(57)【要約】【課題】  タンパク質の変性、失活等による反応効率の低下を防止し、目的とする反応を短時間でかつ反応効率良く行なうことができるタンパク質介在反応促進方法及び反応装置を提供する。【解決手段】  タンパク質の存在下で溶媒５中に含有する基質を化学反応させる反応槽１０を備えたタンパク質介在反応装置において、前記溶媒５にマイクロ波照射装置１により波長約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波照射を行なうか、又は加熱器１５若しくは減圧装置により前記溶媒５の沸騰処理を行う前処理槽４と、前処理した溶媒５と前記タンパク質とを混合する手段とを備え、該混合して生成した反応溶液を前記反応槽１０にて反応させる構成とし、好適には、前記前処理により加温した溶媒５を冷却する冷却槽７を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応工程を備えたタンパク質介在反応の促進方法において、
前記反応工程の前に、前記溶媒に波長約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波を照射する前処理工程を設け、該前処理した溶媒に前記タンパク質と基質を混合して反応を行なうことを特徴とするタンパク質介在反応促進方法。
【請求項２】
前記電磁波がマイクロ波であることを特徴とする請求項１記載のタンパク質介在反応促進方法。
【請求項３】
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応工程を備えたタンパク質介在反応の促進方法において、
前記反応工程の前に、加熱、減圧、減圧加熱の何れかにより前記溶媒を沸騰処理する前処理工程を設け、該前処理した溶媒に前記タンパク質と基質を混合して反応を行なうことを特徴とするタンパク質介在反応促進方法。
【請求項４】
前記前処理工程にて、前記沸騰処理における加熱は、火炎加熱、蒸気加熱、伝熱体加熱のうち少なくとも一若しくはこれらの組み合わせにより行なうことを特徴とする請求項３記載のタンパク質介在反応促進方法。
【請求項５】
前記前処理工程の後に、目的とする化学反応に適した温度になるように前記溶媒を温度調節する温度調節工程を設け、該温度調節した溶媒に前記タンパク質と基質を混合することを特徴とする請求項１若しくは３記載のタンパク質介在反応促進方法。
【請求項６】
前記タンパク質が酵素であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のタンパク質介在反応促進方法。
【請求項７】
前記溶媒が水であることを特徴とする請求項１若しくは３記載のタンパク質介在反応促進方法。
【請求項８】
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応槽を備えたタンパク質介在反応装置において、
前記溶媒に波長約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波を照射する前処理手段と、該電磁波を照射した溶媒に前記タンパク質と基質を混合する手段とを備え、該混合して生成した反応溶液を前記反応槽にて反応させることを特徴とするタンパク質介在反応装置。
【請求項９】
前記電磁波がマイクロ波であることを特徴とする請求項８記載のタンパク質介在反応装置。
【請求項１０】
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応槽を備えたタンパク質介在反応装置において、
前記溶媒を加熱、減圧、減圧加熱の何れかにより沸騰処理する前処理手段と、該沸騰処理した溶媒に前記タンパク質と基質を混合する手段とを備え、該混合して生成した反応溶液を前記反応槽にて反応させることを特徴とするタンパク質介在反応装置。
【請求項１１】
前記前処理手段の後段に前記溶媒の温度調節をする温度調節手段を設け、目的とする反応に適した温度に温度調節した溶媒に前記タンパク質と基質を混合することを特徴とする請求項８若しくは１０記載のタンパク質介在反応装置。
【請求項１２】
前記タンパク質が酵素であることを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載のタンパク質介在反応装置。
【請求項１３】
