阻害を防ぐこともできる。

第５図は、第１図および第２図に示したバイオリアクタ
１および１′を組合せた場合を示し、バイオリアクタｌ
側では菌の活性化をはかり、１′側では代謝生産物を作
ることができる。

またｌ、１′両側を代謝生産物を作る事に用いる場合に
は菌体槽１６内で菌の活性化をはかればよい。このとき
培地は同じもの、もしくは混合しても互いに影響しない
ものでなくてはならない。

しかし、分離工程■、０′を通過して培地組成を含まな
い菌が循環される場合、または菌が■、■′からそのま
ま廃棄される場合には問題はない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の生体触媒およびバイオリアク
タによれば下記の効果を奏することができる。

（イ）、　培地と菌体が混合されないので、分離工程の
簡素化が可能となる。

（ロ）、常に代謝生産物を取り出せるので、反応阻害が
起こりにくい。

（ハ）、　菌の再活性化が行なえるので、長期的な使用
が可能である。

（ニ）、　反応槽がコンパクトで装置、システムの小型
化が可能である。

（ホ）、万一、雑菌が培地側に混入しても、菌どうしが
ン昆合されない。

（へ）、使用する菌体、培地の種類によって膜を使い分
ければ、膜の透過速度、拡散速度と表面積による反応速
度のコントロールが可能である。

（ト）、　　培地の循環速度、空気供給速度等、諸条件
のコントロールが独立して行なえるため、管理が容易に
なる。

（チ）６袋状膜シートに生体触媒が固定化されているた
め、培地を固定化生体触媒に均質に供給できるし、膜を
透過できる代謝生産物が容易に取り出せる。

（す）、　すなわち本発明の生体触媒およびバイオリア
クタは、表面積が大きく、菌体の過密な育成やそれに伴
う画境の生成がないので、栄養物や酸素の供給が充足し
代謝物の取り出しが容易で、耐久性があり、繰り返し長
期使用することができ、また増殖菌体だけでなく休止菌
体、酵素の使用も可能であるため生産性が高く、さらに
膜内に菌体があるために培養液の滅菌が不要で且つ煩雑
なゲル調製操作を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバイオリアクタの実施例、第２図は他
の実施例を夫々示す概要図、第３図は第１図に示したバ
イオリアクタの作用を示す工程図、第４図は第２図に示
したバイオリアクタの作用を示す工程図、第５図は第１
図および第２図に示したバイオリアクタを組合せ使用時
の作用を示す工程図である。 １・・・バイオリアクタ、２・・・容器、３・・・生体
触媒、４・・・スペーサー、５・・・袋状物、７・・・
培地流入管、８・・・培地流出管。 手続補正書（自発） ６３化技研第１９０６号 昭和６３年１１月１７日 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２３３１４１号 ２、発明の名称 生体触媒とそれを用いたバイオリアクタ３、補正をする
者 事件との関係特許出願人 住所　　東京都千代田区霞が関１丁目３番１号氏名（１
１４）工業技術院長　　飯塚　幸三４、指定代理人 ６、補正の対象 ７、補正の内容 図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高分子平膜よりなる袋状物の内部に菌体を担持して
   なることを特徴とする生体触媒。２、前記高分子平膜が
   ２μｍ以下の細孔を有する請求項１記載の生体触媒。 ３、前記菌体が前記袋状物内の布帛に担持されている請
   求項１記載の生体触媒。 ４、高分子平膜よりなる袋状物の内部を菌体を担持して
   なる生体触媒をスペーサーと交互に容器内に積層し、該
   容器に培地流入管および培地流出管を設けたことを特徴
   とするバイオリアクタ。 ５、前記生体触媒とスペーサーを貫通して菌体流入管お
   よび菌体流出管を設けた請求項４記載のバイオリアクタ
   。 ６、前記容器に空気供給管および排出管を設けた請求項
   ４または５記載のバイオリアクタ。 ７、前記高分子平膜が２μｍ以下の細孔を有する請求項
   ４または５記載のバイオリアクタ。 ８、前記菌体が前記袋状物内の布帛に担持されている請
   求項４または５記載のバイオリアクタ。