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技術 可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法

出願人 新井幸三茨城県株式会社エコロジーサポート
発明者 篠塚雅子新井幸三
出願日 2008年6月16日 (12年0ヶ月経過) 出願番号 2008-156122
公開日 2009年12月24日 (10年6ヶ月経過) 公開番号 2009-298737
状態 特許登録済
技術分野 ペプチド又は蛋白質 天然高分子誘導体、膠、ゼラチン
主要キーワード 臭素酸ソーダ スライド硝子 非アルカリ性 不溶残渣 非アルカリ タンパク質フィルム 高分子イオン 形状変換
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年12月24日)のものです。
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図面 (3)

課題

廃鶏ブロイラー処理の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白に容易に変換できるようにすること。

解決手段

布団中綿用の羽毛を中性洗剤洗浄後、水洗いして乾燥させた。この羽毛1gを300mlのフラスコ投入し、これに水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、30℃で48時間攪拌振とうした後、その溶液の温度を30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。この溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した。次いで、それらの溶液から不溶物濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物回収した。沈殿物は酢酸酸性ペースト状にして冷暗所に保存した。なお、可溶化処理による分子量低下は起こっていない。

概要

背景

廃鶏ブロイラー処理により生じる羽毛は、細かく裁断して肥料として利用されるものもあるが、大部分は焼却処分されている。また近年、大量の羽毛布団廃棄されているが、これらも殆どが焼却処分に付されている。元来、羽毛は天然資源であり、廃棄羽毛を有効利用する立場から羽毛繊維を可溶化する試みがなされてきている。これらの試みには、例えば、特許文献1、2及び3の例がある。

特許文献1は、架橋構造を有するケラチン蛋白質繊維を液体中で還元処理した後、不溶物を除き、更に還元剤を除去して可溶性ケラチンを得るに際し、カチオン界面活性剤を、還元処理時又は不溶物を除いた後に加えることによる可溶性ケラチンの製造方法である。

特許文献2は、少なくとも以下の記載の(A)から(C)の製造行程よりなる羽毛ケラチン加水分解物又はその塩の製造方法であり、
(A)還元剤を含むあるいは含まない非アルカリ性水溶液に羽毛を浸漬し、それを0.2〜0.32MPaに加圧しながら121〜136℃の高温にすることで、羽毛を軟化させる工程。
(B)(A)工程により得られた羽毛含有非アルカリ水溶液のpHを、塩基を添加してアルカリに調整した後、プロテアーゼを添加して加水分解反応させることにより、軟化させた羽毛を部分的に消化させる工程。
(C)(B)行程により得られた部分的に消化された羽毛を、(I)親水性置換基化学修飾する工程、及び/または(II)尿素アルコール多価アルコールから選ばれる1種以上を含有する水溶液に高分子のまま可溶化せしめる溶解工程。

特許文献3は、鳥類の羽毛を、(1)アルカリ処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体、および/または(2)上記(1)の処理に引き続く紫外線照射処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体の水溶液を存在させることによる水不溶性物質の可溶化またはミクロ乳化分散方法である。

特開平8−92295号公報
特開2005−120286号公報
特開2004−337746号公報

概要

廃鶏やブロイラー処理の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白に容易に変換できるようにすること。布団中綿用の羽毛を中性洗剤洗浄後、水洗いして乾燥させた。この羽毛1gを300mlのフラスコ投入し、これに水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、30℃で48時間攪拌振とうした後、その溶液の温度を30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。この溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物回収した。沈殿物は酢酸酸性ペースト状にして冷暗所に保存した。なお、可溶化処理による分子量低下は起こっていない。

目的

本発明は、廃鶏やブロイラー処理、或いは羽毛布団の廃棄の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する低コストで高收率の製造方法を提供することを解決の課題とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

鳥類羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第1工程と、第1工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第2工程と、による可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項2

前記第1工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウムナトリウムアンモニウム又はカリウム水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとした請求項1の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項3

