(57)【要約】【課題】  本発明は、無機砒素を無毒化するための安全且つ高効率の方法を提供することにある。【解決手段】  本発明の無毒化方法は、食物連鎖系を用いて砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種を前記食物連鎖系で生成する無害な化合物とすることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
食物連鎖系を用いて砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種を前記食物連鎖系で生成する無害な物質とする無毒化方法。
【請求項２】
食物連鎖系が、植物性プランクトン−動物性プランクトンである請求項1記載の方法。
【請求項３】
食物連鎖系が、動物性プランクトンの後、更に貝類からなる請求項2記載の方法。
【請求項４】
前記植物性プランクトンがマイクロアルジェである請求項2又は3項に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロアルジェがクロレラである請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記動物性プランクトンがアルテミア、又はワムシである請求項2〜5項のいずれか１項に記載する方法。
【請求項７】
食物連鎖系が、生物、及び/又はジメチル化砒素化合物若しくはカコジル酸を含む溶液を貝類に与えることである請求項1記載の方法。
【請求項８】
前記貝類が養殖可能な貝類である請求項2又は7項に記載の方法。
【請求項９】
前記貝類が牡蠣である請求項8記載の方法。
【請求項１０】
メチル化促進因子の存在下で処理する請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
前記メチル化促進因子がグルタチオン、S−アデノシルメチオニン、又はスルフォラファンであることを特徴とする請求項10記載の方法。
【請求項１２】
自然界に存在する海洋生物が含有する濃度以下に無機砒素を低減し、且つ無害な有機砒素に変換することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食物連鎖系を用いた砒素等の無毒化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砒素は、土壌汚染対策法の特定有害物質に指定されており、実際に吸着剤を用いた浄化方法等が実施されている。
【０００３】
砒素の中でも無機砒素は毒性が高いが、メチル化が進むにつれて毒性が減少していくことが一般的に知られている。表１に種々のメチル化段階における砒素のLD50値（実験動物の50％が死亡する薬物用量による経口毒性）を示す。表１より、トリメチル化砒素であるアルセノコリン、トリメチルアルシンオキシド、アルセノベタインの毒性は非常に低いことが判る。特に海洋生物に多く含まれるトリメチル化砒素であるアルセノベタインのLD50値は10000であり、砂糖よりも無毒な物質であるとともに、一度生成したアルセノベタインは安定な物質であって脱メチル化の逆反応や分解が起こりにくく、通常の環境下では長期間に安定であり、一部の特殊な微生物による分解反応や非常に高温な化学反応によらなければ有害な非メチル化砒素へ戻ることはない。
【０００４】
【表１】
2007021340.tif 000002
【０００５】
なお、図１に哺乳類における砒素のメチル化経路を、図２にアルセノベタインの構造を、それぞれ示す。
【０００６】
上記知見を鑑みて、無機砒素を無毒化する方法として人工的な化学反応でメチル化させる方法が理論的には可能である。
【０００７】
他方、食物連鎖を用いた砒素の処理方法として、クロレラ−ミジンコ−グッピーからなる３段階のモデル食物連鎖の系を利用した無機砒素のメチル化法が研究されている（前田滋  化学工学会年会要旨集  １９９３年  １２〜１３ページ）。この文献の中において、最終的に砒素が蓄積されるグッピーの体内で全砒素の８２．４％をメチル化砒素（ジメチル化砒素とトリメチル化砒素）に変換できたが、依然として毒性の高い無機砒素が１７．６％残留しているとの結果が示されている。この方法によれば、グッピーの個体を利用して、砒素を蓄積、保管することは可能である。
【０００８】
また、そのほか、クロレラ−ヌマエビ−メダカからなる食物連鎖系の検討も行なわれている(黒岩貴芳ら Biomed Res Trace Elements 9(3),1998, p167-168)。
【非特許文献１】前田滋  化学工学会年会要旨集  １９９３年  １２〜１３ページ
【非特許文献２】黒岩貴芳、高津章子、内海昭 Biomed Res Trace Elements 9(3),1998, p167-168
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、人工的な化学反応による処理は、中間生成物の管理等を含めて実用的には実現は困難である。またかかる方法は非常に危険で複雑なプロセスを経る必要があり、安全性に問題がある。
【００１０】
また、従来の砒素処理については以下のような問題があり、効率的な砒素処理技術の早期開発が望まれている。
【００１１】
1. 砒素は、土壌汚染対策法の特定有害物質に指定されており、実際に吸着剤を用いた浄化方法等が実施されているが、吸着後の無機砒素は依然毒性が高く保管も困難なことから、無機砒素の安全な処理方法および保管方法が必要とされている。
