JP2011046658A - メラニン前駆体含有溶液及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】以下の(1)及び(2)の特徴を有するメラニン前駆体含有溶液:(1)HPLC分析における5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積が、5,6-ジヒドロキシインドールの10%以下、(2)不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の成分の重量が70重量%未満。
【選択図】なし
Description
(I-1) 以下の(1)及び(2)の特徴を有するメラニン前駆体含有溶液:
(1)HPLC分析における5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積が、5,6-ジヒドロキシインドールのピーク面積の10%以下、
(2)不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の成分の重量が70重量%未満。
(I-2) (I-1)に記載のメラニン前駆体含有溶液を配合した染料溶液。
(II-1) 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物を非溶解状態で含む混合物を酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成することを特徴とする、(I-1)に記載のメラニン前駆体含有溶液の製造方法。
(II-2) 前記水がイオン交換水である、(II-1)に記載の製造方法。
(II-3) 前記混合物が水、酸化酵素を産生し得る微生物懸濁液又は酸化酵素溶液、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物を混合して調製されるものであって、微生物懸濁液又は酸化酵素溶液の電気伝導度が0.8 mS/cm以下に調整されてなるものであることを特徴とする、(II-1)又は(II-2)に記載の製造方法。
(II-4) 前記酸化酵素がカテコールオキシダーゼ活性を有する酵素である、(II-1)〜(II-3)のいずれか一項に記載の製造方法。
(II-5) 前記カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素がチロシナーゼである、(II-4)に記載の製造方法。
(II-6) 前記微生物が酵母である、(II-1)〜(II-5) のいずれか一項に記載の製造方法。
(III-1) 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物の混合物を、酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成する、メラニン前駆体含有溶液の製造において、当該混合物中に基質化合物が非溶解状態になるように調製することを特徴とする、メラニン前駆体含有溶液中の5,6-ジヒドロキシインドール以外の不揮発成分を低減させる方法。
(III-2) 前記酸化酵素がカテコールオキシダーゼ活性を有する酵素である、 (III-1)に記載の方法。
(III-3) 前記カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素がチロシナーゼである(III-2)に記載の方法。
(III-4) 前記微生物が酵母である、(III-1)〜(III-3) のいずれか一項に記載の方法。
(IV-I) 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物の混合物を、酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成する、メラニン前駆体含有溶液の製造において、当該溶液に含まれる5,6-ジヒドロキシインドールに対する5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の量を低減させる方法であって、当該混合物が水、酸化酵素を産生し得る微生物懸濁液又は酸化酵素溶液、並びに基質化合物を混合して調製される、基質化合物を非溶解状態で含むものであり、微生物懸濁液又は酸化酵素溶液の電気伝導度を0.8 mS/cm以下に調整することを特徴とする方法。
(IV-2) 前記酸化酵素がカテコールオキシダーゼ活性を有する酵素である、(IV-1)に記載の方法。
(IV-3) 前記カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素がチロシナーゼである、(IV-2)に記載の方法。
(IV-4) 前記微生物が酵母である、(IV-1)〜(IV-3)のいずれか一項に記載の方法。
本発明のメラニン前駆体含有溶液は、
(1)HPLC分析における5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積が、5,6-ジヒドロキシインドールのピーク面積の10%以下、
(2) 不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の重量が70重量%未満、
であることを特徴とする。
本発明のメラニン前駆体含有溶液は、HPLC分析における5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積が、5,6-ジヒドロキシインドールのピーク面積の10%以下であることを特徴とし、この範囲であれば安全上のリスクが少ない。好ましくは6%以下、より好ましくは0.1〜3%である。