前記第2工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとした請求項1又は2の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項4

前記第1工程の攪拌振とうを、前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととした請求項1、2又は3の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項5

前記第2工程の酸化剤として、過酸化水素臭素酸ソーダ又は空気を用いた請求項1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項6

前記第2工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとした請求項1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項7

前記第2工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとした請求項1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項8

前記第2工程で得られた溶液から不溶物濾過して取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質を回収することによる請求項1、2、3、4、5、6又は7の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

請求項9

前記第2工程で得られた溶液をpH7〜8に調整した後、溶液を濾過して不溶物を取り除き、その後、該溶液を分画分子量1000〜5000のゲルカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することによる請求項1、2、3、4、5、6又は7の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、廃鶏ブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に関する。

背景技術

0002

廃鶏やブロイラー処理により生じる羽毛は、細かく裁断して肥料として利用されるものもあるが、大部分は焼却処分されている。また近年、大量の羽毛布団廃棄されているが、これらも殆どが焼却処分に付されている。元来、羽毛は天然資源であり、廃棄羽毛を有効利用する立場から羽毛繊維を可溶化する試みがなされてきている。これらの試みには、例えば、特許文献1、2及び3の例がある。

0003

特許文献1は、架橋構造を有するケラチン蛋白質繊維を液体中で還元処理した後、不溶物を除き、更に還元剤を除去して可溶性ケラチンを得るに際し、カチオン界面活性剤を、還元処理時又は不溶物を除いた後に加えることによる可溶性ケラチンの製造方法である。

0004

特許文献2は、少なくとも以下の記載の(A)から(C)の製造行程よりなる羽毛ケラチン加水分解物又はその塩の製造方法であり、
(A)還元剤を含むあるいは含まない非アルカリ性水溶液に羽毛を浸漬し、それを0.2〜0.32MPaに加圧しながら121〜136℃の高温にすることで、羽毛を軟化させる工程。
(B)(A)工程により得られた羽毛含有非アルカリ水溶液のpHを、塩基を添加してアルカリに調整した後、プロテアーゼを添加して加水分解反応させることにより、軟化させた羽毛を部分的に消化させる工程。
(C)(B)行程により得られた部分的に消化された羽毛を、(I)親水性置換基化学修飾する工程、及び/または(II)尿素アルコール多価アルコールから選ばれる1種以上を含有する水溶液に高分子のまま可溶化せしめる溶解工程。

0005

特許文献3は、鳥類の羽毛を、(1)アルカリ処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体、および/または(2)上記(1)の処理に引き続く紫外線照射処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体の水溶液を存在させることによる水不溶性物質の可溶化またはミクロ乳化分散方法である。

0006

特開平8−92295号公報
特開2005−120286号公報
特開2004−337746号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、廃鶏やブロイラー処理、或いは羽毛布団の廃棄の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する低コストで高收率の製造方法を提供することを解決の課題とするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の1は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第1工程と、第1工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第2工程とによる可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法である。

0009

本発明の2は、本発明の1の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第1工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウムナトリウムアンモニウム又はカリウム水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとしたものである。

0010

本発明の3は、本発明の1又は2の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第2工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとしたものである。

0011

本発明の4は、本発明の1、2又は3の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第1工程の攪拌振とうを前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととしたものである。

0012

本発明の5は、本発明の1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法に於いて、前記第2工程の酸化剤として、過酸化水素臭素酸ソーダ又は空気を用いたものである。

0013

本発明の6は、本発明の1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第2工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとしたものである。

0014

本発明の7は、本発明の1、2、3又は4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第2工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとしたものである。

0015

本発明の8は、本発明の1、2、3、4、5、6又は7の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第2工程で得られた溶液から不溶物を取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白を沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質回収することとしたものである。

0016

本発明の9は、本発明の1、2、3、4、5、6又は7の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第2工程で得られた溶液をpH7〜8に調整し、この調整に前後して該溶液を濾過して不溶物を取り除いた後、該溶液を分画分子量1000〜5000のカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することにより羽毛ケラチン蛋白質を回収することとしたものである。

