JPH0724574B2 - バイオリアクタ用担体 - Google Patents
バイオリアクタ用担体Info
- Publication number
- JPH0724574B2 JPH0724574B2 JP1186640A JP18664089A JPH0724574B2 JP H0724574 B2 JPH0724574 B2 JP H0724574B2 JP 1186640 A JP1186640 A JP 1186640A JP 18664089 A JP18664089 A JP 18664089A JP H0724574 B2 JPH0724574 B2 JP H0724574B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carrier
- skeleton
- pores
- reactor
- biocatalyst
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はバイオリアクタ用担体に関する。
（従来の技術） 細胞あるいは細胞に含まれる酵素、その他細胞内物質、
菌体等（以下これらを総称して生体触媒という）を触媒
として予定の生成物を得る反応器としてのバイオリアク
タは、リアクタ槽内に生体触媒を付着させるための担体
が内装されるのが一般的である。
菌体等（以下これらを総称して生体触媒という）を触媒
として予定の生成物を得る反応器としてのバイオリアク
タは、リアクタ槽内に生体触媒を付着させるための担体
が内装されるのが一般的である。
従来のこの種リアクタに用いられる担体としては、
（１）アルギン酸カルウシム、カラギーナン等の包括法
担体、（２）セラミック、プラスチック、金属等からな
る多孔質ビーズ状担体、（３）焼成セラミック製または
プラスチック製のハニカム式貫通孔型担体などが知られ
ている。
（１）アルギン酸カルウシム、カラギーナン等の包括法
担体、（２）セラミック、プラスチック、金属等からな
る多孔質ビーズ状担体、（３）焼成セラミック製または
プラスチック製のハニカム式貫通孔型担体などが知られ
ている。
（発明が解決しようとする課題） しかして上記各担体においては、特に好気性あるいは気
体発生を伴なうリアクタに用いた場合、下記のような問
題点がある。
体発生を伴なうリアクタに用いた場合、下記のような問
題点がある。
すなわち前記（１）の包括法担体によるものでは、これ
が有機物であるため、特に長期運転の場合に安定性に難
があり、膨潤により劣化するという問題があるととも
に、担体自体が一般に球形であるから、リアクタ槽の容
積のπ/6を占めてしまい、したがって空間利用率が低
く、かつ積重なって充填されるためその重なり部分が狭
窄状態となって気体の流動性が悪くかつ生体触媒などに
よる目詰りを起こしやすいという欠点がある。さらに球
状内部が嫌気性の条件となりやすい点も問題がある。
が有機物であるため、特に長期運転の場合に安定性に難
があり、膨潤により劣化するという問題があるととも
に、担体自体が一般に球形であるから、リアクタ槽の容
積のπ/6を占めてしまい、したがって空間利用率が低
く、かつ積重なって充填されるためその重なり部分が狭
窄状態となって気体の流動性が悪くかつ生体触媒などに
よる目詰りを起こしやすいという欠点がある。さらに球
状内部が嫌気性の条件となりやすい点も問題がある。
また前記（２）の多孔質ビーズによるものでは、前記
（１）の場合と同様に積重ねによる狭窄部分が多くなる
欠点に併せ、多孔質ビーズの小泡内に気体や液が溜って
嫌気性条件となりやすく、かつ気体を保有するため比重
が小さくなってビーズが浮上する傾向を生じるという問
題がある。
（１）の場合と同様に積重ねによる狭窄部分が多くなる
欠点に併せ、多孔質ビーズの小泡内に気体や液が溜って
嫌気性条件となりやすく、かつ気体を保有するため比重
が小さくなってビーズが浮上する傾向を生じるという問
題がある。
さらに前記（３）の貫通孔型担体によると、その孔の内
面が平滑であるため散水方式の場合には液の滞溜が少な
く、かつ液の落下および気体の上昇がいずれも速くなる
ので生体触媒への接触時間がきわめて短く、生体触媒の
付着性に劣り、固定化率が低いという問題がある。また
貫流式の場合には、クロスフロー型と同様に生体触媒の
剥離が起きやすい欠点がある。
面が平滑であるため散水方式の場合には液の滞溜が少な
く、かつ液の落下および気体の上昇がいずれも速くなる
ので生体触媒への接触時間がきわめて短く、生体触媒の
付着性に劣り、固定化率が低いという問題がある。また
貫流式の場合には、クロスフロー型と同様に生体触媒の
剥離が起きやすい欠点がある。
本発明はこれに鑑み、上記従来技術の問題点を解決する
ことを課題としてなされたもので、生体触媒の自己の吸