2. 現在水系で規制対象になっているものはフィルターで砒素吸着処理しているが、処理量が不足しており、マテリアルバランスからみれば処理として不十分であり、保管の安全対策も必須であり、そのような技術の開発が急務である。
3. 銅精錬を中心とした非鉄精錬では副産物として亜ヒ酸が生じる。従来はこの分は硝子清澄剤として処理されていたが、今後はこのような処理を行なうことはできない。
4. 鉱山の跡地からでてくる湧き水も同様である。このような湧き水については規制対象になっていないが、水中に含まれるヒ素については、解決策がないのが現状である。
5. また砒素を含む化合物の半導体結晶を使用する半導体産業においても、無機砒素の暴露が問題となっており、無機砒素の処理方法の早急な開発が急務である。
【００１２】
以上のように塩化鉄、水酸化セリウムやキレート剤等で環境中から無機砒素を回収することは可能であるが、これまでは回収した無機砒素を安全に無毒化する手段に乏しかった。従って、鉱山などの埋め戻しや処分場に堆積させる、もしくはコンクリートで砒素汚染部分を囲ってしまう等の処理が一般的であった。よって、埋め立て地等の広いスペースが必要となるという問題や、有毒な無機砒素が再流出するという問題など、限られたスペースに効率よく濃縮化した砒素を、安全な状態で蓄積・保管する方法においても問題があった。
【００１３】
また、上述したクロレラ−ミジンコ−グッピーからなる3段階の方法によれば、未だ毒性の高い無機砒素が多く残留しておりメチル化が不十分である。また魚類はその体に水分を多量に含み、乾燥が困難であり、保管に適しないことという問題もあった。
【００１４】
また、クロレラ−ヌマエビ−メダカからなる食物連鎖系においては、砒素の生物濃縮は起こらず、無機砒素が２０％残留していると報告されており、無機砒素の効率的無害化が望まれている。また、最終生物体には無害化砒素濃縮部を特に工業的に効率よく分離する方法が望まれている。さらに最終生物体には何らかの要因で工業的に無機砒素が紛れ込んだ場合でも、その最終生物体に明確に無機砒素をメチル化する能力のあるものが望まれている。
【００１５】
よって、安全かつ高効率に無機砒素を無毒化する方法、更には無毒化した砒素をできるだけ濃縮化した状態で蓄積・保管する方法を新たに開発することが望まれているのが現状である。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、安全に、高い効率で無機砒素を無毒化するための新たな方法を提供することである。更に本発明の目的は、無毒化した砒素をできるだけ濃縮化した状態で蓄積・保管する方法を提供することにより、ひいては工業化に適した砒素処理システムを作ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成すべく、砒素の回収から貯蔵までを含め、効率的な砒素の無害化について鋭意研究した結果、本発明の砒素の無毒化方法を完成するに至った。
【００１８】
すなわち、本発明の無毒化方法は、食物連鎖系を用いて砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種を前記食物連鎖系で生成する無害な物質とすることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、食物連鎖系が、植物性プランクトン−動物性プランクトンであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、食物連鎖系が、動物性プランクトンの後、更に貝類からなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記植物性プランクトンがマイクロアルジェであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記マイクロアルジェがクロレラであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記動物性プランクトンがアルテミア、ワムシであることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、食物連鎖系が、生物、及び/又はジメチル化砒素化合物若しくはカコジル酸を含む溶液を貝類に与えることであることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記貝類が養殖可能な貝類であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記貝類が牡蠣であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、メチル化促進因子の存在下で処理することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、前記メチル化促進因子がグルタチオン、S−アデノシルメチオニン、又はスルフォラファンであることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の無毒化方法の好ましい実施態様において、自然界に存在する海洋生物が含有する濃度以下に無機砒素を低減し、且つ無害な有機砒素に変換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の方法は化学反応によるメチル化に比べて安全性が高いという利点を有するという有利な効果を奏する。また本発明の方法によれば、既に知られているグッピーの食物連鎖系を用いた方法に比べて、より高い効率で砒素の無毒化・メチル化すること、および残留する無機砒素をより少なくすることができるという有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の無毒化方法は、食物連鎖系を用いて砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種を前記食物連鎖系で生成する無害な物質とする。食物連鎖系を用いてというのは、広く、生物中の各種酵素などを利用して砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種からなる無機物を、無毒な有機物へと変換することを意味する。
