JPH0418399Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、酵素固定膜モジユールに関し、詳し
くは、酵素を固定化してなる酵素固定膜に反応基
質を２段階にて透過させ、効率よく酵素反応を行
なうようにした酵素固定膜モジユールに関する。

従来の技術 酵素を水不溶性の担体に固定化してなる固定化
酵素を用いることによつて、酵素反応を連続的に
行なうことができ、生産効率を著しく高めること
ができるので、既に、工業的に一部の生産プロセ
スにおいて実用化されるに至つている。

固定化酵素の形態としては、従来、例えば、ビ
ーズ状や膜状等、種々のものが知られているが、
特に、透水性の膜状の固定化酵素を用いるとき
は、基質溶液を加圧下に強制的に膜透過させて、
酵素と接触させるので、酵素反応を迅速に行なわ
せることができる。

しかしながら、このような酵素固定膜を用いる
酵素反応においては、基質拡散の影響を少なくし
て、基質溶液の膜透過流束を高くするために、膜
厚を薄くすることが望ましいが、反面、酵素の膜
への最大固定化量は、膜厚が減少するにつれて小
さくなるので、高い透過流束を得ることができて
も、反応率が低下する。

考案が解決しようとする問題点 本考案は、酵素固定膜を用いる酵素反応におけ
る上記した問題を解決するためになされたもので
あつて、基質溶液の高い透過流束を確保しつつ、
高い反応率にて酵素反応を行なうことができる酵
素固定膜モジユールを提供することを目的とす
る。

問題点を解決するための手段 本考案による酵素固定膜モジユールは、基質溶
液の流入口と流出口と、反応溶液の流出口とを有
する外套内に透水性の管状多孔質体に酵素を固定
化してなる管状酵素固定膜を収容し、この管状酵
素固定膜内に透水性の中空糸状多孔質体に酵素を
固定化してなる中空糸状酵素固定膜を収容し、前
記基質溶液を前記管状酵素固定膜に直接接触させ
ずに、中空糸状酵素固定膜を通過した基質溶液の
みが前記管状酵素固定膜に接触するようにし、更
に前記管状酵素固定膜の外面を前記反応溶液の流
出口に連通させたことを特徴とする。

本考案において、透水性の中空糸状多孔質体及
び管状多孔質体は、その素材において特に限定さ
れるものではなく、無機質素材でも有機質素材で
もよい。従つて、通常は、耐熱性や耐薬品性にす
ぐれるセラミツクやポリスルホン等が好ましく用
いられる。また、多孔質体への酵素の固定化方法
も何ら限定されるものではなく、例えば、物理吸
着法、化学吸着法、包括法、共有結合による固定
化法等、いずれによつてもよい。

しかし、本考案においては、多孔質体として、
特に、緻密な表面層とこれを一体に支持する多孔
質層とからなる所謂異方性構造を有する中空糸状
膜や管状膜のような多孔質膜が好ましく用いられ
る。このような多孔質膜の有する多孔質層に酵素
を固定化してなる酵素固定膜は、例えば、特開昭
60−225435号公報に記載されているように既に知
られている。

第１図は、本考案による酵素固定膜モジユール
の一実施例を示す。この実施例においては、基質
溶液の流入口１と流出口２と、反応溶液の流出口
３とを備えた外套４の内部に単一の管状酵素固定
膜５が配設されている。この管状酵素固定膜は、
外套の両端部において、外套の内壁に例えばエポ
キシ樹脂のような封止剤６によつて接着固定され
ていると共に、前記基質溶液の流入口及び流出口
から遮断され、前記反応溶液の流出口に連通され
ている。

この管状酵素固定膜の内部に前記中空糸状酵素
固定膜７が複数並列して配列されている。これら
中空糸状酵素固定膜も、その両端において、相互
の間の空間及び前記管状酵素固定膜との間の空間
に封止剤６が注入されて接着固定されており、か
くして、中空糸状酵素固定膜は、その外面が前記
反応溶液の流出口から遮断されているが、その内
側が基質溶液の流入口及び流出口に連通されてい
る。

即ち、本考案によれば、前記基質溶液を前記管
状酵素固定膜に直接接触させずに、中空糸状酵素
固定膜を通過した基質溶液のみが前記管状酵素固
定膜に接触し、更に、前記管状酵素固定膜の外面
が前記反応溶液の流出口に連通させれている。

本考案においては、中空糸状酵素固定膜及び管
状酵素固定膜は、いずれも、外套内に収容される
前に予め酵素が固定化されていてもよいが、外套
内に収容した後に酵素が固定化されてもよい。

多孔質体を外套内に収容した後に酵素を固定化
するには、多孔質体に応じて、必要に応じて、適
宜の手段によつて多孔質体を活性化した後、酵素
を固定化すればよい。例えば、多孔質体がセラミ
ツクである場合は、基質溶液の流入口から固定化
処理剤、例えば、シランカツプリング剤のトルエ
ン溶液を注入し、流出口から排出させ、次いで、
同様にして、グルタルアルデヒド水溶液及び酵素
溶液を注入、排出させ、酵素を多孔質体に固定化
する。

