JPH0564705A - 吸着分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蛋白等の生体高分子を吸着剤充填層の圧密化を
防止しながら効率良く吸着分離する方法。 【構成】各ユニットに吸着剤充填層を有し且つ該充填層
が流動するのに十分な空間を有する多段吸着塔におい
て、被処理液を下向流で通液した後、得られた処理液の
一部を上向流で通液し、充填層を流動させることを適宜
繰返すことよりなる吸着分離方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蛋白質、酵素、核酸等
の高分子生体関連物質を含有する液体中から特定成分を
吸着剤を用いて吸着分離する方法に係り、特に多段に仕
切られた吸着塔で充填された吸着剤充填層の圧密化を防
止しながら吸着分離する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年バイオテクノロジーの進展に伴な
い、蛋白質、酵素、核酸等の高分子生体関連物質の吸着
剤を用いた高精度の分離・精製技術は益々重要な要素技
術となっているが、これらの分離・精製に用いられる吸
着剤には分離対象物に応じた天然高分子系及び合成高分
子系の種々の形態の吸着剤が開発されており、それに伴
い分離精製技術の応用も急速に増加している。

【０００３】吸着剤を用いた種々の分離方法のうち対象
物の分離・精製に適合した種々の吸着剤を充填したカラ
ムに被処理液を通液して対象物の分離・精製を行うカラ
ム法は比較的簡単な操作で高精度の分離・精製が行なえ
るので益々注目されている。ところが、蛋白質、核酸等
の高分子生体関連物質を精製・分離する分野で用いられ
る吸着剤は機械的強度が比較的小さく、弾性を有してい
るものが多く、そのために通液処理工程中の水力学的な
圧力あるいは吸着剤の自重により充填層の圧密化を起し
やすい欠点を有している。

【０００４】即ち、吸着剤充填層を高くすると吸着剤の
自重に更に水力学的圧力が充填層に加わって充填層に歪
が生じ、それにより吸着剤自身が圧縮変形され、充填層
は圧密化を引き起し、そのため圧力損失が加速的に増大
し、被処理液の通液が不能になるおそれがある。従っ
て、カラム法により対象物の吸着・分離処理を行うにあ
たっては、充填層の圧密化現象を引き起こさないよう
に、吸着剤充填層はあまり高くせずに、かつ、被処理液
は低流速で通液する方法が採用されていた。

【０００５】しかしながら、工業的規模での吸着分離を
行うには被処理液量が多量であるため、上記処理方法は
極めて非能率的である。そのために、吸着塔内部に吸着
剤は通過させないが、液体は通過させる仕切板を上下方
向水平に１つ以上設け、複数個のユニット室を構成した
吸着塔で各ユニット室に充填層を設け、このユニット室
の充填層を多段に積層させて処理する方法が提案されて
いる。

【０００６】ところが、この方法は各ユニット室の吸着
剤充填層は固定層としてあらかじめ一定値に決められて
しまうため通液条件が限定されること、さらには各充填
層の圧力損失が経時的に一定であれば問題は生じない
が、通常の吸着分離操作では、何らかの要因で充填層が
圧密化し、急激な圧力損失が生じることがあり、これら
の変動に対する対応策の実施が困難であり、常に安定し
た通液ができず、高精度の分離・精製ができない欠点を
有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はカラム法によ
り吸着・分離を行う際に、上述の従来法の欠点を解決
し、安定した高精度の吸着分離方法を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は多段に構成
された吸着塔に於ける安定した吸着分離方法に関して鋭
意検討を重ねた結果、複数個のユニット室から多段に構
成された吸着塔の各ユニット室に形成する充填層を充填
層に用いる吸着剤量を調整して特定の範囲にすること及
び被処理液の通液工程の間に、得られた処理液の一部を
上向流に通液して充填層を流動させる操作を付加するこ
とにより充填層の圧密化が防止され、安定した吸着分離
操作ができることを見い出し本発明を完成したものであ
る。

