JP2832760B2 - 固定化酵素の殺菌方法 - Google Patents

固定化酵素の殺菌方法

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JP2832760B2 JP3075839A JP7583991A JP2832760B2 JP 2832760 B2 JP2832760 B2 JP 2832760B2 JP 3075839 A JP3075839 A JP 3075839A JP 7583991 A JP7583991 A JP 7583991A JP 2832760 B2 JP2832760 B2 JP 2832760B2
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武雄 井手
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波処理と紫外線照
射処理を併用する固定化酵素の殺菌方法に関する。本発
明の殺菌方法を用いることによって、酵素活性を低下さ
せずに固定化酵素に付着している微生物を殺菌すること
ができる。
【0002】
【従来の技術】従来、物質の生産あるいは改良に広く固
定化酵素が利用されている。しかし、固定化酵素を長期
間連続して使用した場合、固定化酵素に付着した細菌な
どの微生物が増殖し、その結果、生成物の微生物汚染や
固定化酵素の活性低下などの問題が生じてくる。
【0003】このような問題点を改善するため、固定化
酵素を洗浄する際に殺菌剤あるいは洗浄剤を用いること
が提案されている。例えば、固定化酵素をジオクチルジ
エチレントリアミンなどの置換ジエチレントリアミンの
希釈水溶液と接触させて殺菌する方法(特開昭56−9
2791)、微生物汚染した固定化酵素を多価アルコー
ルに浸漬して殺菌する方法(特開昭59−17587
9)、固定化酵素をラウリルベンゼンスルホン酸塩とエ
タノールを含む混合液で処理して洗浄殺菌する方法(特
開昭59−98689)などである。しかし、これらの
固定化酵素を殺菌剤や洗浄剤で洗浄殺菌する方法は、そ
の洗浄殺菌に長時間を要したり、あるいは洗浄殺菌効果
が必ずしも十分でなく、また、固定化酵素の活性を低下
させたり、洗浄殺菌後、固定化酵素に残存付着している
洗浄剤や殺菌剤を完全に除去する操作を必要とするな
ど、種々の解決をしなければならない問題があった。
【0004】また、固定化酵素に紫外線を照射強度0.
5mW/cm2 以下で照射することによって、固定化酵
素の活性を低下させずに担体に付着している微生物を死
滅させる固定化酵素の殺菌方法(特開平1−22845
4)が開示されている。この方法において望ましい殺菌
効果をえるためには、固定化酵素の全面に紫外線を安定
的かつ均等に照射する必要があり、特定の殺菌装置を必
要とした。本出願人は、このような点に注目し、洗浄殺
菌反応槽内で固定化酵素を回転及び/または昇降動作を
繰り返させ、その上から紫外線を照射する固定化酵素殺
菌装置(特願平2−43893)を発明した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、固定化
酵素の活性を低下させることなく、紫外線照射による殺
菌効果を高める方法について鋭意研究を重ねてきた。そ
して、長期間使用した固定化酵素に紫外線照射してその
殺菌効果を測定したところ、本来104 〜105 あるは
ずの殺菌力が実際には101 程度しかないことを見出し
た。そこで、この原因について検討し、(a)固定化酵
素に付着する微生物が重なり合っていること、(b)固
定化酵素が基質やその加水分解物などで層状あるいは膜
状に覆われていること、などの原因によって紫外線が微
生物に到達しないものと想定した。
【0006】次いで、これらの障害を取り除くために超
音波処理を併用することを検討した結果、(1)紫外線
照射処理単独では101 程度の殺菌力であり、紫外線照
射量を増しても殺菌力は増加しないこと、(2)超音波
処理単独では30分間処理後に103 程度の殺菌力であ
り、処理時間を延長しても殺菌力は増加せず、洗浄効果
だけが得られること、(3)超音波処理を行った後、紫
外線照射処理を行うと殺菌力が急激に増大し、紫外線照
射量を4000mWs/cm2 とすると106 程度の殺
菌力であり、超音波処理と紫外線照射処理との相加効果
以上の効果が得られること、(4)超音波処理と紫外線
照射処理を併用した場合、超音波処理の時間が長いほう