前記溶媒が水であることを特徴とする請求項８若しくは１１の何れかに記載のタンパク質介在反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオテクノロジー分野、農林水産業分野、電気機器分野、食品加工業分野、製薬分野等におけるタンパク質を介在させた各種反応に関し、特に、酵素反応においてこれを安定的に促進するタンパク質介在反応促進方法及び反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の主要構成物質であるタンパク質は、その構成成分であるアミノ酸の種類、数、結合順序等により様々な機能を有する。その中でも酵素は、化学反応を触媒してその酵素が関係する反応を加速する特性を有し、さらに酵素の反応特異性、基質特異性から特定の物質にのみ作用し、特定の反応のみを触媒するため、バイオテクノロジー分野、農林水産業分野、電気機器分野、食品加工業分野、製薬分野等の広い産業分野にて有効に利用されている。
一般に化学反応は、高温高圧条件下で行なうことにより反応を促進することができるが、これに対してタンパク質介在反応は常温常圧下の穏和な条件で化学反応を容易に起こすことができる。
【０００３】
しかし、上記したようにタンパク質介在反応は穏和な条件で行なわれるため、反応速度が遅く、時間がかかるものが多かった。
そこで、タンパク質介在反応を実用化するに際して反応時間の短縮化が望まれていた。タンパク質は穏和な条件下では安定して存在するが、その大部分は酸、アルカリ、高温に弱くこのような環境ではすぐに変性し、失活してしまう。従って、タンパク質本来の性質を変えることなく、タンパク質を安定した状態で存在させながら反応のみを加速化することが必要となる。
従来は、反応場に光または熱等の外部エネルギーを与えて反応を促進させていたが、この方法ではタンパク質、酵素の失活が問題となるため、特許文献１（特開平２−３１２５９１号公報）では、特定の条件の超音波を連続またはパルスとして照射して反応を促進する方法を提案している。
【０００４】
また、超臨界流体存在下で酵素反応を行なうことが、例えば特許文献２（特開平８−２５６７８３号公報）等に提案されており、超臨界流体のもつ特異の性質により高速で反応が進行することが報告されている。特許文献２では、超臨界流体存在下かつ所定温度域にて固体エステラーゼ酵素を用いてポリエステル化又は重エステル交換反応を行なう方法が開示されている。
さらに、特許文献３（特開２００３−２６５１７５号公報）では、酵素と基質が共存する反応溶液中に、波長約０．３〜３００ｃｍ（周波数１〜１００ＧＨｚ）、好ましくは２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する方法が提案されている。これは、マイクロ波照射による誘電加熱により反応液中の分子にエネルギーが供給され、このエネルギーが基質等の分子の運動を活発にするため酵素反応が促進されると考えられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−３１２５９１号公報
【特許文献２】特開平８−２５６７８３号公報
【特許文献３】特開２００３−２６５１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、従来のタンパク質介在反応では反応場に超音波やマイクロ波等の外部エネルギーを与えたり、超臨界流体を反応の媒体とすることにより反応の加速化を図っていた。しかし、特許文献１では超音波照射によるキャビテーション効果から、酵素自体にも機械的、熱的外部エネルギーが与えられ、酵素が不安定化し、失活してしまう惧れがある。また特許文献３においてもマイクロ波照射による誘電加熱にて酵素を含む反応場に熱が与えられ、熱による酵素の失活及びマイクロ波自体による酵素の部分的分解等の悪影響がある。酵素に影響を与えないように超音波やマイクロ波を制御することは非常に困難であり、また制御することにより十分な反応促進効果が得られなくなる惧れもある。従って、これらの方法では産業分野で使用される多様なタンパク質に対して反応の安定的な制御は困難であった。
【０００７】