また、多孔質体として、緻密な表面層と、これ
を一体に支持する多孔質層とからなる中空糸状膜
や管状膜を用いる場合は、中空糸状膜の内側を多
孔質層とし、管状膜の外側を多孔質層として、モ
ジユール内に組み込み、酵素をそれぞれの多孔質
層に固定化するのが有利である。即ち、このよう
なモジユールにおいては、基質溶液の流入口から
酵素溶液を中空糸状膜の内側に注入すれば、酵素
は中空糸状膜の多孔質層に吸着保持されるが、緻
密層を透過し難いので、酵素は中空糸状膜の多孔
質層のみに固定化される。他方、酵素溶液を反応
溶液の流出口から外套内に注入すれば、酵素は管
状膜の外側の多孔質層に吸着保持されるが、緻密
層は透過し難いので、酵素は管状膜の多孔質層の
みに固定化される。従つて、特に、この方法によ
れば、中空糸状膜と管状膜とにそれぞれ別異の酵
素を固定化することができる。

第１図に示した酵素固定膜モジユールにおいて
は、基質溶液は、基質溶液の流入口１からモジユ
ール内に加圧下に注入され、中空糸状酵素固定膜
７の内側に送り込まれ、一部は、膜の内側を通過
して、流出口２からモジユール外に排出される
が、一部は、中空糸状酵素固定膜７の内側から外
側に透過して、その間に酵素と第１段階の接触を
なす。この膜透過液は、一部は、更に、管状酵素
固定膜５の内側から外側に透過し、その間に酵素
と第２段階の接触をなし、反応溶液流出口３から
モジユール外に排出される。このようにして、本
考案の酵素固定膜モジユールによれば、流入口か
らモジユール内に送り込まれた基質溶液は、酵素
と２段階にて接触した後、反応溶液流出口から排
出される。

第２図は、本考案による酵素固定膜モジユール
の別の実施例を示す。このモジユールにおいて
は、第１図に示した管状酵素固定膜５と中空糸状
酵素固定膜７とからなる酵素固定膜の集合をユニ
ツト８とし、このユニツトの複数をそれぞれの間
を封止剤６にて接着固定して、外套４内に収容し
て構成されている。

この酵素固定膜モジユールにおいても、基質溶
液は、基質溶液の流入口１からモジユール内に加
圧下に注入され、中空糸状酵素固定膜７の内側に
送り込まれ、一部は、膜の内側を通過して、流出
口２からモジユール外に排出されるが、一部は、
中空糸状酵素固定膜７の内側から外側に透過し
て、その間に酵素と第１段階の接触をなす。この
膜透過液は、一部は、更に、管状酵素固定膜５の
内側から外側に透過し、その間に酵素と第２段階
の接触をなし、反応溶液流出口３からモジユール
外に排出される。このようにして、本考案の酵素
固定膜モジユールによれば、流入口からモジユー
ル内に送り込まれた基質溶液は、酵素と２段階に
て接触した後、反応溶液流出口から排出される。

考案の効果 以上のように、本考案の酵素固定膜モジユール
によれば、基質溶液が中空糸状酵素固定膜と管状
酵素固定膜とを順次に透過する間に２段階にて酵
素と強制的に接触されるので、それぞれの酵素固
定膜の膜厚を薄くし、高い透過流束を確保して、
基質拡散の影響を少なくしつつ、高い反応率を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による酵素固定膜モジユール
の一実施例の断面図を示し、第２図は、本考案に
よる酵素固定膜モジユールの別の実施例の断面図
を示す。 １……基質溶液の流入口、２……基質溶液の流
出口、３……反応溶液の流出口、４……外套、５
……管状酵素固定膜、６……封止剤、７……中空
糸状酵素固定膜。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 基質溶液の流入口と流出口と、反応溶液の流
   出口とを有する外套内に透水性の管状多孔質体
   に酵素を固定化してなる管状酵素固定膜を収容
   し、この管状酵素固定膜内に透水性の中空糸状
   多孔質体に酵素を固定化してなる中空糸状酵素
   固定膜を収容し、前記基質溶液を前記管状酵素
   固定膜に直接接触させずに、中空糸状酵素固定
   膜を通過した基質溶液のみが前記管状酵素固定
   膜に接触するようにし、更に前記管状酵素固定
   膜の外面を前記反応溶液の流出口に連通させた
   ことを特徴とする酵素固定膜モジユール。 (2) 中空糸状酵素固定膜が緻密な表面層と、これ
   を一体に支持する多孔質層とからなる中空糸状
   膜の上記多孔質層に酵素が固定化されているこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
   記載の酵素固定膜モジユール。 (3) 管状酵素固定膜が緻密な表面層と、これを一
   体に支持する多孔質層とからなる管状膜の上記
   多孔質層に酵素が固定化されていることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の酵
   素固定膜モジユール。