JPH04131078A

JPH04131078A - 生体触媒の循環利用による反応生成物質の製造方法とその装置

Info

Publication number: JPH04131078A
Application number: JP24995990A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takagi; 高木　建次; Etsuzo Seko; 世古　悦造; Saburo Hosono; 細野　三郎
Original assignee: Ulvac Inc; Mitsubishi Petrochemicals Engineering Co Ltd
Current assignee: Ulvac Inc; Mitsubishi Petrochemicals Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-05-01

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、生体触媒と基質溶液とを反応させ、該生体触
媒を清適循環利用して反応生成物質を連続的に得る製造
方法及びその装置に関する。

特に本発明は、反応液中の生体触媒より大きな浮遊性固
体分及び／又は溶解状高分子物質を除去しながら、生体
触媒の反応活性を発現、保持し、安定して反応生成物質
を製造する方法と装置に関するものである。

（従来の技術）従来、生体触媒を基質と反応させて反応生成物質を製造
する方法において、反応器とン濾過膜とを組み合わせた
成型反応器を使用する方法が、反応と分離を同時に行え
、かつ高価な生体触媒を繰り返し利用できる等の利点を
有する方法として提案されている。例えばＢｉｏｔｅｃ
ｈ、　＆　Ｂｉｏｅｎｇ、、　１２゜６１６　（１９７
０）には、濾過膜を備えた完全混合槽による版型酵素反
応器が、又特公昭４６−４１５８４号には、下水処理用
に反応器と膜分離器を備えたン濾過循１１式の成型反応
器が提案されている。

濾過循環式の版型酵素反応器は、低分子反応生成物が反
応阻害する系では反応生成物を系外に除去できるので、
反応阻害が軽減される。また、濾過循環式の成型反応器
を利用した動物細胞培養装置では、成育阻害性の低分子
の乳酸やアンモニア等の有害代謝産物を系外に除去し、
循環系内にある動物細胞の成育阻害が軽減される。

（発明が解決しようとする課題）生体触媒を利用した反応生成物質の製造において、てん
ふん、糖匣、脱脂大豆や魚粉等天然物原料又はそれらの
処理物が基質としてしばしば用いられ、それらは生体触
媒より大きな浮遊性固体分や溶解状高分子物質を含んで
いることが多い。

また、基質そのものが、あるいは基質中の不純物が、あ
るいは該生体触媒が反応中に変質し、該生体触媒より大
きな浮遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質を生成す
ることが多い。これらの高分子物質が膜の閉塞をきたし
たり、生成物の分離精製を複雑にしたり、反応阻害をす
ることも多い。

例えば、「総合食料工業」　（恒星社厚生闇版）には、
従来実施されている回分法によるでんぷんの酵素糖化て
は、基質であるてんふん中の不純物である蛋白と脂肪の
含量が多いため、糖化工程中に蛋白を主体とした不純物
（アクと慣称する）が浮き上がり、そして糖化液の濾過
はきわめて困難となることが記載されている。これに成
型反応器を用いて連続的に又は半回分法により酵素反応
させた場合は、膜の透過流束が極端に低下し、反応を継
続することが困難となることが推測される。

このため、成型反応器によるてんふんの酵素糖化は工業
化されていない。

（課題を解決するための手段）本発明は、反応器中で生体触媒の存在下に基質と反応さ
せて反応生成物を製造する方法において、（Ａ）該反応液を生体触媒が透過しないろ過膜で濾過し
て、生体触媒を前記反応器に戻して反応させる第一回路
と、ＣＢ）これと並列に、該反応液を生体触媒が透過し、よ
り大きな浮遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質が透
過しないろ過器で濾過して前記固体分等を除去し、透過
液を前記反応器に戻して反応させる第二回路とを有することを特徴とする生体触媒の循環利用による
反応生成物質の製造方法である。

