研究論文

合成繊維用バイオポリッシング酵素の開発
茶谷悦司＊１、北本則行＊２、森川豊＊３

Application of the Fungal Enzymes to Synthetic Fiber
Etsushi CHAYA, Noriyuki KITAMOTO and Yutaka MORIKAWA
Owari Textile Research Center, AITEC * 1 Food Research Center, AITEC * 2 * 3
本研究ではエネルギー消費が少なく、排水負荷も少ないと考えられるかびの酵素を利用した環境調和型
ポ リ エ ス テ ル（ PET）繊 維 改 質 加 工 技 術 の 確 立 に 取 り 組 ん だ 。ラ ッ カ ー ゼ な ど の 酸 化 還 元 酵 素 と リ パ ー ゼ な
ど の エ ス テ ル 分 解 酵 素 が PET 繊 維 の 分 解 及 び 改 質 に 有 効 で あ る こ と 、さ ら に 両 酵 素 を 併 用 す る こ と に よ り 、単独処理では得られなかった著しい表面変化が生じることを見出した。それと同時に、繊維に吸水・拡散性の向上といった優れた特性が付与されることを確認した。

１．はじめに繊維改質加工条件の検討、加工処理した PET 繊維の特性

現在、PET 繊維は合成繊維における生産量のシェアが評価を行った。

２．実験方法

約 70％あり、天然繊維を含めた世界の繊維需要において2.1 バイオポリッシング酵素生産菌のスクリーニングも約 35％を占める重要な繊維である｡と呼ばれている繊維は、テレ繊維工場、廃水処理場、公園、畑などの土壌試料を採フタル酸とエチレングリコールからなるポリエチレンテ取し、各種選択培地を用いてリパーゼ、ラッカーゼ生産レフタレート(PET)である。PET 繊維は、結晶化度と配向菌を分離した。分離菌株の生産する酵素の PET 構成ユニ性の高さに基づく繊維構造の緻密さのため風合いが硬く、ットであるエチレングリコールジベンゾエート分解活性染色も困難である。また吸湿性、吸水性に乏しく、帯電の評価などを行い、菌株の絞り込みを行った。

一般にポリエステル

次に、候補菌株の生産する酵素で PET 繊維を加工処しやすいという欠点もある。
これらの欠点を補い衣料用繊維素材として適用するために、様々な PET 繊維改質加工が行われている。一理し、走査型電子顕微鏡による繊維外観の観察、帯電特性及び吸水性の評価を行い、最終候補を決定した。

般にこれらの加工は、アルカリ剤、界面活性剤、合成樹酵素処理した PET 布の特性変化の評価で良好であった

脂などを用い、高温下で行われるため、エネルギー消費

菌株の染色体 DNA から、Borneman らの方法 ５）により 18Sが大きく、使用済みの加工剤や分解生成物を含有した加リボソーム DNA の部分領域を PCR 増幅し、塩基配列を決工廃水が大量に発生することにより排水負荷を高める原定した。決定した塩基配列を DNA データベースと比較し因となっている。このため、温和な加工条件で処理がでた。また生理的形態的同定を㈱NCIMB Japan に依頼した。

き、排水負荷も少ない PET 繊維改質加工技術の開発が望2.2 組換え酵素の諸性質の検討
ラ ッ カ ー ゼ 遺 伝 子 高 発 現 ベ ク タ ー pTALC100 でまれている。
そこで、本研究ではエネルギー消費が少なく、排水負Aspergillus oryzae を形質転換することにより得た高荷も少ないと考えられるかびの酵素を利用した環境調和生産株 MY001 を米ぬか培地（米ぬか 3.0%、ポリペプトン型 PET 繊維改質加工技術の確立に取り組んだ。まず PET

1.0%、KH2PO4 0.1%、NaNO3 1.0%、KCl

繊維改質加工用酵素として有用と考えられるラッカーゼ

CuSO4１）

養上清を，Q‑SepharoseFF を用いて精製し，諸性質を調とリパーゼ２−４）に着目し、その生産菌のスクリーニングを行い、選択した菌株の生産する酵素の PET 繊維に0.2%,MgSO4 0.05%，

0.0025%）中で 30℃，７日間培養して得られた培べた。

対する有効性を確認した。そして有用たんぱく質の大量リパーゼ D 遺伝子高発現ベクターpTAFLipD210 で A.

