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JP3014262B2 - 生体触媒固定化用担体および固定化生体触媒 - Google Patents

生体触媒固定化用担体および固定化生体触媒

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JP3014262B2
JP3014262B2 JP6012279A JP1227994A JP3014262B2 JP 3014262 B2 JP3014262 B2 JP 3014262B2 JP 6012279 A JP6012279 A JP 6012279A JP 1227994 A JP1227994 A JP 1227994A JP 3014262 B2 JP3014262 B2 JP 3014262B2
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JP
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biocatalyst
monomer
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carrier
weight
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俊明 土井
啓泰 番場
耕三 村尾
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Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/52Amides or imides
    • C08F20/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F20/56Acrylamide; Methacrylamide

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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体触媒固定化用担体
およびこれに生体触媒を固定化させてなる固定化生体触
媒に関する。
【0002】
【従来の技術】生体触媒を工業的に使用する場合、生体
触媒からの不純物溶出の防止、反応生成物からの生体触
媒の分離性の向上、生体触媒の反復利用性の向上、生体
触媒の酵素安定性の増大および操作の連続化等の目的
で、生体触媒を固定化して用いることが広く行われてい
る。
【0003】生体触媒を固定化する方法としては、担体
結合法、架橋法および包括法等があるが、これらの中で
包括法は、生体触媒の漏洩が少なく、かつ、生体触媒と
担体が結合していないことから、固定化による生体触媒
の活性低下が少ないこと、多くの生体触媒の固定化に適
用できること等の利点がある。
【0004】生体触媒の包括固定化に用いられる担体と
しては、合成高分子としてはポリアクリルアミド、ポリ
ビニルアルコール、ポリウレタン、コラーゲン、光硬化
性樹脂等、天然高分子としては、カラギーナン、アルギ
ン酸、アガロース、デンプン、ゼラチン等が知られてい
る。一般的に、合成高分子のものは天然高分子のものに
比べ、強度が高く、耐久性に優れ、かつ、生分解されに
くい等の利点があり、中でも、ポリアクリルアミドは工
業的に安価であること、重合体の強度が高いことおよび
重合時の生体触媒の失活が少ないこと等の理由から特に
よく用いられている。また、ポリアクリルアミド系包括
固定化生体触媒の膨潤度を下げ、反応時の触媒の失活を
低下させるために、アクリルアミド、カチオン性のエチ
レン性不飽和単量体および水溶性の架橋性単量体を共重
合させる方法が提案されている(特公昭58−3507
8号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリア
クリルアミド系包括固定化生体触媒も、空気酸化や乾燥
によりその活性が低下し易いため、通常、緩衝液等の水
溶液中に浸漬して保存されるが、その保存が常温下で長
期(例えば1カ月以上)に渉ると、保存液および固定化
生体触媒が次第に腐敗し、悪臭が発生したり保存液が濁
るなどの現象を生じ、延いては活性の低下をもたらし、
触媒として使用に耐えなくなる。そこで、その保存に当
たっては、通常、冷蔵したりあるいは保存液中に防腐剤
を添加するなどの方法が採られている。
【0006】しかし、冷蔵する方法は、固定化生体触媒
を大量に取り扱う工業的場面においては、設備、ユーテ
ィリティー等に膨大なコストを要することになり、ま
た、保存液中に防腐剤を添加する方法は、固定化生体触
