JP2001233681A - 多孔質セラミックス膜を用いた高度選択性バイオリアクター - Google Patents

多孔質セラミックス膜を用いた高度選択性バイオリアクター

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JP2001233681A
JP2001233681A JP2000044802A JP2000044802A JP2001233681A JP 2001233681 A JP2001233681 A JP 2001233681A JP 2000044802 A JP2000044802 A JP 2000044802A JP 2000044802 A JP2000044802 A JP 2000044802A JP 2001233681 A JP2001233681 A JP 2001233681A
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Kentaro Oshima
賢太郎 大島
Katsutoshi Okubo
捷敏 大久保
Tetsuo Yazawa
哲夫 矢澤
Yutaka Nakazono
豊 中薗
Naoya Ichimura
直也 市村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リアクターに供されるセラミックス膜に要求さ
れる理想的機能である、原料物質の濃縮機能、原料物質
の化学変換機能、及び生成物質の原料系からの分離機能
をそれぞれ高レベルで保持する複合機能を有するセラミ
ックス膜、並びにそのセラミックス膜を用いた高度選択
性バイオリアクターを開発すること。 【解決手段】細孔径が0.001 〜10μｍ、比表面積が１〜
100 ｍ2 / ｇ、膜厚が0.1 〜10ｍｍであるセラミックス
支持膜上に、細孔径が0.005 μｍ以下、比表面積が100
〜1000ｍ2 / ｇ、膜厚が0.01ｍｍ以下であるセラミック
ス薄膜が形成された構造を有することを特徴とする多孔
質セラミックス膜、並びに前記多孔質セラミックス膜を
化学変換部とし、原料液を該化学変換部に供給するため
の原料液供給部、及び該化学変換部からの生成物質を回
収するための生成物質回収部からなる高度選択性バイオ
リアクター。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス支持
膜上にセラミックス薄膜が形成された構造を有する多孔
質セラミックス膜、及び該多孔質セラミックス膜が用い
られた高度選択性バイオリアクターに関する。更に詳し
くは、高耐久性・高度選択性分離膜や化学変換器などに
好適に使用しうる高度選択性バイオリアクター及びそれ
に用いられる多孔質セラミックス膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、多孔質セラミックス膜は、その構
造的特徴を活かして、ガス状及び液状物質の分離機能、
触媒、酵素などの担体機能を主目的として開発されてお
り、耐久性・選択性分離膜や化学反応器などへの応用が
研究されている。
【０００３】分離膜への応用として、例えば、特開平6-
239674号公報では、圧力損失が小さく、かつ目詰まりが
少ないガス分離膜として有用な多孔質セラミックス膜が
提供されている。しかし、この緻密なセラミックス膜
は、膜内の細孔の大きさによりガスを分離する機能を追
求したものであり、化学反応器への応用には適していな
い。
【０００４】また、分離機能を有する化学反応器への応
用として、例えば、特開平9-301789号公報では、高気孔
率で比表面積が大きく、ガス透過性能に優れるととも
に、タンパク質やＣＯ2 ガスなどの吸着特性にも優れ、
フィルターやガス分離膜及びバイオリアクターなどの触
媒担体として有用なセラミックス膜が提供されている。
しかし、このセラミックス膜は、ガス分離機能及び触媒
担体機能を有しているのみで、該セラミックス膜をリア
