JPH0349677A - バイオリアクタ用担体 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はバイオリアクタ用担体に関する。

（従来の技術） 細胞あるいは細胞に含まれる酵素、その他細胞内物質、
閑体等（以下これらを総称して生体触媒という）を触媒
として予定の生成物を得る反応櫓としてのバイオリアク
タは、リアクタ槽内に生体触媒を付着させるための担体
が内装されるのが一般的である。

従来のこの種リアクタに用いられる担体としては、（ｌ
〉アルギン酸力ルウシム、カラギーナン等の包括法担体
、（２）セラミック、プラスチック、金属等からなる多
孔質ビーズ状担体、（３）焼成セラミック製またはプラ
スチック製のハニカム式貫通孔型担体などが知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかして上記各担体においては、特に好気性あるいは気
体発生を伴なうリアクタに用いた場合、下記のような問
題点がある。

すなわち前記（１）の包括法担体によるものでは、これ
が有機物であるため、特に長期運転の場合に安定性に難
があり、膨潤により劣化するという問題があるとともに
、担体自体が一般に球形であるから、リアクタ槽の容積
のπ／６を占めてしまい、したがって空間利用率が低く
、かつ積重なって充填されるためその重なり部分が挾搾
状態となって気体の流動性が悪くかつ生体触媒などによ
る目詰りを起こしやすいという欠点がある。さらに球状
内部が嫌気性の条件となりやすい点も問題がある。

また前記（２〉の多孔質ビーズによるものては、前記（
１）の場合と同様に積重ねによる挾搾部分が多くなる欠
点に併せ、多孔質ビーズの小泡内に気体や液が溜って嫌
気性条件となりやすく、かつ気体を保有するため比重が
小さくなってビーズがｌｆ上する傾向を生じるという問
題がある。

さらに前記（３）の貫通孔型担体によると、その孔の内
面が平滑であるため散水方式の場合には岐の滞溜が少な
く、かつ液の落下および気体の上昇がいずれも速くなる
ので生体触媒への接触時間がきわめて短く、生体触媒の
付着性に劣り、囚定化率が低いという問題がある。また
貫流式の場合には、クロスフロー型と同様に生体触媒の
剥離が起きやすい欠点がある。

本発明はこれに鑑み、上記従来技術の問題点を解決する
ことを課題としてなされたもので、生体触媒の自己の吸
引作用を利用してその付着性を＾め、生体触媒の固定化
率の向上を図ることができるバイオリアクタ用担体を堤
供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を角ｔ決するための手段） 上記従来技術が有する課題を解決するため、本発明は、
セラミックを素材として多数の孔部を形成する骨格部分
を備え、この骨格部分は少くとも表面が電気的活性物質
で形成されており、この骨格部分をリアクタ槽内に装填
し得るようにしたことを特徴とするものである。

（作　用） 上記担体をリアクタ檜内に設置して使用すれば、この担
体の持つ細孔を通って流体が流れるとき生体触媒が有す
る個有のＭＱ（陽または陰イオン）により骨格部分の表
面に誘引されて吸着し、４１格部分の表面に着床して担
体に固定され、生体触楳の固定化率が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例を参照して説明する。

第１図および第２図に示す実施例におけるリアクタ用担
体１は、セラミックを素材として数多の細孔２．２・・
・が互いに連通ずるように連続的に形成された三次元網
目構造のもので、これらａ＋孔２２・・・を形成する骨
格部分３の孔部形成骨格部分３Ａ，３Ａ・・・はいずれ
の部位においても第３図に第１図のＡ，Ｂ，Ｃ部を例と
して拡大示するように鞍型面（ｌｌｙｐｅｒｂｏｌ　１
ｃ　Ｐａｒａｂｏｌｏｌｄ類似曲面）４を有している。

