JPS6239998B2 - - Google Patents

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JPS6239998B2
JPS6239998B2 JP17695884A JP17695884A JPS6239998B2 JP S6239998 B2 JPS6239998 B2 JP S6239998B2 JP 17695884 A JP17695884 A JP 17695884A JP 17695884 A JP17695884 A JP 17695884A JP S6239998 B2 JPS6239998 B2 JP S6239998B2
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JP
Japan
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enzyme
activity
immobilized
enzymes
polymer
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JP17695884A
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Japanese (ja)
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JPS6156076A (en
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Shigeru Kajiwara
Hidekatsu Maeda
Akio Sato
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、固定化酵素及びその製造方法に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to an immobilized enzyme and a method for producing the same.

〔従来技術〕[Prior art]

各種の酵素反応を行う場合、その触媒として用
いる酵素は水溶性であるため、1回の使用しかで
きなかつた。このような欠点を克服するため、酵
素を固定化させて使用する技術が開発され、広く
利用されている。
When performing various enzymatic reactions, the enzymes used as catalysts are water-soluble and can only be used once. In order to overcome these drawbacks, techniques for immobilizing enzymes have been developed and are widely used.

近年、アミラーゼやプロテアーゼ等の加水分解
酸素以外に、ATPや、NAD、NADPといつた補
酵素を非必要とする合成酵素や酸化還元等も、医
療分析の分野に応用され始めた他、医薬品、化学
品の製造用触媒としても順次用いられようとして
いる。
In recent years, in addition to hydrolyzed oxygen such as amylase and protease, synthetic enzymes that do not require coenzymes such as ATP, NAD, and NADP, and redox have begun to be applied in the field of medical analysis, as well as pharmaceuticals, It is also gradually being used as a catalyst for the production of chemical products.

しかしながら、一般的に、補酵素を必要とする
ような酵素は、従来の加水分解酵素あるいは異性
化酵素より更に高価でしかも安定性に劣るため、
従来の酵素固定化法では満足すべき固定化酵素は
得られず、従来の固定化法よりも一層すぐれた固
定化法の開発が要望されている。
However, enzymes that require coenzymes are generally more expensive and less stable than conventional hydrolases or isomerases.
Conventional enzyme immobilization methods do not yield satisfactory immobilized enzymes, and there is a need for the development of an immobilization method that is even better than conventional immobilization methods.

酵素の固定化法は、大きく3つの方法に大別さ
れる。その第1の方法は、イオン交換樹脂や活性
炭等に酸素を物理的に吸着させる方法である。こ
の方法は、操作が簡便であるが、比較的弱い結合
で、担体と相互作用しているために、連続反応時
に酵素の脱離が起り、応用し得る条件が限られる
という欠点がある。第2の方法は、共有結合法
で、担体と酵素を化学的に共有結合させるもので
あり、担体と酵素が強い結合で結ばれるために、
酵素の脱離は極めて少ないが、酵素分子の化学修
飾するために失活等が起りやすいという欠点があ
り、特に、脱水素酵素やモノオキシゲナーゼ等の
不安定な酵素の場合、その失活の問題は大きい。
第3の方法は包活性であり、酵素をアクリルアミ
ドやx−カラギーナン等のゲルマトリツクスやマ
イクロカプセルに包括させる方法である。この包
括法は、共有結合法とは異なり、酵素分子を直接
化学修飾しないので、失活などが起らないという
利点がある他、ゲルの網目や、マイクロカプセル
膜の孔径を適当に調整することにより。酵素分子
をゲル及びマイクロカプセル内に捕捉、固定しな
がら小さな基質分子のみを通すようにする事が可
能であり、酵素分子の脱離を防止する事ができる
という利点もある。この包括法は、前記補酵素を
必要とするような酵素の固定化に好ましく適用さ
れる。即ち、このような酵素の場合、酵素は2量
体あるいは4量体を形成している場合が多いが、
その場合、各単量体同士の結合力は非常に弱く、
例えば、4量体のどこか一個所を担体に共有結合
させた時に、4量体のままで長時間維持させるの
はきわめて困難である。従つて、このような酵素
の場合では、ゲル包括法による固定化が好ましく
適用される。また、2種類の酵素を同時に固定す
るような場合、今までの固定化法で対応できるの
は、マイクロカプセル内に酵素群を包括固定化す
る方法のみであり、ゲル包括法といえどもゲルの
1区画に2種類の酵素をはめ込むのはきわめて困
難である。しかしながらマイクロカプセル化法で
そ、従来のマイクロカプセル法では、酵素の洩出
か殆んどないものの、カラムに詰めて連続的な生
産を行う場合、マイクロカプセルが変形して目詰
りが起り、圧損失が高くなるという実用上根本的
な欠陥を有していた。
Enzyme immobilization methods can be broadly classified into three methods. The first method is to physically adsorb oxygen onto an ion exchange resin, activated carbon, or the like. Although this method is easy to operate, it has the disadvantage that since the enzyme interacts with the carrier through a relatively weak bond, desorption of the enzyme occurs during continuous reactions, which limits the conditions under which it can be applied. The second method is a covalent bonding method, in which the carrier and enzyme are chemically covalently bonded.
Desorption of enzymes is extremely rare, but there is a disadvantage that deactivation etc. easily occur due to chemical modification of enzyme molecules.Especially in the case of unstable enzymes such as dehydrogenases and monooxygenases, the problem of deactivation is a problem. is big.
The third method is encapsulation, in which the enzyme is encapsulated in a gel matrix or microcapsules such as acrylamide or x-carrageenan. Unlike the covalent bonding method, this inclusion method does not directly chemically modify the enzyme molecule, so it has the advantage of not causing deactivation, and it also allows the mesh of the gel and the pore size of the microcapsule membrane to be adjusted appropriately. By. It is possible to capture and fix enzyme molecules within gels and microcapsules while allowing only small substrate molecules to pass through, and there is also the advantage that detachment of enzyme molecules can be prevented. This comprehensive method is preferably applied to the immobilization of enzymes that require the aforementioned coenzymes. In other words, in the case of such enzymes, the enzyme often forms dimers or tetramers, but
In that case, the bonding force between each monomer is very weak,
For example, when one part of a tetramer is covalently bonded to a carrier, it is extremely difficult to maintain the tetramer state for a long period of time. Therefore, in the case of such enzymes, immobilization by gel entrapment method is preferably applied. In addition, when two types of enzymes are immobilized at the same time, the only immobilization method that can be used up to now is the entrapping immobilization of enzyme groups in microcapsules. Fitting two types of enzymes into one compartment is extremely difficult. However, with the conventional microcapsule method, there is almost no enzyme leakage, but when packed in a column for continuous production, the microcapsules deform and become clogged, causing pressure It had a fundamental practical flaw in that it resulted in high losses.

〔目 的〕〔the purpose〕

本発明は、従来の固定化酵素及びその製造方法
に見られる前記欠点を克服することを目的とす
る。
The present invention aims to overcome the above-mentioned drawbacks found in conventional immobilized enzymes and methods for their production.

