JP2008246287A - 界面活性剤の除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶液中の界面活性剤を簡単に除去する方法を提供する。
【解決手段】 界面活性剤を含む溶液に不溶化されたシクロデキストリンを接触させ、不溶化されたシクロデキストリンに界面活性剤を吸着させることにより、界面活性剤を除去する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、溶液中の界面活性剤の除去方法に関する。

界面活性剤は自然環境を悪化させることから、近年、界面活性剤の垂れ流しが社会問題となっている。下水処理場や廃水処理場などにおける界面活性剤の最終処理は、活性汚泥の微生物分解が行われてきたが、界面活性剤は微生物に対して悪影響を及ぼすこと、界面活性剤の分解には長時間要すことや微生物の管理に労力や費用がかかることから、予め廃水などから界面活性剤を除去することが求められている。

溶液中の界面活性剤の除去や減量の主な方法としては、化学的方法による分解や他の物質との吸着や結合、反応などによる不溶化により溶液中から取り除く物理的方法がある。化学的分解方法としては、次亜塩素酸塩や過酸化水素などの薬剤による処理がある。一方、界面活性剤を吸着するものとしては、活性炭やアニオン性またはカチオン性の樹脂、合成吸着剤（例えば、特許文献１参照）、ポリオキシアルキレン鎖を有する架橋重合体（例えば、特許文献２参照）などがある。また、塩化アルミニウムなどの正コロイドに吸着させて、沈殿させる方法もある。

他の界面活性剤の除去方法として、電極（例えば、特許文献３参照）やオゾン（例えば、特許文献４参照）を用いたり、メチレンンブルーなどの色素に吸着させ、有機溶媒に転溶したり、沈殿させたりしている。

タンパク質や抗体など生体物質の研究、生産分野では、溶液中の界面活性剤の除去方法として主に透析が行われており、他にアニオン性またはカチオン性の樹脂や一部有機溶媒を用いた分配による水溶液中の界面活性剤の除去が行われている。
特公開２００１−９９８３５号公報 特公開平９−１６８７３７号公報 特公開平１１−１２８９４８号公報 特公開平１０−１３７７８０号公報

以上に述べた薬剤による界面活性剤の化学分解は、薬剤の後処理や界面活性剤の分解物や副生物の処理の問題が大きい。また、吸着物質などは吸着する化合物に対する選択性が広く、界面活性剤以外に化学物質が入っている場合、その物質も吸着するため、すぐにその吸着能の限界に達してしまうという欠点を有している。コロイドを利用する場合も、水溶液とコロイドのろ別が困難であるという欠点を有している。電極やオゾンを用いた処理方法も、設備を必要とするため経済性に問題がある。

特に、タンパク質や抗体、ワクチンに関して、医療や科学技術の研究やその生産においては、界面活性剤の除去は切実な問題である。透析方法による除去は、長時間かかり、かつ大量の透析外液が必要であるという欠点がある。イオン交換樹脂による除去も行われているが、労力や時間がかかり、除去効率が低い。また、有機溶媒を利用した除去は、タンパク質やワクチンなどの活性が低下しやすいという欠点がある。

本発明はこのような界面活性剤の従来の処理方法の問題を解決しようとするものであり、
界面活性剤の効果的な除去方法を実現することを目的とするものである。

本発明者らは界面活性剤の除去について、鋭意検討した結果、上記の課題を解決する方法を見出し、本発明を完成した。

不溶化されたシクロデキストリンに界面活性剤を溶液中で接触させ、界面活性剤を自動的に吸着させ、この後、溶液中からこの不溶性シクロデキストリンを分別することにより、界面活性剤を含む溶液から簡便に界面活性剤を除去する方法を提供するものである。

また、タンパク質や抗体、糖などの水溶性化合物と界面活性剤が共存する溶液において、不溶化されたシクロデキストリンが、界面活性剤のみを選択的に吸着、除去する方法を提供するものである。

本発明は、界面活性剤を不溶化されたシクロデキストリンに簡単に吸着でき、溶液から容易に分別できることから、溶液中の界面活性剤を簡便に除去することができる。

また、タンパク質や抗体、糖などの極性の高い水溶性生体化合物と界面活性剤が共存する溶液において、タンパク質や抗体、糖の測定系や収量に影響を及ぼすことなく、界面活性剤のみを選択的に吸着、除去できる。

