JPS5889185A - 酵素活性を有する生物触媒の製造方法 - Google Patents

酵素活性を有する生物触媒の製造方法

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JPS5889185A
JPS5889185A JP57199862A JP19986282A JPS5889185A JP S5889185 A JPS5889185 A JP S5889185A JP 57199862 A JP57199862 A JP 57199862A JP 19986282 A JP19986282 A JP 19986282A JP S5889185 A JPS5889185 A JP S5889185A
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Nestle SA
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水性媒体に不溶で流動床式あるいは固定床式
反応槽の使用に特に適した酵素活性を有する主書触媒の
製造方法に関する。
工業的規模で酵素反応を実行することから、水性媒体に
不溶の生物触媒が登場した。この理由は。
#素は一度使用しただけで活性を失なってはいけないた
め、その結果Il素は不活性の支持体に結合すなわち「
同定化」することにより、処理丁べ會物質すなわち「基
質」から切部的に分離できるようにさせたからである。
WI素を支持体に結合さる方法がいくつか報告されてい
る。
一#木なセラiックス、ガラス、クリ力などのg*賞に
直接吸着させる。酵素の支持体への結合は非常に弱いの
で得られる生産物は不安定であるという短所がある。
−wI本は、ジアルデヒドなどの2官能性試県。
あるいはカルボシイイドなどの1官能性試薬により、合
成高分子(たとえば英I!il特Wf第1.357,3
17号@細書のアゼノエチルセルロース]あるいは天然
高分子(たとえば米国41軒第4.094.743号明
細書のキト−サン)などの有機支持体に化合的に結合し
ている。
合成支持体に固定化された酵素は食品における使用に必
要な性質を有していない。−万有横支持体は圧縮され易
く比較的低9!Ffのため工業的方法にはあま〕適して
いない、またこのために有機支持体は、大量処理用のf
ltwJ床式あるいは固定床式反応槽に使用することは
不可能ではないにしても困難である。
さらに#素と、変換されるべき物質すなわち基質を充分
接触させることが必要である。すなわち酵素は不活性支
持体組織の小孔中にあるのではな(、外表面に固定化さ
れていることが好ましい。
反応液が粘性を持っていたり、コロイドやm形物質すな
わち不純物、を含有している場合は、実際の応用に影響
する上記の問題や制限条件はさらに厳しくなる。これら
の問題は食品工業が現在直面しているものである。
本発明者は食品工“業での使用忙適し、上記のいかなる
問題も存在しない有効な酵素同定化方法を見出した。
本発明は硬(て蜜な無機質の粒子な中)−1νの層で被
覆し、被覆した粒子を2官lIl!性試県で安定化させ
、このように処理した支持体に#素を結合させることよ
〕成る。水性1111KK不溶でIf#に流動床式ある
いは固定床式反応槽の使用に適した酵素活性を有する生
物触媒の製造方法に関する。
使用すべき中心核の無機質は、好ましくはたとえばシリ
カゲルの微小孔粒子あるいはTiesやzrOsのよう
な金属酸化物あるいはセラぜツクスなどの、多孔性表面
を有する硬くて化学的に不活性な無機質より選ばれる0
粒子の径はふつう0.05から5am!で0.1カら0
.2511Jlが好ましい。
中心核は、キチンを高温でアルカリS液中で脱アセチル
化することにょ9得られる天然高分子であるキト−サン
で被覆される。キト−サシは硫酸以外の酸が存在する場
合を除くと水に不溶である。
キチンは無管椎動吻の保饅外皮(甲殻類動物の甲殻ある
いは昆虫の外皮)の主要万機成分であル。