〔構 成〕〔composition〕

本発明によれば、第1の発明として、高分子ゲ
ルマトリツクス中に、マイクロカプセル化酵素を
分散保持させた構造を有する固定化酵素が提供さ
れ、第2の発明として、この固定化酵素を製造す
るために、酵素を含有する水性液滴が疎水性高分
子有機溶媒溶液中に分散している一次乳化液を、
親水性高分子を含有する水性媒体中に分散させて
二次乳化液となし、該有機溶媒を蒸発除去して、
親水性高分子を含有する水性媒体中にマイクロカ
プセル化酵素を生成させた後、該親水性高分子を
ゲル化させることを特徴とする固定化酵素の製造
方法が提供される。
According to the present invention, as a first invention, an immobilized enzyme having a structure in which a microencapsulated enzyme is dispersed and held in a polymer gel matrix is provided, and as a second invention, an immobilized enzyme is provided that has a structure in which a microencapsulated enzyme is dispersed and retained in a polymer gel matrix. To produce a primary emulsion in which aqueous droplets containing enzymes are dispersed in a hydrophobic polymeric organic solvent solution,
Dispersing in an aqueous medium containing a hydrophilic polymer to form a secondary emulsion, removing the organic solvent by evaporation,
A method for producing an immobilized enzyme is provided, which comprises producing a microencapsulated enzyme in an aqueous medium containing a hydrophilic polymer, and then gelling the hydrophilic polymer.

本発明で用いる酵素としては、その固定化条件
は厳しくないため、特に不安定なものでない限
り、いずれも使用可能である。このような酵素の
具体例としては、例えば、アルコール脱水素酵
素、アルデヒド脱水素酵素、グルタミン酸脱水素
酵素、イソロイシン脱水素酵素酵素、ギ酸脱水素
酵素、乳酸脱水素酵素、リンゴ酸脱水素酸素、グ
ルコース−6−リン酸脱水素酵素、グリセルアル
デヒド−3−リン酸脱水素酵素等の脱水素酵素;
オルシノール−2−モノオキシゲナーゼ、フエノ
ール−2−モノオキシゲナーゼ等のモノオキシゲ
ナーゼ;酢酸キナーゼ、ヘキソキナーゼ、グリセ
ロールキサナーゼ等のキナーゼ;等の各種の補酵
素を必要とする酵素群の他、β−アミラーゼ、グ
リコアミラーゼ、β−グルコシダーゼ、リパー
ゼ、ホスフアターゼ、プロテアーゼ、エステラー
ゼなどの加水分解酵素、グルコースオキシダー
ゼ、パーオキシダーゼのようなオキシゲナーゼ等
が挙げられる。また、酵素は精製物、粗製物であ
つてもよい。従つて、必要な酵素活性を持つ培養
液、培養濾液、生菌前、乾燥菌体、菌体破砕物、
動植物細胞、細胞破砕物、細胞器官でも良い。但
し、それらののが固体である場合、マイクロカプ
セル内に入り得るような微細な大きさにする必要
がある。これらの酵素は単独又は混合物の形で用
いることができる。補酵素を仲介とするような共
役反応を行う酵素系は、本発明の好適な原料であ
る。即ち、本発明の場合は、酵素はマイクロカプ
セル中に閉じ込められているにもかかわらず、遊
離で存在するため、共有結合法に見られるような
物理的あるいは立体的な障害による反応阻害が存
在せず、また、高分子ゲル中ではマイクロカプセ
ルという限られた空間に酸素が濃縮されて存在す
るために、共役反応が速く行なわれ、すぐれた固
定化酵素を与える。しかし、酵素が高分子ゲル中
に含まれるため、高分子を基質とするような酵素
や、α−アミラーゼ、キチナーゼ、セルラーゼ等
の加水分解酵素の場合には、酵素活性の点で不十
分であるが、低分子基質の分解に対しては十分な
活性を発揮する。
Since the immobilization conditions for the enzyme used in the present invention are not strict, any enzyme can be used unless it is particularly unstable. Specific examples of such enzymes include alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, isoleucine dehydrogenase, formate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, malate dehydrogenase, glucose - Dehydrogenases such as 6-phosphate dehydrogenase and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase;
In addition to enzymes that require various coenzymes, such as monooxygenases such as orcinol-2-monooxygenase and phenol-2-monooxygenase; kinases such as acetate kinase, hexokinase, and glycerol xanase; Examples include hydrolytic enzymes such as amylase, β-glucosidase, lipase, phosphatase, protease, and esterase, and oxygenases such as glucose oxidase and peroxidase. Further, the enzyme may be a purified product or a crude product. Therefore, culture solution, culture filtrate, pre-viable cells, dried cells, crushed cells,
Animal and plant cells, cell fragments, and cell organelles may also be used. However, if they are solid, they need to be of a fine size so that they can fit into microcapsules. These enzymes can be used alone or in mixtures. Enzyme systems that perform conjugation reactions such as those mediated by coenzymes are suitable raw materials for the present invention. That is, in the case of the present invention, although the enzyme is confined in microcapsules, it exists in a free form, so there is no reaction inhibition due to physical or steric hindrances as seen in covalent bonding methods. Furthermore, since oxygen is concentrated in the limited space of microcapsules in the polymer gel, the conjugation reaction is carried out quickly, yielding excellent immobilized enzymes. However, since the enzyme is contained in a polymer gel, the enzyme activity is insufficient for enzymes that use polymers as substrates and hydrolytic enzymes such as α-amylase, chitinase, and cellulase. However, it exhibits sufficient activity for decomposing low-molecular substrates.

本発明により酵素を固定化するには、先ず、酵
素を含有する水性液を、疎性高分子の有機溶媒溶
液と混合乳化し、疎水性高伏子の有機溶媒溶液中
に酵素を含む水性液滴が分散した一次乳化液を調
製する。この場合、水性液中に含まれる酵素は、
溶解状態の他、懸濁状態であつてもよい。また、
水性液中には、酵素の他、慣用の補助添加剤、例
えば、安定剤や、PH緩衝剤等を含有させることが
きる。前記一次乳化液の調製に際しては、疎水性
高分子有機溶媒溶液中への水性液滴の分散を促進
させるために、あらかじめ疎水性高分子有機溶媒
溶液中に慣用の界面活性剤を添加しておくのが有
利である。
To immobilize an enzyme according to the present invention, first, an aqueous solution containing the enzyme is mixed and emulsified with an organic solvent solution of a hydrophobic polymer, and an aqueous solution containing the enzyme is mixed and emulsified in an organic solvent solution of a hydrophobic polymer. A primary emulsion with dispersed droplets is prepared. In this case, the enzyme contained in the aqueous liquid is
It may be in a suspended state as well as a dissolved state. Also,
In addition to the enzyme, the aqueous solution may contain conventional auxiliary additives such as stabilizers, PH buffers, and the like. When preparing the primary emulsion, a commonly used surfactant is added to the hydrophobic polymer organic solvent solution in advance in order to promote dispersion of the aqueous droplets into the hydrophobic polymer organic solvent solution. is advantageous.

