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JP2710816B2 - Biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber and method for producing the same - Google Patents
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JP2710816B2 - Biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber and method for producing the same - Google Patents

Biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber and method for producing the same

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JP2710816B2
JP2710816B2 JP3148089A JP3148089A JP2710816B2 JP 2710816 B2 JP2710816 B2 JP 2710816B2 JP 3148089 A JP3148089 A JP 3148089A JP 3148089 A JP3148089 A JP 3148089A JP 2710816 B2 JP2710816 B2 JP 2710816B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A. 産業上の利用分野 本発明は生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状
繊維及びその製造法に関し、より詳しくは、ポリビニル
アルコール及び水溶性高分子多糖類からなるゲル基材、
生体触媒及び水からなる生体触媒固定化ポリビニルアル
コールゲル状繊維及びその簡便な製造法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber and a method for producing the same, and more particularly, to a gel base comprising polyvinyl alcohol and a water-soluble polymer polysaccharide. ,
The present invention relates to a biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber comprising a biocatalyst and water, and a simple production method thereof.

本発明の生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状
繊維は、耐摩耗性に優れ、またその内部に包括固定化さ
れた微生物、酵素などの生体触媒がその活性を効率的に
発揮することができることから、固定化生体触媒として
有用である。
The biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel-like fiber of the present invention has excellent abrasion resistance, and a biocatalyst such as a microorganism and an enzyme entrapped and immobilized therein can efficiently exhibit its activity. It is useful as an immobilized biocatalyst.

B. 従来の技術 ポリビニルアルコール(以下、PVAと略記することが
ある)繊維は、例えば、桜田(Sakurada)著「ポリビニ
ルアルコールフアイバーズ(Polyvinyl Alcohol Fiber
s)」〔1985年、米国マーセル・デツカー(Marcel Dekk
er)社発行〕などに記載されているように、PVA水溶液
を硫酸ナトリウムなどの塩を高濃度で含有する水溶液中
に押し出して脱水凝固させる方法、PVAを硼酸を加えた
のちアルカリ塩の凝固液中に押し出すことによりPVAの
架橋点を作りながら凝固させる方法、PVAを高濃度アル
カリ凝固浴中に押し出しゲル化させながら紡糸する方法
などによつて取得されている。
B. Conventional Technology Polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes abbreviated as PVA) fiber is described in, for example, “Polyvinyl Alcohol Fiber” by Sakurada.
s)] [1985, Marcel Dekker, USA
er), a method of extruding an aqueous PVA solution into an aqueous solution containing a high concentration of salts such as sodium sulfate to cause dehydration and coagulation, and a coagulation solution of an alkali salt after adding boric acid to PVA. It has been obtained by a method of coagulating while forming a cross-linking point of PVA by extruding it inside, a method of spinning while extruding PVA into a high-concentration alkaline coagulation bath and gelling.

C. 発明が解決しようとする課題 上記の方法では、凝固時のゲルの強度を高めるために
PVA水溶液中のPVA濃度及び凝固液中の塩濃度を高くする
必要があり、またそのためPVA水溶液の温度を90〜110℃
という高い温度にする必要があつた。PVAゲル状繊維中
に微生物などの生体触媒を包括固定しようとする場合、
高温のPVA水溶液を高濃度の塩を含む凝固液と接触させ
るような上記の方法は、生体触媒を過度の環境下におく
ことになるため利用することができない。さらに高濃度
のPVA水溶液を使用するために得られるPVAゲルは含水率
が低いものとなるが、そのような低含水率のPVAゲル中
に包括固定化された生体触媒はその生物活性を充分に発
揮することができない。
C. Problems to be Solved by the Invention In the above method, in order to increase the strength of the gel during coagulation,
It is necessary to increase the PVA concentration in the PVA aqueous solution and the salt concentration in the coagulation liquid, and therefore, the temperature of the PVA aqueous solution is set to 90 to 110 ° C.
It was necessary to reach a high temperature. When trying to entrap biocatalysts such as microorganisms in PVA gel fibers,
The above method of contacting a high-temperature aqueous PVA solution with a coagulating solution containing a high concentration of salt cannot be used because the biocatalyst is placed in an excessive environment. Furthermore, the PVA gel obtained by using a high-concentration PVA aqueous solution has a low water content, but the biocatalyst entrapped and immobilized in the PVA gel having such a low water content can sufficiently enhance its biological activity. Can not demonstrate.

生体触媒が固定化されたゲル状繊維は、バイオリアク
ターに利用する場合、生体触媒が固定化されたゲル状粒
子を使用する場合にみられるような分離上の問題を生じ
ることがない点などの優位性を有しているが、このよう
なゲル状繊維は実用に供するうえで次のような条件を満
足することが要求される。
Gel fibers with immobilized biocatalyst do not cause separation problems when used in bioreactors, such as when using gel particles with immobilized biocatalysts. Although it has an advantage, such a gel fiber is required to satisfy the following conditions in order to be put to practical use.

(1) 繊維物性について、流動床リアクターとしての
繊維強度、耐水性、耐摩耗性を有すること。
(1) Regarding fiber properties, it must have fiber strength, water resistance, and abrasion resistance as a fluidized bed reactor.

(2) 機能面において、繊維内部の包括生体触媒の活
性を失なわせないこと及び休眠状態からの活性復元性が
早いこと、担体内菌体の増殖が可能なこと、生体触媒に
対して親和性が高いこと、含水率が高いこと、外部から
の基質及び酸素の透過性がよいこと。
(2) In terms of function, the activity of the inclusive biocatalyst inside the fiber is not lost, the activity of restoring from the dormant state is fast, the growth of cells in the carrier is possible, and the affinity for the biocatalyst is high. High permeability, high moisture content, good permeability of substrate and oxygen from outside.

しかしながら、これらの条件を満足する生体触媒固定
化ゲル状繊維はまだ得られていないのが実状である。
However, in reality, gel fibers immobilized with a biocatalyst satisfying these conditions have not yet been obtained.

しかして、本発明の目的は、上記の条件を満足する生
体触媒固定化PVAゲル状繊維を提供することにあり、ま
た該生体触媒固定化PVAゲル状繊維の簡便な製造法を提
供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a biocatalyst-immobilized PVA gel fiber satisfying the above conditions, and to provide a simple method for producing the biocatalyst-immobilized PVA gel fiber. is there.