発明の効果

0017

本発明1の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白に変換し、これを有効利用することができる。

0018

羽毛のケラチン繊維は、その蛋白分子間あるいは分子内に多量のジスルフィド(-SS-)結合が存在し架橋密度の高い巨大網目構造を形成しており、その可溶化は困難である。このようなジスルフィド結合還元によって切断し、これをスルフヒドリル基に変換してケラチン鎖の架橋を無くし、高分子の溶解条件を満たしたように見えても、実際には容易に溶解しない。スルフヒドリル基のpK値は9程度でペプチド鎖加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖は水に溶解しない。また、スルフヒドリル基を含むタンパク質は、反応性が高く空気中で速やかに酸化され、不溶化してしまう。本発明の1の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、このような問題を簡単な方法により解決し、高收率で安定な可溶性羽毛ケラチン蛋白質を得ることが可能となったものである。

0019

本発明の2の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記チオグリコール酸溶液のpHを適切に調整することができる。

0020

本発明の3の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記酸化剤の投入に先だつ溶液のpHの調整を容易に行うことができる。

0021

本発明の4の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、その反応を良好に進行させることができる。

0022

本発明の5の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、前記酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることにより、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を簡易にかつ良好に生じさせることができるが、三種のうちケラチンの溶解を阻害する他の一種の反応を抑制することができる。

0023

本発明の6又は7の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記各酸化剤を、前記のように、放置時間の内の前半の一定時間の間に徐々に添加し、あるいはその全時間に渡って継続的に添加することとしたことにより、一層良好に、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を効率良く生じさせ、溶解を阻害する他の一種の反応を効果的に抑制することができる。

0024

本発明の8及び9の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、溶液中から可溶性羽毛ケラチン蛋白質を良好に回収することができる。

発明を実施するための最良の形態

0025

本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸溶液を加えて攪拌振とうする第1工程と、第1工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第2工程とによって構成したものである。

0026

対象となる羽毛は、既述のように、鳥類のそれであり、廃鶏やブロイラー処理によって生じる羽毛を特に予定しているが、それに限定されるわけではない。

0027

このような原料となる鳥類の羽毛は、予め中性洗剤洗浄して汚れを除去し、更に水洗して中性洗剤を除去した上で、風乾し、1〜5mmに細断したものである。

0028

羽毛に以上の処理を施した後に、前記第1工程を開始する。
まず該羽毛を水に浸漬する。この水は重量比で該羽毛の20〜200倍とするのが適当である。他方、チオグリコール酸溶液をアルカリ性に調整し、これを上記水の中に添加する。このチオグリコール酸溶液濃度は、0.05〜5mol/l程度となるように、チオグリコール酸の溶解量を定めておくのが適当である。またこのチオグリコール酸溶液はpH9.0〜13に調整しておくのが好ましいが、そのために種々の塩基を自由に採用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、アンモニウム、又はカリウムの水酸化物を採用することができる。このように羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸を添加してこれを攪拌振とうする。この攪拌振とうは、この溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うのが適当である。

0029

この第1工程で、前記羽毛を構成するケラチン蛋白質分子のシスチン残基は、以下のように、チオグリコール酸によって還元される。まず、化1に示すように、シスチン残基のジスルフィド基は、前記アルカリ性かつ温度条件の下でチオグリコール酸によって還元され、該ジスルフィド基の一部がスルフヒドリル基に変換し、システイン残基を生成する。また同時に混合ジスルフィド基であるカルボキシメチルアラニルスルフィド残基(CMAD)を生成する。

0030

また、こうして生成したカルボキシメチルアラニルスルフィド残基は、化2に示すように、更にチオグリコール酸によって還元され、そのジスルフィド基の一部が、同様に、スルフヒドリル基に変換してシステイン残基を生成し、同時にジチオジグリコール酸(DTDG)を生成する。

