JPS63188385A

JPS63188385A - 膜型バイオリアクタ−

Info

Publication number: JPS63188385A
Application number: JP1932487A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Oka; 正太郎岡; Osamu Tawara; 修田原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1987-01-29
Publication date: 1988-08-03

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、膜型バイオリアクターに関する。

さらに詳しくは、微生物、酵素等の特異的機能に基づい
て、食品や医薬品分野で有用な有機物質を連続的に生産
できる膜型バイオリアクターに関する。

（０）従来の技術酵素や微生物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、ｓｉ１時間が長い、酵素や微生物を使い捨てに
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）が提案さ
れている。しかしかかる担体等を用いたバイオリアクタ
ーにおいては、その強度、微生物、酵素等の漏出、原料
液の流通性などについて多くの問題点を抱えており、工
業的な利用において未だ満足できるものではない。

そこで最近、微生物、酵素等の含有液を原料液透過性の
一対のＲ１１！で保持して反応部とし、この一方の隔膜
を介して原料液を反応部内に供給し、他方の隔膜を介し
て反応部内で産生ずる有機物質を回収する方式の、いわ
ゆる膜型バイオリアクターが提案されるに至っている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記膜型バイオリアクターにおいて例え
ば、有機酸のごとき酸性物質を連続製造する場合には、
産生される有機物が反応部内に徐々に滞留してそのｐＨ
を微生物や酵素の至適Ｊ）Ｈから大きく変化させ、それ
により時間と共にバイオリアクターとしての反応効率が
著しく低下する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、
反応部内で産生される有機酸のようなイオン性有機物質
をより迅速に反応部外に排出させることによって産生物
質の滞留に基づく反応効率低下を防止しつるバイオリア
クターを提供しようとするものである。

（ホ）問題点を解決するための手段かくしてこの発明によれば、（Ｊ一対の隔膜間に微生物、酵素等を保持又は流通して
なる反応部、（ｂ＋反応部の一方の隔膜側に設けられ該反応部へ隔膜
を介して原料液を供給しうる原料液供給部、（Ｃ）反応部の他方の隔膜側に設けられ該反応部内で産
生ずる有機物質を隔膜を介して回収しうる液排出部、を備え、上記反応部内で産生しつるイオン性有機物質を
液排出部側へ電気泳動しうる電極一対を、液排出部内と
反応部又は原料液供給部内に設けたことを特徴とする膜
型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、膜型バイオリアクター
における反応部内での産生有機物質を単なる液圧のみな
らず電気泳動により速やかに反応部から液排出部へ排出
できるよう、電界形成用の一対の電極を内設した点にあ
る。

この発明における隔膜としては、少なくとも原料液中の
基質等の原料物質や産生有機物を充分に透過し、かつ微
生物、酵素等を透過しない半透膜的機能を有する多孔質
のものが用いられる。かかる隔膜としては、微生物を対
象とした場合、孔径０．０１〜０，５ｐｙｓのもの、酵
素を対象とした場合、孔径ｏ、ｏｏｉ〜０．０１．２１
１のものが各々適している。

しかしこれ以下の孔径のものも態様によ・っては使用可
能である。隔膜の具体例としては、再生セルロース、酢
酸セルロース、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（いずれも多孔質）等の
膜が挙げられ、この厚みとしては０．０００１〜１ｍｍ
程度で充分である。これらの隔膜は通常、適当な支持材
（例えば、パンチングボード、耐食性金属又はその焼結
多孔体、樹脂板等）に支持した形態で固定される。

この発明における電気泳動用の一対の電極としては、通
常の電気泳動装置で用いられる電極を用いてもよいが、
原料液や回収液の移動や流通をできるだけ阻害しないよ
うに、多孔性、網状、ネット状等の多孔性導電体で構成
するのが望ましく、これらは隔膜に対して平行に対向す
るよう設けられる。また、これら一対の電極は、少なく
とも反応部内の微生物、酵素等の保持部と液排出部との
間に電界が形成されるように設けられる。従って、一方
の電極は液排出部内に、他方の電極は反応部又は原料液
供給部内に設けられ、電極の極性は、泳動を意図するイ
オン性有機物質の極性に対応して決定される。例えば、
乳酸、クエン酸、酢酸、グルコン酸、こうじ酸、ケトグ
ルタル酸等の有機酸が産生ずる場合、液排出部の電極は
正極とされ、他方の電極は負極とされる。なお、かかる
電極としては耐食性の金属又はセラミックス材からなる
ものが適しており、例えば、白金、金、黒鉛等が挙げら
れる。

