JP3393379B2 - アミノ酸吸着材およびアミノ酸の回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アミノ酸吸着材お
よびアミノ酸の回収方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アミノ酸を得る方法には、（１）アミノ
酸混合物からの抽出分離法、（２）化学合成法、（３）
発酵法などがある。上記（１）の抽出分離法は、大豆グ
ルテンのような安価なタンパク質を塩酸で加水分解して
得られる複数のアミノ酸混合物に対して、酸性イオン交
換樹脂、塩基性イオン交換樹脂を適宜組み合わせた分離
操作を繰り返して行い、特定のアミノ酸を分別するか、
またはアミノ酸の溶解度差を利用して分別結晶化させる
方法である。この分離法は、手間がかかり、他のアミノ
酸の混入しない純粋なものをつくるのは、かなり困難で
あるため、現在では行われていない。

【０００３】上記（２）の合成法によれば、ラセミ体が
生成するために、光学分割法によりL体とD体を分割しな
ければならないが、分割しても、L体またはD体の純度に
問題が残る。従って、この合成法では、グリシンやメチ
オニンなどの限られたアミノ酸のみが製造されているに
過ぎないのが現状である。

【０００４】上記（３）の発酵法は、現在の主流であ
り、培地に微生物を培養して、菌体外（培養液中）にア
ミノ酸を蓄積させ、培養液から分離精製するものであ
る。この分離精製は、イオン交換樹脂による分離や濃縮
晶析などにより比較的容易に行える利点がある。発酵法
では、最後の段階で、培養液からアミノ酸を取り出す際
に、特定のアミノ酸を選択的に吸着することのできる材
料を用いることが重要であり、そのような材料として種
々のものが提案されている。発酵法による世界のアミノ
酸生産額は、年間1,000億円以上である。生産量は、L−
グルタミン酸ナトリウム（年間19万トン）、メチオニン
（年間4万トン）、リジン（年間3万トン）の順である。
リジンはメチオニンに次いで栄養用途での需要が多く、
グルタミン酸に次いで大規模なスケールで企業化されて
いる。リジンは、飼料用タンパク質資源としても重要性
が高まり、必須アミノ酸として、最も将来の発展が期待
されているアミノ酸である。しかし、多量に生産できる
反面、発酵プロセスが複雑であるため、簡便な分離、単
離技術の開発が望まれている。

【０００５】上記したように、アミノ酸混合物からの抽
出分離法は現在では行われなくなっている。しかしなが
ら、もし、特定のアミノ酸を抽出する方法で、経済的で
かつ効果的な方法が見出されれば、莫大な天然タンパク
質資源を有効に利用または再利用できる方法として、こ
の抽出分離法も、発酵法と共に有意義な方法となること
が期待される。すなわち、アミノ酸混合物から選択的に
特定のアミノ酸を効率的に吸着できる材料が開発されれ
ば、かかる材料は、特定のアミノ酸を分離し、回収する
のに使用できるので、食品製造プロセス、化学プロセス
や各種工業プロセスなどにおいて、アミノ酸吸着材とし
ての利用が期待できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、アミ
ノ酸混合物から特定のアミノ酸を効率的かつ経済的な方
法で分離し、回収する技術の開発が望まれている。アミ
ノ酸混合物に化学反応を加えずに特定のアミノ酸を分離
し、回収するには、各種アミノ酸との親和力に違いのあ
る材料を捜し求め、特定のアミノ酸のみを吸着できる材
料を開発することが、一つの方法である。そのため、ク
ロマトグラフィーの原理で、各種のアミノ酸を含むアミ
ノ酸混合水溶液（以下、アミノ酸含有水溶液とも称
す。）から特定のアミノ酸を吸着できるようなアミノ酸
吸着材の開発が行われているが、満足すべき材料はいま
だ見出されていない。

