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JPH0314432B2 - - Google Patents
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JPH0314432B2 - - Google Patents

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JPH0314432B2
JPH0314432B2 JP12527282A JP12527282A JPH0314432B2 JP H0314432 B2 JPH0314432 B2 JP H0314432B2 JP 12527282 A JP12527282 A JP 12527282A JP 12527282 A JP12527282 A JP 12527282A JP H0314432 B2 JPH0314432 B2 JP H0314432B2
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JP
Japan
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enzyme
immobilized
polymer particles
water
immobilized enzyme
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JP12527282A
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Japanese (ja)
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JPS5914790A (en
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Yutaka Moroishi
Yasuo Kihara
Isoji Sakai
Takashi Kawasaki
Isao So
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Nitto Denko Corp
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Nitto Denko Corp
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Publication date
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定化酵素及びその製造方法に関す
る。酵素反応は医薬品、食品等の製造の過程で一
部工業的にも実施されているが、従来は酵素を基
質の水溶液に溶解させて、この水溶液中で反応を
行なわせている。しかし、このような方法によれ
ば、反応条件を一定に維持しつつ、新鮮な酵素を
補給したり、また、反応後に酵素を失活させるこ
となく、生成物と酵素を分離することが非常に困
難であり、酵素が不経済に消費される。そのう
え、反応が回分式であるから生産性に劣る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an immobilized enzyme and a method for producing the same. Enzyme reactions are partially carried out industrially in the manufacturing process of pharmaceuticals, foods, etc., but conventionally the enzyme is dissolved in an aqueous solution of a substrate and the reaction is carried out in this aqueous solution. However, with this method, it is extremely difficult to maintain constant reaction conditions, replenish fresh enzyme, and separate the product and enzyme without deactivating the enzyme after the reaction. It is difficult and enzymes are consumed uneconomically. Moreover, since the reaction is a batch process, productivity is poor.

このような問題を解決するために、既に水不溶
性の担体に酵素を固定化し、この固定化酵素に基
質を反応させることが提案されている。このよう
な酵素の固定化方法の代表的なものに、水不溶性
の担体に酵素を共有結合、イオン結合又は物理吸
着によつて結合させる担体結合法が知られてい
る。しかし、従来、この方法において用いられて
いる担体は、通常、セルロース、デキストラン、
アガロース等の多糖類の誘導体、ポリアクリルア
ミドゲル、多孔性ガラス等の径1mm乃至数mmの粒
子であり、このような粒子に酵素が固定化された
固定化酵素は、通常、カラムに充填され、固定さ
れて、基質溶液と接触されるので、基質が高分子
量の場合、固定化酵素表面に拡散し難く、反応に
長時間を要すると共に、反応収率が低いという問
題がある。
In order to solve these problems, it has already been proposed to immobilize an enzyme on a water-insoluble carrier and react the immobilized enzyme with a substrate. A typical example of such an enzyme immobilization method is known as a carrier binding method in which an enzyme is bound to a water-insoluble carrier by covalent bonding, ionic bonding, or physical adsorption. However, the carriers conventionally used in this method are usually cellulose, dextran,
Immobilized enzymes, which are particles of 1 mm to several mm in diameter made of polysaccharide derivatives such as agarose, polyacrylamide gel, porous glass, etc., are usually packed into columns, and the enzymes are immobilized on such particles. Since the substrate is immobilized and brought into contact with the substrate solution, if the substrate has a high molecular weight, it is difficult to diffuse onto the surface of the immobilized enzyme, resulting in a problem that the reaction takes a long time and the reaction yield is low.

特に、酵素を水不溶性担体にイオン結合にて固
定した固定化酵素は、例えば、イオン強度の高い
水溶液中で使用すると、酵素が容易に脱着して、
酵素活性が速やかに低下する欠点を有し、一方、
共有結合法によれば、酵素の脱着のおそれは小さ
いが、固定化する際の反応が繁雑であつて、酵素
が固定化の操作時に失活する場合も少なくなく、
更に費用も高価となる。
In particular, when an immobilized enzyme in which an enzyme is immobilized on a water-insoluble carrier by ionic bonding is used in an aqueous solution with high ionic strength, the enzyme is easily desorbed.
It has the disadvantage that enzyme activity quickly decreases;
According to the covalent bonding method, there is little risk of enzyme desorption, but the reaction during immobilization is complicated, and the enzyme is often deactivated during the immobilization process.
Furthermore, the cost is also high.

本発明は上記した問題を解決するためになされ
たものであつて、反応系において遊離の酵素と同
様に自由に移動でき、従つて、固定化酵素表面へ
の基質の拡散が殆ど問題にならない高活性の固定
化酵素及びその製造方法を提供することを目的と
し、特に、イオン結合法によりながら酵素の脱着
が抑えられて安定に担体に固定化され、従つて、
酵素活性が長期にわたつて高く保持される固定化
酵素及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and is capable of moving freely in the reaction system in the same way as free enzymes, so that diffusion of the substrate to the surface of the immobilized enzyme is hardly a problem. The purpose of the present invention is to provide an active immobilized enzyme and a method for producing the same, in particular, the enzyme can be stably immobilized on a carrier while suppressing desorption using an ionic bonding method, and therefore,
An object of the present invention is to provide an immobilized enzyme whose enzyme activity is maintained at a high level over a long period of time, and a method for producing the same.

