親水コロイドの塩析
北海道旭川東高等学校化学部
２年 荘司 吏温 辻 優悟朗 山口 敦也
古屋 芳恭 松本 拓樹

1. 概要

実験 2 陽イオンの塩析させる力の比較

電解質の塩析させる力を比較した。陰イオンは SO42ˉが圧0.2 g/mL デンプン水溶液または 0.1 g/mL ゼラチン水溶液

倒的に塩析させる力が強かった。陽イオンの塩析させる力は，

1 mL に，水と 3.5 Eq/L 電解質水溶液を溶液の体積が 7 mL

デンプンでは Al3+>Mg2+>Na+>NH4+と電荷密度の順に，ゼラになるように加え，混合後の電解質濃度を 3.0～1.0 Eq/L にチンでは Na+>Al3+≒NH4+>Mg2+の順になった。温度が高いした。その溶液を 35 ℃に保って 1 日放置した。電解質は，ほど塩析が起こりにくくなった。親水コロイド水溶液に電解Na2SO4，MgSO4，Al2(SO4)3，(NH4)2SO4 を用いた。

質を一気に加えてから撹拌すると，デンプンでは塩析しやす

実験 3 温度による塩析の様子の変化くなった。これは，電解質濃度が高い部分でデンプンが集合温度を常温，35 ℃，50 ℃で塩析させ，違いを比較した。

し，見かけの分子量が大きくなることで，分子間にはたらく

実験 4 電解質水溶液の加え方による塩析の違い

ファンデルワールス力が大きくなり，塩析が起こりやすくな

次の 2 つの方法の塩析の違いを比較した。

ったと考えられる。TLC と浸透圧測定を行ったところ，見か① スターラーで親水コロイド溶液を撹拌しながらビュレッけの分子量が大きくなっていることを示唆する結果が得ら

トで電解質水溶液を加える。

れた。

② メスピペットで電解質水溶液を一気に加え，その後試験管を振り混ぜ，均一にする。

2. はじめに塩析は，豆腐作りなど私たちの身近なところに利用されている。タンパク質の塩析については，イオンの塩析させる力

実験 5 電解質によるデンプンの分子量の変化Ⅰ 薄層クロマトグラフィー(TLC)による比較①展開溶媒の検討の強さの順が，ホフマイスター系列として示されているが，TLC を用いてデンプン水溶液を展開し，デンプンの展開にそのメカニズムは詳しく解明されていない 1)。また，デンプ最適な溶媒を探す。デンプンのスポットは，ヨウ素のメタノンを塩析させる研究はあまり行われていない。そこで，デンール溶液を入れた密閉容器中で呈色させ確認した。

プンとタンパク質の塩析の違いを比較し，塩析のメカニズム②TLC による展開を解明するために研究を行った。

0.001 g/mL デンプン溶液 3 mL に 3.5 Eq/L の Na2SO₄または MgSO4 水溶液を 4 mL 加え，混合後の電解質濃度を 2.0

3. 実験方法

Eq/L にした溶液とデンプン水溶液を TLC で展開し，Rf 値を実験 1 塩析がおこる電解質を調べる比較した。溶媒は水-メタノール(1：2)混合溶媒を用いた。

イオン当量濃度 3.5 Eq/L の電解質水溶液 6 mL を 0.2 g/mL

Ⅱ 浸透圧による見かけの分子量の測定

デンプン水溶液 1 mL に加え，混合後の電解質濃度を 3.0①～④の溶液を自作の浸透圧測定の装置(図 1)に入れて 1Eq/L にした。その後，常温で 1 日放置し，塩析の有無を確認日放置し，溶液柱の水面からの高さを測り，①～③のデンプした。塩析には電解質の電荷が関係するので，イオン当量濃ンの見かけの分子量を計算した。②は Na2SO4 の影響を排除度が等しい溶液で比較した。

