JPH0657142B2 - 菌体濃縮分離用モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、微生物または菌体等（以下、菌体という）を
濃縮分離するに際し好適に用いることができる菌体濃縮
分離用モジュールに関する。この菌体濃縮分離用モジュ
ールは食品工業分野、例えばワイン中の酵母の分離、食
酢中の酢酸菌の分離、乳酸菌培養時の濃縮、ビタミンＢ
_１２の醗酵生産の際の濾過培養等に利用することができ
る。

［従来の技術］ 近年、醗酵工業への高分子膜を利用しようとする試みが
なされている。そして、その利用態様としては、膜を微
生物反応に利用する他、醗酵生産物の分離、濃縮が挙げ
られる。

このような醗酵生産物の分離に関しては、従来、例えば
特開昭５２−８２７７９号公報に記載されている如き限
外濾過装置を用いて菌濃度を高めつつ連続培養を行なう
方法が知られている。

一方、多孔質中空糸としては、例えば、特公昭５６−５
２１２３号公報に記載されているような多孔質ポリプロ
プレン中空系及びその製造方法が知られている。この公
報には、ポリプロピレンよりなる中空糸膜（中空繊維）
であってその周壁部の厚さが４０μｍ未満であり且つ該
周壁部に互いにつながった多数の微小空孔が存在すると
ともに該微小空孔の半径の分布曲線が２００〜１２００
Åの範囲内に少なくとも１つの極大点を有することを特
徴とするものが記載され、この場合ガスの透過性に特徴
を有する中空糸膜を得ることが可能となったと記載され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、限外濾過装置を用いて菌体を濃縮分離す
る方法は、限外濾過膜の機械的強度が問題となり、膜の
損傷を発生しやすいこと、膜の耐熱性、耐薬品性が劣る
ため、膜の洗浄、殺菌、滅菌がしにくく微生物汚染が発
生しやすい等の欠点を有している。

一方、従来公知の中空糸膜（中空繊維）は、その周壁部
の空孔が極めて不均質であり、空孔形の分布が大きく、
例えば微生物または菌体の分離を行なうための菌体分離
膜としてみると選択的な分離能において大きな欠点を有
している。

ポリプロピレンのようなポリオレフィンを延伸フィブリ
ル化して多孔性とした場合、従来の方法では、形状及び
大きさが不均一で比較的太い曲りくねった網目を形成す
る部分と、この網目間に中空糸膜の長さ方向にほぼ平行
して走る、比較的細いフィブリル（以後、微小フィブリ
ルという）とによって孔が形成されている。

このように、公知の方法によって得られる空孔の形状や
大きさは、全く均一性に欠け、上述の比較的太い網目状
部分は閉鎖回路を形成し、換言すれば、この比較的太い
網目を形成する部分は、中空糸膜の長さ方向に対して、
あらゆる方向に向って走っており、前記微小フィブリル
の長さと略同じ次元の大きさで大小さまざまな連続した
閉鎖回路すなわち網目を形成している。

従って、前記微小フィブリルの長さも、場所によって様
々であり、換言すれば孔の大きさは分布の広いものとな
っており、このままでは、微生物反応装置等における菌
体の濃縮分離への使用に際し、選択的な分離能を達成す
ることはできない。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者らは多孔質ポリオレフィン中空糸膜の
孔形を一定にする方法について鋭意検討を続けた結果、
低温下、すなわち−６０℃以下、好ましくは−１５０℃
以下において延伸することによって極めて特異なフィブ
リル状態の多孔性中空糸膜を形成させることに成功し、
本発明に到達した。

すなわち、本発明によれば、ポリオレフィンの多孔性中
空糸膜であって、その周壁部は、該中空糸膜の長さ方向
に対し、略直角に走る比較的太いロッド群と、その各ロ
ッド間に該中空糸膜の長さ方向に走り且つ各ロッド間に
つながる微小フィブリル群とによって構成され、これら
のロッド群及び微小フィブリル群によって短冊状の微小
孔群を形成してなる多孔性中空糸膜を菌体の濃縮分離用
膜として用い、これを複数本集束し、該中空糸膜の両端
部を開口状態で高分子重合体隔壁に埋込み、該隔壁によ
り前記中空糸膜の両端部をハウジングに液密に封止して
なることを特徴とする菌体濃縮分離用モジュール、が提
供される。

本発明における好ましい態様は、前記ロッド群が中空糸
膜の長さ方向に略直角に走り、各ロッド群の間に形成さ
れる微小フィブリルの平均長（）の３倍以上の長さで
前記ロッドは閉鎖回路を形成し（第１図、第２図及び第
３図参照）、好ましくは前記微小フィブリルの平均長
（）の５倍以上、更に好ましくは１０倍以上の長さで
閉鎖回路を形成することを特徴としている。ここで微小
フィブリルの平均長（）は任意の前記ロッド上の任意
の１点をとり、その周辺の任意の微小フィブリル２０本
の長さの平均で表わすものとする。