媒を用いて反応を行う際、その反応液中に、該防腐剤が
不純物として混入することになり、いずれの方法も好ま
しくない。これらの課題の解決は、特に、固定化生体触
媒の工業的利用において裨益するところが大きい。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のポ
リアクリルアミド系担体のもつ利点に加え、さらに、保
存安定性に優れた生体触媒の固定化技術について鋭意検
討した結果、担体として特定の共重合体の使用が上記課
題の解決に極めて有効であることを見出し、本発明を完
成した。
【0008】すなわち、本発明は、下記一般式(1)で
示される単量体、これと共重合可能なカチオン性のアク
リルアミド系単量体および水溶性の架橋性単量体を共重
合させて得られる生体触媒固定化用担体、および該生体
触媒固定化用担体に生体触媒を固定化させてなる固定化
生体触媒、を要旨とするものである。
【0009】
【化3】 (式中、R1 およびR2 はメチル基またはエチル基を表
す)
【0010】一般式(1)で示される化合物は、具体的
には、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエ
チルアクリルアミド、N−メチル−N−エチルアクリル
アミドであり、これらは二種以上併用することもでき
る。
【0011】一般式(1)で示される単量体と共重合可
能なカチオン性のアクリルアミド系単量体は、例えば、
ジアルキルアミノアルキルメタクリルアミド、ジアルキ
ルアミノアルキルアクリルアミドならびにこれらの4級
化物であり、具体的には、ジメチルアミノプロピルアク
リルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミ
ド、ジエチルアミノプロピルメタアクリルアミド、ジエ
チルアミノプロピルアクリルアミドならびにこれらの4
級化物等を挙げることができる。
【0012】水溶性の架橋性単量体としては、例えば、
メチレンビスアクリルアミド、メチレンビスメタクリル
アミド、1,2−ヒドロキシエチレンビスアクリルアミ
ド、1,3−ジ−アクリルアミドメチル−2−イミダゾ
リドン、ジアクリルアミドメチルエチレン尿素、1,2
−ヒドロキシエチレンビスアクリルアミド、ジアクリル
アミドメチルエーテル、エチレングリコールジアクリレ
ート、エチレングリコールジメタクリレート、ヘキサヒ
ドロ−1,3,5−トリアシル−S−トリアジン、ビス
アクリルアミド酢酸等をあげることができ、中でも、メ
チレンビスアクリルアミド、メチレンビスメタクリルア
ミド、1,2−ヒドロキシエチレンビスアクリルアミ
ド、1,3−ジ−アクリルアミドメチル−2−イミダゾ
リドン、ジアクリルアミドメチルエチレン尿素、1,2
−ヒドロキシエチレンビスアクリルアミド等の使用が好
ましい。
【0013】これら単量体の量的関係は、全単量体に対
し、通常、一般式(1)で示される単量体が70〜9
9.8重量%、好ましくは80〜99重量%、カチオン
性のアクリルアミド系単量体が0.1〜10重量%、好
ましくは0.5〜10重量%および水溶性の架橋性単量
体が0.1〜20重量%、好ましくは0.5〜10重量
%である。尚、必要に応じ、一般式(1)で示される単
量体と共重合可能な上記以外の水溶性単量体を若干量加
えることもできる。
【0014】上記固定化担体に包括固定化される生体触
媒とは、酵素、微生物、オルガネラ、動植物細胞および
これらを精製したもの、あるいは破砕したものであり、
その由来および形態を問わない。例えば、微生物として
は細菌類、放線菌類、酵母類、カビ類等、いずれの類の
微生物でもよく、具体的には、Brevibacter
ium属、Corynebacterium属、Rho
dococcus属、Gordona属、Vibrio
属、Nitrosomonas属、Streptoco
ccus属、Lactobacillus属、Baci
llus属、Azotobacter属、Nocard
ia属、Saccharomyces属、Endomy
ces属、Aspergillus属、Penicil
lium属、Mucor属、Rhizopus属等に属
する微生物が挙げられる。
【0015】本発明の固定化生体触媒の調製は、例え
ば、生体触媒懸濁液に、単量体混合物を添加し、これに
通常用いられている重合開始剤および促進剤、例えば、
過硫酸カリウム、およびN,N,N’,N’−テトラメ
チルエチレンジアミンを加え、pH5〜10、好ましく
は6〜8、温度0〜50℃、好ましくは0〜35℃に1
5分から120分間保って重合、ゲル化させることによ
り行われる。
【0016】重合ゲル中の生体触媒の含有量は、使用す
る生体触媒の種類、形態等により異なるが、通常、0.
