JPH0531581B2

JPH0531581B2 -

Info

Publication number: JPH0531581B2
Application number: JP59128375A
Authority: JP
Inventors: Ade Buryuno; Gudan Kuroodo; Tepunie Katorinu
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1993-05-12
Also published as: JPS6051730A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術背景〕本発明は、微生物類を含む透明なポリウレタン
フオーム壁およびその製造方法およびそのバイオ
フオトリアクターへの使用に関する。

過去数年にわたつて、炭酸ガスおよび適当な培
地の存在下で光の作用のもとに生育可能な微生物
を培養するため、また食品、医薬および石油の補
助的回収に関連して経済的重要性をもつ産物を生
産するために新しい手法がいくつか開発されてき
ている。

ある微生物例えば微小紅藻植物ポルフイリジウ
ム・クルエンタム（microrhodophyccae
Porphyridium Cruentum）は重要な経済的価値
をもつ硫化多糖類を分泌する能力がある。ボトリ
オコツカス・ブラウニイ（Botryococcus
braunii）のような微生物を培養することにより、
非常に重要な炭化水素類を得ることが可能であ
る。

このような微生物の培養物を得るためには、微
生物を適当な液体栄養培地および炭酸ガスに接触
させ、同時に微生物を太陽または人工光にさらす
ことが必要である。微生物により合成された産物
は液体栄養培地から抽出することができる。これ
らの培養物は、一般に、太陽または人工光による
微生物の放射および適当な培地と微生物との接触
を確実に行うために設計されたバイオフオトリア
クター（biophotoreactor）中で生産される。

例えばこの種のバイオフオトリアクターは1976
年５月11日付の米国特許第3955317号に記載され
ている。この特許によれば、バイオフオトリアク
ターは、炭酸ガス注入液体栄養培地中に懸濁した
微小藻類（microalgae）を含み、太陽放射に透
過性の管状システムから構成されている。植物細
胞は、炭酸ガスの光重合反応を惹起することがで
き、使用する微小藻類の機能に応じて所望の化学
産物例えば食品、製薬用途をもつ産物または炭化
水素を生成することができるものである。この反
応はまた同時に酸素の放出をも伴う。リアクター
（反応器）内の細胞バイオマスの早期沈降を防ぐ
ため、リアクターは動かしておくことが必要であ
る。これは両端を開いた管状システムを使用し、
液体栄養と微小藻類の混合物を絶えず取入口に注
入することにより行うことができ、混合物は出口
から抜き出される。微小藻類とリアクターにより
作り出された代謝物は遠心分離により液体培地か
ら分離される。

この種のバイオフオトリアクターの使用は、微
小燥類循環および代謝物の分離に多大のエネルギ
ーを必要とするため、得られる最終産物のコスト
が増大する欠点がある。エネルギーの消費を少く
するため、Academie des Sciences1981年６月
７日号、293巻、シリーズ、35〜37頁「不動化
ポルフイリジウム・クルエンタム細胞をもつバイ
オフオトリアクターによる硫酸化多糖類の生産」
と題する論文に記載されているように、スポンジ
状のポリウレタンフオーム構造に於いて微小藻類
を不動化することが考えられてきた。この場合、
微生物は、ポリウレタンフオーム前駆体組成物と
栄養培地中の藻類懸濁液とをほぼ等量混合するこ
とにより、ポリウレタンフオームの製造時に導入
される。フオームの形成と該フオーム内での微小
藻類の不動化は室温で数十分内に同時に行われ
る。フオームは次いで長さ約1.5cmの小さいサイ
コロ状に切断され、液体栄養培地を含むガラスカ
ラムに導入され、日光にさらされる。重合に耐え
る微小藻類はポリウレタンサイコロのすべての孔
に於いて再び集落化し、それらに絶えず液体栄養
培地および２％炭酸ガスを含む空気が供給され
る。従前の場合のように、微小藻類は太陽放射及
び炭酸ガスからの炭素を吸収し、水溶性多糖類を
生産する。この水溶性多糖類は孔を介して液体栄
養培地中に吐き出される。この種のリアクターは
エネルギー消費を可成り少くすることができる
が、まだ別の欠点がある。

