(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、（ｄ）粘土鉱物、及び（ｅ）有機オニウムイオン
を含んでなる水性液状組成物（ｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体。
【請求項２】
（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、及び（ｆ）粘土鉱物（ｄ）に有機オニウムイオン（ｅ）がイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物
を含んでなる水性液状組成物（ｉｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体。
【請求項３】
重合開始剤（ｂ）が光重合開始剤及び／又はレドックス系熱重合開始剤である請求項１又は２記載の酵素又は微生物固定化用担体。
【請求項４】
粘土鉱物（ｄ）が２：１型層状粘土鉱物である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の酵素又は微生物固定化用担体。
【請求項５】
有機オニウムイオン（ｅ）が、１分子中に少なくとも１個以上の不飽和基を有する有機オニウムイオンである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の酵素又は微生物固定化用担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素又は微生物固定化用担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
酵素又は微生物の固定化法としては、従来から、包括法、付着法、担体結合法等が行なわれているが、なかでも包括法、付着法は菌体固有の生理、代謝にもとづく反応を効率良く利用できるため、発酵、微生物変換、廃水処理等の分野で注目されている。上記酵素又は微生物を固定化するためには、通常、酵素又は微生物固定化用担体が利用されるが、該固定化用担体として多孔質無機担体を用いた場合、担体への微生物の付着性が悪く、さらに付着後担体上で増殖した菌体が剥離しやすいという欠点を有する。また、無機質担体は一般に水より比重が大きく、流動層型バイオリアクターの固定化物粒子として用いると流動操作が難しいという欠点を有する。
【０００３】
一方、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等の親水性樹脂、高酸価不飽和アクリル樹脂、不飽和ポリエチレングリコール等の親水性光硬化樹脂は、包括固定化法等に好適な固定化用担体であり、これらの樹脂水溶液や水分散液に微生物菌体を分散して粒状にゲル化させた固定化物粒子は含水ゲル化物のために比重が水の比重に近く、微生物の付着性や増殖性も良好であり、流動層型バイオリアクターの固定化物粒子として提案され、広く利用されている（特許文献１参照）。このようなバイオリアクターでは、槽内部において担体を流動させるために行なわれる攪拌や曝気のエネルギーを最小限に抑えて運用コストを削減するため、反応槽内に部分的に滞留することなく十分に流動できる低比重の担体が求められる場合があり、比重調整用の無機質系中空ビーズ（中空ガラスビーズ又は中空セライト）や中空ポリマー粒子を担体に含有させることが提案されている（特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
しかしながら、これらの親水性樹脂を用いる固定化用担体は含水ゲル化物として使用されるため、機械的強度が弱く、リアクターの操業中に破損しやすく作業性が悪いという欠点があり、また無機質系中空ビーズを担体に含有させる方法では担体の圧縮破壊強度等の物性低下が非常に大きく、これを改善し得る中空ポリマー粒子を用いた場合でもかかる担体の強度向上には限界があった。
【０００５】
一方、特許文献４には、微生物を固定化材料中に包括固定した包括固定化担体において、前記固定化材料中に、板状及び／又は針状の結晶構造を有するフィラーを含有したことを特徴とする包括固定化担体が、固定化に関る材料（固定化材料、重合開始剤等）を低濃度化した場合でも、担体強度が高く、かつ、安定した高い微生物活性（硝化活性）を保持する旨記載されている。しかしながら、この手法でも、強度向上効果が不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭６２−１９８３７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６８１０５号公報
【特許文献３】特開２００２−２６５号公報
【特許文献４】特開２００７−２０４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高い生物活性を有し、かつ高い強度を有する酵素又は微生物固定化用担体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、不飽和基含有樹脂、重合開始剤、及び、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、を含んでなる水性液状組成物を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の不飽和基含有樹脂を硬化させることによって得られる酵素又は微生物固定化担体において、水性液状組成物中に粘土鉱物及び有機オニウムイオン、もしくは粘土鉱物に有機オニウムイオンがイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物を配合することにより、担体としての生物活性を低下させることなく、担体の強度を向上できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の担体を提供するものである。
１．（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、（ｄ）粘土鉱物、及び（ｅ）有機オニウムイオンを含んでなる水性液状組成物（ｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体。
２．（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、及び（ｆ）粘土鉱物（ｄ）に有機オニウムイオン（ｅ）がイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物を含んでなる水性液状組成物（ｉｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体。
３．重合開始剤（ｂ）が光重合開始剤及び／又はレドックス系熱重合開始剤である上記項１又は２記載の酵素又は微生物固定化用担体。
４．粘土鉱物（ｄ）が２：１型層状粘土鉱物である上記項１ないし３のいずれか１項に記載の酵素又は微生物固定化用担体。
５．有機オニウムイオン（ｅ）が、１分子中に少なくとも１個以上の不飽和基を有する有機オニウムイオンである上記項１ないし４のいずれか１項に記載の酵素又は微生物固定化用担体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い生物活性を有し、かつ高い強度を有する酵素又は微生物固定化担体を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の酵素または微生物固定化用担体は以下の方法（Ｉ）又は方法（ＩＩ）によって製造することができる。