また、特許文献２に記載されるように超臨界流体存在下で酵素反応を行なう方法では、反応が非常に高速であるため、生成物が不要な状態まで反応する惧れがあり、反応制御が非常に難しい。さらに、高温高圧に耐える反応容器、高温高圧を生成するエネルギーが必要となり装置コスト、ランニングコストが嵩み経済的でない等の多くの問題があり、実用化は困難である。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、タンパク質の変性、失活等による反応効率の低下を防止し、目的とするタンパク質介在反応を短時間でかつ反応効率良く行なうことができるタンパク質介在反応促進方法及び反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応工程を備えたタンパク質介在反応の促進方法において、
前記反応工程の前に、前記溶媒に波長約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波を照射する前処理工程を設け、該前処理した溶媒に前記タンパク質を混合して反応を行なうことを特徴とする。
また、前記電磁波がマイクロ波であることが好適である。このとき、前記マイクロ波は、好適には周波数２．４５ＧＨｚ程度を用い、照射時間を３０秒〜３０分間とすると良い。
本発明では前記溶媒に水又は有機溶媒を用いることができる。また本発明におけるタンパク質は生体触媒機能を有する酵素であることが好ましい。
【０００９】
また、タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応工程を備えたタンパク質介在反応の促進方法において、
前記反応工程の前に、加熱、減圧、減圧加熱の何れかにより前記溶媒を沸騰処理する前処理工程を設け、該前処理した溶媒に前記タンパク質と基質を混合して反応を行なうことを特徴とする。
このとき、前記前処理工程にて、前記沸騰処理における加熱は、火炎加熱、蒸気加熱、伝熱体加熱のうち少なくとも一若しくはこれらの組み合わせにより行なうことが好ましい。
【００１０】
これらの発明によれば、前記溶媒に予め電磁波照射又は沸騰処理からなる前処理を施すことにより、前記溶媒が活性化され、タンパク質介在反応が促進されて反応効率の向上、反応時間の短縮化が可能となる。
前記前処理はタンパク質に直接作用しないため、タンパク質に機械・物理的エネルギー、熱的エネルギーが与えられることがなく、タンパク質の変性等による失活が回避できる。従って、タンパク質の触媒機能を十分に保持した状態で反応を行なうことができ、安定的に触媒反応を行なうことが可能となる。
【００１１】
前記前処理工程が電磁波照射の場合、短時間で前処理を行なうことが可能である。電磁波照射は、電磁波照射を開始後、数分間の僅かな時間にて溶媒が活性化されるため、処理時間の短縮化が図れる。前記前処理工程が沸騰処理の場合で、且つ火炎加熱、蒸気加熱、伝熱体加熱を行なう場合には簡単な装置構成で以って安全性の高い前処理を行なうことができる。前記火炎加熱の場合にはガス等の燃料を利用できるため取り扱い性が良好で、前記蒸気加熱の場合には工場等で発生する装置的に制御された蒸気を利用可能で、更に前記伝熱体加熱の場合は電気コンロ、蒸気配管熱等の装置的に制御された伝熱体を用いることで安全に処理を行なうことができる。
また、前記減圧、減圧加熱により沸騰処理を行う場合には、１００℃以下の状態で溶媒を沸騰させることができ、前処理工程以降の冷却が不要又は僅かの冷却エネルギーの消費に抑えることができる。
尚、前記前処理として、電磁波照射と沸騰処理を組み合わせて行っても良い。
【００１２】
また、本発明においては前記溶媒が水であることが好適である。
一般的に、通常の水は水素結合やファンデルワールス力等によりクラスター（１５〜３７個程度）を形成していると云われているが、本発明のように、溶媒に電磁波を照射したり、加熱や減圧又はこれらの組み合わせにて沸騰させることにより前記クラスターは励起振動して水の重合が切断され、部分分解すると考えられる。分解して水分子単独、若しくは数個程度の水分子が重合した微小なクラスターを含む水が得られると考えられるが、この水は浸透性が非常に良く、またこの水を溶媒とした反応系は活性化されるため、触媒反応が促進されることとなる。
従って、本発明によれば、前記溶媒のみを活性化することができ、安定的に触媒反応を促進することが可能となる。
【００１３】
このとき、前記前処理工程の後に、目的とする化学反応に適した温度になるように前記溶媒を温度調節する温度調節工程を設け、該温度調節した溶媒に前記タンパク質を混合することが好適である。これは、前記電磁波照射又は沸騰処理処理後に、目的とする反応に適した温度まで冷却または加熱するものである。