本発明においては種々の成形条件を綿密に検討して、比
較的太いロッド状の部分を中空糸膜の長さ方向に対し
て、略直角方向のみに形成させ、換言すればこの比較的
太いロッド状のものが、中空糸膜の長さ方向に形成する
ことのない特殊な中空糸膜を作製したものである。

このように形成させることによって同一面積当りの孔数
を２０〜３０％増大させ得る上、強度が保たれ、空隙率
の大幅向上を可能にすることができ、従って菌体の分離
を選択的に行なうことができるようになったのである。

又、本発明のモジュールに用いる中空糸膜として好まし
い態様は、膜厚が５０〜１５０μｍ、特に５０〜１００
μｍ、内径が２５０〜１０００μｍ、特に２７０〜４０
０μｍで、バブルポイント法で孔径を測定したとき、孔
径が０．２〜１．０μｍ、特に０．２〜０．５μｍの範
囲内のものである。

このような物性の中空糸膜を菌体濃縮分離用モジュール
に用いれば、微生物あるいは菌体の選択的な濃縮分離を
効率的に行なうことができ、しかもポリオレフィンのう
ち、ポリプロプレンを用いた場合には耐熱性に優れてい
るため高温高圧下での蒸気滅菌が可能となり、微生物反
応装置において常に問題点と指摘される膜の消毒、殺菌
処理を高温下に容易に行なえ、微生物汚染を防止するこ
とができる。

本発明のモジュールに用いる中空糸膜において、好まし
くは、前記ロッド上の任意の１点を起点として微小フィ
ブリルの平均長（）（前記起点を中心に周辺の任意の
微小フィブリル２０本の平均長で表わす）の３倍以上の
長さで前記ロッドは閉鎖回路を形成するものである。こ
れは換言すれば上記の範囲に亘って微小フィブリルの長
さは略一定であることを意味する。

尚、本発明で言う「ロッド」は、中空糸膜の外壁面にお
いて呈される形態（第１図及び第２図参照）を意味して
おり、特に「棒状」を意味するものではなく、中空糸膜
の横断面においては、第３図（第３図は、中空糸膜の一
部をその切断面と共に示す電子顕微鏡写真で、詳しく
は、同図に示される中空糸膜の上方部は中空糸膜の横断
面を示し、同図に示される中空糸膜の下半部の右方部は
中空糸膜の縦断面を示し、同図に示される中空糸膜の下
半部の左方部は中空糸膜の内壁面を示す）に示される中
空糸膜の上方部に示される如き形態をしている。従っ
て、本発明でいう「ロッドの太さ」も中空糸膜の外壁面
において呈される「太さ」（厚み）を意味する。前記
「ロッド」は、第３図から明らかなように、中空糸膜の
内壁面及び縦断面においても外壁面におけると同様な形
態を呈する。

又、微小フィブリル（微網フィブリル）の密度は、本発
明の中空糸膜周壁の外面又は内面においてロッド上の任
意の一点を起点としてロッド上にフィブリルの平均長
（）の巾をとるとそのロッド上のｄの範囲内の微小フ
ィブリルは３本以上３０本以内で存在するようにすると
好ましい。

第３図に示すように、多孔性中空糸膜の周壁を構成する
壁部は略平行状に走るロッド間に見事な微小フィブリル
が走っている。即ち、第３図ではロッドは微小フィブリ
ルの平均長（）に対して５０ｄ以上にわたって閉鎖回
路を形成していない。これは空隙率が飛躍的に向上して
いることを示し、換言すれば同一膜面積の性能が飛躍的
に向上することを示している。

このような多孔性中空糸膜は、上記したような低温下に
おいて公知の延伸手段を用いることにより製造すること
ができる。

また、上記した多孔性中空糸膜を菌体の濃縮分離用膜と
して用いる本発明の菌体濃縮分離用モジュールは、多孔
性中空糸膜を複数本集束し、この中空糸膜の両端部を開
口状態で高分子重合体（いわゆるポッティング材）隔壁
に埋込み、隔壁により多孔性中空糸膜の両端部をハウジ
ングに液密に封止して構成される。なお、隔壁を構成す
るポッティング材としては、ポリウレタン樹脂等が一般
に用いられる。

本発明における多孔性中空糸膜を製造するに当って用い
られるポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１のような結晶
性ポリオレフィンが用いられ、殊にポリエチレン、ポリ
プロピレンが好適に用いられる。また、特に耐熱性を要
する場合にはポリプロピレンが好ましい。

次に、本発明のモジュールを用いて菌体を濃縮分離する
場合の一例を第４図に示す概略フローに基いて説明す
る。

培養槽１０において、所定の培地を入れ、所定の菌体を
接種するとともに通気あるいは通気せずに培養を行な
う。培養槽１０で生成した培養液は次いで、本発明の菌
体濃縮分離用モジュール１１又は該モジュールを備えた
菌体濃縮分離器１１にてアルコール等の生成物と濃縮さ
れた菌体に分けられ、該濃縮菌体はガス交換器１２に導
入される。ガス交換器１２においては、例えば酵母など
の好気性菌体に対し酸素を補給すること等の作用が行な
われ、該菌体は培養槽１０に戻される。