D. 課題を解決するための手段 本発明によれば、上記の目的は、(a)ポリビニルア
ルコール及び水溶性高分子多糖類からなる内部皮膜と外
部皮膜から構成され、乾燥状態における内部皮膜の平均
厚さが0.005〜0.20μmの範囲内であり、外部皮膜の平
均厚さが0.1〜10μmの範囲内であり、かつ内部皮膜又
は内部皮膜と外部皮膜によつて形成される空間の平均最
大径が0.1〜10μmの範囲内であるゲル基材、(b)該
ゲル基材の内部に包括固定化された生体触媒及び(c)
水からなることを特徴とする生体触媒固定化ポリビニル
アルコールゲル状繊維を提供することによつて達成さ
れ、また生体触媒、ポリビニルアルコール及び陽イオン
との接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖
類を含有する混合水溶液を吐出させて陽イオンを含有す
る化合物を含有する水溶液に接触させることにより該混
合水溶液を繊維状に成形し、次いで得られた繊維状の成
形物に、−5℃以下での凍結とそれに続く融解からなる
処理を少なくとも1回施すことを特徴とする前記生体触
媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊維の製造法を提
供することによつて達成される。
D. Means for Solving the Problems According to the present invention, the object described above is to provide (a) an inner film made of polyvinyl alcohol and a water-soluble polysaccharide and an outer film, and an average of the inner film in a dry state. The thickness is in the range of 0.005 to 0.20 μm, the average thickness of the outer coating is in the range of 0.1 to 10 μm, and the average maximum diameter of the inner coating or the space formed by the inner coating and the outer coating is A gel base material in the range of 0.1 to 10 μm, (b) a biocatalyst entrapped and immobilized inside the gel base material, and (c)
A water-soluble polymer which is achieved by providing a biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber characterized by comprising water, and which has a gelling ability upon contact with a biocatalyst, polyvinyl alcohol and a cation. The mixed aqueous solution containing the polysaccharide is discharged and brought into contact with an aqueous solution containing a compound containing a cation to form the mixed aqueous solution into a fibrous form. The present invention is attained by providing a method for producing the biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel-like fiber, which comprises performing at least one treatment comprising the following freezing and subsequent thawing.

本発明のゲル状繊維を構成するゲル基材はPVA及び水
溶性高分子多糖類からなるが、かかるPVAとしては、平
均重合度が1000以上、好ましくは、1700以上で、ケン化
度は98.5%以上、好ましくはケン化度99.85モル%以上
の完全ケン化PVAがPVAゲルの形成上、望ましい。後述の
とおり、本発明のゲル状繊維は凍結工程を経て形成され
るが、使用するPVAのケン化度が低下すると、ゲル成形
の凍結条件が厳しくなり、必要な強度のゲルを得るため
にはより低い凍結温度と凍結時間を要することになるた
め、生産性の点から好ましくない。またPVAとしては、
本発明の目的を阻害しない範囲において、公知の種々の
変性PVAを用いることができる。ゲル基材を構成するも
う一つの高分子成分である水溶性高分子多糖類として
は、具体的には、アルギン酸のアルカリ金属塩、ガラギ
ーナン、マンナン、キトサン等の陽イオンとの接触によ
つてゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類が挙げら
れる。この水溶性高分子多糖類は、マグネシウムイオ
ン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウ
ムイオン等のアルカリ土類金属イオン;アルミニウムイ
オン、セリウムイオン、ニツケルイオン等の他の多価金
属イオン;カリウムイオン;ナトリウムイオン;アンモ
ニウムイオンなどの上記水溶性高分子多糖類をゲル化さ
せ得る陽イオンと共存していてもよい。PVAと水溶性高
分子多糖類との重合割合は35対65乃至95対5の範囲内が
好ましい。ゲル基材は、さらに微生物の培地の構成成
分、固定化担体の強度を上げるための補強材、生成ゲル
の比重を調整する充填材、凍結処理による微生物の凍結
障害に対する保護剤、ホルモン、栄養剤等をが有してい
てもよい。
The gel base material constituting the gel-like fiber of the present invention is composed of PVA and a water-soluble polymer polysaccharide. The PVA has an average degree of polymerization of 1,000 or more, preferably 1700 or more, and a saponification degree of 98.5%. As described above, completely saponified PVA having a degree of saponification of preferably 99.85 mol% or more is desirable for formation of a PVA gel. As described below, the gel-like fiber of the present invention is formed through a freezing step.However, when the saponification degree of the PVA used is reduced, the freezing conditions of the gel molding become severe, and in order to obtain a gel having a necessary strength, Since a lower freezing temperature and a lower freezing time are required, it is not preferable in terms of productivity. Also, as PVA,
Various known modified PVAs can be used as long as the object of the present invention is not inhibited. Examples of the water-soluble high molecular weight polysaccharide which is another polymer component constituting the gel base include, specifically, a gel formed by contact with a cation such as an alkali metal salt of alginic acid, carrageenan, mannan or chitosan. And water-soluble high-molecular-weight polysaccharides having the ability to be converted. The water-soluble polymer polysaccharides include alkaline earth metal ions such as magnesium ion, calcium ion, strontium ion and barium ion; other polyvalent metal ions such as aluminum ion, cerium ion and nickel ion; potassium ion; sodium ion It may be present together with a cation capable of gelling the above-mentioned water-soluble polysaccharide such as ammonium ion. The polymerization ratio of PVA to the water-soluble polysaccharide is preferably in the range of 35:65 to 95: 5. The gel base material further comprises components of a microorganism culture medium, a reinforcing material for increasing the strength of the immobilized carrier, a filler for adjusting the specific gravity of the produced gel, a protective agent against freezing damage of microorganisms by freezing treatment, a hormone, and a nutritional supplement. May be included.

本発明のゲル状繊維を構成するゲル基材は、外部皮膜
で覆われ、内部に網目構造を有しており、乾燥状態にお
いて、0.005〜0.20μmの範囲内の平均厚さを有する内
部皮膜(これが網目を形成する)と0.1〜10μmの範囲
内の平均厚さを有する外部皮膜から構成され、かつ内部
皮膜又はそれと外部皮膜によつて形成される空間の平均
最大径は乾燥状態において0.1〜10μmの範囲内であ
る。これらの寸法は、乾燥状態にあるゲル基材の断面を
電子顕微鏡で観察することによつて決定される。ここに
おける乾燥状態とは、例えば含水ゲルをエタノール水溶
液およびエタノールに順次浸漬することによつてゲル中
の水をエタノールに置換し、得られた含エタノールゲル
を液体窒素中で凍結させ、次いで真空乾燥することによ
つて達成される状態である。空間の平均最大径は、ゲル
基材の断面の電子顕微鏡写真に現れた空間の50箇所を任
意にとりあげ、それぞれの空間における最大径を測定
し、その数値の算術平均をとることにより決められる。
内部皮膜の平均厚さは、とりあげた上記の50箇所の空間
のそれぞれについて、該空間を形成する内部皮膜の一点
を任意に選び、その部分での膜の厚さを測定し、その数
値の算術平均をとることにより決められる。また外部皮
膜の平均厚さは外部皮膜の任意の50箇所をとりあげ、そ
れらの位置における外部皮膜の厚さを測定し、その数値
を算術平均をとることにより決められる。
The gel base material constituting the gel-like fiber of the present invention is covered with an outer coating, has a network structure inside, and has an inner coating (in a dry state) having an average thickness in the range of 0.005 to 0.20 μm. This forms a mesh) and an outer coating having an average thickness in the range of 0.1 to 10 μm, and the average maximum diameter of the inner coating or the space formed by the outer coating and the inner coating is 0.1 to 10 μm in a dry state. Is within the range. These dimensions are determined by observing the cross section of the gel base in a dry state with an electron microscope. Here, the dry state means, for example, that the water in the gel is replaced with ethanol by sequentially immersing the hydrogel in an aqueous ethanol solution and ethanol, the ethanol-containing gel obtained is frozen in liquid nitrogen, and then dried under vacuum. This is the state achieved by doing so. The average maximum diameter of the space is determined by arbitrarily picking up 50 places in the space that has appeared in an electron micrograph of the cross section of the gel base material, measuring the maximum diameter in each space, and taking the arithmetic average of the numerical values.
The average thickness of the internal coating is determined by arbitrarily selecting one point of the internal coating forming the space for each of the above 50 spaces, measuring the thickness of the film at that portion, and arithmetically calculating the numerical value. Determined by taking the average. The average thickness of the outer coating is determined by taking 50 arbitrary locations of the outer coating, measuring the thickness of the outer coating at those positions, and taking the arithmetic average of the values.