なお、上記液排出部に、さらにイオン交換膜を介して液
流路を設け、かつ前記一方の電極を液排出部内の代わり
にこの液流路に設けることにより、回収液中の目的イオ
ン性有機物質以外の同符号イオンを電気透析の原理に基
づいて液排出部から除去して精製することができる。通
常、回収液中には産生有機物質以外に原料液中の各種成
分や反応部中の微生物、Ｈ素等の保持用成分（培！ｉ液
等）の一部が持込まれるため、かかる精製用の液流路を
更に付設することは、■梁上有利である。従ってこの発
明は、（ａ）反応部、（ｂ＋原料液供給部、＋Ｃ１液排
出部及び（ｄ＋液排出部にイオン交換膜を介して設けら
れ、該液排出部内の回収液中の夾雑イオンを液排出部か
ら除去しうる精製部、を備え、反応部（ａ）で産生しう
るイオン性有機物質を液排出部側へ電気泳動しうる電極
一対を、精製部内と反応部又は原料液供給部内に設けて
なる模型バイオリアクターをも提供するものである。上
記イオン交換膜としては、陽イオンを対象とする場合、
陽イオン交換膜、陰イオンを対象とする場合には陰イオ
ン交換膜が使用できるが、これ以外のイオン交換膜、例
えば両性イオン交換膜、複合イオン交換膜、キレート性
イオン交換膜等も使用可能である。

（へ）作　用一対の電極に電圧を印加することにより、反応部から液
排出部又は精製部への電界が形成され、これにより反応
部内で産生ずるイオン性有機物質の隔膜を介しての液排
出部への透過が促進されることとなる。

（ト）実施例第１図は、この発明の模型バイオリアクターの一実施例
を示す構成説明図である。図において模型バイオリアク
ター１Ａは、孔径的０．０５膚、厚み０７．１ｍｍの多
孔質ポリプロピレン製の隔膜５Ａ、　　′５Ｂの間に乳
酸菌含有液２１を保持してなる反応部２と、隔膜５Ａ側
に設けられ原料液３１を反応部２へ供給しつる原料液供
給部３と、隔膜５Ｂ側に設けられる有機物質回収用の液
排出部４とをステンレス製円筒体８内に設けてなる。そ
して原料液供給部３及び液排出部４内には、隔膜に平行
して対向する一対の多孔性セラミックスからなる電極６
Ａ、６Ｂが配設されてなり、外部電極７により電極６Ａ
が負極に、電極６Ｂが正極となるよう電圧が印加されて
いる。

かかるバイオリアクター１Ａにおいて、原料液中の原料
物質は隔膜５Ａを透過して反応部２内に導入され、それ
により乳酸菌の作用によりＬ−乳酸が産生され、次いで
Ｌ−乳酸は隔１！５Ｂを透過して液排出部４へ回収され
るが、電極６Ａ、６Ｂの電界によりアニオンとしてのし
一乳酸は液排出部方向へ電気泳動されるため、液圧差と
も相俟って反応部内から速やかに液排出部４へ移行され
ることとなる。そして反応部内に残存しうるＨ÷イオン
も対極側に迅速に移行されることとなる。なお、図中、
４１はＬ−乳酸含有液を示す。従って、反応部２内での
し一乳酸の滞留や濃縮による１低下を防止又は抑制しつ
つＬ−乳酸の連続的製造が可能となる。

一方、第２図は、この発明の他の実施例の模型バイオリ
アクター１Ｂを示す４１１ｉｔＣ説明図である。

図において模型バイオリアクター１Ｂは一対の隔膜５Ａ
、５Ｂ間に乳酸菌含有液２１を循環路２２によって流路
状態で保持する反応部２と、原料液３１を循環路３２に
よって循環し、この状態で隔膜５Ａを介して原料物質を
反応部２内に供給しうる原料液供給部３と、同じく循環
路４２に接続され流通状態で有機物質を回収する液排出
部４とを、一対のステンレス平板９間に積層配置してな
る。

