(57)【要約】【課題】電気エネルギーを利用した可溶性タンパク質の凝集分離方法および凝集分離装置を提供する。【解決手段】溶解した可溶性タンパク質を液から分離する方法であって、陽極３１を備えた陽極槽２１と陰極３２を備えた陰極槽２２とから構成され、かつ両槽が電気的に接続された処理槽２を用意し、可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液４を陽極槽２１に加え、また電解質を含む電解液５を陰極槽２２に加え、陽極３１と陰極３２との間に直流電圧を印加して、陽極槽２１内で可溶性タンパク質を凝集させ、そして凝集した可溶性タンパク質を分離することを特徴とする可溶性タンパク質の凝集分離方法。【選択図】  図１
2004148232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解した可溶性タンパク質を液から分離する方法であって、陽極を備えた陽極槽と陰極を備えた陰極槽とから構成され、かつ該両槽が電気的に接続された処理槽を用意し、
可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液を前記陽極槽に加え、また電解質を含む電解液を前記陰極槽に加え、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加して、前記陽極槽内で可溶性タンパク質を凝集させ、そして
凝集した可溶性タンパク質を分離する
ことを特徴とする可溶性タンパク質の凝集分離方法。
【請求項２】
前記被処理液を攪拌しながら直流電圧を印加することを特徴とする、請求項１記載の可溶性タンパク質の凝集分離方法。
【請求項３】
前記被処理液の酸化還元電位が急上昇した時点で直流電圧の印加を終了することを特徴とする、請求項１記載の可溶性タンパク質の凝集分離方法。
【請求項４】
溶解した可溶性タンパク質を液から分離する装置であって、陽極を備え、また可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液を収容する陽極槽と、陰極を備え、また電解質を含む電解液を収容する陰極槽とから構成され、かつ両槽が電気的に接続された処理槽と、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加する電源
を含むことを特徴とする可溶性タンパク質の凝集分離装置。
【請求項５】
さらに前記陽極槽に攪拌装置を備えることを特徴とする、請求項４記載の可溶性タンパク質の凝集分離装置。
【請求項６】
さらに前記陽極槽に酸化還元電位計を備えることを特徴とする、請求項４記載の可溶性タンパク質の凝集分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直流電圧を印加することにより、溶液から可溶性タンパク質を主として凝集させて分離する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活系および産業系より放出される家庭廃水および工場廃水は、金属、有機物、微生物、タンパク質、油分等の汚濁物質を含み、水質汚濁を防止する観点から、これらの廃水を環境中に放出する前に処理して、ＢＯＤ、ＣＯＤ、着色物質分、窒素分、リン分等の汚濁物質を法律や条例により制定された基準値以下まで除去しなければならない。この基準値は近年の環境保全意識の高まりにつれて年々強化される傾向にあり、また基準が適用される廃水および汚濁物質の範囲も広まりつつある。
【０００３】
ところで、食品加工場、屠畜場、医療関連施設等からは動物または魚類の血液等を含む廃水が大量に排出される。これらの廃水中には血液等に由来する可溶性タンパク質が含まれ、該タンパク質はＢＯＤおよびＣＯＤの増加、悪臭の発生等の原因となっている。そしてこれらの廃水から可溶性タンパク質を分離するためには、従来、硫酸アンモニウム等の凝集剤を液に添加して可溶性タンパク質を凝集し、その後沈降させる方法が行われていた。
【０００４】