【００１２】
方法（Ｉ）
本発明の酵素又は微生物固定化用担体は、（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類、（ｄ）粘土鉱物、及び（ｅ）有機オニウムイオンを含んでなる水性液状組成物（ｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造することができる。
【００１３】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）
本発明において用いられる重合性不飽和基含有樹脂（ａ）としては、１分子中に少なくとも２個の重合性不飽和基を有する樹脂であって、一般に３００〜３０，０００、好ましくは５００〜２０，０００の範囲内の数平均分子量を有し、水性媒体中に均一に分散するのに充分なイオン性又は非イオン性の親水性基、例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、エーテル結合等を含む親水性の不飽和基含有樹脂が好適に使用される。
【００１４】
ここで、本明細書において数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフを用いて測定した保持時間（保持容量）を、同一条件で測定した分子量既知の標準ポリスチレンの保持時間（保持容量）によりポリスチレンの分子量に換算して求めた値である。具体的には、ゲルパーミエーションクロマトグラフとして「ＨＬＣ８１２０ＧＰＣ」（商品名、東ソー社製、）を使用し、カラムとして「ＴＳＫｇｅｌ  Ｇ４０００ＨＸＬ」を１本、「ＴＳＫｇｅｌ  Ｇ３０００ＨＸＬ」を２本、及び「ＴＳＫｇｅｌ  Ｇ２０００ＨＸＬ」を１本（商品名、いずれも東ソー社製）の計４本を使用し、検出器として、示差屈折率計を使用し、移動相：テトラヒドロフラン、測定温度：４０℃、流速：１ｍＬ／ｍｉｎの条件下で測定することができる。
【００１５】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）としては、包括固定化用の固定化担体として既に知られているものを用いることができる（例えば、特公昭５５−４０号公報、特公昭５５−２０６７６号公報、特公昭６２−１９８３７号公報等参照）。代表的なものとしては以下に記載するものを挙げることができる。
（ｉ）ポリアルキレングリコールの両末端に光重合可能な重合性不飽和基を有する化合物：例えば、
（ｉ−１）分子量４００〜６，０００のポリエチレングリコール１モルの両末端水酸基を（メタ）アクリル酸２モルでエステル化したポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート類。
【００１６】
（ｉ−２）分子量２００〜４，０００のポリプロピレングリコール１モルの両末端水酸基を（メタ）アクリル酸２モルでエステル化したポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート類。
【００１７】
（ｉ−３）分子量４００〜６，０００のポリエチレングリコール１モルの両末端水酸基をトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のジイソシアネート化合物２モルでウレタン化し、次いで（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシエチル化合物２モルを付加した不飽和ポリエチレングリコールウレタン化物。
【００１８】
（ｉ−４）分子量２００〜４，０００のポリプロピレングリコール１モルの両末端水酸基をトリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のジイソシアネート化合物２モルでウレタン化し、次いで（メタ）アクリル酸２？ヒドロキシエチル等の不飽和モノヒドロキシ化合物２モルを付加した不飽和ポリプロピレングリコールウレタン化物、など。
【００１９】
（ｉｉ）高酸価不飽和ポリエステル樹脂：例えば、不飽和多価カルボン酸を含む多価カルボン酸成分と多価アルコールとのエステル化により得られる酸価が４０〜２００の不飽和ポリエステルの塩類など。
【００２０】
（ｉｉｉ）高酸価不飽和エポキシ樹脂：例えば、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸などの不飽和カルボン酸化合物との付加反応物に残存するヒドロキシル基に酸無水物を付加して得られる酸価４０〜２００の不飽和エポキシ樹脂など。
【００２１】
（ｉｖ）アニオン性不飽和アクリル樹脂：例えば、酸基含有重合性不飽和化合物及び（メタ）アクリル酸エステルを必須モノマー成分とするモノマー混合物を共重合させて得られるカルボキシル基、リン酸基及び／又はスルホン酸基を含有する共重合体に光重合可能な重合性不飽和基を導入した樹脂など。
【００２２】
（ｖ）不飽和ポリアミド：例えば、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートなどのジイソシアネートとアクリル酸２−ヒドロキシエチルなどのエチレン性不飽和ヒドロキシ化合物とのイソシアネート基含有付加物をゼラチンなどの水溶性ポリアミドに付加反応させた不飽和ポリアミドなど。
【００２３】
以上に例示した如き重合性不飽和基含有樹脂（ａ）はそれぞれ単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００２４】
これらの重合性不飽和基含有樹脂（ａ）のうち、本発明において特に有利に使用しうるものは、前記（ｉ）に該当するポリアルキレングリコールの両末端に光重合可能な重合性不飽和基を有する化合物であり、代表的なものとしては、「ＥＮＴ−１０００」、「ＥＮＴ−２０００」、「ＥＮＴ−４０００」、「ＥＮＴＧ−２０００」、「ＥＮＴＧ−３８００」（商品名、関西ペイント社製）等を挙げることができる。
【００２５】
重合開始剤（ｂ）
本発明において用いられる重合開始剤（ｂ）としては、光重合開始剤及び／又はレドックス系熱重合開始剤を使用することができる。
【００２６】
上記光重合開始剤としては、重合性不飽和化合物の重合に有用なものとして従来から知られているものを特に制限なく使用することができる。具体的には、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、２−メチル−２−モルホリノ（４−チオメチルフェニル）プロパン−１−オン、２−ベンジル？２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルフェニルエトキシホスフィンオキサイド、ベンゾフェノン、Ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、ヒドロキシベンゾフェノン、２−イソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジクロロチオキサントン、２，４，６−トリス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジン、２−メチル−４，６−ビス（トリクロロ）−Ｓ−トリアジン、２−（４−メトキシフェニル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジンなどが挙げられる。これらの光重合開始剤は単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００２７】
