JPH0239239B2 - Kosokoteikayotantai - Google Patents

Kosokoteikayotantai

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JPH0239239B2
JPH0239239B2 JP3823081A JP3823081A JPH0239239B2 JP H0239239 B2 JPH0239239 B2 JP H0239239B2 JP 3823081 A JP3823081 A JP 3823081A JP 3823081 A JP3823081 A JP 3823081A JP H0239239 B2 JPH0239239 B2 JP H0239239B2
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JP
Japan
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enzyme
immobilized
resin
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present
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JP3823081A
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Koji Itagaki
Takeshi Ito
Minoru Muramatsu
Akio Kuroda
Tsuneichi Watanabe
Tetsuya Ooma
Natsuko Tamura
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Yakult Honsha Co Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Yakult Honsha Co Ltd
Mitsubishi Kasei Corp
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は酵素固定化用担体に関するものであ
る。 一般に酵素反応をおこなう場合、酵素に水に溶
解した状態で使用すると、反応終了後、反応生成
物を取得するために酵素を変性除去せざるを得
ず、従つて、酵素が未だ活性を有していても、1
回の反応毎にこれを廃棄しなければならない。こ
のような不経済を回避するために、酵素を前もつ
て酵素固定化用担体に固定化して、固体触媒と同
様に使用することが行なわれており、すでに各種
の担体が知られている(例えば千畑一朗編「固定
化酵素」講談社刊参照)。 これら担体のうち、イオン交換樹脂を酵素固定
化用担体として利用することはすでに行われてい
るが、得られる固定化酵素の活性が低く、実用的
な意味は低いと考えられていた。しかしながら、
イオン交換樹脂は十分な機械的強度を有し、長期
の連続運転に耐え、また、適度の粒度をもつた
め、カラム充填層においても、十分な流速が得ら
れるという優れた点がある。さらに、比較的経済
的な価格で入手できるという利点もある。 この為、最近では酵素固定化用担体としてのイ
オン交換樹脂の優位性が見直されて例えば、陰イ
オン交換樹脂にプロテアーゼを吸着により固定化
する方法(特開昭53−3584)や、両性イオン交換
樹脂を用いて酵素を固定化する方法(特開昭54−
119084)、あるいは、イオン交換樹脂のもつイオ
ン交換基を化学修飾してこれに酵素を共有結合に
より固定化する方法(Agricultural and
Biological Chemistry Vol41P547〜及びP553、
1977)等が行なわれている。しかし、いずれも得
られる固定化酵素の活性が低いとか、活性の保持
性が悪いとか、あるいは、担体の価格が高価であ
るというような欠点を有しており、実用上満足の
いく担体は得られていない。 本発明者等は、固定化酵素の活性が高く、か
つ、活性保持の良好な酵素固定化担体を得ること
を目的とし、イオン交換樹脂のイオン交換容量、
比較面積、孔径、粒径、細孔容積、交換基の種類
等について種々検討を加えた結果、特定の物理
的、化学的特性を有する陰イオン交換樹脂を担体
として用いると、酵素活性が高く、かつ、活性保
持の良好な固定化酵素が得られることを見出し、
本発明を完成した。 すなわち、本発明は、50m2/g−乾燥樹脂以上
の比表面積を有し、孔径75Å以上の細孔の溶積が
0.5ml/g−乾燥樹脂以上でありかつ、交換容量
が表面積当り10-6〜10-2meq/m2である1級アミ
ノ基または2級アミノ基の少くとも一方を交換基
とする多孔性陰イオン交換樹脂からなる、酵素固
定化用担体を提供することに関するものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 始めに、本発明において使用するマクロ多孔質
陰イオン交換樹脂について説明する。 従来、一般に使用されているイオン交換樹脂
は、ゲル型イオン交換樹脂と呼ばれているもの
で、単にスチレンとジビニルベンゼン等の架橋性
モノマーを共重合させ、次いで、これにイオン交
換基を導入することにより製造されているが、架
橋性モノマーの量、即ち、架橋の程度により生じ
る数〜数十Åの孔径の超微細孔(ミクロポアー)
を有している。 1方、本発明で使用するマクロ多孔質陰イオン