本発明による固定化酵素は、イオン交換基を有
する水分散型高分子重合体粒子に酵素がイオン結
合にて固定化され、この上にポリアミンとジアル
デヒドのシツフ塩基からなる重合体が沈着されて
いることを特徴とし、かかる固定化酵素は、本発
明に従つて、イオン交換基を有する水分散型高分
子重合体粒子に酵素をイオン結合にて固定化した
後、上記重合体粒子の水分散液中でポリアミンと
ジアルデヒドとを反応させて、上記重合体粒子の
表面に上記ポリアミンとジアルデヒドのシツフ塩
基からなる重合体の層を沈着させることによつて
得られる。
The immobilized enzyme according to the present invention has an enzyme immobilized by ionic bonding on water-dispersed polymer particles having ion exchange groups, and a polymer consisting of a polyamine and a Schiff base of dialdehyde is deposited thereon. According to the present invention, such an immobilized enzyme is characterized by immobilizing the enzyme on water-dispersible polymer particles having ion exchange groups by ionic bonding, and then dispersing the polymer particles in water. It is obtained by reacting a polyamine and a dialdehyde in a liquid to deposit a layer of a polymer comprising the Schiff base of the polyamine and dialdehyde on the surface of the polymer particles.

本発明において用いる水分散型高分子重合体粒
子は、その平均粒径が0.03〜2μ、好ましくは
0.07μ乃至1μである。粒径が小さすぎると、これ
を担体とする固定化酵素を水中に分散させて酵素
反応を行なわせた後の回収が困難となり、一方、
粒径が大きすぎると、単位体積当りの粒子表面積
が小さくなり、酵素の固定化量が少なくなると共
に、水中に分散させるのが困難となるので好まし
くない。
The water-dispersed polymer particles used in the present invention have an average particle diameter of 0.03 to 2μ, preferably
It is 0.07μ to 1μ. If the particle size is too small, it will be difficult to recover the immobilized enzyme using this carrier as a carrier after dispersing it in water and performing an enzyme reaction.
If the particle size is too large, the particle surface area per unit volume becomes small, the amount of enzyme immobilized decreases, and it becomes difficult to disperse in water, which is not preferable.

また、本発明において用いられる水分散型高分
子重合体粒子は、イオン交換基を有することを要
し、かかる重合体は、イオン交換基を有する単量
体と、これと共重合性を有する単量体(以下、共
重合性単量体ということがある。)とを、乳化剤
を用いて、又は用いずして、通常の方法に従つて
乳化共重合させることにより得られる。
Furthermore, the water-dispersed polymer particles used in the present invention must have an ion exchange group, and such a polymer must contain a monomer having an ion exchange group and a monomer copolymerizable therewith. (hereinafter sometimes referred to as a copolymerizable monomer) by emulsion copolymerization according to a conventional method, with or without using an emulsifier.

イオン交換基を有する単量体のイオン交換基と
しては、例えば、スルホン酸基、カルボキシル
基、リン酸基等の酸基、第3級アミノ基、第4級
アミノ基等の塩基性基等を挙げることができる。
このような極性基を有する単量体の具体例として
は、スチレンスルホン酸、スルホプロピルメタク
リレートのようなスルホン酸基を有する単量体、
アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸のように
カルボキシル基を有する単量体、アシツドホスホ
キシエチルメタクリレート、3−クロロ−2−ア
シツドホスホキシエチルメタクリレートのような
リン酸基を有する単量体、ジメチルアミノエチル
メタクリレート、ジメチルアミノプロピルメタク
リルアミドのような第3級アミノ基を有する単量
体、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモ
ニウムクロライド、メタクリロイルオキシエチル
トリエチルアンモニウムクロライドのような第4
級アミノ基を有する単量体を挙げることができ
る。
Examples of the ion exchange group of the monomer having an ion exchange group include acid groups such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphoric acid groups, and basic groups such as tertiary amino groups and quaternary amino groups. can be mentioned.
Specific examples of monomers having such polar groups include monomers having sulfonic acid groups such as styrene sulfonic acid and sulfopropyl methacrylate;
Monomers having a carboxyl group such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid; monomers having a phosphoric acid group such as acid phosphoxyethyl methacrylate and 3-chloro-2-acid phosphoxyethyl methacrylate; Monomers having a tertiary amino group such as dimethylaminoethyl methacrylate and dimethylaminopropylmethacrylamide, quaternary monomers such as methacrylamidepropyltrimethylammonium chloride, and methacryloyloxyethyltriethylammonium chloride.
Monomers having a grade amino group can be mentioned.

上記のようなイオン交換基を有する単量体と共
重合させる単量体は、共重合性を有し、且つ、得
られる共重合体が、酵素反応の行なわれる温度よ
りも高いガラス転移点を有する限りは特に制限さ
れることなく、種々のものを用いることができる
が、好ましくは、エチレン、プロピレン、塩化ビ
ニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、アクリ
ル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレ
ン、メチルスチレン、ビニルトルエン、ブタジエ
ン、イソプレン、アクリルアミド、メタクリルア
ミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等
の1種又は2種以上が用いられる。
The monomer to be copolymerized with the monomer having an ion exchange group as described above has copolymerizability, and the resulting copolymer has a glass transition point higher than the temperature at which the enzyme reaction is performed. Various materials can be used without particular limitation as long as they have, but preferably ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl propionate, acrylic ester, methacrylic ester, styrene, methylstyrene, One or more of vinyltoluene, butadiene, isoprene, acrylamide, methacrylamide, acrylonitrile, methacrylonitrile, etc. are used.