以下、本発明についてその好ましい様態をあげ、より具体的に述べる。

不溶化されたシクロデキストリンは、原料となるモノマーのシクロデキストリンの種類により、α、β、γとその混合があるが、本発明においては、目的とする界面活性剤の種類により、最も吸着性能の大きいシクロデキストリンを用いればよい。

不溶化されたシクロデキストリンは、ポリマーとして試薬メーカー（例えば、シグマ社、東京化成工業社など）から市販されているが、エピクロロヒドリン、エチレングリコールジグリシジルエーテルなどのエポキシ基を有する架橋剤や他のグルタルアルデヒドなどの架橋剤を用いて、シクロデキストリンを重合させて作製してもよい（例えば、特許文献５参照）。また、シクロデキストリンをジエチルアミンやジカルボン酸、ジスルフィドなどのリンカーに結合させ不溶化させてもよい。
特公開２００６−１４３９５３号公報

また、水不溶性の基材にシクロデキストリンを結合、または、被覆させてもよい。水不溶性の基材としては、シリカゲルや鉱物、セルロース、不溶性デキストリンポリマー、不溶性アガロース、不溶性キチンや不溶性キトサンポリマー、ビニルポリマー、スチレン系ポリマー、アクリル系ポリマーなどの高分子化合物を用いることができる。いずれも不溶化されたシクロデキストリンについては、溶液と接触する表面や内部に界面活性剤を包接可能なシクロデキストリンの孔を有していることが肝要である。

界面活性剤は、分子内に疎水基と親水基を有しているもので、洗剤や乳化剤、分散剤、消泡剤、耐電防止剤などで広く用いられており、親水基の性質により、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤などがある。

除去の対象となる界面活性剤を有する溶液としては、水溶液や希エタノール、希アセトン溶液などが好ましいが、親水性有機溶媒を含む溶液の場合は、その濃度は低いほど好ましい。少なくともおおよそ３０％（Ｖ／Ｖ）以下が望ましい。

また、本方法は溶液のｐＨの影響を受けないので、ｐＨ１〜１４で使用可能であり、溶液中に食塩などのナトリウム塩やカリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などの無機塩が共存しても、その吸着性能が低下することはない。

界面活性剤の除去方法としては、不溶化されたシクロデキストリンと界面活性剤溶液を接触させるが、界面活性剤溶液が入っている容器に不溶化されたシクロデキストリンを投入してもよいし、不溶化されたシクロデキストリンが入っている容器に界面活性剤溶液を投入してもよいし、不溶化されたシクロデキストリンをカラムなどに充填し、これに溶液を通液させてもよい。また、不溶化されたシクロデキストリンを透水性材料で作製された袋に入れて、同様に処理してもよい。界面活性剤を含む溶液と不溶化されたシクロデキストリンを接触させるとき、溶液を振とうや撹拌、混合してもよい。

不溶化されたシクロデキストリンの使用量は、任意の量を選択でき、溶液中の界面活性剤の量にもよるが、溶液に投入するときは、溶液のおおよそ１％〜５０％（Ｖ／Ｖ）の範囲内で可能である。

界面活性剤を吸着した不溶化されたシクロデキストリンは、自然沈降やろ過、遠心分離、カラム法などの方法を用いて、溶液から分離できる。溶液中に界面活性剤がまだ存在している場合は、新たに未使用の不溶化されたシクロデキストリンを投入などにより接触させ、界面活性剤を吸着させることにより、溶液中の界面活性剤の量を減少することができる。その結果、溶液中の界面活性剤の濃度を数ｐｐｍ以下まで減少させることが可能である。

本発明では、活性炭などの吸着剤に比較すると溶液中に共存するタンパク質や抗体、糖などの水溶性生体化合物を吸着しないので、界面活性剤を含むタンパク質や抗体、糖などの溶液から簡単に界面活性剤を除去することができるため、タンパク質や抗体、糖の測定や生産において非常に有益である。さらに、本発明の界面活性剤の除去方法は、塩やｐＨによっても除去性能を低下させないため、タンパク質や抗体、糖の測定や生産において、非常に適している方法である。

界面活性剤を吸着した不溶化されたシクロデキストリンは、おおよそ５０％（Ｖ／Ｖ）以上のメタノール、エタノール、アセトンなどの親水性有機溶媒を接触させることにより、界面活性剤を脱着、回収できるので、再利用することも可能である。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、これは単に例示の目的で述べるものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものでない。

