JP2003026408A - タンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製造方法 - Google Patents
タンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製造方法Info
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- JP2003026408A JP2003026408A JP2001210816A JP2001210816A JP2003026408A JP 2003026408 A JP2003026408 A JP 2003026408A JP 2001210816 A JP2001210816 A JP 2001210816A JP 2001210816 A JP2001210816 A JP 2001210816A JP 2003026408 A JP2003026408 A JP 2003026408A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 食品、医薬品における除タンパクが必要とさ
れる工程、例えば醤油や清酒を製造する際の除タンパク
用として使用することができる安価なタンパク質吸着材
としてのタンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製
造方法を提供する。また、塩基性タンパク質の吸着に優
れたタンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化してカルシウムを含有させてなるタンパク質吸着用
多孔質炭素材料を得る。
れる工程、例えば醤油や清酒を製造する際の除タンパク
用として使用することができる安価なタンパク質吸着材
としてのタンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製
造方法を提供する。また、塩基性タンパク質の吸着に優
れたタンパク質吸着用多孔質炭素材料およびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化してカルシウムを含有させてなるタンパク質吸着用
多孔質炭素材料を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タンパク質を吸着
するのに用いられるタンパク質吸着用多孔質炭素材料お
よびその製造方法に関する。
するのに用いられるタンパク質吸着用多孔質炭素材料お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】タン
パク質の吸着材としてはハイドロキシアパタイトやイオ
ン交換樹脂が用いられており、吸着材として最も汎用性
の高い活性炭はタンパク質の吸着性に劣り使用されてい
ない。これは活性炭の細孔が小さく巨大分子（分子量が
１０，０００以上）であるタンパク質を吸着できないた
めである。
パク質の吸着材としてはハイドロキシアパタイトやイオ
ン交換樹脂が用いられており、吸着材として最も汎用性
の高い活性炭はタンパク質の吸着性に劣り使用されてい
ない。これは活性炭の細孔が小さく巨大分子（分子量が
１０，０００以上）であるタンパク質を吸着できないた
めである。
【０００３】すなわち、前記活性炭は１０ｎｍ以下のマ
イクロ孔が発達し、低分子量の有機物の吸着には優れて
いるが、高分子量の物質はほとんど吸着できない。タン
パク質は分子量が１０，０００以上ある高分子物質であ
るため活性炭による吸着量は極めて少ない。一方、ハイ
ドロキシアパタイトはイオン間相互作用を利用して吸着
させるもので液体クロマトグラフィーに利用されている
が、タンパク質吸着材としての吸着量は少ない。また、
イオン交換樹脂は吸着能が高く、陰イオン交換樹脂、陽
イオン交換樹脂により塩基性、酸性のタンパク質を吸着
することができ、その吸着量も多い。
イクロ孔が発達し、低分子量の有機物の吸着には優れて
いるが、高分子量の物質はほとんど吸着できない。タン
パク質は分子量が１０，０００以上ある高分子物質であ
るため活性炭による吸着量は極めて少ない。一方、ハイ
ドロキシアパタイトはイオン間相互作用を利用して吸着
させるもので液体クロマトグラフィーに利用されている
が、タンパク質吸着材としての吸着量は少ない。また、
イオン交換樹脂は吸着能が高く、陰イオン交換樹脂、陽
イオン交換樹脂により塩基性、酸性のタンパク質を吸着
することができ、その吸着量も多い。
【０００４】そして、従来のタンパク質吸着材はタンパ
クの吸着分離に使用され、吸着のみではなく脱着能も必