【００３２】
本発明において、食物連鎖系としては、工業化、実用化という観点から、例えば、植物プランクトン−動物プランクトンを挙げることができる。「植物プランクトン−動物プランクトンからなる食物連鎖系」とは、砒素を植物プランクトンに取り込ませ、砒素を取り込んだその植物プランクトンを動物プランクトンに摂取せしめるという食物連鎖系を意味するものである。
【００３３】
植物性プランクトンとしては、特に限定されるものではないが、クロレラなどのマイクロアルジェ、海藻類及び海苔などを挙げることができる。
【００３４】
無機砒素を回収してメチル化するという効果を達成できる限り、他の植物プランクトンを使用することも可能である。下記の実施例において使用しているクロレラは一般に市販されており工業化に適しているので、本発明においてクロレラを使用することは特に好適な態様である。しかし、本発明で使用する植物性プランクトンは、溶液中に含まれる無機砒素を短時間で溶液から吸収する効果を有するものであれば、クロレラ以外のものであってもよい。なおこの第一段階で用いられる生物は必ずしも植物プランクトンに限定されるものではなく、次の第二段階の生物の摂食対象となって無機砒素を回収できる限り、他の生物を用いることも可能である。食物連鎖系において、クロレラ（Chlorella regularis、緑藻類クロレラ目）は、主として、海水からの無機砒素の回収およびメチル化の役割を担っている。
【００３５】
動物性プランクトンとしては、特に限定されないが、例えば、アルテミア、ワムシ、コペポーダ、ヤムシなどを挙げることができる。無機砒素をメチル化して無毒化するという効果を達成できる限り、他の動物プランクトンを使用することも可能である。すなわち、本発明で使用する動物性プランクトンは、その前段階の生物中に含有する無機砒素量を増大させることなくメチル化を促進するものであればよい。本発明において、下記の実施例において使用しているアルテミアを使用することは特に好適な態様である。アルテミアは全長0.5〜1.0mmの海洋性の動物プランクトンであり、シーモンキーとしても知られている。アルテミアは栽培漁業において孵化したばかりの魚・甲殻類に与えられる餌として使用されている。なおこの第二段階で用いられる生物は必ずしも動物プランクトンに限定されるものではない。クロレラなどの植物性プランクトンを食するアルテミア（Artemia salina、甲殻類ホウネンエビ目）は、主として、砒素の更なるメチル化を促進する役割を担っている。
【００３６】
本発明において、好適には、工業化、実用化という観点から、植物プランクトン−動物プランクトンの後、更に貝類を適用してもよい。貝類によれば、ジメチルの砒素等化合物を始発としても、トリメチル化砒素(アルセノベタイン)を主とする無害化砒素として蓄積させることが可能である。
【００３７】
この場合、工業化、実用化という観点から、前記貝類が養殖可能な貝類であることが好ましい。貝類としては、メチル化能力を有し、高次のメチル化砒素のみを有するという観点から、好ましくは、牡蠣である。なお、養殖可能なとは、食用などの用途のために一般的に養殖されている種々の貝類を広く包含するものである。無毒化された砒素を回収するという効果を達成できる限り、他の貝類を使用することも可能である。本発明で使用する食物連鎖の最終生物は砒素化合物等を濃縮でき、安定して蓄積、保管できるものであればよい。食物連鎖の最後に貝類を用いることには、貝類の肉と殻を分離できるという利点がある。よって回収と処理が容易である貝類を食物連鎖系の最終過程に用いた砒素処理システムを採用することにより、工業的により効率が高い砒素の完全閉鎖処理系を作製することが可能となる。貝類は、砒素を取り込んだアルテミアなどの動物性プランクトンを食することにより、無毒化されたメチル化砒素を貝類の体内に蓄積・濃縮する役割と、更にはメチル化砒素を取り込んだ個体を海水から回収する作業を容易化にする役割を担っている。
【００３８】
無毒化方法の好ましい実施態様において、食物連鎖系が、生物、及び/又はジメチル化砒素化合物若しくはカコジル酸を含む溶液を貝類に与えることである。
これは、牡蠣などの貝類には、貝類自身がメチル化能力を有していることからである。すなわち、貝類は、海水中に存在する物質を何でも取り込むので、海水中にカコジル酸、ジメチル化合物などが存在していても、貝類に取り込まれれば、これらを容易にトリメチル化合物、すなわち、無毒の物質に変換することが可能だからである。これにより、単に無毒化された砒素などを蓄積させるのみならず、より高次のメチル化へ、変換させることができる。プランクトンなどに比べ、牡蠣などの貝類は、食物連鎖系において上位の生物に位置するので、その摂取量も多く、より多量の無毒化を達成することができる。
【００３９】
また、本発明の好ましい態様において、メチル化促進因子の存在下で処理することができる。メチル化促進因子としては、砒素等のメチル化を促進させることができれば、特に限定されるものではないが、グルタチオン、還元型グルタチオン（GSH）、ベタイン、S−アデノシルメチオニン、スルフォラファンを挙げることができる。