【０００７】また、アミノ酸吸着材をカラムに詰め、こ
れにアミノ酸含有水溶液を流すか、またはアミノ酸吸着
材をアミノ酸含有水溶液と接触するかして、この材料に
特定のアミノ酸を吸着せしめ、その後、吸着した特定の
アミノ酸を適当な方法で回収できる方法が見出されれ
ば、アミノ酸を製造したり、分離、回収する上での経済
的かつ能率的な技術となり得るものと期待されるが、満
足すべき回収方法はいまだ見出されていない。本発明
は、アミノ酸含有水溶液から特定のアミノ酸を吸着する
ための吸着材、およびその吸着材を用いる特定アミノ酸
の回収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】本発明者らは、天然タン
パク質、または合成ポリアミノ酸をカラムに詰め、これ
にアミノ酸含有水溶液を流したときにこれらの材料に吸
着する特定のアミノ酸に関し、多数の基礎研究を鋭意進
めてきた。その結果、カイコが作った繭糸、絹糸などの
絹タンパク質もしくは羊毛ケラチンなどの動物タンパク
質からなる天然タンパク質、またはアミノ酸を重縮合さ
せて得られるホモポリマーもしくはコポリマーからなる
合成ポリアミノ酸が、特定のアミノ酸を効率的にかつ特
異的に吸着することを見出し、本発明を完成するに至っ
た。また、粉末状、ビーズ状、膜状、繊維状などの種々
の形態の絹タンパク質もしくは動物ケラチンなどの天然
タンパク質、または合成ポリアミノ酸からなる高分子材
料をカラムに詰め、これにアミノ酸含有水溶液を流し、
これらの材料とアミノ酸含有水溶液とを接触させると、
特定のアミノ酸がこれらの材料に特異的かつ効率的に吸
着することから、担体の表面をこれら材料で被覆すれ
ば、材料自体の場合と同じような吸着効果が得られるこ
とも見出した。

【０００９】本発明のアミノ酸吸着材は、絹タンパク質
または該絹タンパク質で表面が被覆された担体微細粒子
からなり、複数のアミノ酸を含有する水溶液中に存在す
る主としてリジン、アルギニンおよびヒスチジンからな
る塩基性アミノ酸や、主としてアスパラギン酸およびグ
ルタミン酸からなる酸性アミノ酸を選択的に吸着するも
のである。この絹タンパク質は、粉末状、ビーズ状、膜
状、繊維状、または液体状である。上記絹タンパク質
は、絹タンパク質を水溶性樹脂の濃厚水溶液（濃度：例
えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム(以下、C
MCと略記する)の場合、10〜30重量％）と混ぜてから、
乾燥して固形状とし（所望により、凍結固化して固形状
にしてもよい）、次いで、このタンパク質を含む固形化
樹脂を粉砕して調製した粉末または微細化繊維であって
もよい。該絹タンパク質の形態は、粉末状、ビーズ状、
膜状、繊維状のいずれであってもよい。

【００１０】上記絹タンパク質は、絹フィブロイン繊維
を中性塩水溶液に浸漬して加熱溶解して調製した絹フィ
ブロイン水溶液を純水により透析して得られた絹フィブ
ロイン水溶液に酸を加え、pH＝3〜3.5にしてゲル化させ
た後、凍結乾燥させ、粉末状にした絹タンパク質、また
は絹糸腺内の液体状の絹タンパク質であってもよい。

【００１１】本発明の特定アミノ酸の回収方法は、アミ
ノ酸吸着材に対して複数のアミノ酸を含有する水溶液を
接触させ、該アミノ酸含有水溶液中に存在する主として
リジン、アルギニンおよびヒスチジンからなる塩基性ア
ミノ酸や、主としてアスパラギン酸およびグルタミン酸
からなる酸性アミノ酸を該吸着材に選択的に吸着せし
め、次いで、該吸着材を水洗した後、酸性水溶液を用い
て主としてリジン、アルギニンおよびヒスチジンからな
る塩基性アミノ酸を該吸着材から脱離させて回収し、ま
た、アルカリ性水溶液を用いて主としてアスパラギン酸
およびグルタミン酸からなる酸性アミノ酸を該吸着材か
ら脱離させて回収することを特徴とする。