内部皮膜の平均厚さが、0.005μm未満では、ゲル成
形体としての弾性性に欠け軟弱なものとなり、しかもこ
の皮膜で作られる空間部分が大変小さなものとなり生体
触媒が包括固定化される空間としては好ましくない。一
方0.20μmを越えては皮膜が厚くなりゲル構成の骨格が
大きくなるため基質及び酸素の透過性に欠け、微生物の
増殖及び生体触媒としての活性に劣ることになるため好
ましくない。
If the average thickness of the inner coating is less than 0.005 μm, it becomes weak due to lack of elasticity as a gel molded body, and the space created by this coating is very small, so that the biocatalyst is included and immobilized as a space. Is not preferred. On the other hand, if it exceeds 0.20 μm, the film becomes thick and the skeleton of the gel structure becomes large, so that it lacks the permeability of the substrate and oxygen, and the growth of microorganisms and the activity as a biocatalyst are not preferable.

内部皮膜又は内部皮膜と外部皮膜から形成される空間
の平均最大径が0.1μm未満ではゲル基材内部までの基
質及び酸素の透過性を損い、かつ微生物の居住空間とし
ては小さすぎるため好ましくない。又、10μmを越えて
は空間部分が大きすぎゲルの機械的強度を損い、低いゲ
ル強度となるため好ましくない。又本発明で規定された
寸法を有する空間であれば、微生物を包括した空間部分
に8〜15倍の水を含有することができ、微生物に対する
親和性が付与される。
If the average maximum diameter of the space formed by the inner film or the inner film and the outer film is less than 0.1 μm, the permeability of the substrate and oxygen to the inside of the gel base material is impaired, and the living space for microorganisms is not preferable because it is too small. . On the other hand, if the thickness exceeds 10 μm, the space is too large, which impairs the mechanical strength of the gel and results in low gel strength, which is not preferable. In addition, if the space has the dimensions specified in the present invention, the space containing the microorganisms can contain 8 to 15 times the amount of water, thereby imparting affinity to the microorganisms.

外部皮膜の平均厚さが0.1μm未満ではゲルの機械的
性能であるゲルの強度及び弾性力に劣り、反応層におけ
るゲル繊維間及び充填層内壁との衝突及び摩擦により摩
耗が激しく長期の耐久性が損なわれる。さらに高濃度で
包括したゲル中の生体触媒が外部環境へ漏洩してしまう
恐れがあるため好ましくない。一方、10μmを越えた外
部皮膜で覆われる場合基質及び酸素の透過性が極端に悪
化するため微生物はゲルの表面部分に集まり、ゲル内部
まで基質及び酸素が透過しなくなるので生体触媒として
は好ましくない。
When the average thickness of the outer coating is less than 0.1 μm, the mechanical performance of the gel is inferior in the strength and elasticity of the gel, and the abrasion is severe due to the collision and friction between the gel fibers in the reaction layer and the inner wall of the packed layer, and the durability is long-term. Is impaired. Further, the biocatalyst in the gel wrapped at a high concentration may leak to the external environment, which is not preferable. On the other hand, when covered with an outer coating exceeding 10 μm, the permeability of the substrate and oxygen deteriorates extremely, so that the microorganisms gather on the surface portion of the gel, and the substrate and oxygen do not pass through to the inside of the gel, which is not preferable as a biocatalyst. .