界面活性剤としてポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテル（別名トリトンＸ-１００）（和光純薬社製）が１００ｐｐｍの濃度で溶解している水溶液２．０ｍｌを１０ｍｌのねじ付試験管に入れ、不溶化されたシクロデキストリンとして市販のβ-シクロデキストリンポリマー（シグマ社製）を０．２ｇ投入して、２５℃、６０ｒｐｍで振とうした。３時間後に溶液をろ過し、ろ液のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの量を測定した。測定方法は紫外部の吸光度を測定し、あらかじめ作成したポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの検量線から濃度を求めた。

その結果、溶液のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの濃度は２６．３ｐｐｍに減少した。溶液中のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルを除去することができた。

不溶化されたシクロデキストリンの調製について。

１Ｌの丸底フラスコに４０％（Ｗ／Ｖ）水酸化ナトリウム水溶液を２００ｍｌ加え、β-シクロデキストリン（シクロケム社製）、を６０．０ｇ加えて、撹拌溶解した。これに非晶質のケイ酸６０．０ｇを溶解した溶液を加え、６５℃に保ち、ラウンド型の５０ｍｍの撹拌羽根で４００ｒｐｍで撹拌しながら、エピクロロヒドリン４５．６ｇをゆっくり滴下し加えた。滴下終了後、８時間６５℃で撹拌し続けた。溶液中に不溶化されたシクロデキストリンが析出したので、これをろ過、回収し、洗浄液が中性になるまで水でろ過洗浄を行った後、真空乾燥し、不溶化されたβ-シクロデキストリンを調製した。

得られた不溶化されたβ-シクロデキストリンは全て、球状の一次粒子及び二次粒子であり、収量は６３．９ｇ、算術平均粒径は１７８．８±７７．０μｍであった。

溶液中の界面活性剤の除去について。

界面活性剤としてポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテル（別名トリトンＸ-１００）（和光純薬社製）が１００ｐｐｍの濃度で溶解している水溶液２．０ｍｌを１０ｍｌのねじ付試験管に入れ、不溶化されたβ-シクロデキストリンとして、上記でエピクロロヒドリンにより調製したβ-シクロデキストリンポリマーを０．２ｇ投入して、２５℃、６０ｒｐｍで振とうした。３時間後に溶液をろ過し、ろ液のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの量を測定した。測定方法は紫外部の吸光度を測定し、あらかじめ作成したポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの検量線から濃度を求めた。

その結果、溶液のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの濃度は９．７０ｐｐｍに減少した。溶液中のポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルを除去することができた。また、実施例１で使用した市販のβ-シクロデキストリンポリマー（シグマ社）よりも、本実施例で使用したエピクロロヒドリンにより調製した不溶化されたβ-シクロデキストリンのほうが、ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルの除去率は高かった。

不溶化されたシクロデキストリンの調製について。

１Ｌの丸底フラスコに４０％（Ｗ／Ｖ）水酸化ナトリウム水溶液を２００ｍｌ加え、α-シクロデキストリン（シクロケム社製）、を５１．４ｇ加えて、撹拌溶解した。これに非晶質のケイ酸６０．０ｇを溶解した溶液を加え、６５℃に保ち、ラウンド型の５０ｍｍの撹拌羽根で４００ｒｐｍで撹拌しながら、エピクロロヒドリン４５．６ｇをゆっくり滴下し加えた。滴下終了後、８時間６５℃で撹拌し続けた。溶液中に不溶化されたシクロデキストリンが析出したので、これをろ過、回収し、洗浄液が中性になるまで水でろ過洗浄を行った後、真空乾燥した。同様にγ-シクロデキストリンを６８．６ｇ加え、不溶化されたγ-シクロデキストリンを調製した。

得られた不溶化されたシクロデキストリンは全て、球状の一次粒子及び二次粒子であり、収量と算術平均粒径は、不溶化されたα-シクロデキストリンは５６．６ｇ、１５４．３±７４．２μｍ、不溶化されたγ-シクロデキストリンは７７．７ｇ、２１２．３±８６．９μｍであった。