大部分のタンパク質は熱に弱く、タンパク質介在反応は常温付近の温度で反応させるものが多いため、前記温度調節では冷却を主とする。電磁波を溶媒に照射すると、溶媒の双極子を回転、衝突、振動、摩擦させながら溶媒内を伝播していき、これにより内部発熱を伴う誘導加熱により溶媒の温度が上昇してしまう。従って、電磁波を照射して温度が上昇した溶媒、又は沸騰処理により昇温した溶媒を、前記タンパク質が失活しない温度域まで冷却することにより、十分なタンパク質介在反応を達成することができる。
【００１４】
また、これらの発明を好適に実施する装置の発明として、
タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応槽を備えたタンパク質介在反応装置において、
前記溶媒に波長約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波を照射する前処理手段と、該電磁波を照射した溶媒に前記タンパク質を混合する手段とを備え、該混合して生成した反応溶液を前記反応槽にて反応させることを特徴とする。
【００１５】
また、タンパク質の存在下で溶媒中に含有する基質を化学反応させる反応槽を備えたタンパク質介在反応装置において、
前記溶媒を加熱、減圧、減圧加熱の何れかにより沸騰処理する前処理手段と、該沸騰処理した溶媒に前記タンパク質と基質を混合する手段とを備え、該混合して生成した反応溶液を前記反応槽にて反応させることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記前処理手段の後段に前記溶媒の温度調整をする温度調節手段を設け、目的とする反応に適した温度に温度調節した溶媒に前記タンパク質を混合することを特徴とする。
さらにまた、前記電磁波がマイクロ波であることを特徴とする。
また、前記タンパク質が酵素であることが好ましく、さらに前記溶媒が水であることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、前記溶媒、若しくは前記基質を含む溶媒に予め電磁波照射又は沸騰処理による前処理を施すことにより、前記溶媒が活性化され、タンパク質介在反応が促進されて反応効率の向上、反応時間の短縮化が可能となる。
本発明ではタンパク質自体に電磁波照射又は沸騰処理を行なわないため、直接タンパク質に機械・物理的、熱的エネルギーが与えられることがなく、タンパク質の変性等による失活が回避できる。従って、タンパク質の触媒機能を十分に保持した状態で反応を行なうことができ、安定的に反応を促進することが可能となる。
また、前記前処理後に前記溶媒の温度調節を行い、溶媒温度が上昇しても目的とする反応に適した温度域に冷却することにより、タンパク質の変性、失活を防止し、十分に酵素反応を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係るタンパク質介在反応の処理過程を示すフロー図、図２は本発明の一実施例における反応装置を示す概略構成図、図３は実施例１におけるセルラーゼ活性試験の結果を示すグラフ、図４乃至図６は実施例２乃至実施例４におけるアミラーゼ活性試験の結果を示すグラフである。
【００１９】
本実施例で用いることができるタンパク質は、単独でまたは協同的あるいは連鎖的に反応系に作用して高効率かつ高選択性で化学的過程を促進させる機能を有するものとする。特に前記タンパク質は酵素であることが好ましい。
前記タンパク質（酵素を含む）は反応系において、水または有機溶媒に溶解させたもの、または固体担体上に固定化させたものから何れを用いても良い。
本実施例にて、基質は前記タンパク質を触媒として反応する物質である。
また、前記基質を溶解する溶媒には、水または有機溶媒を用いることができる。
【００２０】
図１により本実施例における処理フローを説明する。
本実施例では、まず前記溶媒に前記電磁波を所定時間照射（Ｓ１）、又は、加熱、減圧、減圧加熱の何れかにより沸騰処理（Ｓ２）することにより前処理を行う。この前処理を行なうことにより、前記溶媒は活性化される。
前記電磁波は、波長が約１ｃｍ〜１００ｍ（周波数３ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ程度に対応）の電磁波で、好ましくは波長が約１ｃｍ〜１ｍ（周波数３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ程度に対応）のマイクロ波であり、さらに好適には周波数２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波である。照射時間は３０秒〜３０分間の範囲内から反応効率が最適となる照射時間を設定すると良い。