(1)試験液の処理
50 ml容メスフラスコに1%(w/v)のアスコルビン酸ナトリウムを含む0.1%(w/v)リン酸溶液を10 ml分注する。ここに試験液1.0 gを秤量して入れた後0.1%(w/v)リン酸溶液で50 ml標線までメスアップする。
(2)HPLC分析
斯くして調製した試験液の遠心上清を下記条件のHPLCに供し、5,6-ジヒドロキシインドールおよび5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積を求める。
HPLC装置:Waters社製HPLC Alliance2695-2996
カラム:Waters社製SunfireC18(4.6×150 mm)
移動相:A液−1.5%(w/v)リン酸溶液、B液−99.9%メタノール(B液が初発0%、5分後に50%となるようにグラジエントを設定)
試験液注入量:10μl
流速:1.0 ml/min
検出:極大吸収波長である280 nmにおける吸光度でモニター
メラニン前駆体含有溶液中の5,6-ジヒドロキシインドールの濃度は、反応系に添加した基質濃度に依存するため、基質濃度を40 mMとした場合を例示すると、好ましくは10〜30 mMであり、より好ましくは15〜25 mM程度であり、更に好ましくは17〜20 mM程度である。
本発明のメラニン前駆体含有溶液は、不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の重量が70重量%未満であることを特徴とする。70重量%未満とすれば、メラニン前駆体含有溶液を配合した染料溶液において結晶の生成がせず、色合いが官能的に十分薄いと判断される。好ましくは65重量%未満、より好ましくは50〜60重量%である。
本発明のメラニン前駆体含有溶液の製造方法は、水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物を非溶解状態で含む混合物を酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成することを特徴とする。
本発明の方法で用いる微生物は、酸化酵素を産生し得るものであればよく、この限りにおいて特に制限されない。微生物の増殖能力は問わず、不活性化処理した微生物も含まれる。また、酸化酵素を産生し得る微生物に破砕処理や溶菌処理などを施し、酵素溶液としたものについても同様に扱うことができる。
基質化合物としては、DOPA及びDOPA類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を使用する。DOPA及びDOPA類縁体は、L体又はD体のいずれであってもよい。DOPA類縁体としては、ドーパミン(Dopamine)や、DOPAメチルエステル、DOPAエチルエステルおよびα−メチルDOPA等が挙げられ、これらの異性体であってもよい。中でも、天然型メラニン前駆体が得られる点で、L-DOPAを用いることが好ましく、酵素に対する親和性の点でもL-DOPAを用いることが好ましい。
本発明の方法で用いる混合物は、水、前述する酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びに前述する基質化合物を非溶解状態で含むことを特徴とする。
前述する混合物は、酸化反応の反応原料として用いられる。
微生物懸濁液を添加して製造したメラニン前駆体含有溶液は、必要に応じて、微生物を除去する固液分離工程に供する。不活性ガス雰囲気下で遠心分離、あるいは膜分離を行うことでメラニン前駆体を劣化させずに、微生物を含まないメラニン前駆体溶液を得ることができる。引き続き不活性ガス雰囲気下で限外ろ過膜を用いた除タンパク工程に供することで、混入タンパク質を除去したメラニン前駆体溶液が得られる。なお、限外ろ過膜を用いて膜分離を行えば、固液分離と除タンパクを単一工程で済ませることもできる。
本発明のメラニン前駆体含有溶液を配合し、染色性能及び保存性に優れた染料溶液を調製することができる。染色性能の観点から、染料溶液に含まれる5,6-ジヒドロキシインドール濃度は、0.01〜10重量%、更には0.05〜5重量%、特に0.2〜1.5重量%が好ましい。この含有量は、染料溶液の使用目的によって適宜変えることができ、染色回数が一回で染色対象物が綿繊維の場合は0.2〜0.5重量%で、染色対象物がヒト白髪の場合は1.0〜1.5重量%程度で黒く染色することができる。染色回数が2回以上である場合は、より低濃度で染色効果が得られる。
カテコールオキシダーゼとしてチロシナーゼ(melB)、微生物として酵母(Saccharomyces cerevisiae)を用いて、カテコールオキシダーゼ産生微生物を調製した。なお、チロシナーゼ(melB)は麹菌Aspergillus oryzaeから単離された酵素である(特許第3903125号公報)。そのアミノ酸配列、並びにそれをコードするmelB遺伝子のクローニング方法およびその塩基配列も、上記特許第3903125号公報に記載されている。
(1)チロシナーゼ遺伝子(melB遺伝子)のクローニング