溶液中の界面活性剤の除去について。

界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬社製）が１，０００ｐｐｍの濃度で溶解している水溶液４０ｍｌを２００ｍｌの三角フラスコに入れ、上記で調製した不溶化されたα-シクロデキストリンと不溶化されたγ-シクロデキストリン、実施例２で調製した不溶化されたβ-シクロデキストリンをそれぞれ５ｇ投入して、２０℃、１００ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度を測定した。測定方法は、メチレンブルーを用いたＪＩＳ法に準拠し、クロロホルムで抽出、６５０ｎｍでの吸光度を測定し、あらかじめ作成したドデシル硫酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。

その結果、ドデシル硫酸ナトリウムの濃度は、不溶化されたα-シクロデキストリンの投入した溶液は１７ｐｐｍ、不溶化されたβ-シクロデキストリンの投入した溶液は１３０ｐｐｍ、不溶化されたγ-シクロデキストリンの投入した溶液は２７２ｐｐｍに減少した。溶液中のドデシル硫酸ナトリウムが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ドデシル硫酸ナトリウムを除去することができた。

界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（和光純薬社製）が１００ｐｐｍの濃度で溶解している水溶液１０ｍｌを３個の１００ｍｌの三角フラスコに入れ、実施例２と３で調製した不溶化されたα-シクロデキストリン、不溶化されたβ-シクロデキストリン、不溶化されたγ-シクロデキストリンをそれぞれ１ｇ投入して、２０℃、１００ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの量を測定した。測定方法は紫外部の吸光度を測定し、あらかじめ作成したアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。

その結果、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの濃度は、不溶化されたα-シクロデキストリンを投入した溶液は３．５７ｐｐｍ、不溶化されたβ-シクロデキストリンを投入した溶液は５．７２ｐｐｍ、不溶化されたγ-シクロデキストリンを投入した溶液は１１．６ｐｐｍに減少した。溶液中のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを除去することができた。

界面活性剤として塩化セチルピリジニウム（ナカライテスク社製）が１００ｐｐｍの濃度で溶解している水溶液１０ｍｌを３個の１００ｍｌの三角フラスコに入れ、実施例２と３で調製した不溶化されたα-シクロデキストリン、不溶化されたβ-シクロデキストリン、不溶化されたγ-シクロデキストリンをそれぞれ１ｇ投入して、２０℃、１００ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液の塩化セチルピリジニウムの量を測定した。測定方法は紫外部の吸光度を測定し、あらかじめ作成したアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。

その結果、塩化セチルピリジニウムの濃度は、不溶化されたα-シクロデキストリンを投入した溶液は５．７７ｐｐｍ、不溶化されたβ-シクロデキストリンを投入した溶液は３．４３ｐｐｍ、不溶化されたγ-シクロデキストリンを投入した溶液は６．１９ｐｐｍに減少した。溶液中の塩化セチルピリジニウムが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、塩化セチルピリジニウムを除去することができた。

界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬社製）の濃度が５，０００ｐｐｍ、１０，０００ｐｐｍ、１５，０００ｐｐｍ、２０，０００ｐｐｍで溶解している水溶液２０ｍｌをそれぞれ１００ｍｌの三角フラスコに入れ、実施例３で調製した不溶化されたα-シクロデキストリンを２ｇ投入して、２０℃、１００ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度を測定した。測定方法は、メチレンブルーを用いたＪＩＳ法に準拠し、クロロホルムで抽出、６５０ｎｍでの吸光度を測定し、あらかじめ作成したドデシル硫酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。

その結果、当初ドデシル硫酸ナトリウムの濃度が５，０００ｐｐｍであった溶液は３７８ｐｐｍに、当初１０，０００ｐｐｍの溶液は１，４４０ｐｐｍに、当初１５，０００ｐｐｍの溶液は４，０００ｐｐｍに、当初２０，０００ｐｐｍの溶液は８，３３０ｐｐｍに減少した。このとき不溶化されたα-シクロデキストリン１ｇ当たりのドデシル硫酸ナトリウム吸着量は、当初ドデシル硫酸ナトリウムが２０，０００ｐｐｍ溶解していたとき最大であり、１１７ｍｇであった。

０．１Ｍ塩酸溶液、０．１Ｍ水酸化ナトリウム溶液、１Ｍ食塩水、それぞれ２０ｍｌを１００ｍｌの三角フラスコに入れ、界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬社製）を５，０００ｐｐｍの濃度で溶解し、実施例３で調製した不溶化されたα-シクロデキストリン２ｇを投入して、２０℃、１００ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度を測定した。測定方法は、メチレンブルーを用いたＪＩＳ法に準拠し、クロロホルムで抽出、６５０ｎｍでの吸光度を測定し、あらかじめ作成したドデシル硫酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。