0031

羽毛を溶解させるためには、ジスルフィド結合をほぼ完全に切断することが必要である。即ち、羽毛ケラチン蛋白質の殆ど全てのシスチン残基をシステイン残基に変換することが必要である。前記化2の平衡がほぼ完全に右側に偏ればシスチン残基のジスルフィド結合はチオグリコール酸による還元によって切断され、スルフヒドリル基に変換され、システイン残基を生じる。こうしてケラチン蛋白質分子鎖の架橋がなくなると、高分子のケラチン蛋白質分子鎖の溶解条件が満たされることになるが、スルフヒドリル基のpK値は9程度(アミノ酸システインとしてのpK値は8.35)であり、ペプチド鎖の加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖を水に溶解させることはできない。

0032

そこで、酸化反応を利用し、前記カルボキシメチルアラニルスルフィド残基(混合ジスルフィド基)を多量ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができれば、カルボキシル基:-COOH(pK値=3〜4)を中性付近で陰イオン化(-COO-)し、ケラチン蛋白鎖を溶解させるに十分な高分子イオンを形成させることができることになる。

0033

ここで、第2工程では、以上の第1工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置し、可溶性羽毛ケラチン蛋白質を生成させる。

0034

前記溶液のpH5〜8.0への調整は種々の酸を用いて自由に行うことが可能である。例えば、酢酸を用い、これを添加することによって前記pHに調整する。更にこの溶液は、前記のように、酸化剤を加えながら、かつ20℃前後に保持しながら、所定時間放置する。

0035

前記酸化剤としては、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることができる。また酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用いる場合は、該酸化剤を前記放置する全時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとするのが適当である。この場合の酸化剤の溶液濃度は、1/102〜1/10mol/lとするのが適当である。更に又酸化剤として空気を用いる場合は、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとするのが適当である。このとき、同時に、前記のように、当該の溶液を20℃前後に保持しておくべきである。このように、20℃前後に保持しながら、かつ酸化剤を添加しながら放置する所定時間は3〜10時間程度とするのが適当である。これによって可溶性羽毛ケラチンを生成させることができる。

0036

第2工程で、以上のようにして酸化剤を添加すると、以下の化3、化4及び化5の反応が同時に生じる。しかし、化3は高分子鎖であるケラチン蛋白質分子鎖に結合したスルフヒドリル基同士の酸化によるジスルフィド結合の生成反応であり、立体化学的にもこのような鎖間距離が膨潤離間した鎖間に形成されるジスルフィド結合の生成反応速度は、化4のケラチン高分子鎖−低分子(チオグリコール酸)の反応速度及び化5のジチオジグリコール酸(DTDG)を生成する低分子同士の反応速度に比較して充分に小さい。従って、結果として化4及び化5の反応が優先的に生じ、系に残存するシステイン残基のスルフヒドリル基の大部分はカルボキシメチルアラニルジスルフィド残基及びジチオジグリコール酸(DTDG)に変換される。なお、化5は、以上の羽毛ケラチン蛋白の反応とは無関係な、低分子であるチオグリコール酸同士の反応であり、以上の三つの酸化反応の内、化5が最も反応速度が大きく、速やかにジチオジグリコール酸を生成する。

0037

0038

ここで、化5の反応は化2と共役しているため、過剰のR-S-S-Rの生成により化6(化2の逆反応)の反応が生じる。即ち、化2の平衡が左に偏り、更に化1の平衡も左に偏るため、K-S-S-Kの結合が再生されることになる。換言すれば、化5によるジチオジグリコール酸(DTDG)の生成は溶解を抑制する方向に作用することになる。そこで、この問題を解決するためには、化1及び化2の平衡移動反応速度を遅くすることによって、ラジカル機構で進む化4及び化5の反応の方をイオン反応で進む化1及び化2より相対的に速くすることができれば、化2及び化1の反応は実質的に無視できることになる。そこで、中性或いはやや酸性側で酸化反応を生じさせることでラジカル反応を効率良く起こし、一方、平衡移動反応を遅くするためには、系のpHを7程度にして、R-S-イオンの濃度をできるだけ減少させることにより求核攻撃で進むSH/SS交換反応平衡反応)を抑制することにした。このようにして、化4の反応を利用してCMAD残基を分子鎖に導入することにより水に可溶性の羽毛ケラチン蛋白質を簡単に合成することができる。