1〜40重量%、好ましくは1〜20重量%である。ま
た、重合反応液体中の単量体の含有量は、通常、2〜3
0重量%、好ましくは5〜15重量%である。
【0017】これら固定化生体触媒の形状は、粒状、膜
状、板状等いかなるものであってもよい。
【0018】
【効果】本発明の生体触媒固定化用担体の使用により、
従来の高分子系担体、就中、ポリアクリルアミド系担体
のもつ強度等の利点に加え、さらに保存安定性に優れた
固定化生体触媒を得ることができる。本発明の固定化生
体触媒は1カ月以上の常温保存においても腐敗が起こら
ず極めて安定である。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。なお、部および%は重量基準である。
【0020】実施例1Rhodococcus rhodochruos
−1菌株(微工研条寄第1478号 )を好気的に培養
し、洗浄、濃縮した固定化用菌体液(乾燥菌体分15
%)を調製した。氷冷したこの濃縮菌体液70部に50
mMのリン酸カリウム緩衝液(pH7.0、以下同じ)
16部、N,N−ジエチルアクリルアミド、ジメチルア
ミノプロピルアクリルアミド、メチレンビスアクリルア
ミドを各々、92,3,5%になるように調製した単量
体混合液10部を加え、氷水中で均一な懸濁液とした。
これに10%のN,N,N’,N’−テトラメチルエチ
レンジアミン、および10%の過硫酸アンモニウム水溶
液を2部ずつ加え、35℃以下に1時間保って重合、ゲ
ル化させた。こうして得られたブッロク状の固定化菌体
を小粒子に裁断後、水洗して評価用固定化菌体試料とし
た。ポリエチレン製瓶に、この試料20gを0.5%の
硫酸ナトリウム水溶液80gに浸漬して密閉し、30℃
にて1ヶ月保存したが、外観上の変化もなく、雑菌の繁
殖は極めて少なかった。
【0021】比較例1 比較のため、アクリルアミド系の固定化担体を用いて固
定化菌体試料を調製した。すなわち、単量体混合液が、
アクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリレー
ト、メチレンビスアクリルアミド、各々92,3,5%
である濃度40%の単量体水溶液を25部とし、濃縮菌
体液70部、50mMのリン酸カリウム緩衝液(pH
7.0)1部に、10%のN,N,N’,N’−テトラ
メチルエチレンジアミン、および10%の過硫酸アンモ
ニウム水溶液を2部ずつ加え、実施例1と同様に、重
合、洗浄した。この試料を実施例1と同様に0.5%の
硫酸ナトリウム水溶液に浸漬して、30℃にて1ヶ月保
存したところ、雑菌の繁殖が極めて多く、強い腐敗臭、
および液の濁りを生じた。
【0022】実施例2〜6および比較例2〜6 実施例1および比較例1と同様にして、単量体、生体触
媒の種類および濃度を変えて、固定化生体触媒を調製
し、評価した。その結果を表−1に示す。なお、実施例
2〜4および比較例2〜4は100mMリン酸カリウム
緩衝液(pH7)に、実施例5〜6および比較例5〜6
は0.9%塩化ナトリウム水溶液に固定化生体触媒を浸
漬し、30℃で1カ月保存した。また、腐敗性の評価は
臭気および浸漬液の濁りの程度により判定した。表中0
は臭気のないことまたは濁っていないことを意味し、数
値が大きくなるに従い、腐敗臭が強くなるあるいは浸漬
液が濁ることを示し、最大4の5段階評価とした。
【0023】
【表1】
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−269493(JP,A) 特開 昭52−94476(JP,A) 特開 昭60−9485(JP,A) 特開 平3−251178(JP,A) 特開 平5−28106(JP,A) 特開 平5−79377(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 11/08 C12N 11/04 BIOSIS(DIALOG) CA(STN) REGISTRY(STN) WPIDS(STN)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(1)で示される単量体、これ
    と共重合可能なカチオン性のアクリルアミド系単量体お
    よび水溶性の架橋性単量体を共重合させて得られる生体
    触媒固定化用担体。 【化1】 (式中、R1 およびR2 はメチル基またはエチル基を表
    す)
  2. 【請求項2】下記一般式(1)で示される単量体、これ
    と共重合可能なカチオン性のアクリルアミド系単量体お
    よび水溶性の架橋性単量体を共重合させて得られる生体
    触媒固定化用担体に生体触媒を固定化させてなる固定化
    生体触媒。 【化2】 (式中、R1 およびR2 はメチル基またはエチル基を表
    す)
  3. 【請求項3】一般式(1)で示される単量体がN,N−
    ジメチルアクリルアミドまたはN,N−ジエチルアクリ
    ルアミドである請求項2記載の固定化生体触媒。
  4. 【請求項4】カチオン性アクリルアミド系単量体がジア
    ルキルアミノアルキルアクリルアミド、ジアルキルアミ
    ノアルキルメタクリルアミドまたはこれらの4級化物で
    ある請求項2記載の固定化生体触媒。
  5. 【請求項5】全単量体に対し、一般式(1)で示される
    単量体が70〜99.8重量%、カチオン性のアクリル
    アミド系単量体が0.1〜10重量%および水溶性の架
    橋性単量体が0.1〜20重量%である請求項2記載の
    固定化生体触媒。
JP6012279A 1994-01-11 1994-01-11 生体触媒固定化用担体および固定化生体触媒 Expired - Lifetime JP3014262B2 (ja)

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