【００４０】
また、還元型グルタチオン（GSH）など砒素のメチル化促進因子の存在下で食物連鎖系を適用することにより、トリメチル化砒素の蓄積および濃縮化を更に促進することができる。よってメチル化促進因子を含む環境下で貝類などを飼育することにより、本発明においてより高い効果を達成することが可能となる。砒素のアルセノベタインへの変換において砒素を還元する能力やメチル基転移反応などが律速となっている可能性が考えられるが、これらの物質を添加することによりアルセノベタインへの変換を促進することができると考えられる。よってGSHなどのメチル化促進因子を使用することにより、さらに濃縮化した状態でトリメチル化砒素を貝類などに蓄積・保管することが可能な、工業的砒素処理システムが実現できる。
【００４１】
また、好ましい態様において、自然界に存在する海洋生物が含有する濃度以下に無機砒素を低減し、且つ無害な有機砒素に変換する。ここで、「自然界に存在する海洋物が含有する濃度以下」とは、砒素などによる汚染が無い環境下において、海洋物が天然に含有する無機砒素の濃度以下であることを意味するものである。すなわち本発明の方法によれば、食物連鎖系において、無機砒素の濃度を天然の海洋物の濃度以下に低減し、同時により安定で、かつ無害な有機砒素へと変換することが可能である。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例を説明するが、下記の実施例は本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００４３】
実施例１
クロレラ、アルテミア及び牡蠣の砒素取り込み試験及び砒素含有量の測定は以下のように行った。
【００４４】
(1)クロレラの砒素取り込み試験
培養装置（5L培養槽）を用いて、クロレラ（Chlorella regularis、日本クロレラ社製）500gを培養する（1mLあたりの細胞数5.4×10９個）ことにより、亜ヒ酸ナトリウムをクロレラの細胞内に取り込ませた。培養期間は3日間とし、1 ppm  亜ヒ酸ナトリウム（三価の無機砒素）を含む培地1 L中で太陽光下、25℃、1 L/分で通気しながら培養を実施した。培養後クロレラ菌体を遠心分離で集菌した。
【００４５】
(2)アルテミアの砒素取り込み試験
亜ヒ酸ナトリウムを取り込ませたクロレラ1gを餌として海洋性プランクトン・アルテミア（Artemia salina、テトラ社製）1gを飼育した。アルテミアの飼育期間は1日間とし、ガラス容器内で、25℃の人工海水（ハイペット社製）2 L中で飼育した。飼育後、アルテミアを遠心分離して回収した。
【００４６】
（3）牡蠣の砒素取り込み試験
30cm×30cm×50 cmの硝子水槽に海砂を敷き詰め、人工海水を20L添加し、飼育し通気を実施した。給餌は三日に一度拾餌を実施し、4週間中に計4回アルテミアを給餌した。
【００４７】
（4）砒素含有量の測定
試験終了後、生体内の無機砒素、有機砒素の分析を測定した。無機砒素、有機砒素の測定には形態別砒素分析システム（島津製作所製、原子吸光分光光度計AA−6800、前処理装置ASA−2sp）を用い実施した。なお本実験では砒素合有量を湿重量で測定した。結果を表２に示す。上記結果より牡蠣のみ即ち肉部に無害化砒素が濃縮していることが確認された。
【表２】
2007021340.tif 000003
【００４８】
実施例２
ジメチル化砒素のみ（アルセノシュガーと推定される）を含む代表例として、実際栽培漁業に使用されているアルテミアを入手し、このアルテミアを入手し、実際上記実施例1と同様な手法で砒素含有量を測定した。その結果湿重量当たりアルテミアには砒素化合物としてジメチル化砒素（ジメチルアルシンオキシド）のみ検出された。その含有量は0.397ppmμｇ砒素／湿重量当たりであった。
【００４９】
これを上記と同様に牡蠣に取り込み試験を1週間の取り込み試験を実施した。また一部のサンプルには海水中に10mMグルタチオンを添加して取り込み試験を実施した。
【００５０】
また牡蠣に砒素のメチル化能を確認するために人工海水中に亜ヒ酸ナトリウムを1ppm添加し、餌を給餌せずに砒素の取り込み試験を1週間及び2週間実施した。
【００５１】
これらの結果を表2に示す。牡蠣のみの部分ではジメチルの砒素化合物を始発にしても、トリメチル化砒素（アルセノベタイン）を主にする無害化砒素を蓄積することが可能である。また無機砒素を加えた系でも確かに牡蠣のみに含まれる無機砒素の含有量が1週間から2週間で減じているので砒素のメチル化能力が確認された。
【表３】
2007021340.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明により、貝類を中心とする食物連鎖系を用いた新たな砒素の処理方法が与えられた。特に貝類はみの部分と殻の部分との分離が容易であり、工業的に砒素の無毒化。メチル化を行うことにより、従来よりも高い効率で分離が可能である。更には牡蠣等のそれ自身にメチル化能がある生物をつかうことにより一番危険な無機砒素の残存量を低減しながら、メチル化が可能となる方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、哺乳類の砒素のメチル化経路を示す図である。
【図２】図２は、アルセノベタインの構造を示す図である。
【図１】
2007021340.tif 000005
【図２】
2007021340.tif 000006