JPS61141897A - 生物化学反応方法 - Google Patents

生物化学反応方法

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JPS61141897A
JPS61141897A JP26589584A JP26589584A JPS61141897A JP S61141897 A JPS61141897 A JP S61141897A JP 26589584 A JP26589584 A JP 26589584A JP 26589584 A JP26589584 A JP 26589584A JP S61141897 A JPS61141897 A JP S61141897A
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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〕 本発明は酵素を触媒に用いた生物化学反応方法の改良に
関するものである。
〔従来の技術〕
本発明者等は、先に特願昭58−28325号にて、相
互に溶解しない親水性と疎水性との2種の基質を多孔性
の薄膜を介して接触させながら上記親水性の基質に含ま
せ九酵素を触媒として反応させる生物化学反応方法全提
案した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記反応方法は、親水性の基質に含ませた酵素が疎水性
の基質や疎水性の反応生成物の中に全く移行しないため
、反応に用い九親水性の基質と酵素との混合物の再循環
が可能であるという利点を有しているが、酵素の使用量
が多いという問題があつ交。
本発明は上記反応方法の問題点を解消し、面素使用量の
少ない生物化学反応方法の提供を目的とするものである
〔問題点を解決する為の手段〕
本発明は、酵素を固定化した多孔質膜を介して、相互に
溶解しない親水性と疎水性との2種の基質を反応させる
ことを特徴とする生物化学反応方法である。
本発明において相互に溶解しない疎水性の基質と親水性
の基質とは、たとえば油脂を代表例とする脂肪酸エステ
ルの加水分解反応においては、油脂その他の脂肪酸エス
テルと水であり、脂肪酸多価アルコールエステルの合成
反応においては炭素数6〜24の脂肪酸特に高級脂肪酸
トエチレンクリコール、フロピレンクリコール。
グリセロール等の多価アルコールであり、又油脂と多価
アルコールとのエステル交換反応による高級脂肪酸多価
アルコール部分エステルの合成反応においては油脂と多
価アルコールである。
これらの反応における酵素としてはリパーゼが好適に使
用され、キャンデイダ属、クロモバクテリウム属、アス
ペルギルス属、ペニシリウム属、ムコール属、ジオトリ
カム属、リソフス属、アルスロバクタ−属、ヒコミセス
属などの微生物を給源とするリパーゼ、すい臓などの動
物臓器より得られるリパーゼ、ひま種子などの植物種子
よシ得られるリパーゼ等を使用することができる。
又、これらリパーゼは粉末状のものを親水性の基質に溶
解又は分散して用いるほか、リパーゼを含有する培II
液や菌体除去m%使用できる。
多孔質膜は、ガラス、金属等の無機物を材質とするもの
でも、合成樹脂等の有機物を材質とするものでもよく、
その孔径は(101〜10μmのものが使用される。多
孔質膜の材質は了セチルセルロースなどの親水性のもの
でも、テラクンやポリオレフィンなどの疎水性のもので
もよい。多孔質膜の厚さは10〜100μm1  好ま
しくは20〜50μmであり、空孔率は20〜80嘩、
好ましくは40〜70%である。
多孔質膜の孔径が101μ惰より小さい場合には反応速
度が小さく、10μmより大きい場合には2種の基質の
混合がおこるため好ましくない。又膜の厚さと空孔率り
反応速度と膜の実用的な強度の点から、前記範囲が望ま
しい。
多孔質膜の形態は、平膜でもよいか、中空糸の形態は、
反応器のコンパクト化か可能であり特に望ましい。
なお、ポリオレフィン多孔質中空糸膜の場合、微多孔の
形態がスリット状である九め、孔径で表現することが困
難である。このため、エタノール中でのバブルポイント
を用いるのが便利である。バブルポイントの測定は、ル
ープ状の中空糸モジュール全作製し、これをエタノール
中に擾看し、アスピレータ−で吸引して、中9系内部を
エタノールで充分に濡らす。次にαI Kfi/cm”
のステップ中で昇圧し、中空糸全体からバブにの発生す
る圧力をバブルポイン) (li/cIn2)とする。
本発明の方法において、望ましいバブルポイントは、α
