JPS62171672A - バイオリアクタ− - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、バイオリアクターに関する。さらに詳しく
は、酵素や微生物の特異的機能を応用して食品素材、医
薬品等の各種有機物質を簡便にかつ連続的に産生しうる
工業用のバイオリアクターに関する。

（ロ）従来の技術 酵素や微生物細胞、器官などの生体触媒を用いて各種食
品素材や医薬品を生産する方法として従来から主として
回分式のりアクタ−が使われてきたが、生体触媒の再利
用が困難、生産ラインが不連続で人手を要する、反応率
を高めるのに長時間を要するなどの難点があり、製品の
コスト高の原因となっていた。

かかる点に鑑み最近、カラーギナンゲルやアルギン酸カ
ルシウムゲルからなる酵素や細胞の固定保持層を用いこ
れに原料液を通過させる方式のバイオリアクターや、酸
素や細胞の培養槽に限外濾過膜を介して原料液槽を設け
た方式のバイオリアクターが提案されるに至っている。

前者のバイオリアクターはいわゆる流通型バイオリアク
ターであり、その具体例を第９図に示した。図において
、（９）は例えばラクターゼ等の酵素を固定化した担体
を示し、これらは液入口（８１）及び出口（８２）を備
えた容器（８）内に充填されている。そして牛乳などの
基質を通過させることにより、所望の物質が産生され、
例えば低乳糖化牛乳などが得られる。

一方、後者のバイオリアクターはいわゆる脱型バイオリ
アクターであり、この具体例を第１０図に示した。図に
おいて、（１３１は容器（１０）と限外濾過膜等の多孔
質膜（３）によって設定される微生物ａυの培養槽を示
し、（１４）は原料液の導入槽を示し、色は撹拌機をボ
す。この場合、原料液中の原料物質（５１）はＩＩ（３
１を透過して微生物０υの代謝を受け、これにより生じ
た目的の生成物（５２）は再び膜（３）を透過して原料
液の導入槽□□□）側に拡散し、回収される。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のごとき従来のバイオリアクターのう
ち、脱型バイオリアクターにおいては、物質の移動が膜
を介しての自由拡散にのみ依存するため生体触媒が生成
物と接触している時間が長く、それにより例えば生成物
質が酸性物質の場合には生体触媒の周辺の−が大きく変
化して至適条件を保てなくなるという問題点があった。

一方、流通型バイオリアクターにおいては、時間と共に
酵素や微生物が固定保持層から溶出して活性が低下し易
く、さらにリアクター内に雑菌が入り込んで活性を阻害
し易いという問題点があった。

この発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、
酵素や微生物の活性低下を可能な限り抑制できかつ効率
良く目的の物質を産生じつるバイオリアクターを提供し
ようとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用かくしてこ
の発明によれば、酵素または細胞、器官などの生体触媒
の保持層を備え、この保持層に原料液を通過させること
により所定の有機物質を産生しつるよう流路構成されて
なり、上記保持層として生体触媒を含浸した多孔性担体
膜を用いかつ原料液が通過する該保持層の両面に、該原
料液を透過するが保持層中の生体触媒を透過しない多孔
質膜を設けたことを特徴とするバイオリアクターが提供
される。

この発明の最も特徴とする点は、保持層の両面に特定の
多孔質膜を形成させ、この状態で該保持層を流通型バイ
オリアクターとして流路構成した点にある。これにより
、保持された酵素や微生物等の生体触媒の保持層からの
漏出が防止され、かつ保持層内への雑菌の持ち込みが防
止される。従って、従来のごとき脱型バイオリアクター
に比して短時間でかつ従来の流通型バイオリアクターに
比して効率良く目的有機物質を産生させることができる
。

上記多孔質膜としては、少なくとも該原料液を透過する
が保持層中の酵素蛋白や微生物細胞を透過しない半透膜
的機能を備えたものが用いられる。

ここで、原料液を透過する、とは少なくとも変換を意図
する原料物質を充分に透過しうろことを意味する。かか
る多孔質膜は、保持層に固定する生体触媒の種類並びに
原料物質の種類にも依存するが、通常、孔径的０．００
１〜０．５．＠、　Ｎ素の場合好ましくは０．００１〜
０．０１．２９、微生物の場合好ましくは０．０２〜０
．５漕の孔を有するものが適している。またその材質と
しては、原料液を透過させる点から耐圧性を有するもの
が適している。これらの例としてはセルロースアセテー
ト、ポリスルボン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピ
レン、テフロン、フッ化ごニリデン等からなる膜が挙げ
られ、厚みとしては０．０１〜０．５ｍｍ好ましくは０
．０５〜０．１間に設定するのが適している。