クターに用いた場合、原料系からの原料物質の濃縮がで
きず、触媒による化学反応で生じた生成物質を原料系か
ら分離できないという問題がある。したがって、原料物
質の濃縮部及び生成物質分離回収部をリアクターの設計
とは別に設計する必要がある。
【０００５】化学反応による製造プロセスは、大きくは
上流プロセス、化学反応プロセス（リアクター）及び下
流プロセスに分類され、上流プロセスでは主に原料、触
媒などの調整が行われ、化学反応プロセスでは最適な反
応条件や装置操作条件の設定が行われ、下流プロセスで
は分離精製及び品質調整が行われている。従って、これ
らプロセス全体の最適化設計が極めて重要であり、それ
には相当の時間及び労力が必要となる。しかし、化学反
応プロセスを担うリアクターが同時に上流及び下流プロ
セスの機能を有するなら、化学反応プロセスのシステム
を設計する上で非常に有用なものとなる。したがって、
近年、それらの複合機能を有する理想的な高度選択性リ
アクターの開発が待ち望まれている。
【０００６】以上説明したように、リアクターに供され
るセラミックス膜に要求される理想的な機能には、原料
物質の濃縮機能、原料物質の化学変換機能、及び生成物
質の原料系からの分離機能をそれぞれ高レベルで保持す
る複合機能が有用であると考えられている。しかしなが
ら、この複合機能を有するセラミックス膜、すなわちい
わゆる高度選択性セラミックス膜の開発が難しく、該高
度選択性セラミックス膜がほとんど開発されていないの
が現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リアクター
に供されるセラミックス膜に要求される理想的機能であ
る、原料物質の濃縮機能、原料物質の化学変換機能、及
び生成物質の原料系からの分離機能をそれぞれ高レベル
で保持する複合機能を有するセラミックス膜、並びにそ
のセラミックス膜を用いた高度選択性バイオリアクター
の開発を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、特定の細孔径、
比表面積及び膜厚を有するセラミックス支持膜上に、特
定の細孔径、比表面積及び膜厚を有するセラミックス薄
膜が形成された構造を有する多孔質セラミックス膜を開
発し、そのセラミックス支持膜の表面及び／又は細孔内
表面に酵素を担持させ、さらに必要に応じてセラミック
ス薄膜の表面及び／又は細孔内表面を親水化又は疎水化
処理した場合には、複合機能を有するセラミックス膜が
得られ、該セラミックス膜は、原料物質の濃縮機能、原
料物質の化学変換機能、及び生成物質の原料系からの分
離機能を各々高レベルで保持する複合機能を有するとい
うまったく新しい事実が見出された。さらに、このセラ
ミックス膜を用いた場合には、高度選択性バイオリアク
ターが得られることも見出し、本発明を完成するに至っ
た。
【０００９】すなわち、本発明は （１）細孔径が0.001 〜10μｍ、比表面積が１〜100 ｍ
2 / ｇ、膜厚が0.1 〜10ｍｍであるセラミックス支持膜
上に、細孔径が0.005 μｍ以下、比表面積が100〜1000
ｍ2 / ｇ、膜厚が0.01ｍｍ以下であるセラミックス薄膜
が形成された構造を有することを特徴とする多孔質セラ
ミックス膜、（２）セラミックス支持膜の表面及び／又
は細孔内表面に酵素が担持されており、該酵素が酸化還
元酵素、転移酵素、加水分解酵素、除去付加酵素、異性
化酵素及び合成酵素からなる群より選ばれた１種以上で
ある前記（１）記載の多孔質セラミックス膜、（３）セ
ラミックス支持膜が、原料物質を含む液中から原料物質
を濃縮する機能、並びに表面及び／又は該細孔内表面に
担持している酵素により原料物質を化学変換させる機能
からなる群より選ばれた１種以上の機能を有する前記
（１）又は（２）記載の多孔質セラミックス膜、（４）
セラミックス薄膜が、原料物質の化学変換後の生成物質
を原料物質を含む液から濃縮分離させる機能を有する前
記（１）〜（３）いずれか記載の多孔質セラミックス