また、これらの光重合開始剤による光重合反応を促進させるために、光増感促進剤を該光重合開始剤と併用してもよい。併用し得る光増感促進剤としては、例えば、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸（２−ジメチルアミノ）エチル、ミヒラーケトン、４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノン等の三級アミン系；トリフェニルホスフィン等のアルキルホスフィン系；β−チオジグリコール等のチオエーテル系などが挙げられる。これらの光増感促進剤はそれぞれ単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００２８】
また、前記レドックス系熱重合開始剤としては、従来から既知のものを使用することができ、例えば、−１０℃〜５０℃程度の比較的低温でラジカル重合を行ない得る、酸化剤と還元剤の組み合わせからなる重合開始剤が好適に使用される。
【００２９】
上記酸化剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、メチルエチルケトンペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ｔ−ブチルパーベンゾエート、クメンヒドロペルオキシドなどの有機過酸化物類；ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸カリウムなどのペルオキソ二硫酸塩類；過酸化水素等が挙げられる。これらの酸化剤はそれぞれ単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００３０】
また、前記還元剤としては、例えば、亜硫酸水素ナトリウムなどの亜硫酸水素塩類；硫酸第一鉄、塩化第一鉄などの二価の鉄塩類；Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、フェニルモルホリンなどのアミン類；ナフテン酸コバルト、ナフテン酸マンガン、ナフテン酸銅などのナフテン酸金属塩類等を挙げることができる。これらの還元剤はそれぞれ単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００３１】
これらのレドックス系熱重合開始剤のうち、本発明において特に有利に使用しうるものは、酸化剤がペルオキソ二硫酸塩類又は過酸化水素からなり、還元剤が亜硫酸水素塩類又は二価の鉄塩からなる組み合わせのものである。
【００３２】
アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）
本発明において用いられるアルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）は、水溶性であり、水性媒体中でアルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触したときに水に不溶性又は難溶性のゲルに変化する能力のある高分子多糖類である。該高分子多糖類としては、一般に約３，０００〜約２，０００，０００の分子量を有し、また、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンと接触させる前の水溶性の状態で通常少なくとも約１０ｇ／Ｌ（２５℃）の溶解度を示すものが好適に使用される。
【００３３】
前記水溶性高分子多糖類（ｃ）の具体例としては、アルギン酸のアルカリ金属塩、カラギーナン等が包含される。
【００３４】
これら水溶性高分子多糖類（ｃ）は水性媒体中に溶解した状態で、アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン；或いはアルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の他の多価金属イオン；のうちの少なくとも１種の多価金属イオンと接触するとゲル化しうる。また、カラギーナンの場合は、カリウムイオンまたはナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンと接触するとゲル化しうる。ゲル化が起こるアルカリ金属イオンまたは多価金属イオンの濃度は水溶性高分子多糖類の種類等により異なるが、一般には０．０１〜５ｍｏｌ／Ｌの範囲である。これらの水溶性高分子多糖類は単独でもしくは２種以上を組合せて使用することができる。
【００３５】
粘土鉱物（ｄ）
本発明において用いられる粘土鉱物（ｄ）としては、粘土の主要構成鉱物であれば従来公知のものを特に制限なく使用でき、天然物、天然物の精製品、天然物の膨潤性を改質したもの又は合成されたものでもよい。なかでも、該粘土鉱物（ｄ）が層状構造を有する層状粘土鉱物であることが好ましい。上記層状構造とは無機結晶層が多数積み重なった積層構造をいう。
【００３６】
前記層状粘土鉱物としては例えばカオリナイト、蛇紋石、ハロイサイト、クリソタイル、パイロフィライト、タルク、スメクタイト（モンモリロナイト、サポナイトなど）、バーミキュライト、雲母（白雲母、パラゴナイト、イライト、金雲母、黒雲母など）、脆雲母（マーライト、ザンソフィライトなど）、緑泥石（ドンバサイト、スドウ石、クリノクロア、シャモサイトなど）等が挙げられる。
【００３７】
上記層状粘土鉱物の結晶構造は、一般に四面体シートと八面体シートからなり、「シート」が組み合わさった複合単位が「層」である。四面体シートは、一般にＳｉ４＋を４つのＯ２−が囲んだ四面体のうち、３つを隣の四面体と共有し、残りの１つの頂点は同じ方向を向いて並び、六角形の網状に広がったもので、［Ｓｉ２Ｏ５］２−の組成を持ったフィロケイ酸塩（層状シリケート）である。また、上記八面体シートは、一般にＡｌ３＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋などの陽イオンを６つの（ＯＨ）−が囲んだ八面体が稜を共有して２次元的な網状に広がったもので、基本的にはＡｌ２（ＯＨ）６、またはＭｇ３（ＯＨ）６の組成を持っている。
【００３８】
１枚の四面体シートと１枚の八面体シートが組み合わさって複合層を作る場合、これを「１：１層」といい、１：１層が繰り返して積み重なることによって作られる構造を「１：１型構造」という。
【００３９】
また、２枚の四面体シートが１枚の八面体シートを挟み込んだ３層構造から作られる構造を「２：１型構造」という。
【００４０】
１：１型層状粘土鉱物としては、具体的には例えば、カオリナイト、蛇紋石、ハロイサイト、クリソタイル等が挙げられ、これらは単独でもしくは２種以上組合せて使用することができる。
【００４１】
また、２：１型層状粘土鉱物としては、具体的には例えば、パイロフィライト、タルク、スメクタイト（ソーコナイト、スティブンサイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、サポナイトなど）、バーミキュライト、雲母（白雲母、パラゴナイト、イライト、金雲母、黒雲母など）、脆雲母（マーライト、ザンソフィライトなど）、緑泥石（ドンバサイト、スドウ石、クリノクロア、シャモサイトなど）等が挙げられ、これらは単独でもしくは２種以上組合せて使用することができる。
【００４２】