例えば、少なくとも５００，０００の質量平均分子量を有し、かつ転移点未満の温度で水溶性であるがそれ以上では不溶性になる感熱性高分子化合物からなるマイクロビーズを含む分散液を、該転移点以上の温度で廃水に添加し、その後に廃水を該転移点未満に冷却してマイクロビーズを溶解させ、次いで該転位点以上に加熱して廃水中の有機物を捕捉した凝集物を形成させ、そして該凝集物を除去することからなる廃水からの有機物の分離方法が知られている。この方法により、製紙スラッジ含有廃水、油脂含有廃水、タンパク質含有廃水、醸造残渣含有廃水等から有機物を分離することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、タンパク質を含有する廃液にトランスグルタミナーゼを添加し、該酵素の作用によりタンパク質を架橋高分子化して凝集させ、その後に分離する方法も知られている。この方法は、トランスグルタミナーゼがペプチド鎖中に存在するグルタミン残基のγ−カルボキシアミド基のアシル転位反応を触媒して、アシル受容体であるリジン残基のε−アミノ基と反応することにより、ε−（γ−Ｇｌｕ）−Ｌｙｓ架橋結合が形成する作用を利用するものである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−９５９０２号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平７−２８５９９５号公報（第２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の方法では、特に液中のタンパク質濃度が低いときには大量の凝集剤を添加する必要があり、大量の凝集剤を添加してもタンパク質が凝集しない場合もあった。さらに、液中のタンパク質濃度に依存して凝集剤を添加すべき量が変化するため制御が煩雑であり、また凝集剤が高価であるために費用面の問題もあり、決して好ましい方法とは言えなかった。
【０００８】
本発明は、係る現状に鑑みて為されたものであり、その解決しようとする課題は、凝集剤を用いずに溶液から可溶性タンパク質を除去する高効率の方法および装置を簡単な構成により提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者等は鋭意研究を行った結果、陽極を設けた槽に可溶性タンパク質および電解質を含む液を満たし、また陰極を設けた槽に電解質を含む液を満たし、そして双方の槽を電気的に接続して該陽極と該陰極との間に直流電圧を印加すると、液中の可溶性タンパク質濃度が低い場合においても陽極の周辺で該タンパク質の凝集が生じることを見出して本発明を完成させた。
【００１０】
従って、本発明の請求項１に係る可溶性タンパク質の凝集分離方法は、溶解した可溶性タンパク質を液から分離する方法であって、
陽極を備えた陽極槽と陰極を備えた陰極槽とから構成され、かつ該両槽が電気的に接続された処理槽を用意し、
可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液を前記陽極槽に加え、また電解質を含む電解液を前記陰極槽に加え、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加して、前記陽極槽内で可溶性タンパク質を凝集させ、そして
凝集した可溶性タンパク質を分離する
ことを特徴とする。
本発明では、液中の可溶性タンパク質をその濃度が低い場合にも効率良く凝集させることができる。また該方法は電気エネルギーを利用するため、操作性が良く、経済的であり、騒音、悪臭等の二次的問題が生じない等の利点をも有する。
【００１１】
本発明の請求項２に係る可溶性タンパク質の凝集分離方法は、請求項１記載の方法において、前記被処理液を攪拌しながら直流電圧を印加することを特徴とする。
本発明では、被処理液を攪拌することにより生じた凝集物を陽極周辺から移動させ、凝集反応を溶液中の実質的に殆ど全ての可溶性タンパク質が凝集するまで継続させることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る可溶性タンパク質の凝集分離方法は、請求項１記載の方法において、前記被処理液の酸化還元電位が急上昇した時点で直流電圧の印加を終了することを特徴とする。
本発明では、被処理液の酸化還元電位に基づいて可溶性タンパク質の凝集反応の終点を見出し、直流電圧の印加を終了することにより、より経済的な方法を提供することができる。
【００１３】