0039

0040

以上のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質は、以上の溶液から次のようにして回収する。

0041

まず、以上の溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液を酢酸又は塩酸でpH3〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質を沈澱させる。沈殿した羽毛ケラチン蛋白質は遠心分離により溶液から分離することができる。なお溶液からの不溶物の除去は濾過等によって行うことができる。該蛋白質の保存は酢酸酸性のペースト状態にして、冷暗所で行うことができる。

0042

また前記のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液をpH8に調整し、該溶液をゲルろ過により精製した。即ち、分画分子量1000〜5000のゲル充填したカラムに通して、脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥することによって固体状態で羽毛ケラチン蛋白質を得ることができる。該蛋白質の保存は冷暗所で行うことができる。

0043

本発明に於いては、以上のように、羽毛ケラチン蛋白質を水に溶解可能にするには、化2に示すように、過剰のチオグリコール酸で羽毛ケラチン蛋白質を還元し、次に化4、化5、化6に示すように系を酸化し溶液中の残余のスルフヒドリル基を混合ジスルフィド基(カルボキシメチルアラニルジスルフィド基)に変換させる。こうして十分な量の混合ジスルフィド基を高分子量の羽毛ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができることになるものである。

0044

以上のように、本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換し、これを有効利用することができる。

0045

布団中綿用の羽毛(ホワイトグース100%)を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させた。この羽毛を1gずつ4本の300mlのフラスコに投入し、その内3本には、それぞれ水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、残りの1本には水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.5mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、その内のNa-TGA濃度0.5mol/l濃度を加えた1本については、30℃で48時間の攪拌・振とうを行い、他の3本の内の2本については、いずれも30℃で、ただし一方は48時間、他方は120時間の攪拌・振とうを行い、残りの1本については、50℃で1/3時間の攪拌・振とうを行い、その後、いずれの溶液の温度も30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlをそれぞれ4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した(従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l)。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質を沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物を回収した。沈殿物重量及び不溶残渣重量Wresは真空乾燥してから測定を行った。沈殿法による沈殿物重量測定では、沈殿物の回収過程実験誤差入り信頼性に欠けたので、不溶残渣重量から次の数1により、残渣収率Yres(%)を求めた。

0046

0047

次の表1に還元反応条件と残渣収率を示す。

0048

0049

以上の表1のデータから理解できるように、この実施例1によれば、TGA濃度0.2mol/l以上、温度30℃以上、48時間以上の反応時間で行った可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率は95%以上に達する。50℃、1/3時間の還元反応でも84%が得られた。

0050

布団中綿用の羽毛(ホワイトグース100%)を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの10本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH9.0、10.0、10.5、10.75、11.0、11.25、11.5、12.0、12.5、13.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlをそれぞれ上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した(従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l)。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各々濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量1000〜5000のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。その凍結乾燥重量Wsolを測定した。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を凍結乾燥収率Ysolとして次の数2のように定義して求めた。

0051

0052

表2にチオグリコール酸ナトリウム(Na-TGA)還元系のpH変化と凍結乾燥収率Ysolとの関係を示す。

0053

0054

表2のデータから実施例2によれば還元系のpH11以上では殆ど完全に羽毛ケラチンから可溶性ケラチン蛋白質を取り出すことができることが分かる。

0055

布団中綿用の羽毛(ホワイトグース100%)を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ6本の50mlのフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.50mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlを各フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した(従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l)。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量1000〜5000のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量Wsol及び不溶残渣重量Wresを測定した。後者の重量は真空乾燥してから測定を行った。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を、凍結乾燥収率Ysol及び残渣収率Yresを、それぞれ次の数3、数4のように定義して求めた。