【００１２】ここで、酸性水溶液の酸性とは、好ましく
はpH≒1.0〜4.0、より好ましくはpH≒1.0〜3.5であり、
アルカリ性水溶液のアルカリ性とは、好ましくはpH≒7.
5〜13.0、より好ましくはpH≒8.0〜11.0である。酸性の
場合、pHが1.0未満でありかつ4.0を超えると、吸着材を
損傷させることなく塩基性アミノ酸を脱離させるという
所期の目的を達成することが困難であり、アルカリ性の
場合、pHが7.5未満でありかつ13.0を超えると、吸着材
を損傷させることなく酸性アミノ酸を脱離させるという
所期の目的を達成することが困難である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアミノ酸吸着材を
構成する絹タンパク質と共に、動物ケラチンおよび合成
ポリアミノ酸についても説明する。本発明における絹タ
ンパク質には、例えば、家蚕、クワコ由来の絹タンパク
質繊維、テンサン、サクサン、エリサン、シンジュサン
など野蚕由来の絹タンパク質繊維、絹繊維製品、または
その繊維集合体が含まれる。また、動物ケラチンには、
例えば、羊毛に代表される動物繊維のケラチン繊維、ケ
ラチン繊維製品、またはその繊維集合体が含まれ、さら
にまた、蜘蛛の糸、コラーゲン、ゼラチンも含まれ得
る。

【００１４】カイコが作った絹タンパク質繊維の代わり
に、カイコを解剖し、体内から取り出した絹糸腺内の液
体状の絹タンパク質を用いることもできる。年間を通じ
て随時、多量に試料が得られる点において、カイコが吐
糸した繊維状試料を用いる方が、蚕体内の液体状絹タン
パク質試料を用いるよりは効率的である。また、上記天
然タンパク質の代わりに、アミノ酸を重縮合させた合成
ポリアミノ酸も同様に用いることができる。さらに、有
機物もしくは無機物からなる微細粒子の表面に上記のタ
ンパク質または合成ポリアミノ酸を被覆した材料も、同
様にアミノ酸吸着材として用いることができる。

【００１５】天然タンパク質は多様なアミノ酸が重縮合
して構成されている。分子側鎖が、L−リジン、L−アル
ギニンなどのように正に荷電する基と、L−アスパラギ
ン酸、L−グルタミン酸などのように負に荷電する基と
を併せ持つため、両性電解質と呼ばれる。また、上記合
成ポリアミノ酸は、以下述べるように、グリシン、アラ
ニン、バリン、フェニルアラニン、グルタミン酸エステ
ル、アスパラギン酸エステル、ロイシン、もしくはイソ
ロイシンなどのアミノ酸のN−カルボキシ無水物(NCA)、
または分子側鎖をベンジル基などで封鎖したグルタミン
酸エステルまたはアスパラギン酸エステルのアミノ酸NC
Aを有機溶媒中で重合させることで製造できる。これら
の合成ポリアミノ酸は、ポリマーになっても分子側鎖は
電荷を持たないため、非電解質である。なお、上記合成
ポリアミノ酸において、そのアミノ酸原料は、グリシン
以外のアミノ酸は全てL−体であるので、以下、各アミ
ノ酸についてL−体として表示しないこともある。

【００１６】絹タンパク質について、絹フィブロイン繊
維を例にとり説明する。絹フィブロイン繊維は、この繊
維をCMCなどのような水溶性樹脂で固形化した後、所望
により凍結乾燥処理し、この固形状態の繊維を粉砕し、
またはこの粉砕工程を繰り返して、粉末または微細化繊
維の形態にして用いることができる。この水溶性樹脂
は、得られた粉末を水で洗浄することにより除去できる
ものであれば特に制限はされない。また、絹フィブロイ
ン繊維の水溶液から調製される粉末状試料として用いる
こともできる。すなわち、絹フィブロイン繊維を臭化リ
チウムや塩化カルシウムなどの中性塩の濃厚水溶液に浸
漬して加熱溶解し、得られた絹フィブロイン水溶液をセ
ルロース製透析膜に入れ、純水による透析で精製の後、
風乾により濃縮して濃厚絹フィブロイン水溶液を得る。
次いで、この絹フィブロイン水溶液に酸を加えて、pH＝
3〜3.5にしてゲル化させた後、約−20℃で凍結乾燥させ
てから、乳鉢で適当にすりつぶして粉末状の絹フィブロ
インを得る。この粉末状絹フィブロインは水不溶性であ
り、アミノ酸吸着材としての利用が可能である。

