JPH05130868A - 生体触媒固定化用新規担体 - Google Patents

生体触媒固定化用新規担体

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JPH05130868A
JPH05130868A JP23070191A JP23070191A JPH05130868A JP H05130868 A JPH05130868 A JP H05130868A JP 23070191 A JP23070191 A JP 23070191A JP 23070191 A JP23070191 A JP 23070191A JP H05130868 A JPH05130868 A JP H05130868A
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JP
Japan
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carrier
fibrous substance
biocatalyst
present
reaction
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JP23070191A
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English (en)
Inventor
Otohiko Watabe
乙比古 渡部
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Ajinomoto Co Inc
Original Assignee
Ajinomoto Co Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 繊維状物質を懸濁した液を撹拌することによ
り得られる繊維状物質の球状の塊からなる生体触媒固定
化用担体。 【効果】 本発明の生体触媒固定化用担体は従来の多孔
性無機担体と比較して嵩比重が小さく細孔の量が多いた
め単位体積当りより多くの生体触媒を固定化することが
でき、しかも強度的にも優れているため、固定化生体触
媒を用いた反応を効率的かつ安定して行なうことができ
る。また本発明の担体は簡便な方法により製造すること
ができ、産業上非常に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医薬品、食品、化学品
等の製造あるいは汚水処理等の分野で生体触媒を固定化
しバイオリアクターとして利用するための固定化用担体
に関する。
【0002】
【従来の技術】生体触媒を固定化して各種の反応を行な
わしめることは近年広く行われている。多くの種類の有
機・無機高分子化合物が固定化用担体として用いられて
いるが、中でも多孔性無機物質によって生体触媒を包括
する方法は固定化条件が比較的温和であり、また担体の
機械的強度が強く長期使用ができることから、今後の応
用が期待されている。
【0003】例えば特開昭54−95785号公報には
フリットガラスのような無定形物質あるいは菫青石状物
質のような結晶性物質等から成る多孔性無機支持体が開
示されている。この担体は固定化される細菌の最小の寸
法以上、最大の寸法の5倍以下の大きさの細孔、具体的
には0.8ないし220μm程度の直径の細孔を備えて
おり、この孔の中に多量の細菌を固定化することを特徴
としている。また、特開昭62−298495号公報に
は、平均粒径が100〜1000μmのセラミック粒子
をおこし状に成形し焼成した板状体を回転板とする汚水
処理装置が提案されている。また、特開平2−4029
0号公報には、500〜2000μmの直径の孔が表面
に多数形成された嵩比重0.5以下の多孔性セラミック
からなる微生物固定化用担体の開示もある。
【0004】いずれの担体の場合にも、比表面積を大き
くして担体中に捕捉できる微生物をできるだけ増加させ
ることが重要であり、従って細孔の量が多く嵩比重の小
さなものが望ましいとされている。しかしながら、細孔
の量を多くし嵩比重を小さくすると担体内部の空隙が増
加してしまうため担体の強度が弱まってしまい、その結
果、使用に際して過大な圧力が加わったり、撹拌反応に
おいては撹拌羽や壁部分、担体同士などと衝突すること
により粉状の破片が生成したり、さらには担体そのもの
が崩壊してしまうという問題があった。
【0005】一方、固定化担体を反応に用いる際には、
