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JPS60990B2 - 固定化生物活性物質およびその製造方法 - Google Patents
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JPS60990B2 - 固定化生物活性物質およびその製造方法 - Google Patents

固定化生物活性物質およびその製造方法

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JPS60990B2
JPS60990B2 JP3595177A JP3595177A JPS60990B2 JP S60990 B2 JPS60990 B2 JP S60990B2 JP 3595177 A JP3595177 A JP 3595177A JP 3595177 A JP3595177 A JP 3595177A JP S60990 B2 JPS60990 B2 JP S60990B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定化生物活性物質、即ち固定イは酵素と所謂
生理活性物質ならびに微生物菌体及びそれらの製造方法
詳しくは繊維性蛋白質、即ちシェービング肩、ゼラチン
原料屑(コラーゲン質)、ならびに絹(フィブロイン質
)を担体として生物活性物質、即ち酵素、所謂生理活性
物質ならびに微生物菌体を化学的に結合せしめることか
らなる固定化生物活性物質ならびに微生物菌体及びその
製造方法に関するものである。その目的とする所はそれ
ぞれの担体材料の具備する特性を活用して効果的且つ経
済的に生物活性物質ならびに微生物菌体を固定化し、有
用且つ安価な固定化生物活性物質ならびに固定化微生物
菌体を提供することにある。本発明では便宜上特に酵素
及び微生物菌体の場合について説明する。皮革ならびに
その関連工業において、皮質性の石灰床皮「シェービン
グ暦、廃毛、ゼラチン材料屑等が、排出され、原料の約
50%にものぼるとされる。
又紡績工業等で羊毛屑、絹糸屑が、又畜産製造工業で羽
毛等が副廃物として排出され、種々の処理法や利用法が
検討されているが、なお止むなく廃棄されるものもある
現状にある。一方、酵素又は微生物菌体の固定化に関し
ては近年研究が盛に行われ実用化の検討も進んでいるが
L実際化に当って固定化に使用する坦体材料のコストも
重要な要因になってくる。本発明者はさきにコラ−ゲン
を担体として化学的な結合法によって生物活性物質の固
定化に成功したが、さらに経済的に実施する方法につい
て検討を重ね、上記のような工業生産において副廃物と
して排出される石灰床皮、シェービング肩、ゼラチン原
料肩(コラーゲン質)、ならびに絹(フィブロィン質)
を迄体として生物活性物質を固定化することに着目して
検討し、酵素等を効果的に固定化する方法を設定するに
至った。又、一方、微生物菌体を固定化する方法に関し
ても、各種の方法について研究を重ねて釆たが、ゼラチ
ン原料層、シェービング層トフィブロィン質等のような
繊維性蛋白質の担体材料のもつ官能基を利用して、誘導
体をつくるか、種々の固定化剤を用いる等の手段によっ
て微生物菌体を化学的に結合させることを検討した結果
、有効に固定化微生物菌体を取得する方法を見出」各種
用途に有用な固定化生物活性物質又は固定化微生物菌体
を経済的に調製することに成功した。本発明は上記した
ような繊維性蛋白質担体を用いて酵素あるいは微生物菌
体を効果的に結合することのできる結合反応に関して研
究を重ねた結果完成されたものである。
坦体のアジド誘導体をつくり「次いで低温下で対象とす