すなわち、ポリウレタンサイコロは余り透過性
ではないので、太陽放射は管の中心部にあるサイ
コロにはわずかしか届かない上に、物質移動（炭
酸ガス供給および多糖類抽出）に際し種々の困難
に遭遇するということである。

〔本発明の要約〕

本発明の課題は、先に述べた欠点を除くため、
バイオフオトリアクター中で使用できる微生物を
含む透明なポリウレタンフオームを提供すること
である。

本発明はまた面の少くとも１つに開口された多
孔をもつことを特徴とする透明なポリウレタンフ
オーム壁に関する。

本発明の好ましい態様として、透明な壁はバイ
オフオトリアクター中で役に立つように微生物類
を含んでいる。この場合、透明な壁はポリウレタ
ンフオームにより構成されており、該フオームの
孔（多孔）中に微生物が分布しており、該透明な
壁は、フオームの多孔が該壁の一方の面で閉鎖し
て該面が液体および気体に非透過性になつてお
り、該壁の相対する面が開口した多孔をもつてい
ることを特徴とする。

壁の２つの相対する面の異なる透過性特徴のた
め、該壁は良好な環境で微生物の培養を確実に行
うことを可能にする。すなわち、壁の非透過性面
は放射にさらされることができ、開口された多孔
をもつ相対する面は液体栄養培地に接触すること
ができ、該液体栄養培地が該壁の内部に容易に近
づくことができて、該壁内で不動化されている微
生物にその生育のために必要な成分を供給するこ
とができるようになつている。同様にして、微生
物により合成された生産物は、開口した多孔をも
つ壁の面に接触する液体栄養培地中に放出され
る。

このため、微生物が不動化されているポリウレ
タンサイコロを使用する場合のように、エネルギ
ー消費を削減することができるだけでなく、より
よい状態で太陽放射の照射および物質移動を惹起
することができる。

壁の孔に分布する微生物は、ポルフイリジウ
ム・クルエンタムおよびボトリオコツカス・ブラ
ウニイなどの微小藻類または光合成細菌などの細
菌により構成することができる。

本発明はまた、面の少くとも一方が開口した多
孔をもつ透明なポリウレタンフオーム壁の製造方
法にも関する。この製法は次の各段階を包含す
る。

ａポリウレタンフオームの前駆体組成物を含む
液体混合物を調製すること、ｂ少くとも１つがフオームの孔を開口すること
ができる試薬で含浸されている数個の壁をもつ
モールドへこの混合物を導入すること、ｃ前駆体組成物を反応させることによりポリウ
レタンフオームを形成すること、およびｄこのようにして得られた壁をモールドからの
除去。

微生物（類）を壁に同時に導入しようとする場
合には、前記製法は次の各段階を包含する。

ａポリウレタンフオーム前駆体組成物と微生物
の液体栄養培地懸濁液とを含有する液体混合物
を調製すること、ｂ１つのみがフオームの孔を開口することがで
きる試薬で含浸されている２つの相対する壁を
もつモールドへ前記混合物を導入すること、ｃ液体混合物中に存在する前駆体組成物を反応
させることによりプラスチツク材料フオームを
形成すること、およびｄこのようにして得られた壁をモールドから除
去すること。

モールドの壁の１つにフオームの孔を開口する
ことができる試薬が存在するので、モールドの除
去後、フオームの孔を開口することのできる試薬
で含浸されたモールドの壁に接触する面で多孔性
であり、モールドの他の壁に接触する他の面で気
体および液体に非透過性である壁が得られる。孔
を開口することができる試薬はフオーム形成中フ
オーム表面で希釈され、孔の壁をもろくする。こ
のため、フオームの拡大中にもろくなつた壁が引
き裂かれ、結局孔が外側に向つて開口するように
なる。しかしながら、この試薬で含浸されていな
いモールドの他方の壁では、連結した透明な薄い
表面が得られ、フオームの拡大中物質が密につま
る結果非透過性となる。