膜、（５）セラミックス薄膜の表面及び／又は細孔内表
面が疎水性又は親水性である前記（１）〜（４）いずれ
か記載の多孔質セラミックス膜、（６）セラミックス支
持膜が、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオ
ライト、チタニア、セリア及びジンカからなる群より選
ばれた１種以上からなる前記（１）〜（５）記載の多孔
質セラミックス膜、（７）セラミックス薄膜が、ガラ
ス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタ
ニア、セリア、ジンカ及びそれらのキセロゲルからなる
群より選ばれた１種以上からなる前記（１）〜（６）い
ずれか記載の多孔質セラミックス膜、並びに（８）前記
（１）〜（７）いずれか記載の多孔質セラミックス膜を
化学変換部とし、原料液を該化学変換部に供給するため
の原料液供給部、及び該化学変換部からの生成物質を回
収するための生成物質回収部からなる高度選択性バイオ
リアクターに関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の多孔質セラミックス膜
は、セラミックス支持膜及びセラミックス薄膜より構成
される。その膜断面の構造を表す概略説明図を図１に示
す。
【００１１】図１に示されるように、セラミックス薄膜
２は、セラミックス支持膜１上に形成されている。セラ
ミックス薄膜２とセラミックス支持膜１との界面付近
は、両者の複合系又は混合系となっており、これにより
多孔質セラミックス膜の強度が保持される。
【００１２】なお、図１に示された多孔質セラミックス
膜において、３は担持酵素を示しているが、その担持位
置及び担持量は、その図示された状態に限定されるもの
ではない。
【００１３】セラミックス支持膜１の材質は、特に限定
されないが、その代表例として、粘土（ケイ酸塩）系、
酸化物鉱物系、酸化物系、炭化物系、窒化物系、ホウ化
物系、ケイ化物系などが挙げられる。それらの中では、
例えば、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオ
ライト、チタニア、セリア及びジンカからなる群より選
ばれた１種以上が好ましい。これらは、混合物であって
もよく、あるいは複合物であってもよい。
【００１４】セラミックス支持膜１の細孔径は、酵素の
担持制御及びセラミックス支持膜１の強度確保の観点か
ら、0.001 〜10μｍ、好ましくは0.005 〜10μｍとされ
る。
【００１５】セラミックス支持膜１の比表面積は、酵素
の担持制御及びセラミックス支持膜１の強度確保の観点
から、１〜100 ｍ2 / ｇ、好ましくは５〜100 ｍ2 / ｇ
とされる。
【００１６】また、セラミックス支持膜１の膜厚は、セ
ラミックス支持膜１の強度確保の観点から、0.1 〜10ｍ
ｍ、好ましくは0.2 〜10ｍｍとされる。
【００１７】セラミックス支持膜１の形状は、特に限定
がなく、任意である。その形状としては、例えば、管
状、板状、ロッド状、ファイバー状などが挙げられる。
【００１８】セラミックス支持膜１は、例えば、固相
法、液相法、気相法などの通常のセラミックスの製法に
よって容易に製造することができるものであり、本発明
は、かかる製法によって限定されるものではない。
【００１９】セラミックス支持膜１は、コスト、使用し
やすさ、製造しやすさ、化学変換効率などを考慮すれ
ば、例えば、ガラス、アルミナ、シリカ、ジルコニアな
どの材質からなるセラミックス製の管、板、ロッド、フ
ァイバーなどであることが好ましい。
【００２０】セラミックス支持膜１は、原料物質を含む
液中から原料物質を濃縮する機能、並びに表面及び／又
は該細孔内表面に担持している酵素により原料物質を化
学変換させる機能からなる群より選ばれた１種以上の機
能を有することが好ましい。これらの機能は、セラミッ
クス支持膜１において表面及び／又は細孔内表面に、原
料基質となじみやすい状態に化学制御したり、酵素を担