る酵素又は菌体と反応させる方法、又は、ィソシアニド
類を用いる手段、例えば担体とジメチルアミノプロピオ
ニト3ルレの共存下で対象とする酵素又は菌体と反応さ
せるか「あらかじめ担体とジメチルアミノプロピオニト
リルを反応させ「次いで対象とする酵素又は繭体と反応
させるという手段をとるか、坦体の酸塩化物をつくりこ
れと酵素又は菌体を反応させ4る手段あるいはN−エチ
ル−5ーフェニルイソオキサゾリウム−3′−スルホネ
ート、等カルポジィミド等の縮合試薬を用いて担体と酵
素又は菌体と結合させる手段をとることができる。この
ほか「アセトアミド類、マレィイミド類、ハロゲン化シ
アン類等も固定に用いることができる。さらに種種の試
薬、例えばグルタールアルデヒド又はジアルデヒド澱粉
、ジアルデヒドアルギン酸等あるいはタンニン類などを
用いて酵素又は菌体を結合させる手段もとることができ
る。このほか、試薬としてはへキサメチレンジイソシア
ナートなどのジイソシアナート類、2ーアミノ−4・6
ージクロローS−トリアジン、2・4・6ートリクロロ
−Sートリアジンなどのトリアジン類、ビスジアゾベン
ジン等のペンジジン類、ニトロフェニル・クロロアセテ
ート、ィソチオシアネート類、ェピクロルヒドリン等を
用いることができる。又、上記した各々の繊維性蛋白質
担体の形態、構造の特質に適当した機械的処理を施して
繊維組織を破壊したり、必要によっては部分水解などの
処理を行って担体の官能基を露出させて酵素又は菌体と
の結合を効果的にしたり、適当した前処理、例えばメチ
ルェステル化などを施すことにより、担体の官能基を化
学的に活性化する方法をとることにより効率よく酵素又
は菌体との結合を行わせることができる。
又、担体と種々の多糖類との複合体さらに硬化処理を組
合せたものも、上誌担体と同様に用いることができる。
尚、上記のようにして得られた固定イは酵素又は固定化
菌体にさらに架橋剤その他の固定化剤や紫外線照射、放
射線照射によって強化処理を行ったり、コラーゲン溶液
によるコーティング処理を組合わせた後強化する手段も
とることができる。
次に具体的態様をあげて説明する。{1} 担体として
水洗して乾燥したシェービング屑、絹、を乾燥メタノー
ル中に懸濁した後「氷冷下で塩素ガスを数分闇通じて飽
和させて室温で1時間程度放置してメチルヱステル化し
た後、メタノールあるいは蒸溜水で充分洗糠す‐る。あ
るいは乾燥メタノール中「 0.1M塩酸存在下で0℃
乃至室温の間に保ち「 5日〜10日間メチルェステル
化した後、蒸溜水で充分洗糠する。この場合、とくに前
者の方法を用いる時には極めて短時間で、効果的に担体
のメチルェステル化を遂行することができる。このよう
にして得られたメチルェステル化誘導体をメタノール中
あるいは蒸溜水中に懸濁して飽水ヒドラジンを1%乃至
5%になるように添加して室温下で−夜静遣した後、メ
タノールで洗練して乾燥するか、蒸溜水で洗練して担体
のヒドラジドをつくる。このヒドラジドを0.5%乃至
2%の塩酸に懸濁し、4℃以下に氷冷しながら3%亜硝
酸ソーダを終濃度が0.2%乃至1%になる程度に蝿拝
しながら滴下する。5分乃至20分程度ゆるく礎拝した
後、得られたアジド誘導体を反応液からとりだし、ジオ
キサン次いで蒸溜水で、あるいは蒸溜水又は0.09M
程度の食塩水を用いて充分に洗糠する。
使用する試薬の濃度及び反Z応時間は担体の状態によっ
てさめる。次に1000以下の温度の下で対象とする酵
素とpH5乃至8.8の0.0則程度の緩衝液中で反応
させる。
2時間乃至2畑時間反応後1000以下に冷却したIM
食塩を含む0.08M程度の緩衝液ついでZO.0机程
度の緩衝液あるいは蒸溜水で洗糠をくりかえし、洗液に
酵素活性がなくなるまで洗練する。
