JPS6328392A - 生体物質固定化担体及びこれを用いる酵母あるいは微生物の固定化法 - 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】 「産業上の利用分野］ 本発明は生体物質固定化担体及びこれを用いる酵母ある
いは微生物の固定化法に関するものであり、詳しくは、
例えば、バイオリアクターに使用するのに適した酵母あ
るいは微生物を固定化するための担体とその利用方法に
関するものである。

［従来の技術とその問題点］ 酵母あるいは微生物菌体を固定化する技術は、従来より
広範囲に開発研究されている。

従来、例えば、酵母による醗酵は反応基質溶液の中に酵
母をそのまま混合し、スラリー状態でバッチ反応するこ
とが広く行われている。この場合、′ｔ？ｉ母は、フィ
ルタープレス等による固液分離の後、廃棄され、経済的
に問題であった。しかし、酵母をある種の担体に固定化
するならば、発酵終了後の反応生成物含有溶液からの分
離が容易になるばかりでなく、従来のバッチ反応から、
カラム充填方式による連続的な固定床反応又は流動床反
応が可能となり酵母菌の再利用、並びに反応器のコンパ
クト化が可能となり、経済的に大きなメリットをもたら
すものである。

一般に、酵母固定化方法は担体結合法、架橋法、包括法
に分類され、大半は包括法によるものである。

例えば、微生物菌体の包括固定法には、Ｋ−力ラギーナ
ン、アルギン酸塩等の天然有機高分子、シリカゲル等の
人工無機高分子並びにポリアクリルアミド、放射線照射
ポリマー、光硬化性樹脂等の合成有機高分子を固定化担
体として用いる方法が知られている。これらの固体化担
体に要求される基本的物性条件として下記の事項が挙げ
られる。

１　機械的強度が強い事。

２　微生物により生物的分解を受けない事。

３　反応基′ｊ１及び反応生成物の透過性にりれている
事。

４　耐熱性がある事。

５　酵母等の微生物菌体と親和性がおる事。

このような条件を満たすための固定化担体として、近年
、種々の提案がなされており、例えば、特開昭６０−２
２１０８９号公報には、シリカヒドロゲルによる酵母の
固定化か開示され、また、特開昭５２−１５１７８８号
公報には、光硬化性樹脂による固定化が開示されている
。

しかしながら、これらの従来の固定化担体は、ヒドロゲ
ル構造マトリックスから成ってあり、大量の水分を含ん
でいるため、弾力性はめるものの、一定加重の下では、
変形や破壊が生じ、［的強度は、小さいものであった。

また、シリカヒドロゲル以外の担体は、有機質であるた
め、微生物により分解されやすく、特に、アルギン酸塩
によるヒドロゲルは、カルシウム等の、金属脱離及びキ
レート性物貿、例えば、リン酸、酢酸等により、分解さ
れるという問題点がおった。更に、マトリックス構造を
形成させる場合、紫外線等の光や放射線を使用した場合
、固定化される酵母菌体自身がダメージをうけ、著しい
活性の低下をまねくという欠点も有していた。

［発明の課題と解決手段］ 本発明者等は上記実情に鑑み、機械的強度が大きく、し
かも、高濃度に酵母を固定化でき、活性の発現の高い、
経済的にも有利な固定化担体を提供することを目的とし
て種々検討を重ねた結果、ある特性の構造を有するシリ
カゲルを担体として用いることにより本発明の目的が達
成されることを見出し本発明を完成するに至った。

［発明の要旨］ すなわち、本発明の要旨は、タコツボ状の空洞構造を少
なくとも１個有する粒状シリカゲルよりなる生体物質固
定化担体及びこれを用いる酵母あるいは微生物の固定化
法に存する。

［発明の構成］ 以下、本発明の構成につき詳細に説明する。

本発明ではタコツボ状の空洞構造を有する粒状シリカゲ
ルを生体物質の固定化担体として利用するものである。

要するに、実質的に多孔性の粉状シリカゲルで、その表
面に外部に解放され、タコツボ状の空洞を有するシリカ
を用いるものであり、これを模式的に示すと例えば、第
１図に示すようなものである。このタコツボ状の空洞は
少なくともシリカ粒子当り１ｇ以上、好ましくは１〜３
周有している必要がある。

本発明で用いられる粒状シリカゲルの粒径は通常、１〜
５０００μｍ、好ましくは１０〜５０００μｍであり、
前記空洞の入口直径は通常、０゜５〜３０００ｕｍ、好
ましくは５〜３０００μｍの範囲のものが好適でおる。