本発明によれば、フオームの孔を開口すること
ができる試薬は、エチレンオキサイド含量の高い
ポリオキシアルキレン例えばPEG−400などのポ
リエチレングリコールでよく、またポリエステル
ポリオールまたはアルカノールアミンであつても
よい。

ポリウレタンフオームの前駆体組成物は、前記
フオームを形成すべく相互に反応する組成物であ
る。該組成物は、一般にプロピレンオキサイドお
よびエチレンオキサイドに基づくポリエーテルポ
リオール並びにトルエンジイソシアネートにより
構成される。

具体的には、これらの組成物は、東洋ゴム社販
売のウレタンプレポリマーにより構成することが
できる。これらのプレポリマーは、平均分子量約
2600をもち91％のエチレンオキサイドを含むポリ
エーテルジオール又は平均分子量約2600をもち
100％のエチレンオキサイドを含むポリエーテル
ジオールで構成され、この２つのプレポリマーの
NCO含量は４％である。

また、約10重量％の遊離トルエンジイソシアネ
ートを含むメツサーズ・ダブリユー・アール・グ
レース（Messers.W.R.Grace）により
HYPOL3000の商品名で販売されているプレポリ
マー、マタは５％の遊離NCOを含み、フオーム
生成には特殊のアルカリ性触媒を必要とするモン
テジソン（Montedison）により販売されている
プレポリマーを使用することも可能である。

壁の製造に使用する液体混合物を調製するた
め、通常、50％まで水を含むことができるポリウ
レタンフオームの液状前駆体プレポリマーの１部
を液体栄養培地中の微生物懸濁液の１部と混合す
る。

通常、懸濁液中の微生物の濃度は１当り乾燥
物として２乃至20mgであり、使用する液体栄養培
地は微生物の成長に一般に使用する培地により構
成される。これらの培地は多くの成分例えば窒
素、リン、カリウム、カルシウムおよび／または
マグネシウムの化合物、鉄、亜鉛、マンガン、
銅、ニツケル、モリブテンおよび／またはホウ素
の塩類を含有する。培地はまた成長調整物質及び
任意に各種アミノ酸とビタミン類とを含むことが
でき、これら各種成分の含量は使用する微生物類
の性質に応じて選択される。

本発明によれば、モールドの相対する両壁は同
心管または平板に構成され得る。これから、管状
または板状の本発明透明壁を得ることができる。
管状透明壁の場合、開口した多孔をもつ面が一般
に管の内面を構成し、平板の透明壁の場合、面の
一方が液体および気体に非透過性で、他方の面は
液体および気体に透過性である。

一般に、本発明により製造される透明な壁の厚
さを決定するモールドの２つの壁の間のすき間は
１乃至５mmで、モールド壁は、金属材料例えば鋼
鉄でできている。

液体混合物をモールドに導入する前に、モール
ド壁に例えばブラシを使つてアルキレンポリオキ
サイドを含浸させ、次いで液体混合物を導入し、
モールドを閉鎖する。この操作後、フオームは室
温でモールドの中で形成され、フオームの重合と
硬化とが約１時間後に終了する。このようにして
得られた透明な壁は次いでモールドから外さされ
る。

本発明はまた微生物を培養するためのバイオフ
オトリアクターに関し、それは微生物を含み且つ
前記した透過性特性を有する少くとも１つの透明
な壁を含んでいる。この透明壁の気体および液体
に非透過性である面は光源にさらされており、該
透明壁の開口している多孔を有する反対側の面は
液体栄養培地と気体とに接触するようになつてい
て、該透明壁中に存在する微生物の成長を惹起
し、微生物が所望の生産物を合成できるようにな
つている。

本発明のバイオフオトリアクターの第１の態様
によれば、リアクターは単一の透明な壁のみをも
ち、１つのタイプの微生物のみを培養するために
使用される。この場合、透明な壁は管状であるの
が有利で、管の外表面は気体及び液体に非透過性
の面を構成し、栄養培地と気体とは壁の中に存在
する微生物の成長をもたらすため該管内を循環す
るようになつている。