【０００９】すなわち、本発明は、吸着塔内部に吸着剤
は通過しないが液体は通過する仕切板により上下方向に
複数のユニット室を形成し、各ユニット室には吸着剤充
填層が設けられている多段吸着塔に被処理液を通液し吸
着分離する方法において、該ユニット室は充填層が流動
するのに十分な空間を有し、被処理液を上段のユニット
室より下向に通液して下段のユニット室より処理液を取
得する工程及び処理液の一部を下段のユニット室下部よ
り上向に通液して吸着剤充填層を流動させる工程を含む
ことよりなる吸着分離方法を要旨とするものである。

【００１０】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る図１は本発明を説明するための多段吸着塔の系統略図
の一例である。吸着塔１は複数の仕切板２でユニット室
に分割され、分割された各ユニット室には吸着剤の充填
層３が流動するに十分な空間を有するような状態で形成
されている。仕切板２は吸着剤３を通過させないが、液
体は通過させるように構成されたもので、このような仕
切板２としては耐蝕性の金網、焼結板やプラスチック板
に小孔を設けたもの等が用いられる。

【００１１】被処理液槽４には被処理液が貯蔵され、被
処理液槽は配管５、下向流通液ポンプ６、配管７、三方
切替弁８、配管９を介して吸着塔１の塔頂部に接続され
ている。吸着塔１の底部には配管１０、三方切替弁１
１、配管１２、三方切替弁１３、配管１４を介して処理
液が貯蔵される処理液槽１５が接続されている。

【００１２】処理液の一部は三方切替弁１３を切替配管
１６を介して中間槽１７にも貯蔵される。さらに、中間
槽１７は配管１８、上向流ポンプ１９を経由して、配管
２０、三方切替弁１１、配管１０を介して吸着塔１の底
部に接続されている。また、吸着塔１の頂部からの流出
液を回収するために配管９は、三方切替弁８、配管２１
を介して被処理液槽４に接続されている。

【００１３】本発明を実施するにあたっては複数のユニ
ット室で多段に構成された吸着塔が採用される。被処理
液は被処理液槽４から吸着塔１の頂部に送られ上部ユニ
ット室から下向流で通液され、吸着塔下部のユニット室
から流出する液を処理液として処理液槽１５に貯蔵す
る。

【００１４】また、処理液の一部は、中間槽１７にも貯
蔵される。吸着塔１のユニット室の段数及び充填層３を
形成する吸着剤量は使用する吸着剤の機械的強度及び吸
着能力によって決められる。すなわち、あらかじめ使用
する吸着剤に被処理液を通液して目的吸着成分の破過曲
線を作成し、これにもとずいて、吸着帯の長さを算出
し、吸着剤の全充填層高を決める。また、吸着剤自身の
機械的強度及び吸着帯の長さを考慮して、各ユニット室
に充填する吸着剤の充填層高を決める。

【００１５】さらに、使用する吸着剤の逆洗展開率を処
理液を使って求めておく。以上の測定値及び算出値、並
びに被処理液量から各ユニット室の高さ、塔の内径、段
数及び充填吸着剤量を決定する。ユニット室の段数は多
過ぎると吸着剤の充填作業が煩雑になり、また吸着塔の
製作コストも上昇する事から、通常は２０段以下好まし
くは１０段以下で採用される。

【００１６】中間槽１７に貯蔵された処理液は必要に応
じ上向流に通液させる事によって、吸着剤充填層を流動
化させ圧密化を防止するために用いられる。被処理液の
下向流通液工程から処理液の上向流通液工程への切替え
は、充填層の圧密化現象が生起する以前に行うことが好
ましく、そのためには、所定の時間を設定してタイマー
等を設けることにより行うか、吸着塔１の頂部に圧力セ
ンサーを設置し、吸着塔１内の圧力が所定の値に達した
時に行う等の方法を採用することが出来る。

【００１７】処理液の上向流通液の流速は、吸着剤充填
層を流動させるのに十分な速度が必要で、通常２５〜１
５０％好ましくは５０〜１００％展開する程度が良い。
通液時間については長くなると処理液の収率が低下する
ため２〜５分間程度が良い。本発明方法に使用される吸
着剤としては種々のものが使用され、一般に市販されて
いる製品から適宜選ぶことが出来る。