要とされる。そのため高いレベルでの性能が要求されて
おり、かつ、高価である。
クの吸着分離に使用され、吸着のみではなく脱着能も必
要とされる。そのため高いレベルでの性能が要求されて
おり、かつ、高価である。
【０００５】本発明は上述の事柄に留意してなされたも
ので、その目的は、食品、医薬品における除タンパクが
必要とされる工程、例えば醤油や清酒を製造する際の除
タンパク用として使用することができる安価なタンパク
質吸着材としてのタンパク質吸着用多孔質炭素材料およ
びその製造方法を提供するものである。また、塩基性タ
ンパク質の吸着に優れたタンパク質吸着用多孔質炭素材
料およびその製造方法を提供するものである。
ので、その目的は、食品、医薬品における除タンパクが
必要とされる工程、例えば醤油や清酒を製造する際の除
タンパク用として使用することができる安価なタンパク
質吸着材としてのタンパク質吸着用多孔質炭素材料およ
びその製造方法を提供するものである。また、塩基性タ
ンパク質の吸着に優れたタンパク質吸着用多孔質炭素材
料およびその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化してカルシウムを含有させてなるタンパク質吸着用
多孔質炭素材料を提供する。
に、本発明は、植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化してカルシウムを含有させてなるタンパク質吸着用
多孔質炭素材料を提供する。
【０００７】また、本発明は別の観点から、植物性多孔
質材料を水酸化カルシウムの溶液または水酸化カルシウ
ムの懸濁液に浸漬させた後に炭化することを特徴とする
タンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方法を提供す
る。
質材料を水酸化カルシウムの溶液または水酸化カルシウ
ムの懸濁液に浸漬させた後に炭化することを特徴とする
タンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方法を提供す
る。
【０００８】本発明で用いる植物性多孔質材料として
は、例えば木材や竹のチップ、木毛、オガクズ、ヤシや
シュロなどの繊維を挙げることができる。大きさ（長
さ）は、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好
ましい。１０ｍｍより長ければ、Ｃａが十分に内部まで
浸透できないからである。
は、例えば木材や竹のチップ、木毛、オガクズ、ヤシや
シュロなどの繊維を挙げることができる。大きさ（長
さ）は、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好
ましい。１０ｍｍより長ければ、Ｃａが十分に内部まで
浸透できないからである。
【０００９】前記植物性多孔質材料は、水酸化カルシウ
ムの溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬される
ことにより、炭化前にＣａが導入される。水酸化カルシ
ウムの溶液または水酸化カルシウムの懸濁液の濃度は、
０．２％以上が好ましいが、水酸化カルシウム懸濁液濃
度は、木材チップ量と懸濁液量の関係により変化する。
つまり、木材チップなどに導入される水酸化カルシウム
は木材チップの乾物重量に対し、４〜５％であるため、
浸漬した木材に吸収される水酸化カルシウム量を差し引
いても水酸化カルシウム溶液または水酸化カルシウム懸
濁液中の水酸化カルシウム量は飽和水酸化カルシウム溶
液の濃度０．１７％以上になることが望ましい。また、
浸漬時間は、木材チップ量、濃度などに応じて適宜設定
される。
ムの溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬される
ことにより、炭化前にＣａが導入される。水酸化カルシ
ウムの溶液または水酸化カルシウムの懸濁液の濃度は、
０．２％以上が好ましいが、水酸化カルシウム懸濁液濃
度は、木材チップ量と懸濁液量の関係により変化する。
つまり、木材チップなどに導入される水酸化カルシウム
は木材チップの乾物重量に対し、４〜５％であるため、
浸漬した木材に吸収される水酸化カルシウム量を差し引
いても水酸化カルシウム溶液または水酸化カルシウム懸
濁液中の水酸化カルシウム量は飽和水酸化カルシウム溶
液の濃度０．１７％以上になることが望ましい。また、
浸漬時間は、木材チップ量、濃度などに応じて適宜設定
される。
【００１０】Ｃａが導入された前記植物性多孔質材料は
炭化に付される。この炭化は、単窯、ロータリーキルン
などで行える。ところで、木炭は通常蒸し焼きにして得