前記沸騰処理は、火炎加熱、蒸気加熱、伝熱体加熱若しくは減圧の何れか一、或いはこれらの組み合わせにより行なう。
【００２１】
そして、必要に応じて、前記前処理により温度が上昇した溶媒を、目的とする化学反応に適した温度でかつ使用するタンパク質が変性して失活しない温度域まで溶媒を冷却する（Ｓ３）。該冷却工程は設けない場合も考えられる。また、前記冷却工程は、前記溶媒の温度に応じて加温して前記温度域とする場合を含む温度調節工程としても良い。
さらに、電磁波照射若しくは沸騰処理からなる前処理により活性化した溶媒に前記タンパク質及び前記基質を混合し（Ｓ４）、目的とするタンパク質介在反応を行なう（Ｓ５）。
【００２２】
かかる処理フローのごとく、前記溶媒、若しくは前記基質を含有する溶媒に予め電磁波照射又は沸騰処理、或いはこれらの組み合わせにより前処理することにより、前記溶媒が活性化され、タンパク質介在反応が促進されて反応効率の向上、反応時間の短縮化が可能となる。
前記前処理はタンパク質自体には直接作用しないため、タンパク質に機械・物理的、熱的エネルギーが与えられることがなく、タンパク質の変性等による失活が回避できる。従って、タンパク質の触媒機能を十分に保持した状態で反応を行なうことができ、安定的に反応を促進することができる。
【００２３】
次に、本実施例の具体的な構成の一例を図２を参照して説明する。
図２に示されるように、本実施例に係るタンパク質介在反応装置は、筐体３と、電磁波照射又は沸騰処理を行う前処理装置と、溶媒５が収容され前記筐体３内に載置されて前処理が施される前処理槽４と、該前処理槽４からポンプ６等により導かれた溶媒５を収容し、温調器（冷却ファン８、温度コントローラー等）などの冷却・加温手段を備えた温調槽７と、該温調槽７から導かれた溶媒５に基質タンク１２及びタンパク質溶液タンク１３から基質及びタンパク質溶液を添加して混合し、タンパク質介在反応を行なう反応槽１０と、を備えた構成となっている。尚、図２における基質タンク１２及びタンパク質溶液タンク１３の溶媒に、溶媒５を利用することもできる。また、かかる装置では、前記温調槽７を具備しない構成とすることもできる。
【００２４】
前記前処理装置は、マイクロ波照射装置１、加熱器１５、或いは減圧装置の少なくとも何れか一を具備するものとする。
前記マイクロ波照射装置１は、マイクロ波発信器２により波長が約１ｃｍ〜１ｍのマイクロ波を発生させて筐体３内の溶媒５にマイクロ波を照射する。
前記マイクロ波照射装置１は、波長が約１ｃｍ〜１００ｍの電磁波（マイクロ波を含む）を照射する電磁波照射装置としても良い。前記温調槽７は、冷却、加温等の温度調整が可能な温度調節手段とすることもできる。また、前記反応槽１０に前記温度調節手段を設けてもよく、タンパク質溶液を混合する前に温度調節を行なったり、タンパク質溶液、基質を混合後に目的とする反応に適した温度条件に調節したりすることもできる。
前記前処理槽４で生成した溶媒５を前記反応槽１０へ移動する機構は、装置規模により形態が異なり、比較的小規模な装置では、前処理槽４から前記反応槽１０までを直接連結することも可能であり、管により連結して接続部分に設置した弁９にて導入流量を制御したり、また弁を設置して自然落下により移動させることもできる。また、比較的大規模な装置で、各槽の間に距離がある場合には、槽の間を移送するベルトコンベヤー等の移送手段を設けても良い。
【００２５】
前記加熱器１５は、沸騰を目的とした減圧装置、火炎等による加熱装置、蒸気を利用した加熱装置、伝導体を用いた加熱装置のうち少なくとも何れか一又はこれらの任意の組み合わせにより構成される。
前記減圧装置としては、溶媒５を入れる前処理槽４に真空ポンプ１７を備え、減圧環境が保たれるよう密閉状態が可能な構造となし、減圧弁１６により圧力の調整が可能となる。この減圧状態で同時に前記加熱器１５により加温することで、１００℃以下の状態で溶媒５を沸騰させることができ、以後の工程の冷却が不要、又は僅かな冷却エネルギーの消費に抑えることができる。
【００２６】
また、前記反応槽１０は、使用するタンパク質と基質に応じて、前記温度調節手段、振とう手段、撹拌手段１１、ｐＨ調整手段等を具備することが好ましく、適宜目的のタンパク質介在反応に適した条件を設定する。
