JPS6331538A

JPS6331538A - 固定化用担体

Info

Publication number: JPS6331538A
Application number: JP61173721A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nakamura; 栄一中村; Kyukichi Minakata; 皆方　久吉; Takehiko Takano; 剛彦高野
Original assignee: ASANO KOJI KK; KENSETSUSHO DOBOKU KENKYU SHOCHO
Current assignee: ASANO KOJI KK; KENSETSUSHO DOBOKU KENKYU SHOCHO
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1988-02-10

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、固定化用担体に関するものであり、更に詳細
には、微生物菌体、活性汚泥、酵素、細胞１組織、抗原
、抗体その他各種の有機性物質を固定化するための担体
に関するものである。

これらの担体に固定化した有機性物質は、下水処理、発
酵工業、免疫分析、生理活性成分の精製。

酵素工業、細胞培養、植物栽培等に広く利用することが
できる。

したがって本発明は、汚水処理技術のみならず、医薬工
業、食品工業、生化学工業、ファインケミストリー、バ
イオテクノロジー及び農林水産業等において重要な役割
を果すものである。

（従来の技術）有機性物質を遊離した状態で単独使用するのに比して、
これを担体に固定して使用する場合には、有機性物質の
法官や移動がなく、高密度に且つ効率的に反応が行なわ
れるのみでなく、反応媒質や分析媒質その他の液状媒質
からこれを分離する際、濾過や遠心分離を行なうことな
く嘔にデカンテーションするだけできわめて容易に且つ
確実に分離することができ、その他取扱い、操作が非常
に容易であるという工業的な利点がある。

しかしながら、このような有機性物質の固定化において
、攪拌や振動といった機械的力を及ぼしても有機性物質
を遊離することなく強固に結合し且つ有機性物質の活性
には全く影響を与えることのない担体については全く知
られていないのが技術の現状である。

（発明の目的）本発明はこのような技術の現状に鑑みてなされたもので
あって、有機性物質の活性はいささかも低下せしめるこ
とがなくしかもこれを強固に結合しうる工業化に適した
まさに理想的な担体を新規に開発する目的でなされたも
のである。

（発明の構成）本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、物理化学、生化学、生物学、微生物学、無機化学そ
の他各種の分野から検討した結果、担体の物理性、電気
性といった従来全く検討されていなかった側面に着目す
るに到った。

そして研究を続けた結果、担体の帯電が有機性物質の固
定化に直接且つ極めて大きく影響するという新知見を得
、これを基礎として更に鋭意検討の結果、本発明の完成
に到ったものである。

すなわち本発明は、担体をカチオンに帯電させた点を重
要なポイントとするものである。

固定化用担体としては、無機物、有機物、低分子物質、
高分子物質、天然物、合成物のいずれもが広く使用でき
、その例としては次のものが列挙される：砂、珪砂、貝
化石、クリストバル石、活性炭、ゼオライト、石炭、コ
ークス粒、鉄粉、磁鉄鉱、紛土鉱物、（モンモリロナイ
ト、ベントナイト、酸性白土、カオリナイト等）、多孔
性ガラス、アルミナ、シリカゲル、ヒドロキシルアパタ
イト、リン酸カルシウムゲル；ポリスチレン、ナイロン
、ポリウレア、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアク
リルアミドゲル、ポリアクリレート、ケイ素樹脂、ポリ
ビニルアルコールゲル、各種共重合体といった合成樹脂
；デンプン、コンニャク粉、寒天、アガローズゲル、グ
ルテン、セルロース、ＤＥＡＥ　（又はＤＥＡＡ、　Ｔ
ＥＡＥ、　ＣＭ）　　−セルロース、セルロースエステ
ル等の天然物；担体は、これらに限定されるものではな
く、各種のものが広く使用される。