引作用を利用してその付着性を高め、生体触媒の固定化
率の向上を図ることができるバイオリアクタ用担体を提
供することにある。
ことを課題としてなされたもので、生体触媒の自己の吸
引作用を利用してその付着性を高め、生体触媒の固定化
率の向上を図ることができるバイオリアクタ用担体を提
供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記従来技術が有する課題を解決するため、本発明は、
セラミックを素材として多数の孔部を形成する骨格部分
を備え、この骨格部分は、固体電解質で形成されるとと
もに、内部連通空間を有する三次元網目構造をなして数
多の細孔が互いに連通する構造であり、これら細孔を形
成する孔部形成骨格部分が鞍型面の連続により形成され
ていることを特徴とするものである。
セラミックを素材として多数の孔部を形成する骨格部分
を備え、この骨格部分は、固体電解質で形成されるとと
もに、内部連通空間を有する三次元網目構造をなして数
多の細孔が互いに連通する構造であり、これら細孔を形
成する孔部形成骨格部分が鞍型面の連続により形成され
ていることを特徴とするものである。
（作 用） 上記担体をリアクタ槽内に設置して使用すれば、この担
体の持つ細孔を通って流体が流れるとき生体触媒を有す
る個有の電荷（陽または陰イオン）により骨格部分の表
面に誘引されて吸着し、骨格部分の表面に着床して担体
に固定され、生体触媒の固定化率が向上する。
体の持つ細孔を通って流体が流れるとき生体触媒を有す
る個有の電荷（陽または陰イオン）により骨格部分の表
面に誘引されて吸着し、骨格部分の表面に着床して担体
に固定され、生体触媒の固定化率が向上する。
（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例を参照して説明する。
第１図および第２図に示す実施例におけるリアクタ用担
体１は、セラミックを素材として数多の細孔2,2…が互
いに連通するように連続的に形成された三次元網目構造
のもので、これら細孔2,2…を形成する骨格部分３の孔
部形成骨格部分3A,3A…はいずれの部位においても第３
図に第１図のA,B,C部を例として拡大示するように鞍型
面（Hyperbolic Paraboloid類似曲面）４を有してい
る。
体１は、セラミックを素材として数多の細孔2,2…が互
いに連通するように連続的に形成された三次元網目構造
のもので、これら細孔2,2…を形成する骨格部分３の孔
部形成骨格部分3A,3A…はいずれの部位においても第３
図に第１図のA,B,C部を例として拡大示するように鞍型
面（Hyperbolic Paraboloid類似曲面）４を有してい
る。
上記骨格部分３は、少くとも表面が電気的活性物質で構
成されている。具体的には、骨格部分３の全体を固体電
解質で形成する場合と、骨格部分３の表面を導電物質で
被覆する場合がある。固体電解質は培地中では高い電気
的負荷を持ち、多くの場合マイナスチャージとなる。
成されている。具体的には、骨格部分３の全体を固体電
解質で形成する場合と、骨格部分３の表面を導電物質で
被覆する場合がある。固体電解質は培地中では高い電気
的負荷を持ち、多くの場合マイナスチャージとなる。
固体電解質としては、βアルミナ質、βアルミナ−リチ
ア質、βアルミナ−マグネシア質、部分安定化ジルコニ
アなどが選択される。また導電物質としては、カーボン
含有ラテックス、および硼化チタン、２珪化モリブデ
ン、炭化タングステン等のｄ型金属の珪化物、硼化物、
炭化物、窒化物など、導電率103mho/cm以上、好ましく
は104mho/cm以上の材料が選択され、その被覆量は好ま
しくは0.1〜20重量％とされる。
ア質、βアルミナ−マグネシア質、部分安定化ジルコニ
アなどが選択される。また導電物質としては、カーボン
含有ラテックス、および硼化チタン、２珪化モリブデ
ン、炭化タングステン等のｄ型金属の珪化物、硼化物、
炭化物、窒化物など、導電率103mho/cm以上、好ましく
は104mho/cm以上の材料が選択され、その被覆量は好ま
しくは0.1〜20重量％とされる。
導電物質を被覆する場合の骨格部分３の基材としてのセ
ラミック素材としては、例えばコージェライト＋アルミ
ナ等適宜な材料を選択することができる。また細孔2,2
…は、取扱う生体触媒にもよるが、25mm当り２〜40個程
度存在し得る数および大きさとされ、空孔率が70〜90
％、嵩比重0.25〜0.6程度とされる。
ラミック素材としては、例えばコージェライト＋アルミ
ナ等適宜な材料を選択することができる。また細孔2,2
…は、取扱う生体触媒にもよるが、25mm当り２〜40個程
度存在し得る数および大きさとされ、空孔率が70〜90
％、嵩比重0.25〜0.6程度とされる。
