研究論文

遺伝子組換え技術による有用酵素の創製と繊維加工への応用に関する研究
山本周治＊１、北野道雄＊１、安田庄子＊２、松井淳子＊２、半谷朗＊３

Application of The Recombinant Fungal Enzyme to The Textile Industry
Shuji YAMAMOTO *1 , Michio KITANO *1 ,Shoko YASUDA *2 , Junko MATSUI *2
and Akira HANYA *3
Owari Textile Research Center, AITEC * 1 Food Research Center, AITEC * 2 * 3
羊毛キューティクルのみに働く酵素を生産する微生物を土壌からスクリーニングし、これらから培養調整した菌株から粗酵素を取り出し繊維への加工適正を評価した。その結果、この菌から採取できた酵素の中に防縮性能を向上させることができる酵素を発見できた。また今回遺伝子組換えによって得られた酵素
では活性が市販の酵素よりも低くても防縮性能が高く、強伸度の低下が少ないことがわかった。

１．はじめに作用させ、予備的に収縮および強伸度試験を行い、性能羊毛表面は堅いキューティクルに覆われこの鱗状の形を評価した。その後、物性試験で結果が良かった酵素をが縮絨性に寄与している。このキューティクルは羊毛をこうじ菌を用いて精製し、試料を 30cm×30cm にスケールフェルト化させ羊毛織編物を収縮させる大きな原因となアップして同様に試験を行った。またこの時、酵素の持っている。これを防止するために、多くは化学薬品を用つ性能の指標として活性値を測定し、それぞれの酵素のいて加工を行っているが環境面からもそれに変わる防縮活性値試料を作成することとした。

加工が求められてきた。我々は羊毛に対して防縮性、柔2.1 粗酵素による収縮試験

軟性等を付与する目的で市販酵素を用いて改質研究を行JIS Ｌ 1042 織物の収縮試験Ｇ法（電気洗濯機法）をってきた。しかし、市販酵素では羊毛の表面から内部に準用し試験した。二層式電気洗濯機を用い、水温 40℃でかけて酵素がアタックするために繊維全体の強度低下が洗濯用合成洗剤 20g を添加し、浴比が 1：30 になるよう問題となる。そこで酵素が選択的に表面キューティクルに負荷布を投入した。洗いはソフト洗いでネットを使用だけに作用すればその問題が解決できる。そこで愛知県した。洗濯時間は洗濯(５分)→脱水(30 秒)→すすぎ洗い

下の羊毛紡績工場、織布工場、染色廃水処理場、畑等６(２分) →脱水(30 秒) →すすぎ洗い(２分) →脱水(１２カ所から採取した土壌試料からスクリーニングし、そ分)を洗濯１回とした。収縮率を下記の計算で面積収縮率

こからキューティクルを特異的に分解する酵素を生産すとして求めた。

るカビを分離し、ケラチン分解用粗酵素を取り出した。
この内、不溶性ケラチン分解活性を示す粗酵素を羊毛繊維に作用させ電子顕微鏡観察を行い、その中でキューティクル表面やエッジに変化が見られた７種類の酵素につ

面積収縮率(％)＝

洗濯前の面積−洗濯後の面積×100
洗濯前の面積いて洗濯試験を行い、その面積収縮率から防縮性を評価した。また、粗酵素処理後の強伸度についても調べた。
さらにその粗酵素を精製するためにこうじ菌より遺伝子組換え精製酵素を生産させた。その精製酵素を用いて洗濯及び強伸度試験を行い物性を評価した。

2.2 粗酵素による強伸度試験
今回の新規酵素を探索する目的としては、強伸度の低下が少なく、市販酵素よりも強伸度が低下が少ないこと

２．実験方法が望ましいので、それを確認するために JIS Ｌ 1069 天

培養したカビから粗酵素を取り出し、羊毛繊維に作用然繊維の引張試験方法を準用し羊毛糸の強伸度を測定しさせ電子顕微鏡による表面観察を行った。その中で表面た。に変化があった粗酵素を６cm×６cm の羊毛添付白布に＊1 尾張繊維技術センター

加工技術室

*

2 食品工業技術センター

応用技術室

*

3 食品工業技術センター

発酵技術室

2.3 酵素の活性値測定
Blank

７種類の粗酵素で処理した試験布の中で、収縮試験でCont.