担体の大きさ、形状は必要に応じて適宜選択するもので
あり、球状、棒状、角状、中空状、膜状。

筒状、ホローファイバー状等に成形できる。その表面は
滑面としてもよいし、付着性を向上させるために粗面と
したり、また、多孔質にしたりしてもよい、担体の種類
も目的に応じて選択するのが良く、例えば、下水処理用
の活性汚泥を固定する場合のように、大量に使用するた
めに価格が問題となり且つ攪拌や振動等の機械的処理に
も酎えねばならないような場合には、珪砂、貝化石、ク
リストバライト、活性炭、ゼオライトといった無機系の
担体がよい。また、モノクローナル抗体等による精製や
分析、酵素を用いる微量反応に使用する担体のように、
高価格微量処理の場合には、有機系の担体を用いるのが
好都合である。

本発明においてはこの担体をカチオンに帯電せしめるの
であるが、このためには、担体を高分子凝集剤で処理す
るのである。高分子凝集剤としては、分子量５００〜１
５００万、好適には１０００〜１０００万のカチオン性
高分子凝集剤が使用され、その例としては次のものが挙
げられる。

・ポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート・ポリジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート
−ポリアクリルアミド共重合物・ポリエチレンイミン・キトサン・ポリビニルピリジン塩酸塩・ビニルピリジン共重合物塩上記のように担体をカチオン性高分子凝集剤で処理すれ
ば、担体が直接カチオン化される。しかしながら、カチ
オン処理した担体を乾燥した後アニオン性高分子凝集剤
で処理すると、カチオン化されるだけでなく、両者が反
応して水不溶性の繊維状析出物が担体表面に生成するの
で、このような処理も有利である。このようにして、必
要あれば、カチオン性及びアニオン性高分子凝集剤処理
を多数回くり返して、全体として担体をカチオン性に帯
電させることもでき、しかも生成した繊維状物によって
有機性物質を更に強固に結合固定することもできる。

これらの高分子凝集剤は、上記したように交互に層状に
処理してもよいし、これらで担体を同時に処理して、担
体表面上にカチオンとアニオンとを混在せしめるように
してもよい。

陰イオン性高分子凝集剤としては、分子量５００〜１５
００万、好適には１０００〜１０００万のアニオン性高
分子凝集剤を使用するのが良く、次のものが例示される
。

・ポリ　（アクリルアミド−アクリル酸塩）共重合物・アルギン酸ナトリウム・マレイン酸共重合物塩その他カチオン化処理の具体的態様を、活性汚泥を例にとって
まとめて示すと、次のとおりである。

方法１−カチオン性高分子処理砂等の担体に、カチオン性高分子凝集剤の水溶液を添加
して、混合し、３０〜１５０℃で乾燥すると、担体表面
に高分子凝集剤が付着する。冷却後、活性汚泥中に投入
し、攪拌すると、担体粒子表面の高分子凝集剤の作用で
活性汚泥が凝集付着し、担体粒子表面に活性汚泥が固定
化される。

方法２−カチオン性及びアニオン性高分子処理（１）上記処理を行なった担体に、アニオン性高分子凝集剤の
水溶液を添加して混合すると、担体表面に付着したカチ
オン性高分子凝集剤とアニオンが反応して、水不溶性の
繊維状析出物が担体表面に生成する。この場合、アニオ
ンの量は、カチオンとの反応当量と同じか少ない量とす
る４次いで、３０〜１５０℃で乾燥すると、担体粒子表
面には、カチオンとそれを包括する繊維状反応物が付着
する。

これを活性汚泥中に投入し攪拌すると、カチオンの作用
により活性汚泥が付着するのは上記方法−１と同じであ
るが１本法では繊維状反応物により、付着汚泥の付着安
定性が増し、攪拌による汚泥の剥離が更に少なくなる。

方法３−カチオン性及びアニオン性高分子処理（Ｉｔ）固定化しようとする活性汚泥にあらかじめ、アニオン性
高分子水溶液を添加し充分に混合する。

二九に方法Ｉにより処理した担体を投入し攪拌すると、
担体の表面のカチオンは、活性汚泥を凝集付着させると
同時に、アニオンと不溶性の繊維状反応物を作るので、
活性汚泥はカチオンの凝集作用と、繊維物の包括安定化
の両作用により安定化する。