するため，④の溶液柱の高さを引いた値を用いた。

イオン当量［Eq］＝物質量［mol］×電荷

① 0.2 g/mL デンプン水溶液 3 mL＋水 4 mL

表 2 ゼラチンの塩析② 0.2 g/mL デンプン水溶液 3 mL＋水 1 mL＋

イオン当量濃度(Eq/L)

3.5 Eq/L Na2SO4 水溶液 3 mL(混合後 1.5 Eq/L)③ ②を 1.5 Eq/L Na2SO4 水溶液に浸ける④ 1.5 Eq/L Na2SO4 水溶液 7 mL①，②，④は蒸留水に浸けた

電解質

3.0

2.5

2.0

1.51.0Na2SO4--◎◎

×MgSO4◎

◎・◯

×-

-

Al2(SO4)3-

◎

◎

×-

(NH4)2SO4-

◎

◎

×-

実験 3 温度による塩析の様子の変化
デンプン水溶液とゼラチン水溶液どちらも温度が高いほど塩析が起こりにくくなった。
実験 4 電解質の加え方による塩析の違い
デンプンの場合，①水溶液を撹拌しながら電解質を加えた

図 1 浸透圧測定用装置

方が塩析は起こりにくかった。ゼラチンの場合は，加え方に4. 結果よる結果に大きな違いは見られなかった。

実験 1 塩析が起こる電解質を調べる

実験 5 電解質によるデンプンの分子量の変化

塩析(白濁)がした電解質は Na2SO4，MgSO4，Al2(SO4) 3，(NH4)2SO4 だけであった。塩析しなかった電解質は，KSCN，Ⅰ 薄層クロマトグラフィー(TLC)による比較①展開溶媒の検討

KI，KBr，NaBr，CH3COONa，CH3COONH4，Na2S2O3，デンプンが展開した溶媒を混合し，実験した結果，水-メ

Al(NO3) 3，CuSO4，NiSO4，Fe2(SO4) 3，NaCl，MgCl2，AlCl3，タノール(1：2)混合溶媒がデンプンの展開に最も適している

Fe(NO3) 3 であった。と判断した。

実験 2 陽イオンの塩析させる力の比較②TLC による展開

結果は表 1・表 2 のようになった。塩析結果を図 2 のよう

Rf 値を表 3 に示す。図 3 に，デンプンのスポット (左側)に表すと，塩析させる力は強い順に，次のようになった。と MgSO4 を加えた溶液のスポット(右側)を示す。デンプンデンプン水溶液の場合 Al3+>Mg2+>Na+>NH4+のみと比べ，Na2SO4 を加えた場合は大きな違いは見られな

ゼラチン水溶液の場合

Na⁺>Al3+≒NH4+>Mg2+かったが，MgSO4 を加えると Rf 値が小さくなった。
表 3 TLC による比較
電解質なし

Na2SO4MgSO4

Rf 値

0.770.690.35◎:沈殿 ○:濃い白濁 △:薄い白濁 ×:なし

図 3 TLC の様子

図 2 塩析結果の表し方

Ⅱ 浸透圧による見かけの分子量の測定
ばらつきはあるが，電解質を加えると、表 4 のようにデン

表 1 デンプンの塩析

プンの見かけの分子量は大きくなった。

イオン当量濃度(Eq/L)

表 4 浸透圧による比較

電解質

3.02.52.01.5

1.0Na2SO4◎△××-

MgSO4◎◎△・×--Al2(SO4)3-◎◎・△△・×△(NH4)2SO4×××--

見かけの分子量(×10⁵)
電解質

浸す溶液

①なし

1 回目

2 回目

3 回目

4 回目

水1.6

1.6

2.38.7②Na2SO4

水274.7

6.4③Na2SO4Na2SO4

2.9

5.7

3.7

7.4

5. 考察実験 1 塩析がおこる電解質を調べる
SO42ˉは他の陰イオンに比べて，圧倒的に塩析させる力がⅠ 薄層クロマトグラフィー(TLC)による比較
MgSO4 水溶液を加えると Rf 値が小さくなったことから，デンプンの見かけの分子量が大きくなり，溶媒とともに上昇強いのは，ホフマイスター系列と一致する。塩析させる強しづらくなったと思われる。