上記骨格部分３は、少くとも表面が電気的活性物質で構
威されている。具体的には、骨格部分３の全体を固体電
解質で形成する場合と、骨格部分３の表面を導電物質で
被覆する場合がある。固体電解質は培地中では高い電気
的負荷を持ち、多くの場合マイナスチャージとなる。

固体電解質としては、βアルミナ質、βアルミナーリチ
ア質、βアルミナーマグネシア質、部分安定化ジルコニ
アなどが選択される。また専７シ物質としては、カーボ
ン含有ラテックス、および硼化チタン、２珪化モリブデ
ン、炭化タングステン等のｄ型金属の珪化物、硼化物、
災化物、窒化物など、導電率１　０　３＠ｈｏ／ａｍ以
上、好ましくは１　０’　ＩＩｈｏ／ｅｎ＋以上の材料
が選択され、その彼頂逗は好ましくは０．１〜２０重量
％とされる。

導電物質を被覆する場合の骨格部分３の話材としてのセ
ラミック素材としては、例えばコージエライト＋アルミ
ナ等適宜な材料を選択することかできる。また細孔２，
２・・・は、取扱う生体触媒にもよるが、２５ｍｍ当り
２〜４０個捏度（ｊ在し？ｌＩる数および大きさとされ
、空孔率が７０〜９１Ｊ？．．，嵩比重０．２５〜０．
６程度とされる。

上記担体１の成形に関しては、例えばセル膜が存在しな
い骨格のみからなるポリウレタンフォームにセラミック
原料微粒子泥漿を前記・Ｍ格に付るさせ、これを乾燥し
てセラミックを固化し、さらに高温によりセラミック体
として焼結するとともにポリウレタンフォーム骨格を炭
化除去することにより得ることができる。こうして得た
ものを第１図に例示するようにリアクタ槽５の内部形状
、容積に対応する大きさに形成し、リアクタ冶５に装填
して使用される。

第５図は上記担体１の具体的使用例を示すもので、リア
クタを食酢用とした場合である。すなわちリアクタ搏５
の内部下方に多孔性の支持医７を固定支持し、この支持
板７の上面にリアクク搏５の内径にほぼ一致する柱状の
担体１が支持される。

このリアクタ槽５の上部にはエタノール１％　６３系８
および菌供給系９がリアクタ冶５内に連通ずるように接
続され、リアクタ冶５の支持数７よりド部にエアコンプ
レッサからの圧縮空Ｓａ（”：給系１０がフローメータ
１１、フィルタ１２を介して接続されている。またリア
クタ槽５の下端には食酔取出系１３が接続され、上端に
は回収系１４かクーラー１５、フィルタ１６を介して接
続されている。

このリアクタは常法の食酢製逍工程にしたかって運転さ
れるが、リアクタ槽５西に供給される菌体は担体１の細
孔２，２・・・を通って下方に移行する間にその孔部形
成骨格部分３Ａ，３Ａ・・・の表面に接触する一方、エ
タノールは細孔２，２・・・を指向性なく流下し、その
間に両者の接触が多く出現して反応が良好に行なわれる
。また上記流動時に、担体１に挟搾部分や気孔部分が７
ｊ在しないので、液溜り、気溜りが生じず、好気性リア
クタであっても支障なく作用する。

菌体の上記骨格部分３への接触時には、その取扱う菌体
の持つ個有の電荷が陽イオンであるときは骨格部分３を
陰イオンの電荷を有するものとすることにより、第４図
に示すように骨格部分３の表面に誘引されて吸着し、安
定よく着床する。したがって上記のように細孔２．２・
・・を通って流れる際にそれぞれの孔形成骨格部分３Ａ
，３Ａ・・・に接触するので、菌体の固定化弔が飛耀的
に向上し、担体としての機能が著しく増大する。

