JP2009120449A - Method for producing bioapatite, and method for separating substance having biological activity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は貝殻から生物学的活性を有する物質を吸着したハイドロキシアパタイト、及び炭酸アパタイトを含むハイドロキシアパタイト（以下、特許請求の範囲及び明細書において、これらの物質をバイオアパタイトと略記することがある。）を製造する方法、及びその方法で得られた生物学的活性を有する物質の分離方法に関する。さらに詳しく言えば、貝類の殻体、特にホタテ貝の殻体に微量含まれる有機生理活性物質を吸着したハイドロキシアパタイト、及び炭酸アパタイトを含むハイドロキシアパタイト（バイオアパタイト）の製造方法、及びその方法で得られたバイオアパタイトから有機生理活性物質を分離する方法に関する。 In the present invention, hydroxyapatite adsorbing a biologically active substance from a shell and hydroxyapatite containing carbonate apatite (hereinafter, these substances may be abbreviated as bioapatite in the claims and the specification). ) And a method for separating a biologically active substance obtained by the method. More specifically, a method for producing hydroxyapatite adsorbing organic bioactive substances contained in trace amounts in shells of shellfish, particularly scallop shells, and hydroxyapatite (bioapatite) containing carbonate apatite, and obtained by the method The present invention relates to a method for separating an organic physiologically active substance from bioapatite obtained.
本発明の方法で得られるバイオアパタイト、及びそれから生物学的活性を有する物質を分離したバイオアパタイトは、例えば、食品、飲料、飼料、化粧品、薬剤等への添加剤として利用することができる。
また、本発明の方法の工程中で得られるバイオアパタイト形成母液は環境廃水（例えば、屎尿）中のリン酸の回収に用いることができる。
The bioapatite obtained by the method of the present invention and the bioapatite from which the biologically active substance is separated can be used as, for example, an additive to foods, beverages, feeds, cosmetics, drugs and the like.
In addition, the bioapatite-forming mother liquor obtained in the process of the present invention can be used for recovering phosphoric acid in environmental wastewater (for example, manure).
産業廃棄物として排出されるホタテ貝殻はホタテ漁業の盛んな北海道全体では年間４０万トンが廃棄されており、凍上抑制層材や暗渠疎水材などの土木工事資材として再生利用されているが、公共工事の減少などにより未利用の貝殻が再び増加することが懸念される。廃棄物の資源としての適正利用等を推進するため、ホタテ貝殻の再生利用率の維持・向上を図ることが必要であり、そのために、ホタテ貝殻を有効活用する新たな産業の創出が期待されている。 The scallop shells discharged as industrial waste are disposed of 400,000 tons annually in Hokkaido, where scallop fishing is thriving, and is recycled as civil engineering materials such as frost heave suppression layer materials and culvert hydrophobic materials. There is concern that the number of unused shells will increase again due to a decrease in construction. In order to promote the proper use of waste as a resource, it is necessary to maintain and improve the recycling rate of scallop shells, which is expected to create a new industry that effectively uses scallop shells. Yes.
ホタテ貝殻は、９５％以上が炭酸カルシウムでできており、成分的には鉱物資源である石灰石と似た化学組成であるが、石灰石に無い、海水由来のナトリウムが含まれている。また、石灰石と比べて鉄やアルミニウム等が殆ど含まれないなど不純物が少なく、全体的に純度が高く、白色度も高い。さらに、微細な断面組織は緻密で、粉砕物の形状は棒状・板状であり、この組織を有することによりホタテ貝殻の強度が高いなどの特徴を持っていることから、土壌改良材、アスファルト舗装材の石粉、食品添加剤などとして活用が検討されている。 Scallop shells are made of calcium carbonate at 95% or more and have a chemical composition similar to that of limestone, which is a mineral resource, but contains sodium derived from seawater that is not found in limestone. Moreover, compared with limestone, there are few impurities, such as hardly containing iron, aluminum, etc., the purity is high overall, and whiteness is also high. In addition, the fine cross-sectional structure is dense, and the shape of the pulverized material is rod-like or plate-like, and since it has this structure, the strength of scallop shells is high, so soil improvement materials, asphalt pavement Utilization as stone powder, food additive, etc. is being studied.
焼成貝類の殻体では化学物質の分解促進機能、抗菌機能、消臭機能、防虫機能等が知られ、シックハウス対応の壁剤や、キッチン用除菌消臭剤等が上市されているものの、その利用は物理化学的な作用を利用したものに限られており、貝殻に含まれる生物学的に活性を有する物質（有用成分）の利用には至っていない。 The shells of fired shellfish are known for their ability to promote the decomposition of chemical substances, antibacterial function, deodorant function, insect repellent function, etc., and wall materials compatible with sick houses and kitchen sanitizers are marketed. Utilization is limited to those utilizing physicochemical action, and biologically active substances (useful components) contained in shells have not been utilized.