担体の粒径は、担体の種類、その形状、固定化すべき有
機質物質の種類、目的等によっても相違するが、小球状
とした場合は０．００１〜１０ｍｍ程度が好ましく、活
性汚泥や微生物の固定化の場合は０．０５〜０　、３ｍ
ｍ程度、免疫物質の固定化の場合には一般的にはこれよ
りも小さい方がよいが、粒径は必要に応じて適宜選択し
て行うにれらの高分子凝集剤は、水溶液として使用する場合には
、０．０５〜５−／ｖ％、好ましくは０．１〜１、Ｏｗ
／ｖ％とするのがよく、高分子を粉末の状態で担体と混
合して、水を添加する場合は、水の量は担体がわずかに
水没する程度とするのが好ましい。

必要ある場合には、高分子凝集剤は水溶液を担体にスプ
レーしたり、又は粉末をスプレーした後、水をスプレー
したりして、担体に付着せしめて担体をカチオン化する
ことも可能である。

担体とカチオン高分子凝集剤の割合は、乾物量換算で１００　：　０．２〜１００：２程度とし、担体とアニ
オン高分子凝集剤の割合は、乾物量換算で。

１００　：　０．２〜１００：２程度とするのが好まし
い。

（発明の効果）本発明は、担体をカチオンに帯電せしめるという全く新
規なメカニズムを発見し、これを工業的に応用すること
に成功したものである。

すなわち具体的には、本発明によれば、担体を高分子凝
集剤で処理するというきわめて簡単な操作により、この
処理された担体と有機性物質とを単に接触混合するだけ
で、直ちに有機性物質を付着せしめることができる。し
かもこのようにして付着固定化された有機性物質は、反
応槽や大型処理タンク等において激しく攪拌しても、担
体がら分離することがなく、そのうえ、その生理活性は
いささかも劣化することなく安定であり、微生物や藻類
にあっては順調な生育が得られる。

換言すれば本発明によれば、両者を単に接触するという
きわめて簡単な方法によって担体と有機性物質を付着せ
しめることができ、それでいて、−旦付着固定化したら
、激しく攪拌しても両者が分離することがなく、しかも
有機性物質の活性、品質、力価、性能は全く衰えること
がない、という新規にして顕著な効果が奏されるのであ
る。

そのうえ、本発明は各種の有機性物質を広く固定化する
ことができ、広範囲の用途に応用できることも本発明の
すぐれた特徴の１つである。

例えば、＃素や微生物の固定化による。酵素反応を利用
した各種物質や抗生物質等の発酵生産；根瘤菌や光合成
細菌の固定化による、植物の水耕栽培；動物細胞や組織
の固定化による、インターフェロン、リンフ才力インそ
の他生理活性物質の製造及び細胞や組織の増殖；抗原、
抗体、ハプテン等の固定化による、固相法による免疫分
析；モノクローナル抗体の固定化による微量成分の精製
；クロレラやアマノリ等藻類の固定化による、藻類の生
産；その他に広く使用でき、活性汚泥を固定化して下水
処理を行う場合には、活性汚泥濃度を高くする事ができ
るので、高負荷処理ができ、また粒子′の沈降速度が速
いので、固液分離が容易であるなどの特徴を持っている
。一方この方式では。

投入した担体に、活性汚泥が付着し、所定の付着性活性
汚泥濃度となるまでには、少なくとも２ケ月、長くて６
ケ月程の馴養期間を要し、その間の汚水処理方法が問題
となる事や、投入した担体のうち、活性汚泥の付着する
割合が限られるといった従来からの下水処理技術の欠点
が完全に解決されるという著効も得られる。

このように本発明によれば、有機性物質濃度を高く維持
することができるので、目的とする反応が迅速に行われ
、目的物質の収量も大巾に増加する。そのうえ、有機性
物質は担体に固定されて重量、体積が増大しているので
、担体と反応媒質との分離が、遠沈や濾過によることな
くデカンテーションのみで簡単に行われるので非常に便
利であるし、洗滌も容易である。担体として磁鉄鉱粉末
、鉄粉等磁性粒子を用いると、磁石や磁場の作用によっ
て上記処理が更に容易に行われる。