ゲル基材の内部に包括固定化される生体触媒として
は、微生物、酵素、動植物細胞など特に限定されるもの
ではない。微生物は、細菌、放線菌、カビ、酵母などの
いずれでもよく、純粋培養で取得されたものでも、混合
培養で取得されたものでも、また活性汚泥菌であつても
よい。微生物としては、例えば、ムコール(Muccor)
属、フザリウム(Fusarium)属、クラドツリツクス(Cl
adothrix)属、スフエロチルス(Sphaerotilus)属、ツ
ーグレア(Zoogloea)属、レプトミツス(Leptomitus)
属、アスペルギルス(Aspergillus)属、リゾプス(Rhi
zopus)属、シユードモナス(Pseudomonas)属、アセト
バクター(Acetobacter)属、ストレプトマイセス(Str
eptomyces)属、エシエリシア(Escherichia)属、サツ
カロマイセス(Saccharomyces)属、キヤンデイダ(Can
dida)属などの属に属する微生物が挙げられ、イオウ細
菌、メタン菌、酪酸菌、乳酸菌、枯草菌、変形菌、不全
菌、硝酸菌、亜硝酸菌などを例示される。また、排水処
理を目的とする場合には、タンパク質分解酵素、炭水化
物分解酵素、脂肪分解酵素を生産する菌を固定化するこ
とが望ましい。酵素としては、その起源にかかわらず、
動物由来のもの、微生物由来のものなどを任意に選ぶこ
とができる。酵素の代表例として、ラクテートデヒドロ
ゲナーゼ(1.1.2.3)、ラクテートオキシダーゼ(1.1.
3.2)、グルコースオキシダーゼ(1.1.3.4)、ホルメー
トデヒドロゲナーゼ(1.2.1.2)、アルデヒドデヒドロ
ゲナーゼ(1.2.1.3)、アルデヒドオキシダーゼ(1.2.
3.1)、キサンチンオキシダーゼ(1.2.3.2)、ピルビン
酸オキシダーゼ(1.2.3.3)、ピルビン酸リダクターゼ
(1.2.4.1)、コルチゾン−α−リダクターゼ(1.3.1.
4)、アシルCoA−デヒドロゲナーゼ(13.99.3)、3−
ケトステロイド△−デヒドロゲナーゼ(1.3.99.4)、
3−ケトステロイド△−デヒドロゲナーゼ(1.3.99.
5)、L−アラニンデヒドロゲナーゼ(1.4.1.1)、L−
グルタミン酸デヒドロゲナーゼ(1.4.1.3)、L−アミ
ノ酸オキシダーゼ(1.4.3.2)、D−アミノ酸オキシダ
ーゼ(1.4.3.3)、ピリドキサールリン酸オキシダーゼ
(1.4.3.5)、カタラーゼ(1.11.1.6)、カテコールメ
チルトランスフエラーゼ(2.1.1.6)、カルニチンアセ
チルトランスフエラーゼ(2.3.1.7)、アセチルCoAアセ
チルトランスフエラーゼ(2.3.1.9)、アスペルテート
アミノトランスフエラーゼ(2.6.1.1)、アラニンアミ
ノトランスフエラーゼ(2.6.1.2)、ピリドキサミンピ
ルベートトランスフエラーゼ(2.6.1)、ヘキソキナー
ゼ(2.7.11)、グルコキナーゼ(2.7.1.2)、フルクト
キナーゼ(2.7.1.4)、ホスホグルコキナーゼ(2.7.1.1
0)、ホスホフルクトキナーゼ(2.7.1.11)、ピルベー
トキナーゼ(2.7.1.40)、カルボキシエステラーゼ(3.
1.1.1)、アリールエステラーゼ(3.1.1.2)、リパーゼ
(3.1.1.3)、ホスホリパーゼA(3.1.1.4)、アセチル
エステラーゼ(3.1.1.6)、コレステロールエステラー
ゼ(3.1.1.13)、グルコアミラーゼ(3.2.1.3)、セル
ラーゼ(3.2.1.4)、イヌラーゼ(3.2.1.7)、α−グル
コシダーゼ(3.2.1.20)、β−グルコシダーゼ(3.2.1.
21)、α−ガラクトシダーゼ(3.2.1.22)、β−ガラク
トシダーゼ(3.2.1.23)、インベルターゼ(3.2.1.2
6)、ペプシン(3.4.4.1)、トリプシン(3.4.4.4)、
キモトリプシンA(3.4.4.5)、カテプシンA(3.4)、
パパイン(3.4.4.10)、トロンビン(3.4.4.13)、アミ
ダーゼ(3.5.1.4)、ウレアーゼ(3.5.1.5)、ペニシリ
ンアシダーゼ(3.5.1.11)、アミノアシラーゼ(3.5.1.
14)、アデニンデアミナーゼ(3.5.4.2)、A.T.P.アー
ゼ(3.6.1.3)、ピルベートデカルボキシラーゼ(4.1.
1.1)、オキザレートデカルボキシラーゼ(4.1.1.2)、
トリプトフアンデカルボキシラーゼ(4.1.1.27)、アル
ドラーゼ(4.1.2.13)、マレートシユターゼ(4.1.3.
2)、トリプトフアンシンターゼ(4.2.1.20)、アスペ
ルターゼ(4.3.1.1)、リジンラセマーゼ(5.1.1.5)、
グルコース−6−リン酸イソメラーゼ(5.3.1.9)、ス
テロイド△−イソメラーゼ(5.3.3.1)、マクシニルCoA
シンセターゼ(6.2.1.5)〔(註)カツコ内の数字は酵
素番号を表わす。〕などを挙げることができる。また、
動植物細胞としては、成長点細胞、カルス、胚芽などを
例示することができる。
The biocatalyst entrapped and immobilized inside the gel substrate is not particularly limited, such as microorganisms, enzymes, animal and plant cells. The microorganism may be any of bacteria, actinomycetes, molds, yeasts, and the like, and may be obtained by pure culture, obtained by mixed culture, or activated sludge. As the microorganism, for example, Mucor (Muccor)
Genus, Fusarium genus, Cladotricus (Cl
adothrix), Sphaerotilus, Zoogloea, Leptomitus
Genus, Aspergillus, Rhizopus (Rhi
zopus), Pseudomonas, Acetobacter, Streptomyces (Str)
genus eptomyces, genus Escherichia, genus Saccharomyces,
and microorganisms belonging to genera such as the genera dida), and examples thereof include sulfur bacteria, methane bacteria, butyric bacteria, lactic acid bacteria, Bacillus subtilis, deformed bacteria, deficient bacteria, nitric acid bacteria, and nitrite bacteria. For the purpose of wastewater treatment, it is desirable to immobilize bacteria that produce proteases, carbohydrate degradation enzymes, and lipolytic enzymes. As an enzyme, regardless of its origin,
Those derived from animals and those derived from microorganisms can be arbitrarily selected. Representative examples of enzymes include lactate dehydrogenase (1.1.2.3) and lactate oxidase (1.1.
3.2), glucose oxidase (1.1.3.4), formate dehydrogenase (1.2.1.2), aldehyde dehydrogenase (1.2.1.3), aldehyde oxidase (1.2.
3.1), xanthine oxidase (1.2.3.2), pyruvate oxidase (1.2.3.3), pyruvate reductase (1.2.4.1), cortisone-α-reductase (1.3.1.
4), acyl-CoA-dehydrogenase (13.99.3), 3-
Ketosteroid 1 1 -dehydrogenase (1.3.99.4),
3-ketosteroid 4 4 -dehydrogenase (1.3.99.
5), L-alanine dehydrogenase (1.4.1.1), L-alanine dehydrogenase
Glutamate dehydrogenase (1.4.1.3), L-amino acid oxidase (1.4.3.2), D-amino acid oxidase (1.4.3.3), pyridoxal phosphate oxidase (1.4.3.5), catalase (1.11.1.6), catechol methyltransferase (2.1.1.6), carnitine acetyltransferase (2.3.1.7), acetyl-CoA acetyltransferase (2.3.1.9), asperate aminotransferase (2.6.1.1), alanine aminotransferase (2.6.1.2) ), Pyridoxamine pyruvate transferase (2.6.1), hexokinase (2.7.11), glucokinase (2.7.1.2), fructokinase (2.7.1.4), phosphoglucokinase (2.7.1.1)
0), phosphofructokinase (2.7.1.11), pyruvate kinase (2.7.1.40), carboxyesterase (3.
1.1.1), arylesterase (3.1.1.2), lipase (3.1.1.3), phospholipase A (3.1.1.4), acetylesterase (3.1.1.6), cholesterol esterase (3.1.1.13), glucoamylase (3.2.1.3) ), Cellulase (3.2.1.4), inulase (3.2.1.7), α-glucosidase (3.2.1.20), β-glucosidase (3.2.1.
21), α-galactosidase (3.2.1.22), β-galactosidase (3.2.1.23), invertase (3.2.1.2
6), pepsin (3.4.4.1), trypsin (3.4.4.4),
Chymotrypsin A (3.4.4.5), cathepsin A (3.4),
Papain (3.4.4.10), thrombin (3.4.4.13), amidase (3.5.1.4), urease (3.5.1.5), penicillin acidase (3.5.1.11), aminoacylase (3.5.1.
14), adenine deaminase (3.5.4.2), ATPase (3.6.1.3), pyruvate decarboxylase (4.1.
1.1), oxalate decarboxylase (4.1.1.2),
Tryptophan decarboxylase (4.1.1.27), aldolase (4.1.2.13), malate sucidase (4.1.3.
2), tryptophan synthase (4.2.1.20), asperase (4.3.1.1), lysine racemase (5.1.1.5),
Glucose-6-phosphate isomerase (5.3.1.9), steroid △ -isomerase (5.3.3.1), maxinyl-CoA
Synthetase (6.2.1.5) [(Note) Numbers in Kakko represent enzyme numbers. And the like. Also,
Examples of animal and plant cells include meristem cells, calli, and embryos.

本発明のゲル状繊維の性質は一般に次のとおりであ
る。ゲルの含水率(ゲル全量中の水の量の割合)は70〜
90重量%と大変高いものである。PVAに対する水の量は
8〜15倍となる。基質の透過性については、一定濃度の
基質を溶解させた水溶液中に本発明のゲル状繊維を浸漬
し一定時間毎に溶媒をサンプリングして基質の濃度をガ
スクロマトグラフイーから求め、平衡になつた時点での
基質のゲル内の濃度を求めた。この値により分配係数
(ゲル内基質濃度/基質濃度)を求めた。エタノールは
0.97、メタノール0.98、シヨ糖0.98、ブドウ糖0.98、合
成下水0.89と大変高く、1に近いものであつた。本発明
のゲル状繊維の引張り強度は3Kg/cm2以上であり、その
ときの伸度は100〜400%であり、ゴム状弾性を示す(測
定は、島津製作所オートグラフIM−100を用いて行つ
た)。
The properties of the gel fibers of the present invention are generally as follows. The water content of the gel (proportion of water in the total amount of gel) is 70 ~
It is very high at 90% by weight. The amount of water to PVA is 8 to 15 times. Regarding the permeability of the substrate, the gel fiber of the present invention was immersed in an aqueous solution in which a constant concentration of the substrate was dissolved, the solvent was sampled at regular intervals, and the concentration of the substrate was determined by gas chromatography to reach equilibrium. The concentration of the substrate in the gel at the time point was determined. The partition coefficient (substrate concentration in gel / substrate concentration) was determined from this value. Ethanol
0.97, methanol 0.98, sucrose 0.98, glucose 0.98, synthetic sewage 0.89, very high and close to 1. The tensile strength of the gel-like fiber of the present invention is 3 kg / cm 2 or more, and the elongation at that time is 100 to 400%, and exhibits rubber-like elasticity (measurement is performed using Shimadzu Autograph IM-100. Went).