本発明によるバイオフオトリアクターの第２の
態様によれば、リアクターは特に２つのタイプの
微生物の成に適しており、２つの重なつた透明壁
を含んでおり、これらの間に第１の液体栄養培地
と第１の気体の循環のためのすき間を形成してい
る。この場合、第１の透明な壁の下に位置する第
２の透明な壁の気体および液体に非透過性の面は
２つの壁の間のすき間を循環する第１の液体栄養
培地と接触し、第２の透明な壁の開口した多孔を
もつ面は、第２の壁の中の微生物の成長を確実に
行うため、第２の液体栄養培地および第２の気体
と接触する。

本発明バイオフオトリアクターのこの具体例
は、一方では光源スペクトルの１部を使つて第１
の壁内に存在する微小藻類の発育に適しており、
他方では光源スペクトルの他の補充部分を使つて
第２の壁内に存在する光合成細菌の発育に特に適
している。

本発明によるバイオフオトリアクターの第３の
態様によれば、リアクターは２つの重なつた透明
な壁を含んでおり、それらの間に液体栄養培地が
循環するすき間が形成されている。この場合、第
１の透明な壁の開口した多孔をもつ面は第２の透
明な壁の上部に位置して液体栄養培地と接触し、
第２の透明な壁の開口した多孔をもつ面もまた該
液体栄養培地と接触している。

２つの壁のこの配置は、酸素を放出することが
でき、且つ第１の透明壁に分布している微生物の
培養に特に適しており、それにより酸素を液体栄
養培地中へ放出するこことができる。この場合、
第２の透明な壁に存在する微生物は成長のため酸
素を使用する微生物であり、第１の壁に存在する
微生物により栄養培地へ放出された酸素を消費す
ることができる。

以下、非限定的具体例および添付図面を参照し
ながら、本発明をさらに詳細に記述する。

〔好ましい具体例の説明〕

第１図は、本発明透明壁の第１の具体例および
単一透明壁をもつだけのバイオフオトリアクター
に於けるその使用法を示す。

第１図の１はポリウレタンフオームから形成さ
れた本発明の透明な壁を示し、フオームの孔３に
は微生物５が分布している。透明壁は平板状で、
その上面１ａは気体および液体に非透過性である
が、その下面１ｂは気体および液体に透過性であ
る。内面１ｂは、一方で微生物を培養するために
必要な成分を供給し、他方で微生物により作られ
た代謝物を抽出するため、壁に沿つて流れる液流
Ｌと接触する。壁の上面１ａは、矢印下で示され
る太陽または人工光源から発せられる放射にさら
される。第２図は本発明の透明壁の他の具体例を
示す。前述の様に、壁１１はポリウレタンフオー
ムから作られ、その孔には微生物が分布し、形は
管状である。管の外表面１１ａは気体および液体
に非透過性で、内表面１１ｂは気体および液体に
透過性である。このような構成から、外表面１１
ａを放射Ｆにさらし、一方で微生物の成長に必要
な成分を供給し且つ他方で微生物により合成され
る生産物を抽出することができる液体培地Ｌを前
記管内に循環させることが可能となる。

第３図は、２つの重なつた透明壁をもつ本発明
のバイオフオトリアクターの具体例を示す。番号
３１，３２は２つの平らな壁を示し、その間を第
１の栄養培地L₁が循環する。第１の壁３１は装
置の上部に位置し、その気体及び液体に透過性の
面３１ｂは第１の液体培地L₁と接触している。
第２の透明な壁３２は第１の壁３１の下に位置
し、その気体および液体に非透過性の面３２ａは
第１の液体培地L₁と接触している。第２の透明
な壁３２の下を第２の液体栄養培地L₂が循環す
る。このように構成すると、矢印下で示される光
源にこのアセンブリをさらすことにより、第１の
透明壁３１内に存在する微生物の成長を確実に行
い、且つ第１の液体L₁に於いてこれらの微生物
によつて形成された代謝物を集積することがで
き、成長に必要な成分を供給することにより第２
の透明壁３２の第２の微生物の成長をもたらし、
該第２の液体培地L₂から第２の微生物により生
成された代謝物を抽出することが可能となる。こ
の場合、第１の微生物は光源スペクトルの第１の
部分を、第２の微生物は該光源スペクトルの相補
的部分を成長のために使用する。