このようにして目的とする園定イ技酵素を得ることがで
きる。(2} 担体として水洗して乾燥したシェービン
グ屑または絹をmと同様にしてメチルェステル化した後
、アジド誘導体をつくり、別に調製した微生物菌体の懸
濁液と4℃付近の温度下で15乃至20時間反応させた
後、0.09M〜0.07M程度の緩衝液で洗液するこ
とにより、菌体の固定化物が得られる。
(3} 担体として水洗して乾燥したシェービング肩、
絹をそのままか【1}のようにしてメチルェステル誘導
体とした後、対象とする酵素溶液を加えて処理した後、
さらにジアルデヒド澱粉やジァルデヒドァルギン酸ある
いはタンニン等の溶液を加えて混和した後、凍結乾燥す
る。
乾燥後0.08Mの緩衝液で洗液するか、上記の担体を
対象とする酵素溶液中に浸潰し、400以下で2乃至2
腕寺間濃縮又は乾燥させた後、ジァルデヒド澱粉溶液や
ジアルデヒドアルギン酸溶液又はタンニン溶液あるいは
グルタルアルデヒド溶液等を加えて数分乃至数時間処理
する。処理後蒸溜水あるいは0。09Mの緩衝液で充分
洗絶することにより目的とする固定化酵素が得られる。
【4} 担体として水洗して乾燥した床皮コラーゲソ又
はシェービング屑、絹をそのままか{1}のようにして
メチルェステル化誘導体とした後、対象とする菌体の懸
濁液中に加え、混合した後、ジアルデヒド澱粉溶液やジ
アルデヒドアルギン酸溶液あるいはタンニン溶液を加え
て混和した後、凍結乾燥する。
乾燥後0.08Mの緩衝液で充分洗液するか、上記の担
体を対象とする菌体懸濁液中に浸潰し、4℃で1夜処理
した後、ジアルデヒド澱粉溶液やジアルデヒドアルギン
酸溶液又はタンニン溶液あるいはグルタルアルデヒド溶
液等を加えて数分乃至数時間処理する。処理後0.09
Mの緩衝液で洗練すれば目的とする固定化菌体が得られ
る。上託したような方法によってシェービング肩をはじ
めとする繊維性蛋白質の恒体に酵素又は微生物菌体を結
合せしめることができ、しかも温和な条件を用いるか、
前処理によって担体を活性化する手段によっているので
酵素活性又は菌体の活性を損うことなく効果的に固定で
きる。
得られた固定化酵素固定化菌体はいづれも高い酵素活性
を示すと同時に繊維性蛋白質としての特性を保持してい
るので本発明の固定化酵素又は固定化菌体により、例え
ば酵素反応が連続化できるのをはじめとして種々の領域
に利用することが可能になった。本発明によれば低経費
化されるので諸種の化学工業的利用、分析・計測用、環
境浄化、廃水処理(フェノールの分解、シアンの分解、
アンモニアの硝化等)などの方面に容易に応用できる。
尚、酵素の他の蛋白質、ポリベプチドならびに活性物質
等の他、低分子物質も上記と同様の手段で固定化するこ
とが可能であり、2種類以上の酵素又は菌体を適当な混
合物として同時に固定化することも可能である。又、使
用する担体の形状は特に限定されずに本発明の方法が実
施できる。さらに、以下の実施例は一部の酵素又は微生
物菌体の固定化方法について記載したものであるが、グ
ルコアミラーゼ、Qーアミラーゼ、8ーアミラーゼ、プ
ルラナーゼ、イソアミラーゼ〜リゾチーム、インベルタ
ーゼ、セルラーゼ、ガラクトシダーゼ、イソメラーゼ、
ベクチナーゼ、ナリンジナーゼ、へスベリジナーゼ、ヒ
アルロニダーゼ、トリプシン、キモトリプシン、プラス
ミン等のプロテアーゼ類の他、ウレアーゼ、リパーゼ、
ペニシリンアミダーゼ、アシラーゼ、リボヌクレアーゼ
、ウリカーゼ、アスパラギナーゼ、ストレブトキナーゼ
、ウロキナーゼ、トロンビン「グルコースオキシダーゼ
、カタラーゼパーオキシダーゼ、dーアミ/酸オキシダ
ーゼ等、加水分解酵素、異性化酵素、酸化還元酵素、脱
水素酵素、転移酵素、合成酵素、リアーゼ、リガーゼに
