シリコ-ンポリマ-包括生体触媒を用いた有機溶媒を含む多相バイオリアクタ-の開発

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02650708
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 川上 幸衛 九州大学, 工学部, 助教授 (70091345)
• キーワード: 固定化生体触媒 / バイオリアクタ- / 非水溶媒 / シリコ-ンポリマ- / エポキシ化 / バイオコンバ-ジョン / アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ

研究概要

有機溶媒中で作用する生体触媒の固定化素材としてのシリコ-ンポリマ-の有効性を明らかにし、本素材を用いたバイオリアクタ-の特性を評価することを目的として以下の実験的検討を行った。
1.シリコ-ンに包括した固定化酵素:(1)nーヘキサン中の固定化アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼによる補酵素再生を伴うシクロペンタノ-ル及びシクロヘキサンの酸化還元において、シリコ-ン内部への酵素/補酵素水溶液の包括法としては、セファデックスのような親水性固体粒子に含浸させたのち分散固定化する調製法が、有機溶媒中でも高い活性保持率を与えた。また、シ-ト状に成形した固定化酵素の充填カラムにおいて、液固バイオリアクタ-の連続操作を実現するとともに、操作安定性を調べた。(2)固定化アルコ-ルオキシダ-ゼによるトルエン中のブタノ-ルの酸字において、シリコ-ン中への酵素分散のための多孔性固体粒子としてセライトの使用が有効であり、最も高い活性保持率を示した。また、この系およびnーヘキサン中のヘプタノ-ルの酸化系については、二液相反応の速度解析を行い、生成物の有機相への抽定分配が反応率の向上に著しく寄与することを見いだした。
2.シリコ-ンとアルギン酸の混合マトリックス中に固定化した微生物菌体:固定化N.corallinaによるnーヘキサデカン中の液状アルケン類のエボキシ化による各種エポキシドの生産に及ぼす複合マトリックスの最適組成について検討した。テトラデセンのエポキシ化ではシリコ-ン80ー90%、オクテンではシリコ-ン40ー60%、スチレンからスチレンオキシドの生成ではシリコ-ンを含まないアルギン酸100%の組成で各エポキシドの生産性は最大となった。このような最適組成の変化は、各反応における基質阻害の程度と深く関連しており、アルギン酸と混合使用したシリコ-ンが疎水性基質の担体内透過性の制御に役立つことがわかった。まだプロピレンのエポキシ化では複合担体の最適組成はほぼシリコ-ン50%ーアルギン酸50%であった。液状アルケンからエポキシドの連続生産が三相撹拌型バイオリアクタ-を用いて効率的に実行できることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kawakami: "Application of silicone polymer to immobilization of biocatalysts and development of multiphase bioreactors" Proc.APBioChEC'90. 513-516 (1990)
• [文献書誌] de Bont et.al.(eds.),K.Kawakami: "Reaction characteristics of microbial cells immobilized in a mixed matrix of silicone polymer and aqueous medium" Physiology of immobilized cells(Elsevier Sci.Publ.). 439-44 (1990)
• [文献書誌] K.Kawakami: "Immobilization of microbial cells in a mixed matrix of silicone polymer and calcium alginate gel:Epoxidation of 1ーoctene by Nocardia corallina Bー276 in organic media" Biotechnol.Progr.6. 357-362 (1990)
• [文献書誌] K.Kawakami: "Characterization of production of 1,2ーepoxyoctane from 1ーoctene by nongrowing cells of Nocardia corallina Bー276 in aqueousーorganic media" Ann.N.Y.Acad.Sci. 613. 707-711 (1990)
• [文献書誌] K.Kawakami: "Siliconeーimmobilized biocatalysts effective for bioconversions in nonーaqueous media" Enzyme Microb.Technol. 14. (1992)
• [文献書誌] Tramper et al.(eds.),K.Kawakami: "Kinetic study of enzymatic reaction in aqueousーorganicーtwoーphase systemsーAn ezample of enhanced production of aldehydes by a alcohol oxidase" Biocatalysis in nonーconventional media(Elsevier Sci.Publ.). (1992)