ところで、前記カオリナイト、蛇紋石、パイロフィライト、タルクの四鉱物の構造では、１：１型層または２：１型層全体としても、個々のイオンの間でも、電荷は中和してバランスを保っている。しかしながら他の２：１型構造の四面体シートではＳｉ４＋の代わりに、わずかにイオン半径の大きいＡｌ３＋が入ることがある。また、八面体シートではＡｌ３＋の代わりに、わずかにイオン半径の大きいＭｇ２＋が入ることがある。これらの場合には、結晶構造には大きな変化はないが、電荷の不足を生じる。該電荷の不足を補うためにアルカリ金属またはアルカリ土類金属が結晶表面あるいは結晶層間に陽イオンとして入り、該陽イオンとしては、Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｈ＋などが挙げられる。
【００４３】
前記結晶層間に入っている層間陽イオンと層状粘土鉱物の単位層表面の負電荷との結合力は弱いため、他の陽イオンを含む溶液と接触すると層間陽イオンと液中の陽イオンは交換反応をおこし、陽イオン交換反応を生じる。
【００４４】
本発明では上記粘土鉱物に対して有機オニウムイオンを用いて有機化粘土鉱物を作成する観点から、粘土鉱物（ｄ）としては、陽イオン交換性を有するものが好ましい。
【００４５】
上記陽イオン交換性を有する粘土鉱物としては、スメクタイト（ソーコナイト、スティブンサイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、サポナイトなど）、バーミキュライト、雲母等が挙げられ、これらは単独でもしくは２種以上組合せて使用することができる。
【００４６】
また、層間陽イオンと単位層表面の負電荷との結合力が、層間陽イオンと水分子の相互作用エネルギーより弱い層状粘土鉱物では、層間を引き締める力が弱いので水分子が多量に取り込まれ、水膨潤している。
【００４７】
本発明では上記粘土鉱物に対して有機オニウムイオンを用いて有機化粘土鉱物を作成する観点から、粘土鉱物（ｄ）としては、層間距離が広いという意味で水膨潤性を有することが好ましい。
【００４８】
上記水膨潤性を有する粘土鉱物としては、ハロイサイト、スメクタイト（ソーコナイト、スティブンサイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、サポナイトなど）、バーミキュライト、膨潤性雲母（膨潤性テニオライト、膨潤性四ケイ素雲母、膨潤性合成フッ素雲母など）等が挙げられ、これらは単独でもしくは２種以上組合せて使用することができる。
【００４９】
したがって、前記陽イオン交換性、及び水膨潤性といった２つの観点から、本発明方法に用いる粘土鉱物（ｄ）としては、スメクタイト系粘土鉱物（ソーコナイト、スティブンサイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト、サポナイトなど）、バーミキュライト、及び膨潤性雲母（膨潤性テニオライト、膨潤性四ケイ素雲母、膨潤性合成フッ素雲母など）が好ましい。
【００５０】
また、上記モンモリロナイトを主成分とする粘土であるベントナイトも上記粘土鉱物（ｄ）として使用することができる。これらは単独でもしくは２種以上組合せて使用することができる。
【００５１】
前記粘土鉱物（ｄ）は、市販されているものを使用することができ、市販されているスメクタイト系粘土鉱物としては、例えば、「クニピアシリーズ」、「スメクトンシリーズ」（クニミネ工業株式会社）、「ポーラゲルシリーズ」、「ヘクタブライトシリーズ」、「ヘクタライトシリーズ」（ボルクレイジャパン社製）、「ラポナイトシリーズ」（ロックウッド社製）、「ルーセンタイトシリーズ」（コープケミカル社製）、「ベントンシリーズ」（エレメンティス社製）、「ＮＨＴシリーズ」（トピー工業株式会社）、「ビーガムシリーズ」（バンダービルト社製）などが挙げられる。
【００５２】
また、市販されている膨潤性雲母としては、例えば「ＮＴＳシリーズ」（トピー工業株式会社）、「ソマシフシリーズ」（コープケミカル株式会社）などが挙げられる。さらに、市販されているベントナイトとしては、「ベンゲルシリーズ」（日本有機粘土社製）、「ベンクレイシリーズ」（水澤化学工業社製）などが挙げられる。いずれの市販品も、結晶構造、陽イオン交換容量や比表面積等その性質に応じて種々のグレードがあるが，本発明ではいずれも用いることができる。
【００５３】
前記粘土鉱物（ｄ）は有機化粘土鉱物の安定性および強度向上性の観点から平均粒子径が１０〜８０００ｎｍ、好ましくは２０〜７０００ｎｍの範囲内であることが好適である。
【００５４】
また、アスペクト比は有機化粘土鉱物の安定性および強度向上性の観点から５０〜３０００、好ましくは１００〜２０００、の範囲内であることが好適である。
【００５５】
また、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）は、特に限定されないが、層間陽イオンと有機オニウムイオンとのイオン交換のしやすさから５０〜２００ミリ等量／１００ｇ、さらに好ましくは６０〜１５０ミリ等量／１００ｇであることが好ましい。
【００５６】
また、膨潤力は特に限定されないが、層間陽イオンと有機オニウムイオンとのイオン交換のしやすさから２０ｍＬ／２ｇ以上、さらに好ましくは２０〜７０ｍＬ／２ｇであることが好ましい。
【００５７】
本発明で規定する「陽イオン交換容量」は、メチレンブルーの吸着量測定により求めることで測定される。
【００５８】
本発明で規定する「膨潤力」は、第１３改正日本薬品局方に定められたベントナイトの試験方法を準用し、粘土鉱物２ｇの膨潤体積（ｍＬ）で表される。具体的には、粘土鉱物２．０ｇをとり、水１００ｍＬを入れた１００ｍＬのメスシリンダーに１０回に分けて加え、これを２４時間放置したときの器底の塊の見かけ容積を目盛りから読み取る。なお、粘土鉱物を１０回に分けて水に加えるとき、先に加えた試料がほとんど沈着した後、次の試料を加えることとする。
【００５９】
有機オニウムイオン（ｅ）
本発明において用いられる有機オニウムイオン（ｅ）としては、粘土鉱物の交換無機イオンと置換されるものであれば従来公知のものを制限なく使用できる。
【００６０】
上記有機オニウムイオン（ｅ）としては例えばアンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、スルホニウムイオン、複素芳香環由来のオニウムイオン等が挙げられる。なかでも、入手容易性、安定性等の観点からアンモニウムイオン、好ましくは４級アンモニウムイオンを好適に使用することができる。
【００６１】
上記４級アンモニウムイオンとしては、例えば、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム等の同一のアルキル基を有する４級アンモニウム；
トリメチルオクチルアンモニウム、トリメチルデシルアンモニウム、トリメチルドデシルアンモニウム、トリメチルテトラデシルアンモニウム、トリメチルヘキサデシルアンモニウム、トリメチルオクタデシルアンモニウム、トリメチルエイコサニルアンモニウム、トリメチルオクタデセニルアンモニウム、トリメチルオクタデカジエニルアンモニウム、トリメチルラウリルアンモニウム等のトリメチルアルキルアンモニウム；
トリエチルドデシルアンモニウム、トリエチルテトラデシルアンモニウム、トリエチルヘキサデシルアンモニウム、トリエチルオクタデシルアンモニウム等のトリエチルアルキルアンモニウム；
トリブチルドデシルアンモニウム、トリブチルテトラデシルアンモニウム、トリブチルヘキサデシルアンモニウム、トリブチルオクタデシルアンモニウム等のトリブチルアルキルアンモニウム；