また、本発明は、生体触媒と基質溶液とを反応させる反
応器と、（Ａ）生体触媒が透過しないろ過膜を有する第一回路の
生体触媒の循環配管流路と、ＣＢ）これと並列に、生体触媒が透過し、より大きな浮
遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質が透過しないろ
過器を有する第二回路の透過液の循環配管流路とを有することを特徴とする生体触媒の循環利用による
反応生成物質の製造装置である。

本発明の方法によれば、生体触媒より大きな浮遊性固体
分や溶解状高分子性の阻害物質を除去でき、透過流束を
高く保持てきるだけでなく、反応生成物の分離精製を容
易にし、反応効率をより一層高めることができる。

本発明において、生体触媒には、酵素、微生物菌体、動
物細胞、植物細胞又はそれらの処理物が含まれる。また
反応生成物には該生体触媒を基質に反応させて生成物を
得る場合、並びに該生体触媒を培養、増殖する場合、ま
た、同時にそれらを行う場合も含まれる。

本発明において、酵素は種々の酵素が用いられる。更に
、酵素は高度に精製されている必要はなく、抽出液や粗
精製品も用いられる。酵素の具体例としては、α−アミ
ラーゼ、β−アミラーゼグルコアミラーゼ、プルラナー
ゼ、インアミラゼ、グルコースイソメラーゼ、シクロデ
キストリングルコシルトランスフェラーゼ、α−グルコ
シダーゼ、β−ガラクトシグーゼ、デキストラナーゼ、
インベルターゼ、ペクチナーゼ、セルラーゼ、ヘミセル
ラーゼ、グルコースオキシダーゼ、カタラーゼ、リゾチ
ーム、Ｌ−アミノ酸アシラーゼ、アミノ酸トランスアミ
ナーゼ、アミノプロテアーゼ、リパーゼ、ホスホリパー
ゼ、５−ホスホジェステラーゼ、デアミナーゼ、グルカ
ナーゼ、キチナーゼ、ウレアーゼ、ペルオキシダーゼ、
アスパルターゼ、アスパラギナーゼ、フマラーゼ、アス
パラギン酸デカルボキシラーゼ、グルタミン酸デカルボ
キシラーゼ、ペニシリンアシラーゼ、ベニシリナーゼ、
トリプシン、コラゲナーゼ、デヒドロゲナーゼ等を挙げ
ることができる。

本発明において、微生物菌体は種々の微生物菌体が用い
られる。微生物菌体の具体例としては、大腸菌、乳酸菌
、酢酸菌、枯草菌などの細菌類放線菌、かび及び酵母等
を挙げることができる。

本発明において動物細胞は血液やリンパ組織に由来する
細胞、ハイブリドーマ細胞、ガン細胞等の浮遊性細胞及
び接着性細胞をマイクロキャリアー上に担持した細胞等
が用いられる。同様に植物細胞も用いられる。

酵素、微生物菌体、動物細胞及び植物細胞の処理物とし
ては、上記した具体的生体触媒物質を固定化、化学処理
等で改質処理したものが含まれる。

利用分野としては、食品、化学、医薬、環境等の多岐の
分野に及ぶが、てんふんからグルコース及び／又はオリ
ゴ糖又は水飴の製造ニゲルコースから異性化糖又はオリ
ゴ糖の製造：蛋白の加水分解二油脂の加水分解；セルロ
ースの加水分解ニアミノ酸、核酸、有機酸、エタノール
、メタン、酵素、ビタミン、ビール、ワイン、清酒、醤
油、食酢、抗生物質、モノクローナル抗体等の製造、排
水処理及び微生物菌体、動物細胞、植物細胞の培養等に
適用できる。

本発明の方法を第１図によって説明すると、生体触媒と
基質とを反応槽中で反応させ、反応中又は終了後に、反
応槽１からポンプ２を介して反応液を第一回路の分子濾
過膜３に送り、ここで低分子生成物を濾過させ、生体触
媒は反応槽１に戻し、生体触媒は繰り返し又は循環利用
される。またこの回路とは並列に、反応槽ｌからポンプ
４を介して反応液を第二回路の濾過器５に送り、透過分
を回収、再利用し、非道過分は系外に排出除去される。