この発明における保持層としては原料液を透過しうる多
孔性担体膜を用いるのが適しており、前記多孔質膜間の
内容積を一定に保つ観点から、平板状や膜状のものを用
いるのが適している。かかる多孔性担体膜としては漏紙
、不織布、多孔性のガラス・セラミック・金属・合成樹
脂などの粒子の焼結板等が挙げられ、増殖固定化菌体の
場合にはこれらのうち漏紙を用いるのが好ましい。厚み
は生成物による反応の阻害が起こる場合は２．３ｍｍ以
下のできる限り薄いものが良く、それ以外は任意に選ぶ
ことができ、具体的な構成や規模によって適宜決定され
る。

上記保持層に保持固定させる生体触媒や微生物の種類は
、原料液及び目的の生成物によって決定される。このよ
うなりアクタ−を用いることが効果的な生体触媒の反応
例のうち、原料液／酵素／生成物の組合せの例としては
、エステル／エステラーゼ／酸＋アルコール、プロピレ
ン／クロロパ−オキシダーゼ／エピクロルヒドリン＋苛
性カリ等が挙げられ、また原料液／微生物／産生有機物
質の組合せの例としては、グルコース／乳酸菌／Ｄ又は
Ｌ−乳酸、グルコース／糸状菌／クエン酸等が挙げられ
る。なお、グルコース→Ｌ−乳酸の変換を行なう際に用
いる乳酸菌としては、５ｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　　
＋ａｃｔｔｓ　（ストレプトコッカス・ラクテイス）や
Ｓ　ｔｒｅｐｔＯｃＯｃｃＵｓ　　ｆａｅｃａｌｉｓ　
（ストレプトコッカス・フェカリス）のようなｓ　ｔｒ
ｅｐｔＯｃＯｃｃＵｓ属を選択するのが反応効率の点で
好ましい。これらの保持は、通常、含浸により行なう。

液入口及び液出口を備えた所定の容器内に、上記保持層
を多孔質膜で挟持されるように設置することによりこの
発明のバイオリアクターが得られる。保持層と多孔質膜
との積層形態は、平板状であってもよく、スパイラル状
であってもよく、他の円筒状であってもよい。第１図に
平板状に積層したこの発明のバイオリアクター（１）を
示した。図において、バイオリアクター（１）は、液入
口（８１）及び液出口（８２）を備えた円筒状の容器（
８）内に、生体触媒や微生物を含浸保持した円板状の保
持層（′２Ｊを設け、その両面に多孔質膜（３）を積層
してなる。

なお、図中、（４）は保持層（２及び多孔質膜（３）を
支持するための金網等からなる支持材である。かかる構
成のバイオリアクターにおいて、液入口（８１）から導
入された原料液（５）は多孔質膜（３）を透過して保持
層（２）に導入され、そこで産生された目的の有機物質
を含む透過液■が多孔質膜（３）を透過して液出口（８
２）に到達することとなる。そして、かかる通過処理を
所定時間繰り返して行なうことにより、所望濃度の目的
有機物質含有液が得られることとなる。また、第２図及
び第３図は、スパイラル状に積層したこの発明のバイオ
リアクターの要部を示すものである。図において、（６
Ａ）及び（６Ｂ）はそれぞれ原料液及び透過液の流路を
設定するネット、（６１）は隔液フィルムをそれぞれ示
す。かかる構造のバイオリアクター（１Ａ）においては
、第２図においてネット（６Ａ）中で矢印の方向に流れ
る原料液が圧力差により第３図の矢印の方向に浸透通過
するが、この際所望の目的有機物質が産生されネット（
６Ｂ）の流路に濃縮されることとなる。また、第４図は
、他の円筒式のバイオリアクター（１Ｂ）を示すもので
、内部空隙部が原料液流路を構成し、外周部が透過液流
路を構成する。なお、（刀は保持用の外筒である。