上記担体１の成形に関しては、例えばセル膜が存在しな
い骨格のみからなるポリウレタンフォームにセラミック
原料微粒子泥漿を前記骨格に付着させ、これを乾燥して
セラミックを固化し、さらに高温によりセラミック体と
して焼結するとともにポリウレタンフォーム骨格を炭化
除去することにより得ることができる。こうして得たも
のを第１図に例示するようにリアクタ槽５の内部形状、
容積に対応する大きさに形成し、リアクタ槽５に装填し
て使用される。
い骨格のみからなるポリウレタンフォームにセラミック
原料微粒子泥漿を前記骨格に付着させ、これを乾燥して
セラミックを固化し、さらに高温によりセラミック体と
して焼結するとともにポリウレタンフォーム骨格を炭化
除去することにより得ることができる。こうして得たも
のを第１図に例示するようにリアクタ槽５の内部形状、
容積に対応する大きさに形成し、リアクタ槽５に装填し
て使用される。
第５図は上記担体１の具体的使用例を示すもので、リア
クタを食酢用として場合である。すなわちリアクタ槽５
の内部下方に多孔性の支持板７を固定支持し、この支持
板７の上面にリアクタ槽５の内径にほぼ一致する柱状の
担体１が支持される。
クタを食酢用として場合である。すなわちリアクタ槽５
の内部下方に多孔性の支持板７を固定支持し、この支持
板７の上面にリアクタ槽５の内径にほぼ一致する柱状の
担体１が支持される。
このリアクタ槽５の上部にはエタノール供給系８および
菌供給系９がリアクタ槽５内に連通するように接続さ
れ、リアクタ槽５の支持板７より下部にエアコンプレッ
サからの圧縮空気供給系10がフローメータ11、フィルタ
12を介して接続されている。またリアクタ槽５の下端に
は食酢取出系13が接続され、上端には回収系14がクーラ
ー15、フィルタ16を介して接続されている。
菌供給系９がリアクタ槽５内に連通するように接続さ
れ、リアクタ槽５の支持板７より下部にエアコンプレッ
サからの圧縮空気供給系10がフローメータ11、フィルタ
12を介して接続されている。またリアクタ槽５の下端に
は食酢取出系13が接続され、上端には回収系14がクーラ
ー15、フィルタ16を介して接続されている。
このリアクタは常法の食酢製造工程にしたがって運転さ
れるが、リアクタ槽５内に供給される菌体は担体１の細
孔2,2…を通って下方に移行する間にその孔部形成骨格
部分3A,3A…の表面に接触する一方、エタノールは細孔
2,2…を指向性なく流下し、その間に両者の接触が多く
出現して反応が良好に行なわれる。また上記流動時に、
担体１に狭窄部分や気孔部分が存在しないので、液溜
り、気溜りが生じず、好気性リアクタであっても支障な
く作用する。
れるが、リアクタ槽５内に供給される菌体は担体１の細
孔2,2…を通って下方に移行する間にその孔部形成骨格
部分3A,3A…の表面に接触する一方、エタノールは細孔
2,2…を指向性なく流下し、その間に両者の接触が多く
出現して反応が良好に行なわれる。また上記流動時に、
担体１に狭窄部分や気孔部分が存在しないので、液溜
り、気溜りが生じず、好気性リアクタであっても支障な
く作用する。
菌体の上記骨格部分３への接触時には、その取扱う菌体
の持つ個有の電荷が陽イオンであるときは骨格部分３を
陰イオンの電荷を有するものとすることにより、第４図
に示すように骨格部分３の表面に誘引されて吸着し、安
定よく着床する。したがって上記のように細孔2,2…を
通って流れる際にそれぞれの孔形成骨格部分3A,3A…に
接触するので、菌体の固定化率が飛躍的に向上し、担体
としての機能が著しく増大する。
の持つ個有の電荷が陽イオンであるときは骨格部分３を
陰イオンの電荷を有するものとすることにより、第４図
に示すように骨格部分３の表面に誘引されて吸着し、安
定よく着床する。したがって上記のように細孔2,2…を
通って流れる際にそれぞれの孔形成骨格部分3A,3A…に
接触するので、菌体の固定化率が飛躍的に向上し、担体
としての機能が著しく増大する。
つぎに試験結果について記す。
なお試験には、酵母によるアルコール生成用とし、固定
化率については予め調整した酵母懸濁液の吸光度を測定
しておき、担体１をリアクタ槽５内に装入して３時間振
盪させ、担体１に酵母菌を付着させたのち担体１を取り
除いて液の吸光度を測定し、吸光度の減少量により担体
１への付着量を評価する方法によった。また醗酵速度の
評価も併せて行なった。この評価は、担体１を直径50m
m、長さ100mmに形成してリアクタ槽に装入し、アルコー
ル醗酵を行ない、アルコール生成速度を測定した。な
お、吸光度と菌体の担体への固定量との相関関係が高い
ことは、例えば特開昭63−202384号公報等において周知
である。
化率については予め調整した酵母懸濁液の吸光度を測定
しておき、担体１をリアクタ槽５内に装入して３時間振