交換樹脂は、上記のミクロポアー以外に数百〜数
千Å程度の孔径の、多数の細孔(マクロポアー)
を有するマクロ多孔質イオン交換樹脂であり、大
きな内部表面積と多孔度とを有する点において、
通常のゲル型イオン交換樹脂と区別されるもので
ある。本発明に使用する陰イオン交換樹脂の物理
的特性である比表面積、および多孔度は、50℃で
10時間、数mmHg下で真空乾燥したイオン交換樹
脂を試料とし、それぞれB.E.T.法および水銀圧
入法により測定される。 本発明で使用するマクロ多孔質陰イオン交換樹
脂の物理的、化学的特性値は、比表面積が50m2
g−乾燥樹脂以上、孔径75Å以上の細孔の容積が
0.5ml/g−乾燥樹脂以上、かつ、1級アミノ基、
または、2級アミノ基の少なくとも一方を交換基
とするものであつて、交換容量(酸吸着容量)は
表面積当り10-6〜10-2meg/m2である。このよう
な特性値を有することが、十分な量の酵素を固定
化し、かつ、酵素活性を十分に発現させる上で必
要である。例えば、表面積当りの交換容量が不足
であると、酵素の固定量が不足するし、また、交
換容量が過大であると、酵素と担体との結合数が
多くなり、酵素の立体構造に変化を来たすと考え
られ、活性発現が不良となる。 また、かかるイオン交換樹脂の比表面積、およ
び多孔度の上限値は、厳密には特定し得ないが、
余り過大になると樹脂自体の機械的強度が十分で
なくなるので、通常、比表面積は約700m2/g以
下、多孔度は約1.4ml/g以下の範囲で選択すれ
ばよく、また、粒径は通常20〜400メツシユ程度
のものを使用すればよいが、粒径が小さい程活性
発現率は向上する。 上記の条件を満たすマクロ多孔性の樹脂の製造
は、普通のイオン交換樹脂の製造法で行なえばよ
いので、詳細な説明は省略する。 次に、本発明に使用できる酵素について記す。 本発明に使用できる酵素は、特に、限定される
ものでなく、固定化により酵素活性が全くなくな
るもの以外の、すべての酵素に適用できる。例え
ば、ラクターゼ、ウレアーゼ、インベルターゼお
よびトリプシンなどが本発明に使用できる。 また、本発明において使用できる酵素について
は、その起源のいかんにかかわらず利用できる。
例えば、ラクターゼは学名β−D−ガラクトシ
ド・ガラクトヒドロラーゼ(β−D−
Galactoside Galactohydrolase)(E.C.3.2.1.23)
と称するが、微生物(糸状菌、酵母、細菌、放線
菌、または担子菌など)、植物、あるいは、動物
などの起源由来や、精製程度にかかわらず使用で
きる。さらに記すならば、例えば、本発明で用い
られるラクターゼとして好適な例は、バシラス・
サチリズ(Bacillus subtilis)、エシエリキア・
コリ(Escherichia coli)、ビフイドバクテリウ
ム・ビフイダム(Bifidobacterium bifidum)、
クリユベロマイス・ラクチス(Kluyveromyces
lactis)、クリユベロマイセス・フラギリス
(Kluyveromyces Fragilis)、アスペルギルス・
ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・
オリゼー(Aspergillus oryzae)、スクレロチウ
ム・チユリパルム(Sclerotium tuliparum)ス
トレプトマイセス・コエリカラー
(Streptomyces coelicolor)、マクロフオミナ・
フアゼオリ(Macrophomina phaseoli)、ペニシ
リウム・シトリウム(penicillum citrinum)等
に由来するものをあげることができるが、特にこ
れらに限られるものではない。 次に、酵素を固定化する方法について記す。 本発明の該陰イオン交換樹脂に酵素を固定化す
る方法としては、公知の方法、例えばイオン結合
法、共有結合法などを用いることができる。イオ
ン結合法は、操作が簡単で、しかも処理条件が温
和であり、担体の再利用も可能であるという利点
を有す。イオン結合法の結合力は、担体側の交換
基と、固定化される穀素の性質、例えば等電点や
至適PH、至適温度等により決定されるので、固定
化酵素を、使用したい操作条件に基づいて、十分
な結合力を示す酵素を選択すべきである。 本発明の該陰イオン交換樹脂に酵素を固定化す
る方法として、最も好適な例は共有結合法であ
る。 本発明の該陰イオン交換樹脂からなる酵素固定
化用担体は、1級アミノ基、または2級アミノ基
の少なくとも一方を交換基としているので、共有
結合法として用いられる手法は、例えば、ジアゾ
法、ペプチド法および架橋試薬を用いる方法等を
あげることができるが、これらに限られるもので
はない。また、本発明の該陰イオン交換樹脂に、
共有結合法で酵素を固定化する場合は、適当な長
さのスペーサーを加えることができる。一般に、
スペーサーを加えることにより、固定化酵素の活
性発現が向上すると報告されており、また、スペ
ーサーの有する末端官能基をアミノ基ばかりでな
く他の官能基、例えばカルボキシル基、メルカプ
ト基、あるいは水酸基等に変更することにより、
それらを用いる特有の固定化反応が応用可能とな
る。スペーサーとして好適な化合物は、末端アミ
ノ基を提供するものとしてエチレンジアミン、プ
ロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、お
よび3,3′−ジアミノジプロピルアミン等、ま
た、末端カルボキシル基を提供するものとしてε