ジメチルジオクチルアンモニウム、ジメチルジデシルアンモニウム、ジメチルジテトラデシルアンモニウム、ジメチルジヘキサデシルアンモニウム、ジメチルジオクタデシルアンモニウム、ジメチルジオクタデセニルアンモニウム、ジメチルジオクタデカジエニルアンモニウム等のジメチルジアルキルアンモニウム；
ジエチルジドデシルアンモニウム、ジエチルジテトラデシルアンモニウム、ジエチルジヘキサデシルアンモニウム、ジエチルジオクタデシルアンモニウム等のジエチルジアルキルアンモニウム；
ジブチルジドデシルアンモニウム、ジブチルジテトラデシルアンモニウム、ジブチルジヘキサデシルアンモニウム、ジブチルジオクタデシルアンモニウム等のジブチルジアルキルアンモニウム；
メチルベンジルジヘキサデシルアンモニウム等のメチルベンジルジアルキルアンモニウム；
ジベンジルジヘキサデシルアンモニウム等のジベンジルジアルキルアンモニウム；
トリオクチルメチルアンモニウム、トリドデシルメチルアンモニウム、トリテトラデシルメチルアンモニウム等のトリアルキルメチルアンモニウム；
トリオクチルエチルアンモニウム、トリドデシルエチルアンモニウム等のトリアルキルエチルアンモニウム；
トリオクチルブチルアンモニウム、トリドデシルブチルアンモニウム等のトリアルキルブチルアンモニウム；
トリメチルベンジルアンモニウム等の芳香環を有する４級アンモニウム；
トリメチルフェニルアンモニウム等の芳香族アミン由来の４級アンモニウム；
等が挙げられ、これらは単独で若しくは２種以上組合せて使用することができる。
【００６２】
また上記有機オニウムイオン（ｅ）としては、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）との相溶性の点から重合性不飽和基を有する有機オニウムイオンを好適に使用することができる。なお、本明細書において重合性不飽和基とは、ラジカル重合し得る不飽和基を意味する。かかる重合性不飽和基としては、例えば、ビニル基、ビニリデン基、アクリロイル基、メタクリロイル基等が挙げられる。
【００６３】
上記重合性不飽和基を有する有機オニウムイオンとしては、例えば重合性不飽和基を有する四級アンモニウムイオンを好適に使用することができる。
【００６４】
該重合性不飽和基を有する四級アンモニウムイオンとしては例えば、ビニルベンジルジメチルエチルエタノールアンモニウムイオン、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド塩化メチル四級アンモニウムイオン、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド塩化メチル四級アンモニウムイオン、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート塩化メチル四級アンモニウムイオン、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート塩化メチル四級アンモニウムイオンなどが挙げられる。
【００６５】
また、前記重合性不飽和基を有する有機オニウムイオンは、アミノ基含有不飽和化合物と四級化剤との反応によって得ることもできる。該アミノ基含有不飽和化合物としては、例えばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジイソプロピルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどが挙げられる。また、前記四級化剤としては、例えばハロゲン化水素、ハロゲン化アルキル、硫酸ジアルキル、ヒドロカルビル置換炭酸塩、酸と組み合わせたエポキシ化合物等が挙げられる。
【００６６】
また、前記有機オニウムイオン（ｅ）は、該有機オニウムイオン（ｅ）とアニオンよりなる有機オニウム塩であってもよい。該アニオンとしては例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＮＯ３−、ＯＨ−、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＨ３ＳＯ３−等を使用することができる。
【００６７】
水性液状組成物（ｉ）
本発明において前記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）、粘土鉱物（ｄ）、及び有機オニウムイオン（ｅ）の各成分の配合割合は厳密に制限されるものではなく、各成分の種類等に応じて広範にわたって変えることができるが、一般には、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）、及び粘土鉱物（ｄ）の各成分が、固形分でそれぞれ下記の範囲内であり、
（ｂ）重合開始剤：０．１〜１０質量部、好ましくは、０．３〜５質量部、
（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類：０．５〜１５質量部、好ましくは、１〜８質量部、
（ｄ）粘土鉱物：０．５〜３０質量部、好ましくは、１〜２５質量部、
さらに有機オニウムイオン（ｅ）が粘土鉱物（ｄ）１００質量部を基準として５〜２００質量部、好ましくは、１０〜１５０質量部、さらに好ましくは２０〜９０質量部の範囲内であることが好適である。
【００６８】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、重合開始剤（ｂ）が、０．１質量部未満である場合は、重合成不飽和基含有樹脂が十分に架橋せず実使用時に流出してしまう可能性がある点で好ましくなく、１０質量部を超えると得られた担体の強度が低下してしまう点で好ましくない。
【００６９】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）が、０．５質量部未満である場合は、担体粒子の安定性が得られない点で好ましくなく、１５質量部を超えると得られた担体の強度低下の点で好ましくない。
【００７０】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、粘土鉱物（ｄ）が、０．５質量部未満である場合は、強度向上効果が得られない点で好ましくなく、３０質量部を超えると強度低下の点で好ましくない。
【００７１】
粘土鉱物（ｄ）の固形分１００質量部を基準として、有機オニウムイオン（ｅ）が、５質量部未満である場合は、強度向上効果の点で好ましくなく、１００質量部を超えると残存有機オニウムイオンが実使用中に流出してしまう点で好ましくない。
【００７２】
本発明において重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）、粘土鉱物（ｄ）、及び有機オニウムイオン（ｅ）を含んでなる水性液状組成物（ｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体が、高い強度を有する理由としては、有機オニウムイオン（ｅ）が粘土鉱物（ｄ）の層間にインターカレート（層間挿入：ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅ）することによって粘土鉱物（ｄ）の層間が剥離され、かかる層間は重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の重合反応場となるために、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）を連続相とし、該連続相中に有機オニウムイオン（ｅ）と結合した粘土鉱物（ｄ）がフィラーとして点在する構造を有する担体が作成される、すなわちナノコンポジットとしての様相を呈するためであると推察される。