盪させ、担体１に酵母菌を付着させたのち担体１を取り
除いて液の吸光度を測定し、吸光度の減少量により担体
１への付着量を評価する方法によった。また醗酵速度の
評価も併せて行なった。この評価は、担体１を直径50m
m、長さ100mmに形成してリアクタ槽に装入し、アルコー
ル醗酵を行ない、アルコール生成速度を測定した。な
お、吸光度と菌体の担体への固定量との相関関係が高い
ことは、例えば特開昭63−202384号公報等において周知
である。
上記の評価方法によって骨格部分３を固体電解質で形成
した場合の固定化率および醗酵速度の試験結果は下表の
通りであった。
した場合の固定化率および醗酵速度の試験結果は下表の
通りであった。
上記試験結果からも明らかなように、本発明による担体
によれば、従来のセラミック担体に比し吸光度において
数倍、醗酵速度においても約３倍の数値を示し、これら
からみて担体１への菌体の固定化率および醗酵速度のい
ずれも格段の向上がみられた。
によれば、従来のセラミック担体に比し吸光度において
数倍、醗酵速度においても約３倍の数値を示し、これら
からみて担体１への菌体の固定化率および醗酵速度のい
ずれも格段の向上がみられた。
また導電物質を被覆した担体１による固定化率および醗
酵速度の試験結果は下表の通りであった。
酵速度の試験結果は下表の通りであった。
これによっても、前記の固体電解質により骨格部分３を
形成した場合と同様、吸光度において約7.5倍、醗酵速
度において約3.5倍の向上がみられる。
形成した場合と同様、吸光度において約7.5倍、醗酵速
度において約3.5倍の向上がみられる。
以上説明したように本発明によれば、担体の孔部を形成
する骨格部分の全体乃至は表面を電気的活性物質例えば
電解質、導電物質で形成したことにより、この担体をリ
アクタ内に装入して使用するとき生体触媒の有する個有
の電荷（イオン）による自己吸着性により骨格部分に吸
着固定されるので、生体触媒の付着性が高められ、固定
化率を著しく高めることができ、ケミカルリアクタを含
みバイオリアクタとしてその性能を格段に高めることが
できる。
する骨格部分の全体乃至は表面を電気的活性物質例えば
電解質、導電物質で形成したことにより、この担体をリ
アクタ内に装入して使用するとき生体触媒の有する個有
の電荷（イオン）による自己吸着性により骨格部分に吸
着固定されるので、生体触媒の付着性が高められ、固定
化率を著しく高めることができ、ケミカルリアクタを含
みバイオリアクタとしてその性能を格段に高めることが
できる。
第１図は本発明によるバイオリアクタク用担体を装入し
たリアクタの一例を示す縦断斜視図、第２図は第１図に
おける担体の一部の拡大斜視図、第３図は第２図の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）部の拡大斜視図、第４図は生体
触媒の吸着状況の拡大説明図、第５図は本発明を食酢製
造用に適用した場合の一例を示す構成図である。 １……担体、２……細孔、３……骨格部分、3A……孔部
形成骨格部分、４……鞍型面、５……リアクタ槽。
たリアクタの一例を示す縦断斜視図、第２図は第１図に
おける担体の一部の拡大斜視図、第３図は第２図の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）部の拡大斜視図、第４図は生体
触媒の吸着状況の拡大説明図、第５図は本発明を食酢製
造用に適用した場合の一例を示す構成図である。 １……担体、２……細孔、３……骨格部分、3A……孔部
形成骨格部分、４……鞍型面、５……リアクタ槽。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江原 隆 東京都渋谷区神宮前６丁目26番１号 麒麟 麦酒株式会社内 (72)発明者 成宮 恒昭 神奈川県横浜市保土ケ谷区法泉２丁目６番 ８号 (72)発明者 小高 文雄 神奈川県横浜市戸塚区柏尾町827番地 Ｂ Ｓアパート３―Ｂ―１ (56)参考文献 特開 昭60−256380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−282072（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−67176（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】セラミックを素材として多数の孔部を形成
する骨格部分を備え、この骨格部分は、固体電解質で形
成されるとともに、内部連通空間を有する三次元網目構
造をなして数多の細孔が互いに連通する構造であり、こ
れら細孔を形成する孔部形成骨格部分が鞍型面の連続に
より形成されていることを特徴とするバイオリアクタ用
