JPS62253370A - 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。ざらに詳しく
は、微生物、細胞又は酵素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１２Ｊ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バッチ式の醗酵法が行なわれ
ているが、Ｉ１１１時間が長い、酵素や微生物、細胞を
使い捨てにするため経費が高くつく上に排水のＢＯＤが
高い、生成物の精製工程が煩雑である等の欠点が多く、
コスト高となっていた。

この点に関し、酵素、微生物、細胞等を適当な担体に化
学結合や物理吸着をさせるか、またはカラーギナンやア
ルギン酸カルシウムなどのゲルに包括固定し、それらの
担体またはゲルの粒子を反応器中に充填または流動させ
て、原料基質液を通過させる方式のバイオリアクター（
担体充填層あるいは担体流動層型バイオリアクター）や
、これらの固定化酵素、微生物又は細胞の生成物液内へ
の流出を防ぐために、透析膜あるいはホローファイバー
の膜を介して固定した酵素や菌体層に膜を介して原料液
を送り、同じ膜を介して生成物をとり出す方式のバイオ
リアクター（膜帯バイオリアクター）が提案されるに至
っている。

（ハン発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記！！型バイオリアクターによる連続
生産において、膜を介しての基質の拡散と生成物の拡散
がリアクターの反応性を支配するため、高い反応効率を
得ることが困難であるという問題がある。一方原料基質
液を固定化酵素や固定化微生物またはｍ胞の層へ強制的
に供給し、膜を介した圧力差により生成物を含む液を膜
外に得る方式の脱型バイオリアクターの場合、反応初期
には高い反応効率を得ることができるが、長期間使用時
において酵素、微生物、細胞などが膜面で高密度のゲル
層となり、膜による圧力損失が増大して原料物質や生成
物を含む液の透過を用言し、甚しい場合には、目詰りを
起こしてバイオリアクターとしての機能を喪失さぜると
いう問題があった。

この発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであり
、長時間使用時においても膜面に酸素、微生物、細胞な
どの高密度のゲル層が生ぜず、また増殖菌体の場合に微
生物の増殖による悪影響を受けることなく目的の産生物
質を効率よく産生じう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、微生物、細胞、酵素等の保持層に原料
液を通過させることにより所定の有礪物質を産生しうる
よう構成されたバイオリアクターにおいて、 原料液の透過性を有するが保持層中の微生物、細胞又は
酵素を透過しない二枚の多孔質ｉ間に微生物、細胞の培
養液又は酵素液の保持層を設定し、かつ該保持層に培養
液又は酵素液の循環流路を付設し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、微生物や細胞の培ｒＩ
液又は酵素液の循Ｍ層をバイオリアクターの反応部に用
いた点にある。かがる反応部においては、培養液や酵素
液が循環されでいるため、微生物ヤＳ胞が著しく増殖し
てｂ該循環層を設定する多孔質膜の目詰りは生じず原料
物質や産生有機物質の透過性が長期間にわたって良好に
保たれることとなる。さらに反応部における酵素、微生
物、細胞等の密度を外部から容易に制御することができ
る。

この発明における多孔質膜としては、原料液を透過する
が保持層中の酵素、微生物又は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、保持層中の微生物等の種類並びに原料物
質の種類にも依存するが、通常、孔径０．０１〜０，５
．のものを用いるのが好ましい。ただし酵素の場合は０
．００１〜０．０１膚が好ましい。孔径がこの下限以下
の場合には、膜自体による圧力損失が増加するため好ま
しくない。これらの具体例としては酢酸セルロース、再
生セルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、テ
フロン、ポリアクリロニトリルなどの膜が挙げられ、厚
みとしては０．０１〜０．５　ｍｍが適しており、０．
０＋　〜０．１ｍｍが好ましい。

上記二枚の多孔質膜を、網状ヤ多孔賀状の支持体（例え
ば、パンチングボード、金属焼結多孔体、多孔質樹脂板
）に支持させて、液入口及び液出口を備えた容器内に対
向設置し、この多孔質膜間に微生物やＩＢ胞の培養液又
は酵素液を循環させることにより、この発明のバイオリ
アクターが構成される。循環させる培養液や酵素液の流
速は、多孔質膜及び循環液の層を通じて厚み方向に透過
する原料液や産生有機物質の透過性を阻害しない程度に
設定することが必要であり、例えば、原料液の多孔質膜
への液圧を０，５〜２ｋＯｆ／ａｍ”とした際には、同
じ程度の内圧がかがる゛ようにし、培養液の流速を０．
５〜１０ｍ　／ＳｅＧと設定するのが適当である。

用いる酵素、微生物又は細胞は、原料液及び目的の産生
有機物質によって決定される。これらの原料液／微生物
／産生有機物質の組合せとしては、グルコース／乳ａｙ
Ａ／Ｌ−乳酸、グルコース／プロピオン層間／プロごオ
ン酸、グルコース＋アンモニア／イノシン酸生産菌／イ
ノシン酸、グルコース士アンモニア／グルタミン酸生産
菌／グルタミン酸等が挙げられる。また、原料液／酵素
／産生有機物質の組合せとしては、乳糖／ガラクトシダ
ーゼ／グルコース又はガラクトース、乳糖／グルコース
イソメラーゼ／フラクトースなどが代表的である。