固定化物をつめたカラムに原料溶液を流し、カラム中で
反応をおこなわしめて出口から反応物を回収するという
方式がよく行われる。この場合、カラムの中につめる担
体の形状は、球状ないしはビーズ状のものが圧力損失、
流速損失、均一充填等の点で最も適しているが、このよ
うな球状の担体を無機質系材料から製造するには特別な
加工プロセスが必要であった。つまり、無機物質の原料
を球状の形に成型するプロセスと、細孔を持たせるため
に無機質原料をそのままあるいは有機物等を混入して高
温で焼成する等のプロセスが必要であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、可能
な限り細孔の量を多くし嵩比重を小さくすることによ
り、単位体積当り従来よりも多量の生体触媒を固定化す
ることができ、しかも強度的にも満足のいく生体触媒固
定化用担体を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を行った結果、繊維状物質を懸
濁した液を撹拌することにより得られる繊維状物質の球
状の塊がその目的に適合することを見いだし、本発明を
完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、繊維状物質を懸濁し
た液を撹拌することにより得られる繊維状物質の球状の
塊からなる生体触媒固定化用担体を提供するものであ
る。
【0009】本発明で用いる繊維状物質の例としては、
幅1ないし50μm程度、長さ1ないし10mm程度に
寸断されたガラス繊維が挙げられる。このガラス繊維を
水性溶媒中に0.01%ないし5%程度の濃度で懸濁し
た液を数時間ないし数日間振盪することにより、ガラス
繊維は相互に絡み合い直径1ないし10mm程度の球状
ないし錠剤状の塊を形成する。得られた塊の嵩比重は、
その塊の95%以上のものが0.25以下であり、従来
知られている多孔性無機質担体の約半分の軽さである。
走査型電子顕微鏡観察によるとこの塊はガラス繊維がほ
とんど曲がらずに伸長したまま複雑に絡み合って作り上
げてられいる。この塊は乾燥してもその見かけ体積に変
化はない。この塊は強度的にも非常に強固なものであ
り、従来の多孔性無機質担体の場合は過大な圧力がかか
ると崩壊が起こり担体の粉状の破片が発生するという問
題点があったが、本発明の担体は繊維が絡み合って構成
されているものなので崩壊が起こりにくい。例えば、過
大な力で圧縮しても多少外見的に圧縮されるだけである
し、強い撹拌を行って撹拌羽、撹拌槽壁、担体相互の衝
突を行わせても担体表面に多少のへこみが生ずるだけで
破片が生ずるということはほとんど起こり得ない。従来
知られている多孔性無機質固定化担体でこのような嵩比
重と強度を具現したものは見あたらない。
【0010】本発明に用いられる繊維状物質としては、
ガラス繊維以外にも、木綿繊維、パルプ繊維、絹繊維等
の天然繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、
ポリスチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリビニル繊
維、炭素繊維、ポリフェニレン繊維、アラミド繊維、ポ
リイミド繊維、フェノール樹脂繊維等の合成繊維等を使
用することができる。生体触媒の固定化の効率をさらに
増加させるために、繊維表面に電荷を加えたり、生体触
媒とアフィニティーをもつ物質、例えば蛋白、糖、脂質
等をコーティングすることもできる。あるいは疎水処理
を行ってもよい。また、担体表面に官能基を導入し、こ
れに生体触媒を共有結合させることにより固定化するこ
ともできる。以上のような繊維を2種類以上組み合わせ
て使用することも可能である。
【0011】本発明の繊維状物質の球状の塊からなる固
定化用担体は製造プロセスが非常に単純であり、繊維状
物質を懸濁した液を往復振盪機や撹拌装置を用いて撹拌
を行うだけの簡便な方法により製造することができ、産
業上非常に有効である。
【0012】本発明の担体を用いて生体触媒を固定化す
るためには、生体触媒の懸濁液にあらかじめ作製してお
いた本発明の担体を浸漬したり、微生物や細胞を液体培
地で培養する際に本発明の担体を共存せしめればよい。
一方、生体触媒の懸濁液に繊維状物質を入れて撹拌する
ことにより球状の塊を形成させる方法によっても生体触
媒が取り込まれた担体を得ることができる。
【0013】本発明において、担体に固定化する生体触
媒としては微生物菌体、酵素、動物細胞、植物細胞等が
挙げられる。固定化される微生物としては、ブレビバク