その結果、０．１Ｍ塩酸溶液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度は１２．６ｐｐｍ、０．１Ｍ水酸化ナトリウム溶液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度は５．２ｐｐｍ、１Ｍ食塩水のドデシル硫酸ナトリウムの濃度は３１．２ｐｐｍに減少した。ｐＨや塩により悪影響を受けることなく、溶液中のドデシル硫酸ナトリウムが不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ドデシル硫酸ナトリウムを除去することができた。

界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬社製）が１００ｐｐｍ、牛血清アルブミンが０．１ｍｇ／ｍｌ、グルコースが０．１ｍｇ／ｍｌで溶解している水溶液３．０ｍｌを１０ｍｌのねじ付き試験管に入れ、不溶化されたシクロデキストリンとして市販のβ-シクロデキストリンポリマー（シグマ社製）を０．２ｇ投入して、２５℃、６０ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のドデシル硫酸ナトリウム、牛血清アルブミン、グルコースの濃度を測定した。ドデシル硫酸ナトリウムの測定方法は、メチレンブルーを用いたＪＩＳ法に準拠し、クロロホルムで抽出し、６５０ｎｍでの吸光度を測定し、あらかじめ作成したドデシル硫酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。牛血清アルブミンの測定方法は比色法であるローリー法、グルコースの測定方法は比色法であるフェノールー硫酸法により分析した。

その結果、ろ液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度は５．５６ｐｐｍに減少し、牛血清アルブミンは０．１ｍｇ／ｍｌ、グルコースは０．１ｍｇ／ｍｌで当初と同じであった。牛血清アルブミンとグルコースは不溶化されたシクロデキストリンに吸着することなく、溶液中のドデシル硫酸ナトリウムが選択的に不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ドデシル硫酸ナトリウムを除去することができた。

界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬社製）が１００ｐｐｍ、牛血清アルブミンが０．１ｍｇ／ｍｌ、グルコースが０．１ｍｇ／ｍｌで溶解している水溶液３．０ｍｌを１００ｍｌの三角フラスコに入れ、不溶化されたシクロデキストリンとして、実施例３で調製した不溶化されたα-シクロデキストリンを０．２ｇ投入して、２５℃、６０ｒｐｍで振とうした。２時間後に溶液をろ過し、ろ液のドデシル硫酸ナトリウム、牛血清アルブミン、グルコースの濃度を測定した。ドデシル硫酸ナトリウムの測定方法は、メチレンブルーを用いたＪＩＳ法に準拠し、クロロホルムで抽出し、６５０ｎｍでの吸光度を測定し、あらかじめ作成したドデシル硫酸ナトリウムの検量線から濃度を求めた。牛血清アルブミンの測定方法は比色法であるローリー法、グルコースの測定方法は比色法であるフェノールー硫酸法により分析した。

その結果、ろ液のドデシル硫酸ナトリウムの濃度は２．１２ｐｐｍに減少し、牛血清アルブミンは０．１ｍｇ／ｍｌ、グルコースは０．１ｍｇ／ｍｌで当初と同じであった。牛血清アルブミンとグルコースは不溶化されたシクロデキストリンに吸着することなく、溶液中のドデシル硫酸ナトリウムが選択的に不溶化されたシクロデキストリンに吸着し、ドデシル硫酸ナトリウムを除去することができた。また、実施例８の市販のβ-シクロデキストリンポリマー（シグマ社製）よりも、本実施例で用いたエピクロロヒドリンにより調製した不溶化されたα-シクロデキストリンのほうが、ドデシル硫酸ナトリウムの除去率は高かった。

Claims (3)

1. 溶液中の界面活性剤を除去する方法において、界面活性剤除去剤として不溶化されたシクロデキストリンを使用することを特徴とする界面活性剤の除去方法。
2. タンパク質や抗体、糖などの水溶性化合物を含む溶液から界面活性剤のみを除去する方法において、界面活性剤除去剤として不溶化されたシクロデキストリンを使用することを特徴とする界面活性剤の除去方法。
3. 請求項１，２において不溶化されたシクロデキストリンがエピクロロヒドリンにて重合することにより調製されたことを特徴とする請求項１、２に記載の界面活性剤の除去方法。