生産システムを利用して生産した組換えラッカーゼとリoryzae を形質転換することにより得た高生産株 FLD011

パーゼを用いたバイオポリッシング加工技術を確立するをスターチペプトン（SP）培地（可溶性デンプン２%、ポため、組換えラッカーゼ、リパーゼの諸性質の検討、PET

リペプトン１%，KH2PO4 0.5%，NaNO3 0.1%，MgSO4 0.05%）＊＊

1 尾張繊維技術センター
3 食品工業技術センター

加工技術室
発酵技術室

＊

2 食品工業技術センター

応用技術室

中 で 30℃ 、 100 時間 培 養 して 得 られ た 培養 上 清 を 、Fusarium solani 5112 株（リパーゼ生産菌）と同定されQ‑SepharoseFF を用いて精製し、諸性質を調べた。

た（図１）。

2.3 PET 繊維の組換え酵素加工条件
20 × 20cm （ 約10g ） のPET

布 を ５ mM

ラッカーゼ生産菌

リパーゼ生産菌

４０種
４０種

７２種
７２種

８２株
８２株

４３株
４３株

PET構成ユニットの分解能
PET構成ユニットの分解能の評価の評価

１１株
１１株

１６株
１６株

PET繊維改質加工能の評価
PET繊維改質加工能の評価

４株
４株

５株
５株

Paraphaeoshaeria sp.
KL112株

Fusarium solani
5112株の1‑Hydroxybenzotriazole を添加した組換えリパーゼ、ラッ カ ー ゼ 混 合 溶 液 （ リ パ ー ゼ 0.5U/ml ， ラ ッ カ ー ゼ

土壌サンプル採取
土壌サンプル採取
候補菌株の分離（ﾌﾟﾚｰﾄｱｯｾｲ）
候補菌株の分離（ﾌﾟﾚｰﾄｱｯｾｲ）

50U/ml）200ml 中で、緩やかに振とうしつつ 40℃、５時間反応させた。反応終了後、温浴中で数回洗浄した後90℃、10 分間の加熱により酵素を失活させ、蒸留水で十分に洗浄し、乾燥させた。
2.4 PET 繊維のアルカリ処理、界面活性剤系吸水処理加併用処理効果の評価
併用処理効果の評価

工条件
アルカリ処理は次の方法で行った。5%の水酸化ナトリウム溶液に試験布を投入し、100℃、30 分処理した後水

図１

バイオポリッシング酵素生産菌のスクリーニング洗した。十分水洗を行った後、1%酢酸溶液に浸漬することにより中和処理を行った。洗浄液が中性になるまで蒸留水で十分に洗浄し乾燥させた。

3.2 組換え酵素の諸性質と PET 繊維改質加工条件の検討
選択した菌株からラッカーゼ、リパーゼ遺伝子をクロ

吸水加工処理は次の方法で行った。吸水加工剤（メイーニングして、遺伝子構造を解析し、組換え麹菌を用いカフィニッシュ SRM‑65：明成化学工業株式会社製）５％た有用たんぱく質の大量生産システムを利用して組換え溶液に試験布を浸漬し、ピックアップ率 100%になるようラッカーゼとリパーゼを生産した。この組換え酵素の諸に絞った。100℃で３分間予備乾燥した後、180℃で 30性質を評価した結果を表 1 に示す。

秒熱セットした。温浴中で十分に洗浄を行い、固着しなかった加工剤を洗い流した。その後蒸留水で十分水洗し、表１乾燥させた。

組換え酵素の諸性質

組換えラッカーゼ 組換えリパーゼ

2.5 各種加工処理された PET 繊維の特性評価方法
各種加工処理した PET 布の表面観察は、イオンスパッ

至適pH

6.0

6.0〜9.0

タリング装置 JFC‑1100E（日本電子㈱製）により白金コ

至適温度

55℃

35℃

熱安定性

50℃

35℃

pH安定性

6.0〜9.0

4.0〜11.0

ーティングした後、走査型電子顕微鏡 JSM‑820（日本電子㈱製）を用いて加速電圧 10kV で行った。
吸水特性は、JIS L 1907 の滴下法とバイレック法で評価した。速乾性は、プラスチックプレート上に１ml の蒸留水を置き、約 10×10cm の PET 布をその上にのせ、時間の経過とともに水分が蒸発し重量が減少してゆくのを測PET 繊維の吸水性変化、電子顕微鏡による外観変化観定することにより水分保持率を算出した。測定は 30℃の察、酵素の諸性質の測定結果、残存活性の測定などを指恒温室で行った。

標として、反応温度、反応時間、酵素量などの最適反応処理した PET 糸の強伸度評価は、引張試験機（AG‑500A，条件を決定した。

島津製作所製）を用いて標準状態（温度 20℃，相対湿度

ラッカーゼの反応温度と時間については、40℃では５65%）で破断強度と伸度を測定した。チャック間距離は時間、50℃では２時間ほどが適当であった。反応後の残50mm、引張速度は 50mm/min で行った。

存活性を測定したところ、40℃の場合は５〜６時間で、３．実験結果及び考察
3.1 バイオポリッシング酵素生産菌スクリーニング
県内各所で採取した土壌試料からバイオポリッシング酵素生産菌を分離した。

50℃の場合は約２〜３時間でほとんど活性がなくなった。
作用時の pH は pH5.0〜6.0 が適当であった。酵素量については PET 繊維１ｇに対して 500U 以上反応させることにより吸水性が顕著に改良されることがわかった（図２）。