【００７３】
なかでも特に、有機オニウムイオン（ｅ）として重合性不飽和基を有する有機オニウムイオンを用いた場合は、該有機オニウムイオン（ｅ）の持つ不飽和基が重合性不飽和基含有樹脂（ａ）に取り込まれることによって、連続相とフィラーの親和性が増大し、あるいは粘土鉱物を完全層剥離に近づけることができるため、より高い強度を有する担体が得られるものと推察される。
【００７４】
本発明において上記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）、粘土鉱物（ｄ）、及び有機オニウムイオン（ｅ）を含んでなる水性液状組成物（ｉ）のみから製造された粒状成形物は、一般に水とほぼ同じ１．０１〜１．０３の範囲内の比重を有するが、顔料、中空粒子等の比重調整材を添加することで所望の比重に調整することができる。
【００７５】
例えば、比重を高くしたい場合には、ガラスビーズ、タルク、マイカ、バリタ等の比重が１以上の比重調整材を前記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として０．１〜５０質量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が１．０３〜１．２５の範囲になるように調整することができる。一方、比重を低くしたい場合には、中空ガラスビーズ、中空セライト、中空ポリマー等の比重が１以下の中空粒子を比重調整材として重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として０．１〜３０質量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が０．９０〜１．０１の範囲になるように調整することができる。
【００７６】
一般に酵素又は微生物固定化用担体に上記中空粒子を含有せしめた場合、形成される酵素又は微生物固定化用担体は槽内での流動性に優れる反面、強度が低い。一方、本発明に係る酵素又は微生物固定化用担体は該中空粒子を含有する場合においても高い強度を有する。このため、本発明に係る酵素又は微生物固定化用担体は、該担体が中空粒子を含有する場合に特に有用である。
【００７７】
以上に述べた（ａ）〜（ｅ）の各成分及び必要に応じて添加される比重調整材を水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物（ｉ）が調製される。この水性液状組成物（ｉ）の固形分濃度は一般に５〜３０重量％の範囲内が適当である。
【００７８】
なお、重合開始剤としてレドックス系熱重合開始剤を使用する場合は重合開始剤（ｂ）として酸化剤及び還元剤を同時に上記水性液状組成物（ｉ）中に含有させてもよいが、水性液状組成物（ｉ）中に含有させるものを酸化剤又は還元剤のいずれか一方とし、もう一方を金属イオンを含有する水性媒体中に、例えば０．０５〜５重量％、好ましくは０．１〜２重量％の濃度で含有させるようにしてもよい。
【００７９】
酵素又は微生物固定化用担体の製造方法
上記のようにして調製される水性液状組成物（ｉ）は、次いで、前述した如き種類の金属イオンを含有する水性媒体中に滴下するか、又は平均粒子径が５ｍｍ以上の粒状物を得る場合には、該水性媒体表面上に所定の時間連続的に注加して液滴を所望の粒径になるまで生長させた後、その液滴を該水性媒体中に沈降させることにより、該液状組成物が粒状でゲル化せしめられる。
【００８０】
金属イオンを含有する水性媒体中への水性液状組成物の滴下は、例えば、注射器の先端から該液状組成物を滴下する方法、遠心力を利用して該液状組成物を粒状に飛散させる方法、スプレーノズルの先端から該液状組成物を霧化して粒状とし滴下する方法などの方法により行うことができる。また、水性液状組成物の水性媒体表面への注加は、所望の孔径のノズル口から細い液流として連続的に供給することによって行うことができる。液滴の大きさは、最終の粒状固定化物に望まれる粒径に応じて自由に変えることができるが、通常、滴下法では、直径が約０．１〜約５ｍｍ、好ましくは約０．５〜約４ｍｍの範囲内の液滴として滴下させるのが、また注加法では、約０．５〜３ｃｍの範囲内の液滴とするのが好都合である。
【００８１】
上記の如くして生成せしめた粒状ゲルは、そのまま水性媒体中に分散させた状態で、或いは水性媒体から分離した後、光重合又は熱重合させることにより、該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂（ａ）を硬化せしめる。これにより粒状ゲルは水に実質的に不溶性で機械的強度の大きい酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物となる。
【００８２】
上記の硬化を光重合によって行う場合、使用しうる活性光線の波長は、該粒状ゲル中に含まれる重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の種類等に応じて異なるが、一般には、約２５０〜約６００ｎｍの範囲内の波長の光を発する光源を照射に使用するのが有利である。そのような光源の例としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯、太陽光等が挙げられる。照射時間は光源の光の強さ、光源からの距離等に応じて変える必要があるが、一般には約３０秒〜約１０分間の範囲内とすることができる。
【００８３】
また、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の硬化を熱重合によって行う場合、粒状ゲルはレドックス系熱重合開始剤を含有していれば、室温で放置しておくだけでも熱重合が進行して必要な機械的強度が得られるまでに硬化されるが、必要に応じ、加熱硬化させてもよい。硬化温度は一般に０℃〜５０℃、特に２０℃〜４０℃の範囲内が好適である。また、必要な機械的強度を得るためには、少なくとも熱硬化に１０分〜３０分の時間をかけることが望ましい。
【００８４】
このように光重合及び／又は熱重合による硬化処理が終った粒状ゲルは水又は緩衝水溶液で洗浄し、そのままあるいは凍結乾燥して保存することができる。
【００８５】
本発明の酵素又は微生物菌体固定化用担体は、表面の構造が特に微生物の付着に適しており、微生物を大量に付着させることができる。該担体に付着させうる微生物は、嫌気性微生物、好気性微生物のどちらでも用いることができ、微生物の種類としては、例えば、アスパルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類；ザイモモナス属、シュードモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサルシナ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることができる。
【００８６】
なお、上記した微生物は、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の硬化温度が常温のような低温度であれば、予め（ａ）〜（ｅ）の各成分からなる水性液状物に混合しておいて包括固定化してもよい。
【００８７】
かくして得られる本発明の酵素又は微生物菌体固定化用担体は、粒状固定化物の強度が高く、微生物菌体の付着性に優れたものを得ることができ、バイオリアクター、発酵槽等の用途に適用することも可能である。
【００８８】
方法（ＩＩ）