以下、本発明の実施例について述べる。

実施例１珪砂（０，０７４〜０．１４９ｍｍ）５０　ｇに強カチ
オン性高分子凝集剤率１０．３％水溶液８０ｍ１を加え
、９０’Ｃで４時間乾燥させ水分を蒸発させる。室温に
冷却する。

下水処理場から採取した活性力’ＩＭ　（ＭＬ　ＳＳ　
２５００ｍｇＩＱ）１ｒｌ中に上記処理した珪砂を添加
し、ジャーテスターにて１５０ｒｐｍで数分攪拌すると
、珪砂の、表面に活性汚泥が凝集付着する。

酸素消費速度の測定により、付着前後の活性汚泥の活性
を比較して、活性の残存率を測定した。

値はほぼ１００％であった。

実施例２実施例１と同様に強力チオン性高分子凝集剤の処理を行
ったあと、中アニオン性高分子凝集剤傘２０．２％水溶
液３０ｍ１を加えて混合して、９０°Ｃで４時間乾燥さ
せて、室温まで冷却する。そのあと実施例１と同じく活
性汚泥と反応させると珪砂の表面に活性汚泥が凝集付着
する。

活性の残存率はほぼ１００％であった。

実施例３下水処理場より採取した活性汚泥（ＭＬ　ＳＳ　２５０
０ｍｇ／　Ｑ　）　ｌαに実施例２と同じ中アニオン水
溶液２５ｍ１を加えて混合する。この中に実施例１で調
整した担体を投入し実施例１と同じく攪拌処理を行なう
と、粒径５ｍｍ〜１ｃｍ位のやや大きな凝集体が生成す
る。これを更に１５０ｒｐｍで１時間程攪拌すると２ｍ
ｍ以下の大きさに均一化できた。

この場合の活性残存率は約１００％であった。

拳１　カチオン性高分子凝集剤Ｘ：Ｙ″：０．１　：　０．９傘２　アニオン性高分子凝集剤Ｘ：Ｙ″：ｏ、ａｓ　：　０．１５実施例４ポリエチレン小球（直径０．７ｃｍ）　５０Ｅに、実施
例１で用いた強力チオン性高分子凝集剤と水との等景況
合物からなるスラリを等量加えて良く攪拌し。

４５℃で１時間風乾してカチオンに帯電せしめた小球を
得た。

標準血清又はサンプル２５μΩを入れた試験管にＯ−ジ
アニシジン−コーチゾル及び色原体を含む試薬液５０μ
Ｑを加えた。そして更にコーチゾル抗血清を２００μΩ
ずつ加え、インキニーベートした。

次いで、上記によって得た小球を１個入れ２０分間攪拌
した後、デカンテーションによって液体を分離除去し、
各小球に過酸化水素０．２ｍＱと西洋ワサビのペルオキ
シダーゼ試薬０．１ｍＱを加え、酵素活性を４６０１の
吸光度変化で測定して、標準血清と比較し、サンプル中
のコーチゾル濃度の分析を行った・実施例５活性炭（直径０．５ｍ＋ｎ）　５０ｇを実施例１と同様
に処理してカチオンに帯電した活性炭を得た。

Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ　ｃｏｌｉ　ＡＴＣＣ９６３７
の培養液ＩＱに上記処理した活性炭を添加し、実施例１
と同様に処理して固定化菌を得た。

この固定化菌を１０　Ｘ　１００ｃ＋ａのカラムに充填
し、これに１Ｍフマル酸アンモニウム（ｐＨ８，５）を
、ＳｖＯ，６，３７℃で流下せしめた。得られた溶出液
６Ｑについて、希Ｈ２ＳＯ４によりそのｐＨを２．８に
調整、５℃に冷却、濾過、水洗して、結晶Ｌ−アスパラ
ギン酸を９００ｇ得た。

３７℃でこのカラムを６ケ月間連続運転せしめたところ
、菌体のアスバルラーゼ活性は全く低下することもなく
、また菌体の剥離も認められなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

カチオンに帯電させてなることを特徴とする有機性物質
固定化担体。