JPH0523194A - 蛋白質の膜分離方法 - Google Patents

蛋白質の膜分離方法

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JPH0523194A
JPH0523194A JP20342591A JP20342591A JPH0523194A JP H0523194 A JPH0523194 A JP H0523194A JP 20342591 A JP20342591 A JP 20342591A JP 20342591 A JP20342591 A JP 20342591A JP H0523194 A JPH0523194 A JP H0523194A
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JP
Japan
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membrane
filtration
filter
rotating
liquid
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JP20342591A
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English (en)
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Yukio Fukushima
幸生 福島
Masahiro Kon
正浩 昆
Masamitsu Ito
真実 伊藤
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Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Plant Technologies Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D33/00Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/15Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces
    • B01D33/21Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces with hollow filtering discs transversely mounted on a hollow rotary shaft

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜面付着物の蓄積を防止し、常に高い透過流
量を維持でき、低動力で運転できる蛋白質の膜分離方法
を提供すること。 【構成】 外周部がろ過膜2で覆われたろ過板3と、複
数のろ過板3が所定間隔で併設されるとともにろ過板の
表面と連通する貫通孔8を有する回転自在な中空の支軸
6とから成るろ過体を収納するとともに、該ろ過体の支
軸を水平に支持する容器1から構成される膜分離装置を
用い、該装置のろ過体を回転させながらろ過を行うこと
を特徴とする蛋白質の膜分離方法である。 【効果】 膜面への付着物の蓄積を著しく低減し、液中
に溶解した蛋白質を常に高い透過率で透過し、効率よく
分離でき、その際の消費動力も著しく節約できる。

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、酵素剤、食品
などとして用いられる蛋白質を製造する工程において、
目的蛋白質を微生物や動物などの細胞を含む培養液から
膜分離する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイオテクノロジーの発展に伴い、微生
物や動物細胞などを用いた蛋白質の生産が増加してい
る。これらの製造工程のほとんどには、目的蛋白質を細
胞から分離する工程が含まれる。目的蛋白質を細胞と分
離する場合には、微生物を完全に除去できる膜分離装置
が要求される。
【0003】現在、細胞と蛋白質の分離には、中空糸形
あるいは管形の膜モジュールが使用されている。これら
は、パイプ状の膜の内筒部分に細胞と蛋白質を含む培養
液を加圧して送り、膜の孔径より大きく膜を透過できな
い細胞と、膜の孔径より小さく、膜を透過できる蛋白質
とを分離できるようにしたものである。通常、これらの
膜モジュールを用いるときには、膜面への付着物の蓄積
を抑制し、蛋白質が付着物の層で阻止されたり、透過流
量が低下したりするのを防止するため、パイプ状の膜の
内筒部分に培養液を2〜5m/sの高流速で循環させて
いる。
【0004】しかし、膜の内径が中空糸形では 0.5〜2.
0mm、管形でも4〜15mmであるため、培養液を流すた
めに、モジュールに3〜10 kgf/cm2 の高い圧力で培
養液を送っている。このため、膜面の付着物(細胞、蛋
白質など)が圧密化して、目的蛋白質が透過しにくくな
る。また、このときの循環流量は、透過液の流量の50
〜200倍に相当するため、ポンプの動力費が高くな
る。さらに、蛋白質の熱変性を避けるために、冷却して
循環による発熱分を除去するが、そのために用いられる
冷却機の動力費も高くなり、問題である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の欠点を解消し、膜面付着物の蓄積を防止し、常に高
い透過流量を維持でき、低動力で運転できる蛋白質の膜
分離方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、膜面への付着
物の蓄積を防止する方法として、液を循環させるのでは
なく、ろ過板を容器内で回転させ、低圧で運転して分離
を行うことによって上記目的を達成したものである。
【0007】すなわち、本発明による膜分離方法は、外
周部がろ過膜で覆われたろ過板と、複数のろ過板が所定
間隔で併設されるとともにろ過板の表面と連通する貫通
孔を有する回転自在な中空の支軸とから成るろ過体を収
納するとともに、該ろ過体の支軸を支持する容器から構
成される膜分離装置に、懸濁した細胞と溶解した蛋白質
を含む液体を投入し、該装置のろ過体を回転させながら
ろ過を行うことを特徴とする。
【0008】また、本発明の膜分離方法の一つの態様に
おいては、ろ過体の支軸の中空部分を大気圧とし、容器
内の圧力を0.5〜3.0 kgf/cm2 、好ましくは 1.0〜2.