なお、バイオリアクターを構成する容器はオートクレー
ブによる滅菌が可能でかつ耐触性に優れた材質を選ぶの
が好ましく、ステンレス材こと、に５ＵＳ３０４．５Ｕ
Ｓ３１６．５ＵＳ３１６Ｌなどを選択するのが好ましい
。

（ホ）実施例 第１図における（１）は、この発明のバイオリアクター
の一例を示す構成説明図である。図においてバイオリア
クター（１１は、基質循環液入口（５１）及び出口（５
２）、培養循環液の入口（４４）及び出口（４５）を備
えたステンレス製上蓋（５）と、産生有機物質を含む透
過液（刀の出口（７１）　、（７２）をもつステンレス
製下！［［）ｌ、との間にバッキング材（８）（フタシ
Ｉ／：ｆムｔＪ、厚み０．５ｍｍ）、多孔質ｍｔ′２：
Ｊ（ポリプロピレン製メンブランフィルタ−１平均孔径
０，２膚、厚み０．１ｆｆＩｆｆ＋）、支持体Ｑ１）（
厚さ０．４薗ステンレス製ニードルパンチ板）、スペー
サー（９）（テフロン製、厚み０．８ｍｍ）、多孔質膜
の、支持体（２１’）、バッキング材（８）の順に装着
し、これら二枚の多孔質膜とスペーサーにより規定され
た間隙に微生物（３１１の培養循環液層（３）（保持層
）を設定してなる。そして、バイオリアクター（１）内
への植菌は、２つのコック（４２）および（４３）と培
養循環液用ポンプ（４１）を用いて種培養液（支）を培
養循環流路（４）内に導入することにより行う。

なお、図中（６）は原料基質液、（６１）は原料基質液
導入用ポンプ、（６２）は原料液抜き取り用コック、（
６３）は圧力計、（６４）は圧力調節用バルブ、（７３
）は透過ａａ路切り換えコック、（７４〉はパルプをそ
れぞれ示す。

かかるバイオリアクター（１）を下記条件で駆動した。

微生物：ストレプトコッカス・フェカリス種培養用培地
ニゲルコース（２％）、ポリペプトン（１％）、酵母エ
キス（１％）、 第１リン酸カリウム（０，１％）、第２リン酸カリウム
（３，５％）の水溶液 （＋１１４７．５） 原料基質液ニゲルコース（２％）、ポリペプトン（０，
１％）、酵母エキス（０，１％）、第１リン酸カリウム
（０，６８％）、第２リン酸カリウム（１，７％）の水
溶液（ｐＨ７，２） 原料基質液のバイオリアクター内への流ｉｌ：２、１ｋ
ｌＪ／　ａ１２で６ｉｆ／ｈｒ、、３．３ｋｇ／ａ１１
２で１２ｙ／／ｈｒ。

培養循環液の流黴：　　２５０ｚｆ　／　ｈｒ。

温度：３１°Ｃ 有効膜面積：５９Ｇ１２ なお、容器、配管及び原料液は予めオートクレーブにて
　１２０℃、１５分間の滅菌処理に付した後用いた。

この結果は、 ■変換効率（膜面積当りの乳酸生成能）ニア３ａ　／ｌ
ｘ　”　−ｈｒ。

■圧力変化や目詰り： 運転開始時の菌数８Ｘ　１０’個／〃で１ｋＯ／　ｏｎ
　”の時、透過液の流速はｉｏＱ／１２　・ｈｒ、　、
２８目以後の菌数は６×１０９個／Ｉで３．３ｋｌＪ／
　、、　２の時、透過液の流速は２（１／１１’　・ｈ
ｒ、であった。

これに対し、循環流路を設定しないほかは同様にして構
成した模型バイオリアクターでは、同条件で膜面積当り
の乳酸生成能は１１．３　（Ｊ／Ｉｌ’　・ｈｒ、であ
り、この発明のバイオリアクターが艮明間使用において
優れたものであることが判明した。

（へ）発明の効果 この発明のバイオリアクターにおいては、＠１物や細胞
の増殖及び酵素のゲル化等に基づく多孔質膜の透過性の
低下が防止される。従って艮明間にわたっＵｌｌれた反
応活性を奏するものである。

さらに培養液や酵素液の循環流路を備えているため、酵
素、微生物、細胞等の活性や増殖の外部からの制御も容
易である。

【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
す構成説明図である。 （１）・・・・・・バイオリアクター、（′２Ｊ・・・
・・・多孔質膜、（３）・・・・・・培養循環液層、　
　　（４）・・・・・・培養循環流、路。 手続補正間 昭和６１年１２月２４日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、微生物、細胞、酵素等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構成され
   たバイオリアクターにおいて、原料液の透過性を有する
   が保持層中の微生物、細胞又は酵素を透過しない二枚の
   多孔質膜間に微生物や細胞の培養液又は酵素液の保持層
   を設定し、かつ該保持層に培養液又は酵素液の循環流路
   を付設したことを特徴とするバイオリアクター。