JPH0349678A - 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、
菌体等（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器としてのバイオリアク
タは、リアクタ漕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′．９−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）焼或セラミック製また
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挟搾
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］」詰りを起こしやすいという欠点がある。さらに球
状内部が撮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では、前記（
１）の場合と同様に積重ねによる挟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ｉｆ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液の滞溜が少な
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■！ｆ間がきわめて短く、生体触
媒の付着性に劣り、固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、生体触媒の付着面積
が大きく、その付着性を高め、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提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記従来技術が有する課題を解決するため、本発明は、
セラミックを索ヰイとして多数の孔部を形成する骨格部
分を備え、この骨格部分の孔部形成部分の表面に凹凸部
を形成し、前記骨格部分をリアクタ槽西に装填し滉るよ
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槽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れるとき生体触媒が骨格部分の
表面の凹凸部に接触し、その凹部内に着床して担体に固
定され、生体触媒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、これら細孔２２・・・を形威する骨格
部分３の孔部形戊骨格部分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
て拡大ホするように鞍型面（ｌｌｙｐｅｒｂｏｌ　１ｅ
　Ｐａｒａｂｏｌｏｌｄ類似曲１ｉｉ）４を有している
。

セラミック素材としては、例えばコージエライト（２Ｍ
ｇＯ●２　Ａ　Ｉ　２　０　３●５　Ｓ　１　０　２　
）＋アルミナ（Ａｌ２０３）等が用いられ、細孔２，２
・・・は、取扱う生体触媒にもよるが、２５關当り２〜
４０個程度存在し得る数および大きさとされ、空孔率が
７０〜９０％、嵩比重０．２５〜０．６程度に杉成され
る。

上記担体１の戊形に関しては、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骨格に付着させ、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＃ｆ１５の内部形
状、容積に対応する大きさに形成し、リアクタめ５に装
填して使用される。

上記担体１の骨格部分３の表面には凹凸部６が形成され
ている。この凹凸部６の四部６Ａは、取扱う坐体触媒の
大きさとして酵母の場合で５〜１５μ程度であり、動物
細胞の場合で５０〜１００μ、カビの場合で３０〜４０
μであることから、その直径１０〜３００μ、深さ１〜
１００μの範囲とされる。

上記凹凸部６の形或手段としては、担体１の発泡成形時
に前記のセラミック原料微粒子泥漿が付着した骨格部分
３の表面が未乾燥状態であるときに凹部６Ａが形成され
るよう他の物質、例えば合成樹脂、天然有機物等の可燃
性粉体を表面に付石させてから乾燥・焼成させるように
するほか、１′ｔ格部分３の表面に活性アルミナをｉｆ
ｆｌｍすることによりその表面を粗而化する。さらにま
た上記大きさに適合する凹部６Ａを形成する。この場合
、活性アルミナは骨格部分３の５〜５０４ｒｆｍ％程度
とされる。

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ｔ６
ｉ５の内部下方に多孔性の支持板７を固定支持し、この
支持仮７の上面にリアクタ檜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（ｐ４給系８お
よび菌供給系９がリアクタ檜５内に連連するように接続
され、リアクタ槽５の支持板７よりＦ部にエアコンプレ
ッサからの圧縮空気供給系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
の下端には食酢取出系１３が接続され、上端には回収系
１４がクーラー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造工程にしたがって運転さ
れるが、リアクタ冶５内に供給される山体は担体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
タノールは軸孔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、＋Ｕ体１に挾搾部分や気孔部分が
存在しないので、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。

上記骨格部分３への菌体の接触特には、第４図に拡大し
て示しているように一つの門部６Ａの西壁面に数個の菌
体１７。１７・・・が抽捉され、安定よく着床し、液の
流動によっても容易に離反しないよう固定される。した
がって前記のように細孔２，２・・・を通って流れる際
にそれぞれの孔部）じ或骨格部分３Ａ，３Ａ・・・に接
触するので、生体触媒の固定化率が飛耀的に向上し、１
１体としての機能が著しく高められる。

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濁液の眼光度を測定
しておき、担体１をリアクタ樽５内に装入して３時間振
盪させ、■口体１に醇母菌を付着させたのち担体１を取
り除いて戚の吸光度を測定し、吸光度の減少量により担
体１への付ｊＪＩＪ＆を評価する方法によった。また醗
酵速度の計洒も併せて行なった。この評価は、担体１を
直径５０關、長さ１０Ｃｌ＋ｍに形成してリアクタ冶に
装入し、アルコール醗酵を行ない、アルコール生成速庇
をｍ＋定した。なお、吸光度と閃体の担体への囚定量と
の相関関係が高いことは、例えば特開昭６゛３２０２３
８４号公報等において周知である。

上記の計価方法によって付格部／Ｉ）うに前記凹ａｈ部
６を形成した場合の固定化率および醜醇速度の試験結果
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
１１倍、醗酵速度においても約５倍の数値を示し、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。

また活性アルミナを被覆した担体１による固定化率およ
び醗酵速度の試験拮果は下表の通りであった。

これによっても吸光度で約５倍、醗酵速度で約３倍の向
上をみた。

上記試験において使用した従来の担体は、コージュライ
トとアルミナとのブレンドによるものである。

なお、担体１の形態としては、上記丈施例のはか、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、あるいは禎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、従来の同形の坦体に比し格段に固定化率の向
上を図ることがｒｌＪ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、１ｕ体の孔部（細
孔）を形成する骨格部分の表面に■門部を形成したこと
により、この担体をリアクタ１−１に装入して使用する
とき生体触媒の付着面積が堆大するとともに凹部内に生
体触媒がｈｌｉ捉され、その門部内に着床することによ
り液体の流動によって２１離することが防がれ、これら
により担体表面への生体触媒の付着および固定化率が飛
鐘的に向上し、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視図、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
適川した場合の一例を示す構成図、第６図および第７図
は本発明による７１１体の骨格部分の形態の変形ｌ！Ａ
Ｉを示す一部の斜祖図である。 １・・・担体、２・・・細孔、３・・・骨格部分、３Ａ
・・・孔部形威骨格部分、４・・・鞍型面、５・・・リ
アクタ｝曹。

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、この骨格部分の表面に凹凸部を形成し、前
   記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、前記凹凸部の凹部は、直径１０〜３００μ、深さ１
   〜１００μである請求項１に記載のバイオリアクタ用担
   体。 ３、前記骨格部分の表面を活性アルミナで被覆すること
   により１μ前後の細孔を形成せしめた請求項１に記載の
   バイオリアクタ用担体。 ４、前記骨格部分の表面を活性アルミナで被覆し、さら
   に凹凸部を形成した請求項３に記載のバイオリアクタ用
   担体。 ５、前記活性アルミナは、５〜５０重量％である請求項
   ３に記載のバイオリアクタ用担体。 ６、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乃
   至３のいずれか１項に記載のバイオリアクタ用担体。 ７、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
   ６に記載のバイオリアクタ用担体。 ８、前記骨格部分によりハニカム状の細孔とした請求項
   １乃至３のいずれが１項に記載のバイオリアクタ用担体
   。 ９、前記骨格部分により格子状の細孔とした請求項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。