テリウム属、コリネバクテリウム属、バチルス属、大腸
菌、乳酸菌、酢酸菌等の細菌、サッカロミセス属等の酵
母、アスペルギルス属等のカビ、ストレプトミセス属等
の放線菌、その他担子菌、藻類等があり、酵素として
は、アスパルターゼ、ヒダントイナーゼ、トリプトファ
ナーゼ、β−チロシナーゼ、アミラーゼ、インベルター
ゼ、ラクターゼ、グルコースイソメラーゼ、シクロデキ
ストリントランスフェラーゼ、β−グルコシダーゼ、プ
ロテアーゼ、リパーゼ等が一種類以上固定化して用いら
れる。
【0014】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。
【0015】
【実施例1】幅5μm、長さ5mmのガラス繊維を1重
量%濃度で水に懸濁した液を500ml容坂口フラスコ
に300ml入れ、毎分120回、ストローク7cmで
往復振盪機にて撹拌した。1週間後、直径2mmないし
12mmの球状の塊が多数生成した。出来た球状の塊を
集めて、洗浄後乾燥した。洗浄、乾燥によって球状の塊
の外観に変化は無かった。乾燥後の嵩比重を測定したと
ころ、0.21であった。得られた球状の塊の中から直
径が約5mmのものを取り出し、2枚の金属板の間に挟
んで圧縮した。100kgの荷重を加えると直径が約4
分の1にまで圧縮されたが塊そのものの崩壊は認められ
なかった。一方、比較のために特開昭54−95785
号公報記載のコーニングガラス社の担体の嵩比重を測定
したところ、0.54であり、これに100kgの荷重
を加えて圧縮すると粉々に崩壊した。さらに、ガラス繊
維からなる本発明の球状の塊とコーニングガラス社の担
体をそれぞれ容器に別々に入れ体積の50倍量の水を加
えてから日本精機製エキセルオートホモジナイザーを用
いて2000回転で1時間撹拌し、それぞれの形態を観
察した。本発明の球状の塊は表面にへこみが多少生じた
が塊自体の崩壊はほとんど観察されなかったのに対し、
コーニングガラス社の担体は崩壊がみられ多数の粉状の
破片が生じた。
【0016】
【実施例2】実施例1と同様に、長さ6mmのp系アラ
ミド繊維(デュポン社製・商品名ケブラー29)を1重
量%濃度で水に懸濁した液を500ml容坂口フラスコ
に300ml入れ、毎分120回、ストローク7cmで
往復振盪機により撹拌した。1週間後直径3mmないし
14mmの球状の塊が多数生成した。出来た球状の塊を
集めて洗浄後乾燥した。洗浄、乾燥によって球状の塊の
外観に変化は無かった。この塊の嵩比重は0.19であ
った。
【0017】
【実施例3】フマル酸2g/dl、リン酸二水素カリウ
ム0.2g/dl、硫酸マンガン4水塩1mg/dl、
硫酸マグネシウム7水塩1mg/dl、塩化カルシウム
0.05g/dl、酵母エキス1.0g/dl、ポリペ
プトン1.0g/dlの組成の液体培地をアンモニアを
用いてpH7.0に調整し、500ml容坂口フラスコ
に50mlずつ分注した。この培地に実施例1、2で作
製した本発明の担体をそれぞれ4gずつ別々に入れ、1
20℃で15分加熱殺菌した。冷却後エシェリヒア・コ
リ ATCC11775を1白金耳ずつ接種して30℃
で12時間培養した。この操作により菌体が本発明の担
体に固定化された。この固定化物を回収して生理食塩水
で洗浄した。
【0018】得られた固定化物を用いてアスパルターゼ
の活性を調べた。反応液はフマル酸20g/dl、硫酸
マグネシウム7水塩1mMを含有する溶液をアンモニア
を用いてpH8.5に調整したものを用いた。反応液全
体に対して固定化担体濃度がそれぞれ5体積%となるよ
うに固定化物を反応液にいれた。反応はマグネチックス
ターラーで100rpmの条件で撹拌しつつ1時間行
い、5分毎に反応液中に生成したアスパラギン酸の濃度
をニンヒドリンによる比色で定量して反応初速度を求め
た。反応は10回繰り返して行った。なお、比較のため
実施例1に述べたコーニングガラス社の担体を用いて同
様に固定化を行った標品を用いて反応を行った。実施例
1で作製した本発明の担体を用いた固定化物の1回目反
応における活性値を100とした時の相対活性で表した
結果を表1に示す。
【表1】
【0019】この表から明らかなように、本発明の繊維
状物質の球状の塊からなる固定化担体を用いた場合はい
ずれも従来品より高い酵素活性を得ることができた。こ
れは、本発明の担体が従来品より嵩比重が小さく細孔が
多いために固定化された菌体の量が多く、また担体内部
への基質の拡散が容易となり反応が進んだためと考えら
れる。一方、本発明の担体を用いて10回繰り返し反応