これはまたある柚の低級植物(たとえは命ノコ)の骨格
−にも見られる。これは筒分子量(約200.000ン
でβ(1−4)結合に特徴づけられる1M−7セチルー
D−グルヲサイνの直線状高分子である。に−ア七チル
基の除去は国難であり、市販品の説アセチル化は決して
完全ではなくふつう50から85%である。キト−サン
という名前で知られているのはこれらの物質である。
無機質粒子の#!回を中トーサンでIl橿するための謳
1R#は、たとえば績酢鍍(10から80重量鳴、好ま
しくは6oから60重量優)のような酸の中に、1から
30 f/l (好ましくは4から 109/l)のキ
ト−サシを含有する水W11IILを準備することであ
る1次にこの溶液に、IJKつき10から500Fの固
形吻濃[Kなるまで、攪拌しながら無機質粒子を加える
0次に真空中で混合物のガスを抜き、浮遊液を数時間静
置し、デカシトしてから被覆粒子をr過により回収する
。このようにして回収した粒子上次に水洗し真空中で乾
燥する。このようにして得られた支持体は無機質支持体
とほとんど同じ密匿を持ち、たとえばシリカデルの場合
は0.55f/−であり、キト−サシ(0,24f//
d )よりも大きい。これはキト−サンのみと比較する
と、工業的応用という観点から明白な長所を有する。す
なわち これはダラム乾燥重量あた〕の酵素単位はふつう中トー
サンのみの場合と同様の活性を有している。これは中)
−1ンの活性部位は粒子の表面全体に分布しているため
充分に利用されるという事実により説明できる。lff
が高いために同じ重量あるいは同じ活性あたりに占める
カラム中の容積はキト−サンだけの場合より小さい。
中心核の無機質がこの触媒をより固くしているためキト
−サシよりも圧縮されにくい。
この触媒は、工業的応用に適合する流動床に使用するの
に適している。流動化処理中。
基質は大量見場で変換される。生物学的流体(たとえは
乳汁やホエイなど)あるいは浮遊コロイドを含む流体の
処理では、固定床置の処理に比ベカラムの詰まる危険性
がずっと少なくなる。キト−サシを流動化する試みもな
されているがうま(いっていない。凝集がおきてキト−
サンに接しないで流れる液も出てくる。同定床にキト−
サンを使用することも問題がある。−トーサンは低密度
のため、処理量゛が増加すると浮いてきてカラムの出口
に集まるようになり晶い、内圧が増加し反応工程に負担
がかρ・つてくる結果、処理量が減少しカラムが詰まっ
てくる。流動化のもうひとつの長所は、触媒粒子は基質
中でたえず攪拌されている状態にあるということである
。このため分散の問題は小さくな9酵素活性は最大にな
る。
キト−サンよりも取り扱いがはるかに容品である。
キト−サンで被覆した粒子は、好ましくは線状のりアル
デヒドより選んだ2富能性試薬で安定化される。2富能
性試薬にはたと見はマロンアルデヒド、コハク酸アルデ
ヒド、ゲルメールアルデヒド、およびアジピン酸アルデ
ヒドなどがある。ゲルメールアルデヒドが市販品として
入手し易いという点から好んで使用される。この操作の
目的は。
中トーサンを中心核無機質に結合されるために。
および中心核無機質がはがれて来るのを紡ぐために、中
トーサンを「安定化」しおよび/あるいは中トーサン層
のまわ〕に高分子網を形成することである。
酵素がゲルメールアルデヒドによって影響を受けない時
、すなわちグルタールアルデとドが存在しても触媒活性
を失わない場合に用いられる方法の最初の実施m様とし
て、25ム嫌優までの一度のダルタールアルデヒドの水
溶液の中へ支持体を導入する。ゲルメールアルデヒドに
よって影響を受けない酵素には、活性部位にチオール基
を持たないものがある。この見通は好ましくは冨温にお
いて、好ましくは緩衝液中でPH2131ら8の範囲で
実施する。見場時間はゲルタールアルデヒドの濃直に依
存するが、ふつう31分から数時間である。
全反応物は好ましくは空気のないところ、たとえは真空
中で反応させ、過剰のゲルタールアルデヒドは水洗によ