例えば、第１の微生物をポルフイリジウム・ク
ルエンタムまたはボトリオコツカス・ブラウニイ
などの微小藻類とし、第２の微生物を光合成細菌
とすることができる。

第４図は、本発明の２つの透明な壁をもつバイ
オフオトリアクターの別の具体例を示す。このバ
イオフオトリアクターは第１の透明壁４１と第２
の透明壁４２とを有している。第１の壁４１は気
体および液体透過性の面４１ｂが２つの壁の間を
循環する液体栄養培地Ｌに接触するように配置し
ており、第２の壁４２は第１の壁４１の下に位置
し、その気体および液体に透過性の面４２ｂはま
た液体栄養培地Ｌに接触する様に配置している。
これにより、光源でフオトリアクターの上部４１
ａを照射すると、第１の透明壁４１に存在する微
生物が成長する。これらの微生物は、第２の透明
壁４２に存在する微生物の成長に使用され得る成
分を液体栄養培地Ｌに放出することになり、第１
および／または第２の微生物により合成された生
産物は液体栄養培地から抽出されることになる。

例えば、第１の壁４１に酸素を液体培地に放出
することができる微小藻類を含ませることがで
き、この酸素は第２の透明壁４２に存在する微生
物により使用されることになる。

次に透明壁の例を挙げて本発明を説明する。本
発明に使用されるポリウレタンフオーム前駆体組
成物は、プロピレンオキサイド（80％）およびエ
チレンオキサイド（20％）に基づくポリエーテル
ポリオールプレポリマーとトルエンジイソシアネ
ートである。この場合、1.45倍過剰の−Ｎ＝Ｃ＝
Ｏ基が存在し、−NCO：OH比は1.87である。こ
のプレポリマーにポルフイリジウム・クルエンタ
ム微生物の懸濁液を50％加える。この微生物は、
PH9.5の液体無機ヘメリツク培地を25％存在させ
且つ１時間あたり培地の１容積につき10容積の割
合で５％CO₂含有の空気を通気するという条件下
で培養して得られた90％水含有の微生物ペースト
37ｇを500mlのヘメリツク培地に希釈したもので
ある。

この混合物を平らな鋼鉄のモールドに導入す
る。モールドの底部はブラシを使用してポリエチ
レングリコール、分子量400のPEG400で含浸さ
れている。

室温で約１時間経過後、得られた壁をモールド
からはずす。この壁のPEG400と接触した面は開
口した多孔をもち、該壁の他方の面は気体および
液体に非透過性である。

この壁をバイオフオトリアクターの上部壁とし
て使用し、その非透過性面を光源にさらす。受け
るエネルギーは28Wm^-2すなわち578Kcal.
m^-2day^-1であり、他の面上にPH6.9の無機ヘメリ
ツク培地および２％CO₂含有空気を循環させる。
ラムス（Ramus）法により生成した硫酸化多糖
類はバイオフオトリアクターを離れた培地から抽
出される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明透明壁の２つの具
体例の説明図を示し、第３図はバイオフオトリア
クターに於ける２つの透明壁の配置説明図を示
し、第４図はバイオフオトリアクターに於ける２
つの透明壁の別の配置説明図を示す。１……ポリウレタンフオーム透明壁、３……
孔、５……微生物、Ｆ……光照射、Ｌ……液体栄
養培地流、１１，３１，３２，４１，４２……ポ
リウレタンフオーム透明壁。