一方で、西暦６００年のマヤ文明では、骨に強固に結合したインプラント（人工歯根）が行われていたことが遺跡の調査などから明らかになっている。そのインプラントの素材は、真珠貝（アコヤ貝）であり、貝が骨に結合することが１９９８年に再発見された。貝類の殻体中に微量ではあるが、骨や皮膚などの結合組織を活性化する物質が発見されている（Nature, 392：861-862, 1998；非特許文献１）。 On the other hand, in the Mayan civilization in the year 600 C.E., it has become clear from an investigation of the ruins that an implant (artificial tooth root) firmly bonded to the bone was performed. The material of the implant is a pearl oyster (Akoya mussel), and it was rediscovered in 1998 that the shell binds to bone. Substances that activate connective tissues such as bones and skin have been discovered in shells of shellfish (Nature, 392: 861-862, 1998; Non-Patent Document 1).
また、貝類の殻体にはカルシウムが豊富に含まれており、その多くは炭酸カルシウムの形態を示す。カルシウムは生体の構成成分として、また必須な栄養成分として炭酸カルシウムは天然に豊富に存在し、安価なカルシウム補給剤として利用されているが、水溶性が低く，その生体親和性は決して高くない。一方、リン酸カルシウムの一種であるバイオアパタイトは生体への親和性が高く有用であり、歯科充填剤、硬組織代替素材などとしての利用が検討されている。バイオアパタイトは天然には動物の骨組織の構成成分として存在し、産業上は牛骨が原料として利用されているが、牛由来の原料はＢＳＥなど安全性の問題があり、利用は減少している。特開平１０−８７３０７号公報（特許文献１）には動物の殻と、リン酸化合物を反応させることを特徴とする抗菌性を有するリン酸カルシウムの製造方法が開示されており、得られるカルシウムがハイドロキシアパタイト構造を有するとしている。 Shells are rich in calcium, many of which are in the form of calcium carbonate. Calcium carbonate is naturally abundant as an essential nutrient component and is abundant in nature, and is used as an inexpensive calcium supplement, but its water solubility is low and its biocompatibility is never high. On the other hand, bioapatite, which is a kind of calcium phosphate, has high affinity for living bodies and is useful, and its use as a dental filler, a hard tissue substitute material, and the like has been studied. Bioapatite is naturally present as a component of animal bone tissue, and industrially, bovine bone is used as a raw material, but bovine-derived raw materials have safety problems such as BSE, and their use has decreased. Yes. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-87307 (Patent Document 1) discloses a method for producing antimicrobial calcium phosphate characterized by reacting an animal shell with a phosphate compound, and the obtained calcium is hydroxyapatite. It has a structure.
ハイドロキシアパタイトは合成によっても得ることができる。合成法としては、溶液法（湿式法）、固相法、水熱法、アルコキシド法（熱分解法）、フラックス法など、多種の方法がある。一般に広く用いられている方法は溶液法であり、カルシウムイオンを含む溶液と、リン酸イオンを含む溶液とを混合して合成する。素材の特性を生かし、目的・用途にかなった方法が求められている。しかしながら、カルシウムを豊富に含む貝類の殻体、特に産業廃棄物として大量に廃棄されているホタテ貝の殻体を素材として、ヘルスケアに用いることのできる無駄のないバイオアパタイト合成法は、これまで開発されていなかった。 Hydroxyapatite can also be obtained by synthesis. As the synthesis method, there are various methods such as a solution method (wet method), a solid phase method, a hydrothermal method, an alkoxide method (thermal decomposition method), and a flux method. A generally widely used method is a solution method, in which a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed and synthesized. There is a need for a method that meets the purpose and application of the material. However, the bioapatite synthesis method that can be used for health care using scallop shells rich in calcium, especially scallop shells that are discarded in large quantities as industrial waste, has so far been used. It was not developed.
上述のごとく、貝類の殻体からはバイオアパタイトが得られるだけでなく、貝類の殻体中には未知の有用な生理活性物質の存在が示唆されてきたものの、その効率よい分離、精製法は未開拓のままである。
従って、本発明の課題は貝殻から生物学的な活性を有する物質を吸着したバイオアパタイトを製造する方法を提供することにある。
本発明の他の課題は前記方法で得られた生物学的活性を有する物質の分離方法を提供することにある。
さらに本発明の他の課題は、前記バイオアパタイトの製造工程中で得られる、バイオアパタイト形成母液の有効利用法（例えば、環境廃水からのリン酸の回収法）を提供することにある。
さらに本発明の別の課題は、本発明の方法で得られる、バイオアパタイト、及び生物学的活性物質を含む組成物の用途を提供することにある。
As mentioned above, bioapatite is not only obtained from shells of shellfish, but also the existence of unknown useful bioactive substances in shells of shellfish has been suggested. It remains unexplored.
Therefore, the subject of this invention is providing the method of manufacturing the bioapatite which adsorb | sucked the substance which has biological activity from a shell.
Another object of the present invention is to provide a method for separating a biologically active substance obtained by the above method.
Still another object of the present invention is to provide an effective utilization method of a bioapatite-forming mother liquor obtained during the bioapatite production process (for example, a method for recovering phosphoric acid from environmental wastewater).
Still another object of the present invention is to provide a use of a composition containing bioapatite and a biologically active substance obtained by the method of the present invention.
発明者らは、骨や歯の硬組織と取り組んできた長年の経験から、貝類の殻体に存在する無機及び有機の生理活性物質の有効利用を図るべく鋭意研究を重ねた結果、系統的に貝類の殻体から生物学的な活性を有する物質を吸着したバイオアパタイトを製造し、かつ吸着された生物学的な活性を有する有用物質を分離する方法を確立した。 Based on many years of experience working with hard tissues of bones and teeth, the inventors have conducted systematic research to make effective use of inorganic and organic bioactive substances present in shells of shellfish. A bioapatite adsorbing a biologically active substance from shellfish shells was produced, and a method for separating the adsorbed useful biologically active substance was established.