尚、バブルポイント法による孔径の測定方法について次
に説明する。

バブルポイント法は、A.S.T.M.(American Standard Tes
t Method)に記載され、細孔性材料（この場合、中空糸
膜）の最大孔径を求めるものである。

すなわち、溶媒に濡らした中空糸膜の中空糸内側に空気
による圧力を徐々にかけてゆき、中空糸の外側に気泡が
最初に出てくるときの圧力から、下記式により最大孔径
を求めるものである。

ｒ＝２σ／ｐ ここで、ｒは最大孔径の半径（cm）、ｐは圧力（dyne/c
m）、σは表面張力（dyne/cm）である。

尚、本発明でいう孔径とは、最大孔径ではなく、一斉に
気泡が出る圧力より孔径を求めたものである。

［実施例］ 以下、本発明を実施例に基き更に詳細に説明するが、本
発明がこれら実施例に限られないことは明らかであろ
う。

（実施例１） ポリプロピレン（商品名：ＵＢＥ−ＰＰ−Ｊ１０９Ｇ
宇部興産（株）製、ＭＦＩ＝９ｇ／１０分）を直径３０
mmの円形スリットノズルを用いて、常法によって溶融、
紡糸し、巻取速度１１６ｍ／分で中空糸膜を紡糸した。

この中空糸膜を、１６０℃で５分間、熱処理した後、−
１９６℃の低温浴（液体窒素）中に導き、１５％延伸
し、これを引き続いて温度１５０℃で４５秒間処理して
熱固定を行い、更に１３５℃の加熱媒体中で３００％の
延伸を行いフィブリル化を行った後、同じ温度で８０％
収縮（３００％％延伸する前のものを基準として）させ
て熱処理を行った。

得られた中空糸膜の外壁面の電子顕微鏡写真を第１図に
示す。

この中空糸膜は、内径が３２０μｍ、膜厚が５５μｍ、
孔径が０．２５μｍ（バブルポイント法による測定）で
あり、この中空糸膜を用いて膜面積１．４m²の菌体濃縮
分離用モジュールを作製し、その分離性能試験を行なっ
た。

第４図の培養槽１０において、ミネラルとメタノール資
化性細菌からなる培地（pH７．０）を１２０℃で１５分
間殺菌した後冷却し、これに無菌メタノールを０．２容
積％添加して培地を調製した。この培地をpH７にアンモ
ニアで調整しつつ、３６℃で通気攪拌培養を行った。

平均滞留時間５時間の連続培養を行ない、菌濃度２０．
５ｇ／の培養液が調製された。

この培養液を菌体濃縮分離用モジュール１１に通し、濃
縮培養液と透過液に分離した。

濃縮培養液の菌濃度は６１．５ｇ／であった。

これは３．０倍の濃縮度である。

このようにして濃縮培養液を連続的に採集し、透過液は
培養槽１０に循環した。以上のようにして菌体濃縮分離
用モジュール１１により濃縮すると、最終的に１８０．
５ｇ／の菌濃度の濃縮液が取得された。これは８．８
０倍の濃縮度であった。かくして得た濃縮液を乾燥して
第１表に示した品質の菌体含有組成物を、対メタノール
収率６０．５％で取得した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の菌体濃縮分離用モジュー
ルによれば、上記した特定の構造を有する多孔性中空糸
膜を用いているため、微生物反応装置等における菌体を
選択的に濃縮分離することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の菌体濃縮分離用モジュールに用いる
多孔性中空糸膜の外壁面の一部の繊維の形状を示す電子
顕微鏡写真、第２図は、多孔性中空糸膜の外壁面の一部
の繊維の形状を更に拡大して示す電子顕微鏡写真、第３
図は、多孔性中空糸膜の一部の繊維の形状をその切断面
と共に示す電子顕微鏡写真である。第４図は本発明のモ
ジュールを用いて菌体を濃縮分離する場合の一例を示す
概略フロー図である。 １０……培養槽、１１……菌体濃縮分離用モジュール／
菌体濃縮分離器、１２……ガス交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリオレフィンの多孔性中空糸膜であっ
   て、その周壁部は、該中空糸膜の長さ方向に対し、略直
   角に走る比較的太いロッド群と、その各ロッド間に該中
   空糸膜の長さ方向に走り且つ各ロッド間につながる微小
   フィブリル群とによって構成され、これらのロッド群及
   び微小フィブリル群によって短冊状の微小孔群を形成し
   てなる多孔性中空糸膜を菌体の濃縮分離用膜として用
   い、これを複数本集束し、該中空糸膜の両端部を開口状
   態で高分子重合体隔壁に埋込み、該隔壁により前記中空
   糸膜の両端部をハウジングに液密に封止してなることを
   特徴とする菌体濃縮分離用モジュール。