また本発明は、前記方法を行うための装置をも提供し、本発明の請求項４に係る可溶性タンパク質の凝集分離装置は、溶解した可溶性タンパク質を液から分離する装置であって、
陽極を備え、また可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液を収容する陽極槽と、陰極を備え、また電解質を含む電解液を収容する陰極槽とから構成され、かつ両槽が電気的に接続された処理槽と、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加する電源
を含むことを特徴とする。
本発明では、高い効率で可溶性タンパク質を液中から分離することができる装置を簡単な構成で提供することができる。
【００１４】
また本発明は、
さらに前記陽極槽に攪拌装置を備えることを特徴とする、請求項４記載の可溶性タンパク質の凝集分離装置、および
さらに前記陽極槽に酸化還元電位計を備えることを特徴とする、請求項４記載の可溶性タンパク質の凝集分離装置
をも提供する。
【００１５】
本発明の分離方法および分離装置の特徴は、可溶性タンパク質が熱、酸、アルカリ等により変性した結果として凝集を起こすのではないことにある。タンパク質は種々の要因により変性して溶解度が変化し、それにより析出することが知られているが、本発明における凝集は該機構によるものではない。例えば、凝集反応の間に被処理液の温度を常に室温で保持しても凝集が生じることから、該凝集は熱変性によるものでないことが解る。さらに、直流電圧の印加により溶液のｐＨが陽極側では酸性にそして陰極側ではアルカリ性に変化するものの、直流電圧の印加で変化し得るｐＨ範囲でもなお数日程度は安定であるタンパク質も凝集することから、該凝集は酸またはアルカリ変性によるものでもないことも解る。そして本発明における凝集の機構は詳細には不明であるが、直流電圧の印加により陽極側で発生する次亜塩素酸が可溶性タンパク質と何らかの相互作用を起こし、可溶性タンパク質同士を結合して凝集を生じさせることが予想されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の可溶性タンパク質の凝集分離装置の概略図であって、（ａ）は上面図、そして（ｂ）は断面図である。
【００１７】
図１に図示する態様の可溶性タンパク質の凝集分離装置１は、陽極槽２１および陰極槽２２からなり、被処理液４および電解液５を加える処理槽２と、陽極槽２１および陰極槽２２に設けられた陽極３１および陰極３２と、陽極３１および陰極３２に接続され、双方の間に直流電圧を印加する電源６と、陽極槽２１中に設けられた攪拌装置７と、同じく陽極槽２１に設けられた酸化還元電位計８からなる。
【００１８】
処理槽２は二重円筒型であり、内側が陽極槽２１、そして外側が陰極槽２２とされている。そして陽極槽２１には被処理液４が収容されて可溶性タンパク質が凝集する場となり、一方、陰極槽２２には電解液５が収容される。しかしながら処理槽２の形式は二重円筒型である必要はなく、双方を並列に設けても良いし、底面形状もまた円形でなくてよい。
【００１９】
陽極槽２１と陰極槽２２とは電気的に接続されるが、特に陽極槽２１内を攪拌した場合に、被処理液４と電解液５同士が混合しないように構成されている。具体的には、図１に図示する態様では、二重円筒の内壁が底面に当接する部位に微細孔または微隙間が形成され、該微細孔または微隙間を介して陽極槽２１と陰極槽２２とを電気的に接続されるとともに、双方の槽に収容される液同士の攪拌による混合を防止している。しかしながら電気的に接続する手段はこれに限定されず、例えば多孔性や導電性の隔膜の使用等によって行うこともできる。
【００２０】
陽極３１および陰極３２はそれぞれ陽極槽２１および陰極槽２２に設けられている。図示する態様において、陽極３１は陽極槽２１の中心に挿入された棒状の部材であり、また陰極３２は陰極槽２２の幅方向の中央に挿入された棒状の部材である。陽極３１および陰極３２の数および形状、並びに挿入される位置は特に限定されず、複数設けてもよいし、板状、メッシュ状等の形状にすることもできる。特に処理槽２が二重円筒型である場合、外側の槽に設ける電極は円筒状にすることが可能である。陽極３１および陰極３２の材料についても特別な制限はなく、電極として通常使用される白金電極、またはチタン上に白金メッキした電極等を用いることができる。不活性な材料を用いて電極を作製すると、電気エネルギーを無駄に消費する反応が起こらないので好ましい。