すなわち、本発明は以下の１〜１１に記載のバイオアパタイトの製造方法、それからの生物学的活性物質の分離方法、及びバイオアパタイト形成母液並びにその利用に関する。
１．下記の(1)〜(5)の工程を有することを特徴とする生物学的活性を有する物質を吸着したハイドロキシアパタイト、及び炭酸アパタイトを含むハイドロキシアパタイト（バイオアパタイト）の製造方法：
(1)貝類の殻体を洗浄し、貝類の軟組織及び外側の不純物を除去する工程、
(2)前記洗浄した貝類の殻体を粉砕する工程、
(3)前記粉砕物を酸性条件下で脱灰する工程、
(4)リン酸添加工程、及び
(5)前記リン酸添加工程で得られたバイオアパタイトを単離する工程。
２．貝類の殻体を粉砕する工程(2)が、液体窒素を用いて凍結下で粉砕する工程である前項１に記載のバイオアパタイトの製造方法。
３．脱灰工程(3)が、前記粉砕物を水懸濁物とした後撹拌しながら酸を添加しつつ上昇するｐＨ値を２付近に維持し、ｐＨ値が上昇しなくなった時点で水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨを９付近に調整し透明溶液（バイオアパタイト形成母液）を得る工程である前項１に記載のバイオアパタイトの製造方法。
４．前記(3)の脱灰工程において、発生するＣＯ2による発泡をアルコールの噴霧により抑制する前項３に記載のバイオアパタイトの製造方法。
５．リン酸添加工程(4)が、水酸化ナトリウム水溶液を添加しｐＨを９付近に維持しつつ、前記透明溶液に該溶液中のカルシウムイオンに対してモル比で、化学量論的に０．６倍量となる量のリン酸溶液を添加しバイオアパタイトの沈殿を生成させる工程である前項１記載のバイオアパタイトの製造方法。
６．貝類がホタテ貝、及び／またはアコヤ貝である前項１に記載のバイオアパタイトの製造方法。
７．前項１で得られたバイオアパタイトの粉末を尿素水溶液中にて分散・撹拌し、４〜１０℃にて１２〜２４時間静置した後、遠心分離し、上清を蒸留水に対して透析し、その後凍結乾燥することを特徴とする生物学的活性を有する物質を含有する組成物の分離方法。
８．前項１で得られたバイオアパタイト粉末の懸濁液をカラムに充填し、尿素を含むリン酸カリウム緩衝液（ｐＨ６．８）のリン酸カリウム濃度を０．１から１．０Ｍまで漸次上昇させることにより、吸着している生理活性物質を分別溶出し採取することを特徴とする生物学的活性を有する物質を含有する組成物の分離方法。
９．前記前項３に記載のバイオアパタイト形成母液。
１０．前項９に記載のバイオアパタイト形成母液を用いることを特徴とする環境廃水中のリン酸の回収方法。
１１．環境廃水が人間及び動物の屎尿を含む前項１０に記載の環境廃水中のリン酸の回収方法。
That is, the present invention relates to a method for producing bioapatite described in 1 to 11 below, a method for separating a biologically active substance therefrom, a bioapatite-forming mother liquor, and use thereof.
1. A method for producing hydroxyapatite (bioapatite) containing hydroxyapatite adsorbing a biologically active substance and carbonated apatite characterized by having the following steps (1) to (5):
(1) a process of washing shellfish shells to remove shellfish soft tissues and outer impurities;
(2) crushing the shell of the washed shellfish,
(3) a step of decalcifying the pulverized product under acidic conditions;
(4) phosphoric acid addition step, and
(5) A step of isolating the bioapatite obtained in the phosphoric acid addition step.
2. 2. The method for producing bioapatite according to item 1, wherein the step (2) of pulverizing the shell of shellfish is a step of pulverizing under freezing using liquid nitrogen.
3. In the decalcification step (3), the pulverized product is made into an aqueous suspension, and then the pH value that rises while adding acid while stirring is maintained near 2, and when the pH value stops increasing, sodium hydroxide is added. 2. The method for producing bioapatite according to item 1 above, which is a step of adding an aqueous solution to adjust the pH to around 9 to obtain a transparent solution (bioapatite forming mother liquor).
4). 4. The method for producing bioapatite according to 3 above, wherein in the demineralization step (3), foaming due to generated CO 2 is suppressed by spraying alcohol.
5). In the phosphoric acid addition step (4), an aqueous sodium hydroxide solution is added to maintain the pH at around 9, while the transparent solution is stoichiometrically 0.6 in terms of molar ratio to calcium ions in the solution. 2. The method for producing bioapatite as described in 1 above, which is a step of adding a double amount of phosphoric acid solution to produce bioapatite precipitate.
6). 2. The method for producing bioapatite according to item 1, wherein the shellfish are scallops and / or pearl oysters.