特許第3903125号公報の記載に従って、麹菌Aspergillus oryzaeからmelB遺伝子をクローニングした。具体的には、麹菌Aspergillus oryzae OSI-1013株(受託番号FERM P-16528、平成9年11月20日に日本国茨城県つくば市東1-1-1 つくばセンター 中央第6に住所を有する独立行政法人産業技術総合研究所・特許生物寄託センター(旧:工業技術院生命工学工業技術研究所・特許微生物寄託センター)に寄託)を蒸米に接種し、製麹した麹を1.5g秤量し、液体窒素中で完全に破砕した。日本ジーン社製ISOGENを用いて、これから240μgの全RNAを抽出した。120μgの全RNAからタカラバイオ株式会社製Oligotex-dT30<Super>を用いて、1μgのmRNAを精製した。このmRNAを、Clontech社製SMART cDNA Library Construction KitによりcDNAライブラリーを作成し、PCRによりmelB cDNAのみを増幅した。得られたPCR産物はアガロースゲル電気泳動で、目的の約1.8Kbpのバンドのみが増幅されていることを確認した。また、塩基配列解析の結果、正常にイントロン配列が取り除かれていることも確認した。なお、特許第3903125号公報の配列番号2に記載されているmelB遺伝子の塩基配列のうち、1〜1436番目の塩基配列はプロモーター領域、3636〜4174番目の塩基配列はターミネーター領域に相当し、1437〜3635番目の塩基配列は、melB cDNAに相当するコーティング領域に相当する。
(2)酵母への組み込み
上記(1)で得られたmelB cDNAを、酵母Saccharomyces cerevisiae用発現ベクター(特開2003-265177号公報)に発現可能な状態で接続した。具体的には、特開2003-265177号公報の記載に準じて、SED1プロモーターとADH1ターミネーターを持つ上記発現ベクターのプロモーター直下のSmaI部位に、上記(a)で取得したmelB cDNAを挿入した。URA3マーカー内部に存在するStuI部位で切断することにより得られるmelB cDNAを含む断片を導入用カセットとして精製した。
これを定法に従って、酵母(Saccharomyces cerevisiae)に導入し、melB産生酵母を調製した。なお、酵母は、清酒の醸造に用いられる実用酵母・協会9号由来のウラシル要求性株については、日本醸造教会から入手できる清酒の醸造に用いられる実用酵母・協会9号の5−フルオロオロチジン酸耐性を利用した公知の陽性選択方法により取得することができる。
上記で得られたmelB産生酵母(組換え酵母)を常法に従って培養し、遠心分離によって菌体を回収し、蒸留水で洗浄した。次いで、菌体(湿重量約100g)に0.1mMの硫酸銅を含む水溶液1Lを加え、40℃で20分間保持した。その後、遠心分離により菌体を回収し、これを50mMの酢酸緩衝液(NaOAc-HCl)(pH3.0)1Lに懸濁し、室温で10分間静置した。その後、遠心分離により菌体を回収し、過剰な銅イオンを除去するため、20mMのEDTA溶液(KOHを使用してpH5に調整)で洗浄し、遠心分離して菌体を回収した。斯くして活性化処理された菌体を水1Lに懸濁して、これを微生物懸濁液とした。
酸化酵素又は微生物の活性は、酸化酵素又は微生物と0.8μmolのDOPAを含む溶液1mLを30℃で5分間反応させた場合の475nmにおける吸光度を光路長1 cmあたり1増加させる活性を1Uとして計算される。また微生物の酵素活性は、これを反応に用いた菌体の湿重量(mg)で除したもの(U/mg)とすることもできる。
5,6-ジヒドロキシインドールの重量は、下記のHPLC分析方法で、5,6-ジヒドロキシインドール標準品はBIO SYNTH社製を用いて、絶対検量線法により定量した。
(1)試験液の処理
50 ml容メスフラスコに1%(w/v)のアスコルビン酸ナトリウムを含む0.1%(w/v)リン酸溶液を10 ml分注した。ここに試験液1.0 gを秤量して入れた後、0.1%(w/v)リン酸溶液で50 ml標線までメスアップした。
(2)HPLC分析
斯くして調製した試験液の遠心上清を下記条件のHPLCに供し、5,6-ジヒドロキシインドールのピーク面積を求めた。
HPLC装置:Waters社製HPLC Alliance2695-2996
カラム:Waters社製SunfireC18(4.6×150 mm)
移動相:A液−1.5%(w/v)リン酸溶液、B液−99.9%メタノール(B液が初発0%、5分後に50%となるようにグラジエントを設定)
試験液注入量:10μl
流速:1.0 ml/min
検出:極大吸収波長である280 nmにおける吸光度でモニター
不揮発成分の重量は、100 mLのメラニン前駆体溶液を窒素雰囲気下、-80℃において凍結し、凍結乾燥装置で48時間乾燥させた後に固形分重量を定量することにより測定した。
5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸含有割合は、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のHPLC分析を「5,6-ジヒドロキシインドール量の測定方法」と同じ方法で行ってピーク面積を測定することにより求めた。
電気伝導度の測定は、微生物懸濁液を遠心分離し、得られた上清を電気伝導率計(堀場製作所製、B-173)により測定した。
下記A, B及びCを30L培養槽に仕込んだ(反応液量23.8L)。この時、DOPAが全量水に溶解することはなく、分散した状態(非溶解状態)で含まれていた。以後、これをDOPA非溶解液と呼ぶ。
A: イオン交換水 21.4 L
B: 微生物懸濁液 238 mL (活性8.6×106U、電気伝導度0.29 mS/cm)
C: DOPA 190 g