【００１７】次に、動物ケラチンについて、羊毛ケラチ
ン繊維の場合を例にとり説明する。羊毛ケラチンは、以
下述べるように、ケラチン水溶液またはS−カルボキシ
メチルケラチン水溶液として利用することができる。

【００１８】まず、羊毛ケラチン繊維を溶解するため
に、分子間のシスチン結合をメルカプトエタノールまた
はチオグリコール酸などの還元剤を用いて窒素中で切断
し、ケラチン分子を還元して水可溶性とする。メルカプ
トエタノールを用いる場合には、尿素溶液中で還元処理
を行うとよい。尿素の濃度は、一般に7.5〜8.8mol/L、
好ましくは7.8〜8.0mol/Lである。また、チオグリコー
ル酸を用いる場合には、1〜4％のNaClを添加するとよ
い。還元剤として、例えば、メルカプトエタノールを用
いる場合、羊毛ケラチン繊維を上記濃度の尿素水溶液に
浸漬し、脱気後、窒素雰囲気下、45℃以下、望ましくは
20〜25℃の温度で、羊毛ケラチン繊維に対してメルカプ
トエタノールを加え（例えば、羊毛ケラチン繊維10gに
対してメルカプトエタノール3.5mLを加え）、さらに約3
時間攪拌する。このようにしてケラチン分子が還元さ
れ、SH基を有する羊毛ケラチンが得られる。その後、純
水を用いて透析し、尿素および過剰のメルカプトエタノ
ールを除去して、羊毛ケラチン水溶液を得る。このケラ
チン水溶液を、水溶性天然タンパク質として利用でき
る。例えば、この水溶液を風乾により濃縮して、濃縮中
に再結合する羊毛ケラチンは、ろ過によって収集し、乾
燥し、粉末状羊毛ケラチンとして利用することができ、
また、風乾により濃縮された残りの水溶液は、絹タンパ
ク質繊維の場合と同様に、凍結乾燥して粉末状羊毛ケラ
チンとして利用することができる。

【００１９】また、上記のようにして得られたSH基を有
する羊毛ケラチンをさらにアルキル化剤、例えば（置
換）アルキルハライドなどの既知アルキル化剤と反応さ
せて、S−（置換）アルキルケラチンとすれば、この水
溶液もまた利用することができる。このアルキル化は公
知の方法に従って行えばよい。一例として、アルキル化
剤としてヨード酢酸を用いた場合について説明する。上
記の還元ケラチンに、窒素中、20〜25℃の温度で、攪拌
しながら、羊毛繊維に対してヨード酢酸（例えば、羊毛
繊維10gに対してヨード酢酸10〜17g）を加えて反応させ
る。1〜2時間後、pHをほぼ8.5に調整し、純水を用いて
透析し、過剰のヨード酢酸を除いて、S−カルボキシメ
チルケラチン水溶液を得る。このS−カルボキシメチル
ケラチン水溶液は、水溶性天然タンパク質として利用で
きる。例えば、S−カルボキシメチルケラチン水溶液
を、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリスチレンなどの有機高分子材料またはガ
ラスなどの無機材料のような支持体の表面上に広げ、水
分を蒸発させ、乾燥固化し、さらに所望によりエポキシ
化合物を作用させて水不溶性にし、ケラチン膜を調製す
ることができる。この支持体としては、乾燥後の膜が容
易に剥がれるものであれば、特に制限はない。また、こ
のS−カルボキシメチルケラチン水溶液は、上記と同様
にして粉末状にして用いることもできる。

