JPS6253151B2 - - Google Patents

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JPS6253151B2
JPS6253151B2 JP57173069A JP17306982A JPS6253151B2 JP S6253151 B2 JPS6253151 B2 JP S6253151B2 JP 57173069 A JP57173069 A JP 57173069A JP 17306982 A JP17306982 A JP 17306982A JP S6253151 B2 JPS6253151 B2 JP S6253151B2
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Richaado Kurinkosukii Piitaa
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は異方性で微多孔質重合体の膜に少なく
とも一種の内蔵された酵素を分散させてなる、新
規な膜を利用した酵素反応分離方法及び酵素反応
分離器室に関する。 化学的工程技術の見地から、酵素はそれを理想
的な触媒にすると思われる多くの性質を持つてい
る。酵素は全く緩和なPHおよび温度の条件下で充
分作用し、しかも速い反応率を誘起することもし
ばしばあり、個々の触媒はそれが誘起する反応の
型式において極めて特異である。生体細胞を維持
するのに必要な化学反応はほとんど例外なしに酵
素の接触仲介に依存しており、そのため非常に多
種類の反応がこれら触媒によつて制御されてい
る。 しかしながら酵素は初期経費が高く、安定性に
欠け、反応生成物から分離するのに困難であるこ
とから酵素に対する巨大と思われる商業上の可能
性はまだ実現していない。例えば所望の反応の完
結後に酵素を廃棄処分することは一般に不経済で
あるため、これに代つて酵素から反応生成物を分
離し、次いでこの酵素を原料供給物に循環するこ
とが試みられて来た。ところでこの後記した型式
の系においては、所要のポンプ速度に対して酵素
がせん断感受性であり、このような条件下で酵素
が変性する傾向があることが判つた。 この問題に対して提案された他の解決法は、人
工的なマトリツクスに付着させることにより酵素
を不動化することである。実際、最近ではビー
ズ、マイクロカプセル、シート、膜、ろ紙および
微細管を含めて種々の異つた形態の天然重合体、
合成重合体および無機材料例えばガラス、金属お
よび金属塩に酵素を付着させている。 酵素を不動化させるために数種の技術が利用さ
れて来ている。吸着法では、反対の電荷の引力に
より酵素を保持する。例えば正の電荷を持つ酵素
を負に帯電したマトリツクスに結合させる。また
ゲルラテツクスも酵素を捕促する。基体および目
的生成物がこのラテツクスの内側または外側を循
環できるように前記のゲルラテツクスの孔は充分
大きくなければならない。第三の方法としては酵
素とマトリツクスとの間に直接化合結合が存在す
る共有化学結合の生成を含む。 一般に酵素が重合体に付着している場合には、
ある形の共有結合が付着の機構になつている。こ
の付着の様式は、酵素の化学的性質が必然的に変
化してこれが酵素の反応性にしばしば逆効果を持
つ欠点がある。 従つて酵素の反応性に悪影響を与えることなく
酵素を不動化する方法に対して実際必要性が存在
している。 さらに詳しくいえば、1971年10月26日にミカエ
ル（A.S.Michaels）氏に与えられた米国特許第
3615024号明細書に記載された種類の重合体質で
異方性微多孔質の膜は、この特許に記載された方
法に従い、析出に先立つてこの重合体溶液に酵素
を添加することにより製造される。 前記特許明細書に記載されているように、有機
溶剤に溶解した重合体の溶液を生成させ、次いで
これを薄いフイルムに流展する。このフイルムの
一方の側を、この有機溶剤に対して高度の混和性
があるが前記の重合体に対して十分な混和性を持
たない希釈剤と優先的に接触させて前記重合体膜
の急速な析出を行わせる。実質的に全部の溶剤が
希釈剤で置き換えられるまで、この希釈剤を前記
の膜と接触状態で保持する。通常約0.002インチ
よりも大きく約0.050インチよりも小さい厚みを
持つこともある前記方法によつて製造された膜
は、このフイルムの隣接した一表面が、平均孔直
径がミリミクロン範囲例えば１〜1000ミリミクロ
ンまたは皮層の厚さの約1/10〜1/100である微多
孔質重合体の約0.1〜5.0ミクロンの厚さの障害層
を構成する非常に薄く比較的ち密な皮層であるこ
とが特徴である。このフイルム構造体の残部は流
体に対して流体力学的抵抗を殆んど示さない粗い
多孔質の重合体の一体となつた支持層から構成さ
れる。本発明の教示によれば、酵素を微細に分割
した形態でしかも効果的な量で重合体溶液に導入
し、次いで混合することにより前記重合体溶液中