持することにより、セラミックス支持膜１に容易に付与
することができる。
【００２１】セラミックス支持膜１の表面及び／又は細
孔内表面には酵素が担持されていてもよい。その酵素の
担持方法には特に限定がない。その代表例としては、
（１）酵素を分散させた液中に多孔質セラミックス膜を
浸漬させ、セラミックス薄膜２側から液を吸引すること
により、セラミックス支持膜１へ酵素を担持させる方
法、（２）酵素を分散させた液中に多孔質セラミックス
膜を浸漬させ、セラミックス支持膜１に付けたクロスリ
ンカー剤などの化学修飾基を利用して、セラミックス支
持膜１へ酵素を担持させ方法などが挙げられる。
【００２２】酵素の種類には特に限定がない。その中で
は、酸化還元酵素、転移酵素、加水分解酵素、除去付加
酵素、異性化酵素及び合成酵素からなる群より選ばれた
１種以上が好ましい。なお、酵素は、その補酵素と適宜
併用してもよい。
【００２３】セラミックス支持膜１の表面及び／又は細
孔内表面に担持される酵素の量は、化学変換制御の観点
から適宜決定すればよい。
【００２４】セラミックス薄膜２は、原料物質の化学変
換後の生成物質を原料物質を含む液から濃縮分離させる
機能を有することが生成物質の濃度調整における濃縮コ
ストの低減化の観点から好ましい。
【００２５】セラミックス薄膜２の材質は、特に限定さ
れないが、その代表例として、粘土（ケイ酸塩）系、酸
化物鉱物系、酸化物系、炭化物系、窒化物系、ホウ化物
系、ケイ化物系などが挙げられる。それらの中では、ガ
ラス、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チ
タニア、セリア、ジンカ及びそれらのキセロゲルからな
る群より選ばれた１種以上が好ましく、ガラス、アルミ
ナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト及びそれらのキセ
ロゲルからなる群より選ばれた１種以上は、コスト、使
用しやすさ、製造のしやすさ、反応効率などの観点か
ら、より好ましい。これらは、混合物であってもよく、
あるいは複合物であってもよい。
【００２６】セラミックス薄膜２の細孔径は、化学変換
後の生成物質の分子の大きさ及び原料基質の分子の大き
さの関係から、0.005 μｍ以下であることが好ましい。
特に、分子量の小さい酸やアルカリの生成物質を考慮す
れば、セラミックス薄膜２の細孔径は、0.002 μｍ以下
であることが好ましい。
【００２７】セラミックス薄膜２の比表面積は、生成物
質及び原料液媒分子の透過制御の観点から、100 〜1000
ｍ2 / ｇ、好ましくは150 〜1000ｍ2 / ｇとされる。
【００２８】また、セラミックス薄膜２の膜厚は、生成
物質及び原料液媒分子の透過制御の観点から、0.01ｍｍ
以下であることが好ましい。
【００２９】セラミックス薄膜２は、例えば、セラミッ
クス薄膜２は、例えば、固相法、液相法、気相法等の通
常のセラミックスの製法によって容易に製造することが
できるものであり、本発明は、かかる製法によって限定
されるものではない。
【００３０】セラミックス薄膜２による分離能の決定因
子は、主としてその表面、その細孔径や細孔内表面の状
態に依存する。したがって、酵素による化学変換後の生
成物質の分子が通り抜ける程度の大きさに合わせてその
細孔径を制御することが望ましい。
【００３１】また、セラミックス薄膜２の表面及び／又
は細孔内表面は、特に限定されないが、疎水性又は親水
性であることが好ましい。
【００３２】疎水基としては、例えば、鎖状及び環状炭
化水素基、芳香族炭化水素基、ハロゲン化アルキル基、
オルガノシリコン基（-Si(R)3 基、R:アルキル基）、フ
ッ化炭素基等が挙げられる。
【００３３】親水基としては、例えば、-COOH 基、-OH
基、-NH2基、-NHCONH2基、-(OCH2CH 2)n - 基（n は整
数、n ≧１）、-SO3H 基、-SO3M 基（M はアルカリ金属