面積収縮率が小さかったもの及び強伸度の低下が比較的製し、２種類の酵素を作成した。それぞれ酵素の活性値をそろえて試験布を作成するため、アゾカゼインを基質とするプロテアーゼ測定法により各処理液の活性値を測

面積収縮率(％)

少なかった No.７の粗酵素をこうじ菌を用いてさらに精ＰＮ

201152310455060定した。

510 15 20 25 30 35 40

7

洗濯回数(回)図１ 粗酵素処理による収縮試験

2.4 精製酵素による収縮試験
精製したＢ、Ｃ２種類の酵素を粗酵素のときよりも拡

B:未処理

大した羊毛添付白布に作用させ粗酵素と同様の収縮試験

PN:市販酵素を行った。
2.5 精製酵素による強伸度試験
精製した２種類の酵素を粗酵素のときよりも引張間隔を伸ばし２／６０梳毛糸を用いて粗酵素と同様の強伸度30試験を行った。

強度伸度

2.6 高活性精製酵素による収縮試験
精製した２種類の酵素の内、収縮率試験のよかった酵
素Ｂをさらに精製高活性化した酵素Ｂ‑Ｓ処理試料の収縮率試験を行った。
2.7 精製酵素による強伸度試験

変化率(％)

20100-10PN1234567-20
図２ 強伸度変化率

高活性化した酵素Ｂ‑Ｓを用いて強伸度試験を行った。
2.8 精製酵素処理による羊毛繊維の電顕写真
電子顕微鏡を用いて精製酵素で処理した羊毛表面を観3.3 酵素の活性値測定
粗酵素による試験結果から、No.７の結果が優れていた察した。

３．結果及び考察

ため、これを分離精製した酵素を２種類作成し、活性値3.1 粗酵素による収縮試験をそろえて添付白布及び２／６０梳毛糸に作用させ、そ防縮性の評価方法として洗濯前と各洗濯後にマークした、の特性を評価することとした。プロテアーゼ測定法によたて、よこの長さを測って面積を計算し、洗濯後の面積り測定した市販酵素ＰＮ、精製酵素Ｂ、Ｃの各活性値をの変化を比較した。今回、洗濯(25 分)→脱水(2.5 分)→

表１に示す。今回の試験布を作成するに当たって表１のすすぎ洗い(10 分) → 脱水(2.5 分)→すすぎ洗い(10 分)

ように活性値をほぼ同じ値にそろえた。

→ 脱水(10 分)を１サイクルとし、これを５回洗濯とした。８サイクル 40 回の洗濯による収縮を測定した。結果

表１

酵素の活性値を図１示す。８サイクル 40 回洗濯した場合、未処理で酵素名

活性値

は、19％、市販酵素で処理したものは 10.4％収縮した。

ＰＮ

112,198

Ｂ81,874Ｃ

106,134

こ れ に 対 し 粗 酵 素 処 理 し た 試 料 布 の 収 縮 率 は 2.8 〜9.1％と防縮性が向上していた。中でも No.７が４０回洗濯後でも、面積収縮率が 2.8％で最も小さかった。
3.2 粗酵素による強伸度試験
今回の新規酵素を探索する目的としては、強伸度の低

3.4 精製酵素による収縮試験

下が少なく、市販酵素より強伸度の低下が少ないものが表２の条件で毛添付白布を処理し、粗酵素で処理した良い。未処理を基準にした強伸度の変化率で比較した。

同じ条件で試験した試験布をスケールアップして収縮試

その結果、図２のようになり強度は市販酵素の低下が最験を行った。この結果図３のように精製した酵素Ｂがコも高く、伸度は全て増大していた。粗酵素で処理した中ントロール処理や市販酵素で処理したものより面積収縮には No.１、５、７のように強伸度が増しているものが率が低く防縮性が優れていた。

あった。

表２
名前記

号

ｐＨ

温度
(℃)

試験布の処理条件

時間
(ｈ)

振とう回数
(r.p.m.)