り除去する。濃度と反応時間は、支持体の表面がそこに
化学的に結合したアルデヒド基に覆われるようになるべ
きものであり、たとえば支持体がシリカデルの場合は同
定されたグルタールアルデヒVは支持体重量のO,S1
J・ら5憾を占める。
たとえばリジン結合の有する遊離のアぜノ基のように、
安定化された支持体の遊離のアイノ基と反応することが
できる富簡基を有する#素の水浴液t−ra性化された
支持体とし・イ接触させて、−素を結合させる。酵素溶
液の−はたとえば適尚な緩衝液を用いて、使用する酵素
の安定域に維持しな次に結合しな、かった酵素は緩衝液
で洗浄して除去する。流動床置で触媒を使用する時く好
ましい。
特別安定な触媒を得るために、・丁でに#素の結合した
支持体を好ましくはゲルタールアルデヒドのような2富
能性試薬のたとえば25重量暢までの濃度の水溶液でさ
らに処理してもよい、この追加処理は触媒を架橋させ、
またWII素と支持体間の結合を強化する効果がある。
この方法の2番目の実施態様は、たとえば酸化剤により
影響を受けるチオール基を含有する#母のラクターゼの
ように、ゲルタールアルデヒドの存在下で触媒活性を失
なう酵素の場合に行なう。
前記のようにキト−サンで被覆し架橋された支持体は、
0.01から1重量暢のゲルメールアルデヒドを含有す
る溶液中へ添加し、その遊離のアルデヒド基にグリシン
、アスパyインあるいはリジンのようなアイノ基を含む
化合物を反応させるρ・。
あるいはその遊離のアルデヒド基なたとえば水素化ホウ
素ナトリウムで還元させることにょすJIIJ1場する
。アルデヒド基な不活性化してから、あらかじめたとえ
ば反応溶液中の#に度が20から50q/−のガラクト
ノ−r−ラクトンまたはグルコノ−r−ラクトンのよう
な競合的阻害化合物で活性部位を保−しておいたたとえ
ば酵母ラクターゼのような**V支持体に接触させる。
この保−性の糖は酵素の支持体への吸着に影響を与えず
、過剰のラクトースにより分離させられる。この処理は
適幽な緩衝液中でふつうは低温(たとえば2から10℃
の範囲)で60分間から24時間行なわれ、過剰の#素
は緩衝液により洗浄そしてつぎに水洗により除去される
酵素の安定性を増大させるために、たとえばカルボシイ
イドあるいはウッドワード試薬、 3−(2−工fk−
5−イy++f口)−ベンゼンスルフォネートのような
、#素のカルボキシル基を活性化しキト−サンの遊離の
アゼノ基と反応させることのできるカップリング剤によ
り1wI素はキト−サンに化学的に結合していることが
好ましい0反応は1−D・ら48時間にわたって2ρ1
ら25℃の温度で−を4から6.5に維持して反応11
11[1−あたり10から50MIQカルポゾイゼドを
用いて行な−う。反応終了後直ちに過剰の試薬と1反応
によ)生成する尿素を、適尚な緩衝[Kよる洗いと次に
水洗によ〕除去する。もうひとつの方法としては。
段階的に反応させるかわりに支持体、阻瞥化合物。
*Sそしてカルざシイイドを一回で同時に接触させても
よい・ 本発明の方法により得られる化合物は、対応する遊−の
酵素の活性に近い酵素活性を有している。
これは従来の結合方法ではめったに保持できない性質で
ある。さらにこの化合物は数か月間安定で。
対応する遊m*素よりも高い不活性止置IILを有して
いる。
前記したように本発明の方法により得られる生産物は、
対応する遊離酵素のかわりに固定床(カラム)鑞あるい
は好ましくは流動床置で#素反応に使用できる。キト−
ナノは天然有機物のため食品型巣において使用しても問
題は起きないはずである。
本発明による方法′t′以下のガにおいてiil!明す
る。
ここで時に指示がなげれば菫やパーセントは重量で示し
である。
例1 支持体へのキト−サンの結合 中トーサン8Pt−濃WP酸300−と水40〇−に溶
か丁。混合液t−40℃で1時゛間攪拌し1次に布のr
紙(106μm) t−用いて溶解していない残渣を除
去する。キトーサシ浴敵をデシケータ中に入れ、シリカ
ゲル(粒子径ap 100−125 pma孔体積1.