又はアンモニウム基）、-OSO3H基、-OSO3M基（M は前記
と同じ）、-COOM 基（M は前記と同じ）、-N(R)3X 基
（R はアルキル基、X はハロゲン）等が挙げられる。
【００３４】セラミックス薄膜２の表面及び／又は細孔
内表面を疎水性とする場合には、有機ケイ素化合物など
の疎水基を有する化合物を用いて表面処理を施す方法を
採用することが好ましく、また親水性とする場合には、
親水基を有する化合物を用いて通常の化学的表面処理を
施す方法を採用することが好ましい。
【００３５】本発明の多孔質セラミックス膜に適用しう
る原料物質の種類には特に限定がなく、種々の合成化学
物質、天然化学物質などが挙げられる。これらの原料物
質は、それらが水、有機溶媒、オイルなどに分散あるい
は溶解していればよい。なお、原料物質は、溶液や分散
液などの原料液で使用することが好適である。
【００３６】原料物質を原料液として使用した場合、原
料基質の化学変換後の生成物質は、セラミックス薄膜２
で原料液と濃縮分離され、セラミックス薄膜２を通過し
た後、原料液に含まれていた液媒体とともに得られる。
【００３７】本発明の多孔質セラミックス膜を用いた高
度選択性バイオリアクターの構成の一実施態様を表す概
略説明図を図２に示すが、本発明は、かかる態様のみに
限定されるものではない。
【００３８】図２に示されるように、本発明の高度選択
性バイオリアクターは、多孔質セラミックス膜を化学変
換部６とし、それを主要部とするバイオリアクター主要
部７、原料液を化学変換部６に供給するための原料液供
給部４、及び化学変換部６からの生成物質を回収するた
めの生成物質回収部９からなる。
【００３９】原料液供給部４は、安定に原料液をバイオ
リアクター主要部７へ供給するものであり、原料液貯槽
機能、液送機能を有しているものであればよく、特に限
定がない。その代表例として、チューブポンプ、ライン
ポンプなどが挙げられる。原料液供給部４には、定流量
制御機能、攪拌機能、液温調節機能、ｐＨ調節機能、循
環液受槽機能などが付加されていることが好ましい。
【００４０】原料液供給部４は、原料液供給ライン５を
介して多孔質セラミックス膜を主要部とする化学変換部
６と接続されている。
【００４１】原料液供給ライン５は、安定に原料液を移
送することができるものであればよく、特に限定がな
い。なお、原料液供給ライン５には、液温保持機能、液
温・流量モニター機能などが付加されていてもよい。
【００４２】化学変換部６は、前記多孔質セラミックス
膜と同様であればよいが、必要に応じて、多孔質セラミ
ックス膜を複数個、多段あるいは多重形式にして使用す
ることが好ましい。
【００４３】バイオリアクター主要部７の種類には、特
に限定がない。バイオリアクター主要部７は、化学変換
部６を内蔵し、原料液、原料循環液、生成物質回収液の
液温、流量、ｐＨ、攪拌などのモニター及び制御機能を
有していることが好ましい。
【００４４】バイオリアクター主要部７は、連続式、回
分式又は半回分式で運転することができるものであるこ
とから、それらの運転制御機能を有していることが好ま
しい。
【００４５】バイオリアクター主要部７で得られた回収
液は、生成物質回収ライン８を介して生成物質回収部９
に移送される。
【００４６】生成物質回収ライン８は、安定に回収液を
移送することができるものであればよく、特に限定がな
い。生成物質回収ライン８は、液温保持機能、液温・流
量モニター機能などが付加されていてもよい。
【００４７】生成物質回収部９は、安定に回収液を貯槽
することができるものであり、回収液貯槽機能及び液受
送機能を有しているものであればよく、特に限定がな
い。その代表例としては、チューブポンプ、ラインポン
プなどが挙げられる。生成物質回収部９は、更に、定流
量制御機能、攪拌機能、液温調節機能、ｐＨ調節機能な
どが付加されていることが好ましい。
【００４８】また、バイオリアクター主要部７からの回
収液は、原料液循環ライン１０を介して原料液供給部４