が殺菌効果が増大すること等の知見を得た。
【0007】これらの知見から、紫外線照射処理単独で
殺菌力に限界があるのは、(a)微生物が重なり合い、
(b)基質などによって被覆されることに原因があり、
超音波処理と紫外線照射処理を併用するとそれらの妨害
要因が取り除かれ、紫外線が固定化酵素に到達して殺菌
効果を高めることができることを見出し、本発明を完成
するに至った。また、超音波処理を行う際に、界面活性
剤を含む液体中で処理を行うことにより、さらに殺菌効
果を高めることができることも見出した。したがって、
本発明は酵素活性を低下させずに固定化酵素に付着して
いる微生物を殺菌する方法を提供することを課題とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、固定化
酵素を殺菌する際に、超音波処理と紫外線照射処理を併
用することにある。さらには、超音波処理を行うに際し
て界面活性剤を含む液体中で処理を行うことにある。こ
のような処理を行うことにより、酵素活性を低下させず
に固定化酵素に付着している微生物を殺菌することがで
きる。
【0009】本発明の殺菌方法は、いかなる固定化酵素
にも適応できる。これらの固定化酵素としては、ラクタ
ーゼ、グルコースイソメラーゼ、プロテアーゼなどの酵
素をキトサン、キチン、樹脂など水不溶性の担体に化学
結合させるか、あるいはセルローストリアセテート、ポ
リアクリルアミドゲルなどに包括させて固定化したもの
を例示することができる。これらの固定化酵素は、カラ
ムなどに充填された状態であっても、撹拌槽に拡散され
た状態であっても、あるいはそれらの装置から取り出し
た状態であっても、超音波処理と紫外線照射処理を併用
することができる。
【0010】超音波処理は、固定化酵素が充填あるいは
拡散している装置中に設置した超音波振動子か、装置か
ら固定化酵素を取り出して超音波洗浄器で、数分間〜6
0分間程度行う。この際、超音波処理を行う液体中に界
面活性剤を加えておくと、さらに洗浄効果を増大させる
ことができる。また、超音波処理を行う前に界面活性剤
を加えた液体で処理してもよい。本発明における界面活
性剤を含む溶液中で超音波処理とはこのいずれかの場合
であってもよい。ここで用いる界面活性剤は特に限定は
されず、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸
エステル、ショ糖脂肪酸エステルあるいはレシチン等が
用いられる。グリセリン脂肪酸エステルはモノグリセリ
ン脂肪酸エステルであってもポリグリセリン脂肪酸エス
テルであってもよい。例えば、グリセリン脂肪酸エステ
ル、グリセリン酢酸脂肪酸エステル、グリセリン乳酸脂
肪酸エステル、グリセリンクエン酸脂肪酸エステル、グ
リセリンコハク酸脂肪酸エステル、グリセリンジアセチ
ル酒石酸エステル、グリセリン酢酸エステル等が、ソル
ビタン脂肪酸エステルとしてはソルビタンモノオレイン
酸エステル(スパン80)、ソルビタンモノラウリル酸
エステル(スパン20)等が、またショ糖脂肪酸エステ
ルとしては脂肪酸としてパルミチン酸、ステアリン酸を
含むエステルが用いられる。これらの界面活性剤は、通
常、0.5〜2.0重量%蒸留水に溶解して用いられ
る。これらの界面活性剤のなかでポリグリセリン脂肪酸
エステルは食品添加物として広く用いられている乳化剤
であり、安全性が高く、しかも洗浄効果を高めると共に
固定化酵素の活性を低下させないので本発明で使用する
のに特に好適である。
【0011】紫外線照射処理は、固定化酵素に付着する
微生物を殺菌できる程度の照度及び時間で行うが、通常
は照度10mW/cm2 前後で100秒間〜2000秒
間行い、照射量が1000〜20000mWs/cm2
となるように行うことが好ましい。特に照射量が300
0mWs/cm2 以上で効果を奏する。
【0012】超音波処理と紫外線照射処理の組み合わせ
は、超音波処理を行った後に紫外線照射処理を行っても
よく、また、超音波処理と紫外線照射処理を同時に平行
して行ってもよい。この際、従来知られている紫外線照
射方法あるいは処理装置、例えば、特開平1−2284
54や特願平2−43893に開示のものと超音波処理
を併用することができる。
【0013】また、超音波処理や紫外線照射処理の前後
に、固定化酵素を蒸留水や緩衝液などで洗浄することに
よって、固定化酵素に付着している基質やその分解物、
あるいは微生物を除去しておくことが望ましい。
【0014】本発明の殺菌方法は、具体的には、牛乳中