7). The bioapatite powder obtained in the preceding item 1 was dispersed and stirred in an aqueous urea solution, allowed to stand at 4 to 10 ° C. for 12 to 24 hours, centrifuged, and the supernatant was dialyzed against distilled water. A method for separating a composition containing a biologically active substance, which is then freeze-dried.
8). Fill the column with the suspension of bioapatite powder obtained in the previous item 1 and gradually increase the potassium phosphate concentration of urea-containing potassium phosphate buffer (pH 6.8) from 0.1 to 1.0M. A method for separating a composition containing a biologically active substance, characterized in that the adsorbed physiologically active substance is fractionally eluted and collected.
9. 4. The bioapatite-forming mother liquor according to item 3 above.
10. A method for recovering phosphoric acid in environmental wastewater, wherein the bioapatite-forming mother liquor according to item 9 is used.
11. 11. The method for recovering phosphoric acid in environmental wastewater according to item 10 above, wherein the environmental wastewater contains human and animal manure.
北海道産の貝類、とくにホタテ貝及びアコヤ貝の殻の成分を、無機物質と有機物質に分け、それぞれの成分を無駄なく利用し得る系統的方法を確立することができた。
本発明による最も顕著な成果は、殻体粉末の脱灰液という単一の溶液内にて、生物学的活性を有する物質を吸着したハイドロキシアパタイト、及び炭酸アパタイトを含むハイドロキシアパタイト（バイオアパタイト）を創製することができる点である。これまで、このように単純な操作でバイオアパタイトを貝の殻体から創製する報告は無く、貝の殻体を一旦、加熱してカルシウム化合物などを得て、それにリン酸を加えるというような、コストも面からも、操作の面からも無駄の多い合成法のみが行われてきた。これに対し本発明においては、長年の骨の脱灰処理による生理活性物質の抽出操作の経験から、脱灰液の処理法として、新しい方法を提供した。本発明による、単一溶液処理法によりバイオアパタイトを製造する利点は、操作が簡単で、経費、操作を短縮した点ばかりではない。すなわち「バイオアパタイト形成母液」には、殻体由来の全ての可溶性物質が含まれており、この同一様液内でバイオアパタイトが生成するので、本法においては、この母液内に存在する全てのバイオアパタイト吸着性の有機質が回収できるという重要な利点をもっている。さらにこの母液は、必要に応じて滅菌濾過が可能であり、医療用素材製造法に適している。因みに、これまで知られているサイトカインなどの細胞増殖活性物質は、バイオアパタイトに強く吸着されることが知られており、本発明により得られるバイオアパタイトは、そこに吸着されている生物学的活性を有する物質の有効利用の途を開くものである。さらに、本発明の方法で得られるバイオアパタイト形成母液は人間及び動物の屎尿等を含む環境廃水中のリン酸の回収に用いることもできる。
The shellfish from Hokkaido, especially the scallop shells and pearl oyster shells, were divided into inorganic and organic materials, and a systematic method that could use each component without waste was established.
The most remarkable result of the present invention is that hydroxyapatite adsorbing a biologically active substance and hydroxyapatite (bioapatite) containing carbonate apatite in a single solution called demineralized liquid of shell powder. It is a point that can be created. So far, there is no report of creating bioapatite from shells of shells by such a simple operation, shell shells are once heated to obtain calcium compounds, etc., and phosphoric acid is added to it, Only costly and operational synthesis methods have been used that are wasteful. On the other hand, in the present invention, a new method has been provided as a treatment method for the decalcification liquid based on many years of experience in extracting physiologically active substances by bone decalcification treatment. The advantage of producing bioapatite by the single solution processing method according to the present invention is not only that the operation is simple, the cost and the operation are shortened. That is, the “bioapatite-forming mother liquor” contains all the soluble substances derived from the shell, and bioapatite is produced in this same-like solution. Therefore, in this method, all of the bioapatite-forming mother liquor is present in this mother liquor. It has the important advantage of being able to recover bioapatite adsorbing organic matter. Furthermore, this mother liquor can be sterilized and filtered as necessary, and is suitable for a medical material manufacturing method. Incidentally, it is known that a cell proliferation active substance such as a cytokine known so far is strongly adsorbed to bioapatite, and the bioapatite obtained by the present invention has a biological activity adsorbed thereto. It opens the way for effective use of substances with Furthermore, the bioapatite-forming mother liquor obtained by the method of the present invention can also be used for recovering phosphoric acid in environmental wastewater containing human and animal manure and the like.
以下本発明を詳細に説明する。
本発明のバイオアパタイトの製造方法は以下の工程からなる。
The present invention will be described in detail below.
The method for producing bioapatite of the present invention comprises the following steps.
（１）貝類の殻体の前処理工程
貝類としては、特に限定されないが、例えば、ホタテ貝、アコヤ貝、牡蛎貝等が用いられる。これらの中でもホタテ貝及びアコヤ貝が好ましく用いられる。
貝類の殻体の前処理工程では、残存する軟組織を除去し、外側の不純物を除去する。次いで軟組織などを除いて、水、蒸留水等で洗浄した貝類の殻体を人力によって、約３００メッシュ以下の粉末に粉砕する。粉砕には、例えば、ステンレス製のミルが用いられる。このとき、有機成分の変性を防ぐために、液体窒素を用いて、凍結下で粉砕する方法を採用することが好ましい。しかし、無機成分のみの分離を目的にする場合には、凍結乾燥は不要である。
(1) Pretreatment process of shell of shellfish Although it does not specifically limit as a shellfish, For example, a scallop shellfish, an oyster shellfish, an oyster shellfish etc. are used. Of these, scallops and pearl oysters are preferably used.