に移送される。
【００４９】原料液循環ライン１０は、原料供給後の回
収液を安定に原料液供給部４に移送することができるも
のであればよく、特に限定がない。なお、原料液循環ラ
イン１０には、液温保持機能、液温・流量モニター機能
などが付加されていてもよい。
【００５０】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定される
ものではない。
【００５１】製造例１〔多孔質セラミックス膜の製造〕 テトラエチルシリケート１モルに対し、エタノール20モ
ル、塩酸0.01モル、及び水２モルを加えて調製した溶液
100 ｍＬを室温で８時間攪拌して、均一な溶液を得た。
【００５２】得られた溶液に、一端を封止した多孔質ガ
ラス管（外径５ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ100 ｍｍ、厚さ
0.5 ｍｍ、平均細孔径４ｎｍ、比表面積95ｍ2 / ｇ）を
引き上げ速度２ｍｍ／ｓにてディップコーティングし、
１時間室温で乾燥した後、得られた塗膜を熟成させるた
め、昇温速度0.5 ℃／ｍｉｎ、150 ℃で２時間乾燥し
た。これと同様の操作を３回繰り返して、多孔質ガラス
管の外側表面に厚さ約１μｍのキセロゲル薄膜を形成さ
せた。
【００５３】なお、このキセロゲル薄膜の物性をＢＥＴ
比表面積測定装置（窒素吸着法）を用いて調べた結果、
平均細孔径が約１ｎｍ、比表面積が500 ｍ2 / ｇ、膜厚
が1.1 μｍであることがわかった。
【００５４】次に、このキセロゲル薄膜に分離能を付与
するために、この薄膜の表面及び細孔内表面に、ジメチ
ルオクチルクロロシランを用い、ピリジンをアクセプタ
ーとしてトルエン中で還元する方法にて疎水化処理を施
した。
【００５５】次に、この多孔質ガラス支持膜に、酵素固
定化反応を目的としたＮ−ヒドロキシスクシンイミド
（ＮＨＳ）活性エステル基をクロスリンカー剤として導
入した。更に、酵母から抽出し、精製された酵素で、比
活性が約20Ｕ／ｍｇ酵素タンパク質であるアルデヒドデ
ヒドロゲナーゼ（ＥＣ1.2.1.5 ）10ｍｇを１ｍＬリン酸
緩衝液（ｐＨ6.5 ）に懸濁させた懸濁液をこの多孔質ガ
ラス支持膜に加え、室温で30分間インキュベートした。
【００５６】反応終了後、リン酸緩衝液で洗浄し、この
多孔質セラミックス膜をアルデヒド変換用化学変換部と
した。
【００５７】製造例２〔高度選択性バイオリアクターの
製作〕 製造例２で得られた多孔質セラミックス膜を化学変換部
として用いた。原料液供給部として、１Ｌフラスコ（恒
温槽内に固定）にチューブポンプ及び流量計を組み合わ
せたものを用いた。バイオリアクターとして、前記化学
変換部（恒温槽内に固定）に温度計、ｐＨメーター及び
流量計を組み合わせたものを用いた。また、恒温の生成
物質回収部として、500 ｍＬフラスコ（恒温槽内に固
定）にチューブポンプを組み合わせたものを用いた。
【００５８】原料液供給ライン、生成物質回収ライン及
び原料液循環ラインにシリコンチューブ（外径６ｍｍ、
内径４ｍｍ）を用い、各構成要素を図２に示す構成とな
るように接続し、高度選択性バイオリアクターを製作し
た。
【００５９】実施例１〔酢酸水溶液の製造〕 原料液として、アセトアルデヒドを100 ｍＭを含むリン
酸緩衝水溶液（ｐＨ8.0 、補酵素として100 ｍＭＮＡＤ
含有）500 ｍＬを用い、液温25℃、液流量1.25ｍＬ／ｍ
ｉｎ、ｐＨ8.0 （水酸化ナトリウムにて調整）の条件下
で、製造例２で製作したバイオリアクターを用いて連続
定常運転を行った。
【００６０】連続定常運転を６時間行った結果、無色透
明な液体が得られ、それを約100 ｍＬ分取し、これにつ
いてガスクロマトグラフィー分析をした結果、約300 ｍ
Ｍの酢酸水溶液が検出された。
【００６１】このことから、製造例２で得られた高度選
択性バイオリアクターにより、アセトアルデヒド水溶液
から酢酸水溶液を容易に製造することができることがわ
かる。