属する多種類の酵素の固定化も又、他の各種類の微生物
の菌体の固定化も同様の技術手段によって達成される。
尚、以下の実施例中に示す酵素活性の単位は次の通りで
ある。
グルコアミラーゼは40午○、1分間にグルコース10
0仏夕を生成する酵素量;8‐一アミラ−ゼは40Q○
、60分間に1の9のマルトースを生成する酵素量:プ
ロテアーゼ類は30℃、1分間に1ムタのチロシンを生
成する酵素量;ウレアーゼは30qo、1分間に生成す
るアンモニア態窒素量からの換算値を示し、8−ガラク
トシダーゼ活性は2800で1分間にlnMの基質(0
一nitmphenyl8−D−6alactosid
e)を加水分解する酵素量で示した。実施例 1 製革工程で副生されるシェービング肩を水中に浸潰して
吸水させ、充分に洗総して含有する塩類等の水溶性物質
を除去した後、乾燥し紬断して、できるだけ均一にした
ものを原料とする。
このもののクロム含有はCr203として2.8%であ
った。このシヱ−ビング暦2夕を乾燥メタノール中に懸
濁して氷浴中で冷却しながら塩素ガスを2分間通じ飽和
させた後、そのまま1時間静置するか、乾燥メタノール
300のZに懸濁し、濃塩酸3の上を加え、2000〜
25qoで10日間静遣した後、メタノールで充分洗縦
することによってシェービング屑のメチルェステル誘導
体をつくる。得られたメチルェステル誘導体をヒドラジ
ンヒドラートの5%メタノール溶液中に浸潰し、20o
oで1夜静潰した後、メタノールで洗液、乾燥してヒド
ラジド誘導体をつくる。これを4℃以下に氷冷した2%
塩酸200の‘に懸濁し、境梓しながら3%亜硝酸ソ−
ダ溶液60机を滴下する。その後10分間ゆるく燈拝し
て反応させた後、ジオキサン次いで蒸溜水で充分洗族し
てァジド誘導体をつくる。次にこのアジド誘導体を4℃
の下で0.08M燐酸緩衝液(pH8.5)に次にあげ
る各酵素を0.5%含む溶液10物【中に浸簿して15
時間反応させる。反応終了後、液と分って蒸溜水で洗縦
後、IM食塩を含む0.09M燐酸緩衝液(pf15.
5又はpH8.0)あるいは0.08Mトリス緩衝液(
pH8.0)の浸潰して塩類液処理をした後、食塩を含
まない上記と同じ組成の緩衝液を用いて洗液することに
よって対象とする各酵素の結合した固定イは酵素を得た
。得られた固定化酵素の示す酵素清閏ま固定化したシェ
ービング屑1夕当り、固定づ化8−アミラーゼは67単
位、固定化グルコアミラーゼは5の単位、固定化キモト
リプシンは358単位「 固定化パパインは12母単位
、ウレアーゼは30単位であった。実施例 20 絹布
1夕を充分洗孫した後、風乾したものを乾燥メタノール
360の‘に浸潰し、濃塩酸3のとを加えて25q01
0日間静贋した後、実施例1と同様の操作によって絹布
のアジド誘導体をつくり「 3−アミラーゼ、キモトリ
プシン、バパィンと反応させづて、各酵素の結合した固
定イは酵素を得た。
各固定イは酵素の示す酵素活性は固定化B−アミラーゼ
は8.5単位、固定化キモトリプシンは39単位、固定
化パパィンは1の単位である。実施例 3 0 実施例1と同機に操作して得たシェービング肩のメ
チルェステル誘導体20肌‘をとり、これに対象とする
酵素の1%溶液50肌を加え、充分混合し、さらにタン
ニン(ワットル又はケブラコ)の水溶液を終濃度が1%
になるように加えて燈拝したタ後、凍結乾燥する。
乾燥後、0.09M燐酸緩衝液で洗練することにより、
各酵素の固定化酵素を得た。得られた固定イ蛇酵素1夕
の示す酵素活性は例えば6ーアミラーゼは35単位、グ
ルコアミラーゼは3山単位、バパインは13の単位、キ
モトリプシンは17山単位であった。実施例 4 シェービング肩を実施例1のように操作してメチルェス