ここで第二回路の濾過器５は二通りの働きをする。一つ
には、透過した生体触媒は反応槽１に戻され、繰り返し
循環利用されることであり、二つには、反応液中の生体
触媒より大きな浮遊性固体分及び／又は溶解状高分子物
質を系外に除去することである。この場合、一部の生体
触媒を系外に除去しても差し支えない。また一部の浮遊
性固体分及び／又は溶解状高分子物質が透過しても、本
発明の特徴を損なわない限り差支えない。

この両方の回路から反応槽へ戻された生体触媒含有残液
は、連続的又は間欠的に基質を加えられて再度反応に使
用される。ここで反応器は、反応槽１に限定されるもの
ではなく、配管、濾過膜等の回路内においても反応が行
われてもよい。

反応器は、特にその形態に制約されることなく、培養槽
、発酵槽、バイオリアクターとして用いられるものが使
用でき１通気、撹拌、消泡等の付属装置を設置すること
ができる。

反応方法としては、連続式、半回分式及び回分式のいず
れも使用することができる。また、第一の回路は、浮遊
性固体及び／又は該溶解状高分子物質の蓄積状態により
、運転方法を任意に設定できる。

第一回路の濾過膜としては、生体触媒を透過しない精密
濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜等の濾過膜が使用でき、
膜モジュールとしては、内圧循環式のホローファイバー
膜、スパイラル膜、チュ−ブラー膜があげられ、膜素材
としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ
アクリロニドノル、酢酸セルロース、ポリプロピレン、
シリコン、セラミック等を使用することができるが、限
定されるものではない。また、内表面の処理されたダイ
ナミック膜も使用することができる。

第二回路のン戸遇器としては、生体触媒を透過し、より
大きな浮遊性固体分及び／又は渚解状高分子物質を透過
しない精密濾過膜、限外濾過膜又は逆浸透膜等の濾過膜
の他、濾過器として使用される種々のものが使用される
。濾過膜としては、全）濾過式、循環式のいずれも使用
することができ、膜モジュールとしてはホローファイバ
ー膜、スパイラル膜、チューブラ−膜、カートリッジフ
ィルターがあげられ、膜素材としては、ポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セ
ルロース、ポリプロピレン、シリコン、セラミック等を
使用することができるが、限定されるものではない。そ
の他の？濾過器としては、加圧濾過機、真空ン濾過機、
遠心）濾過機、超音波濾過機等を使用することができる
。

各反応生成物質のサイズ（分子量）と二つの濾過器の細
孔は、生体触媒によって、次表のごとく関係付けられる
にれらの関係において、第二回路の濾過器は、第一回路の
濾過膜より大きな細孔の濾過器を使用する必要がある。

第一回路のポンプ及び第二回路のポンプとしては、特に
限定されないが、該生体触媒に対し損傷の少ないポンプ
を使用することが好ましい。

反応条件は生体触媒により異なり、反応液のｐＨ及び反
応温度等は各々の生体触媒に応じた至適範囲内に設定し
、雰囲気は好気的又は嫌気的条件で行われる。また生体
触媒の反応活性が低下した場合には、補充することがで
きる。

（実施例）次にてんふんの糖化の場合を実施例に示すが、てんふん
濃度はでんぷんの糖化に適用した５〜５０％であって、
酵素グルコアミラーゼは基質でんぷんに対して０．０１
〜５％が通常用いられる。また、プルラナーゼ、ａ−ア
ミラーゼ、β−アミラーゼ等他の酵素と一緒に用いるこ
ともてきる。酵素は液状、含浸固体状、固定化状態のい
ずれのものも使用できる。反応温度は４０〜６５℃、ｐ
Ｈは３〜７の範囲で使用される。