In the pretreatment process of the shell of shellfish, the remaining soft tissue is removed and impurities outside are removed. Next, the shell of shellfish washed with water, distilled water or the like, except for soft tissue, is pulverized by human power into a powder of about 300 mesh or less. For pulverization, for example, a stainless steel mill is used. At this time, in order to prevent modification of the organic component, it is preferable to employ a method of pulverizing under freezing using liquid nitrogen. However, when the purpose is to separate only the inorganic components, lyophilization is not necessary.
（２）脱灰工程
未脱灰試料から中性で抽出される成分と次工程の脱灰後初めて抽出される成分とは、根本的に異なるので、脱灰の前に中性の緩衝液にて、脱灰前に可溶成分を抽出する。この操作は、同時に粉末の洗浄をも兼ねている。
粉末にその質量の約５〜１０倍量の０．０１Ｍ塩酸を加え、撹拌しつつ４Ｍ塩酸を加えてｐＨ２付近（ｐＨ２．０〜２．２）まで下げる。その後、脱灰の進行と共に、ｐＨが上昇するが、塩酸を適量ずつ加えながら、このｐＨ２付近を持続させる。二酸化炭素の発生により発泡するが、時々エタノールを噴霧して泡を消滅させつつ脱灰を進行させる。脱灰が進行し、もはやｐＨの上昇が見られなくなった段階を、脱灰終了と判定し、その後、撹拌しつつ徐々にアルカリ（例えば４Ｍ水酸化ナトリウム）を添加してｐＨを９．０付近に上昇させ、無色透明な溶液（バイオアパタイト形成母液）を得る。この溶液は、必要に応じて滅菌ろ過によって無菌化することができる。
(2) Demineralization process The component extracted neutrally from the undecalcified sample and the component extracted for the first time after the demineralization in the next step are fundamentally different. Extract soluble components before decalcification. This operation also serves as washing of the powder.
About 5 to 10 times the mass of 0.01M hydrochloric acid is added to the powder, and while stirring, 4M hydrochloric acid is added to lower the pH to around 2 (pH 2.0 to 2.2). Thereafter, the pH rises with the progress of decalcification, but the vicinity of pH 2 is maintained while adding an appropriate amount of hydrochloric acid. Foaming is caused by the generation of carbon dioxide, but deashing proceeds while the bubbles disappear by spraying ethanol occasionally. The stage where demineralization has progressed and the increase in pH is no longer observed is judged as the end of demineralization, and then alkali (for example, 4M sodium hydroxide) is gradually added while stirring to bring the pH to around 9.0 To obtain a colorless and transparent solution (bioapatite-forming mother liquor). This solution can be sterilized by sterile filtration if necessary.
（３）リン酸添加工程
アルカリ性になった透明脱灰液を激しく撹拌しつつ、徐々に、第二リン酸ナトリウム溶液（例えば、０．５Ｍ Ｎａ2ＨＰＯ4）を、化学量論的に正確に溶液内のカルシウムイオンとリン酸イオンのモル比で１０：６に到達するまで加える。
その際、ｐＨが、漸次下降するので、注意深く、少しずつ、アルカリ（例えば、１Ｍ水酸化ナトリウム）を添加して、ｐＨを９付近に保つことが極めて重要な鍵であり、この点を怠った方法では、バイオアパタイトは生成できない。例えば、ｐＨが５〜６まで下降した条件では、第２リン酸カルシウム（Ｃａ・ＨＰＯ4・２Ｈ2Ｏ）が生成する。以上の操作によって、バイオアパタイトの沈殿と、それに吸着した生物学的活性物質を得ることができる。
(3) Phosphoric acid addition process While stirring the transparent decalcification liquid that has become alkaline, gradually dilute the dibasic sodium phosphate solution (for example, 0.5M Na 2 HPO 4 ) stoichiometrically and accurately. Add until the molar ratio of calcium ion to phosphate ion in the solution reaches 10: 6.
At that time, since the pH gradually decreases, it is very important to carefully add alkali (for example, 1M sodium hydroxide) little by little to keep the pH around 9, and this point was neglected. The method cannot produce bioapatite. For example, dicalcium phosphate (Ca · HPO 4 · 2H 2 O) is generated under conditions where the pH is lowered to 5 to 6. By the above operation, bioapatite precipitation and a biologically active substance adsorbed thereto can be obtained.