5乃至20 K9/α2である。
相互に溶解しない2種の基質は、多孔質膜を介して反応
が目的の段階に進行するまで接触させる。この2種の基
質は多孔質膜によシ隔離されていて互いに混合すること
はないが、多孔質膜の微細孔で接触して反応が行われる
。反応温度は、用いる酵素個有の反応温度の温度依存性
と熱安定性とにより決定する。反応基質である油脂、脂
肪酸および多価アルコールは、温度が高くなるほどその
粘度は低下し、又反応速度も上昇するが、その反面酵素
は温度が高くなるほど失活が著しいので、リパーゼが失
活しない範囲で可能なかぎり高温反応を行うのが効率的
である。
油脂の加水分解反応を行う場合、反応温度は油脂の送液
の都合上、固体の油脂の場合にはその融点より10℃以
上高い方が好ましい。一般に室温で液体である魚油や植
物油は約40℃で、牛脂、ラード、パーム油などの固体
の油脂は約50〜60℃で反応させる。リパーゼは水に
溶解して用いるが、その一部が分散状態となっていても
差し叉えない。
高級脂肪酸と多価アルコールとのエステル化反応を行う
場合も同様の理由から約40〜60℃で反応させる。こ
の場合、リパーゼは多価アルコールに溶解又は分散させ
て用いる。多価アルコール中の水分は10重景嘩以下で
あればさしつかえないが、好ましくは2〜5重量係であ
る。
上記反応により生じた生成物は、親水性のものは親水性
の基質の方へ、疎水性のものは疎水性の基質の方へそれ
ぞれ移行する。尚上記反応生成物とは、油脂の加水分解
反応では一般に疎水性の高級脂肪酸であり、又エステル
化反応では疎水性の脂肪酸エステルである。
本発明の反応方法は、例えば第1図に示すような反応装
置音用いて実施できる。同図において(1)は多孔質膜
を内蔵した反応器、(2)は油脂の貯槽、(3)は脂肪
酸の貯槽、(4)及び(5)は緩衝剤−グリセリン溶液
の貯槽、(6)は反応器を所定温度に保持する為の水槽
である。
反応器(1)として線温2図に示す如き多孔質中空糸を
内蔵した公矧の中空糸モジュールが好適に用いられる。
多孔質中を糸としてポリプロピレン多孔質中空糸を用い
几場合の油脂の加水分解反応方法について説明すると、
先ず油脂を入口−より供給して中空糸(2)の内部を油
脂で満たし、次いでリパーゼ溶液もしくはリパーゼ・グ
リセリン溶液を緩衝剤入口(ハ)から供給して中空糸(
財)の外側ヲリバーゼ溶液もしくはリパーゼ・グリセリ
ン溶液で満友す。反応器(1)は油脂を含浸し次中窒糸
(1)膜表面にリパーゼを完全に吸着させる為にそのま
まの状?21を維持する。リパーゼの吸着が完了し友後
、リパーゼ溶液もしくはリパーゼ・グリセリン溶液を緩
衝液もしくは緩衝液・グリセリン溶液で完全に置換し、
所定の流速でその供給を継続して油脂の加水分解を連続
的に行わせる。加水分解により得られる脂肪酸は脂肪酸
出口(至)より順次送出される。
尚、多孔質膜への酵素の固定化方法としては共有結合に
よる方法、吸着による方法、疎水結合による方法等、使
用する多孔質膜に応じて適宜選定すればよい。
以下実施例により本発明を更に具体的に説明する。
実施例1 エタノール中でのバブルポイント12.5に9/crn
”空気透過性7 X 10’ 17m” hr・α5a
tmS7孔率45%、膜厚22μm、内径200μm、
有効長160鴎のポリプロピレン多孔質中空糸膜980
本を用い、第2図に示すような反応器を作製し次。この
反応器を用い、第1図に示すような装置全組み立てた。
反応器は40℃の恒温槽中にセットした。
オリーブ油を反応器の下部人口22より中空糸内に供給
した。中空糸内部が油脂で満几されると、反応器の入口
24もしくは25からキャンデイダ・シリンドラセより
lit シ几リパーゼOF(明糖産業(株)製)を11
/lになるよう溶解したリパーゼ−グリセリン溶液(グ
リセリン濃度18%)t−注入し、中空糸の外側をfR
たし次。グリセリンt−18%添加し比のは酵素を安定
化させる九めである。次いで反応器′t−3時間、40
℃に保ち、リパーゼをボリプ0ピレン多孔質中空糸膜の
表面に吸着固定し次。吸着処理前後のリパーゼの活性差
から、リパーゼの膜に対する固定化量を求め次ところ、
7−8単位/−であつ几。次いでリパーゼ−グリ七りン
溶液を18%グリセリンを含む燐酸緩衝溶液で完全に置
換した。オリーブ油の加水分解反応は、オリーブ油を入
口22から’h OmA/ hr の流速で連続的に供
給し、入口24よシ上記の18%グリセリンを含む緩衝
溶液t−7,Omt、へrの流速で供給することによっ
て行つ尺。グリセリンを添加し友のは酵素の安定化の友