【００２１】
被処理液４は、本発明の方法および装置で凝集すべき可溶性タンパク質と電解質とを含む。本発明で凝集可能な可溶性タンパク質の種類は多岐にわたり、血液中に存在するアルブミンやグロブリンのように溶解度が非常に高いタンパク質をも凝集させることができる。また被処理液４中の可溶性タンパク質の濃度も特に限定されず、高濃度から５μＭ程度またはそれ未満の低濃度にも対応可能である。
【００２２】
一方、電解液５は必須の成分として電解質を含む。被処理液４および電解液５が含む電解質は、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム等であり、それらの濃度は被処理液４が含む可溶性タンパク質の濃度、凝集を終了させる時間等に依存して変化するが、例えば１００ｍＭ〜５００ｍＭ程度である。また電解液５は、電解質に加えてタンパク質等の不純物を含んでもよく、従って電解液５として海水を使用することも可能である。
【００２３】
電源６は、陽極３１と陰極３２との間に直流電圧を印加する。その電圧は４０Ｖ程度であり、電流は電流制限抵抗により３５ｍＡ程度とする。本発明の凝集分離方法および装置は、このような低電力で十分に機能し得る。
【００２４】
攪拌装置７は、被処理液４を攪拌するために陽極槽２１に設けられる。被処理液４を攪拌すると、電極近傍で発生した凝集物が電極に付着するのを防止できるだけでなく、陽極３１上で発生したガスや次亜塩素酸を被処理液４全体に拡散することができ、その結果、被処理液４全体が白濁するような可溶性タンパク質の凝集を生じさせることが可能となる。また上述したように、攪拌には電極上で発生するガス等を拡散させる効果があるので、陽極槽２１だけでなく陰極槽２２についても攪拌を行うことができる。攪拌装置７の形式は機械式、磁石式等、任意であり得る。
【００２５】
酸化還元電位計８は、陽極槽２１に収容された被処理液４の酸化還元電位を適宜測定するために設けられ、その測定結果は陽極槽２１内で起こる凝集反応の終点を見出すために用いられる。
【００２６】
凝集分離装置１はさらに、陽極槽２１および陰極槽２２に被処理液４および電解液５をそれぞれ送る投入口、被処理液４および電解液５を放出する排出口、直流電圧の印加により陽極３１および陰極３２の表面で発生するガスの排出口、並びに凝集物の排出口を所望により備える。また、電極間に流れる電流値を調節できる電流制限抵抗を設けると、過剰な電流が流れて電極上で無駄な塩素ガスが発生したり、被処理液４または電解液５の温度が上昇したりするのを防止でき、無駄なエネルギーを消費せずに済む。
【００２７】
本発明の凝集分離方法では処理槽２の陽極槽２１に被処理液４を入れ、陰極槽２２に電解液５を入れた後、陽極槽２１内を攪拌装置７により攪拌しつつ、電源６により陽極３１と陰極３２との間に直流電圧を印加する。そして電極間に電流が流れると、陽極３１の近傍で可溶性タンパク質が凝集し始め、陽極３１を覆うように白色の綿状物が形成される。この状態で攪拌しながら電圧の印加を続けると、急激に被処理液４全体にわたる白濁が起こる。この時点で、被処理液４中の殆どの可溶性タンパク質が凝集して凝集反応が終了する。このように大部分の可溶性タンパク質は凝集するが、一部は直流電圧の印加により分解する場合もある。
【００２８】
本発明の凝集分離において、陽極３１と陰極３２との間に電圧を印加した後に陽極槽２１内の酸化還元電位を定期的に測定すると、前記のごとく被処理液４全体が白濁した時点で酸化還元電位の急激な上昇が起こる。従って、陽極槽３１内の酸化還元電位を測定しつつ凝集反応を行うと、測定結果から凝集反応の終点を知ることができ、反応終点で電圧の印加を停止することにより無駄な電気エネルギーを消費せずに済む。
【００２９】
本発明の可溶性タンパク質の凝集分離方法は、陽極３１と陰極３２との間に印加する電圧の値および／または被処理液４および電解液５に添加する電解質の量を変化させることにより、広範囲の被処理液４中の可溶性タンパク質濃度に対応することができる。しかしながら、印加電圧を増大して流れる電流値を上昇させると、被処理液４および電解液５の温度上昇、塩素ガスの過剰な発生等、凝集反応以外に電気エネルギーが利用され無駄が生じる。それ故、被処理液４中の可溶性タンパク質濃度が高い場合には、印加電圧を変化させずに、電解質をより多量に添加して電解質濃度を高める方が好ましい。また、凝集反応時間の短縮も電解質濃度を高めることにより達成することができる。