実施例１１０℃の撹拌機付き反応槽に、浮遊性固体分を含む３０
％濃度の液化でんぷんを連続的に供給（希釈率０．５ｈ
−’　）Ｌ、グルコアミラーゼ（大野製薬味製ＮＬ４．
２）を用いて、温度６０℃、ｐＨ４，５の条件で加水分
解反応させると、主にグルコースからなる反応生成液が
得られる０反応生成液を配管を介し循環ポンプにより抜
き出し、第一回路の濾過膜（脂化成製ポリスルホン製中
空糸膜、分画分子量６．０００）へ供給し、主にグルコ
ースからなる組成の透過液が得られる。残りの酵素含有
残液は配管を通して反応槽へ送られ、再利用される。こ
の回路とは並列に、反応生成液を配管を介してポンプで
抜き出し、第二回路の濾過膜（クラレ■製ポバール系中
空糸膜、外圧全ｉ濾過式、孔径０．４μ）へ供給し、生
成液中の浮遊性固体分を除去し、透過した酵素溶液は反
応槽に送られ、再利用される。

第一回路の濾過膜では定期的に逆洗を行い、また必要に
応して薬洗を行うことにより、透過流束が高（維持され
る。

第二回路の濾過膜も第一回路と同様に定期的に逆洗を行
い、また必要に応じて薬洗を行うことにより、透過流束
が高く保持される。

このような方法により、原料液化でんぷん溶液中に存在
する又は連続反応中に生成する浮遊性固体分を含んでい
ても、液化でんぷんより安定してグルコースを主成分と
する清澄な反応液を得ることができた。７２時間後の反
応生成液の透過流束は１５１／ｍ”ｈであった。

（比較例）第二回路を設けなかったことの他は、実施例１と同様の
実験を行ったところ、液化でんぷんから得たグルコース
を主成分とする反応生成液の透過流束は、７２時間開５
Ｉ／ｌｌ１２ｈであった。

（発明の効果）本発明によれば、次のような効果を有する。

（１）原料基質溶液中に存在する生体触媒より大きな浮
遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質が除去される。

このため、第一回路の透過流束が高く保持でき、円滑に
反応が継続できる。また、反応阻害性物質が除去され、
高価な生体触媒を繰り返し循環利用できるので、反応が
効率的である。

（２）第一回路の濾過膜を透過した反応生成液は清澄化
し、以降の精製工程が大幅に簡略化される６例えば多量
のけいそう土を消費する濾過操作が不要となる。

（３）二つの濾過膜、濾過器が二つの回路として並列に
配置されているので、操作、運転管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法と装置を示すフローシートを示す
。（１）・・・・・反応槽（２）・・・・第一回路のポンプ（３）・・・・・第一回路の濾過膜（４）−・・・・・第二回路のポンプ（５）・・・・・第二回路の濾過器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応器中で生体触媒の存在下に基質と反応させて
反応生成物質を製造する方法において、（Ａ）該反応液
を生体触媒が透過しないろ過膜でろ過して、生体触媒を
前記反応器に戻して反応させる第一回路と、（Ｂ）これと並列に、該反応液を生体触媒を透過し、よ
り大きな浮遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質が透
過しないろ過器でろ過して前記固体分等を除去し、透過
液を前記反応器に戻して反応させる第二回路とを有することを特徴とする生体触媒の循環利用による
反応生成物質の製造方法。
（２）基質が液化でんぷんであり、反応生成物質がブド
ウ糖及び／又はオリゴ糖である請求項１記載の製造方法
。
（３）生体触媒と基質溶液とを反応させる反応器と、（Ａ）生体触媒が透過しないろ過膜を有する第一回路の
生体触媒の循環配管流路と、（Ｂ）これと並列に、生体触媒が透過し、より大きな浮
遊性固体分及び／又は溶解状高分子物質が透過しないろ
過器を有する第二回路の透過液の循環配管流路とを有することを特徴とする生体触媒の循環利用による
反応生成物質の製造装置。