前記酵素を含む水性液に加える位定剤とは、酵
素を安定化する薬剤のことであり、従来公知の
種々のものが用いられ、このようなものには、例
えば、ヘモグロビン、ゼラチン、血清アルブミン
のような蛋白質:アラビアゴム、澱粉のような多
糖類;ポリエチレングリコール、ポリビニルアル
コールのような水溶性合成高分子;NAD、
NADP、ATPのような補酵素;EDTAのようなキ
レート剤;特別の場合では、各種金属塩、グルタ
チオン等の坑酸化剤が含まれ、使用される酵素に
応じて適当に選定される。このような安定剤は、
通常、市販の酸素標品に含まれるもので、長期間
の酸素活性の維持に役立つものであり、それ自体
で安定性の高い酵素の場合には特に必要とされな
い。また低分子の安定化剤を用いる場合、高分子
のゲル化(架極反応)を阻害するものを用いるこ
とは好ましくない。また、酵素を含む水性液に加
えるPH緩衝剤としては、架橋反応や、酵素活性を
阻害しないものであれば任意であり、そのPHは用
いる酵素が安定に存在し得る領域であれば良い。
また、用いる酵素が長時間安定しないようなPH領
域を与える緩衝剤であつても、酵素固定化に要す
る時間は短かく、固定化後の洗浄処理によつて除
去されるので、酵素固定化時に用いることは何ら
支障を生じない。PH緩衝剤の濃度は、薄い方が良
いが、0.5M以下であれば良く、好ましくは0.1M
以下が良い。また、一次乳化液調製の際に用いる
水性液と、二次乳化液調製の際に用いる親水性高
分子を含む水性液に添加する緩衝剤は、同じかも
しくは等イオン強度のものを使うのが好ましい。
というのは、マイクロカプセルの際に、膜内外の
濃度差から水が流入もしくは流出するためにマイ
クロカプセルが変形、破壊される場合があるから
である。
The localizing agent added to the aqueous solution containing the enzyme is a drug that stabilizes the enzyme, and various conventionally known localizing agents are used, such as hemoglobin, gelatin, serum albumin, etc. Proteins such as: polysaccharides such as gum arabic and starch; water-soluble synthetic polymers such as polyethylene glycol and polyvinyl alcohol; NAD,
Coenzymes such as NADP and ATP; chelating agents such as EDTA; and in special cases, antioxidants such as various metal salts and glutathione, which are appropriately selected depending on the enzyme used. Such stabilizers are
It is usually included in commercially available oxygen samples, and is useful for maintaining oxygen activity over a long period of time, and is not particularly required in the case of enzymes that are highly stable by themselves. Furthermore, when using a low-molecular stabilizer, it is not preferable to use one that inhibits gelation (cross-polarization reaction) of the polymer. Further, the pH buffer added to the aqueous solution containing the enzyme is arbitrary as long as it does not inhibit the crosslinking reaction or enzyme activity, and the pH may be in a range where the enzyme used can stably exist.
In addition, even if the enzyme used is a buffer that provides a pH range that does not stabilize it for a long time, the time required for enzyme immobilization is short and it can be removed by washing after immobilization. There is no problem in using it. The concentration of the PH buffer should be less than 0.5M, preferably 0.1M.
The following is good. In addition, it is recommended that the buffers added to the aqueous liquid used in the preparation of the primary emulsion and the aqueous liquid containing the hydrophilic polymer used in the preparation of the secondary emulsion be of the same or equivalent ionic strength. preferable.
This is because when forming microcapsules, water may flow in or out due to the concentration difference between the inside and outside of the membrane, which may cause the microcapsules to be deformed and destroyed.

前記酵素を含む水性液滴の分散媒となる有機溶
媒中に溶解させる疎水性高分子としては、疎水性
の高分子で、有機溶媒可溶性のものであれば殆ん
ど全てのものが使用され、このようなものの具体
例としては、例えば、可溶性の付加重合体、例え
ば、ビニルエステル、ビニルエーテル、アクリル
酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリロニ
トリルなどのホモポリマーやその共重合体、可溶
性の重縮合体、例えば、ポリカーボネート、ポリ
エステル、ポリスルホネート、ポリウレタン、ポ
リアマイド等の他、エチルセルロース、酢酸セル
ロース等の繊維素誘導体、及び塩素化ゴム等が挙
げられる。また、有機溶媒可溶性で、PH変化によ
つて溶解性が変る高分子も使用可能である。例え
ば、アルカリ可溶、酸不溶なものとして、アクリ
ル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマーの他、クロ
トン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン
酸、ビニル安息香酸等のポリマー、あるいは、ビ
ニルモノマーと酸基を持つモノマーとの共重合体
や、セルロース誘導体、でん粉のフタル酸、こは
く酸又はマレイン酸誘導体、及びセルロースのフ
タル酸誘導体等がある。更に酸可溶、アルカリ不
溶の塩基性ポリマーとして、ポリビニルピリジ
ン、ポリビニルイミダゾール、ポリビニルアミ
ン、ポリビニルアニリン等がある。また、酵素を
含む水素液の分散媒として用いる有機溶媒として
は、沸点が100℃以下で、かつ水と混和しない性
質のものであれば良く、例えば、ベンゼン、シク
ロヘキサン、エチルエーテル、酢酸エチル、四塩
化炭素、クロロホルム、ハロゲン化エチレン等が
あげられる。
As the hydrophobic polymer to be dissolved in the organic solvent that serves as a dispersion medium for the aqueous droplets containing the enzyme, almost all hydrophobic polymers that are soluble in organic solvents can be used. Specific examples of such substances include, for example, soluble addition polymers, such as homopolymers and copolymers thereof such as vinyl esters, vinyl ethers, acrylic esters, methacrylic esters, acrylonitrile, and soluble polycondensates, such as , polycarbonate, polyester, polysulfonate, polyurethane, polyamide, etc., as well as cellulose derivatives such as ethyl cellulose and cellulose acetate, and chlorinated rubber. It is also possible to use polymers that are soluble in organic solvents and whose solubility changes with changes in pH. For example, in addition to acrylic acid polymers and methacrylic acid polymers, examples of alkali-soluble and acid-insoluble polymers include polymers such as crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, and vinylbenzoic acid, or polymers that have vinyl monomers and acid groups. Examples include copolymers with monomers, cellulose derivatives, phthalic acid, succinic acid, or maleic acid derivatives of starch, and phthalic acid derivatives of cellulose. Furthermore, acid-soluble and alkali-insoluble basic polymers include polyvinylpyridine, polyvinylimidazole, polyvinylamine, polyvinylaniline, and the like. Furthermore, the organic solvent used as a dispersion medium for the hydrogen solution containing the enzyme may be one having a boiling point of 100°C or lower and immiscible with water, such as benzene, cyclohexane, ethyl ether, ethyl acetate, Examples include carbon chloride, chloroform, and halogenated ethylene.

次に、前記のようにして得られた一次乳化液
を、水溶性高分子を含む水性媒体中に、撹拌しな
がら添加し、水溶性高分子を含有する水性媒体区
に一次乳化液滴が分散した二次乳化液〔(W1
O)/W2型の複合乳化液〕を調製する。この二
次乳化液においては、一次乳化液中に含まれる有
機溶媒は、水溶性高分子を含有する水性媒体を介
して蒸発除去され、これによつて有機溶媒に溶解
していた疎水性高分子が酵素を含む水性液滴の周
囲上に析出して限外濾過膜を形成し、マイクロカ
プセル化酵素を与える。この有機溶媒の蒸発除去
の速度は、環境温度や圧力を調節したり、二次乳
化液中に窒素や空気等の気体をバブリングするこ
とにより調節することができる。このようにして
得られたマイクロセプセル化酵素が分散した親水
性高分子を含有する水性媒体は、その高分子をゲ
ル化(架橋化)する。この場合の高分子のゲル化
は、その高分子に応じた適当なゲル化法が採用さ
れ、従来公知の方法によつて行うことができる。
Next, the primary emulsion obtained as described above is added to an aqueous medium containing a water-soluble polymer while stirring, and primary emulsion droplets are dispersed in the aqueous medium containing a water-soluble polymer. Secondary emulsion [(W 1 /
O)/W type 2 composite emulsion] is prepared. In this secondary emulsion, the organic solvent contained in the primary emulsion is removed by evaporation through an aqueous medium containing a water-soluble polymer, thereby removing the hydrophobic polymer dissolved in the organic solvent. is precipitated around the aqueous droplets containing the enzyme to form an ultrafiltration membrane and provide microencapsulated enzyme. The rate of evaporative removal of the organic solvent can be adjusted by adjusting the environmental temperature and pressure, or by bubbling gas such as nitrogen or air into the secondary emulsion. The thus obtained aqueous medium containing the hydrophilic polymer in which the microcepherization enzyme is dispersed gelates (crosslinks) the polymer. In this case, gelation of the polymer can be performed by a conventionally known method, using an appropriate gelation method depending on the polymer.