一方、水中における耐摩耗性はゲル状繊維の束を用い
充填率10%として標準活性汚泥法による曝気槽中に投入
し、上向水中に曝気を行い、各経日後での重量変化を調
べた(水温は10〜20℃であつた)。テスト開始30日間で
の重量変化は全重量に対し約10〜18%の減少をみたが、
それ以後360日後の減少率は1〜2%と少なく、繊維の
切断などは認められなかつた。
On the other hand, the abrasion resistance in water was measured using a bundle of gel-like fibers at a filling rate of 10% and charged into an aeration tank by the standard activated sludge method, aerated in upward water, and the weight change after each day was examined. (Water temperature was 10-20 ° C). The weight change during the first 30 days of the test showed a decrease of about 10-18% of the total weight,
After that, the reduction rate after 360 days was as small as 1 to 2%, and no fiber cutting was observed.

本発明のゲル状繊維の断面形状はとくに限定されるこ
となく、円形、三角、四角、五角、六角、星形、偏平、
矩形などの任意の形状を採用することができる。
The cross-sectional shape of the gel-like fiber of the present invention is not particularly limited, and is circular, triangular, square, pentagonal, hexagonal, star-shaped, flat,
Any shape such as a rectangle can be adopted.

本発明の生体触媒固定化PVAゲル状繊維は、生体触媒
との親和性に富み、各種の反応槽形式にも適用できる強
度と耐久性を有し、又、耐水性、耐薬品性に秀れてお
り、固定化生体触媒として望ましい特性を備えている。
このゲル状繊維は、後述するごとく、凍結処理という簡
単な操作で、しかも微生物に有害な薬液を一切使用せず
製造することができる。
The biocatalyst-immobilized PVA gel fiber of the present invention has a high affinity for a biocatalyst, has strength and durability applicable to various types of reaction tanks, and has excellent water resistance and chemical resistance. And has desirable characteristics as an immobilized biocatalyst.
As described below, this gel-like fiber can be produced by a simple operation of freezing treatment and without using any chemical solution harmful to microorganisms.

本発明の生体触媒固定化PVAゲル状繊維は、排水処理
関係のバイオリアクター、工業生産用のアルコール及び
酢酸の生産等に用いることが可能である。農業用途とし
ては、種子の包括、細胞、又はカルスの包括、有用菌の
固定化により人工種子としての利用を挙げることができ
る。又、工業材料としては、臭消性能を有する菌を固定
化したフイルター、壁紙等に利用できる。医療用として
は綿、紡績糸、不織布等に加工して局部的な保冷材とし
て用いることもできる。さらに、人工藻として流路へ設
置することにより排水処理、緑化に利用できる。又、着
卵材として養殖材料としても利用できる。
The biocatalyst-immobilized PVA gel fiber of the present invention can be used in a bioreactor for wastewater treatment, production of alcohol and acetic acid for industrial production, and the like. Agricultural uses include use as artificial seeds by encapsulating seeds, encapsulating cells or callus, and immobilizing useful bacteria. In addition, as an industrial material, it can be used for filters, wallpaper, etc. in which bacteria having odor eliminating performance are immobilized. For medical use, it can be processed into cotton, spun yarn, non-woven fabric or the like and used as a local cold insulator. Furthermore, it can be used for drainage treatment and greening by being installed in the channel as an artificial algae. It can also be used as an egg-laying material and as a culture material.

以下に、本発明の生体触媒固定化PVAゲル状繊維の製
造法について詳しく説明する。
Hereinafter, the method for producing the biocatalyst-immobilized PVA gel fiber of the present invention will be described in detail.

本発明の生体触媒固定化PVAゲル状繊維は、前述のと
おり、生体触媒、ポリビニルアルコール及び陽イオンと
の接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類
を含有する混合水溶液を吐出させて陽イオンを含有する
化合物を含有する水溶液に接触させることにより該混合
水溶液を繊維状に成形し、次いで得られた繊維状の成形
物に、−5℃以下での凍結とそれに続く融解からなる処
理を少なくとも1回施すことにより製造される。水溶性
高分子多糖類としては、前述のごとく種々のものを使用
することができるが、アルギン酸ナトリウム又はκ−カ
ラギーナンを用いることが好ましい。アルギン酸ナトリ
ウムを使用する場合、それをゲル化させ得る陽イオンを
含有する化合物としては、塩化カルシウム(以下、CaCl
2と略記することがある)を使用するのが好適であり、
また、κ−カラギーナンを使用する場合、それをゲル化
させ得る陽イオンを含有する化合物としては、硫酸カリ
ウム又は硫酸アルミニウムをそれぞれ硫酸ナトリウムと
ともに使用するのが好適である。PVA混合水溶液におけ
るPVAの濃度はPVAゲル形成能の範囲から、3〜40wt%ま
で可能であり、PVA濃度が高いほど、より強固なゲルが
生成するが、必要なゲル強度が得られるのであれば、PV
A濃度が低い方がゲル基材の生体触媒に対する親和性が
高く、含水率が高く、また基質及び酸素の透過性が良好
となる傾向がある。PVA以外の添加成分の種類や濃度、P
VA混合水溶液の液温、吐出ノズルの口径などによつて、
適切な濃度を選定する必要はあるが、例えば常温でPVA
混合水溶液を陽イオン含有化合物水溶液に吐出する場合
には、PVA濃度が3〜10wt%であれば凝固が容易であ
り、実用上十分なゲル強度が得られる。
As described above, the biocatalyst-immobilized PVA gel fiber of the present invention discharges a mixed aqueous solution containing a water-soluble polymer polysaccharide capable of gelling by contact with a biocatalyst, polyvinyl alcohol and a cation. The mixed aqueous solution is formed into a fibrous form by contact with an aqueous solution containing a compound containing a cation, and then the resulting fibrous formed product is treated at -5 ° C or lower by freezing and subsequent thawing. At least once. As the water-soluble high molecular polysaccharide, various ones can be used as described above, but it is preferable to use sodium alginate or κ-carrageenan. When sodium alginate is used, as a compound containing a cation capable of gelling it, calcium chloride (hereinafter, CaCl 2)
2 ).
When κ-carrageenan is used, it is preferable to use potassium sulfate or aluminum sulfate together with sodium sulfate as the compound containing a cation capable of gelling it. The concentration of PVA in the PVA mixed aqueous solution can be from 3 to 40% by weight from the range of the PVA gel forming ability. As the PVA concentration increases, a stronger gel is generated, but if the required gel strength is obtained, , PV
The lower the A concentration, the higher the affinity of the gel substrate for the biocatalyst, the higher the water content, and the better the permeability of the substrate and oxygen. Types and concentrations of additives other than PVA, P
Depending on the temperature of the VA mixed aqueous solution, the diameter of the discharge nozzle, etc.,
It is necessary to select an appropriate concentration.
When the mixed aqueous solution is discharged into the aqueous solution of the cation-containing compound, if the PVA concentration is 3 to 10% by weight, coagulation is easy, and practically sufficient gel strength is obtained.