めである。オリーブ油は固定化リパーゼにより連続的に
加水分解さn、得られた脂肪酸は出口23よシ順次送出
され次。酸価およびけん化価から、次式により求めた加
水分解率は初期値85%、半減期11日であった。
実施例2 エタノール中でのバブルポイン) & OK97cm”
空気透過性8 X 10’ 17m” br・α5at
m、q孔率60%、膜厚55 pms内径26 G p
m、有効長160箇のポリエチレン多孔質中空糸膜70
0本を用い、実施例1と同様の構造の反応器を作製し’
ft、oAA−ル・ミニハイより趙倣するリパーゼを用
い、実施例1と同様にして、酵素全ポリエチレン多孔質
中空糸膜の表面に吸着固定し友。固定化′flは&11
単/ cm”  であつ友。この反応器を用い、実施例
1と同様の方式で、魚油を加水分解し友。加水分解生成
物の初期分解率は65%、半減期F17日であつ几。
実施例3 実施例1と同様の装置j#、金用い、エイコサペンクエ
ン酸とグリセリンのエステル化反応を行った。酵素はジ
オトリカム・キャンディダムより4生じたリパーゼを用
い、実施例1と同様にして反応器の多孔質ポリプロピレ
ン中空糸膜の表面に吸着固定し友。同定化量は五2単位
/an”であった。中空糸内併にエイコサペンタエン酸
を供給し、外側にグリセリンを供給し几。得られ次疎水
性のエイコサペンタエン酸のエステルは次式による初期
エステル化率85%、半減期6日であつ次。
実施例4 エタノール中でのバブルポイン) 4−5 K9/ar
t”、空孔率65%、膜厚55 pms内径280 p
mのポリエチレン多孔質中空糸にポリアクリロニトリル
のジメチルホルムアミド溶液をコーティングし、湿式凝
固後10メガラドの電子線を照射し友。次いでアルカリ
加水分解することにより表面にカルボキシル基を有する
多孔質中空糸膜を得た。これをキャンディダシリンドラ
セよシ4ヶするリパーゼ水溶液に浸漬し、さらにジシク
ロへキシルカルボジイミドを加えて液全循環かくはんす
ることにより、酵素固定化多孔質中空糸膜を得几。この
中空糸を用いて、実施例1と同様の反応器を作製し、4
0℃でオリーブ油の加水分解を行つ次。中空糸の内側に
オリーブ油t−1OmL/hrで流し、外仰をリン酸緩
衝液−グリセリンf 7.0 ml/ hrで流したと
きの初期加水分解率1j80%であシ、半減期は18日
であった。
〔発明の効果〕
本発明の方法により、次のような種々の効果が得られる
(1)  酵素を反応器の多孔質膜に固定化するため、
従来法のような担体は不要であり、固定化の方法も簡単
である。特にポリオレフィン多孔質gを用いる場合、吸
着法により酵素を固定化出来るので、極めて有利である
(2)  油を乳化する必要がない。したがって、界面
活性剤や攪拌は不要である。
(3)°油を有機溶媒に溶解する必要がない。有機溶媒
に溶解すれば、酵素は失活させられる場合が多い。
(4)  グリセロール濃度もしくは水の濃度の制御が
容易である。
(5)  生成物(72:とえば脂肪酸)は、他の相を
含まず、それのみの相として得られる。し九がって、従
来の乳化法のように遠心分離の必要がない。
(6)  油の流れは押し出し流れに近い。従来の乳化
法は完全に混合状態でしか実施できない。
(7)  本発明者らによる先行発明と比較して、使用
酵素量が少なくてすみ、経済的に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図蝶本発明の実施に使用する反応装置の一例を示す
回路図、第2図は第1図の装置における反応器の一例を
示す断面図である。 第1図及び第2図において(すは反応器、(2)は油脂
の貯槽、(3)は脂肪酸の貯槽、(4)は供給用緩衝剤
−グリセリン溶液の貯槽、(5)は使用済の緩衝剤−グ
リセリン溶液の貯槽、c!力は多孔質中空糸、(2)は
油脂入口、り扛脂肪酸出口、(ハ)は緩衝液入口1、(
2)は緩衝液出口である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 酵素を固定化した多孔質膜を介して、相互に溶解しない
    親水性と疎水性との2種の基質を反応させることを特徴
    とする生物化学反応方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62278988A (ja) * 1986-05-28 1987-12-03 Kao Corp 酵素もしくは微生物反応方法

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