バイオ分離プロセスへの液膜およびマイクロエマルション技術の応用

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07305061
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 宝沢 光紀 東北大学, 反応化学研究所, 教授 (70005338)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原田 誠 京都大学, 原子エネルギー研究所, 教授 (90027128) ; 中塩 文行 九州大学, 工学部, 教授 (70037729) ; 江頭 竜一 東京工業大学, 理工学国際交流センター, 教授 (90213529) ; 寺本 正明 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (60026086) ; 羽野 忠 大分大学, 工学部, 教授 (80038067)
• Keywords: タンパク質 / 液体膜 / バイオ分離プロセス / マイクロエマルション / 逆ミセル / 抽出 / 抗生物質 / 界面活性剤

Research Abstract

本年度の成果内容を下記に示す。
(1)液膜による脱塩法の実用化の観点から乳化液膜を用いた場合の装置形式について検討した。カチオン及びアニオン輸送用の2種類のW/Oエマルションを、互いに接触せずかつ同時に原料相と接触させる必要性があることから、攪拌槽を隔膜(フッ素コーティングを施したステンレス製金網)で仕切る形式が有効であることがわかった。
(2)カチオン交換型抽出剤D2EHPAを用いることにより、セファレキシンの分離回収を安定かつ良好に行えることがわかった。また、セファレキシンとD2EHPAの錯形成反応における量論関係は1:2であることを明らかにすると共に、金属抽出で使われる反応と拡散を考慮に入れた速度式を参考にセファレキシンとセファレキシン-D2EHPA錯体の反応が律速段階となる抽出機構を提案した。
(3)硝酸銀含浸液膜による高度不飽和脂肪酸エステルの分離において、膜内に温度勾配をつけることにより、温度差を駆動力として溶質を汲み上げ輸送することができた。また、新規に作製した種々の親水性膜は水溶液を膜液とする液膜の支持膜として有用であった。
(4)エリスロマイシン(抗生物質)の水相-油相間における分配挙動を明らかにした。支持液膜を透したエリスロマイシンの透過機構を明らかにした。乳化液膜によるエリスロマイシン濃縮における濃縮率の向上法を提案した。
新しく構築した逆ミセル溶液が、高活性なタンパク質の高次構造を認識できる可能性が示された。また、逆ミセル溶液の新しい展開として、タンパク質のリフォルディングの場として有効であることが明らかとなった。
非イオン性界面活性剤を主体とするマイクロエマルションに機能性分子を組み込むと、分子認識に基づく特定タンパク質の選択分離や、酵素の変性を抑えた高機能反応場の構築が可能となることがわかった。
代表的なナノ会合コロイドであるリポソームと変性タンパク質との相互作用では、膜表面の流動性など動的な状態が、変性タンパク質の局所的疎水部位との結合に重要であることを明らかにした。またリポソームは、その膜特性を粒径・表面修飾等で制御することにより、酵素のリフォルディング中に生ずる疎水的な中間体に効果的に作用してシャペロニン機能を発言することが判明した。
(8)ケロシン及びシリコンオイルを有機溶剤とした新規な逆ミセル計を調製し、モデルタンパク質lysozymeの正・逆抽出挙動を検討し、有機相中のAOT濃度及び水相のpHとKCl濃度の影響を明らかにした。また、溶媒としてイソオクタンを用いた回転円盤抽出塔によるlysozyme連続抽出操作を行い、その安定な操作性を示すと共に、実測した濃度分布を基に混合拡散係数と総括物質移動係数を決定した。
(9)AOT/イソオクタン逆ミセル系によるリポソームの正・逆抽出速度に及ぼすAOT濃度、温度、アルコール添加など諸因子の影響を明らかにした。また、攪拌槽抽出操作による濃縮回収結果を示し、実用化への展開の可能性を示唆した。
(10)バイオ分離へのキャリア輸送に基づく液膜分離の適用性を、D2EHPAによるリジン並びにAOT/イソオクタン逆ミセルによるリポソーム系で検討した、逆抽出速度が経時的に低下し、透過基質が膜液中に蓄積する傾向を認めた。

