JP3368900B2 - 発泡剤の製造方法 - Google Patents

発泡剤の製造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は,牛,水牛などの動物の角および/または蹄
由来の起泡性の高い発泡剤の製造方法に関する。さらに
詳細には,本発明は,上記角および/または蹄から酵素
反応を用いて,安定した品質で効率よく,かつ環境を汚
染することなく,発泡剤を製造する方法に関する。
(従来の技術) 消化剤,軽量コンクリート部材を得るための起泡剤を
はじめとする発泡剤としては,硬質タンパクであるケラ
チン分解産物が利用されている。ケラチン由来の発泡剤
は,起泡性が高く,しかも生じた起泡は比較的安定に存
在するため,上記使用目的に有用である。特に,水牛の
角や蹄は,ケラチン含有量が高いため,その原料として
汎用されている。例えば,水牛の角から発泡剤を得るた
めには,まず,水牛の角を加熱処理した後に粉砕し,該
粉砕物にアルカリ液として消石灰水懸濁液を加え,加熱
してアルカリ分解を行う。これにより,ケラチンは加水
分解され,主としてオリゴペプチドの状態で反応液中に
溶解して存在する。反応液を濾取し,中和剤として重炭
酸アンモニウムを加えてpHを7〜7.5に調整した後,濾
過・濃縮を行う。これは,そのまま発泡剤として使用す
ることが可能であり,通常,さらに,安定剤,防腐剤な
どの添加剤が加えられて製品とされる。
上記従来の方法では,水牛の角をアルカリを用いて分
解するため,副生物としてアンモニアが生ずる。さら
に,該アルカリ(通常,消石灰)を中和するために重炭
酸アンモニウムが用いられる。これは中和により炭酸カ
ルシウムとなるが,このステップにおいても副生物とし
てアンモニアが生じる。生じたアンモニアは燃焼させ,
さらに脱臭装置を通過させることにより除去している
が,完全には除去しきれないため,工場内の作業環境が
悪化する。さらに,工場周辺の地域の住環境がそこな
い,公害問題となるおそれがある。
さらに上記製造方法では,ケラチンを分解するため
に,かなりの量のエネルギーと時間とを要するため,作
業効率が悪い。効果的な方法で,環境をそこなうことな
く発泡剤を製造する方法が臨まれている。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は,上記従来の欠点を解決するものであり,そ
の目的とするところは,牛,水牛などの動物の角および
/または蹄由来で起泡性が高く,品質の安定した発泡剤
を効果的に製造する方法を提供することにある。本発明
の他の目的は,アンモニアなどの臭気物質を発生するこ
となく,短時間のうちに上記優れた発泡剤を製造する方
法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 発明者らは,牛,水牛などの動物の角および/または
蹄をタンパク分解酵素を用いて分解することにより,環
境を汚染することなく,効果的に発泡剤が得られること
を見出し,本発明を完成するに至った。
本発明の発泡剤の製造方法は,牛,水牛などの動物の
角および/または蹄を加熱・加圧処理する工程,該処理
された角を粉砕する工程,該粉砕物をタンパク分解酵素
で分解して,酵素反応液を得る工程,該酵素反応液から
分解産物と固形成分を回収する工程,および該固形成分
に,さらに反応媒体および粉砕物を加えて酵素反応を反
復する工程を包含し,そのことにより上記目的が達成さ
れる。
好適な実施態様においては,上記タンパク分解酵素が
(バシラス サチリス(Bacillus subtilis)由来であ
り,そのことにより上記目的が達成される。
本発明においては,牛(Bos),水牛(Bubalus)など
の動物の角および/または蹄が基質として利用される。
発泡剤などの原料として従来利用されている水牛の角
が,特に好適に用いられ得る。2種以上の基質を混合し
て用いることも可能である。
本発明に用いられるタンパク分解酵素としては,微生
物(Bacillus属,Aspergillas属など)由来,または動物
組成由来の酵素が挙げられる。このような酵素の市販品
としては,サビナーゼ(Bacillus subtilis由来),ア
ルカラーゼ(Bacillus licheniformis由来),エスペラ
ーゼ(Bacillus属菌由来)(いずれもNovo社),プロテ
アーゼ(Aspergillus melleus由来;アマノ製薬),PTN
(豚の膵臓由来,主成分トリプシン;Novo社)などが挙
げられる。特に,Bacillus subtilis由来の酵素が好適
である。
本発明により発泡剤を製造するには,まず,上記牛,
水牛などの動物の角および/または蹄を加熱処理する。
通常,130〜200℃,好ましくは約170℃で,2.7〜15.9kg/c
m2,好ましくは約8kg/cm2の加圧下において加熱処理が行