【００６２】実施例２〔プロピオン酸水溶液の製造〕 製造例１において、高度選択性バイオリアクターの化学
変換部である多孔質セラミックス膜を製造する際に、キ
セロゲル薄膜に分離能を付与するために、キセロゲル薄
膜の表面及び細孔内表面をジメチルドデシルクロロシラ
ンを用いてピリジンをアクセプターとしてトルエン中で
還元する方法にて疎水化処理を施した以外は、製造例１
と同様にして酵素担持の多孔質セラミックス膜を作製し
た。
【００６３】得られた多孔質セラミックス膜を化学変換
部として用い、製造例２と同様にして高度選択性バイオ
リアクターを製作した。
【００６４】原料液として、プロピオンアルデヒドを10
0 ｍＭ含むリン酸緩衝水溶液（ｐＨ8.0 、補酵素として
100 ｍＭＮＡＤ含有）500 ｍＬを用い、液温25℃、液流
量1.25ｍＬ／ｍｉｎ、ｐＨ8.0(水酸化ナトリウムにて調
整）の条件下で、前記高度選択性バイオリアクターを用
いて連続定常運転を行った。
【００６５】連続定常運転を６時間行った結果、無色透
明な液体が得られ、それを約100 ｍＬ分取し、これにつ
いてガスクロマトグラフィー分析をした結果、約280 ｍ
Ｍのプロピオン酸水溶液が検出された。
【００６６】このことから、この高度選択性バイオリア
クターにより、アセトアルデヒド水溶液からプロピオン
酸水溶液を容易に製造することができることがわかる。
【００６７】実施例３〔酪酸水溶液の製造〕 製造例１において、高度選択性バイオリアクターの化学
変換部である多孔質セラミックス膜を製造する際に、キ
セロゲル薄膜に分離能を付与するために、キセロゲル薄
膜の表面及び細孔内表面をジメチルペンタデシルクロロ
シランを用いてピリジンをアクセプターとしてトルエン
中で還元する方法にて疎水化処理を施した以外は、製造
例１と同様にして酵素担持の多孔質セラミックス膜を作
製した。
【００６８】得られた多孔質セラミックス膜を化学変換
部として用い、製造例２と同様にして高度選択性バイオ
リアクター装置を製作した。
【００６９】原料液として、ブチリックアルデヒドを10
0 ｍＭ含むリン酸緩衝水溶液（ｐＨ8.0 、補酵素として
100 ｍＭＮＡＤ含有）500 ｍＬを用い、液温25℃、液流
量1.25ｍＬ／ｍｉｎ、ｐＨ8.0 （ＮａＯＨにて調整）の
条件下で、前記高度選択性バイオリアクターを用いて連
続定常運転を行った。
【００７０】連続定常運転を６時間行った結果、無色透
明な液体が得られ、それを約100 ｍＬ分取し、これにつ
いてガスクロマトグラフィー分析をした結果、約280 ｍ
Ｍの酪酸水溶液が検出された。
【００７１】このことから、この高度選択性バイオリア
クターにより、ブチリックアルデヒド水溶液から酪酸水
溶液を容易に製造することができることがわかる。
【００７２】
【発明の効果】本発明の多孔質セラミックス膜が用いら
れた高度選択性バイオリアクターを用いれば、原料物質
を濃縮する機能、該原料物質を種々の担持酵素により化
学変換させる機能及び生成物質を該原料物質を含む液か
ら分離させる機能により、原料物質を含む液中から有用
な化学物質を広範囲に、簡便に、効率よく製造すること
ができるので、実験室規模から工業規模に至るまでの広
範囲にわたって柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多孔質セラミックス膜断面の構造を示
す概略説明図である。
【図２】本発明の多孔質セラミックス膜を用いた高度選
択性バイオリアクターの構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ セラミックス支持膜 ２ セラミックス薄膜 ３ 担持酵素 ４ 原料液供給部 ５ 原料液供給ライン ６ 化学変換部 ７ バイオリアクター主要部 ８ 生成物質回収ライン ９ 生成物質回収部 １０ 原料液循環ライン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 多孔質セラミックス膜を用いた高度選