そして前記と同様に、一対の多孔性電極６Ａ、６Ｂが原
料液供給部３及び液排出部４に配設されている。なお、
図中１０は隔膜６Ａ、６Ｂの支持材を示す。

かかるバイオリアクター１Ｂにおいて、乳酸菌として、
ストレプトコッカス　ラフティクス（Ｓ　ｔ、　１ａｃ
ｔｉｃｓ）及びストレプトコッカス　フエーカリス（Ｓ
ｔ、　ｆａｅｃａｌｉｓ　）を用い、原料液として２％
グルコース、１％イーストエキストラクト、１％ペプト
ン、０．１％第１リン酸カリウムを含むｐＨ５，８の乳
酸菌培養液を用い、電極電圧を１．５ｖとし、温度３７
℃下で駆動したところ、５時間後においても乳酸の回収
効率は低下しないことが確認された。従って、電界をか
けることにより、乳酸滞留による反応効率の低下が防止
できることが判る。

また、第３図は、この発明のさらに他の実施例の膜型バ
イオリアクター１Ｃを示すものである。

このバイオリアクター１０は、液排出部４にイオン交換
膜１２（アニオン交換膜；旭ガラス社製、厚み１．３ｍ
ｍ＞を介して精製部１１が付設されてなり、かつこの精
製部１１内に一方の電極６Ｂが配設されている以外、第
２図のバイオリアクター１Ｂと同様な構成からなる。そ
して精製部１１には循環流路１３１を介して再蒸留水１
３が循環されている。

かかるバイオリアクター１０において、前述と同様にし
て得られる液排出部４内の１−乳酸含有液４１中のアニ
オン成分はさらに電界によって精製部１１方向へ泳動さ
れる。この際、液中に存在しうる塩素イオンや炭素イオ
ン等の低分子夾雑アニオンはさらにイオン交換膜１２を
透過して液排出部２から除去されるが、乳酸は透過し得
ないため、回収液中に残留する。従って、乳酸含有液４
１中の乳酸が濃縮、精製されることとなる。なお、この
際、反応部２内に残存する水素イオンは逆に電極６Ｂ側
へ移行するため、これによる反応部２内の一低下も抑制
されることとなる。従ってＬ−乳酸を効率良く長時間製
造することができる。

（チ）発明の効果この発明の膜型バイオリアクターによれば、産生有機物
質の反応部内への滞留による反応効率の低下を防止又は
抑制することができる。従って、有用有機物質の連続製
造用のバイオリアクターとして極めて有用なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、各々この発明の膜型バイオリアクターの
実施例を示す構成説明図である。１Ａ、１８．ＩＣ・・・・・・膜型バイオリアクター２
・・・・・・反応部、　　　　　３・・・・・・原料液
供給部、４・・・・・・液排出部、５Ａ、５Ｂ・・・・
・・隔膜、６Ａ、６Ｂ・・・・・・電極、　１１・・・
・・・精製部、１２・・・・・・イオン交換膜。＝１２− 第１１１１Ｉ第　２１ｉ１ｒ　−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−’１ｊ　ｒ　　　−−−−−−−”、’Ｉ　
　ＩＢ□：：′− ；ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　−２２第３１！１

Claims

【特許請求の範囲】１、（ａ）一対の隔膜間に微生物、酵素等を保持又は流
通してなる反応部、（ｂ）反応部の一方の隔膜側に設けられ該反応部へ隔膜
を介して原料液を供給しうる原料液供給部、（ｃ）反応部の他方の隔膜側に設けられ該反応部内で産
生する有機物質を隔膜を介して回収しうる液排出部、を備え、上記反応部内で産生しうるイオン性有機物質を
液排出部側へ電気泳動しうる電極一対を、液排出部内と
反応部又は原料液供給部内に設けたことを特徴とする膜
型バイオリアクター。２、一対の電極が、多孔性電極である特許請求の範囲第
１項記載のバイオリアクター。３、（ａ）一対の隔膜間に微生物、酵素等を保持又は流
通してなる反応部、（ｂ）反応部の一方の隔膜側に設けられ該反応部へ隔膜
を介して原料液を供給しうる原料液供給部、（ｃ）反応部の他方の隔膜側に設けられ該反応部内で産
生する有機物質を隔膜を介して回収しうる液排出部、（ｄ）液排出部にイオン交換膜を介して設けられ該液排
出部内の回収液中の夾雑イオンを液排出部から除去しうる精製部、を備え、上記反応部内で産生しうるイオン性有機物質を
液排出部側へ電気泳動しうる電極一対を、精製部内と反
応部又は原料液供給部内に設けたことを特徴とする膜型
バイオリアクター。４、一対の電極が、多孔性電極である特許請求の範囲第
３項記載のバイオリアクター。