【００１８】代表的な吸着剤としては、セファデックス
Ｇ（ファルマシア社製）などのデキストラン系基体及び
それらの基体にイオン交換基等の官能基を導入したＤＥ
ＡＥセファデックス、ＱＡＥセファデックス、ＣＭセフ
ァデックス、ＳＰセファデックス（以上ファルマシア社
製）等の各誘導体、セファローズ（ファルマシア社
製）、バイオゲルＡ（バイオラッド社製）等のアガロー
ス系基体及びそれらの基体にイオン交換基等の官能基を
導入したＤＥＡＥセファローズＣＬ−６Ｂ、ＣＭセファ
ローズＣＬ−６Ｂ（以上ファルマシァ社製）、ＣＭバイ
オゲルＡ、ＤＥＡＥバイオゲルＡ（以上バイオラッド社
製）等の各誘導体、セレックス（バイオラッド社製）、
セルロファィン（チッソ（株）製）、インディオン（フ
ェニックスケミカル社製）等のセルロース系基体、及び
それらの基体にイオン交換基等の官能基を導入したセレ
ックス各種イオン交換体（バイオラッド社製）、ＤＥＡ
Ｅセルロファィン、ＣＭセルロファィン（以上チッソ社
製）、インディオン各種イオン交換体（フェニックスケ
ミカル社製）ＤＥＡＥセファセル（ファルマシア社
製）、ワットマンイオン交換セルロース（ワットマン社
製）等の各誘導体、バイオゲルＰ等のアクリルアミド系
基体（バイオラッド社製）、セパビーズＦＰ−ＨＧ、セ
パピーズＸＧＰ−ＨＧ（以上三菱化成（株）製）、トヨ
パールＨＷ（東ソー（株）製）等の合成ビニルポリマー
系基体及びそられの基体にイオン交換基等の官能基を導
入したセパビーズＦＰ−ＤＡ、セパビーズＦＰ−ＨＡ、
セパビーズ ＦＰ−ＣＭ（以上三菱化成（株）製）、Ｄ
ＥＡＥトヨパール、ＣＭトヨパール、ＱＡＥトヨパー
ル、ＳＰ−トヨパール（以上東ソ−（株）製）等の各誘
導体があげられる。

【００１９】本発明方法によれば、被処理液を吸着剤充
填層に下向流で通液し、目的物を吸着分離するが、その
際充填層の圧密化が生起する前に、充填層を処理液を用
いて逆洗処理する工程を吸着分離工程の間の適当な時期
に間欠的に挿入することにより、被処理液の通液処理と
充填層の逆洗処理の工程をリサイクルし、長時間に亘り
定常条件で運転操作することが出来る。

【００２０】特に本発明方法は、機械的強度が比較的小
さい吸着剤を用いて吸着分離操作を行う場合に好適であ
り、蛋白質、核酸等の生理活性を有する種々の生体高分
子物質の吸着分離に使用されるデキストランやアガロー
ス系の天然高分子を基体とする吸着剤及びこられの基体
にイオン交換基を導入したイオン交換体も充分使用する
ことが出来る。

【００２１】

【実施例】次に、本発明方法を実施例を挙げて更に詳細
に説明するが、本発明はその要旨を越えない限りかかる
実施例によって限定されるものではない。

【００２２】

【実施例１】チーズ製造時に副生されるチーズホエーに
含有される蛋白質の一種β−ラクトグロブリン（以下β
−ＬＧと略記する。）を吸着分離するために、β−ＬＧ
２．８ｇ／ｌを含有するｐＨ約４．６のチーズホエーを
被処理液として吸着テストを実施した。まず、予備テス
トとして内径２２ｍｍ、高さ１００ｍｍのガラスカラム
を５本連結し、各カラムには吸着剤インディオンＳ−３
（フェニックス・ケミカル社製）を充填層高が各４０ｍ
ｍになるように充填した。次に上記被処理液を流速０．
５ｍ／Ｈｒで下向流で流液し、β−ＬＧの破過曲線を作
成して吸着帯の長さを求めたところ、約１６０ｍｍであ
った。

