微生物菌体分離工程の高効率化のためのクロスフロ-濾法に関する基礎的研究

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本研究では、バイオプロセスにおける微生物菌体分離工程へのクロスフロ-膜濾過法(Cross-flow membrane filtration;CFF)の適用を最終目的として、(1)膜透過流束に及ぼす諸因子の解明、及び(2)高い透過流束を得るための方法の開発を試みた。(1)流路断面が矩形のしんちゅう製薄層流路型濾過装置(濾過面積;73.2cm^2)を用い、主として膜面上に働く剪断応力と菌体濃度の透過流束に及ぼす影響を20℃にて調べた。膜としては、市販の各種精密濾過膜を用いた。通常、流路厚さ1mmの装置で実験を行った。実験試料として、パン酵母、大腸菌(Escherichia coli)、Bacillus circulans,Micrococcus glutamicusを生理食塩水に懸濁したものを試料として用い、膜透過流束の定常値が、膜の種類には殆ど依存しなかったことから膜面上に形成される菌体付着層が膜透過に対する支配的な抵抗となることを先ず明らかにした。定常流束の剪断応力依存性は、菌体の種類により異なった挙動を示した。さらに、透過流束Jvは△P/(μαW)(ただし、α、付着層平均比抵抗;△P、膜間圧力差;μ、濾液の粘度;W,単位膜面積当たりの付着量)で整理されたが、パン酵母やM.glutamicusでは、菌体濃度が高くなると菌体が流路一杯近くまで堆積し、見掛け上αが急激に増加した。この理由を解明するために、デキストランT2000(分子量・200万)の透過率の測定したところ、高剪断場では付着層が圧密化するためであることが示唆された。(2)付着層の圧密化を避けるために、濾口を周期的に開閉する周期的濾口開閉方式を提案した。本方式では、検討した全ての微生物菌体のCFFに効果があったが、特にパン酵母、M.glutamicusの場合は通常の方式の10〜20倍も高い透過流束が得られた。