【００３０】
【実施例】
実施例１：γ−グロブリンの凝集分離
直径７．５ｃｍ、内槽の直径３．２ｃｍ、高さ１０ｃｍとしたアクリル製の二重円筒型処理槽を作製し、内槽を陽極槽、外槽を陰極槽とした。そして陽極槽および陰極槽にそれぞれ白金製の陽極および陰極を設け、また陽極槽には酸化還元電位計および磁気式攪拌装置を設けて分離装置を作製した。なお陽極槽内および陰極槽内に収容される液の温度変化を防止するために、処理槽を恒温槽に入れ３０℃に保った。
この分離装置の陽極槽にγ−グロブリン８μＭ（シグマ社製）と塩化ナトリウム５００ｍＭとを含む被処理液５０ｍｌを入れ、また陰極槽に塩化ナトリウム５００ｍＭを含む電解液１５０ｍｌを入れた。そして陽極と陰極の間に４０Ｖの直流電圧を印加し、４００ｒｐｍで陽極槽を攪拌しつつγ−グロブリンの凝集を行った。
電圧印加後、被処理液の酸化還元電位を開始し、酸化還元電位が急激に上昇した時点で電圧の印加を終了し、しばらく攪拌を継続した後に攪拌も停止すると、被処理液中で白色の凝集物が沈降した。
縦軸を被処理液の酸化還元電位、また横軸を電圧を印加してからの時間として凝集反応の間における陽極槽中の酸化還元電位の変化を表すグラフを図２に図示し、また凝集反応前および凝集反応後の被処理液の高速液体クロマトグラムを図３に図示する。
図２から明らかなように、電圧印加の開始から約６分後に陽極の酸化還元電位が急激に上昇し、これは被処理液全体が白濁した時点とほぼ一致していた。
また図３から明らかなように、凝集反応終了後の被処理液にはγ−グロブリンに対応する吸収ピークが存在せず、被処理液中のγ−グロブリンは凝集・沈降して溶液から分離されたかまたは分解されて、溶液中に存在しなくなった。
なお本実施例は可溶性タンパク質としてγ−グロブリンを用いたが、牛血清アルブミン（ＢＳＡ）についても同様の結果を得ることができた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の凝集分離方法および凝集分離装置では、陽極を備えた陽極槽と陰極を備えた陰極槽からなり、両槽が電気的に接続された処理槽を用意し、該陽極槽に可溶性タンパク質と電解質とを含む被処理液を加え、また該陰極槽に電解質を含む電解液を加えて該陽極および該陰極の間に直流電圧を印加することにより、該陽極槽で可溶性タンパク質を効率良く凝集させることができる。該方法および装置では、従来の凝集剤を用いた場合には困難であった低濃度溶液からの可溶性タンパク質の凝集も短時間のうちに容易に可能である。また凝集剤の添加は不必要であるので低コストであり、さらに凝集反応の終点は被処理液の酸化還元電位より簡単に知ることができるので省エネルギーでもある。
【００３２】
本発明の凝集分離方法および凝集分離装置は、食品加工場等から排出される可溶性タンパク質を含む廃水を処理するために適しており、また装置の大きさを変化させることによって処理規模の変化に容易に対応することができる。さらに廃水処理に限定されることなく、可溶性タンパク質の溶液からの分離に適用することができ、例えば可溶性タンパク質の回収、精製等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の凝集分離装置の概略図であって、（ａ）は上面図、そして（ｂ）は断面図である。
【図２】図２は、実施例１において、縦軸を被処理液の酸化還元電位また横軸を電圧を印加してからの時間として凝集反応の間における陽極槽中の酸化還元電位の変化を表すグラフである。
【図３】図３は、凝集反応前および凝集反応後の被処理液の高速液体クロマトグラムである。
【符号の説明】
１    凝集分離装置
２    処理槽
２１  陽極槽
２２  陰極槽
３１  陽極
３２  陰極
４    被処理液
５    電解液
６    電源
７    攪拌装置
８    酸化還元電位計
【図１】
2004148232.tif 000003
【図２】
2004148232.tif 000004
【図３】
2004148232.tif 000005