更に、本発明においては、イオン交換基を有す
る単量体及びこれと前記共重合性単量体に加え
て、内部架橋用多官能性単量体を乳化共重合させ
るのが好ましい。このような内部架橋用多官能性
単量体の具体例としては、エチレングリコールジ
メタクリレート、ジエチレングリコールジメタク
リレート、トリエチレングリコールジメタクリレ
ート、ジプロピレングリコールジメタクリレー
ト、1,3−ブチレングリコールジメタクリレー
ト、トリエチレングリコールジアクリレート、ト
リメチロールプロパントリメタクリレート、トリ
メチロールプロパントリアクリレート、テトラメ
チロールメタンテトラアクリレート等のような多
価アルコールの(メタ)アクリレートが好ましく
用いられる。ジビニルベンゼンも好ましく用いら
れる。
Furthermore, in the present invention, in addition to the monomer having an ion exchange group and the copolymerizable monomer with the monomer, it is preferable to emulsion copolymerize a polyfunctional monomer for internal crosslinking. Specific examples of such internal crosslinking polyfunctional monomers include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, and triethylene glycol dimethacrylate. (Meth)acrylates of polyhydric alcohols such as glycol diacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetramethylolmethanetetraacrylate, etc. are preferably used. Divinylbenzene is also preferably used.

内部架橋用多官能性単量体の使用は、イオン交
換基を有する単量体と前記共重合性単量体との乳
化共重合において、好ましくない水溶性重合体の
生成を抑えると共に、重合の安定性を高めるのに
役立つ。
The use of a polyfunctional monomer for internal crosslinking suppresses the formation of undesirable water-soluble polymers in emulsion copolymerization of a monomer having an ion exchange group and the copolymerizable monomer, and also prevents the polymerization. Helps increase stability.

本発明においては、イオン交換基を有する単量
体0.2〜30重量%と前記共重合性単量体70〜99.8
重量とを乳化共重合させて水分散型高分子重合体
粒子を得るのが好ましいが、上記した内部架橋用
多官能性単量体をも共重合させる場合には、これ
を全単量体組成の20重量%までの範囲で使用する
のがよい。余りに多量に使用すると、却つて重合
の安定性を損なうおそれがあるからである。
In the present invention, 0.2 to 30% by weight of a monomer having an ion exchange group and 70 to 99.8% of the copolymerizable monomer
It is preferable to obtain water-dispersed polymer particles by emulsion copolymerization with It is best to use up to 20% by weight. This is because if too large a quantity is used, the stability of polymerization may be impaired.

尚、本発明において、得られる水分散型高分子
重合体誘子に乳化剤が混存すると、酵素の固定化
に際して酵素が失活するおそれがあるので、好ま
しくは、上記のような単量体を乳化重合させると
きに乳化剤を用いないのがよいが、しかし、乳化
剤が用いる酵素に対して有害な影響を与えないと
きは、乳化剤を必要に応じて用いてもよいのは勿
論である。
In the present invention, if an emulsifier is mixed in the resulting water-dispersed high molecular weight diluent, there is a risk that the enzyme will be deactivated during enzyme immobilization. It is preferable not to use an emulsifier during emulsion polymerization, but if the emulsifier does not have a harmful effect on the enzyme used, it is of course possible to use an emulsifier as necessary.

また、本発明においては、イオン交換基を有す
る水分散型高分子重合体粒子を得るに際して、上
記のように、予めイオン交換基を有する単量体を
前記共重合性単量体とと乳化共重合させてもよい
が、重合後にイオン交換基に変換し得る官能性基
を有する単量体を、必要ならば共重合性単量体と
共に乳化共重合させて水分散型高分子重合体粒子
を得、この後にこの重合体の有する官能性基を化
学反応によりイオン交換基に変換基に変換しても
よい。イオン交換基に変換し得る官能性基を有す
る単量体として、例えば、アクリル酸エステルや
メタクリル酸エステルを挙げることができ、この
ような単量体成分を含む重合体粒子を酸又はアル
カリで処理すれば、イオン交換基としてカルボキ
シル基を有する水分散型高分子重合体粒子を得る
ことができる。また、グリシジル基を有する単量
体成分を含む重合体粒子に第3級アミンを反応さ
せると、第4級アミノ基を有する重合体粒子を得
ることができる。
Furthermore, in the present invention, when obtaining water-dispersed polymer particles having ion exchange groups, as described above, the monomer having ion exchange groups is co-emulsified with the copolymerizable monomer in advance. However, if necessary, a monomer having a functional group that can be converted into an ion exchange group after polymerization is emulsion copolymerized with a copolymerizable monomer to form water-dispersible polymer particles. After that, the functional groups of this polymer may be converted into ion exchange groups by a chemical reaction. Examples of monomers having functional groups that can be converted into ion exchange groups include acrylic esters and methacrylic esters, and polymer particles containing such monomer components are treated with acid or alkali. In this way, water-dispersed polymer particles having carboxyl groups as ion exchange groups can be obtained. Further, when polymer particles containing a monomer component having a glycidyl group are reacted with a tertiary amine, polymer particles having a quaternary amino group can be obtained.