最良の結果を示した菌株は、18S リボソーム DNA の部

組換えリパーゼはラッカーゼよりも処理効果の温度

分領域の塩基配列解析と生理的形態的同定により、依存性が小さかった。酵素の安定性などを考慮して反Paraphaeoshaeria sp. KL112 株（ラッカーゼ生産菌）、応は 40℃以下で行うことが適当であった。また酵素量に次に、リパーゼとラッカーゼを同時に PET 繊維に作用させる一浴処理の反応条件について検討を行った。反応

反応温度：４０℃

温度は酵素の安定性等を考慮して 40℃とした。最適 pH

2500

吸水速度（Ｓ）

2000

1500

100u

は pH5.0〜7.0 であった。pH7.0 以上になると吸水性の改250u質効果が極端に低下した。吸水性改質に大きなウエイト500uを占めるラッカーゼがこの条件では作用しないことが原

1000u因と考えられる。ラッカーゼとリパーゼを一浴で処理す2500u

る方法は、それぞれの酵素を二浴で別々に処理する方法

1000よりも PET 繊維の吸水性改質効果は若干劣るものの、実500用上問題のないレベルまで吸水性能を改良できることがわかった。
02

図２46時間（Ｈｒ）

8103.3 組換え酵素で処理した PET 繊維の特性評価

組換えラッカーゼの反応条件の検討

従来から PET 繊維の吸水性付与加工に使用されている界面活性剤系市販吸水加工剤との性能比較を行うことについては PET 繊維１ｇに対して 10U 以上で顕著に吸水性より、バイオポリッシング酵素の吸水性付与加工剤としが改良されることがわかった（図３）。これらの結果をての適用可能性を検討した。また、標準的なアルカリ処

表２にまとめた。

理との性能比較も行った。
バイレック法と滴下法で種々の加工を施した PET 布の吸水性を評価した結果を図４に示す。バイオポリッシン

反応温度：４０℃

グ酵素処理した PET 布は、界面活性剤系吸水加工を施し吸水速度（S）

4000

2U6U10U
20U

30002000

たものと同等の吸水・拡散性を示した。一方、アルカリ処理を行った PET 布は拡散性に劣っていた。

バイレック法

滴下法
1300

201000150
図３24時間（Hr)

吸水速度(秒）06

組換えリパーゼの反応条件の検討

0.5

アルカリ加工

図４

反応pH
酵素量*

吸水加工

未加工

0.40
バイオポリッ
シング加工

アルカリ加工吸水加工

未加工

各種加工処理を施した PET 布の吸水性組換え酵素の作用条件

組換えラッカーゼ 組換えリパーゼ
反応温度と時間

4.25

バイオポ
リッシン
グ加工

表２1040〜50℃、5〜2時間

ング加工を施した PET 布はすばやく水を拡散させ、水の40℃、5時間（40℃、5時間**）
5.0〜6.0500U

速乾性を評価した結果を図５に示す。バイオポリッシ

7.0〜8.0

蒸発を促し、乾燥を速めることがわかった。一方、吸水・拡散性に劣るアルカリ加工を施した PET 布は、乾燥性が悪かった。バイオポリッシング加工により吸水性が改良（5.0〜7.0**）

された理由は、バイオポリッシング酵素処理により PET

10U

繊維表面に微小なクラックが発生し（図６）、毛細管現象により水滴の拡散性が良くなったためと考えられる。

＊酵素量：PET繊維1ｇに作用させる酵素量＊＊カッコ内の数字は併用処理する場合の条件

PET と羊毛混紡生地についても同様に試験したところ、バイオポリッシング加工によって生地に吸水性が付与できることがわかった。

４.結び
本研究では、ラッカーゼなどの酸化還元酵素とリパーゼなどのエステル分解酵素が PET 繊維の分解及び改質に100
水分保持率（％）

有効であること、さらに両酵素を併用することにより、従来の単独処理では得られなかった著しい表面変化が生80じることが見出された。それと同時に、繊維に吸水・拡60

散性の向上といった優れた特性が付与されることを確認
バイオポリッシン
グ加工
アルカリ加工40した。
リパーゼ、ラッカーゼを用いたバイオポリッシング加吸水加工

20工で、PET100％の織編物のみでなく基質特異性という酵未加工素の特長を生かして羊毛と PET 混紡織編物の吸水性、拡00

図５204060

時間(分)各種加工処理を施した PET 布の速乾性散性、速乾性を改良できることがわかった。これは従来のアルカリ処理で成し得なかったものである。また、スポーツウェア、ポロシャツ用生地などにこの加工を適用することにより、実工程で使用実績のある界面活性剤系吸水加工剤と遜色ない性能を示すことがわかった。

未加工
図６

バイオポリッシング加工

酵素で処理された PET 繊維の外観変化

処理後の繊維強度変化の測定結果より、バイオポリッ
シング加工によって極端な強伸度低下は起こらないことが確認でき、酵素反応が表面のみにとどまっていることが示唆された。PET と羊毛混紡生地についても同様に試験したところ、バイオポリッシング加工によって繊維強度は低下しなかった。
これらのことからバイオポリッシング酵素は、吸水性付与加工剤として適用可能であることが判明した。

文献
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