PVA混合水溶液に添加する水溶性高分子多糖類の濃度
は、水に対して0.2〜4wt%、更に好ましくは0.5〜2wt%
が良い。0.2wt%未満では、PVA混合水溶液の表面固化が
不充分となり、内部皮膜及び外部皮膜が薄く、そのため
耐久性及び強度が不充分なゲルしか得られないことか
ら、好ましくない。逆に水溶性高分子多糖類の濃度が4w
t%より大の場合には、固い繊維状成形物が得られる
が、溶液粘度の上昇がもたらさせるのみならず、ゲルの
外部皮膜が厚くなり、基質及び酵素の透過性が阻害さ
れ、耐微生物性が不充分となり、しかも繊維強度が低
く、もろくなるため好ましくない。本発明のゲル状繊維
の包括固定化させたい生体触媒はPVA混合水溶液に混入
される。また、このPVA混合水溶液には、PVAのゲル化を
阻害しない範囲で、生体触媒の培地、固定化担体の強度
を上げるための補強材、生成ゲルの比重を調整する充填
材、凍結処理による生体触媒の凍結障害に対する保護
剤、ホルモン、栄養剤等を添加しても良い。
The concentration of the water-soluble polymer polysaccharide added to the aqueous PVA mixed solution is 0.2 to 4% by weight, more preferably 0.5 to 2% by weight based on water.
Is good. If the content is less than 0.2 wt%, the surface solidification of the PVA mixed aqueous solution becomes insufficient, and the inner coating and the outer coating are thin, so that only a gel having insufficient durability and strength is obtained, which is not preferable. Conversely, the concentration of the water-soluble polysaccharide is 4w
If it is larger than t%, a hard fibrous molded product is obtained, but not only the solution viscosity is increased, but also the outer coating of the gel becomes thicker, and the permeability of the substrate and the enzyme is hindered. It is not preferable because the microbial properties become insufficient and the fiber strength is low and the fiber becomes brittle. The biocatalyst of the present invention for encapsulating and immobilizing the gel fibers is mixed in a PVA mixed aqueous solution. In addition, the PVA mixed aqueous solution contains a biocatalyst medium, a reinforcing material for increasing the strength of the immobilized carrier, a filler for adjusting the specific gravity of the produced gel, and a biomaterial obtained by freezing treatment within a range that does not inhibit gelation of PVA. Protective agents against freeze damage of the catalyst, hormones, nutrients and the like may be added.

以上のPVA混合水溶液を任意の形状のノズルから吐出
させて陽イオン含有化合物の水溶液と接触させることに
より、該PVA混合水溶液の表面を固化させ、繊維状の成
形物を得ることができる。この際、PVA混合水溶液は、
例えば、温水にて一定温度に保つた原料タンクからメー
タリングポンプを通し、0.1〜5mmの孔径を有するノズル
へ送る。凝固浴中の陽イオン含有化合物の水溶液は、水
溶性高分子多糖類がアルギン酸ナトリウムの場合はCaCl
2水溶液が好ましいが、CaCl2水溶液の濃度は0.05〜1.0m
ol/が好ましく、PVA濃度やアルギン酸ナトリウム濃
度、あるいは、PVA混合水溶液の成形物の硬さから、通
常は0.1〜0.5mol/が好ましい。また、陽イオン含有化
合物の水溶液は、水溶性高分子多糖類がκ−カラギーナ
ンである場合には硫酸ナトリウム0.1〜2mol/と硫酸カ
リウム0.05〜1.0mol/の混合水溶液が好ましい。この
ような凝固液中にノズルを浸漬してノズル孔から吐出し
たPVA混合水溶液をゆつくり凝固させながら、上方又は
横方向に移動しつつ巻き取る。吐出させるノズルの孔径
が5mmを越える場合には、内部の凝固が均一になるまで
時間がかかること、及び繊維状物としては太くなり取扱
性に問題が生じることから好ましくない。又ノズル孔径
が0.05mm未満と小さい場合には、凝固性は良いものの繊
維直径が細化しすぎ、取扱い性の点で問題が生じるため
好ましくない。好ましくは0.1〜2mmの孔径を有するノズ
ルがよい。得られる繊維の直径は通常0.05〜7mmであ
る。凝固浴では、一定の塩濃度を維持するため、濃度補
正を加えることが望ましく、又均一凝固性を得るためゆ
つくりと液の循環を行うのが望ましい。さらに、凝固浴
温度を一定に維持するため温度制御を行うのが望まし
い。
The surface of the PVA mixed aqueous solution is solidified by discharging the above PVA mixed aqueous solution from a nozzle having an arbitrary shape and bringing the mixed aqueous solution into contact with an aqueous solution of a cation-containing compound, thereby obtaining a fibrous molded product. At this time, the PVA mixed aqueous solution
For example, it is sent from a raw material tank kept at a constant temperature with hot water to a nozzle having a hole diameter of 0.1 to 5 mm through a metering pump. The aqueous solution of the cation-containing compound in the coagulation bath is CaCl 2 when the water-soluble polysaccharide is sodium alginate.
2 aqueous solution is preferred, the concentration of CaCl 2 aqueous solution is 0.05-1.0 m
ol / is preferable, and usually 0.1 to 0.5 mol / is preferable from the viewpoint of the PVA concentration and the sodium alginate concentration, or the hardness of the molded product of the PVA mixed aqueous solution. When the water-soluble polymer polysaccharide is κ-carrageenan, the aqueous solution of the cation-containing compound is preferably a mixed aqueous solution of sodium sulfate 0.1 to 2 mol / and potassium sulfate 0.05 to 1.0 mol /. The PVA mixed aqueous solution discharged from the nozzle hole is immersed in such a coagulation liquid and wound up while moving upward or laterally while loosely coagulating. If the hole diameter of the nozzle to be discharged exceeds 5 mm, it is not preferable because it takes time until internal solidification becomes uniform, and the fibrous material becomes thick, which causes a problem in handleability. On the other hand, when the nozzle hole diameter is as small as less than 0.05 mm, the coagulability is good, but the fiber diameter is too thin, which causes a problem in handleability, which is not preferable. Preferably, a nozzle having a hole diameter of 0.1 to 2 mm is good. The diameter of the fibers obtained is usually between 0.05 and 7 mm. In the coagulation bath, it is desirable to add a concentration correction in order to maintain a constant salt concentration, and it is also desirable to perform slow circulation and liquid circulation in order to obtain uniform coagulation. Further, it is desirable to perform temperature control in order to keep the coagulation bath temperature constant.