本発明において、上記したイオン交換基を有す
る水分散型高分子重合体粒子に酵素をイオン結合
するには、酵素の失活が起こらない温度、PH等適
当な条件で重合体粒子の分散液と酵素溶液とを混
合すればよい。例えば、PHは酵素の等電点、イオ
ン交換基の種類に応じて適宜に定められるが、一
般的には5〜8が好ましい。この後、必要に応じ
て、遠心分離、膜分離等の適宜手段により未固定
の酵素を除去し、かくして、イオン結合により酵
素がその表面に固定化された水分散型高分子重合
体粒子を得る。
In the present invention, in order to ionically bond the enzyme to the water-dispersed polymer particles having the above-mentioned ion exchange group, the dispersion of the polymer particles is mixed with the polymer particle dispersion under appropriate conditions such as temperature and pH that do not cause deactivation of the enzyme. What is necessary is just to mix it with an enzyme solution. For example, PH is appropriately determined depending on the isoelectric point of the enzyme and the type of ion exchange group, but is generally preferably 5 to 8. Thereafter, if necessary, unimmobilized enzymes are removed by appropriate means such as centrifugation or membrane separation, thus obtaining water-dispersed polymer particles with enzymes immobilized on their surfaces by ionic bonds. .

このようにして酵素を重合体粒子にイオン結合
した後、この重合体粒子を含有する水分散液中で
ポリアミンとジアルデヒドとを反応させることに
より、酵素が固定化されている重合体粒子表面に
ポリアミンとジアルデヒドとからなるシツフ塩基
の重合体が沈着されている固定化酵素を得ること
ができる。
After the enzyme is ionically bonded to the polymer particles in this way, polyamine and dialdehyde are reacted in an aqueous dispersion containing the polymer particles, thereby bonding the enzyme to the surface of the polymer particles on which the enzyme is immobilized. An immobilized enzyme can be obtained in which a polymer of Schiff's base consisting of a polyamine and a dialdehyde is deposited.

本発明において用いるポリアミンは、アルデヒ
ド基と反応し得るアミノ基を分子内に2個又はそ
れ以上有するアミン化合物又は重合体を意味し、
好ましくは芳香族、脂肪族又は脂環族のジアミン
やトリアミンが好ましく用いられ、具体的にはフ
エニレンジアミン、キシリレンジアミン、フエニ
レントリアミン、トリアミノトルエン、エチレン
ジアミン、ヘキサジメチレンアミン等が用いられ
る。また、ポリエチレンイミンも用いることがで
きる。次に、ジアルデヒドも芳香族や脂肪族のジ
アルデヒドが好ましく用いられるが、具体的には
グルタルアルデヒド、コハク酸ジアルデヒド、グ
リオキザール、マレインジアルデヒド、テレフタ
ルジアルデヒド等が用いられる。
The polyamine used in the present invention means an amine compound or polymer having two or more amino groups in the molecule that can react with an aldehyde group,
Preferably, aromatic, aliphatic or alicyclic diamines or triamines are used, and specifically, phenylene diamine, xylylene diamine, phenylene triamine, triaminotoluene, ethylene diamine, hexadimethylene amine, etc. are used. . Moreover, polyethyleneimine can also be used. Next, as for the dialdehyde, aromatic or aliphatic dialdehydes are preferably used, and specifically, glutaraldehyde, succinic dialdehyde, glyoxal, maleic dialdehyde, terephthalic dialdehyde, etc. are used.

酵素が固定化された水分散型高分子重合体粒子
の表面にシツフ塩基重合体を沈着させる反応にお
いて、ポリアミンとジアルデヒドとの当量比は
10:1〜1:10であり、好ましくは5:1〜1:
5である。この範囲を越えていずれか一方を過多
に用いるときは、形成されるシツフ塩基重合体量
が少なすぎ、従つて、酵素を安定化し難いので好
ましくない。
In the reaction of depositing a Schiff base polymer on the surface of water-dispersed polymer particles on which an enzyme is immobilized, the equivalent ratio of polyamine and dialdehyde is
10:1 to 1:10, preferably 5:1 to 1:
It is 5. If either one of them is used in excess beyond this range, the amount of Schiff base polymer formed will be too small, and therefore it will be difficult to stabilize the enzyme, which is not preferred.

上記の反応は、例えば、酵素の失活の起こらな
い温度及びPHにおいて、酵素の固定された水分散
型高分子重合体粒子の分散液にポリアミンとジア
ルデヒドのそれぞれの水溶液を加え、撹拌するこ
とにより行なうが、ポリアミンとジアルデヒドと
のそれぞれの水溶液を加える順序は特に制限され
ない。反応は通常、塩酸等による酸性条件下で行
なうことにより円滑に進行する。また、反応は通
常、常温で行なうが、酵素が失活するおそれがあ
るような場合には、低温で行なう。反応に要する
時間は、常温での反応の場合、通常数時間乃至10
時間程度である。次いで、未反応のポリアミン及
びジアルデヒドを遠心分離、膜分離等の適宜の手
段によつて除去すれば、本発明による固定化酵素
を得ることができる。
The above reaction can be carried out, for example, by adding aqueous solutions of polyamine and dialdehyde to a dispersion of water-dispersed polymer particles having an immobilized enzyme at a temperature and pH that does not cause deactivation of the enzyme, and stirring the mixture. However, the order in which the respective aqueous solutions of polyamine and dialdehyde are added is not particularly limited. The reaction usually proceeds smoothly when carried out under acidic conditions using hydrochloric acid or the like. Further, the reaction is usually carried out at room temperature, but in cases where there is a risk that the enzyme may be deactivated, it is carried out at a low temperature. The time required for the reaction is usually several hours to 10 minutes for the reaction at room temperature.
It takes about an hour. Next, the immobilized enzyme of the present invention can be obtained by removing unreacted polyamine and dialdehyde by appropriate means such as centrifugation or membrane separation.