0056

0057

表3にチオグリコール酸(Na-TGA)濃度変化と凍結乾燥収率及び残渣収率との関係を示す。

0058

0059

実施例3によれば、表3のデータから理解されるように、チオグリコール酸濃度により凍結乾燥收率及び残渣乾燥收率は大きく変化しており、チオグリコール酸濃度が可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率に決定的な影響をもつことが見出された。表3のデータから、チオグリコール酸濃度は0.20mol/l濃度のときに最も良い結果が得られ、また凍結乾燥収率及び残渣収率の両者は実験誤差内で一致することも分かった。

0060

布団中綿用の羽毛(ホワイトグース100%)を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの5本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.20mol/l濃度のチオグリコール酸溶液を5、6、8、10及び20ml(浴比として、各々25、30、40、50及び100倍)を各々上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した(従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l)。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから溶液を分画分子量1000〜5000のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量、Wsolを測定した。浴比の変化と収率との結果を表4に示す。

0061

0062

実施例4によれば、表4のデータから分かるように、浴比50倍のとき収率は最大値を示す。羽毛中のジスルフィド(-SS-)結合含量に対して過大量のチオグリコール酸(TGA)の存在は、前記化6の反応の抑制が十分に機能せず、前記化2及び化1の反応が起こるためである。

0063

還元系のpHを変化させて得られた可溶性羽毛ケラチンタンパク質のSDS-PAGEによる電気泳動法を用いて分子量についてのキャラクタリゼイションを行った。試料として、実施例2に於ける表2中pH10.0及び10.5の条件(還元: 0.2mol/l Na-TGA10mL(浴比50倍), 30℃, 48h;酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.)で得られた、それぞれ凍結乾燥収率が71.5 及び88.0 %のSDS電気泳動パターンを未処理羽毛のそれと共に図1に示す。何れの試料の分子量も約12600を示し、未処理羽毛(オリジナル)のタンパク質と同様に単分散状態のタンパク質であり、可溶化処理による分子量低下は起こらないことが分かった。

0064

可溶性羽毛ケラチンタンパク質フィルムの作製を行った。試料として、実施例1に於ける残渣収率99%(還元: Na-TGA(浴比50倍), pH11.0;酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.)の可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いた。可溶性羽毛ケラチンタンパク質及びジメチルスルフォキシドをそれぞれ3重量%と還元剤としてトリス-3-ヒドロキシプロピルフォスフィン0.1重量%を含む水溶液1.5mLを顕微鏡用スライド硝子(76×26mm)上に流延し、60℃、15分電気乾燥器中で加熱後、さらに100℃で、15分間加熱を継続した。冷却後スライド硝子全体を0.1重量%の臭素酸ナトリウム水溶液に浸漬し、酸化反応を行い、硝子表面に形成されたフィルムを剥がし、蒸留水で洗浄後、風乾した。得られたフィルムを以下の四種の条件で後処理し、フィルムの強度(N/m2)と伸び(%)の関係を測定した。フィルムの後処理の条件は、(1)室温、水中30%延伸、(2)未延伸、(3)沸騰水中10分浸漬、(4)エチルアルコール中24時間浸漬処理であり、何れも透明なフィルムが得られた。図2乾燥状態における強度−伸度曲線を示す。強靭なケラチンタンパク質繊維と較べると強度も伸度も遠く及ばないが、フィルム化できることが分かった。

図面の簡単な説明

0065

実施例2で得た二つの試料及び未処理羽毛のSDS電気泳動パターンを示した図。
実施例1で得た一つの可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いて一定の方法で作成したフィルムを四種の条件で後処理した後、それらのフィルムの強度(N/m2)と伸び(%)の関係を測定した強度−伸度曲線を示す図。

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