の乳糖をグルコースとガクトースに分解する際に用いる
ラクターゼを担体に固定化した固定化酵素の殺菌、ある
いは乳糖、ホエー、脱脂乳などからオリゴ糖を生成させ
る際に用いるβ−ガラクトシダーゼを担体に固定化した
固定化酵素の殺菌などに用いることができる。さらに
は、蛋白質をペプチドや遊離アミノ酸に分解する際に用
いるプロテアーゼを担体に固定化した固定化酵素の殺菌
などにも用いることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明の効果について、試験例をあげて
説明する。
【試験例1】酵素としてプロテアーゼS(天野製薬
(株)製)を用い、グルタルアルデヒドで架橋して担体
であるキトサンビーズ(商標名:キトパール、富士紡績
(株)製)に固定化し、固定化酵素(固定化プロテアー
ゼS)を調製した。この固定化プロテアーゼSをカゼイ
ンの加水分解処理に反復使用し、その結果、付着した微
生物の菌数が2.7×106 CFU/mlまでに増殖し
て汚染されたものを洗浄殺菌試験に供した。
【0016】上述のように汚染された固定化プロテアー
ゼSを出力100W程度の通常用いる超音波洗浄器で3
0〜60分間超音波処理し、それと同時平行して上方か
ら紫外線を照射した。この結果を表1に示す。残存微生
物の菌数は、対照に比べ、超音波処理と紫外線照射処理
を併用することによって顕著に低下し、特に、紫外線照
射量3000mWs/cm2 以上では殆ど微生物が残存
しなくなった。この結果から、固定化酵素の殺菌に超音
波処理と紫外線照射処理を併用すると、酵素活性を低下
させることなく、付着した微生物を殺菌することができ
ることが判明した。また、この殺菌効果は、紫外線照射
量3000mWs/cm2 以上で顕著であった。
【0017】
【表1】
【0018】
【試験例2】試験例1と同様の処理で汚染された固定化
プロテアーゼSを用い、界面活性剤の効果を確認するた
め、以下のような試料を調製し、固定化プロテアーゼS
の残存活性を測定した。
【0019】(1)試料1 使用済固定化プロテアーゼSを蒸留水中で出力100W
程度の通常用いる超音波洗浄器で超音波処理したもの。 (2)試料2 使用済固定化プロテアーゼSを界面活性剤としてグリセ
リン脂肪酸エステル・SYグリスターML750(商標
名、阪本薬品工業(株)製)を1重量%添加した蒸留水
中で出力100W程度の通常用いる超音波洗浄器で超音
波処理したもの。 (3)試料3 使用済固定化プロテアーゼSを界面活性剤としてグリセ
リン脂肪酸エステル・SYグリスターML750(商標
名、阪本薬品工業(株)製)を1重量%添加した蒸留水
中で出力100W程度の通常用いる超音波洗浄器で超音
波処理し、それと同時平行して上方から紫外線を照射し
たもの。
【0020】紫外線照度は平均5mW/cm2 であっ
た。結果を図1に示す。この図が示すように、界面活性
剤は酵素活性をほとんど低下させないことが分る。な
お、超音波処理60分間で固定化プロテアーゼSの残存
活性が初発より高くなった理由は、固定化プロテアーゼ
S表面に付着した加水分解物や微生物が除去されて、基
質との接触が円滑になったためである。
【0021】
【試験例3】試験例1と同様の処理で汚染された固定化
プロテアーゼSを用い、界面活性剤の効果を確認するた
め、以下のような試料を調製し、固定化プロテアーゼS
表面に残存している微生物の菌数を計測することによっ
て、洗浄殺菌試験を行った。
【0022】(1)試料1 使用済固定化プロテアーゼSを蒸留水中で出力100W
程度の通常用いる超音波洗浄器で超音波処理し、それと
同時平行して上方から紫外線を照射したもの。なお、紫
外線照度は5mW/cm2 程度となるように調整した。 (2)試料2 使用済固定化プロテアーゼSを界面活性剤としてグリセ
リン脂肪酸エステル・SYグリスターML750(商標
名、阪本薬品工業(株)製)を0.5重量%添加した蒸
留水中で出力100W程度の通常用いる超音波洗浄器で
超音波処理し、それと同時平行して上方から紫外線を照
射したもの。なお、紫外線照度は5mW/cm2 程度と
なるように調整した。 (3)試料3 使用済固定化プロテアーゼSを界面活性剤としてグリセ
リン脂肪酸エステル・SYグリスターML750(商標
名、阪本薬品工業(株)製)を1重量%添加した蒸留水
中で出力100W程度の通常用いる超音波洗浄器で超音
波処理し、それと同時平行して上方から紫外線を照射し
たもの。なお、紫外線照度は5mW/cm2 程度となる