0 kgf/cm2 とし、かつ、ろ過板を周速4m/s以上、
好ましくは6m/s以上の高速で回転させながらろ過を
行う。
【0009】また、本発明の膜分離方法の別の態様にお
いては、容器内を大気圧とし、支軸の中空部分の圧力を
−40〜−70cmHgに減圧としてろ過を行う。また、同
時に、膜面への付着物の蓄積を少なくし、目的物質の透
過率を高くするとともに透過流量の低下を防ぐために、
ろ過板を周速4m/s以上、好ましくは6m/s以上の
高速で回転させながらろ過を行うように構成したもので
ある。
【0010】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明する。図1は、本発明を実施するための膜分離
装置の一実施態様を示す略示断面図である。図1におい
て、ジャケット付の容器1の内部に外側がろ過膜2で覆
われたろ過板3が設置されている。容器1には、注入口
4と排出口5が設けられている。ろ過板3は、ドーナツ
状になっており、回転軸6の中空部分に連通孔8を介し
て連通するように装着されている。また、ろ過板3はO
リング7でシールされている。
【0011】密閉容器1内の液体中の溶解した蛋白質
は、ろ過膜2を透過し、ろ過板3の内部を通って貫通孔
8を経て回転軸6内の中空部分に流入し、ろ液取り出し
口9から取り出される。回転軸6は、モータ10によっ
て駆動される。
【0012】図1に示した膜分離装置において、容器1
内を加圧し、回転軸6の中空部分を大気圧として運転す
ることにより、膜間差圧を、圧密化しにくい低圧に保持
しながら、膜の回転数を高くして膜と液との相対速度を
高くすることによって膜面の付着物を少なくできる。ま
た、容器1内を大気圧とし、回転軸6の中空部分を減圧
して運転することもでき、この場合には、容器1を耐圧
容器にする必要がないため、設備費を低減でき、容量が
大きいときには特に有効である。
【0013】図2は、従来の中空糸形モジュールを用い
た膜分離装置の系統図を示す。この装置においては、液
体貯槽11に蓄えられた液体を加圧・循環ポンプ12で
中空糸形ろ過膜14を有する膜モジュール13に送り、
一部をろ過し、大部分を液体貯槽11に循環させる。
【0014】中空糸形モジュールを用いる場合に、所望
の物質である蛋白質の透過率を高くするために膜面流速
を高くするには、圧損が生じるため、モジュール入口の
圧力を高くせざるを得ない。しかし、このために、膜モ
ジュール入口付近で膜面付着物が圧密化し、透過すべき
物質の透過率が低くなるのは避けられない。一方、膜面
流速を低くすると、膜面への付着物の蓄積が増し、透過
すべき物質が透過しにくくなるだけでなく、透過流量も
減少する。また、操作圧力を低くするために管形モジュ
ールを用いると、付着物の圧密化はかなり抑制できる
が、中空糸形モジュールの数倍の液を循環させるため、
ポンプ、配管、冷却機が大型化して実用的でない。
【0015】図3は、本発明を実施するための膜分離装
置の別の実施態様を示す系統図である。この実施態様
は、液体貯槽21と膜分離装置22を別置きにした点で
図1に示した装置とは相違する。この実施態様によれ
ば、液体貯槽21と膜分離装置22との間に液体を循環
させる循環ポンプ23が設置される。しかし、循環ポン
プ23の流量は、液体が膜分離装置22内で濃縮される
のを防ぐためには透過液量の2〜3倍で良く、消費動力
には大きく影響しない。この実施態様では、既設の液体
貯槽を使用でき、設備費を低減できるだけでなく、貯槽
21や膜分離装置22の増設も容易であり、膜分離装置
22を洗浄再生する間にも、膜分離装置22Aを用いて
膜分離を続行できるという利点もある。
【0016】以下に、培養液中の微生物と蛋白質の分離
について、本発明の方法と従来法である中空糸形モジュ
ールを用いた方法とを実施し、比較した例を示す。な
お、以下の実施例及び比較例において、目的蛋白質は、
リパーゼであり、培養液の性状は以下に示すとおりであ
る。
【0017】培養液:菌株 リゾプス・デレマー(Rhiz
opus delemar) 培地 ペプトン5%、グルコース2%、KH2PO4 0.