また、この粒状シリカゲルの細孔容積は通常、０．１〜
３．０ＣＣ／！７、好ましくは０．３〜１．２ｃｃ／ｇ
であり、表面積は通常、２００〜８００Ｔｄ／ｓである
。

本発明ではこのような特定構造の粒状シリカゲルを固定
化担体として用いることにより、前記空洞部において、
酵母又は微生物を良好に担持することができるのである
。

上述のような構造を有する粒状シリカゲルを製造するた
めの方法としては、特に限定されず、所定の構造のもの
が１ｑられさえすればよいが、例えば、 ■　特公昭４８−１３８３４号公報に開示されている方
法により、シリカゲル中に空気、窒素、ヘリウム等のガ
ス体を吹き込み、気体媒体中に放出ゲル化することによ
り気泡含有球状シリカゲルを生成させ、その後、アルカ
リにより一部のシリカ壁を溶解し外部に解放された空洞
をもつ粒状シリカゲルを製造する方法、 ■　ケイ酸アルカリ水溶液と酸とをＰＨ６〜１０．５の
範囲で混合し、生じた活性シリカゾル中に水不溶性の油
等を混入し、気体媒体中に放出ゲル化することにより生
じた油含有球状シリカゲルをアルカリにより一部のシリ
カ壁を溶解し、外部に開放された空洞をもつ粒状シリカ
ゲルを製造する方法、 ■　ケイ酸アルカリ水溶液と酸とを混合して生じた活性
シリカゾルそのものあるいは、活性ゾルに微粉ケイ酸（
例えば、富士デヴイソン社製、商品名リーイロイド＃２
４４＞を混合したもの、更には、尿素等の熱分解により
ガスを発生する物質、もしくは、アンモニア等の加熱に
より気化しやすい物質を混入したものを噴霧乾燥した後
、水溶解性物質を洗浄除去し、外部に開放された空洞を
もつ粒状シリカゲルを製造する方法。

■　コロイド状シリカを含有する液体例えば、一般に市
販されているシリカゾル（例えば、１産化学社製、商品
名スノーテックス）あるいは例えば、特公昭２８−４９
１３号公報に開示されているアンモニウムシリケートゾ
ルをそのまま、あるいは尿素等の熱分解によりガスを発
生する物質、もしくは、アンモニア等の加熱により気化
しやすい物質と混合したものを噴霧乾燥し、外部に開放
された空洞をもつ粒状シリカゲルを製造する方法。

■　ケイ酸アルカリ水溶液、例えばケイ酸ナトリウム水
溶液を噴霧乾燥する事により、あるいはケイ酸ナトリウ
ム水溶液に尿素等の熱分解によりガスを発生する物質、
もしくはアンモニア等の加熱により気化しやすい物質を
混入したものを噴霧乾燥して外部に開放された空洞を持
つ粒状シリカゲルを製造する方法、さらに塩酸等の酸処
理によりアルカリ分を除去、水洗乾燥して得られる外部
に開放された空洞をもつ粒状シリカゲルを製造する方法
。

等が挙げられる。これらの製造法の中でも、特に、上記
■の方法が望ましい方法でおり、この方法につき、更に
詳しく述べる。

すなわち、アンモニウムシリケートゾルは特公昭２８−
４９１３号公報に開示されている方法により調整できる
。要するに、例えば、シリカ含有量３５７／Ω以下の範
囲におるケイ酸ナトリウムをアンモニア型陽イオン交換
樹脂又は、アンモニウム基を有するぜオライドのカラム
に流下し、その流出液としてアンモニウムシリケートゾ
ルを得ることができる。そして、かくして得られたコロ
イド状シリカ含有液体をスプレードライヤーにて噴霧乾
燥することにより、本発明で特定する粒状シリカゲルを
Ｆ？る。スプレードライヤーの噴霧機構は、通常ノズル
型又は、回転ディスク型のどちらでも使用し１ｑる。ま
た、噴霧乾燥の温度は通常１００〜４００’Ｃである。

なお、粒子径のコントロールは、ノズル圧力又はディス
クの回転数により行い得るが、コロイド状シリカ含有液
体のシリカ濃度を調整することによっても可能である。

本発明においては、上述のような粒状シリカゲルを酵母
あるいは微生物などの生体物の固定化担体として用いる
ものであるが、この固定化方法は通常の担体の場合と異
なるところはない。例えば、常法に従って、先ず、担体
を希薄塩酸中にて超を波洗浄を施し、その後、十分な水
洗をした後、脱イオン水中に分散された所望の酵母又は
微生物と混合し、次いで、数分〜数時間十分な振どう処
理を施した後、担体を分離し脱イオン水で洗浄すること
により固定化することができる。

本発明で適用可能な酵母又は微生物の種類としては通常
酵母の場合サツカロミセス・フラギリス、サツカロミセ
ス・セルビシエ、サツカロミセス・ルキシイ、カンジダ
・ウヂリス、ニレモチシラス・アシュビ等、バクテリア
の場合酵母、乳酸菌、酢酸菌、大腸菌等が使用される。

このようにして酵母又は微生物を固定化した担体はその
生体物の育成条件に適した条件下で保持され、生体物を
繁殖させることができる。

［発明の効果１ 以下、本発明で必るシリカ粒状物質及び、本シリカ粒状
物質を酵母固定化用担体として使用した場合の特徴を記
述する。

１　骨格が、多孔性二酸化ケイ素、すなわち、シリカゲ
ルである為機械的強度が大きい。

２　主成分がシリカゲルでおる為、生物的分解作用を受
けない。

３　主成分がシリカゲルである為、高温に耐え、高圧加
熱蒸気等による熱殺菌処理が可能である。

４　担体として、再生使用が可能である。

５　担体物質の調製処理及び酵母固定化処理が極めて簡
単で安価でおり、更に、これら二つの処理を個別に実施
できる。

６　外部に開放された夕」ツボ状空洞内には、格子型包
括法にみられる反応基質及び反応生成物の透過を制限す
るような高分子マトリックスが存在しない為、物質移動
が速く、反応速度か大きい。