られるものであるが、蒸し焼き工程のみであることから
タンパク質が吸着可能な大きさの細孔は発達していない
のに対し、本発明では、炭化後の細孔径分布が１０〜１
００ｎｍにピークが存在するように炭化温度を７００〜
１１００℃とし、かつ炭化時間を調整することを特徴と
するタンパク質吸着用多孔質炭素材料（以下、Ｃａ導入
炭という）の製造方法を提供するものである。
炭化に付される。この炭化は、単窯、ロータリーキルン
などで行える。ところで、木炭は通常蒸し焼きにして得
られるものであるが、蒸し焼き工程のみであることから
タンパク質が吸着可能な大きさの細孔は発達していない
のに対し、本発明では、炭化後の細孔径分布が１０〜１
００ｎｍにピークが存在するように炭化温度を７００〜
１１００℃とし、かつ炭化時間を調整することを特徴と
するタンパク質吸着用多孔質炭素材料（以下、Ｃａ導入
炭という）の製造方法を提供するものである。
【００１１】すなわち、炭化後の前記細孔径分布のピー
ク値が１０〜１００ｎｍになるよう炭化温度、炭化時
間、炭化時に送り込む空気の量の調整を行う。
ク値が１０〜１００ｎｍになるよう炭化温度、炭化時
間、炭化時に送り込む空気の量の調整を行う。
【００１２】また、炭化時に、賦活を施すことによって
も前記規定の細孔径分布を得ることができる。この賦活
工程とは、高温で空気や水蒸気などのガスを送り込む操
作である。これにより、炭化後の前記細孔径分布のみな
らず、炭化後の比表面積を５００〜８００ｍ2 ／ｇにで
きる。
も前記規定の細孔径分布を得ることができる。この賦活
工程とは、高温で空気や水蒸気などのガスを送り込む操
作である。これにより、炭化後の前記細孔径分布のみな
らず、炭化後の比表面積を５００〜８００ｍ2 ／ｇにで
きる。
【００１３】そして、賦活工程の有無にかかわらず、前
記炭化温度は、７００〜１１００℃が好ましく、８００
〜９００℃がより好ましい。炭化温度７００℃以下では
炭化時間を長くしても必要とする細孔が発達せず、ま
た、１１００℃以上ではミクロ孔が発達してしまうから
である。また、前記炭化時間は１０時間以上が好まし
い。
記炭化温度は、７００〜１１００℃が好ましく、８００
〜９００℃がより好ましい。炭化温度７００℃以下では
炭化時間を長くしても必要とする細孔が発達せず、ま
た、１１００℃以上ではミクロ孔が発達してしまうから
である。また、前記炭化時間は１０時間以上が好まし
い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、Ｃａ導入炭の製造方法について説
明する。
いて説明する。まず、Ｃａ導入炭の製造方法について説
明する。
【００１５】１０ｍｍ以下の木材チップ、好ましくは針
葉樹５ｍｍ以下を、濃度０．２％以上の水酸化カルシウ
ム懸濁液（または水酸化カルシウムの溶液）中に１時間
以上浸漬させた後、水洗し、乾燥した後、温度７００〜
１１００℃、好ましくは温度８００〜９００℃で炭化さ
せる。炭化は、単窯、ロータリーキルンなどで１０時間
程度の時間をかけて行い、Ｃａ導入炭を得ることができ
る。このＣａ導入炭として、比表面積が、５００〜８０
０ｍ2 ／ｇ、細孔径分布が１０〜１００ｎｍの多孔質炭
素材料が得られた。このような所定の構造を持つ多孔質
炭素材料をより確実に得る方法として、必要に応じて、
空気、水蒸気などのガスを送り込み、賦活する方法があ
る。この賦活工程を加えることにより、炭化時間の短縮
とか、比表面積、細孔径分布などがより正確に所定の範
囲に含まれた多孔質炭素材料とすることができる。以上
の工程で得られた炭素材料は、水洗して乾燥する。
葉樹５ｍｍ以下を、濃度０．２％以上の水酸化カルシウ
ム懸濁液（または水酸化カルシウムの溶液）中に１時間
以上浸漬させた後、水洗し、乾燥した後、温度７００〜
１１００℃、好ましくは温度８００〜９００℃で炭化さ
せる。炭化は、単窯、ロータリーキルンなどで１０時間
程度の時間をかけて行い、Ｃａ導入炭を得ることができ
る。このＣａ導入炭として、比表面積が、５００〜８０
０ｍ2 ／ｇ、細孔径分布が１０〜１００ｎｍの多孔質炭
素材料が得られた。このような所定の構造を持つ多孔質
炭素材料をより確実に得る方法として、必要に応じて、
空気、水蒸気などのガスを送り込み、賦活する方法があ
る。この賦活工程を加えることにより、炭化時間の短縮
とか、比表面積、細孔径分布などがより正確に所定の範
囲に含まれた多孔質炭素材料とすることができる。以上
の工程で得られた炭素材料は、水洗して乾燥する。
【００１６】炭化した前記Ｃａ導入炭中のＣａは、粒径
数十ｎｍの微細な炭酸カルシウムとして存在し、このこ
とが特に塩基性タンパク質の吸着率を高めている。例え