このように本発明では、貝類の殻体を酸性条件下で脱灰し、その脱灰溶液をｐＨ９程度の条件下でリン酸溶液と反応させることでバイオアパタイト沈殿を生じさせて、これを単離してバイオアパタイトを得ることができる。このバイオアパタイトは、生物学的な活性を有する物質を吸着しているが、本発明では、さらにこのバイオアパタイト沈殿を尿素溶液処理することにより、バイオアパタイトに吸着されている貝類殻体中の有用物質を溶出させることができる。例えば、バイオアパタイトの粉末を尿素水溶液中にて分散・撹拌し、４〜１０℃にて１２〜２４時間静置した後、遠心分離し、上清を蒸留水に対して透析し、その後凍結乾燥することによって生物学的活性を有する物質を含有する組成物を分離することができる。 Thus, in the present invention, shellfish shells are decalcified under acidic conditions, and the decalcified solution is reacted with a phosphoric acid solution under a pH of about 9 to produce bioapatite precipitates. Separated to obtain bioapatite. The bioapatite adsorbs a biologically active substance. In the present invention, the bioapatite is further useful in the shell of shells adsorbed on the bioapatite by treating the bioapatite precipitate with a urea solution. The substance can be eluted. For example, bioapatite powder is dispersed and stirred in an aqueous urea solution, allowed to stand at 4 to 10 ° C. for 12 to 24 hours, then centrifuged, and the supernatant is dialyzed against distilled water and then lyophilized. By doing so, it is possible to separate a composition containing a substance having biological activity.
また、吸着している各種の生理活性物質と高純度のハイドロキシアパタイトとの分離は、カラムクロマトグラフィーの原理に従って、カラムのリン酸濃度を段階的に上昇させて、逐次分別溶出することができる。すなわち、沈殿した懸濁液をカラムに充填し、６Ｍ尿素を含むリン酸緩衝液（ｐＨ６．８）のリン酸濃度を０．１から１．０Ｍまで漸次上昇させることにより、吸着している生理活性物質を分別溶出して、採取する。 In addition, separation of various adsorbed physiologically active substances and high-purity hydroxyapatite can be carried out sequentially and sequentially by increasing the concentration of phosphoric acid in the column stepwise in accordance with the principle of column chromatography. That is, the precipitated suspension is packed in a column and the phosphate concentration of a phosphate buffer solution (pH 6.8) containing 6M urea is gradually increased from 0.1 to 1.0M to adsorb the physiological The active substance is fractionated and collected.
このように、本発明では貝類殻体に含まれる無機有用物質としてのバイオアパタイトと有機有用物質としての生物学的活性を有する物質を含有する組成物を同時に調製することができる。すなわち、本発明によれば、貝殻を脱灰溶解した溶液から、簡単な操作によって、バイオアパタイト吸着性の生物活性物質を分離抽出すると同時に、高純度のバイオアパタイトを製造する新しい方法を提供することができる。
本発明の方法により得られるバイオアパタイトあるいはそれから生成物学的活性物質を分離したバイオアパタイトは、例えば、食品、飲料、飼料、化粧品、薬剤等への添加剤等として利用可能であり、有機有用物質（生物学的活性物質）はインプラント（人工歯根）補助剤等として利用することができる。
As described above, in the present invention, a composition containing bioapatite as an inorganic useful substance contained in a shell of shellfish and a substance having biological activity as an organic useful substance can be simultaneously prepared. That is, according to the present invention, it is possible to provide a new method for producing high-purity bioapatite while simultaneously separating and extracting bioapatite-adsorbing bioactive substances from a solution obtained by decalcifying and dissolving shells by simple operations. Can do.
Bioapatite obtained by the method of the present invention or bioapatite from which a productologically active substance is separated can be used, for example, as an additive to foods, beverages, feeds, cosmetics, drugs, etc. (Biologically active substance) can be used as an implant (artificial tooth root) adjuvant or the like.
以下に実施例、比較例及び試験例を挙げて本発明を説明するが、本発明の内容がこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, Comparative Examples, and Test Examples, but the contents of the present invention are not limited thereto.
実施例１：ホタテ貝の殻体の脱灰
ホタテ貝の殻体を水で洗浄し、残存する軟組織、外側の不純物を除去した。ステンレスミル内で液体窒素存在下で殻体を３００メッシュ以下の粉末に粉砕した。この殻体粉末に５倍量の０．１Ｍ塩酸水溶液を加え、４Ｍの塩酸水溶液に溶解しｐＨを２まで下げた。その後、脱灰の進行と共に、ｐＨが上昇するが４Ｍ塩酸を少しずつ加えてｐＨ２を持続させた。この時二酸化炭素の発生により発泡するが、エタノールを噴霧して消泡させつつ脱灰させた。ｐＨが上昇しなくなった時点で脱灰終了と判定し、その後、撹拌しつつ徐々に４Ｍ水酸化ナトリウムを加えてｐＨ９に調整して、無色透明の液体（バイオアパタイト形成母液）を得た。
Example 1: Demineralization of scallop shell The scallop shell was washed with water to remove remaining soft tissue and impurities on the outside. The shell was pulverized to a powder of 300 mesh or less in the presence of liquid nitrogen in a stainless steel mill. To this shell powder, 5 times the amount of 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added and dissolved in 4 M hydrochloric acid aqueous solution to lower the pH to 2. Thereafter, as the deashing progressed, the pH increased, but 4M hydrochloric acid was added little by little to maintain the pH of 2. At this time, foaming occurred due to the generation of carbon dioxide, but deashing was performed while spraying ethanol to remove the bubbles. When the pH no longer increased, it was determined that the decalcification was completed, and then 4M sodium hydroxide was gradually added while stirring to adjust the pH to 9 to obtain a colorless and transparent liquid (bioapatite forming mother liquor).