７　外部に開放されたタコツボ状空洞内には、何ら障害
物が存在しない為、酵母の増殖が容易であり、しかも高
密度に固定化し得る。

８　従来のバイオリアクターの場合、殺菌したバイオリ
アクターに無菌的環境下で調製した固定化菌体を無菌的
操作で入れなければならず、この操作は、バイオリアク
ターを組立てる上で最も困難な点であった。ところが、
水沫では、バイオリアクターで直接無菌的に培養した酵
母懸濁液に乾熱殺菌した本シリカ粒状物質を投入するだ
けで、酵母が自らタコツボ状空洞に封入され、固定化菌
体となるものでバイオリアクターを組立てる上で、無菌
的操作がきわめて簡便になる。

以上の如く、本発明は従来の酵母固定化技術のもってい
た問題点を解決し、しかも、高活性であり、更に、経済
的に安価で、発酵工業界に有意義な酵母固定化担体を提
供するものである。

［実施例］ 次に、本発明を実施例を挙げて、更に詳しく説明するが
、本実施例では固定化菌体として、酵母を使用している
が、本発明は、酵母のみに限定されるものではなく、他
の微生物菌体の固定化担体としても適用できることは言
うまでもない。

実施例 ［粒状シリカゲルの調製］ ガラスカラムに充填したＮａ型陽イオン交＠樹脂（東西
化学社製、商品名ミニパールＳＫ）に１０％ＨＣΩを流
下させ、Ｈ型とした後、更に、１０％ＮＨ４ＯＨを流下
さぜ、イオン交換基をすべてＮ　ｆ−１３型とした。こ
のＩｌｂ’Ｍ陽イオン交換樹脂カラムにケイ酸ソーダ水
溶液（Ｓ　ｉ　０２　／Ｎａ２Ｏモル比３．３．ＳｉＯ
２濃度１０ｗｔ％）を空塔速度３ｃｍ／ｍｉｎにて流下
させ、流出液としてアンモニウムシリケートゾル（Ｓ！
Ｏ：ｚ１０ｗｔ％）を冑た。このアンモニウムシリケー
トゾルをそのままノズル式平行流形噴霧乾燥機（５用島
播磨重工業製、型式ＰＦ型１５００φ）を用い入口湿度
３５０’Ｃ１出ロ温度１７０’Ｃの条件下、噴霧乾燥し
粒状シリカゲルを製造した。

この製法により得られた粒状シリカゲルは第２図の写真
（２００倍）に示すような、粒子外部に開放されたタコ
ツボ状空洞をもつ粒状物質であった。なお、この粒状シ
リカゲルの物性値を測定したところ、下記の結果を得た
。

細孔容積　　　　　０．４ＣＣ／ＳＪ 表面積　　　　　　３８３尻／３ 空洞部の平均直径　６０μｍ ［酵母固定化処理］ 市販のパン酵母（日清製粉に、に製、スーパーカメリヤ
ドライイースト）５９を２００ＣＧ三角フラスコに取り
、蒸溜水２００Ｃを加え、酵母スラリー液とし、これに
、上記方法で調製した粒状シリカゲル（粒子径：２５〜
７４μｍ）１０９を加え、振どう機にて１時間攪拌振と
うした後、蒸溜水にて３回デカンテーションを行い過剰
の酵母を除去した。

このようにして、本発明のりｈツボ状の空洞部を有する
シリカゲルにパン酵母の固定化を行ったところ、第３図
の写真（１００倍）に示すように、前記空洞部に高密度
で良好に酵母が担持されていた。

【図面の簡単な説明】

は同斜視図であり、また、第２図は実施例で製造された
粒状シリカゲルの顕微鏡写真（２００倍）であり、第３
図は同じ〈実施例でパン酵母を固定化した後の粒状シリ
カゲルのｖＱ微鏡写真（１００倍）である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）タコツボ状の空洞構造を少なくとも１個有する粒
   状シリカゲルよりなる生体物質固定化担体。
2. （２）粒状シリカゲルの粒径が１〜５０００μｍであり
   、前記空洞の入口直径が０．５〜３０００μｍであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の担体。
3. （３）粒状シリカゲルの細孔容積が０．１〜３．０ｃｃ
   ／ｇであり、また、表面積が１０〜１０００ｍ＾２／ｇ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   の担体。
4. （４）粒状シリカゲルがケイ酸ナトリウム水溶液をアン
   モニア型陽イオン交換樹脂と接触処理して得られるアン
   モニウムシリケートゾルを噴霧乾燥することにより得た
   発泡シリカゲルであることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の担体。
5. （５）酵母あるいは微生物を固定化するに際し、担体と
   して、タコツボ状の空洞構造を少なくとも１個有する粒
   状シリカゲルを用いることを特徴とする酵母あるいは微
   生物の固定化法。