テル誘導体としたもの10w‘をとり、以下のような各
酵素の1%溶液20私中に混じ、4℃下で減圧乾燥する
次いでグルタルアルデヒド1%溶液を加えて5分間処理
するか、ジアルデヒド澱粉の2.5%溶液を加えて2時
間処理する。処理後蒸溜水で充分洗練することにより各
酵素の固定化酵素を得た。得られた固定化酵素1夕の示
す酵素活性の一例をあげると8ーァミラーゼは45単位
、グルコアミラーゼは34単位、パパィンは100単位
、キモトリプシンは19山単位、トリプシンは185単
位、アルカリプロテアーゼは180単位「ウレアーゼは
25筆位である。実施例 5 製革工程からの石灰床皮を水洗して石灰を除去し、1%
食塩を含む酸性溶液で中和して水洗した後、さらに酸性
溶液に浸潰して膨潤した皮を切断し、解組織したものを
原料とした、この原料について実施例1と同様に操作し
てメチルェステル誘導体とした後、アジド誘導体をつく
る。
一方、下記したような生産塔地で培養して得たェツシェ
リヒァコリ(Escher℃hiacolisp.)の
菌体ならびにミクロコツカスラクチス(Mにrococ
c瓜lactis)およびサツカロミセス フラギリス
(SaccharomycesfragiIS)の菌体
の1%懸濁液(0.07M燐酸緩衝液、pH6.5)と
4℃付近で15乃至20時間反応させた後、0.07M
燐酸緩衝液(pH6.5)で洗液することにより、それ
ぞれの菌種の菌体を結合した固定化菌体を得た。これら
の固定化菌体の活性の指標として8ーガラクトシダーゼ
活性を測定すると、ェッシェリヒアコリ(E.coli
)固定化菌体1汎ま2880乃至320山単位の活性を
示した。さらに、固定化菌体にIM食塩を含む燐酸緩衝
液を加え塩類処理をした後も活性の低下は見られなかっ
た。又、ミクロコツカスラクチス(M.lactS)固
定化菌体では250の単位、サツカロミセス フラギリ
ス(Sacch.fraざlis)固定化菌体は40山
単位を示した。次に、得られた固定化菌体を同じ燐酸緩
衝液中、2000下で保存して随時測定をくりかえした
結果の1例(ェッシェリヒア コリ(E.coli)固
定化菌体)を第1図に示したが、活性の低下は少〈、4
0日以上活性は保持された。以下に培養条件を示す。
Escherにhiac帆の生産培地および培養条件べ
プトン 3.0タ′そ(N比
)2S04 2.0夕/そKH2
P〇4 3‐0夕/そNa
2HP〇4 6・0タ′そ
NaC1 3‐0タ′そ
MgS〇4・7日2〇 ○‐05タ
′そFeS〇4・7日2〇
5のo′そビタミンB.・HCI塩 0
.5の9′〆乳 糖 8.
0タ′そpH7.2、3000、5幼時間Microc
occuslactSの生産塔地および培養条件べプト
ン 10タ′夕酵母エキス
5夕/夕KH2P〇4
2.5夕/夕酷酸ソーダ
10夕/そ乳糖 10夕
/そアスコルビン酸 1夕/そ pH6.83000、4細寿間 Saccharomyceshaglisの生産塔地お
よび培養条件べプトン 20
タ′そ酵母エキス 10夕/そ
乳 糖 20夕/そpH5
‐530℃、72時間実施例 6 実施例1と同様に操作して得たシェービング肩のアジド
誘導体をとり、実施例5と同様にして調製したェッシェ
リヒア コリ(E.coli)、ミクロコツカス ラク
チス(M.lactis)ならびにサツカロミセス フ
ラギリス(Sacch.fragilb)の菌体の1%
懸濁液(0.07M燐酸緩衝液、pH6.5)と4℃付
近で、時々損拝しつつ2加時間反応させた後、0.07
M燐酸緩衝液、pH6.5で洗撤して、それぞれの菌体
の結合した固定化菌体を得た。
これらの固定化菌体の活性は、1夕当りの示す8−ガラ
クトシダーゼ活性として、ェッシェリヒア コリ(E.