−アミノカプロン酸、および無水コハク酸等をあ
げることができるが、これらに限られるものでは
ない。 いずれの固定化方法を採るかは固定化する酵素
がその反応で活性をどれだけ残存するかに依存
し、従つて、その酵素に最良の固定化方法を選べ
ばよいのであつて、本発明においては固定化方法
を限定するものではない。 以下、実施例にてさらに本発明を説明するが、
これらの実施例により本発明が限定されるもので
はない。 実施例 1 酵素起源の異なる3種類のラクターゼを用い、
それぞれイオン結合法、および、グルタルアルデ
ヒドによる共有結合法によりR−8×01(比表面
積454m2/g−乾燥樹脂、孔径904Å、細孔容積
0.865ml/g−乾燥樹脂、交換容量9.65×
10-4meq/m2)に示す陰イオン交換樹脂に固定化
し、各ラクターゼを、それぞれに固定化した陰イ
オン交換樹脂2mlをカラム(φ1.5×20cm)につめ
て、基質として8%ラクトース溶液を定量ポンプ
にて供給しながら30℃で反応を行なつたところ、
表−1に示すような結果が得られた。
【表】 次に、コントロールとして市販の陰イオン交換
樹脂(三菱化成工業(株)製ダイヤイオンWA−21:
比表面積15.3m2/g、孔径700Å、細孔容積0.392
ml/g、交換容量4.20×10-1meq/m2)を用い
て、同じ方法で実験を行ない、表−2に示す結果
を得た。 なおダイヤイオンは三菱化成工業(株)の登録商標
である。
【表】 表−1および表−2に示すように、本発明に言
う陰イオン交換樹脂を担体とした際には、コント
ロールに比べ、活性効率が使用する酵素の起源、
あるいは固定化法によらず著しく増大する。(ラ
クターゼ活性1単位(U)は30℃において1分間
にラクトースから1μmoleのグルコースを遊離す
る酵素量) 実施例 2 実施例1で得た固定化ラクターゼのうち、アス
ペルギルス・オリゼ起源のラクターゼを、共有結
合法を用いてR−8×01に固定化した酵素2mlを
カラムにつめ、7%ラクトース溶液(0.05Mマツ
キルベインバツフアーPH4.5)を定量ポンプで流
速を変えて供給した。そして、30℃、S.V.=13.8
(hr-1)で100%の分解率が得られた。また、37℃
では、S.V.=17.5(hr-1)で100%の分解率が得ら
れた。 実施例 3 実施例1に使用した樹脂と同じ樹脂(R−8×
01)、およびコントロールとしてダイヤイオン
WA−21(共有結合法のみ)を用いて、ウレアー
ゼ(P−L Biochemical Inc製)をイオン結合
法、および、グルタルアルデヒドによる共有結合
法により固定化し、それぞれの固定化酵素2mlを
カラムについて、基質として1M尿素溶液
(0.02Mリン酸バツフアー、PH7.05)を定量ポン
プで供給しながら、20℃にて反応を行い、表−3
に示す結果を得た。
【表】 表−3に示されているようにR−8×01を用い
た場合は、固定化方法によらず、従来の樹脂に比
べて約7倍以上の活性率を持つウレアーゼ固定化
酵素が得られた。 (注 ウレアーゼ活性1単位(U)は20℃におい
て1分間に1μmoleの尿素を加水分解する酵素量) 実施例 4 実施例1に使用した樹脂と同じ樹脂(R−8×
01)、および、コントロールとしてダイヤイオン
WA−21を用いてインベルターゼ(新日本化学工
業製、アスペルギルスオリゼ起源)を固定化し、
それぞれの固定化酵素2mlをカラムにつめて、基
質として125mMサツカロース溶液(0.02Mマツ
キルベインバツフアーPH6.5)を定量ポンプで供
給しながら、37℃にて反応を行い、表−4に示す
結果を得た。
【表】 表−4に示されているようにR−8×01を用い
た場合は、従来の樹脂に比べて固定方法によらず
約4倍以上の活性効率を持つインペルターゼ固定
化酵素が得られた。 (注 インベルターゼ活性1単位(U)は37℃に
おいて1分間に1μmoleのサツカロースを加水分
解する酵素量) 実施例 5 実施例1で得た固定化ラクターゼのうち、クリ
ユベロマイセス・ラクチス起源のラクターゼを、
共有結合法により固定化した固定化酵素2mlをカ
ラムにつめ、8%ラクトース溶液を定量ポンプで
流速を変えて供給した。30℃では、S.V.=67
(hr-1)で100%の分解率が得られた。また、4.5
%のラクトース溶液を同様に供給したところ、S.
V.85(hr-1)で100%の分解率が得られた。同じ固
定化ラクターゼを用いて、8%のラクトース溶液
をS.V.=200(hr-1)で連続的に供給し、120時間
反応させたが、分解率は53〜55%と一定の値を維
持した。 実施例 6 いくつかの樹脂の物理的、化学的特性値と実施
例1と同様にしてその樹脂に共有結合法により固
定化したクリユベロマイセス・ラクチス起源のラ
クターゼの活性を表−5に示す。 なお、表中、固定化酵素活性が50以下の樹脂を
不適とした。
【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 50m2/g−乾燥樹脂以上の比表面積を有し、
    孔径75Å以上の細孔の容積が0.5ml/g−乾燥樹
    脂以上であり、かつ、交換容量が表面積当り10-6
    〜10-2meq/m2である1級アミノ基、または、2
    級アミノ基の少くとも一方を交換基とする多孔性
    陰イオン交換樹脂よりなる酵素固定化用担体。
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