また、本発明の酵素又は微生物固定化用担体は、上記方法（Ｉ）に代えて、前記（ａ）重合性不飽和基含有樹脂、（ｂ）重合開始剤、及び（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類と、以下に説明する（ｆ）粘土鉱物（ｄ）に有機オニウムイオン（ｅ）がイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物とを含んでなる水性液状組成物（ｉｉ）を、前記アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の重合性不飽和基含有樹脂を硬化させることによっても製造することができる。
【００８９】
すなわち、上記方法（ＩＩ）は前記方法（Ｉ）における粘土鉱物（ｄ）及び有機オニウムイオン（ｅ）に代えて、粘土鉱物（ｄ）に有機オニウムイオン（ｅ）がイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物（ｆ）を用いて酵素又は微生物固定化用担体を製造する方法である。
【００９０】
粘土鉱物（ｄ）に有機オニウムイオン（ｅ）がイオン結合することにより有機化された有機化粘土鉱物（ｆ）
上記有機化粘土鉱物（ｆ）は、例えば、前記粘土鉱物（ｄ）及び前記有機オニウムイオン（ｅ）を含水溶媒中で混合することによって得ることができる。混合方法としては、攪拌羽根を備えた攪拌槽（配合槽）に、上記粘土鉱物（ｄ）及び上記有機オニウムイオン（ｅ）を添加し高速攪拌することが挙げられる。上記有機化粘土鉱物（ｆ）を調整する装置としては、剪断力と溶液を全体混合できる複数の攪拌羽根、例えば、プロペラ、タービン、ディスパー、ホモジナイザーなどを備えた攪拌装置が望ましく、特に好ましくはディスパー、ホモジナイザー等が挙げられる。攪拌速度としては、攪拌羽根の周速が５０〜１００００ｍ／ｍｉｎ、好ましくは１００〜８０００ｍ／ｍｉｎである。
【００９１】
また有機オニウムイオン（ｅ）が粘土鉱物（ｄ）１００質量部を基準として５〜２００質量部、好ましくは、１０〜１５０質量部、さらに好ましくは２０〜９０質量部の範囲内であることが好適である。
【００９２】
水性液状組成物（ｉｉ）
本発明において前記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）及び有機化粘土鉱物（ｆ）の各成分の配合割合は厳密に制限されるものではなく、各成分の種類等に応じて広範にわたって変えることができるが、一般には、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）及び有機化粘土鉱物（ｆ）の各成分は固形分でそれぞれ下記の範囲内であることが好適である。
【００９３】
（ｂ）重合開始剤：０．１〜１０質量部、好ましくは、０．３〜５質量部、
（ｃ）アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類：０．５〜１５質量部、好ましくは、１〜８質量部、
（ｆ）有機化粘土鉱物：０．５〜３０質量部、好ましくは、１〜２５質量部、
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、重合開始剤（ｂ）が、０．１質量部未満である場合は、重合成不飽和基含有樹脂が十分に架橋せず実使用時に流出してしまう可能性があるの点で好ましくなく、１０質量部を超えると得られた担体の強度が低下してしまう点で好ましくない。
【００９４】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）が、０．５質量部未満である場合は、担体粒子の安定性が得られないの点で好ましくなく、１５質量部を超えると担体の強度低下の点で好ましくない。
【００９５】
重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として、有機化粘土鉱物（ｆ）が、０．５質量部未満である場合は、強度向上効果が得られない点で好ましくなく、３０質量部を超えると強度低下の点で好ましくない。
【００９６】
本発明において重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）及び有機化粘土鉱物（ｆ）を含んでなる水性液状組成物（ｉｉ）を、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンを含有する水性媒体中に滴下して該組成物を粒状にゲル化させ、次いで得られる粒状ゲルを光重合及び／又は熱重合して該粒状ゲル中の不飽和基含有樹脂を硬化させることにより製造されることを特徴とする酵素又は微生物固定化用担体が、高い強度を有する理由としては、有機オニウムイオン（ｅ）が粘土鉱物（ｄ）の層間にインターカレートすることによって粘土鉱物（ｄ）の層間が剥離され、かかる層間は重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の重合反応場となるために、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）を連続相とし、該連続相中に有機化粘土鉱物（ｆ）がフィラーとして点在する構造を有する担体が作成される、すなわちナノコンポジットとしての様相を呈するためであると推察される。
【００９７】
なかでも特に、（ｅ）として不飽和基含有機オニウムイオンを用いた場合は、（ｅ）の持つ不飽和基が重合性不飽和基含有樹脂（ａ）に取り込まれることによって、連続相とフィラーの親和性が増大し、あるいは粘土鉱物を完全層剥離に近づけることができるため、より高い強度を有する担体が得られるものと推察される。
【００９８】
本発明において上記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）、重合開始剤（ｂ）、アルカリ金属イオン又は多価金属イオンとの接触によりゲル化する能力のある水溶性高分子多糖類（ｃ）及び有機化粘土鉱物（ｆ）を含んでなる水性液状組成物（ｉｉ）のみから製造された粒状成形物は、一般に水とほぼ同じ１．０１〜１．０３の範囲内の比重を有するが、顔料、中空粒子等の比重調整材を添加することで所望の比重に調整することができる。
【００９９】
例えば、比重を高くしたい場合には、前記の比重が１以上の比重調整材を前記重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として０．１〜５０質量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が１．０３〜１．２５の範囲になるように調整することができる。一方、比重を低くしたい場合には、前記の比重が１以下の中空粒子を比重調整材として不飽和基及びウレタン結合を有する樹脂（ａ）の固形分１００質量部を基準として０．１〜３０質量部の割合で添加することによって粒状成形物の比重が０．９０〜１．０１の範囲になるように調整することができる。
【０１００】
一般に酵素又は微生物固定化用担体に上記中空粒子を含有せしめた場合、形成される酵素又は微生物固定化用担体は槽内での流動性に優れる反面、強度が低い。一方、本発明に係る酵素又は微生物固定化用担体は該中空粒子を含有する場合においても高い強度を有する。このため、本発明に係る酵素又は微生物固定化用担体は、該担体が中空粒子を含有する場合に特に有用である。
【０１０１】
以上に述べた（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｆ）の各成分ならびに必要に応じて添加される比重調整材を水性媒体中に溶解ないし分散させることにより、水性液状組成物（ｉｉ）が調製される。この水性液状組成物（ｉｉ）の固形分濃度は一般に５〜３０重量％の範囲内が適当である。