coli)は95山単位、ミクロコツカス ラクチス(
M.lactis)は848単位、サツカロミセス フ
ラギリス(Sacch.fraざIS)は17の単位で
あった。実施例 7実施例2と同様に調製した絹につい
て、実施例6と同様に操作して、それぞれのェツシェリ
ヒアコリ(E.coli)の固定化菌体を調製する。
得られた固定化菌体1夕の示す活性は113山単位の8
ーガラクトシダーゼ活性であった。実施例 8 実施例5と同様の操作で、床皮のメチルェステル誘導体
20泌を実施例5と同様にして準備したェツシェリヒア
コリ(E.coli)又はミクロコツカス ラクチス
(M.lactis)の1.5%の菌体懸濁液(0.0
8M燐酸緩衝液、pH6.5)15の‘中に加え「 4
℃下でよく鷹梓混合した後、ジアルデヒド澱粉溶液を2
%量加えて、pHを7.5とし均一に混和した後、凍結
乾燥する。
乾燥後、充分洗修することにより、それぞれの菌種の固
定化菌体を得た。得られた固定化菌体1夕の示す活性は
ェツシェリヒアコリ(E.coli)固定化菌体では2
20■単位、ミクロコッカス ラクチス(M.lact
is)固定化菌体では120山単位のB−ガラクトシダ
ーゼ活性であった。実施例 9 実施例8と同様の床皮のメチルェステル譲導体20の‘
を実施例7と同様の操作によって調製したェツシェリヒ
ア コリ(E.coli)又はミクロコツカス ラクチ
ス(M.lactis)の1.5%の菌体懸濁液(0.
08M燐酸緩衝液、pH6.5)15必中に加え、4℃
下でよく摺梓混合した後、タンニン(ワットル又はケブ
ラコ)の水溶液を1%量加え、均一に混和した後、凍結
乾燥する。
乾燥後、充分水洗することによって、それぞれの菌種の
固定化菌体を得た。得られた固定化菌体1夕の示す活性
は8−ガラクトシダーゼを指標とすると、例えばヱッシ
ェリヒア コリ(E.colj)固定化菌体では100
山単位、ミクロコッカス ラクチスでは80山単位であ
つた。実施例 10 実施例8と同様の処理によって調製した床皮のメチルェ
ステル誘導体10の‘を実施例7と同様の操作によって
準備したェッシェリヒア コリ(E.coli)又はミ
クロ.コッカス ラクチス(M.lactis)の1
.5%菌体懸濁液(0.08M燐酸緩衝液、pH6.5
)10の‘中に加え、4℃下でよく混合した後、1夜放
置する、その後グルタルアルデヒド溶液を1%量加えて
、pHを7.5として10分間処理した後、水洗を充分
行った後、凍結乾燥して固定化菌体を得た。
得られた固定化菌体1夕の示す8ーガラクトシダーゼ活
性はェッシェリヒア コリ(E.coli)固定化菌体
で1003単位、ミクロコツカス ラクチス(M.la
ctis)固定化菌体で750単位であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例5の方法で製造した固定化ェッシ
ェリヒア コリ(E.colj)の保存時の活性低下を
示すグラフである。 オー図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 シエービング屑、生皮粉砕物、絹フイブロインから
    なる群から選択される繊維性蛋白質担体と該担体に化学
    的に結合させた酵素または微生物菌体とから成る固定化
    生物活性物質。 2 シエービング屑、生皮粉砕物、絹フイブロインから
    なる群から選択される繊維性蛋白質担体をメタノール中
    に懸濁し、この懸濁液に塩素ガスを吹込むかまたは塩酸
    を添加して該担体をメチルエステル化し、該メチルエス
    テル化担体を飽水ヒドラジンと反応させて該担体のヒド
    ラジドを生成し、更に該ヒドラジドと酵素または微生物
    菌体とを反応させて化学的に結合させることからなる固
    定化生物活性物質の製造方法。 3 前記担体をメタノールに懸濁する前またはメチルエ
    ステル化した後、アルデヒドと反応させることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の方法。 4 前記担体をメタノールに懸濁する前またはメチルエ
    ステル化した後、タンニンと反応させることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の方法。
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JPS53121991A (en) 1978-10-24

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