汎用補酵素再生膜型バイオリアクターの開発とその食品成分変換への応用

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第二世代のバイオリアクターとして期待されている汎用型補酵素再生系バイオリアクターの開発とその食品成分変換への応用を目的として研究を行い、以下に示すような結果を得た。1.各種低圧逆浸透膜(日東電工NTR-7410、東レUTC-20,SSA等)について、遊離型補酵素NAD,NADP,ATPに対する阻止機能を測定した結果、UTC-20が、いずれの補酵素に対しても、イオン強度にかかわりなく、90%以上の阻止率を示すことがわかり、これを用いて小型メンブレン・バイオリアクターを試作した。2.上記3つの補酵素のうち、最も汎用性の大きいNADについて、その還元型補酵素の再生系として、種々の酵素を検討した結果、反応平衡定数、酵素比活性、基質コスト、酵素コストより、グルコース脱水素酵素が最適であることがわかった。3.上記1.によるメンブレンリアクターシステムを用いて、L-アミノ酸生産のための実用系として、アラニン脱水素酵素/グルコース脱水素酵素共役系によるNADH再生を伴うピルビン酸とアンモニアからのL-アラニンの連続生産を試みた結果、NADサイクリング数110,000、反応器生産性260g/L/day、反応転化率55%という結果を得た。このことは、本システムではNADのコストが11万分の1に、すなわち殆ど無視できるレベルまでコストダウン出来ることを意味している。4.上記の系における反応転化率の改善のため、中性領域で不安定なピルビン酸をバイオリアクター流入直前まで酸性条件に維持することによって、反応転化率を100%とすることができた。アラニン脱水素酵素がヒドロキシピルビン酸にも作用することを利用して、同じ酵素反応系によるヒドロキシピルビン酸からL-セリンへの変換を試みた結果、NADサイクリング数13,300、反応器生産性75.7g/L/day、反応転化率20%という結果を得た。