【０１０２】
なお、重合開始剤としてレドックス系熱重合開始剤を使用する場合は重合開始剤（ｂ）として酸化剤及び還元剤を同時に上記水性液状組成物（ｉｉ）中に含有させてもよいが、水性液状組成物（ｉｉ）中に含有させるものを酸化剤又は還元剤のいずれか一方とし、もう一方を金属イオンを含有する水性媒体中に、例えば０．０５〜５重量％、好ましくは０．１〜２重量％の濃度で含有させるようにしてもよい。
【０１０３】
酵素又は微生物固定化用担体の製造方法
上記のようにして調製される水性液状組成物（ｉｉ）は、前記方法（Ｉ）の酵素又は微生物固定化用担体の製造方法の欄において記載した方法と同様にしてゲル化せしめられ、粒状ゲルは水に実質的に不溶性で機械的強度の大きい酵素又は微生物菌体固定化用粒状成形物となる。
【０１０４】
上記粒状ゲルは水又は緩衝水溶液で洗浄し、そのままあるいは凍結乾燥して保存することができる。
【０１０５】
本発明の酵素又は微生物菌体固定化用担体は、表面の構造が特に微生物の付着に適しており、微生物を大量に付着させることができる。該担体に付着させうる微生物としては、前記方法（Ｉ）の説明において記載したものを使用することができる。
【０１０６】
なお、微生物は、重合性不飽和基含有樹脂（ａ）の硬化温度が常温のような低温度であれば、予め（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｆ）の各成分からなる水性液状物に混合しておいて包括固定化してもよい。
【０１０７】
かくして得られる本発明の酵素又は微生物菌体固定化用担体は、粒状固定化物の強度が高く、微生物菌体の付着性に優れたものを得ることができ、バイオリアクター、発酵槽等の用途に適用することも可能である。
【実施例】
【０１０８】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれらに限定されない。尚、以下各例において「部」及び「％」は特記しない限りそれぞれ「質量部」及び「質量％」を示す。
【０１０９】
製造例１
有機化粘土鉱物（ｆ−１）の合成
溶液Ａ：粘土鉱物（ｄ）として「クニピアＦ」（商品名、クニミネ工業社製、モンモリロナイト）を用いた。「クニピアＦ」８０部を脱イオン水５０００部に分散させた。
溶液Ｂ：有機オニウムイオン（ｅ）として「コータミン２４Ｐ」（商品名、花王社製、トリメチルラウリルアンモニウムクロライド、有効成分２７％）を用いた。
【０１１０】
溶液Ａ（１００部）を直径３ｃｍの攪拌翼をセットしたディスパーを用い、回転数１０００ｒｐｍで攪拌した中に、溶液Ｂ（２．２２部）を添加することで２．１％有機化粘土鉱物溶液（ｆ−１）を得た。
【０１１１】
製造例２
有機化粘土鉱物（ｆ−２）の合成
溶液Ａ：粘土鉱物（ｄ）として「クニピアＦ」を用いた。「クニピアＦ」３２部を脱イオン水１５００部に分散させた。
溶液Ｂ：有機オニウムイオン（ｅ）として「ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ」（商品名、興人社製、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル四級塩）を用いた。「ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ」９．４部を脱イオン水１８３部に溶解させた。
溶液Ａ１００部に対して、溶液Ｂ１２．６部を製造例１と同様の条件下で添加することで、２．４％有機化粘土鉱物溶液（ｆ−２）を得た。
【０１１２】
製造例３
有機化粘土鉱物（ｆ−３）の合成
溶液Ｂの成分として「ＤＭＡＰＡＡ−Ｑ」の代わりに「ＤＭＡＥＭＡ−Ｑ」（商品名、興人社製、ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化メチル四級塩）を用いる以外は製造例２と同様にし、２．４％有機化粘土鉱物溶液（ｆ−３）を得た。
【０１１３】
実施例１
親水性光硬化性樹脂「ＥＮＴＧ−３８００」（商品名、関西ペイント社製、固形分４０％）５０部、「クニピアＦ」（商品名、クニミネ工業社製、モンモリロナイト（ベントナイトを精製したもの））０．４６３部を加え、直径３ｃｍの攪拌翼をセットしたディスパーを用い、回転数１０００ｒｐｍで攪拌した中に、「コータミン２４Ｐ」（商品名、花王社製、トリメチルラウリルアンモニウムクロライド、有効成分２７％）０．６５２部、２％アルギン酸ナトリウム水溶液３０部、光重合開始剤「ダロキュア１１７３」（商品名、チバスペシャリティーケミカルズ社製）０．２部を加えて十分に撹拌して、水性液状組成物を得た。得られた水性液状組成物を、１％の塩化カルシウム水溶液中に、注射針の先端から液面高さ約１０ｃｍより滴下して粒状化した後、高圧水銀灯を用いて紫外線を１分間照射することで固定化用担体を得た。
【０１１４】
実施例２〜１８、比較例１、２
実施例１において配合組成を下記の表１に示す通りとする以外は、実施例１と同様にして各実施例及び比較例の担体を得た。表１の数値は固形分で表記した。
【０１１５】
尚、表１において（＊１）〜（＊２）は下記の通りである。
（＊１）「ラポナイトＲＤ」：（商品名、ロックウッド社製、層状シリケート）
（＊２）「ソマシフＭＥ−１００」：（商品名、コープケミカル社製、膨潤性雲母）
担体性能評価試験
上記実施例１〜１８及び比較例１、２で得た担体のそれぞれについて、以下に示した試験方法で圧縮破壊強度と硝化速度を測定した。測定結果を下記表１に示す。
【０１１６】
（試験方法）
（１）圧縮破壊強度試験
各担体試料について５０回ずつ、「Ｅｚ−Ｔｅｓｔ」（商品名、島津製作所社製、小型卓上試験機）を用いて測定した。圧縮速度１０ｍｍ／ｍｉｎで測定したときの破断応力値を圧縮破壊強度とした。目視で破断の開始した時点を観察してそのときの圧縮荷重値（ｋｇｆ）を読み取り、担体の平均粒子径より計算した断面積でその荷重値を除して破断応力（ｋｇｆ／ｃｍ２）を算出した。
【０１１７】
（２）硝化速度測定試験
各担体試料を、大過剰の脱イオン水中に室温で２４時間浸漬し、十分に洗浄したものを硝化活性試験の試料として用いた。
【０１１８】
容積各１Ｌの反応槽に１６０ｍｇ／Ｌのアンモニア性窒素を含む無機塩培地及び硝化菌含有活性汚泥を満たし、各担体試料２５０ｍＬ（見かけ体積）をそれぞれ投入した後、アンモニア性窒素負荷が０．１ｋｇ／ｍ３／日、０．３ｋｇ／ｍ３／日、０．５ｋｇ／ｍ３／日、となるように順次培地の流入速度を変化させて連続処理試験を行った。各負荷での処理時間はそれぞれ１５日間とした。試験期間を通じて培地のｐＨは７．５〜８．５の範囲、液温は１８〜２５℃の範囲に調節した。更に曝気を行うことにより培地の溶存酸素濃度を常に５ｍｇ／Ｌ以上になるようにした。０．５ｋｇ／ｍ３／日の負荷で７日間連続処理を行った時点で担体をサンプリングした。これを５０ｍＬの無機塩培地（連続処理に用いたのと同じもの）中に１０ｇの担体を投入し、三角フラスコ中で１２０ｒｐｍ、８時間往復振盪した後の、培地中のアンモニア性窒素の減少量から１ｇの担体当たりの硝化速度を計算して硝化活性（ｍｇ−Ｎ／Ｌ−担体／ｈ）を評価した。培地のアンモニア性窒素濃度の定量はインドフェノール法（比色法）を用いて行った。
【０１１９】
【表１】
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【０１２０】
【表２】
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