一次乳化液滴の分散媒として用いる水中に溶溶
解させる親水性高分子は、本発明の場合、マイク
ロカプセル形成時に保護コロイドとして作用
し、、さらに、マイクロカプセル化後には、マイ
クロカプセル化酵素に対するゲルマトリツクスと
しての役割を果す。このような親水性高分子とし
ては、ゲル化(架橋化)可能のものであれば任意
のものが適用され、このようなものとしては、ア
ルギン酸;寒天、カラギーナン等の多糖類;ゼラ
チン、コラーゲン、アルブミン、カゼイン等の蛋
白質;ポリエチレングリコールジアクリレートの
ようなビニル基を持つ合成高分子;ポリビニルア
ルコール;ポリエチレンイミン;ポリアクリルア
ミド;ポリビニルピロリドン等が挙げられる。
In the case of the present invention, the hydrophilic polymer dissolved in water used as a dispersion medium for the primary emulsified droplets acts as a protective colloid during microcapsule formation, and furthermore, after microencapsulation, it acts as a gelatin for the microencapsulated enzyme. It serves as a trix. Any hydrophilic polymer can be used as long as it can be gelatinized (crosslinked), and examples include alginic acid; polysaccharides such as agar and carrageenan; gelatin, collagen, Examples include proteins such as albumin and casein; synthetic polymers having vinyl groups such as polyethylene glycol diacrylate; polyvinyl alcohol; polyethyleneimine; polyacrylamide; polyvinylpyrrolidone.

本発明においては、前記したように、二次乳化
液は、マイクロカプセル化が終了した後、ゲル化
処理し、分散媒としての水性媒体中に含まれる親
水性高分子をゲル化させるが、この場合のゲル化
法は、その高分子に応じて適宜選定される。この
場合のゲル化法を使用する高分子との関連で具体
的に示すと、例えば、アルギン酸では、多価陽イ
オンによる架橋化;寒天、カラギーナン等の多糖
類では、冷却によるゲル化;ゼラチン、コラーゲ
ン、アルブミン、カゼイン等の蛋白質では、グル
タルアルデヒドとシツフ塩基を用いる架橋化;ポ
リエチレングリコールジアクリレートのようなビ
ニル基を持つ合成高分子では、そのビニル基のラ
ジカル重合架橋化;ポリビニルアルコールでは、
グルタルアルデヒドやエピクロルヒドリンによる
架橋化、放射線架橋化、安息香酸ナトリウムと共
に紫外線照射による光架橋化;ポリエチレンイミ
ンでは、エピクロルヒドリンによる架橋化;ポリ
アクリルアミドやポリビニルピロリドンでは、放
射線架橋化等が適用される。
In the present invention, as described above, the secondary emulsion is subjected to a gelling treatment after microencapsulation is completed to gel the hydrophilic polymer contained in the aqueous medium as a dispersion medium. The gelation method in this case is appropriately selected depending on the polymer. Specifically, the gelation method in this case is shown in relation to the polymer used. For example, in the case of alginic acid, crosslinking with polyvalent cations; in the case of polysaccharides such as agar and carrageenan, gelation by cooling; and in the case of gelatin, For proteins such as collagen, albumin, and casein, crosslinking using glutaraldehyde and Schiff's base; for synthetic polymers with vinyl groups such as polyethylene glycol diacrylate, radical polymerization crosslinking of the vinyl groups; for polyvinyl alcohol,
Crosslinking with glutaraldehyde and epichlorohydrin, radiation crosslinking, and photocrosslinking with sodium benzoate and UV irradiation; for polyethyleneimine, crosslinking with epichlorohydrin; for polyacrylamide and polyvinylpyrrolidone, radiation crosslinking, etc. are applied.

本発明により固定化酵素を製造する場合、一次
乳液に対する分散媒として用いる水性媒体中に含
まれる親水性高分子の量は、一般には、0.001〜
50重量%、好ましくは0.5〜30重量%であり、ま
た、一次乳化液と、これを分散させるための親水
性高分子を含む水性媒体との重量比は、一般に
は、1:2〜100、好ましくは1:5〜20であ
る。さらに、一次乳化液における酵素を含む水性
液と、これを分散させるための疎水性高分子の有
機溶媒溶液との重量比は、一般には、1:1〜
20、好ましくは1:1〜5である。
When producing an immobilized enzyme according to the present invention, the amount of hydrophilic polymer contained in the aqueous medium used as a dispersion medium for the primary emulsion is generally from 0.001 to
50% by weight, preferably 0.5 to 30% by weight, and the weight ratio of the primary emulsion to the aqueous medium containing the hydrophilic polymer for dispersing it is generally 1:2 to 100. Preferably it is 1:5-20. Furthermore, the weight ratio of the aqueous liquid containing the enzyme in the primary emulsion and the organic solvent solution of the hydrophobic polymer for dispersing this is generally 1:1 to 1.
20, preferably 1:1-5.

前記のようにして得られるマイクロカプセル化
酵素を含む高分子ゲル化物は、これをカラム充填
に適した適当な寸法(例えば、粒径0.01〜5mm程
度)に細分割して、酵素反応用の固定化酵素とし
て用いる。この場合、マイクロカプセル化酵素
は、数μm〜数百μmの大きさを有し、そのマト
リツクスとして作用する高分子ゲル化物から脱離
することはない。
The polymer gel containing the microencapsulated enzyme obtained as described above is finely divided into appropriate sizes suitable for column packing (for example, particle size of about 0.01 to 5 mm) and immobilized for enzyme reaction. Used as a converting enzyme. In this case, the microencapsulated enzyme has a size of several micrometers to several hundred micrometers, and is not detached from the polymer gel that acts as its matrix.

〔効 果〕〔effect〕

本発明の方法は、前記したように、酵素をマイ
クロカプセル内に閉じ込めると共に、このマイク
ロカプセルを高分子ゲルマトリツクス中に分散保
持させる方法であるため、その酵素固定化率は高
く、しかも酵素洩出率は低いという特徴を有す
る。本発明によれば、酵素は、菌体粉砕物、乾燥
菌体、生菌体等の形でそのまま固定化することが
可能であり、しかも不安定な酵素や複数種の酵
素、例えば複数の共役反応系の酵素を効果的に固
定化することができる。
As mentioned above, the method of the present invention is a method in which enzymes are confined in microcapsules and these microcapsules are dispersed and held in a polymer gel matrix, so the enzyme immobilization rate is high and enzyme leakage is achieved. It is characterized by a low production rate. According to the present invention, enzymes can be immobilized as they are in the form of crushed bacterial cells, dried bacterial cells, live bacterial cells, etc., and can also be immobilized as they are, such as unstable enzymes or multiple types of enzymes, such as multiple conjugated enzymes. Enzymes in the reaction system can be effectively immobilized.