Claims

【特許請求の範囲】１ポリウレタンフオームの孔が壁の面の一方
で、該面が液体および気体に非透過性であるよう
に閉鎖され、壁の相対する面が開孔を有してお
り、該フオームの孔に微生物類が分布したポリウ
レタンフオームから作られた透明な壁。２微生物類が藻類であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の壁。３微生物類が光合成細菌であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の壁。４ａポリウレタンフオーム前駆体組成物およ
び微生物類の液体栄養培地懸濁液を含む液体混
合物を調製し、ｂ一方がポリウレタンフオームの孔を開口する
ことができる試薬で含浸された２つの相対する
壁をもつモールドへ前記混合物を導入し、ｃ液体混合物中に存在する前駆体組成物を反応
させることによりプラスチツク材料フオームを
形成し、ｄこのようにして得られた壁をモールドから除
去することからなる、ポリウレタンフオームの孔が壁の面の
一方で、該面が液体および気体に非透過性である
ように閉鎖され、壁の相対する面が開孔を有して
おり、該フオームの孔に微生物類が分布したポリ
ウレタンフオームから作られた透明な壁の製造方
法。５フオームの孔を開口することができる試薬
が、エチレンオキサイド含量の高いポリオキシア
ルキレン、ポリエステルポリオールまたはアルカ
ノールアミンであることを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の製造方法。６ポリオキシアルキレンがポリエチレングリコ
ールであることを特徴とする特許請求の範囲第５
項に記載の製造方法。７ポリウレタンフオーム前駆体組成物が、プロ
ピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドに基
づくポリエーテルポリオールとトルエンジイソシ
アネートとを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第４項乃至第６項のいずれかに記載の製造方
法。８モールドの相対する壁が同心の管により構成
されることを特徴とする特許請求の範囲第４項乃
至第７項のいずれかに記載の製造方法。９モールドの相対する壁が平板であることを特
徴とする特許請求の範囲第４項乃至第７項のいず
れかに記載の製造方法。１０ポリウレタンフオームの孔が壁の面の一方
で、該面が液体および気体に非透過性であるよう
に閉鎖され、壁の相対する面が開孔を有してお
り、該フオームの孔に微生物類が分布したポリウ
レタンフオームから作られた透明な壁を少くとも
１つ含有し、該壁の気体および液体に非透過性で
ある面が光源にさらされており、開口した孔をも
つ該壁の相対する面が液体栄養培地および気体と
接触し、該壁の中に存在する微生物類の成長をも
たらし、微生物類に所望の生産物を合成させるこ
とを特徴とする微生物類を培養するためのバイオ
フオトリアクター。１１透明な壁が管状であり、外表面が気体およ
び液体に非透過性である面を構成し、栄養培地お
よび気体が該管内を循環することを特徴とする特
許請求の範囲第１０項に記載のバイオフオトリア
クター。１２２つの重なつた透明な壁を包含し、第１の
液体栄養培地および第１の気体の循環のためそれ
らの間ですき間が形成されており、この場合第１
の透明な壁の下に位置する第２の透明な壁の気体
および液体に非透過性である面が、２つの壁の間
のすき間を循環する第１の液体栄養培地と接触
し、第２の透明な壁の開口する孔をもつ面が第２
の液体栄養培地および第２の気体と接触し、第２
の壁の中の微生物類の成長を確実に行うことを特
徴とする特許請求の範囲第１０項に記載のバイオ
フオトリアクター。１３第１の壁が微小藻類を含み、第２の壁が光
合成細菌を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１２項に記載のバイオフオトリアクター。１４２つの重なつた透明な壁を包含し、それら
の間で液体栄養培地を循環するすき間が形成され
ており、第１の透明な壁の開口する孔をもつ面が
第２の透明な壁の上に置かれ液体栄養培地に接触
しており、第２の透明な壁の開口する孔をもつ面
がまた液体栄養培地に接触していることを特徴と
する特許請求の範囲第１０項に記載のバイオフオ
トリアクター。１５第１の壁が液体栄養培地中で酸素を産生し
放出することができる微小藻類を含み、第２の壁
が成長のため酸素を使用する微生物を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載のバイ
オフオトリアクター。