【００２０】絹タンパク質である絹フィブロイン繊維か
ら得られる粉末状試料は、上記したように、絹フィブロ
イン繊維を中性塩水溶液で溶解し、透析膜で絹フィブロ
イン以外の低分子を除去したものを凍結乾燥させて調製
できるが、この粉末状絹フィブロインは水溶性であるの
で、また、上記したようにして得られた粉末状羊毛ケラ
チンの場合も水溶性であるので、アミノ酸吸着材として
用いる際には、水不溶性にする必要がある。

【００２１】絹フィブロイン、絹セリシンのような絹タ
ンパク質、または羊毛ケラチンを水不溶性にするには、
化学的に分子間架橋させることにより水に対する溶解度
をコントロールすればよい。粉末状または膜状の絹フィ
ブロインを水に不溶性にするには、例えば、30〜70重量
％エタノールまたはメタノールなどのアルコールを用い
て浸漬処理する。この処理で試料分子間の凝集構造が密
になり、すなわち凝集密度が向上し、結晶性が増加して
水不溶性になる。また、絹タンパク質または羊毛ケラチ
ンを水不溶性にするには、エポキシ化合物、アルデヒド
化合物などの分子間架橋剤を用いて処理すればよい。エ
ポキシ化合物としては、エチレングリコールジグリシジ
ルエーテルなどの二官能性エポキシ化合物、その他三官
能性および多官能性エポキシ化合物などを用いることが
でき、アルデヒド化合物としては、通常、グルタルアル
デヒドまたはアセトアルデヒドを用いることができる。

【００２２】また、上記粉末状絹フィブロイン、粉末状
羊毛ケラチン以外に、アミノ酸吸着材として用いること
ができるビーズ状、膜状、繊維状の天然タンパク質、お
よび以下詳細に述べる合成ポリアミノ酸からなる材料
も、アミノ酸含有水溶液と接触させてアミノ酸を吸着さ
せるためには、水不溶性でなければならない。この場合
も、粉末状絹フィブロインの場合と同様に、エポキシ化
合物やアルデヒド化合物を作用させることにより、簡単
に水不溶性にすることができる。

【００２３】アミノ酸吸着材として利用できる合成ポリ
アミノ酸は、アミノ酸が重縮合された構造の高分子化合
物であり、末端にアミノ基および主鎖にイミノ基を持っ
ている。この合成ポリアミノ酸には、単一アミノ酸残基
からなるホモポリマー、および複数のアミノ酸残基から
なりかつこのアミノ酸残基の配列がランダムであるコポ
リマーが含まれる。ポリアミノ酸の合成は、該当するア
ミノ酸NCAを重合することで製造することもできるし、
その他の方法でアミノ酸を脱水縮合させて製造すること
もできる。ポリアミノ酸の合成で比較的簡単な方法とし
て、以下アミノ酸NCA法を中心に記述する。例えば、グ
リシン、L−アラニン、L−バリン、L−フェニルアラニ
ンなどのアミノ酸からそれぞれのアミノ酸のNCAを合成
し、次いで、有機溶剤中で重合したものがホモポリマー
（例えば、ポリグリシン、ポリアラニン、ポリバリンな
ど）である。コポリマーは２種類以上のアミノ酸NCAを
混合して重合させて得られる。

【００２４】合成ポリアミノ酸は、N−カルボキシ無水
物法(NCA法)(Leuchs, Chem. Ber. 38,852 (1906))、ア
ミノ酸どうしの脱水縮合、Merrifieldの固相法などによ
り製造できる。アミノ酸NCA法によりポリアミノ酸を合
成した。先ず、アミノ酸とホスゲン誘導体から、アミノ
酸NCAを合成する。アミノ酸NCA結晶を精製してから、こ
れをアセトニトリルやジオキサンなどの溶媒に溶かし
て、アミンあるいはナトリウムメトキシドなどの塩基を
重合開始剤として加える。水が混入しないような環境下
で反応を進めれば、平均重合度が数百の合成ポリアミノ
酸が容易に得られる。アミノ酸NCAの結晶をヘキサンや
デカンのような非溶媒に浸漬して、微量の水や塩基を加
えて、固相で重合させて得ることもできる（固相重
合）。NCA法では、他の合成法と比べると、高分子量の
合成ポリアミノ酸を短時間に大量に作ることができる。