通常のマイクロカプセル化酵素では、カラムに
充填する場合に、その目詰りの原因となるような
微細なマイクロカプセル化酵素は除去する場合が
多く、それだけ酵素固定化率は減少することにな
るが、これに対し、本発明の場合は、固定化酵素
は、マイクロカプセル化酵素が高分子ゲルマトリ
ツクス中に分散保持された構造となつているた
め、マイクロカプセル化酵素が微細なものであつ
ても目詰りの問題は生じない。それどころか、微
細なカプセル化酵素が多量均一に分散した高分子
ゲルからなる固定化酵素の方が、高い活性収率を
を得ることができるので有利である。
When using ordinary microencapsulated enzymes, when filling a column, fine microencapsulated enzymes that cause clogging are often removed, and the enzyme immobilization rate decreases accordingly. In contrast, in the case of the present invention, the immobilized enzyme has a structure in which the microencapsulated enzyme is dispersed and held in a polymer gel matrix, so even if the microencapsulated enzyme is minute, No clogging problems occur. On the contrary, an immobilized enzyme made of a polymer gel in which a large amount of finely encapsulated enzyme is uniformly dispersed is more advantageous because a higher activity yield can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明す
る。
Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例 1 耐熱性リンゴ酸脱水素酸素(生化学工業製、商
品名、「耐熱性リンゴ酸脱水素酵素」、以下
「MDH」と略称する。)350ユニツト(u)、ギ酸
脱水素酵素(ベーリンガー社製、商品名、「ギ酸
脱水素酵素」、以下「FDH」と略称する。)50ユ
ニツト(u)、ヘモグロビン30mg、NAD(ニコチ
ン・アデニン・ジヌクレオチド)1.3mgを含む
0.01Mピロリン酸緩衝液(PH8.5)1mlを、界面
活性剤(Span85)2滴を加えた3%ポリスチレ
ンを含むベンゼン溶液に激しく撹拌しながら、滴
下した。生成した乳濁液(一次乳化液)を、ポリ
エチレングリコールジアクリレート(分子量約
4000)2g、メチレンビスアクリルアミド100g
を含む0.01Mピロリン酸緩衝液(PH8.5)10mlに
激しく撹拌しながら滴下した。生成した乳濁液
(二次乳化液)に窒素ガスを吹き当てながら撹拌
を続け、ベンゼンを蒸発除去した。ベンゼン臭が
なくなつた所で撹拌を止め、窒素ガスで乳濁液を
5分間バブリングした。マイクロカプセルの生成
を顕微鏡で確認した後に、6%過硫酸カリウム水
溶液500μとジメチルアミノポロピオニトリル
100μを加え、よく振り混ぜた後に、窒素ガス
を吹きつけながら静置した。約3分でゲル化が起
り、その後、15分間、30℃でゲル化を進めた。生
成したゲル(固定化酵素)は、ワーリングプレン
ダーで粉砕し、100mlの0.01Mリン酸緩衝液(PH
7.5)で洗浄し、固定化酵素(13.34g)を得た。
Example 1 Heat-stable malate dehydrogenase (manufactured by Seikagaku Corporation, trade name, "heat-stable malate dehydrogenase", hereinafter abbreviated as "MDH") 350 units (u), formate dehydrogenase (Boehringer) Contains 50 units (U), 30 mg of hemoglobin, and 1.3 mg of NAD (nicotine adenine dinucleotide).
1 ml of 0.01M pyrophosphate buffer (PH8.5) was added dropwise to a benzene solution containing 3% polystyrene and 2 drops of surfactant (Span 85) with vigorous stirring. The generated emulsion (primary emulsion) is mixed with polyethylene glycol diacrylate (molecular weight approx.
4000) 2g, methylenebisacrylamide 100g
The mixture was added dropwise to 10 ml of 0.01M pyrophosphate buffer (PH8.5) with vigorous stirring. Stirring was continued while blowing nitrogen gas onto the resulting emulsion (secondary emulsion) to evaporate and remove benzene. Stirring was stopped when the benzene odor disappeared, and nitrogen gas was bubbled through the emulsion for 5 minutes. After confirming the formation of microcapsules using a microscope, add 500μ of a 6% potassium persulfate aqueous solution and dimethylaminopropionitrile.
After adding 100μ and shaking well, the mixture was allowed to stand while blowing nitrogen gas. Gelation occurred in about 3 minutes, and was then continued at 30°C for 15 minutes. The generated gel (immobilized enzyme) was ground in a Waring blender and added to 100 ml of 0.01M phosphate buffer (PH
7.5) to obtain immobilized enzyme (13.34 g).

次に、未固定化MDHとFDHの活性、ゲル洗浄
液中の未固定化MDHとFDHの活性、さらに固定
化MDHとFDHの活性を以下のようにして測定し
た。
Next, the activities of unimmobilized MDH and FDH, the activities of unimmobilized MDH and FDH in the gel washing solution, and the activities of immobilized MDH and FDH were measured as follows.

なお、MDHにおいて、その1ユニツト(u)
は、PH7.5、30℃、1分間に1μモルのオキザロ
酢酸を還元するのに必要な酵素活性を示し、また
FDHにおいて、その1ユニツト(u)は、PH
7.5、30℃、1分間に1μモルのギ酸を酸化する
のに必要な酵素活性を示す。
In addition, in MDH, one unit (u)
shows the enzyme activity necessary to reduce 1 μmol of oxaloacetate per minute at PH7.5 and 30°C, and
In FDH, one unit (u) is PH
7.5, indicating the enzyme activity required to oxidize 1 μmol of formic acid per minute at 30°C.

未固定化MDHの活性測定では、オキザロ酢酸
0.52mM及びNADH0.2mMの濃度条件の0.1Mリ
ン酸緩衝液(PH7.5)を用い、30℃で340nmの吸
光度の減少の初速度から、MDH活性を求めた。
また、固定化MDH活性は、高分子ゲルの拡散阻
害を考慮して、オキザロ酢酸1.04mM及び
NADH0.4mMの濃度条件の0.1Mリン酸緩衝液
(PH7.5)を用いて同様にして求めた。
For activity measurement of unimmobilized MDH, oxaloacetate
MDH activity was determined from the initial rate of decrease in absorbance at 340 nm at 30°C using a 0.1M phosphate buffer (PH7.5) with concentrations of 0.52mM and 0.2mM NADH.
In addition, the immobilized MDH activity was determined by oxaloacetic acid 1.04mM and
It was determined in the same manner using 0.1M phosphate buffer (PH7.5) with a concentration of NADH of 0.4mM.

未固定化FDHの活性測定では、ギ酸33mM及
びNADH1mMの濃度条件の0.1Mリン緩衝液(PH
7.5)を用い、30℃で340nmの吸光度を増加の初
速度から、FDH活性を求めた。固定化FDH活性
は、高分子ゲル格散阻害を考慮して、ギ酸66mM
及びNAD2mMの濃度条件の0.1Mリン酸緩衝液
(PH7.5)を用いて同様にして求めた。
For activity measurement of unimmobilized FDH, 0.1M phosphorus buffer (PH) with a concentration of 33mM formic acid and 1mM NADH was used.
7.5), FDH activity was determined from the initial rate of increase in absorbance at 340 nm at 30°C. Immobilized FDH activity was determined by formic acid 66mM, taking into account polymer gel dispersion inhibition.
It was determined in the same manner using 0.1M phosphate buffer (PH7.5) with a concentration of 2mM and NAD.