本発明において、上記のような方法により酵素
がイオン結合により水分散型高分子重合体粒子に
固定化されていながら、従来のイオン結合による
固定化酵素に比べて遥かに脱着し難い理由は必ず
しも明確ではないが、ポリアミンとジアルデヒド
とが反応してシツフ塩基を生じ、これが分子量が
大きくなるに従つて水不溶性となり、分散してい
る高分子重合体粒子表面に沈着して、その表面に
固定化されている酵素を被覆すると共に、酵素の
一部がそのアミノ基によりジアルデヒドの有する
アルデヒド基とも反応し、酵素が架橋されるから
であろう。但し、本発明は理論により何ら限定さ
れるものではない。
In the present invention, although the enzyme is immobilized on water-dispersed polymer particles by ionic bonding by the method described above, it is not always clear why it is much more difficult to desorb compared to conventional enzymes immobilized by ionic bonding. However, the polyamine and dialdehyde react to form a Schiff base, which becomes water-insoluble as the molecular weight increases, deposits on the surface of the dispersed polymer particles, and becomes immobilized on the surface. This is probably because the enzyme coats the enzyme, and a part of the enzyme also reacts with the aldehyde group of the dialdehyde through its amino group, resulting in crosslinking of the enzyme. However, the present invention is not limited in any way by theory.

本発明による固定化酵素は水分散液として用い
られ、基質と接触される。固定化酵素の使用量
は、固定化酵素の粒径や酵素の固定化量、必要と
する反応速度、基質濃度等により適宜に決定され
る。
The immobilized enzyme according to the invention is used as an aqueous dispersion and contacted with the substrate. The amount of immobilized enzyme to be used is appropriately determined depending on the particle size of the immobilized enzyme, the amount of immobilized enzyme, the required reaction rate, substrate concentration, etc.

本発明において固定化される酵素は菌体内酵素
でもよく、菌体外酵素でもよい。また、酵素は必
ずしも高度に精製されている必要はなく、抽出液
や部分精製品も用いられる。更に、本発明に従つ
て、単一の酵素を固定化してもよいが、複数の酵
素を同時に固定化してもよい。
The enzyme immobilized in the present invention may be an intracellular enzyme or an extracellular enzyme. Furthermore, the enzyme does not necessarily have to be highly purified, and extracts and partially purified products can also be used. Furthermore, in accordance with the present invention, a single enzyme may be immobilized, or multiple enzymes may be immobilized simultaneously.

本発明において酵素は特に制限されず、種々の
酵素が用いられる。具体例として、アミノ酸オキ
シダーゼ、カタラーゼ、キサンチンオキターゼ、
グルコースオキシダーゼ、グルコース−6−リン
酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナ
ーゼ、チトクロムCオキシダーゼ、チロシナー
ゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、
6−ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ、リンゴ
酸デヒドロゲナーゼのような酸化還元酵素、アス
パラギン酸アセチルトランスエラーゼ、アスパラ
ギン酸アミノトランスフエラーゼ、グリシンアミ
ノトランスフエラーゼ、グルタミン酸−オキザロ
酢酸アミノトランスフエラーゼ、グルタミン酸−
ピルビン酸アミノトランスフエラーゼ、クレアチ
ンホスホキナーゼ、ヒスタミンメチルトランスフ
エラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、フラクトキナー
ゼ、ヘキソキナーゼ、δ−リジンアセチルトラン
スフエラーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼのよ
うな転移酵素、アスパラギナーゼ、アセチルコリ
ンエステラーゼ、アミノアシラーゼ、アミラー
ゼ、アルギナーゼ、L−アルギニンデイミナー
ゼ、インベルターゼ、ウレアーゼ、ウリカーゼ、
ウロキナーゼ、エステラーゼ、β−ガラクトシダ
ーゼ、カリクレイン、キモトリプシン、トリプシ
ン、トロンビン、ナリンギナーゼ、ヌクレオチダ
ーゼ、パパイン、ヒヤウロニダーゼ、プラスミ
ン、ペクチナーゼ、ヘスペリジナーゼ、ペプシ
ン、ペニシリナーゼ、ペニシリンアミダーゼ、ホ
スホリパーゼ、ホスフアターゼ、ラクターゼ、リ
パーゼ、リボヌクレアーゼ、レンニンのような加
水分解酵素、アスパラギン酸デカルボキシラー
ゼ、アスパルターゼ、クエン酸リアーゼ、グラタ
ミン酸デカルボキシラーゼ、ヒスチジンアンモニ
アリアーゼ、フエニルアラニンアンモニアリアー
ゼ、フマラーゼ、フマール酸ヒドラターゼ、リン
ゴ酸シンテターゼのようなリアーゼ、アラニンラ
セマーゼ、グルコースイソメラーゼ、グルコース
ホスフエートイソメラーゼ、グルタミン酸ラセマ
ーゼ、乳酸ラセマーゼ、メチオニンラセマーゼの
ような異性化酵素、アスパラギンシンターゼ、グ
ルタチオンシンターゼ、ピルビン酸シンターゼの
ようなリガーゼ等を挙げることができる。
In the present invention, the enzyme is not particularly limited, and various enzymes can be used. Specific examples include amino acid oxidase, catalase, xanthine oxtase,
Glucose oxidase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, cytochrome C oxidase, tyrosinase, lactate dehydrogenase, peroxidase,
6-phosphogluconate dehydrogenase, oxidoreductases such as malate dehydrogenase, aspartate acetyltransferase, aspartate aminotransferase, glycine aminotransferase, glutamate-oxaloacetate aminotransferase, glutamate-
Transferases such as pyruvate aminotransferase, creatine phosphokinase, histamine methyltransferase, pyruvate kinase, fructokinase, hexokinase, delta-lysine acetyltransferase, leucine aminopeptidase, asparaginase, acetylcholinesterase, aminoacylase , amylase, arginase, L-arginine deiminase, invertase, urease, uricase,
Urokinase, Etherase, β -Galact Sidase, Caricrain, Kimotolypsin, Trypsin, Trompsin, Ning Bin, Ningginase, Nurin Ginase, Papain, Papine, Pepinz, Pectinase, Pectinase, Hesperinase, Penzirinase, Pennicillinz, Pennicilliper, Hosfoerase Turase, lactase, lipase, ribonucleaese, renin Hydrolases such as aspartate decarboxylase, aspartase, citrate lyase, glutamate decarboxylase, histidine ammonia lyase, phenylalanine ammonia lyase, fumarase, fumarate hydratase, malate synthetase, alanine racemase, Examples include isomerases such as glucose isomerase, glucose phosphate isomerase, glutamate racemase, lactate racemase, and methionine racemase, and ligases such as asparagine synthase, glutathione synthase, and pyruvate synthase.