われる。処理時間は,通常,1.5時間である。このように
熱処理が行われると角や蹄を構成するケラチンのタンパ
ク構造がα−ヘリックスからβ−ヘリックス構造へと一
部変化する。従って,後述の酵素による分解が効果的に
行われ得る。熱処理が行われた角および/または蹄を,
次に,粉砕し,酵素反応に適した粒度の粉砕物とする。
粉砕物の粒径は1.0mm以下,特に,0.71〜0.05mmであるこ
とが好ましい。
得られた粉砕物を,反応媒体である水または適当な緩
衝液に懸濁させ,上記タンパク分解酵素を加えて反応を
行う。緩衝液としては,リン酸緩衝液,トリス緩衝液な
どが用いられ得る。緩衝液のpHは,用いられるタンパク
分解酵素の種類に応じて適宜調整される。例えば,バシ
ラス サチリス由来の酵素サビナーゼ(Novo社)を用い
るときには,pHは好ましくは約8.3に調整される。基質で
ある上記粉砕物は反応媒体中に約25重量%以下の割合で
加えられる。上記分解酵素の量は,該酵素の種類および
活性の度合により異なるが,市販の酵素を利用する場合
には,通常,上記粉砕物に対して6〜15重量%であるこ
とが好ましい。
酵素反応としては,バッチ法,連続法および半連続法
のいずれの方法を採用することも可能である。例えば,
反応槽に緩衝液,上記粉砕物および酵素の混合物を仕込
み,40〜70℃にて反応を行う。反応時間は長くてもよい
が通常4時間以下である。この反応により基質が加水分
解され,オリゴペプチドやアミノ酸となる。分解産物で
あるオリゴペプチドは反応液に溶解した状態で存在す
る。地方,使用した酵素は,反応後中に懸濁している固
体成分である基質の表面に付着する。従って,基質が完
全に分解する前に反応混合物を静置分離し,残渣に新た
な基質および反応媒体を加えて酵素反応を続けて行うこ
とが可能である。このように,酵素を繰り返して使用
し,連続または半連続法により反応が行われ得る。上記
静置分離液中には少量の懸濁物を含むが,これを除去す
るためには例えば,メンブレンフィルター(MF膜)が用
いられる。得られた濾液は,例えば,逆浸透膜(RO膜)
を用いて濃縮し,分解産物であるオリゴペプチドが得ら
れる。このオリゴペプチドは発泡剤として使用され得
る。これに,必要に応じて,通常の発泡剤に用いる適当
な安定剤,防腐剤などの添加剤を加えて,泡消火器の消
化剤,軽量コンクリート部材を得るための起泡剤などの
製品とされる。
(作用) 本発明の発泡剤の製造方法においては,牛,水牛など
の動物の角および/または蹄を加熱処理することにより
該角や蹄を構成するケラチンがα型から一部β型に変化
する。そのためタンパク分解酵素が作用しやすい状態に
なる。タンパク分解酵素が基質に作用すると,基質は,
該分解酵素の種類に応じて,特定の位置で切断される。
従って,従来のアルカリ分解反応の場合に比べ,ペプチ
ド鎖の切断される位置が特定されるため,安定した品質
の製品が得られる。このように,本発明においては,酵
素反応により分解が行われるため,従来のアルカリ分解
に比べてエネルギーコストが低く,より簡便な方法で環
境を汚染することなく,短時間のうちに,しかも安定し
た品質の製品が効果的に得られる。人間の毛髪も基質と
して有効である。
(実施例) 以下に本発明を実施例につき説明する。
実施例1 水牛の角を170℃,約7kg/cm2の加圧下で,1.5時間加熱
処理した。処理された角を,粉砕器(日本理科学器械
製;分析粉砕器R−8)で粉砕し,篩にかけて平均粒径
0.2mmの粉砕物を得た。得られた粉砕物0.04gを,1/30Mリ
ン酸緩衝液(pH8.3)に加え,さらにタンパク分解酵素
としてサビナーゼ(Novo社製)2mgを加え,全容量を8m
とした。50℃で4時間,酵素反応を行った。所定の時
間に反応液の残渣の重量を測定し,次式により粉砕物
(基質)の分解率を算出した。
反応時間と分解率との関係を第1図に示す(曲線A)。
さらに反応開始1時間後における分解率を表1に示す。
比較例1 加熱処理を行わなかった場合(第1図曲線B),酵素
を使用しなかった場合(第1図曲線C),および加熱処
理を行わずかつ酵素を使用しなかった場合(第1図曲線
D)について,それぞれ実施例1に準じて反応を行っ
た。それらの結果を第1図および表1に示す。
表1および第1図から,本発明方法によれば,基質で
ある水牛の角が効果的に分解されることがわかる。これ
に対して,加熱処理を行わない場合,および酵素を使用
しない場合にはいずれも分解率が低い。特に,酵素を使
用しても加熱処理を行わない場合には,酵素が充分に作
用しないため分解率が低いことが明らかである。
実施例2 実容積2の反応器に,実施例1で使用したのと同様
の粉砕物(基質)125gおよびサビナーゼ6.3gを入れ,水
を加えて2とした。これをpH8.0に調整し,50℃の条件
にて攪拌下で30分間酵素反応を行った。攪拌を停止し,