ように調整した。いずれの場合も処理時間は0〜60分
であった。
【0023】その結果を図2に示す。この表にみられる
ように界面活性剤は殺菌処理時間の経過とともにその使
用量に応じて殺菌効果を表わし、特に50〜60分の処
理では生残菌数をほとんど0とする効果を奏する。
【0024】次に本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に説明する。
【実施例1】直径6cm、長さ18cmのカラムに30
0mlの固定化プロテアーゼSを充填した後、ダウンフ
ローで10%カゼインを反応温度40℃、SV=3で連
続通液を行って加水分解物を調製した。時間の経過と共
に菌の生育が始まり、固定化プロテアーゼSへの乳タン
パク付着と細菌汚染が生じた。12時間通液後の残存酵
素比活性は70%であり、微生物菌数は106 オーダー
であった。このとき、カラムから固定化プロテアーゼS
を取り出し、pH7.0のリン酸緩衝液で洗浄して固形
分を除去した後、この固定化プロテアーゼSを殺菌槽に
移し、殺菌槽を回転させながら5mW/cm2 の紫外線
を60分間照射すると同時に出力100Wの超音波振動
子により超音波を照射した。このようにして処理した固
定化プロテアーゼSを無菌処理したpH7.0のリン酸
緩衝液で洗浄し、残存の酵素比活性は100%に回復
し、付着微生物の菌数0.0×101 であった。この固
定化プロテアーゼSを再びカラムに充填して、カゼイン
の加水分解に用いた。
【0025】
【実施例2】直径6cm、長さ18cmのカラムに30
0mlの固定化プロテアーゼSを充填した後、ダウンフ
ローで10%カゼインを反応温度40℃、SV=3で連
続通液を行って加水分解物を調製した。時間の経過と共
に菌の生育が始まり、固定化プロテアーゼSへの乳タン
パク付着と細菌汚染が生じた。12時間通液後の残存酵
素比活性は70%であり、微生物菌数は106 オーダー
であった。このとき、カラムから固定化プロテアーゼS
を取り出し、pH7.0のリン酸緩衝液で洗浄して固形
分を除去した後、これを界面活性剤としてグリセリン脂
肪酸エステル・SYグリスターML750(商標名、阪
本薬品工業(株)製)を1重量%添加した蒸留水中で出
力100Wの超音波発振器を使用して超音波を照射する
と共に、殺菌槽を回転させながら5mW/cm2 の紫外
線を60分間照射した。このようにして処理した固定化
プロテアーゼSを無菌処理したpH7.0のリン酸緩衝
液で洗浄し、残存の酵素比活性は100%であり、付着
微生物の菌数0.0×101 以下であった。この固定化
プロテアーゼSを再びカラムに充填して、カゼインの加
水分解に用いた。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験例2の洗浄殺菌処理が酵素活性に及ぼす影
響を示す。
【符号の説明】
─○─ 超音波処理 ─△─ 超音波処理と界面活性剤との併用 ─□─ 超音波処理、界面活性剤及び紫外線照射処理の
併用
【図2】試験例3の界面活性剤の洗浄・殺菌補助処理効
果を示す。
【符号の説明】
─□─ 界面活性剤無添加 ─△─ 界面活性剤0.5%添加 ─○─ 界面活性剤1%添加
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−228454(JP,A) 特開 昭63−237787(JP,A) 特開 昭61−12280(JP,A) 特開 平3−247269(JP,A) 実開 昭63−145500(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 11/00 - 11/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定化酵素に超音波処理と紫外線照射処
    理とを併用して固定化酵素に付着する微生物を殺菌する
    ことを特徴とする固定化酵素の殺菌方法。
  2. 【請求項2】 界面活性剤を含む液体中で超音波処理を
    行う請求項1に記載の固定化酵素の殺菌方法。
  3. 【請求項3】 界面活性剤がグリセリン脂肪酸エステル
    である請求項2に記載の固定化酵素の殺菌方法。
  4. 【請求項4】 紫外線照射処理を3000mWs/cm
    2 以上の紫外線照射量で行う請求項1乃至3のいずれか
    に記載の固定化酵素の殺菌方法。
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