択性バイオリアクター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中薗 豊 京都市下京区中堂寺南町17番地 株式会社 関西新技術研究所内 (72)発明者 市村 直也 京都市下京区中堂寺南町17番地 株式会社 関西新技術研究所内 Ｆターム(参考） 4B033 NA01 NA23 NA25 NA26 NA34 NA35 NA37 NB04 NB15 NB22 NB24 NB25 NB26 NB27 NB64 NB68 NC03 NC12 ND02 NE05 4D006 GA02 HA21 JA02C JA53A KE02Q KE15Q KE16Q MA02 MA03 MA06 MA22 MA31 MA40 MB09 MB10 MB20 MC03 MC03X NA13 NA46 NA59 NA64 PC67 4D019 AA01 AA03 BA05 BB07 BB10 BC13 BC20 CA03 CB04 4G019 FA11 FA13 4G075 AA24 AA30 BD14 BD16 CA57 FA12 FA14 FB04 FC02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 細孔径が0.001 〜10μｍ、比表面積が１
    〜100 ｍ2 / ｇ、膜厚が0.1 〜10ｍｍであるセラミック
    ス支持膜上に、細孔径が0.005 μｍ以下、比表面積が10
    0 〜1000ｍ2 / ｇ、膜厚が0.01ｍｍ以下であるセラミッ
    クス薄膜が形成された構造を有することを特徴とする多
    孔質セラミックス膜。
  2. 【請求項２】 セラミックス支持膜の表面及び／又は細
    孔内表面に酵素が担持されており、該酵素が酸化還元酵
    素、転移酵素、加水分解酵素、除去付加酵素、異性化酵
    素及び合成酵素からなる群より選ばれた１種以上である
    請求項１記載の多孔質セラミックス膜。
  3. 【請求項３】 セラミックス支持膜が、原料物質を含む
    液中から原料物質を濃縮する機能、並びに該表面及び／
    又は該細孔内表面に担持している酵素により原料物質を
    化学変換させる機能からなる群より選ばれた１種以上の
    機能を有する請求項１又は２記載の多孔質セラミックス
    膜。
  4. 【請求項４】 セラミックス薄膜が、原料物質の化学変
    換後の生成物質を原料物質を含む液から濃縮分離させる
    機能を有する請求項１〜３いずれか記載の多孔質セラミ
    ックス膜。
  5. 【請求項５】 セラミックス薄膜の表面及び／又は細孔
    内表面が疎水性又は親水性である請求項１〜４いずれか
    記載の多孔質セラミックス膜。
  6. 【請求項６】 セラミックス支持膜が、ガラス、アルミ
    ナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、セリ
    ア及びジンカからなる群より選ばれた１種以上からなる
    請求項１〜５記載の多孔質セラミックス膜。
  7. 【請求項７】 セラミックス薄膜が、ガラス、アルミ
    ナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、セリ
    ア、ジンカ及びそれらのキセロゲルからなる群より選ば
    れた１種以上からなる請求項１〜６いずれか記載の多孔
    質セラミックス膜。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれか記載の多孔質セラ
    ミックス膜を化学変換部とし、原料液を該化学変換部に
    供給するための原料液供給部、及び該化学変換部からの
    生成物質を回収するための生成物質回収部からなる高度
    選択性バイオリアクター。
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