本発明による固定化酵素は以上のように、水分
散型高分子重合体粒子に固定化酵素がイオン結合
により固定化されていながら、従来のイオン結合
法による固定化酵素と異なつて、酵素はイオン強
度の高い水溶液中においても容易には脱着せず、
酵素活性が長期にわたつて保持される。更に、本
発明による固定化酵素は、従来のセルロース誘導
体粒子等を担体とする場合と異なり、固定化酵素
自体が遊離の酵素と同様に反応系内を自由に移動
できるため、基質の拡散が反応に殆ど影響を与え
ず、従つて、高分子量の基質の場合にも遊離の酵
素と同様の高い反応速度で酵素反応を行なわせる
ことができる。
As described above, the immobilized enzyme according to the present invention has an immobilized enzyme immobilized on water-dispersed polymer particles by ionic bonding, but unlike the immobilized enzyme by the conventional ionic bonding method, the enzyme is immobilized by ionic bonding. It does not desorb easily even in strong aqueous solutions,
Enzyme activity is maintained over a long period of time. Furthermore, the immobilized enzyme of the present invention is different from conventional carriers using cellulose derivative particles, etc., because the immobilized enzyme itself can move freely within the reaction system like a free enzyme. Therefore, even in the case of a high molecular weight substrate, the enzymatic reaction can be carried out at the same high reaction rate as that of the free enzyme.

また、操作が極めて簡単であると共に、酵素の
固定化条件が緩やかであるため、固定化時の酵素
の失活が少なく、活性収率の高い固定化酵素を得
ることができる。しかも、本発明による固定化酵
素は水不溶性の担体に固定化されているため、酵
素反応後には遠心分離、塩析、凝集剤を用いる凝
集沈澱、多孔性膜による膜分離等によつて容易に
回収でき、長期間にわたつて繰返し使用すること
ができる。
In addition, since the operation is extremely simple and the enzyme immobilization conditions are gentle, there is little deactivation of the enzyme during immobilization, and it is possible to obtain an immobilized enzyme with a high activity yield. Furthermore, since the immobilized enzyme of the present invention is immobilized on a water-insoluble carrier, it can be easily processed by centrifugation, salting out, coagulation precipitation using a flocculant, membrane separation using a porous membrane, etc. after the enzyme reaction. It can be recovered and used repeatedly over a long period of time.

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により限定されるものではな
い。
The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例 1 メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモ
ニウムクロライド3g、メチルメタクリレート80
g、トリエチレングリコールジメタクリレート2
g及びアクリロニトリル15gを蒸留水230gに加
え、2,2′−アゾビス−2−アミジノプロパン二
塩酸塩0.3gを水10gに溶解した重合開始剤水溶
液を60℃の温度で窒素気流下に加え、120rpmで
撹拌しつつ8時間重合させて、固形分30%、平均
粒径0.3μの重合体粒子の水分散液を得た。
Example 1 Methacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride 3g, methyl methacrylate 80
g, triethylene glycol dimethacrylate 2
g and 15 g of acrylonitrile were added to 230 g of distilled water, and an aqueous polymerization initiator solution prepared by dissolving 0.3 g of 2,2'-azobis-2-amidinopropane dihydrochloride in 10 g of water was added at a temperature of 60°C under a nitrogen stream, and the mixture was heated at 120 rpm. The mixture was polymerized for 8 hours with stirring to obtain an aqueous dispersion of polymer particles with a solid content of 30% and an average particle size of 0.3 μm.