1%、MgSO4 0.05% pH 7.4 微生物濃度 培養液1リットル中10g リパーゼ濃度 培養液1リットル中7×105 U(単
位)
【0018】実施例1 (1)分離条件 孔径 0.1μm、外径450mmのポリオレフィン製ろ過
膜を有する図1に示した膜分離装置を用いる。 ろ過板周速:6m/s(外径450mmのろ過板を25
4rpm で回転) 膜面の平均速度:4.21m/s 膜面の平均速度Vは、次式で求められる。
【数1】 〔式中、r1 はろ過板内周の半径(m)を示し、r2
ろ過板外周の半径(m)を示し、ωは角速度( rad/
s)を示す〕。 操作圧力:1.0 kgf/cm2 (容器1内の圧力は1.0 kgf
/cm2 、回転軸6の中空部分は大気圧) 液温:15℃
【0019】(2)分離方法 培養液を容器1内に満たし、培養液量が1/5になるま
で濃縮・ろ過し、透過したリパーゼの濃度を測定した。
このときの膜単位面積あたりの累計ろ過量は、300リ
ットル/m2 であった。
【0020】(3)分離結果 透過液のリパーゼ濃度:1リットル中4.9×105 U (リパーゼの透過率70%) 培養液の平均透過流速:64リットル/m2 ・ h 膜単位面積単位時間当りのリパーゼ透過量:3.1×10
7 U/m2 ・h 膜単位面積当りの消費動力:0.16KW/m2
【0021】比較例1 (1)分離条件 孔径 0.1μm、内径 1.9mmのポリオレフィン製中空糸
膜を用いた図2に示した装置を用いた。 膜面流速:4.21m/s 操作圧力:2.1 kgf/cm2 (膜モジュール入口4.1 kgf
/cm2 、膜モジュール出口 0.1 kgf/cm2 ) 液温:15℃
【0022】(2)分離方法 培養液を図2に示した液体貯槽11内に満たし、培養液
量が1/5になるまで濃縮し、透過したリパーゼの濃度
を測定した。このときの膜単位面積あたりの累計ろ過量
も前記実施例1と同様に300リットル/m2 であっ
た。
【0023】(3)分離結果 透過液のリパーゼ濃度:1リットル中 2.8×105 U (リパーゼの透過率40%) 培養液の平均透過流速:95リットル/m2 ・ h 膜単位面積単位時間当りのリパーゼ透過量:2.7×10
7 U/m2 ・h 膜単位面積当りの消費動力:1.5KW/m2
【0024】このように、中空糸形モジュールを用いた
場合には、実施例1の場合に比べてリパーゼ透過率は著
しく低かった。また、操作圧力を低くするために管形モ
ジュール、例えば、内径4mmのものを用いると、モジ
ュールの入口圧は 1.5 kgf/cm2 、出口圧は 0.5 kgf/
cm2 で運転でき、付着物の圧密化はかなり抑制できる
が、中空糸形モジュールの約4倍の液を循環させるた
め、ポンプや配管、冷却機が大型化して実用的でない。
【0025】これに対し、本発明の方法では実施例1に
示したように容器1内を加圧して膜間差圧を圧密化しに
くい低圧( 1.0 kgf/cm2 )に保持しながら、膜の回転
数を高くして膜と液との相対速度を高くすることによっ
て膜面の付着物を少なくできる。つまり、液を循環させ
ないので、高い圧力を必要としない。従って、リパーゼ
の透過率が高く、透過液のリパーゼ濃度が中空糸形モジ
ュールより75%も高く、後段の分離精製工程の負荷を
大幅に低減できるだけでなく、膜単位面積単位時間当り
のリパーゼ透過量も15%増加した。また、圧損がない
ため消費動力が約1/10で運転できた。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、回転するろ過板を、低
圧で運転することにより、膜面への付着物の蓄積を著し
く低減し、液中に溶解した蛋白質を常に高い透過率で透
過し、効率よく分離でき、その際の消費動力も著しく節
約できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための膜分離装置の一実施例
を示す略示断面図である。
【図2】従来の中空糸形モジュールを用いた膜分離装置
の系統図である。
【図3】本発明を実施するための膜分離装置の別の実施
例を示す系統図である。
【符号の説明】
1 容器 2 ろ過膜 3 ろ過板 6 回転軸 8 連通孔 13 中空糸形モジュール 21 液体貯槽 22 膜分離装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体中に懸濁している細胞と溶解してい
    る蛋白質を分離する方法において、外周部がろ過膜で覆
    われたろ過板と、複数のろ過板が所定間隔で併設される
    とともにろ過板の表面と連通する貫通孔を有する回転自
    在な中空の支軸とから成るろ過体を収納するとともに、
    該ろ過体の支軸を支持する容器から構成される膜分離装
    置に前記液体を投入し、該装置のろ過体を回転させなが
    らろ過を行うことを特徴とする蛋白質の膜分離方法。
  2. 【請求項2】 ろ過体の支軸の中空部分を大気圧とし、
    容器内の圧力を0.5〜3.0 kgf/cm2 とし、かつ、ろ過
    板を周速4m/s以上で回転させながらろ過を行う請求
    項1記載の膜分離方法。
  3. 【請求項3】 容器内を大気圧とし、支軸の中空部分の
    圧力を−40〜−70cmHgに減圧し、ろ過板を周速4m
    /s以上で回転させながらろ過を行う請求項1記載の膜
    分離方法。
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