ば、Ｃａを導入していない炭素材料（以下、Ｃａ未導入
炭という）を使用して、塩基性タンパク質を吸着させて
みると、吸着量はＣａ導入炭の１／３以下である。この
Ｃａ未導入炭に軽質炭酸カルシウムを共存させても、塩
基性タンパク質の吸着量はほとんど増加しない。このこ
とは、前記炭素材料中に微細なＣａＣＯ3 と必要とする
細孔がバランス良く存在している構造を持つ前記Ｃａ導
入炭の方が高い吸着性を備えていることを示すものであ
る。すなわち、前記塩基性タンパク質は前記微細なＣａ
ＣＯ3 の表面に吸着されるもので、前記Ｃａ導入炭は塩
基性タンパク質の吸着に優れている。
数十ｎｍの微細な炭酸カルシウムとして存在し、このこ
とが特に塩基性タンパク質の吸着率を高めている。例え
ば、Ｃａを導入していない炭素材料（以下、Ｃａ未導入
炭という）を使用して、塩基性タンパク質を吸着させて
みると、吸着量はＣａ導入炭の１／３以下である。この
Ｃａ未導入炭に軽質炭酸カルシウムを共存させても、塩
基性タンパク質の吸着量はほとんど増加しない。このこ
とは、前記炭素材料中に微細なＣａＣＯ3 と必要とする
細孔がバランス良く存在している構造を持つ前記Ｃａ導
入炭の方が高い吸着性を備えていることを示すものであ
る。すなわち、前記塩基性タンパク質は前記微細なＣａ
ＣＯ3 の表面に吸着されるもので、前記Ｃａ導入炭は塩
基性タンパク質の吸着に優れている。
【００１７】炭化温度７００℃以下では炭化時間を長く
しても必要とする細孔が発達せず、また、１１００℃以
上ではミクロ孔が発達してしまう。そのため、７００〜
１１００℃の温度が好ましく、炭化時間は前記Ｃａ導入
炭の前記細孔径分布のピーク値が１０〜１００ｎｍとな
るよう調整するが、１０時間以上の炭化時間が必要であ
る。また、前記Ｃａ導入炭の比表面積は活性炭よりも低
い５００〜８００ｍ2／ｇ程度で前記Ｃａ導入炭の細孔
径分布のピーク値が１０〜１００ｎｍになるよう７００
℃から１１００℃の炭化温度で炭化時間の調整を行うこ
とが必要である。
しても必要とする細孔が発達せず、また、１１００℃以
上ではミクロ孔が発達してしまう。そのため、７００〜
１１００℃の温度が好ましく、炭化時間は前記Ｃａ導入
炭の前記細孔径分布のピーク値が１０〜１００ｎｍとな
るよう調整するが、１０時間以上の炭化時間が必要であ
る。また、前記Ｃａ導入炭の比表面積は活性炭よりも低
い５００〜８００ｍ2／ｇ程度で前記Ｃａ導入炭の細孔
径分布のピーク値が１０〜１００ｎｍになるよう７００
℃から１１００℃の炭化温度で炭化時間の調整を行うこ
とが必要である。
【００１８】次に、前記Ｃａ導入炭によるタンパク質の
吸着量について説明する。
吸着量について説明する。
【００１９】炭化温度８００℃で１０時間炭化してなる
Ｃａ導入炭（収率２０％、ＣａＣＯ 3 ：２２％）と、炭
化温度９００℃で１０時間炭化してなるＣａ導入炭（収
率２０％、ＣａＣＯ3 ：２２％）とをそれぞれ吸着材サ
ンプルＡ，Ｂとして用いた。そして、これらサンプル
Ａ，Ｂ１００ｍｇをそれぞれバイアル瓶に入れた。一
方、濃度が３ｍｇ／ｍｌのアルブミンの溶液、濃度が３
ｍｇ／ｍｌのミオグロビンの溶液、濃度が３ｍｇ／ｍｌ
のリゾチームの溶液、濃度が３ｍｇ／ｍｌのチトクロム
Ｃの溶液の四つのタンパク質の溶液をそれぞれ用意し、
１０ｍｌずつを吸着材サンプルＡ，Ｂが入っている各バ
イアル瓶に加え、温度１５℃で２０時間振とうしたの
ち、濾別し、分光光度計により１８０ｎｍ付近のピーク
から吸光度を測定し、タンパク質の吸着量を求めた。ま
た、比較例として、前記Ｃａ未導入炭、活性炭Ａ（比表
面積１２００ｍ2 ／ｇ）、活性炭Ｂ（比表面積１０００
ｍ2 ／ｇ）、イオン交換樹脂、液体クロマトグラフィー
用ハイドロキシアパタイトを用いて同様な実験を行っ
た。
Ｃａ導入炭（収率２０％、ＣａＣＯ 3 ：２２％）と、炭
化温度９００℃で１０時間炭化してなるＣａ導入炭（収
率２０％、ＣａＣＯ3 ：２２％）とをそれぞれ吸着材サ
ンプルＡ，Ｂとして用いた。そして、これらサンプル
Ａ，Ｂ１００ｍｇをそれぞれバイアル瓶に入れた。一
方、濃度が３ｍｇ／ｍｌのアルブミンの溶液、濃度が３
ｍｇ／ｍｌのミオグロビンの溶液、濃度が３ｍｇ／ｍｌ
のリゾチームの溶液、濃度が３ｍｇ／ｍｌのチトクロム
Ｃの溶液の四つのタンパク質の溶液をそれぞれ用意し、
１０ｍｌずつを吸着材サンプルＡ，Ｂが入っている各バ
イアル瓶に加え、温度１５℃で２０時間振とうしたの
ち、濾別し、分光光度計により１８０ｎｍ付近のピーク
から吸光度を測定し、タンパク質の吸着量を求めた。ま
た、比較例として、前記Ｃａ未導入炭、活性炭Ａ（比表
面積１２００ｍ2 ／ｇ）、活性炭Ｂ（比表面積１０００