繊維化したPVA混合水溶液のゲル状物は凝固浴水溶液
と分離して、そのまま又は水洗したのち凍結する。凍結
温度は−5℃以下で良いが、より強力なPVAゲルを得る
には−20℃以下がより望ましい。凍結保持時間は2時間
以上、好ましくは10時間以上が良い。凍結処理によつ
て、PVA混合水溶液の繊維成形物はゲル化する。これを
生体触媒に悪影響を及ぼさない温度範囲に放置して解凍
することによつて、繊維状のPVAゲルが得られる。
The gel of the fibrous PVA mixed aqueous solution is separated from the coagulation bath aqueous solution and frozen as it is or after washing with water. The freezing temperature may be -5 ° C or lower, but -20 ° C or lower is more preferable to obtain a stronger PVA gel. The freeze-holding time is 2 hours or more, preferably 10 hours or more. By the freezing treatment, the fiber molded product of the PVA mixed aqueous solution gels. This is left in a temperature range that does not adversely affect the biocatalyst and is thawed to obtain a fibrous PVA gel.

繊維状のPVAゲルは1回の凍結−解凍処理によつても
得られるが、PVA混合水溶液の組成や凍結条件によつて
は、必要な強度に達しない場合もあり、好ましくは2回
以上、更に好ましくは3回以上の凍結−解凍をくり返す
ことによつて、強度の充分高い繊維状ゲルが得られる。
The fibrous PVA gel can be obtained by a single freeze-thaw treatment, but the strength may not reach the required strength depending on the composition of the PVA mixed aqueous solution and the freezing conditions. More preferably, by repeating freeze-thaw at least three times, a fibrous gel having sufficiently high strength can be obtained.

E. 実施例 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
E. Examples Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 (株)クラレ製のPVA(平均重合度1740、ケン化度99.
85モル%)を40℃の温水で約1hr洗浄後、PVA濃度8wt%
になる様にPVAに水を加え全量を40gにしてpH6に調整し
た。これをオートクレーブで120℃で30分間処理し、PVA
を溶解した後、室温まで放冷した。このPVA水溶液にア
ルギン酸ナトリウム0.4gを加えて、混合した後、更に酵
母菌〔サツカロマイセス・セレビシエ〕0.5g−wet cell
s/mlを含む滅菌水を4ml添加して充分撹拌した。
Example 1 PVA manufactured by Kuraray Co., Ltd. (average polymerization degree 1740, saponification degree 99.
85 mol%) with 40 ° C warm water for about 1 hr, PVA concentration 8wt%
Then, water was added to PVA to make the total amount 40 g, and the pH was adjusted to 6. This is treated in an autoclave at 120 ° C for 30 minutes, and PVA
Was dissolved and then allowed to cool to room temperature. After adding 0.4 g of sodium alginate to this aqueous PVA solution and mixing, 0.5 g-wet cell of yeast (Saccharomyces cerevisiae) was further added.
4 ml of sterilized water containing s / ml was added and stirred sufficiently.

これらの混合液を内径2mmφのビニル管1本を使用し
たローラーポンプで0.5ml/分で送液し、ビニル管の先端
に取付けた内径0.8mmの注射針から0.5mol/の塩化カル
シウム水溶液の入つた1mの凝固浴中へ吐出した。この時
の引取り速度は0.8m/分であり、巻き取つた。
The mixed solution is fed at a rate of 0.5 ml / min by a roller pump using one vinyl tube having an inner diameter of 2 mmφ, and a 0.5 mol / aqueous calcium chloride solution is introduced through a 0.8 mm inner diameter injection needle attached to the end of the vinyl tube. It was discharged into a coagulation bath of 1 m. The take-up speed at this time was 0.8 m / min, and the film was wound up.

これらの繊維化したPVA混合液成形物をCaCl2水溶液と
分離し、滅菌水で軽く洗浄した後、−27℃±3℃の冷凍
庫で凍結した。20hr凍結後、常温で解凍することによつ
て、不透明な黄白色の柔軟性に富んだ繊維状のゲルが得
られた。このゲルは粘着性がなかつた。更に、このゲル
の強度を上げるため、以上の凍結−解凍処理を2回くり
返した。
These fibrous PVA mixed liquid molded products were separated from the aqueous CaCl 2 solution, washed lightly with sterilized water, and then frozen in a freezer at −27 ° C. ± 3 ° C. After freezing for 20 hours and thawing at room temperature, an opaque yellow-white flexible fibrous gel was obtained. The gel was not sticky. Further, in order to increase the strength of the gel, the above freeze-thaw treatment was repeated twice.

この様にして得られた酵母を固定化した繊維状のPVA
ゲルの直径は平均0.7mmであつた(断面の光学顕微鏡観
察による)。このPVAゲル繊維の含水率、分配係数、水
中摩耗強度、ゲル強度、内外皮膜平均厚さ及び空間平均
最大径を各々第1表に示した。
Fibrous PVA with immobilized yeast obtained in this way
The average diameter of the gel was 0.7 mm (by cross-sectional optical microscopy). Table 1 shows the water content, distribution coefficient, underwater wear strength, gel strength, inner and outer coating average thickness, and space average maximum diameter of this PVA gel fiber.

実施例2 実施例1で用いたものと同じPVAを、実施例1におけ
ると同様な処理に付し、16%の水溶液とした。これに、
3%水溶液に調製したκ−カラギーナン及びMLSS 20000
mg/に調製した(株)クラレ山岡工場(岡山県岡山市
海岸通1丁目2番1号)より採取した活性汚泥菌を加
え、7%のPVA混合水溶液とした。この混合水溶液を実
施例1と同様な方法で濃度0.5mol/の硫酸ナトリウム
の0.1モル/の硫酸カリウムとの混合水溶液(凝固
液)に押し出した。この時の引取り速度は1m/分であつ
た。その他は実施例1におけると同様な処理を施し、平
均直径0.8mmの繊維を得た。得られた性能を第1表に示
した。
Example 2 The same PVA used in Example 1 was subjected to the same treatment as in Example 1 to obtain a 16% aqueous solution. to this,
Κ-carrageenan and MLSS 20000 prepared in a 3% aqueous solution
Activated sludge collected from the Kuraray Yamaoka Plant (1-2-1, Kaigandori, Okayama City, Okayama Prefecture) adjusted to mg / mg was added to obtain a 7% PVA mixed aqueous solution. This mixed aqueous solution was extruded into a mixed aqueous solution (coagulating liquid) of sodium sulfate having a concentration of 0.5 mol / and 0.1 mol / potassium sulfate in the same manner as in Example 1. The take-off speed at this time was 1 m / min. Otherwise, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a fiber having an average diameter of 0.8 mm. The performance obtained is shown in Table 1.

比較例1 実施例1で用いたものと同じPVAに実施例1における
と同様の処理を施し、20%のPVA水溶液となし、3%水
溶液に調整した実施例1で用いたアルギン酸ナトリウム
20部及び水60部を加え、更に実施例1で用いたものと同
じ酵母を同一量添加し、2モル/の塩化カルシウム水
溶液中で凝固した。その他は実施例1におけると同様の
方法で処理し、直径0.8mmのPVAゲル状繊維を得た。得ら
れたゲルの物性を第1表に示した。
Comparative Example 1 The same PVA as used in Example 1 was subjected to the same treatment as in Example 1 to obtain a 20% PVA aqueous solution, and adjusted to a 3% aqueous solution, the sodium alginate used in Example 1
20 parts and 60 parts of water were added, and the same amount of the same yeast as used in Example 1 was further added thereto, followed by coagulation in a 2 mol / calcium chloride aqueous solution. Except for the above, the same treatment as in Example 1 was carried out to obtain a PVA gel-like fiber having a diameter of 0.8 mm. The physical properties of the obtained gel are shown in Table 1.