前記の活性測定の結果、ゲルの洗浄液中には、
投入MDH活性の4%、投入FDH活性の0.2%が検
出され、きわめて効率よく酵素活性が固定化され
たことが示された。固定化酵素の総酵素活性は、
投入MDH活性の15%、投入FDH活性の35%が測
定された。この見かけの活性の低下は、ゲルの内
部拡散抵抗によるものと推察され、高分子ゲル素
材を選ぶことによつて、更に高い活性を得ること
ができるものと思われる。
As a result of the above activity measurement, the gel washing solution contained
4% of the input MDH activity and 0.2% of the input FDH activity were detected, indicating that the enzyme activity was immobilized very efficiently. The total enzyme activity of the immobilized enzyme is
15% of input MDH activity and 35% of input FDH activity were measured. This apparent decrease in activity is presumed to be due to internal diffusion resistance of the gel, and it is thought that even higher activity can be obtained by selecting a polymer gel material.

次に、固定化酵素600mgを、キチンフレーク500
mg(湿重量)とともに、内径5mm、全長100mmの
カラムに充填し、さらに両端をグラスウールで密
封した。ついでこのカラムを30℃の亘温水槽に沈
め、基質液を15ml1時間の流速で送液し、共役反
応を行なわせた。なお、基質液は、オキザロ酢酸
15mM、ギ酸100mM、NAD100μM含む0.1Mリ
ン酸緩衝液(PH7.5)を用い、防腐剤としてクロ
ロホルムを飽和させた。基質液は毎日取替え、2
週間共役反応を行なわせた。溶出液は、7.5mlづ
つフラクシヨンコレクターで分取し、生成リンゴ
酸量を測定した。
Next, add 600 mg of immobilized enzyme and 500 mg of chitin flakes.
mg (wet weight) into a column with an inner diameter of 5 mm and a total length of 100 mm, and both ends were further sealed with glass wool. The column was then submerged in a 30°C water bath, and 15 ml of the substrate solution was fed at a flow rate of 1 hour to carry out a conjugation reaction. The substrate solution is oxaloacetic acid.
A 0.1M phosphate buffer (PH7.5) containing 15mM of formic acid, 100mM of formic acid, and 100μM of NAD was used to saturate chloroform as a preservative. Replace the substrate solution every day,
Conjugation reactions were performed for weeks. The eluate was collected in 7.5 ml portions using a fraction collector, and the amount of malic acid produced was measured.

前記リンゴ酸量の測定は、NAD2mM及びリン
ゴ酸脱水素酵素(ブタ心臓由来)10u/mlの濃度
条件の0.2Mヒドラジン塩酸緩衝液(PH9.3)を用
い、30℃で反応を行い、初反応時と反応終了時の
340nmの吸光度差から生成NADH量を求め、試
料中のリンゴ酸量を算出した。
The amount of malic acid was measured using 0.2M hydrazine hydrochloride buffer (PH9.3) with a concentration of 2mM NAD and malate dehydrogenase (derived from pig heart) 10u/ml at 30°C. time and at the end of the reaction
The amount of NADH produced was determined from the difference in absorbance at 340 nm, and the amount of malic acid in the sample was calculated.

前記測定の結果、反応終了液中には、リンゴ酸
量が多く、含まれていることが測定され、このこ
とから、MDHとFDHが共役して反応しているこ
とが確認された。
As a result of the above measurement, it was determined that a large amount of malic acid was contained in the reaction-completed solution, and from this, it was confirmed that MDH and FDH were conjugated and reacted.

2週間の連続運転において、最初の基質変換率
を100%とすると、2週間後の基質変換率は55%
であつた。
In continuous operation for 2 weeks, if the initial substrate conversion rate is 100%, the substrate conversion rate after 2 weeks is 55%.
It was hot.

実施例 2 MDH170u、ヘモグロビン30mgを含む0.01Mピ
ロリン酸緩衝液(PH8.5)1mlを、界面活性剤
(Span85)4滴を加えた3%のポリメタル酸メチ
ルを含むベンゼン溶液1mlに激しく撹拌しながら
滴下した。生成した乳濁液を、ポリエチレングリ
コールジアクリレート(分子量約4000)2g、メ
チレンビスアクリルアミド100mgを含む0.01Mピ
ロリン酸緩衝液(PH8.5)10mlに激しく撹拌しな
がら滴下した。生成した乳濁液に窒素ガスを吹き
当てながら撹拌を続け、ベンゼンを除いた。ベン
ゼン臭が無くなつた所で撹拌を止め、更に窒素ガ
スで乳濁液を5分間バブリングした。マイクロカ
プセルの生成を顕微鏡で確認した後に、6%過硫
酸カリウム水溶液500μとジメチルアミノプロ
ピオニトリル100μを加え、撹拌した後、窒素
ガスを吹きつけながら静置した。約3分でゲル化
し、その後、さらに15分間、30℃でゲル化を進め
た。生成したゲルをワーリングブレンダーで粉砕
し、100mlの0.01Mリン酸緩衝液(PH7.5)で洗浄
し、固定化酵素(13.49g)を得た。
Example 2 1 ml of 0.01M pyrophosphate buffer (PH8.5) containing MDH170u and 30 mg of hemoglobin was added to 1 ml of benzene solution containing 3% polymethyl polymetalate to which 4 drops of surfactant (Span85) was added while stirring vigorously. dripped. The resulting emulsion was added dropwise to 10 ml of 0.01M pyrophosphate buffer (PH8.5) containing 2 g of polyethylene glycol diacrylate (molecular weight approximately 4000) and 100 mg of methylenebisacrylamide while stirring vigorously. Stirring was continued while blowing nitrogen gas to the resulting emulsion to remove benzene. Stirring was stopped when the benzene odor disappeared, and nitrogen gas was further bubbled through the emulsion for 5 minutes. After confirming the formation of microcapsules using a microscope, 500μ of a 6% aqueous potassium persulfate solution and 100μ of dimethylaminopropionitrile were added, stirred, and allowed to stand while blowing nitrogen gas. Gelation occurred in about 3 minutes, and gelation was then continued for an additional 15 minutes at 30°C. The generated gel was crushed with a Waring blender and washed with 100 ml of 0.01M phosphate buffer (PH7.5) to obtain immobilized enzyme (13.49 g).

次に、実施例1と同様にして、ゲル洗浄液中の
MDH及び固定化MDHの活性を測定した。
Next, in the same manner as in Example 1,
The activity of MDH and immobilized MDH was measured.

この結果、ゲル洗浄液中には投入MDH活性の
4%が検出され、きわめて効率よく酵素活性が固
定化されることが示された。固定化酵素の総酵素
活性は、投入MDH活性に対して20%が測定され
た。このことから、マイクロカプセルの壁材とし
てポリスチレンと同様にポリメタクリル酸メチル
を使用し得ることが確認された。
As a result, 4% of the input MDH activity was detected in the gel washing solution, indicating that the enzyme activity was immobilized very efficiently. The total enzyme activity of the immobilized enzyme was determined to be 20% of the input MDH activity. From this, it was confirmed that polymethyl methacrylate can be used as a wall material for microcapsules in the same way as polystyrene.