を行なっても活性の低下は少なかった。
【0020】さらに、従来品を用いた場合は反応終了後
に担体の崩壊とともに粉状の破片が多数観察されたが、
本発明の固定化担体を用いた場合はいずれも反応液中に
繊維がわずかに認められるだけで担体の崩壊はほとんど
無かった。
【0021】
【実施例4】実施例1で作製した本発明の担体10gを
それぞれ100mlのトルエン中で2gのγ−アミノプ
ロピルトリエトキシシランと反応させることにより担体
表面にアミノアルキル基を導入した。これに1%溶液の
パラニトロベンゾイルクロリドを結合させてから、水素
化ホウ素ナトリウムで還元することによりパラアミノベ
ンゾイル基とした。さらにこれを10%硝酸ナトリウム
の6規定塩酸溶液の中で反応させてジアゾニウム塩とし
た。得られた担体を生化学工業製リゾプス・デレマー由
来リパーゼの1%水溶液に浸漬することにより酵素の固
定化を行った。これと同様の処理を実施例1に述べたコ
ーニングガラス社の担体について行った。これら2種類
の固定化物をそれぞれオリーブ油と水を等量混合した溶
液に5体積%となるように加え、マグネチックスターラ
ーを用いて300rpmの速度で撹拌しながら37℃に
て3時間回分反応を行った。反応液中に生成した脂肪酸
量を、中和に要する水酸化ナトリウム量で比較して相対
活性を算出した。反応終了後、脂肪酸とオリーブ油の付
着した固定化物をヘキサンで洗浄してから同様の反応を
計3回繰り返し行った。本発明の担体を用いた固定化物
の1回目反応における活性値を100とした時の相対活
性で表した結果を表2に示す。
【表2】
【0022】この表から明らかなように、本発明の繊維
状物質の球状の塊を担体として用いた場合、従来品より
も高い酵素活性を得ることができた。また、繰り返し反
応による活性の低下も少なかった。
【0023】
【発明の効果】本発明の生体触媒固定化用担体は、従来
の多孔性無機担体と比較して嵩比重が小さく細孔の量が
多いため単位体積当りより多くの生体触媒を固定化する
ことができ、しかも強度的にも優れているため、固定化
生体触媒を用いた反応を効率的かつ安定して行なうこと
ができる。また本発明の担体は簡便な方法により製造す
ることができ、産業上非常に有効である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維状物質を懸濁した液を撹拌すること
    により得られる繊維状物質の球状の塊からなる生体触媒
    固定化用担体。
JP23070191A 1991-06-04 1991-06-04 生体触媒固定化用新規担体 Pending JPH05130868A (ja)

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JP23070191A JPH05130868A (ja) 1991-06-04 1991-06-04 生体触媒固定化用新規担体

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JP23070191A JPH05130868A (ja) 1991-06-04 1991-06-04 生体触媒固定化用新規担体

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JPH05130868A true JPH05130868A (ja) 1993-05-28

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JP23070191A Pending JPH05130868A (ja) 1991-06-04 1991-06-04 生体触媒固定化用新規担体

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012527242A (ja) * 2009-05-20 2012-11-08 キシレコ インコーポレイテッド バイオプロセス法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012527242A (ja) * 2009-05-20 2012-11-08 キシレコ インコーポレイテッド バイオプロセス法
KR20180008938A (ko) * 2009-05-20 2018-01-24 질레코 인코포레이티드 바이오처리방법

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