静置し,上澄部分1.5を引き抜いた後,基質55gを加
え,水を加えて2した。酵素は添加しなかった。1回
目と同様に30分間酵素反応を行った。この操作を繰り返
し,合計4回酵素反応を行った。使用した基質量は合計
で290gであり,これに対して,4回目の酵素反応の残渣は
33gであった。このことから基質の分解率は,89%である
ことがわかる。分解率の向上は,反応pHを反応期間中該
酵素の至適pHに制御したためである。このように,本発
明方法により,少量の酵素を使用した連続反応が可能で
あることがわかる。
比較例2 酵素を使用しなかったこと以外は実施例1と同様であ
る。4回の反応液の残渣は162gであり,分解率は44%で
あった。
実施例3 実施例1で使用したのと同様の粉砕物(基質)20mgお
よび表2に示す分解酵素4mgを所定のpHの緩衝液に加
え,全量を4mとして,それぞれ表2に示す条件により
反応を行った。ブランクとして酵素を加えずに実験を行
い,次式により分解率を算出した。
基質の分解率を表2に示す。
実施例4 水牛の角10kgを170℃,約8kg/cm2の加圧下で1.5時間
加熱処理した。これを粉砕し,粉砕物,およびサビナー
ゼ500gを反応容器に仕込み,pHを8.0に制御し,攪拌下で
50℃で1時間酵素反応を行った。これを濾過し,濾液を
RO膜を用いて濃縮し,濃縮物12.6kg(収率126%)を得
た。この濃縮物は,ゲルクロマトグラフィーから分子量
400〜700程度のオリゴペプチドの混合物であることがわ
かった。
上記濃縮物を「泡消化薬剤技術上の規格を定めて省
令」第12条の発泡性能試験により試験し,その起泡性を
調べたところ,従来のアルカリ分野により得られる分解
物とほぼ同等の性能を有することが明らかになった。
比較例3 実施例で得られたのと同様の粉砕物を用い,消石灰を
用いた従来のアルカリ分解法により分解を行った。得ら
れた分解後の濃縮物は11.2kg(収率112%)であった。
(発明の効果) 本発明によれば,このように,牛,水牛などの動物の
角および/または蹄から,酵素反応を利用して,消化器
の発泡剤や各種起泡剤として利用され得る泡強度の高い
発泡剤が高収率で得られる。本発明方法によれば,従来
のアルカリ分解に比べてエネルギーコストが低く,より
簡便な方法で環境を汚染することなく,短時間のうち
に,しかも安定した品質の発泡剤が効果的に得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は,本発明方法により水牛の角を酵素分解したと
き,および他の条件下で水牛の角を分解したときの反応
時間と分解率との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−140893(JP,A) 特開 昭61−56084(JP,A) 特開 平1−174372(JP,A) 特開 昭52−18884(JP,A) 特開 昭58−146295(JP,A) 実開 昭63−122100(JP,U) 特公 昭45−949(JP,B1) 米国特許4232123(US,A) 国際公開89/9278(WO,A1) 水処理の高分子科学と技術<上>高分 子膜 昭和50年12月1日 第1刷 株式 会社他書人館 第35頁 逆浸透法・限外濾過法II応用 膜利 用技術ハンドブック 昭和53年6月30日 初版第1刷 株式会社幸書房 第302〜 305頁 酸素利用ハンドブック 昭和55年6月 25日 初版 株式会社 他人青館 第 171,208,209,252頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01F 17/00 - 17/56 A62D 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動物の角および/または蹄を加熱・加圧処
    理する工程、 該処理された角および/または蹄を粉砕する工程、 該粉砕物をバシラス サチリス(Bacillus subtilis)
    由来の酵素で分解して、酵素反応液を得る工程、 該酵素の基質が完全に分解する前に該酵素反応液を静置
    分離し、該酵素反応液から分解産物、ならびに該完全分
    解前の基質および該酵素を含む固形成分を回収する工
    程、および 該固形成分に、さらに反応媒体および粉砕物を加えてpH
    を調整しながら酵素反応を反復する工程、を包含する、 発泡剤の製造方法。
  2. 【請求項2】該回収された分解産物をメンブレンフィル
    ターにかけて濾液を得ること、および該濾液を逆浸透膜
    にかけて濃縮し、分解産物を濃縮物として回収するこ
    と、を包含する、請求項1に記載の方法。
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