実施例２：酸脱灰溶液からのバイオアパタイトの生成
実施例１で得たバイオアパタイト形成母液に０．５Ｍ濃度のリン酸溶液を、酸脱灰溶液のカルシウムイオンのモル比で化学量論的に正確に０．６０倍量加えた。このときｐＨが漸次下降するので、注意深く、少しずつ１Ｍ水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを９に保った。この操作により得られた沈殿を試験物質−１とした。
Example 2: Production of bioapatite from acid decalcification solution The bioapatite-forming mother liquor obtained in Example 1 was stoichiometrically mixed with a 0.5 M concentration phosphoric acid solution in the molar ratio of calcium ions in the acid demineralization solution. Was exactly 0.60 times the amount added. At this time, since the pH gradually decreased, 1 M sodium hydroxide was carefully added little by little to maintain the pH at 9. The precipitate obtained by this operation was designated as test substance-1.
比較例１：
実施例１で得たバイオアパタイト形成母液に０．５Ｍ濃度のリン酸溶液を、酸脱灰溶液のカルシウムイオンのモル比で化学量論的に正確に０．６０倍量加えた。このときｐＨが漸次下降するので、注意深く、少しずつ１Ｍ水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを５に保った。この操作により得られた沈殿を試験物質−２とした。
Comparative Example 1:
To the bioapatite-forming mother liquor obtained in Example 1, a 0.5 M concentration phosphoric acid solution was added in a stoichiometrically accurate amount of 0.60 times the molar ratio of calcium ions in the acid decalcification solution. At this time, since the pH gradually decreased, 1 M sodium hydroxide was carefully added little by little to keep the pH at 5. The precipitate obtained by this operation was designated as test substance-2.
試験例１：バイオアパタイト構造の確認
試験物質−１と試験物質−２をＸ線回折分析に供した。その回折像を図１及び図２に示す。試験物質−１のＸ線回折像である図１はバイオアパタイトの回折像を示したのに対し、試験物質−２のＸ線回折像は第二リン酸カルシウムの回折像を示しており、酸脱灰溶液にリン酸溶液を反応させるときのｐＨ条件が、バイオアパタイトの形成に重要であり、ｐＨ９を保つことが必要であることが示された。
Test Example 1: Confirmation of bioapatite structure Test substance-1 and test substance-2 were subjected to X-ray diffraction analysis. The diffraction images are shown in FIGS. FIG. 1 which is an X-ray diffraction image of Test Substance-1 shows a diffraction image of bioapatite, whereas an X-ray diffraction image of Test Substance-2 shows a diffraction image of dicalcium phosphate. It was shown that the pH condition when the phosphoric acid solution is reacted with the solution is important for the formation of bioapatite, and it is necessary to maintain pH 9.
実施例３：
ホタテ貝の殻体から得られたバイオアパタイトはホタテ貝の殻体に含まれる生物学的活性物質を吸着していることが考えられたため、試験物質−１を１００ｇ、６Ｍ尿素を含む０．５Ｍリン酸緩衝液に分散し、４℃で２４時間撹拌抽出して、その後静置して上清を遠心分離した。得られた上清を蒸留水に対して充分透析した後、凍結乾燥して乾燥サンプル（試験物質−３）約５０ｍｇを得た。
Example 3:
Since bioapatite obtained from scallop shells was considered to adsorb biologically active substances contained in scallop shells, 100 g of test substance-1 and 0.5 M containing 6 M urea were used. The mixture was dispersed in a phosphate buffer, stirred and extracted at 4 ° C. for 24 hours, and then allowed to stand to centrifuge the supernatant. The obtained supernatant was sufficiently dialyzed against distilled water and then freeze-dried to obtain about 50 mg of a dried sample (test substance-3).
実施例４：バイオアパタイトからのタンパクの溶出
アコヤ貝粉末（３００メッシュ以下）を用いて、上記実施例２と同様の方法によって調製したバイオアパタイトを蒸留水に懸濁し、そのスラリーをガラスカラム（５×１５ｃｍ）に充填してカラムクロマトグラフィーを行った。予め蒸留水を流して洗浄した後、溶離液として（１）６Ｍ尿素／０．１Ｍリン酸緩衝液、（２）６Ｍ尿素／０．５Ｍリン酸緩衝液、（３）６Ｍ尿素／１．０Ｍリン酸緩衝液（いずれもｐＨ６．８）の３種の順に、各２００ｍｌを流した。各溶出液は、蒸留水に対して十分透析して凍結乾燥した（この凍結乾燥物を以下、０．１Ｍ分画、０．５Ｍ分画及び１．０Ｍ分画と呼ぶ。）。
Example 4: Elution of protein from bioapatite Using pearl oyster powder (300 mesh or less), bioapatite prepared by the same method as in Example 2 was suspended in distilled water, and the slurry was added to a glass column (5 X15 cm) and column chromatography was performed. After washing with distilled water in advance, (1) 6M urea / 0.1M phosphate buffer, (2) 6M urea / 0.5M phosphate buffer, (3) 6M urea / 1.0M as eluents 200 ml of each was flowed in the order of three kinds of phosphate buffer solutions (both pH 6.8). Each eluate was sufficiently dialyzed against distilled water and freeze-dried (this freeze-dried product is hereinafter referred to as 0.1M fraction, 0.5M fraction and 1.0M fraction).