担体。 - 【請求項２】空孔率が70〜90％であり、細孔数が25mm当
り２〜40個で嵩比重が0.25〜0.6である請求項１に記載
のバイオリアクタ用担体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186640A JPH0724574B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | バイオリアクタ用担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186640A JPH0724574B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | バイオリアクタ用担体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0349677A JPH0349677A (ja) | 1991-03-04 |
| JPH0724574B2 true JPH0724574B2 (ja) | 1995-03-22 |
Family
ID=16192127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1186640A Expired - Lifetime JPH0724574B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | バイオリアクタ用担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724574B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109516832A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-26 | 江南大学 | 一种基于丝状真菌的微生物导电陶瓷及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3410650A1 (de) * | 1984-03-23 | 1985-10-03 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Mit mikroorganismen bewachsene poroese anorganische traeger, verfahren zur immobilisierung von mikroorganismen und dafuer geeignete traegerkoerper |
| JPS61282072A (ja) * | 1985-06-07 | 1986-12-12 | Asahi Optical Co Ltd | 細胞培養基支持体、細胞培養装置および細胞培養方法 |
| JPS63119639A (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-24 | ライオン株式会社 | 胞子類及び有用微生物類の付着材 |
| JPS63196280A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 細胞培養用基材 |
| JPS6467176A (en) * | 1987-09-09 | 1989-03-13 | Gifu Prefecture | Method for reaction using microorganism immobilized on ceramics and reactor therefor |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP1186640A patent/JPH0724574B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109516832A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-26 | 江南大学 | 一种基于丝状真菌的微生物导电陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN109516832B (zh) * | 2018-12-21 | 2021-05-04 | 江南大学 | 一种基于丝状真菌的微生物导电陶瓷及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0349677A (ja) | 1991-03-04 |
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