実施例 3 MHD150u、ヘモグロビン30mgを含む水1ml
を、界面活性剤(Span85)4滴を加えた3%ポ
リスチレンを含むベンゼン溶液に激しく撹拌しな
がら滴下した。生成した乳濁液を、アルギン酸ナ
トリウム150mgを含む水10mlに激しく撹拌しなが
ら滴下した。生成した乳濁液に窒素ガスを吹き当
てながら撹拌を続けベンゼンを除いた。ベンゼン
臭が無くなつた所で撹拌を止め、マイクロカプセ
ルの生成を顕微鏡で確認した。生成したマイクロ
カプセル溶液を注射器に入れ、1.5%塩化カルシ
ウム溶液40mlに滴下し、球状のゲルを生成させ
た。ゲルを1晩4℃で1.5%塩化カルシウム溶液
中に保存し、ゲル化を進めた。ゲルを100mlの1.5
%塩化カルシウム溶液で洗浄し、固定化酵素
(4.54g)を得た。球状のゲルからなるこの固定
化酵素、直径が1〜1.5mmであつた。
Example 3 1ml of water containing MHD150u, hemoglobin 30mg
was added dropwise with vigorous stirring to a benzene solution containing 3% polystyrene to which 4 drops of surfactant (Span 85) were added. The resulting emulsion was added dropwise to 10 ml of water containing 150 mg of sodium alginate with vigorous stirring. The resulting emulsion was continuously stirred while blowing nitrogen gas to remove benzene. Stirring was stopped when the benzene odor disappeared, and the formation of microcapsules was confirmed using a microscope. The produced microcapsule solution was placed in a syringe and dropped into 40 ml of 1.5% calcium chloride solution to produce a spherical gel. The gel was stored overnight at 4°C in a 1.5% calcium chloride solution to allow gelation to proceed. 1.5 for 100ml of gel
The immobilized enzyme (4.54 g) was obtained by washing with % calcium chloride solution. This immobilized enzyme, consisting of a spherical gel, had a diameter of 1 to 1.5 mm.

次に、実施例1同様にして、ゲル洗浄液中の
MDHを測定し、また固定化MDHの活性を測定し
た。その結果、ゲル洗浄液中には、投入MDH活
性の15%が検出された。これはゲル化の際の急激
なイオン強度の変化とゲル収縮の為にマイクロカ
プセルの一部が破壊されたためと思われ、マイク
ロカプセル中のイオン強度を上げることによつて
防ぐことができる。固定化されたMDH活性は、
投入MDH活性の14%があつた。
Next, in the same manner as in Example 1,
MDH was measured, and the activity of immobilized MDH was also measured. As a result, 15% of the input MDH activity was detected in the gel washing solution. This seems to be due to part of the microcapsules being destroyed due to rapid changes in ionic strength during gelation and gel contraction, and can be prevented by increasing the ionic strength in the microcapsules. The immobilized MDH activity is
14% of the input MDH activity was achieved.

実施例 4 MDH100u、ヘモグロビン30mg、NAD2mgを含
む0.01Mリン酸緩衝液(PH7.5)1mlを、界面活
性剤(Span85)を4滴加えた3%ポリメタクリ
ル酸メチルを含むベンゼン溶液1mlに激しく撹拌
しながら滴下した。生成した乳濁液を、ゼラチン
1gを含む0.01Mリン酸緩衝液(PH7.5)10ml)
に激しく撹拌しながら滴下した。生成した乳濁液
に窒素ガスを吹き当てながら撹拌を続け、ベンゼ
ンを除いた。マイクロカプセルの生成を顕微鏡で
確認した後に、25%グルタルアルデヒド溶液を
200μ加えた。約10分でゲル化が起り、更に2
時間、4℃でゲル化を進めた。生成したゲルはワ
ーリングブレンダーで粉砕し、100mlの0.01Mリ
ン酸緩衝液(PH7.5)で洗浄し、固定化酵素
(18.40g)を得た。
Example 4 1 ml of 0.01M phosphate buffer (PH7.5) containing 100 u of MDH, 30 mg of hemoglobin, and 2 mg of NAD was vigorously stirred into 1 ml of benzene solution containing 3% polymethyl methacrylate to which 4 drops of surfactant (Span 85) were added. while dripping. The resulting emulsion was mixed with 10 ml of 0.01 M phosphate buffer (PH7.5) containing 1 g of gelatin).
was added dropwise to the solution while stirring vigorously. Stirring was continued while blowing nitrogen gas to the resulting emulsion to remove benzene. After confirming the formation of microcapsules using a microscope, a 25% glutaraldehyde solution was added.
Added 200μ. Gelation occurs in about 10 minutes, and then
Gelation was allowed to proceed at 4°C for an hour. The generated gel was crushed with a Waring blender and washed with 100 ml of 0.01M phosphate buffer (PH7.5) to obtain immobilized enzyme (18.40 g).

次に、実施例1と同様にして、ゲル洗浄液中の
MDH活性及び固定化MDHの活性を測定した。そ
の結果、ゲルの洗浄液中には、投入MDH活性の
0.4%が検出され、きめわて効率よく酸素が固定
化された事が示された。また、固定化MDHの総
酸素活性は、投入MDH活性の26%であつた。
Next, in the same manner as in Example 1,
MDH activity and the activity of immobilized MDH were measured. As a result, the gel washing solution contains the input MDH activity.
0.4% was detected, indicating that oxygen was immobilized very efficiently. Furthermore, the total oxygen activity of immobilized MDH was 26% of the input MDH activity.

実施例 5 本発明の固定化法が、前記脱水素酵素だけでは
なく、他のキナーゼ酵素にも適用可能なことを示
すために、ATP関与のキナーゼについても実験
を行つた。
Example 5 In order to demonstrate that the immobilization method of the present invention is applicable not only to the above-mentioned dehydrogenases but also to other kinase enzymes, experiments were also conducted on ATP-related kinases.