（ホ）実施例 実施例１ 滅菌した２枚のポリプロピレン膜（孔径０．２ｘ０．０
２μ）に、厚さ０　、６　ｍｍの滅菌した漏紙に、乳酸
菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　　ｆａｅｃａｌｉｓ
）の培養液を含浸させたものを挾み、濾過器（有効径６
８ｍｍ）に装着して、栄養培地（２％グルコース、１．
０％酵母エキス、１．０％ポリペプトン、０．１％第一
リン酸カリウム、ＰＨ５，８）を５１！／時の流速で流
しながら３７℃で３日間培養し、菌体を充分成育させた
ものをリアクターとして用いた。こ咋に０．０５　Ｍリ
ン酸緩衝液（ｐＨ６，８５”）を含む１０％グルコース
溶液を、１５１Ｆ／時、あるいは９１！／時モ流し４３
℃で運転した時の乳酸生成量と反応液の−は第５図及び
第６図のようであった。

なお、図中、プロット○は乳酸を、プロット・は−をそ
れぞれ示す（以下同じ）。

実施例２ 実施例１で用いた固定化乳酸菌の模型バイオリアクター
を用い、５％グルコース、２％酵母エキス、２％ポリペ
プトン、０．４％第一リン酸カリウム、２．４％第ユニ
リン酸カリウムｐＨ７，０７）の基質溶液を３．８１１
１７時の流速で流し、３１℃で反応させたところ、生成
乳酸量と反応液のｐＨは第７図のようであった。

実施例３ 実施例１のリアクターを用い、５％グルコース、２％酵
母エキス、２％ポリペプトン、０．４％第一リン酸カリ
ウム、２．４％第ユニリン酸カリウムｐＨ７，０７）の
基質溶液を４．８ｘｌ／時で流し、４５℃で反応させた
ところ、第８図の乳酸生成量と反応液−の値が得られた
。

上記実施例２及び３のバイオリアクターの反応効率を各
プロットに対応して第１表に示した。

第１表 効率：乳酸濃度（ｍＭｆｆ７）Ｘ流速（ｈＺ／ｈｒ）÷
リアクターの容積（１り （注）濾液Ｎ００５は加圧後１６時間放置しておいた時
の濾液全体の平均を示す。

このように、反応効率は非常に高く、従来のバイオリア
クター（カラーギナンなどの高分子ゲルに生体触媒を固
定化し、このゲル粒子をカラムに充填した型のバイオリ
アクター）に比して、３倍以上の値が得られた。

（へ）発明の効果 この発明のバイオリアクターによれば、保持層が特定の
多孔質膜によって挾持されているため、保持された生体
触媒や微生物の保持層からの漏出や雑菌による汚染が防
止され、反応活性の低下を招くことなく効率良く目的有
機物質を産生ずることができる。さらに従来の模型バイ
オリアクターのごとき声の変動も生じ難く、それによる
反応効率の低下も防止されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のバイオリアクターの一実施例を示す
構成説明図、第２図は同じくこの発明の他の実施例を示
す構成説明図、第３図は第２図の部分断面図、第４図は
この発明の更に他の実施例を示す構成説明図、第５〜８
図はそれぞれこの発明のバイオリアクターの効果を示す
グラフ、第９図及び第１０図はそれぞれ従来例のバイオ
リアクターを示す構成説明図である。 （１）、（１Ａ）、（１Ｂ）・・・・・・バイオリアク
ター、（２）・・・・・・保持層、（３）・・・・・・
多孔質膜、（８）・・・・・・容器。 第１図 第４図 第５図　　　　　第６図 第７図 時間（ｈｒ） 第８図 日４　　　ル８　　（ｈｒ） 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酵素または細胞、器官などの生体触媒の保持層を備
   え、この保持層に原料液を通過させることにより所定の
   有機物質を産生しうるよう流路構成されてなり、上記保
   持層として生体触媒を含浸した多孔性担体膜を用いかつ
   原料液が通過する該保持層の両面に、該原料液を透過す
   るが保持層中の生体触媒を透過しない多孔質膜を設けた
   ことを特徴とするバイオリアクター。