【００２３】また、インディオンＳ−３を充填したカラ
ムに流速０．５ｍ／Ｈｒの上向流で処理液としてのチー
ズホエーを通液したところ、展開率は約７５％であっ
た。これらの結果をもとに図１に示す様なフローを有す
る吸着装置を用いて本発明を適用したテストを行なっ
た。吸着塔には内径５０ｍｍのアクリル製カラムを使用
し、カラムに充填する吸着剤の全充填層高は予備テスト
から求めた吸着帯の長さをもとに次のように設定した。

【００２４】すなわち、吸着帯の長さ１６０ｍｍから吸
着剤の有効利用率が８０％程度になるように吸着剤の全
充填層高は４００ｍｍに設定した。一方、吸着塔の各ユ
ニット室に充填する吸着剤の充填層高は、使用する吸着
剤の機械的強度が比較的小さい事を考慮し、また吸着帯
長さの２分の１程度ならば、吸着効率の低下も最小限に
抑える事が可能であることから８０ｍｍに設定した。

【００２５】各ユニット室の高さについては、予備テス
トで求めた逆洗展開率を考慮し、２００ｍｍに設定し
た。従って、１塔の高さ２００ｍｍのフランジ付アクリ
ルカラム５本に目の粗さ４０μｍの金網目皿を仕切板と
して各充填層高を８０ｍｍとしてユニット室を構成し、
それらを５室積層させ吸着塔を構成させた。この吸着塔
に被処理液を通液流速０．５５ｍ／Ｈｒで５６分間下向
流通液を行なった後、処理液の一部を用いて通液流速
０．５５ｍ／Ｈｒで上向流通液を４分間行なった。この
操作を繰り返し実施することにより４７ｌ（全吸着剤量
７８５ｍｌに対し約６０倍量）の処理液を処理液槽に回
収した。

【００２６】その際の吸着塔の下向流通液時における圧
力損失の推移を図２に示したが、ほとんど変化はなくき
わめて安定したものであった（１）。一方処理液４３ｌ
目まではβ−ＬＧの吸着率９０％以上であり、吸着性能
に関しても充分満足いく結果が得られた。

【００２７】

【比較例１】実施例と同一の吸着塔、同一の被処理液を
使用し、上向流通液操作は行なわないで、下向流のみの
通液を行ない圧力損失の変化を調べた。なお、通液流速
については、実施例と同じ処理速度にするために、ＬＶ
０．４８ｍ／Ｈｒに設定した。結果は、図２に示すとお
り（２）であり、約２０ｌ目で通液不能となった。

【００２８】

【効果】本発明方法を採用することにより、カラム法の
吸着分離工程に於ける吸着剤充填層の圧密化が防止され
るので効率良く吸着分離操作を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を説明するためのフローシ
ートである。

【符号の説明】

１：吸着塔 ２：仕切板 ３：吸着剤 ４：被処理液槽 ５、７、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２
１：配管 ６：下向流通液ポンプ ８、１１、１３、：三方切替弁 １５：処理液槽 １７：中間液槽 １９：上向流通液ポンプ

【図２】実施例及び比較例の結果を示すもので、縦軸は
圧力損失（ｋｇ／ｃｍ²）、横軸は処理量（ｌ）を示
す。

【符号の説明】

１：実施例の結果 ２：比較例の結果

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑田 有 東京都東村山市栄町一丁目21番３号 明治 乳業株式会社中央研究所内 (72)発明者 大友 英生 東京都東村山市栄町一丁目21番３号 明治 乳業株式会社中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着塔内部に吸着剤は通過しないが、
   液体は通過する仕切板により上下方向に複数のユニット
   室を形成し、各ユニット室には吸着剤充填層が設けられ
   ている多段吸着塔に被処理液を通液し吸着分離する方法
   において、該ユニット室は充填層が流動するのに十分な
   空間を有し、被処理液を上段のユニット室より下向に通
   液して下段のユニット室より処理液を取得する工程及び
   処理液の一部を下段のユニット室下部より上向に通液し
   て吸着剤充填層を流動させる工程を含むことを特徴とす
   る吸着分離方法。