2sd/Ps比表面積320m”/P)120yを加え
静かに攪拌する(少し泡が出る)。泡が消えるまで、生
成し−た浮遊tを真空中に放置する。
混合液を一晩放置してから、液体をデカントしキト−サ
ンでl141したシリカゲルを1過により回収する。シ
リカゾルを水で靜ρ・に洗ってρ・ら、支持体を真空下
で70℃の炉で一晩乾燥させる。
安定化した固定化支持体の111m 上記支持体(キト−サン被覆シリカ?k)120tを、
25sゲルタ一ルアルデヒド2QOsgt’含有する水
−液1600−のはいったデシケータ−中に加える。浮
遊液を静かに攪拌し次に真空中に置く。ガスを除去した
後浮遊筺t2時間大気圧中に静置し、その間定期的に静
かに攪拌する。このようにして支持体は活性化されるが
、これは色が白から黄橙色にかわるという色の変化に現
われる・支持体は濾過によnm収し次に注意深く水洗す
る。
転化#素の安定化支持体への固定化 水100−に15qの転化rl#素(Maxlnver
t200eO00* G15t−Broaaae−社(
卑パl州)の製品)溶液を調製しQ、1MII(j浴液
で−を4に調整する。この#l[30−に、前記した方
法で調製した湿った活性化支持体5fit−混合する・
浮遊液tl−2時間静かに攪拌してから、濾過により触
媒を回収する。活性酵素の量は蔗糖に対する加水分解能
を測定して求める。最初の溶液60−は転化酵Xな−4
,5岬、結合後のPllLは0.48qおよび触媒は4
.021111を含む。固定化収率は89囁であり。
この操作中活性の損失は全く認められない。
12 転化酵素の再処理 filの方法で調製し、活性転化酵素16ηを含む湿っ
た触al115P’にゲルタールアルデヒドの1vI#
l′fIILで2時間静かに攪拌しながら処理し、濾過
によ〕触媒を回収する。洗浄後例1の方法で測定した触
媒活性は、活性転化酵素14qに対応し。
収率は87慢である。
類ラクターゼの     体への固定化911の方法に
従い活性化した湿った支持体282を、直径2.5 a
mおよび高さ20αのガラスカラムに添加する。カラム
は、a動可能なペリスタポンプとその内容物を磁気攪拌
子で攪拌する容器を備えた循環装置の一部な成丁。ポン
プの入90は容器に接続してお9、出口はカラムの底に
位置している。カラムの上部にある出口は溶液を容器に
もど丁。この装置にはP&(4の酸性水溶液12〇−が
はいっている。支持体がカラム中で最大15aaの高さ
になるまでボンデを調節する。 ムsp・rgiuun
ig@rのラクターゼ(フランスのRapiaas@社
・200.000単位/f)0.61!を、循matを
運転中の容器の中へ溶解し、支持体を2時間fILwj
Jfヒ状態に保つ0例1の方法により活*t−測定する
と。
濾過および触媒の水洗後、活性の72嘔は支持体上に存
在し2096はF液に存在する。
14 固定化菌類ラクターゼの再l&通 1PI16に従い1i1ii11!Lだ湿ったラクター
ゼ触媒10PK、5畳ゲルタールアルデヒドを含む水溶
液50−を混合し−を4に合わせる。混合液を定期的に
攪拌し、24間後f過によ〕触媒を回収する。
再処理前の(ラクトースの加水分解による)触媒の活性
は湿った触媒1Fあたりラクターゼ(フランスのRap
iaasa社、200.000単位/P)21ηに相当
し、再処理後は湿った触媒1Pあた919qに相当して
いゐ、これは活性が9016保持されていることに相当
する。
a5 rル1!i1に20−の酢酸ナトリウム緩衝液(0,5
m5pH6,0)に浮遊させる。次に、前もって1司じ
緩衝液で1:1に希釈しにゲルタールアルデヒド(25
悌水溶@)を5−加える。この活性fヒ処理は冨温(2
5℃)で静かに攪拌しなうtら60分間続は飛。このよ
うに活性化した後蒸留水で数回洗イ残存するゲルタール
アルデヒドを除去する。牛の結晶トリプシン(メルク)
50qk、塩fヒカルシウム(20mM)1に含むホウ
酸ナトリウム緩衝液(0,1M;pH8,0)20−に
溶解させる。矢にこのトリデシン溶液を先に調製したキ
トーサン被覆シリカrルに加える。混合物全体を4℃で
一晩静かに攪拌(ロータリーシェーカー)する。次に遠
心分離あるいは濾過により#素被覆支持体を浴液より分