試験例２：細胞培養法
マウス骨骨髄細胞由来の骨芽細胞ＭＣ３Ｔ３Ｅ１株（奥羽大学児玉博明博士から恵与された株。以下Ｅ１株と略記することがある。）をイーグル（Eeagle）ＭＥＭ培地（１０％胎児血清、１％抗生物質３種混合液を含む）で、５％炭酸ガス気相、３７℃にて培養した。サブコンフルエントの状態まで培養後、通法に従って０．２％トリプシンで剥離し、９６ウエルの細胞培養シャーレに、１ウエル当たり３０００個／０．１ｍｌの細胞を播種した。細胞播種群を３グループに分け、実施例４で得た０．１Ｍ分画、０．５Ｍ分画及び１．０Ｍ分画をそれぞれのグループに、各々０．０１ｍｌ加え、３日間培養した。
それぞれのウエルに水溶性テトラゾリウム塩試薬（ＣＣＫ−８，同仁化学薬品）を０．０１ｍｌ加え、２時間後に４５０ｎｍの吸光度をマイクロリーダにて測定した。
対照（Control）の結果と共に、結果を図３のグラフに示す。図３のグラフから、バイオアパタイトクロマトグラフィーからの０．１Ｍ及び０．５Ｍ分画を添加したグループで有意にＥ１細胞が増殖していることが判明した。
Test Example 2: Cell Culture Method Osteoblast MC3T3E1 strain derived from mouse bone marrow cells (strain provided by Dr. Hiroaki Kodama, Oku University, hereinafter may be abbreviated as E1 strain) Eagle's MEM medium ( 10% fetal serum, 1% antibiotic 3 kinds of mixed solution) was cultured at 37 ° C. in 5% carbon dioxide gas phase. After culturing to a subconfluent state, the cells were detached with 0.2% trypsin according to a conventional method, and 3000 cells / 0.1 ml of cells were seeded in a 96-well cell culture dish. The cell seeding group was divided into 3 groups, and 0.1 ml, 0.5 M and 1.0 M fractions obtained in Example 4 were added to each group in 0.01 ml each and cultured for 3 days.
0.01 ml of water-soluble tetrazolium salt reagent (CCK-8, Dojindo Chemical) was added to each well, and after 2 hours, the absorbance at 450 nm was measured with a microreader.
The results are shown in the graph of FIG. 3 along with the control results. From the graph of FIG. 3, it was found that E1 cells were significantly proliferating in the group to which the 0.1 M and 0.5 M fractions from bioapatite chromatography were added.
実施例５：バイオアパタイト形成母液の応用（廃水からの燐酸イオンの回収）
１ｍｌのバイオアパタイト形成母液に、終濃度１．０、２．５、及び５０ｍＭになるようにリン酸イオン（第２燐酸ナトリウム）を加えた。その結果を、リン酸イオン非添加の結果と共に図４の写真に示す。この結果から、バイオアパタイト形成母液は、高濃度のカルシウムを含んでいるので、極めて低濃度のリン酸イオンでも、直ちに沈殿させる能力を持っていることが分かった。
Example 5: Application of bioapatite-forming mother liquor (recovering phosphate ions from wastewater)
Phosphate ions (dibasic sodium phosphate) were added to 1 ml of bioapatite-forming mother liquor to final concentrations of 1.0, 2.5, and 50 mM. The result is shown in the photograph of FIG. 4 together with the result of not adding phosphate ions. From this result, it was found that the bioapatite-forming mother liquor contains a high concentration of calcium and therefore has the ability to immediately precipitate even a very low concentration of phosphate ions.
本発明の方法により簡便な手段で作製できるバイオアパタイト形成母液は、環境廃水等からリン酸イオンを回収するのに応用可能であるがわかった。現在、世界的にリン酸資源が枯渇傾向にある一方、廃水、特に人間及び動物の屎尿を含む廃水中にはリン酸イオンが高まっており、その結果、浄水処理、魚介類の生息に影響をあたえているといわれる。この点、リン酸回収法の一つとして、貝類から得られるバイオアパタイト形成母液の応用は大いに期待されるところである。 It has been found that the bioapatite-forming mother liquor that can be produced by a simple means by the method of the present invention can be applied to recover phosphate ions from environmental wastewater or the like. Currently, phosphate resources are in a global trend of depletion, but phosphate ions are increasing in wastewater, particularly human and animal wastewater, which has an impact on water purification and seafood inhabitants. It is said to have given. In this respect, as one of the phosphoric acid recovery methods, the application of bioapatite-forming mother liquor obtained from shellfish is highly expected.
Claims (11)
(1)貝類の殻体を洗浄し、貝類の軟組織及び外側の不純物を除去する工程、
(2)前記洗浄した貝類の殻体を粉砕する工程、
(3)前記粉砕物を酸性条件下で脱灰する工程、
(4)リン酸添加工程、及び
(5)前記リン酸添加工程で得られたバイオアパタイトを単離する工程。 A method for producing bioapatite adsorbing a biologically active substance characterized by having the following steps (1) to (5):
(1) a process of washing shellfish shells to remove shellfish soft tissues and outer impurities;
(2) crushing the shell of the washed shellfish,
(3) a step of decalcifying the pulverized product under acidic conditions;
(4) phosphoric acid addition step, and
(5) A step of isolating the bioapatite obtained in the phosphoric acid addition step.
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