次に、ウレアーゼ2gを0.1Mリン酸水素二カ
リウム及び0.1Mリン酸二水素カリウムから調製
した緩衝液(PH7)100mlに溶解した酵素水溶液
を上記重合体粒子分散液100mlに加え、5℃温度
で24時間放置後に遠心分離し、沈降した重合体粒
子を緩衝液で洗滌して、未固定のウレアーゼを除
去し、再び蒸留水300mlに分散させ、かくして、
イオン結合してウレアーゼを固定した水分散型高
分子重合体粒子を得た。
Next, an enzyme aqueous solution in which 2 g of urease was dissolved in 100 ml of a buffer (PH7) prepared from 0.1 M dipotassium hydrogen phosphate and 0.1 M potassium dihydrogen phosphate was added to 100 ml of the above polymer particle dispersion, and the mixture was heated at 5°C. After standing for 24 hours, it was centrifuged, the precipitated polymer particles were washed with a buffer solution to remove unfixed urease, and dispersed again in 300 ml of distilled water, thus
Water-dispersed polymer particles with urease immobilized by ionic bonding were obtained.

次いで、この分散液に塩酸でPHを6に調整した
1%のm−キシリレンジアミン水溶液24mlを加え
て撹拌し、次に、1%のグルタルアルデヒド水溶
液30mlを加えて、5℃で5時間撹拌して反応させ
た。反応終了後、遠心分離し、沈降した重合体粒
子をで洗滌して、未反応のキシリレンジアミン及
びグタルアルデヒドを除去し、再び緩衝液中に分
散させて、本発明による固定化酵素を得た。
Next, 24 ml of a 1% m-xylylenediamine aqueous solution whose pH was adjusted to 6 with hydrochloric acid was added to this dispersion and stirred, and then 30 ml of a 1% glutaraldehyde aqueous solution was added and stirred at 5°C for 5 hours. and reacted. After the reaction is completed, the precipitated polymer particles are centrifuged and washed with water to remove unreacted xylylene diamine and glutaraldehyde, and then dispersed again in a buffer solution to obtain the immobilized enzyme according to the present invention. Ta.

この固定化酵素のウレアーゼの固定化量は重合
体粒子1g当り40mgであり、また、固定化された
酵素の活性の理論量に対する実際の活性の割合と
して定義される活性収率は60%であつた。活性収
率は、0.03Mの尿素水溶液を基質とし、35℃で10
分間固定化酵素を反応させ、生成したアンモニア
量(μモル/分)を塩酸滴定で求めて活性を測定
し、これと等しい活性を有する遊離の酵素量を酵
素固定化量で除して求めた。
The amount of urease immobilized in this immobilized enzyme was 40 mg per gram of polymer particles, and the activity yield, defined as the ratio of the actual activity to the theoretical amount of activity of the immobilized enzyme, was 60%. Ta. The activity yield is calculated using 0.03M urea aqueous solution as the substrate and 10% at 35℃.
The activity was determined by reacting the immobilized enzyme for minutes, determining the amount of ammonia produced (μmol/min) by hydrochloric acid titration, and dividing the amount of free enzyme with the same activity by the amount of immobilized enzyme. .

次に、この固定化酵素と、先に得た水分散型高
分子重合体粒子にイオン結合にて酵素を固定化し
た比較例としての固定化酵素とが、イオン強度の
大きい水溶液中で酵素の脱着性がどのように異な
るかを調べた。
Next, this immobilized enzyme and the immobilized enzyme as a comparative example in which the enzyme was immobilized on the previously obtained water-dispersed polymer particles by ionic bonding were used to immobilize the enzyme in an aqueous solution with high ionic strength. We investigated how the removability differs.

即ち、先に得た水分散型高分子重合体粒子にイ
オン結合にてウレアーゼを固定化して固定化酵素
を得た。この比較例固定化酵素の活性収率は前記
の方法により75%であつた。
That is, urease was immobilized on the previously obtained water-dispersed polymer particles by ionic bonding to obtain an immobilized enzyme. The activity yield of this comparative immobilized enzyme was 75% by the method described above.

本発明による固定化酵素と上記比較例としての
固定化酵素をそれぞれ1Mの塩化ナトリウムで洗
滌した後、その活性を測定したところ、本発明の
固定化酵素は初期の活性の97%を保持していた
が、比較例固定化酵素は初期の活性の50%にまで
低下した。従つて、本発明による固定化酵素はイ
オン強度の大きい水溶液中においても、酵素が脱
着し難いことが明らかである。
After washing the immobilized enzyme according to the present invention and the immobilized enzyme as the comparative example above with 1M sodium chloride, their activities were measured, and it was found that the immobilized enzyme of the present invention retained 97% of its initial activity. However, the activity of the comparative immobilized enzyme decreased to 50% of its initial activity. Therefore, it is clear that the immobilized enzyme according to the present invention is difficult to desorb even in an aqueous solution with high ionic strength.

また、本発明の固定化酵素について、上記のよ
うにして活性を測定した後、緩衝液にて洗滌し、
再び活性を測定するという操作を5回繰返した
が、当初の活性の96%の活性を保持しており、繰
返し使用によつても、活性が高く保持された。こ
れに対して、比較例固定化酵素の場合は、初期の
活性の25%にまで活性が低下した。
Furthermore, after measuring the activity of the immobilized enzyme of the present invention as described above, washing with a buffer solution,
The procedure of measuring the activity again was repeated five times, but the activity remained 96% of the original activity, and the activity remained high even after repeated use. In contrast, in the case of the comparative immobilized enzyme, the activity decreased to 25% of the initial activity.