離し、洗浄水の2’f3 Q nm (UV分元元1f
+わでの吸光度がゼロになるまで、a)塩fヒナトリウ
ム(0,15M)を含むホウ酸ナトリウム緩衝液(0,
11′X48.0 ) 、 b)ホウ酸ナトリウム緩衝
液(0,I M fpH8,o )およびC)蒸留水の
臘で数回洗う、(トリス−ヒトWeジメチルーアイツメ
タフ)−H(j緩衝液(50tnM s pH8,0ン
中1−濃度の塩酸N−α−ベンゾイル−L−アルイニン
ーニトロアニリド(L−BAlfム)を基質として25
℃で可溶性トリプシンの酵素活性t@l定する・酵素加
水分解により放出されるp−ニトロアニリンを405 
nmでVV分光光度針で定量する。1単位のトリプシン
活性(11U)は、ふつうの動作で1分間につき1マイ
クロモルのp−ニトロアニリνを放出させる酵素の量に
相当する。固定化トリプシンの活性は、 (”ll@t
hods in lnsymologyJ Ai。
344−345(1976)に記載のものと類似の断続
的測定装置を用い、攪拌床中で前記と同様の方法で定量
する。支持体く結合した酵素の量は。
FOlln−I+OW!’7法(J、 Biol、Oh
am、、 1ii626581951)で求めたたん日
量を基準にして、はじめに加えた酵素量と結合せずに残
っている酵素量の羅を計算することにLり間接的に求め
られる。
調製された1質は支持体1tあたり65.2岬のトリプ
シンを含有し、支持体1yあた672!it一単位(I
llr)の#嵩活性な有する。結合収率は63,7嘩に
なる。固定化トリゾシνの比活性は固定#累1キあたD
 2.04工Uとなり、−万可溶性酵素の比活性は2.
26 XU/キとなる。
l16 例1の方法に従いキト−サンで*[した支持体40Fを
リン酸カリウム緩衝液(’ 50 tM X 6.5 
)150mgK分散させる。1.5−のグルタールアル
デにド(25僑水i1 RI Fluka社、化学用)
ヲ加え、混合液な電電で60分静かに回転攪拌して反応
させる。次に1通(50μmメツシュの金属性の網)あ
るいは遠心分離#Cより支持体を溶液から分離し1次K
M留水で何度も洗う。支持体を再び上記の緩11[15
0−に浮遊させる。同体の水素化ホウ素ナトリウム50
0q′4を何回ρ1にわけて加見る0次にこのS液を同
様の動作で30分間反応させる。支持体をr過によ〕回
収し、蒸留水で洗い、遠心分離をし、そして次に例7と
例8(下記)に記載したように酵素の固定化に用いる。
L 中性酵母ラクターゼの吸着による固定化916の方法に
従い安定化させた支持体40 f/ t−。
0.1−の塩化!ンガンと0.02 %アジ化ナトリウ
ム′を含むりシ酸カリウム緩衝液(50d t pH6
,5)150mgK分散させる。D−ガラクトノ−r−
ラクトν(]Coah−Light xAab、社)を
最*員度が0.1舅になるように加える。公費であれば
溶液の−を6.5に調整するaRに酵母ラノI−ゼ(M
axilaotLX 5 Q Q Q 、 G15t−
Brooaae−社(ネパl州)の製品)溶液を6−加
え、その後酵素と支持体を含む溶液を16時間攪拌する
。濾過により支持体上W!I液より分離し1次にリン酸
カリウム緩衝液(50aMipH6,5)と0.1 t
M塩塩化フシガン50〇1塩化カリウム50tILM余
分に含む同じ緩衝液50口―、そして蒸留水(3X50
0mg)で願書に洗う、ラクターゼ活性を有する支持体
をはじめに述べた緩衝液(リン酸−マンがンーアジド)
に保存する・ 5WLMのO−二トロフエエルーβ−ガラクトピラノシ
ド(0NPG ) ffj*を基質として用い30℃で
UV吸光元度針で、町S性および固定化酵素の活性を一
定する。酵素により放出されるO−ニトロフェノールを
41−δnm (Fl 6.5でam ON’X” :
 1097「l儂−1)で定量する。上記の基質を用い
ガ5に記載した方法で、固定化酵素の活性を測定する。
ラクターゼ活性の1国際単位(工U)は、ここに示した
東件下で1分間当カ1マイクロモルの0−ニトロフェノ
ールの放出に相当する。固定化されたラクターゼは乾燥
支持体1Fあたり423工Uの活性を有する。
例8 例7の方法に1ttい吸着させた酵素は、さらにカルボ