比較例2 実施例1で用いたものと同じPVAを実施例1における
と同様の処理に付し、10%PVA水溶液を得た。他は実施
例1におけると同様の方法で微生物混合水溶液を得た。
この水溶液を実施例1におけると同様な方法で飽和ホウ
酸水溶液中へ吐出した。ゆつくり引取つたがPVAゲルが
柔軟であり過ぎ、ゲル状の繊維状物は得られなかつた。
Comparative Example 2 The same PVA used in Example 1 was subjected to the same treatment as in Example 1 to obtain a 10% PVA aqueous solution. Except for the above, a microorganism mixed aqueous solution was obtained in the same manner as in Example 1.
This aqueous solution was discharged into a saturated boric acid aqueous solution in the same manner as in Example 1. The PVA gel was too soft, but a gel-like fibrous material could not be obtained.

参考例1 実施例1で得たPVAゲル状繊維16gを、30℃に保温した
カラムに充填し、エチルアルコール生成用反応液(グル
コース10wt%、MgSO4・7H2O60ppm、pH6)100gを加え、
ロータリーポンプで液を循環した。同様にPVAゲル状繊
維16gを別のカラムに充填し、培養・増殖用に液体培地
(ペプトン1%、酵母エキス1%、グルコース1%、塩
化ナトリウム0.5%、pH6)を100g加え、30℃で18時間振
盪した後、上記と同じ組成のエタノール生成反応液100g
を加え循環した。生成してきたエタノール濃度をガスク
ロマトグラフイーから測定した。比較対照とするために
カラムに充填したゲル状繊維に含まれる酵母菌と同じ量
の酵母菌を充填し、同様にしてエタノール生成反応を試
みた。その結果、エタノール濃度(%)は第2表のよう
になつた。
Reference Example 1 16 g of the PVA gel fiber obtained in Example 1 was packed in a column kept at 30 ° C., and 100 g of a reaction solution for producing ethyl alcohol (glucose 10 wt%, MgSO 4 .7H 2 O 60 ppm, pH 6) was added.
The liquid was circulated with a rotary pump. Similarly, another column was filled with 16 g of PVA gel-like fiber, and 100 g of a liquid medium (peptone 1%, yeast extract 1%, glucose 1%, sodium chloride 0.5%, pH 6) was added at 30 ° C. for culture and growth. After shaking for 18 hours, 100 g of ethanol production reaction solution with the same composition as above
And circulated. The concentration of the produced ethanol was measured by gas chromatography. For comparison, the same amount of yeast as the yeast contained in the gel fiber packed in the column was packed, and an ethanol production reaction was attempted in the same manner. As a result, the ethanol concentration (%) was as shown in Table 2.

実施例1で得たゲル状繊維は7日経過しても何ら変化
は認められなかつた。
The gel fiber obtained in Example 1 showed no change even after 7 days.

又、エタノール生成は対照と同一であることが判つ
た。
It was also found that the ethanol production was the same as the control.

参考例2 実施例2で得たPVAゲル状繊維を0.2となるように一
端を束ねて、2の曝気槽の中の散気管の周囲に取り付
ける。PVAゲル状繊維は空気の上昇流により上方に水藻
のようにゆらいでいた。なお、曝気槽中の人工下水とし
てペプトン20g/、肉エキス16g/、尿素4g/、NaCl
1.2g/、KCl0.56g/、MgSO4 0.4g/、Na2HPO4 4g/
、CaCl2 0.56g/でBOD24000mg/のものを80倍に希
釈したものを用いた。曝気しながら処理状況を観察し
た。その結果の平均値は第3表のようであつた。
Reference Example 2 The PVA gel fibers obtained in Example 2 were bundled at one end so as to be 0.2, and attached around an air diffuser in the second aeration tank. The PVA gel-like fibers swayed upward like algae due to the upward flow of air. As artificial sewage in the aeration tank, peptone 20 g /, meat extract 16 g /, urea 4 g /, NaCl
1.2 g /, KCl 0.56 g /, MgSO 4 0.4 g /, Na 2 HPO 4 4 g /
, Was prepared by diluting BOD24000mg / things to 80-fold with CaCl 2 0.56 g /. The treatment status was observed while aerating. The average value of the results is as shown in Table 3.

F. 発明の効果 本発明によれば、上記の実施例から明らかなとおり、
含水率が高く、対摩耗性に優れた生体触媒固定化PVAゲ
ル状繊維及びその簡便な製造法が提供される。本発明の
生体触媒固定化PVAゲル状繊維は、固定化された生体触
媒の活性を長期に亘つて効率的に発現させることができ
る。
F. Effects of the Invention According to the present invention, as is apparent from the above-described examples,
A biocatalyst-immobilized PVA gel fiber having a high water content and excellent abrasion resistance and a simple method for producing the same are provided. The biocatalyst-immobilized PVA gel fiber of the present invention can efficiently exhibit the activity of the immobilized biocatalyst over a long period of time.

フロントページの続き (72)発明者 藤井 弘明 岡山県岡山市海岸通1丁目2番1号 株 式会社クラレ内 審査官 植野 浩志Continued on the front page (72) Inventor Hiroaki Fujii 1-2-1, Kaigandori, Okayama-shi, Okayama Pref.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(a)ポリビニルアルコール及び水溶性高
分子多糖類からなる内部皮膜と外部皮膜から構成され、
乾燥状態における内部皮膜の平均厚さが0.005〜0.20μ
mの範囲内であり、外部皮膜の平均厚さが0.1〜10μm
の範囲内であり、かつ内部皮膜又は内部皮膜と外部皮膜
によつて形成される空間の平均最大径が0.1〜10μmの
範囲内であるゲル基材、(b)該ゲル基材の内部に包括
固定化された生体触媒及び(c)水からなることを特徴
とする生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊
維。
(1) comprising (a) an inner film and an outer film made of polyvinyl alcohol and a water-soluble polymer polysaccharide,
The average thickness of the inner coating in the dry state is 0.005 to 0.20μ
m and the average thickness of the outer coating is 0.1 to 10 μm
(B) a gel base material having an average maximum diameter of a space formed by the inner coating or the inner coating and the outer coating in the range of 0.1 to 10 μm; A biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber, comprising an immobilized biocatalyst and (c) water.
【請求項2】生体触媒、ポリビニルアルコール及び陽イ
オンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子
多糖類を含有する混合水溶液を吐出させて陽イオンを含
有する化合物を含有する水溶液に接触させることにより
該混合水溶液を繊維状に成形し、次いで得られた繊維状
の成形物に、−5℃以下での凍結とそれに続く融解から
なる処理を少なくとも1回施すことを特徴とする請求項
1記載の生体触媒固定化ポリビニルアルコールゲル状繊
維の製造法。
2. A mixed aqueous solution containing a water-soluble polymer polysaccharide capable of gelling by contact with a biocatalyst, polyvinyl alcohol and a cation is discharged to come into contact with an aqueous solution containing a cation-containing compound. The mixed aqueous solution is formed into a fibrous form by causing the mixture, and the resulting fibrous formed body is subjected to at least one treatment comprising freezing at -5 ° C or lower and subsequent thawing. 2. The method for producing a biocatalyst-immobilized polyvinyl alcohol gel fiber according to 1.
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