さは明らかに，SO42ˉ≫Cl⁻であったのは，SO42ˉの水和熱はⅡ 浸透圧による見かけの分子量の測定

Cl⁻の 3 倍以上であるため，水分子との結合の強さが塩析さデータにばらつきがあり，正確な測定ができなかったためせる力に深く関係していると考えている。また，SO42ˉ と今後検証する必要があるが，Na2SO4 水溶液を加えると見かCl ˉ に比べ Na+，Mg2+，Al3+の塩析に与える影響は小さけの分子量が大きくなる傾向が見られた。

く，陰イオンは陽イオンよりも塩析に与える影響が大きい
ことがわかる。これは，水分子の強い電子対受容性のため，陰イオンがより強く水和する 2)ためだと思われる。
実験 2 陽イオンの塩析させる力の比較
デンプンでは塩析させる力の順は Al3+>Mg2+>Na+>NH4+6. まとめ
陽イオンのデンプンを塩析させる力はホフマイスター系
列と異なり，Al3+>Mg2+>Na+>NH4+と電荷密度の順になった。
温度が高いほど塩析は起こりにくくなった。デンプン溶液にとなり，ホフマイスター系列と逆の結果を示した。これ

電解質を一気に加えると塩析が起こりやすくなる。これは，は，イオンの電荷密度の順であり，電荷密度が大きいほど濃度が大きいところでデンプンが目に見えないレベルで集より大きい水和殻を形成するため，デンプンから水和水を合し，見かけの分子量が大きくなったからと思われる。

奪いやすいからだと考えられる。デンプンは荷電していないので，タンパク質とは異なる結果になったと思われる。

7. 後の展望ゼラチンでは Na+>Al3+≒NH4+>Mg2+の順となり，ホフマ

デンプンはタンパク質と違い，電荷を持たず，変性も起こ

イスター系列とは NH4+の位置が異なった。NH4+は、塩析らないため，塩析のメカニズムを調べるのに非常に良い研究させる最小濃度は Na+よりも大きかったが、塩析したとき対象であると考えている。デンプンの研究を深めて塩析のメは多量のゼラチンが沈殿しており、塩析力の評価方法の違カニズムを解明したい。

いもあるかもしれないと感じている。Na+や NH4+は価数が小さい分溶液中の粒子数が多いため，ゼラチンの荷電による静電的反発力の遮蔽になるため，塩析させる力が強いと8. 受賞に当たって今回は日本化学会北海道支部研究奨励賞を頂き，ありがと考えている。

うございました。塩析の評価の仕方など苦労した点もありま

実験 3 温度による塩析の様子の変化

したが，その努力が評価され大変嬉しく思います。これを励温度が高いと水分子の熱運動が激しくなり，親水コロイドみにさらに研究を進めていきたいと思います。

が集合しにくいため塩析が起こりづらいと考えられる。
実験 4 電解質の加え方による塩析の違い
電解質水溶液を一気に加え，その後撹拌すると，濃度が高9. 参考文献
1)タンパク質の凝集剤としての塩・有機溶媒・高分子，吉澤い部分で目に見えないレベルでデンプンが集合し，見かけの俊祐，生物工学，93，260-263 (2015)

分子量が大きくなることで塩析が起こりやすくなると考え，

2)イオンの水和，大瀧仁志，共立出版，33 (1995)

実験を行った。ゼラチンでは結果に違いが出なかった。ゼラチンは静電的反発力により凝集しにくいものと思われる。
実験 5 電解質によるデンプンの分子量の変化
実際に電解質により，デンプンが集合し，見かけの分子量が大きくなることを確認するためにこの実験を行った。