つぎに試験結果について記す。

なお試験には、酵母によるアルコール生成用とし、固定
化率については予め調整した酵母懸，＠液の吸光度を測
定しておき、担体１をリアクタ搏５内に装入して３時間
振盪させ、担体１に酔ｌ＋ｊ菌を付着させたのち担体１
を取り除いて演の吸光度を測定し、吸光度の威少量によ
りＩｐ体１への付ｌｍを評価する方法によった。また醗
酵速度の評価も併せて行なった。この評価は、担体１を
直径５０市、長さ１００ｍｍに形成してリアクタ槽に装
入し、アルコール醗酵を行ない、アルコール生成速度ヲ
測定した。なお、吸光度と菌体の担体への固定エとの相
関関係が高いことは、例えば特開昭６３２０２３８４号
公報等において周知である。

上記の評価方法によって骨格部分３を固体電解質で形成
した場合の固定化率および醗酵速度の試験結果は下表の
通りであった。

上記試験結果からも明らかなように、本発明による担体
によれば、従来のセラミック担体に比し吸光度において
数倍、醗酵速度においても約３１キの数値を示し、これ
らからみて担体１への菌体の固定化率および醗酵速度の
いずれも格段の向上がみられた。

また導電物質を被覆した担体１による固定化率および醗
酵速度の試験結果は下表の通りであった。

これによっても、前記の固体電解質により骨格部分３を
形成した場合と同様、吸光度において約７．５倍、醗酵
速度において約３．５倍の向上がみられる。

なお、担体１の形態としては、上記実施例のほか、第６
図示のようにハニカム状に形成し、ハニカム形の細孔２
，２・・・を有するもの、あるいは第７図示のように格
子状に形成し、四角形の細孔２，２・・・を有するもの
としても、従来の同形の担体に比し格段に固定化率の向
上を図ることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、Ｉｕ体の孔部を形
成する骨格部分の全体乃至は表面を電気的活性物質例え
ば電解質、導電物質で形成したことにより、この担体を
リアクタ内に装入して使用するとき生体触媒の有する個
有のホ荷（イオン）による自己吸着性により骨格部分に
吸着固定されるので、生体触媒の付着性が高められ、固
定化弔を著しく高めることができ、ケミカルリアクタを
含みバイオリアクタとしてその性能を格段に高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバイオリアクタ用担体を装入した
りアクタの一例を示す縦断斜視図、第２図は第１図にお
ける担体の一部の拡大斜蜆図、第３図は第２図の（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｃ）部の拡大斜視図、第４図は生体触媒の
吸着状況の拡大説明図、第５図は本発明を食酢製造用に
適用した場合の一例を示す構成図、第６図および第７図
は木允明による担体の骨格部分の形態の女形例を示す一
部の斜祖図である。 １・・・担体、２・・・細孔、３・・・骨格部分、３Ａ
・・・孔部形成骨格部分、４・・・鞍型而、５・・・リ
アクタ酒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックを素材として多数の孔部を形成する骨格
   部分を備え、この骨格部分は少くとも表面が電気的活性
   物質で形成されており、この骨格部分をリアクタ槽内に
   装填し得るようにしたことを特徴とするバイオリアクタ
   用担体。 ２、前記骨格部分は、セラミックを素材とし内部連通空
   間を有する三次元網目構造をなして数多の細孔が互いに
   連通する構造であり、これら細孔を形成する孔部形成骨
   格部分が鞍型面の連続により形成されている請求項１に
   記載のバイオリアクタ用担体。 ３、空孔率が７０〜９０％であり、細孔数が２５ｍｍ当
   り２〜４０個で嵩比重が０．２５〜０．６である請求項
   ２に記載のバイオリアクタ用担体。 ４、前記骨格部分が固体電解質で形成されている請求項
   １乃至３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ用担体
   。 ５、前記骨格部分の表面が導電物質により被覆されてい
   る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオリアク
   タ用担体。 ６、前記骨格部分によりハニカム状の細孔とした請求項
   １、４および５のいずれか１項に記載のバイオリアクタ
   用担体。 ７、前記骨格部分により格子状の細孔とした請求項１、
   ４および５のいずれか１項に記載のバイオリアクタ用担
   体。