撹拌を開始後、酸素ガス通気を開始した。この操作により、酸化反応が開始する。この反応中、反応液のpHが5.5付近になるように6N NaOH又は1N 硫酸を自動添加した。具体的には、反応前半は6N NaOHを自動添加し、反応後半は1N 硫酸を自動添加した。40分で反応終了とし、通気を止めた。培養槽内を窒素雰囲気とし、弱アルカリ性条件(pH7〜9)で18時間弱く撹拌を続け、ドーパクロムから5,6-ジヒドロキシインドールを生成した。その後、反応液をUF膜を用いて除菌、除タンパク処理した。
・5,6-ジヒドロキシインドール濃度:17 mM(0.26重量%)
・不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の成分の重量:62重量%
・5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸含有割合:6 %
下記A, B及びCを10L培養槽に仕込んだ(反応液量7L)。この時、DOPAは酸性条件下で水に溶解した(DOPA濃度20 mM)。以後、これをDOPA溶解液とする。
A: イオン交換水 6.3 L
B: DOPA 28 g
C: 62.5% 硫酸 14 mL
酸素を通気し、撹拌を開始した。6N NaOHを添加し、pH5.5付近に調整した。反応液に緩衝作用がないため、pHの微調整はできない。直ちに、微生物懸濁液を0.7L添加した(活性4.0×106U、電気伝導度0.88 mS/cm)。これによって、酸化反応が始まる。この反応中、反応液のpHが5.5付近になるように6N NaOH又は1N 硫酸を自動添加した。具体的には、反応前半は6N NaOHを自動添加し、反応後半は1N 硫酸を自動添加した。40分で反応終了とした。培養槽内を窒素雰囲気とし、弱アルカリ性条件(pH7〜9)で一晩弱く撹拌を続け、ドーパクロムから5,6-ジヒドロキシインドールを生成した。その後、反応液をUF膜を用いて除菌、除タンパク処理した。
・5,6-ジヒドロキシインドール濃度:6.5 mM(0.10重量%)
・不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の成分の重量:80重量%
・5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸含有割合:11 %
品質を安定化させるため、微生物懸濁液の電気伝導度管理を行った。これにより微生物懸濁液からの持込不純物を管理する効果が見込まれる。
(製造番号3は、実施例1と同一)
以下、本発明のメラニン前駆体含有溶液を用いた染料溶液の配合例を示す。
Claims (9)
- 以下の(1)及び(2)の特徴を有するメラニン前駆体含有溶液:
(1)HPLC分析における5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のピーク面積が、5,6-ジヒドロキシインドールのピーク面積の10%以下、
(2)不揮発成分重量に占める5,6-ジヒドロキシインドール以外の成分の重量が70重量%未満。 - 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA(3-(3,4-ジヒドロキシフェニル)アラニン)及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物を非溶解状態で含む混合物を酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成することを特徴とする、請求項1に記載のメラニン前駆体含有溶液の製造方法。
- 前記水がイオン交換水である、請求項2に記載の製造方法。
- 前記混合物が水、酸化酵素を産生し得る微生物懸濁液又は酸化酵素溶液、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物を混合して調製されるものであって、微生物懸濁液又は酸化酵素溶液の電気伝導度が0.8 mS/cm以下に調整されてなるものであることを特徴とする、請求項2又は3に記載の製造方法。
- 前記酸化酵素がチロシナーゼである、請求項2〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物の混合物を、酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成する、メラニン前駆体含有溶液の製造において、
当該混合物中に基質化合物が非溶解状態になるように調製することを特徴とする、メラニン前駆体含有溶液中の5,6-ジヒドロキシインドール以外の不揮発成分を低減させる方法。 - 水、酸化酵素を産生し得る微生物又は酸化酵素、並びにDOPA及びDOPAの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物の混合物を、酸素の存在下で反応させてメラニン前駆体を生成する、メラニン前駆体含有溶液の製造において、当該溶液に含まれる5,6-ジヒドロキシインドールに対する5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の量を低減させる方法であって、
当該混合物が水、酸化酵素を産生し得る微生物懸濁液又は酸化酵素溶液、並びに基質化合物を混合して調製される、基質化合物を非溶解状態で含むものであり、微生物懸濁液又は酸化酵素溶液の電気伝導度を0.8 mS/cm以下に調整することを特徴とする方法。 - 前記酸化酵素がチロシナーゼである、請求項6又は7に記載の方法。
- 請求項1に記載のメラニン前駆体含有溶液を配合した染料溶液。
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