本実施例におけるタンパク質介在反応装置によれば、迅速かつ簡便に目的とする反応を行なうことができ、タンパク質を失活させることなく安定的に反応を促進させることを可能とする。
【実施例１】
【００２７】
本実施例１では、図２に示される装置を利用して酵素反応を行い、セルラーゼ活性を測定する試験を行なった。かかる試験では前記溶媒５として水を用い、前記前処理槽４に収容した水に周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を３分間照射した後、前記冷却槽７にて常温（約２５℃）の水を調製した。
次に、前記マイクロ波を照射した水を反応槽１０に移送し、該反応槽１０内の水に酵素反応の基質となる水溶性セルロース（信越化学工業(株)製メトローズ）を溶解し、酵素反応に用いる基質として調製した。さらに、前記水を用いてセルラーゼ（合同酒精(株)製GODOTCD-H）を溶解し、反応溶液を調製した。
【００２８】
また、比較例１としてマイクロ波を照射しない脱イオン水（約２５℃）に、前記水溶性セルロースと前記セルラーゼを同じ濃度で溶解させた反応溶液を調製した。
これらの２つの水を溶媒に用いて、水溶性セルロースとセルラーゼを反応させ、セルラーゼによって水溶性セルロースから５５℃で３０分後に生成されるグルコース量を計測し、酵素活性を比較した。即ち、上記の比較により溶媒へのマイクロ波照射による酵素反応の促進の有無を評価、計測した。
その結果を図３に示す。図３に示すように、溶媒無処理の比較例１に比べ、マイクロ波を照射した実施例１の場合、セルラーゼ活性が２６％向上することが明らかとなった。即ち、酵素に用いる溶媒へのマイクロ波照射により酵素活性が向上し、酵素使用量の低減や反応時間の短縮などに寄与できることが実証された。
【実施例２】
【００２９】
本実施例２では、前記実施例１と同様に図２に示される装置を利用して酵素反応を行い、アミラーゼ活性を測定する試験を行なった。かかる試験では前記溶媒５として水を用い、前記前処理槽４に収容した水に周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を３分間照射した後、前記冷却槽７にて常温（約２５℃）の水を調製した。
次に、前記マイクロ波を照射した水を反応槽１０に移送し、該反応槽１０内の水に酵素反応の基質となるデンプン（和光純薬工業(株)製でんぷん、溶性）を溶解し、酵素反応に用いる基質として調整した。また、前記水を用いてアミラーゼ（和光純薬工業(株)製、αアミラーゼ）を溶解、反応溶液を調製した。
【００３０】
また、比較例２としてマイクロ波を照射しない水（約２５℃）に、前記水溶性デンプンと前記アミラーゼを同じ濃度で溶解させた反応溶液を調製した。
これらの２つの水を溶媒に用いて、前記デンプンと前記アミラーゼを反応させ、アミラーゼによって６５℃で８分後に分解されるデンプン量（デンプンの減少量）をヨウ素にて計測し、酵素活性を比較した。即ち、上記の比較により溶媒へのマイクロ波照射による酵素反応の促進の有無を評価、計測した。
その結果を図４に示す。図４に示すように、比較例２に比べ、マイクロ波照射した実施例２の場合、アミラーゼ活性が４３％向上することが明らかとなった。即ち、酵素反応に用いる溶媒へのマイクロ波照射により酵素活性が大幅に向上し、酵素使用量の低減や反応時間の短縮などに寄与できることが実証された。
【実施例３】
【００３１】
本実施例３では、前記実施例１と同様に図２に示される装置を利用して酵素反応を行い、アミラーゼ活性を測定する試験を行なった。かかる試験では前記溶媒５として水を用い、前記前処理槽４に収容した水を火炎により１分間沸騰させた後、前記冷却槽７にて冷却し、常温（約２５℃）の水を調製した。
次に、前記沸騰処理した水を反応槽１０に移送し、該反応槽１０内の水に酵素反応の基質となるデンプン（和光純薬工業(株)製でんぷん、溶性）を溶解し、酵素反応に用いる基質として調製した。また、前記水を用いてアミラーゼ（和光純薬工業(株)製、α−アミラーゼ）を溶解、反応溶液を調製した。
【００３２】
また、比較例３として沸騰処理をしない水（約２５℃）に、前記水溶性デンプンと前記アミラーゼを同じ濃度で溶解させた反応溶液を調製した。