ｍ2 ／ｇ）、イオン交換樹脂、液体クロマトグラフィー
用ハイドロキシアパタイトを用いて同様な実験を行っ
た。
【００２０】そして、実験の結果、下記表１に示すよう
な結果を得た。
な結果を得た。
【００２１】
【表１】
【００２２】ここで、例えばタンパク質の溶液１０ｍｌ
中に３０ｍｇのタンパク質があり、それら全てが１００
ｍｇのサンプルに吸着されれば、各タンパク質溶液に対
するサンプルの吸着量（ｍｇ／ｇ）は、３０ｍｇ÷１０
０ｍｇ＝３００ｍｇ／ｇとなる。逆に、例えば、吸着量
が７２ｍｇ／ｇであれば、１００ｍｇのサンプルが７．
２ｍｇのタンパク質を吸着し、そのタンパク質溶液中に
は２２．８ｍｇのタンパク質が残っていることになる。
中に３０ｍｇのタンパク質があり、それら全てが１００
ｍｇのサンプルに吸着されれば、各タンパク質溶液に対
するサンプルの吸着量（ｍｇ／ｇ）は、３０ｍｇ÷１０
０ｍｇ＝３００ｍｇ／ｇとなる。逆に、例えば、吸着量
が７２ｍｇ／ｇであれば、１００ｍｇのサンプルが７．
２ｍｇのタンパク質を吸着し、そのタンパク質溶液中に
は２２．８ｍｇのタンパク質が残っていることになる。
【００２３】上記表１より、本発明による前記Ｃａ導入
炭、すなわち、カルシウム含有多孔質炭素材料がタンパ
ク質の吸着においてきわめて優れていることが明らかで
ある。
炭、すなわち、カルシウム含有多孔質炭素材料がタンパ
ク質の吸着においてきわめて優れていることが明らかで
ある。
【００２４】
【発明の効果】上述したように、この発明により、安価
なタンパク質吸着材として、食品、医薬品における除タ
ンパクが必要とされる工程で使用することができるとと
もに、塩基性タンパク質の吸着に優れたタンパク質吸着
用多孔質炭素材料およびその製造方法を提供することが
できる。
なタンパク質吸着材として、食品、医薬品における除タ
ンパクが必要とされる工程で使用することができるとと
もに、塩基性タンパク質の吸着に優れたタンパク質吸着
用多孔質炭素材料およびその製造方法を提供することが
できる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 川崎 仁士
岡山県津山市高尾573番地の１ 日本植生
株式会社内
Ｆターム(参考） 4G046 CA00 CB05 CB08 CC03
4G066 AA05B AA17B AB29A BA24
CA54 DA07 FA12 FA34
Claims (3)
- 【請求項１】 植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化してカルシウムを含有させてなるタンパク質吸着用
多孔質炭素材料。 - 【請求項２】 植物性多孔質材料を水酸化カルシウムの
溶液または水酸化カルシウムの懸濁液に浸漬させた後に
炭化することを特徴とするタンパク質吸着用多孔質炭素
材料の製造方法。 - 【請求項３】 炭化後の細孔径分布が１０〜１００ｎｍ
にピークが存在するように炭化温度を７００〜１１００
℃とし、かつ炭化時間を調整することを特徴とする請求
項２に記載のタンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210816A JP4804659B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | タンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210816A JP4804659B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | タンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003026408A true JP2003026408A (ja) | 2003-01-29 |
| JP4804659B2 JP4804659B2 (ja) | 2011-11-02 |
Family
ID=19046227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001210816A Expired - Lifetime JP4804659B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | タンパク質吸着用多孔質炭素材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4804659B2 (ja) |
Cited By (5)
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