に充分に分散させる。この酵素含有重合体溶液を
前述したように流展してフイルムの形状とする。
１〜３％の界面活性剤（例えばトライトン×100
のようなポリエトキシエタノール）を添加するこ
とができる普通は水である希釈剤と接触させた場
合、重合体は析出して前述したように異方性の膜
を生成するが、この場合この膜はその内部特にそ
の孔道に沿つて酵素を内蔵している。 本発明を実施するのに好適な重合体−溶剤系を
示すと次表の通りである。
【表】
【表】 前記の重合体−溶剤系は決して全部について記
載したものではないが、他の重合体−溶剤系につ
いて文献は豊富であり、これは当業者にとつて主
として選択の問題である。一般に流展溶液中の重
合体固形分は重合体−溶剤混合物の約５〜40％の
範囲内にある。 限外ろ過膜中に内蔵させるのに好適な酵素に
は、でん粉糖化のためのグルコアミラーゼ、ぶど
う糖を果糖に変換するグルコース・イソメラー
ゼ、しよ糖を転化糖に変換するためのインベルタ
ーゼおよび尿素をアンモニアに変換するためのウ
レアーゼがある。 水が作用するすべての系において普通使用され
る水の他に、メタノール、ガソリン、フーゼル油
等の有機溶剤がある特殊な場合における希釈剤と
しての用途がある。しかしながらこのような希釈
剤の使用が示されている場合には、酵素との相容
性を最初に決定する必要がある。 フイルムの流展および酵素含有膜の析出は比較
的温和な温度、通常約０℃から約90℃までの温度
で行う。 一般的にいえば、本発明は以上説明してきた重
合体膜を利用する酵素反応分離方法に関するもの
である。 本発明における酵素含有限外ろ過膜は分子的分
離を行う能力があり、また限外ろ過液に対して、
特殊な化学反応を行う生物学的に活性な内蔵され
た酵素と共に選択的に作用する能力がある。この
酵素は本質的に触媒であるため、反応中破壊され
ることなく長期間にわたつて活性（安定性）を保
持する。 即ち、本発明によれば、液体供給物の少なくと
も一部を前記異方性膜に通す。この液体は膜を通
過している間に、触媒として作用する前記酵素と
接触し、所望の反応を起こす。得られた反応生成
物を膜から脱離させて反応生成物帯域に取り出
す。液体を膜に通すために、液体の供給帯域と反
応生成物帯域との間に適当な圧力差勾配を作つて
おく。こうすれば、反応とほぼ同時に反応生成物
が分離する。 以上述べたように、本発明の方法は少なくとも
１種の酵素が内蔵されている新規異方性膜に液体
供給物の一部を通して、触媒として作用する前記
酵素と接触させ、これにより所望の反応を起こ
し、得られた反応生成物を前記の膜から脱離させ
ることからなる。 また、本発明は上記方法を実施するための分離
器室を提供するものでもある。本発明によれば、
この装置は供給物帯域、反応生成物帯域、前記の
供給物帯域を前記の反応生成物帯域から分離して
いる少なくとも一種の内蔵した酵素を含有する異
方性膜、供給物液体を前記の供給物帯域に導入す
るための手段、前記の供給物帯域から前記の供給
物液体の少なくとも一部を送り出す排出口手段、
前記の反応生成物帯域から反応生成物を送り出す
生成物排出口手段、および前記の供給物帯域およ
び前記の反応生成物帯域の間に圧力差勾配を設け
て前記の供給物の一部を前記の膜を通過させてこ
の膜中に内蔵された前記酵素と反応させると共に
これと本質的に同時に前記供給物液体から反応生
成物を分離する手段からなる。 本発明における膜をさらに詳細に説明するため
以下に実施例を掲げる。 実施例 アクリロニトリル−塩化ビニル（比率40−60）
共重合体（ダイネル）の15ｇを85mlのジメチルホ
ルムアミド（DMF）と混和して澄明な溶液とす
ることにより重合体溶液を製造する。一方ウレア
ーゼ酵素は0.1μの微小粒子寸法を持つ粉末状と
して得られる。次にこの微細に分割された酵素の
1.0ｇを前記溶液に加え、容器をローラー上で５
分間かきまぜると均質な分散液が得られる。この
酵素含有混合物を多孔質紙支持体上にうすいフイ
ルムにして適用し、次いでこの紙とこの紙で支持
されたフイルムとを25℃において20分間水浴中に
浸漬して異方性の膜を析出させる。こうして得ら
れた膜は0.005インチの厚さを持ち、外観上は酵
素を含まない異方性の膜と区別が付かない。この
点で膜の24平方インチ当り0.1215ｇのウレアーゼ
が結び付いていると計算される。次にこの膜を３
インチ直径の円板に切断し、アミコン＃401バツ
チ・セル中に取付け、これを通して蒸留水を流し
残留している恐れのある溶剤および遊離酵素を溶
離する。 この不動化した酵素の活性は尿素の加水分解に
より試験する。尿素（H2NCONH2）は５〜50GFD
（ガロン／平方フイート／日）の速度で膜を通過
させる。生起する接触反応により尿素はCO2およ
びNH3に変換される。透過した溶液中のアンモニ
アの量によりこの酵素の有効性を測定し、このア
ンモニア分析の結果を供給物質についてのネスラ
ー試薬反応の結果と比較する。この分析はバウシ