これらの２つの水を溶媒に用いて、前記デンプンと前記アミラーゼを反応させ、アミラーゼによって６５℃で８分後に分解されるデンプン量（デンプンの減少量）をヨウ素にて計測し、酵素活性を比較した。即ち、上記の比較により溶媒への火炎を用いた沸騰処理による酵素反応の促進の有無を評価、計測した。
その結果を図５に示す。図５に示すように、火炎沸騰処理した実施例３の場合、アミラーゼ活性が５０％向上することが明らかとなった。即ち、酵素反応に用いる溶媒への沸騰処理により酵素活性が大幅に向上し、酵素使用量の低減や反応時間の短縮などに寄与できることが実証された。
【実施例４】
【００３３】
本実施例４では、前記実施例１と同様に図２に示される装置を利用して酵素反応を行い、アミラーゼ活性を測定する試験を行なった。かかる試験では前記溶媒５として水を用い、前記前処理槽４に収容した水を減圧下で６５℃により１分間沸騰させた後、前記冷却槽７にて冷却し、常温（約２５℃）の水を調製した。
次に、前記沸騰処理した水を反応槽１０に移送し、該反応槽１０内の水に酵素反応の基質となるデンプン（和光純薬工業(株)製でんぷん、溶性）を溶解し、酵素反応に用いる基質として調製した。また、前記水を用いてアミラーゼ（和光純薬工業(株)製、α−アミラーゼ）を溶解、反応溶液を調製した。 
【００３４】
また、比較例４として沸騰処理をしない水（約２５℃）に、前記水溶性デンプンと前記アミラーゼを同じ濃度で溶解させた反応溶液を調製した。
これらの２つの水を溶媒に用いて、前記デンプンと前記アミラーゼを反応させ、アミラーゼによって６５℃で８分後に分解されるデンプン量（デンプンの減少量）をヨウ素にて計測し、酵素活性を比較した。即ち、上記の比較により溶媒への火炎を用いた沸騰処理による酵素反応の促進の有無を評価、計測した。
その結果を図６に示す。図６に示すように、減圧下で加温沸騰処理した実施例４の場合、アミラーゼ活性が無処理比に対し２５％向上することが明らかとなった。即ち、酵素反応に用いる溶媒への沸騰処理により酵素活性が大幅に向上し、酵素使用量の低減や反応時間の短縮などに寄与できることが実証された。
また、減圧条件下で加温し、沸騰状態にした水を用いても同様の効果が得られた。即ち、減圧下での沸騰状態では、温度上昇が少なくてよく、酵素反応時の温度までの冷却が少ない等のエネルギーロスの低減や温度調整時間の短縮などの効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本実施例は、セルロース等のバイオマス資源の有用物変換、発酵、食器洗浄、洗濯、酵素利用空気清浄等、タンパク質が関わるバイオテクノロジー分野、農林水産業分野、製薬業、電気機器などにおけるアミラーゼをはじめとする各種タンパク質介在反応に関する多種多様な分野に適用できる。さらに、本実施例によって、反応促進の結果、タンパク質介在反応の時間短縮により、例えば食器洗い器等で見られるような高温度での加熱時間の短縮化が図れる等、使用目的によってはエネルギー消費の低減ができる等の副次的な効果を奏する。更に、空気中の湿度や加湿ミスト下での酵素利用空気清浄等、湿気程度の水存在下の酵素活性化等にも寄与するなど、様々な形態の水が寄与する酵素反応において、酵素反応の活性化に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係る酵素反応の処理過程を示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施例における反応装置を示す概略構成図である。
【図３】実施例１におけるセルラーゼ活性試験の結果を示すグラフである。
【図４】実施例２におけるアミラーゼ活性試験の結果を示すグラフである。
【図５】実施例３におけるアミラーゼ活性試験の結果を示すグラフである。
【図６】実施例４におけるアミラーゼ活性試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１      マイクロ波照射装置
４      前処理槽
５      溶媒
７      温調槽
８      温調器（温度コントローラー）
１０    反応槽
１１    撹拌手段
１２    基質タンク
１３    タンパク質溶液タンク
１５    加熱器
１６    減圧弁
１７    真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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