ヘキソキナーゼ(ベーリンガー社製、商品名、
「ヘキソキナーゼ」、以下「HK」と略称する。)
150u、グルコース−6−リン酸脱水素酵素(ベ
ーリンガー社製、商品名「グルコース−6−リン
酸脱水素酵素」以下「G6PDH」と略称する。)
120u、ヘモグロビン30mg、ATP(アデシノン−
5′−3リン酸)2mg、NADP(ニコチン、アンデ
ニン・ジヌクレオチド・リン酸)2mg、塩化マグ
ネシウム20mgを含む0.05Mトリス塩酸緩衝液(PH
8.5)1mlを、界面活性剤(Span85)4滴を加え
た3%ポリスチレンを含むベンゼン溶液1mlに激
しく撹拌しながら滴下した。生成した乳濁液を、
ポリエチレングリコールジアクリレート(分子量
約4000)2g、メチレンビスアクリルアミド100
mg、塩化マグネシウム200mgを含む0.05Mトリス
塩酸緩衝液(PH8.5)10mlに激しく撹拌しながら
滴下した。生成した乳濁液に窒素ガスを吹き当て
ながら撹拌を続け、ベンゼンを除いた。ベンゼン
臭が無くなつた所で撹拌を止め、窒素ガスで乳濁
液を5分間バブリングした。マイクロカプセルの
生成を顕微鏡で確認した後に、6%過硫酸カリウ
ム水溶液500μとジメチルアミノプロピオニト
リル100μを加え、よく振り混ぜた後に、窒素
ガスを吹きつけながら静置した。約3分でゲル化
が起り、その後、さらに20分間室温で放置しゲル
化を進めた。生成したゲルは、ワーリングブレン
ダーで粉砕し、100mlの0.01Mトリス塩酸緩衝液
(PH7.5)で洗浄し、固定化酵素(13.22g)を得
た。
Hexokinase (manufactured by Boehringer, trade name,
"Hexokinase", hereinafter abbreviated as "HK". )
150u, Glucose-6-phosphate dehydrogenase (manufactured by Boehringer, trade name: "Glucose-6-phosphate dehydrogenase", hereinafter abbreviated as "G6PDH")
120u, hemoglobin 30mg, ATP (adecynon-
0.05 M Tris-HCl buffer (PH
8.5) 1 ml was added dropwise to 1 ml of a benzene solution containing 3% polystyrene to which 4 drops of surfactant (Span 85) were added with vigorous stirring. The emulsion produced is
2 g of polyethylene glycol diacrylate (molecular weight approx. 4000), 100 methylene bisacrylamide
It was added dropwise to 10 ml of 0.05 M Tris-HCl buffer (PH8.5) containing 200 mg of magnesium chloride with vigorous stirring. Stirring was continued while blowing nitrogen gas to the resulting emulsion to remove benzene. Stirring was stopped when the benzene odor disappeared, and nitrogen gas was bubbled through the emulsion for 5 minutes. After confirming the formation of microcapsules with a microscope, 500μ of a 6% aqueous potassium persulfate solution and 100μ of dimethylaminopropionitrile were added, shaken thoroughly, and allowed to stand while blowing nitrogen gas. Gelation occurred in about 3 minutes, and then the mixture was allowed to stand at room temperature for an additional 20 minutes to advance gelation. The generated gel was crushed with a Waring blender and washed with 100 ml of 0.01M Tris-HCl buffer (PH7.5) to obtain immobilized enzyme (13.22 g).

次に、未固定化G6PDH及びHK、ゲル洗浄液中
の未固定G6PDH及びHK、さらに固定化G6PDH
及びHKの活性を以下のようにして測定した。
Next, unimmobilized G6PDH and HK, unimmobilized G6PDH and HK in the gel washing solution, and further immobilized G6PDH
and HK activity was measured as follows.

なお、G6PDHにおいて、その1ユニツト
(u)は、PH7.6、30℃、1分間で1μモルのグル
コース−6−リン酸を酸化するのに必要な酵素活
性を示し、また、HKにおいて、その1ユニツト
(u)は、PHを7.6、30℃、1分間で1μモルのグ
ルコースをリン酸化するのに必要な酵素活性を示
す。HKの生産物は、グリコース−6−リン酸
で、過剰に存在するG6PDHがその量をNADHの
量に変換し測定する。
In addition, one unit (u) of G6PDH exhibits the enzyme activity necessary to oxidize 1 μmol of glucose-6-phosphate in 1 minute at PH7.6 and 30°C. One unit (u) represents the enzyme activity necessary to phosphorylate 1 μmol of glucose in 1 minute at 30°C and a pH of 7.6. The product of HK is glycose-6-phosphate, and the excess G6PDH converts its amount into the amount of NADH and is measured.

未固定化G6PDHの活性測定では、グルコース
−6−リン酸1.2mM、NADP0.37mM、塩化マグ
ネシウム6.7mMの濃度条件の86.3mMトリエタ
ノールアミン緩衝液(PH7.6)を用い、30℃で、
340nmの吸光度の増加の初速度から、G6PDH活
性を求めた。固定化G6PDHの活性も前記と同じ
測定法で求めた。HKの活性測定では、グルコー
ス222mM、ATP2.7mM、NADP0.73mM、塩化
マグネシウム6.7mM、G6PDH0.5u/mlの濃度条
件の82.3mMトリエタノールアミン緩衝液(PH
7.6)を用い、30℃で340nmの吸光度の増加の初
速度から、HK活性を求めた。固定化HKの活性
も前記と同じ測定法を用いた。
To measure the activity of unimmobilized G6PDH, 86.3mM triethanolamine buffer (PH7.6) with a concentration of 1.2mM glucose-6-phosphate, 0.37mM NADP, and 6.7mM magnesium chloride was used at 30°C.
G6PDH activity was determined from the initial rate of increase in absorbance at 340 nm. The activity of immobilized G6PDH was also determined using the same measurement method as described above. For HK activity measurement, 82.3mM triethanolamine buffer (PH
7.6), HK activity was determined from the initial rate of increase in absorbance at 340 nm at 30°C. The same method as above was used to measure the activity of immobilized HK.

HKとG6PDHの共役反応は、HKの活性測定の
試薬から、G6PDHを除いたものを用い、30℃に
おいて、固定化酵素のみで、NADPHの生成、す
なわち340nmの吸光度の増加を調べた。
For the coupling reaction of HK and G6PDH, the production of NADPH, that is, the increase in absorbance at 340 nm, was investigated using only the immobilized enzyme at 30° C. using a reagent for measuring HK activity without G6PDH.

その結果、ゲルの洗浄液中には、投入HK活性
の2.5%、投入G6PDH活性の0.6%が検出され、き
わめて効率よく酵素活性が固定化されたことが示
された。固定化酵素活性では、投入HK活性の33
%、投入G6PDH活性の7%が測定された。更
に、固定化されたKH活性とG6PDH活性の共役反
応を調べた所、十分な活性を有することが確認さ
れ、この固定化酵素によつて、グルコース量を測
定し得ることが確認された。
As a result, 2.5% of the input HK activity and 0.6% of the input G6PDH activity were detected in the gel washing solution, indicating that the enzyme activity was immobilized very efficiently. For immobilized enzyme activity, 33 of input HK activity
%, 7% of the input G6PDH activity was measured. Furthermore, when the coupled reaction between the immobilized KH activity and G6PDH activity was investigated, it was confirmed that the enzyme had sufficient activity, and it was confirmed that the amount of glucose could be measured using this immobilized enzyme.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 高分子ゲルマトリツクス中に、マイクロカプ
セル化酵素を分散保持させた構造を有する固定化
酵素。 2 酵素を含有する水性液滴が疎水性高分子の有
機溶媒溶液中に分散している一次乳化液を、親水
性高分子を含有する水性媒体中に分散させて二次
乳化液となし、該有機溶媒を蒸発除去して、親水
性高分子を含有する水性媒体中にマイクロカプセ
ル化酵素を生成させた後、該親水性高分子をゲル
化させることを特徴とする固定化酵素の製造方
法。
[Scope of Claims] 1. An immobilized enzyme having a structure in which microencapsulated enzymes are dispersed and held in a polymer gel matrix. 2 A primary emulsion in which aqueous droplets containing an enzyme are dispersed in an organic solvent solution of a hydrophobic polymer is dispersed in an aqueous medium containing a hydrophilic polymer to form a secondary emulsion, and the A method for producing an immobilized enzyme, which comprises evaporating an organic solvent to produce a microencapsulated enzyme in an aqueous medium containing a hydrophilic polymer, and then gelling the hydrophilic polymer.
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