Research Products

• [Publications] 寺本 正明ら: "Separation of Ethyl of Eicosapentaenoic Acid and Docosahexaenoic Acid by Circulating Liquid Membranes Using Silver Nit rate as a Carrier. Uphill Transport by Use of Temperature and Solvent Dependencies of Distribution Ratio" Separation Science and Technology. Vol.31 No.14. 1953-1969 (1996)
• [Publications] Tsutomu Ono et al.: "Effect of Organic Solvents on Extraction Behaviour of Cytochrome c Using Reversed Micellar Solutions" Solvent Extraction Research and Development, Japan. Vol.3. 1-9 (1996)
• [Publications] Masahiro Goto et al.: "Reversed Micelles Recognize an Active Protein" Biotechnology Techniques. Vol.10 No.3. 141-144 (1996)
• [Publications] Tsutomu Ono et al.: "Novel Immobilized Enzymes Utilizing Reversed Micellar Solutions as an Optic al Resolution Tool" Journal of Chemical Engineering of Japan. Vol.29 No.4. 695-697 (1996)
• [Publications] Tsutomu Ono et al.: "Extraction Behavior of Hemoglobin Using Reversed Micelles by Dioleyl Phosp horic Acid" Biotechnology Progress. Vol.12. 793-800 (1996)
• [Publications] Kohsaku Kawakami: "Mechanism of protein solubilization in sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate water-in-oil microemulsion" Colloids and Surfaces. Vol.109. 217-233 (1996)
• [Publications] Motonari Adachi et al.: "Bioaffinity Separation of Concanavalin a in Reverse Micellar System Compose d of AOT/Butanol or Non-ionic Surfactant" Journal of Chemical Engineering of Japan. Vol.29 No.6. 982-989 (1996)
• [Publications] Motonari Adachi et al.: "Bioaffinity Separation of Trypsin from Pancreatin Using Revearse Micelles Composed of a nonionic Surfactant" Advances in Bioseparation Engineering. (1996)
• [Publications] Akihisa Shioi et al.: "Protein Extraction in Polyoxyethylene Alkyl Ether/AOT Microemulsion Systems" Value Adding Through Solvent Extraction Volume 2 Proceedings of ISEC '96. Vol.2. 1381-1386 (1996)
• [Publications] Motonari Adachi et al.: "Selective Separation of Concanavalin a Using Bioaffinity in Reverse Micellar System" Value Adding Through Solvent Extraction Volume 2 Proceeding of ISEC '96. Vol.2. 1393-1398 (1996)
• [Publications] 西機 忠昭ら: "逆ミセル抽出法におけるリゾチームの逆抽出に及ぼす温度およびイソプロパノール添加の効果" 化学工学論文集. 第21巻 第5号. 916-922 (1995)
• [Publications] Tadaaki Nishiki et al.: "Solubilization and Release Rates of Protein in Liquid-Liquid Extraction Using AOT-Isooctane Reverse Micelles" Value Adding Through Solvent Extraction Volume 2 Proceedings of ISEC '96. Vol.2. 1435-1440 (1996)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Separation of polyunsaturated fatty acids with silver nitrate using a hollow-fiber membrane reactor" Separation Science and Technology. Vol.32. 1529-1541 (1997)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Recovery of boric acid from wasteawter by solvent" Separation Science and Technology. Vol.32 No.5. 未定 (1997)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Extraction kinetics of organic acid with tri-n-octyl phosphine" Journal of Chemical Technology and Biotechnology. Vol.67. 260-264 (1996)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Recovery of phenols using liquid surfactant membranes prepared with newly synthesized surfactant" Separation Science and Technology. Vol.31. 107-124 (1996)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Permeability control of active from polymeric microcapsules by coating of gelatin/gum membrane" Journal of Chemical Engineering of Japan. Vol.29 No.2. 379-381 (1996)
• [Publications] 羽野 忠ら: "Removal of phosphorus from wastewater by activated alumina adsorbent" Water Science and Technology. (in press).
• [Publications] 〓 広顕: "W/O/W液膜法におけるマクロライド系抗生物質の透過機構" 科学工学会第61年会. H318 (1996)
• [Publications] Hiroaki Habaki et al.: "Concentration of erythromycin with liquid membrane" The 1996 International Congress on Membranes and Membrane Processes. P-8-1-2. 594-595 (1996)
• [Publications] 〓 広顕: "W/O/W乳化液膜によるマクロライド系抗生物質の濃縮に対する操作条件の影響" 化学工学会第29回秋季大会. J117 (1996)
• [Publications] Hiroaki Habaki et al.: "Separation and concentration of macrolide antibiotics with W/O/W liquid membrane" The Fourth Japan-Korea Symposium on Separation Technology. EX113. 397-400 (1996)
• [Publications] 〓 広顕: "乳化液膜法におけるマクロライド系抗生物質の透過機構" 化学工学会第62年会. R115 (1997)