ユ・アンド・ロン（Bausch ＆ Lomb）社のス
ペクトル型「20」比色計を用いて比色的に行な
う。適正流速で得られた変換値は流れに対して反
比例し、例えば5GFDの流速で49％となり、
21GFDの流速で32％になる。さらに高い流速で
は変換は直線的となり、限定的な要因は孔通路と
接触している酵素濃度および接触時間であること
を示している。低い流速では変換は予想値よりも
高くなる。これは拡散という新たな機構に起因し
ている。 酵素を限外ろ過膜中に内蔵させることは先行技
術の酵素の不動化では得られないある種の利点が
ある。すなわち、従来のように酵素をカプセルに
封入した場合にはカプセル剤を通して拡散するこ
とが酵素による変換において動的な制限因子とな
つている。本発明においては酵素は孔通路に沿つ
て位置し、この通路を通して透過物が容易に流れ
るため極めて高い反応速度を得ることが可能であ
る。また本発明では酵素は液体−固体分離器中で
不動化されるので透過液としか反応しない。本発
明の膜は大きい孔容積を持ち、異方性でありまた
輸送機構の性質により、非常に小容量の透過液に
短時間高濃度の酵素と接触する。反応した生成物
が一定の割合で反応成分と置き換えられる孔流路
の連続性と関連して、この系の動力学は先行技術
におけるカプセルに封入された酵素系で可能なも
のよりはるかに最適になつている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 液体供給物の少なくとも一部を少なくとも一
    種の内蔵した酵素を含有する異方性膜を通過さ
    せ、この膜を通過する液体をこの膜の中で所望の
    反応を生起する前記触媒と接触、露出させ、次い
    でこの反応の生成物を前記の膜から脱離させる工
    程を包含する、液体供給物から反応生成物を分離
    するための、圧力で駆動される酵素反応分離方
    法。 ２ 供給物帯域、反応生成物帯域、前記の供給物
    帯域を前記の反応生成物帯域から分離している少
    なくとも一種の内蔵した酵素を含有する異方性
    膜、供給物液体を前記の供給物帯域に導入するた
    めの手段、前記の供給物帯域から前記の供給物液
    体の少なくとも一部を送り出す排出口手段、前記
    の反応生成物帯域から反応生成物を送り出す生成
    物排出口手段、および前記の供給物帯域および前
    記の反応生成物帯域の間に圧力差勾配を設けて前
    記の供給物の一部を前記の膜を通過させてこの膜
    中に内蔵された前記酵素と反応させると共にこれ
    と本質的に同時に前記供給物液体から反応生成物
    を分離する手段を包含する、酵素反応分離器室。
JP57173069A 1973-05-07 1982-10-01 酵素反応分離方法及び酵素反応分離器室 Granted JPS58187190A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35817073A 1973-05-07 1973-05-07
US358170 1973-05-07

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Publication Number Publication Date
JPS58187190A JPS58187190A (ja) 1983-11-01
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JP49049647A Expired JPS5844401B2 (ja) 1973-05-07 1974-05-02 ナイゾウスルコウソオブンサンシテナル ジユウゴウタイマク ナラビニ ソノセイゾウホウホウ
JP57173069A Granted JPS58187190A (ja) 1973-05-07 1982-10-01 酵素反応分離方法及び酵素反応分離器室

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP49049647A Expired JPS5844401B2 (ja) 1973-05-07 1974-05-02 ナイゾウスルコウソオブンサンシテナル ジユウゴウタイマク ナラビニ ソノセイゾウホウホウ

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DE (1) DE2421650A1 (ja)
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JPS5844401B2 (ja) 1983-10-03
FR2228785B3 (ja) 1977-03-11
GB1474594A (en) 1977-05-25
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