備考

未処理

Blank

−−−−

ｺﾝﾄﾛｰﾙ処理

Con.

７３０

５１２０

緩衝液のみで処理

市販酵素(１)

ＰＮ

７５５５１２０

市販酵素ﾌﾟﾛﾃｱｰｾﾞ NG で処理

酵素Ｂ(１)

Ｂ

７３０５１２０

精製酵素で処理酵素Ｃ

Ｃ

７３０５１２０

精製酵素で処理酵素Ｂ(２)

Ｂ‑Ｓ

７３０５１２０

酵素Ｂ(１)を高活性化した酵素で処理

市販酵素(２)

ＰＮ‑５７５５５１２０

市販酵素(１)の 10 倍添加処理−BlankCon.
PNB
C25155-50

5 10 15 20 25 30 35 40
洗濯回数(回)面積収縮率(％)

面積収縮率(％)（注）酵素Ｂ、Ｃ、Ｂ‑Ｓの添加量：市販酵素(ＰＮ)５％o.w.f.と同活性値相当量を添加。

Blank
Con.
PN
BC
PN-５B-S25155-5

図３ 精製酵素処理による収縮試験

05 10 15 20 25 30 35 40
洗濯回数(回)図５ 精製酵素処理による収縮試験

3.5 精製酵素による強伸度試験

3.7 高活性精製酵素による強伸度試験

強伸度を変化率で見た場合、図４のように強度は酵素

高活性化した酵素Ｂ‑Ｓは図６のように防縮性能が向Ｃの低下が少なく市販酵素と酵素Ｂでほぼ同程度の減少上しても酵素Ｂと比較して強伸度ともに変化はほとんどであった。またコントロール処理と比較すると強度は酵なかった。それに比べ添加量を増加して処理した試験布素処理したものは減少していた。伸度は、コントロール（ＰＮ‑５）は強伸度ともに低下した。またコントロール

処理の変化が大きく次に酵素Ｂであった。

処理と比較すると強度はわずかに低下したが、伸度はほぼ同じであった。

強度伸度

6040200-20Con.

PN

B

C

変化率(％)

変化率(％)

80

図４ 強伸度変化率

強度
伸度Con. ＰＮ

BC

ＰＮ- B-S５

図６ 強伸度変化率

3.6 高活性精製酵素による収縮試験
前回の試験で活性をそろえて試験を行った酵素の中80
60
40200-20-403.8 精製酵素処理による羊毛繊維の電顕写真

でコントロール処理、市販酵素及び酵素Ｃで処理したも酵素Ｂ‑Ｓで処理した羊毛繊維の表面を 2000 倍に拡大のより酵素Ｂの防縮性が優れていたため、酵素Ｂをさらして電子顕微鏡によって観察した。その結果、未処理試に高活性化させ培養した。この酵素Ｂ‑Ｓ（活性値料（写真１）に比べて酵素Ｂ‑Ｓで処理した試験布（写103,100u）及び比較のため通常の 10 倍添加した市販酵素真２）はキューティクルが剥がれていることが確認できＰＮ‑５（活性値 354,722u）で試験した。その結果、図た。

５のように酵素Ｂ‑Ｓは、酵素Ｂより優れた防縮性を示し、酵素ＰＮ‑５で処理したものと同等の防縮性を示した。

４．まとめ
遺伝子組換えによる新規繊維加工用生産菌の創製と、新規繊維加工酵素により処理した繊維素材の特性を評価した。高いケラチン分解活性を示した粗酵素をこうじ菌で組換え精製した酵素を羊毛繊維に作用させて、収縮及び強伸度の試験を行った。この結果、土壌より採取した菌の生産する酵素の中から防縮性を向上させることができる酵素を発見できた。また、今回開発した酵素は活性が市販酵素より低くても防縮性が高く、強伸度の低下が
写真１

未処理少ないことが分かった。

文献１）山本、北野；テキスタイル＆ファッション，18，3(2002)
２）茶谷ら；生研機構・地域先端研究原稿
３）茶谷ら；日本生物工学会講演要旨集(2002)

写真２

酵素処理