シイイドで処理すればもつと強固に支持体に結合させる
ことができる。ラクターゼとその支持体をf17に記載
した条件で30分間接触させた畿。
−を6.5に維持して最初の2時間は電電で久の16時
間は4℃で、カルMシイくド(メトーp−メルイジシス
ルホシ酸の1−y/aヘキシル−5−(2−モルホリノ
エチルンーカルポジイイド](シグマケイカル社) 2
.5 f/を攪拌<−一タリーシェーカー)しながら少
量ずつ加える・次に例7と同じ方法で洗浄する。H5と
同じ方法で一定した支持体のラクターゼ活性は乾燥支持
体1tあたり285 xuとなる。
例9 −mom*+房 除たん白したホエイを50℃で1例4の方法で再処理し
た触媒を充填した例6のカラムに通してボンで上方へ上
げる。最初の、12時間で触媒m性の18嚢の低下が見
られる。この初期の活性低下ののち、1週間後の測定で
上記の処理条件下では触媒活性は安定であることがわか
った。
例10 例8の生物触媒浮遊液9o−を直径2.5−のカラムに
供給する。#木床の高さは18.3clLである。
滅菌(超高温)した脱脂乳を1時間180−の這藏でポ
ジ!でカラムのところまで上げる。この条件下でW/I
IA床は流動下され25.5cmの高さに達する。装置
の温度は6.2℃に保つ。ラクトースの加水分解度は9
2優に達する。275時間の連続運転(2,3日おきに
適当な洗剤で数時間洗浄することを除く)の後、触媒の
残存活性は初期の活性の851である。
代理人 浅 村   皓 外4名

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  硬くて密な無機質の粒子をΦトー!ンの層で
    被覆し、被−した粒子を2富乾性試粂で安定化させ、こ
    のように処理した支持体に#素を結合させることを特徴
    とする。水性媒体に不溶で*IICR動床式あるいは固
    足床式反応槽の使用に適した連索活性を有する生物触媒
    の製造方法。
  2. (2)2官能性試薬はゲルメールアルデヒドである。 特許請求の範8纂1項に記載の方法。
  3. (3)  無機質はシリカゲル、金属酸化物あるいはセ
    ラゼツクスの多孔性粒子であ、4.w軒請求の範囲11
    1項あるいは第2項に記載の方法。
  4. (4)  酵lはグルタールアルデにドによngest
    −受けず、キト−サンで被覆した支持体はゲルメールア
    ルデヒド処理により活性化され、遊離のアルデヒド基と
    wI累の持つ遊離アイノ基との閾の化学結合によIiI
    素が支持体に結合している。特許請求の範囲畠1項より
    第6項までのいずれカゝ1項に紀載の方法。
  5. (5)  酵素を結合させた後、支持体をグルタールア
    ルデにドで再処理して安定性を増大させる。4軒請求の
    範囲l14項に記載の方法。
  6. (6)  酵素がゲルタールアルデヒドに対して一影響
    を受け、ゲルタールアルデヒドで安定化させた触媒を還
    元剤で処理し、酵素を支持体に吸着させる。 特許請求の範囲!1項よシ第3項までのいずれか1項に
    記載の方法。
  7. (7)  m1元剤は水素化ホウ素ナトリウムである、
    特許請求の範囲II/L6項に記載の方法。
  8. (8)  吸着した酵素はカルボシイばドあるいはウッ
    ドワード試薬などのカップリング剤にょシ支持体に化学
    的に結合している。t#許請求の範囲gs項に記載の方
    法。
  9. (9)酵素の活性部位が競合阻害剤の添加により保−さ
    れている、特許請求の範囲第8項に紀載り方法・ (1111合阻害剤がグリコノーr−ラクトンあるいは
    ガラクトノ−1r−ラクトνである、特許請求の範囲[
    89項に記載の方法。 1υ 水性媒体に不溶の酵素−活性を有する生物触媒で
    、キト−サシの層で被覆され、2實能性試薬で安定化さ
    れその上#C@素の結合している。硬くて密な無機質の
    粒子より成る流動床式あるいは固定床式反応槽の使用に
    特に適した。WIII凧活性を有する生物触媒。
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