実施例 2 アクリル酸3g、スチレン50g、メチルメタク
リレート25g、ジビニルベンゼン2g及びアクリ
ロニトリル20gを蒸留水230gに加え、過硫酸カ
リウム0.3gを水10gに溶解した重合開始剤水溶
液を70℃の温度で窒素気流下に加え、120rpmで
撹拌しつつ8時間重合させ、固形分30%、平均粒
径0.2μの重合体粒子の水分散液を得た。
Example 2 A polymerization initiator aqueous solution prepared by adding 3 g of acrylic acid, 50 g of styrene, 25 g of methyl methacrylate, 2 g of divinylbenzene, and 20 g of acrylonitrile to 230 g of distilled water, and dissolving 0.3 g of potassium persulfate in 10 g of water was heated at a temperature of 70°C under a nitrogen stream. The mixture was added to the bottom and polymerized for 8 hours while stirring at 120 rpm to obtain an aqueous dispersion of polymer particles with a solid content of 30% and an average particle size of 0.2 μm.

α−キモトリプシン2gを0.05Mリン酸二水素
ナトリウム及び0.05Mリン酸水素二カリウムから
調製した緩衝液(PH7)100mlに溶解した酵素水
溶液を上記重合体粒子分散液に加え、5℃で24時
間放置した後に遠心分離し、沈降した重合体粒子
を緩衝液で洗滌して、未固定のα−キモトリプシ
ンを除去し、再び蒸留水300mlに分散させた。
An enzyme aqueous solution prepared by dissolving 2 g of α-chymotrypsin in 100 ml of a buffer solution (PH7) prepared from 0.05 M sodium dihydrogen phosphate and 0.05 M dipotassium hydrogen phosphate was added to the above polymer particle dispersion, and the mixture was left at 5°C for 24 hours. After that, the mixture was centrifuged, and the precipitated polymer particles were washed with a buffer solution to remove unfixed α-chymotrypsin, and then dispersed again in 300 ml of distilled water.

次いで、塩酸でPHを6に調整した1%のヘキサ
メチレンジアミン水溶液36mlを加えて撹拌し、次
に、1%のグルタルアルデヒド水溶液30mlを加え
て、5℃で5時間撹拌して反応させた。反応終了
後、遠心分離し、沈降した重合体粒子を上記と同
じ緩衝液で洗滌して、未反応のヘキサメチレンジ
アミン及びグルタルアルデヒドを除去し、再び緩
衝液中に分散させて、本発明による固定化酵素を
得た。
Next, 36 ml of a 1% aqueous hexamethylene diamine solution whose pH was adjusted to 6 with hydrochloric acid was added and stirred, and then 30 ml of a 1% aqueous glutaraldehyde solution was added and reacted by stirring at 5° C. for 5 hours. After the reaction is completed, the precipitated polymer particles are centrifuged and washed with the same buffer solution as above to remove unreacted hexamethylene diamine and glutaraldehyde, and then dispersed again in the buffer solution for immobilization according to the present invention. obtained the enzyme.

この固定化酵素のα−キモトリプシンの固定化
量は重合体粒子1g当り32mgであり、また、活性
収率は40%であつた。活性収率は60%であつた。
活性収率は、0.05mMのN−アセチル−L−チロ
シンエチルエステルを基質として30℃で酵素を反
応させ、アルカリ滴定によりカルボキシル基生成
速度(μモル/分)から求めた。
The amount of α-chymotrypsin immobilized in this immobilized enzyme was 32 mg per gram of polymer particles, and the activity yield was 40%. The activity yield was 60%.
The activity yield was determined from the carboxyl group production rate (μmol/min) by alkaline titration by reacting the enzyme at 30°C using 0.05mM N-acetyl-L-tyrosine ethyl ester as a substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン交換基を有する水分散型高分子重合体
粒子に酵素がイオン結合にて固定化され、この上
にポリアミンとジアルデヒドのシツフ塩基からな
る重合体が沈着されていることを特徴とする固定
化酵素。 2 水分散型高分子重合体粒子が0.03〜2μの平均
粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の固定化酵素。 3 イオン交換基を有する水分散型高分子重合体
粒子に酵素をイオン結合にて固定化した後、上記
重合体粒子の水分散液中でポリアミンとジアルデ
ヒドとを反応させて、上記重合体粒子の表面に上
記ポリアミンとジアルデヒドのシツフ塩基からな
る重合体を沈着させることを特徴とする固定化酵
素の製造方法。 5 水分散型高分子重合体粒子が0.03〜2μの平均
粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲第
4項記載の固定化酵素の製造方法。
[Claims] 1. An enzyme is immobilized by ionic bonds on water-dispersed polymer particles having ion exchange groups, and a polymer consisting of a polyamine and a Schiff base of dialdehyde is deposited thereon. An immobilized enzyme characterized by: 2. The immobilized enzyme according to claim 1, wherein the water-dispersed polymer particles have an average particle size of 0.03 to 2μ. 3. After immobilizing the enzyme on water-dispersed polymer particles having ion exchange groups through ionic bonding, a polyamine and dialdehyde are reacted in an aqueous dispersion of the polymer particles to form the polymer particles. 1. A method for producing an immobilized enzyme, which comprises depositing a polymer consisting of the above polyamine and a Schiff base of dialdehyde on the surface of the immobilized enzyme. 5. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 4, wherein the water-dispersed polymer particles have an average particle size of 0.03 to 2μ.
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