【００２５】上記アミノ酸の中で、例えばL−グルタミ
ン酸やL−アスパラギン酸などのように側鎖に水酸基を
もつものは、そのNCAを作る場合、水酸基をベンジル
基、メチル基、エチル基などで封鎖する必要がある。こ
れにより、ベンジル化を行えば、L−グルタミン酸は、
γ−ベンジルエステルとなり、そのNCAから作られた合
成ポリアミノ酸は、ポリ（γ−ベンジル−L−グルタメ
ート）（略称：PBLG）となる。上記した水酸基のよう
に、NCAとする際に反応の妨げとなる官能基をもつアミ
ノ酸は、それらを保護基で封鎖してから、ポリアミノ酸
とする。アミノ酸保護基としては、従来公知のもの、例
えば、カルボベンゾキシ基、フタリル基、ホルミル基、
ベンジル基、トリアルキルシリル基、アセトアセチル
基、ベンゼンスルホニル基などを用いることができる。
これらの中で最も好ましいのは、取り扱いの点から、ま
た、必要に応じてアミノ酸保護基を除去するのが容易で
あることから、ベンジル基である。

【００２６】アミノ酸からアミノ酸NCAを合成し、それ
を基に合成ポリアミノ酸を製造する例を説明する。ま
ず、アミノ酸NCAを合成するには、アミノ酸を乳鉢で微
粉末化し、アミノ酸を分散させる液体分散媒中に入れ
る。分散媒としては、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸
エチル、トルエン、ジオキサンなどを利用できるが、好
ましいものは、生成するアミノ酸NCAの溶解力に優れ、
減圧蒸留で留去しやすいTHFである。アミノ酸を分散し
た分散液に、トリホスゲン、トリクロロメチルクロロホ
ルメート、ホスゲンガス、塩化チオニルなどを添加して
アミノ酸NCAを合成する。この中で、取り扱いの容易
さ、使用上の便宜さから、トリホスゲン、トリクロロメ
チルクロロホルメートを用いることが好ましい。生成し
たアミノ酸NCAは、例えばTHF溶液として得られる。この
場合、減圧蒸留によってTHFを留去して、固体のアミノ
酸NCAを得、酢酸エチルとヘキサンとの混合物から再結
晶して精製する。

【００２７】次に、得られたアミノ酸NCAを重合させ
る。そのための溶媒としては、アセトニトリル、酢酸エ
チル、トルエン、ジオキサンなどを利用でき、また、重
合開始剤としては、ブチルアミン、ヘキシルアミン、se
c−またはtert−ブチルアミン、トリエチルアミン、ナ
トリウムメトキシドなどの塩基を利用できる。重合開始
剤としては、水でも可能である。重合度を正確に制御で
き、取り扱いが容易なものは、ブチルアミンである。ア
ミノ酸NCA溶液に重合開始剤を加えて、温度20〜50℃で
数時間〜数週間放置することによって、ポリアミノ酸が
生成する。反応液を約10倍体積のヘキサン中に投入し、
撹拌すると、生成ポリアミノ酸が沈殿する。沈殿物をろ
過し、乾燥することにより粉末状のポリアミノ酸が得ら
れる。

【００２８】このようにして得られる合成ポリアミノ酸
吸着材としての特性は、アミノ酸の種類と合成ポリアミ
ノ酸の重合度で決まる。重合度は、重合開始剤とアミノ
酸NCAモノマーとのモル比、すなわち、モル比＝[アミノ
酸NCAのモル数]／[重合開始剤のモル数]に密接に関係
し、重合が理想的に進むとすれば、このモル比が平均重
合度に対応する。この場合、合成ポリアミノ酸の分子量
を一定以上に上げる必要があるため、いずれの合成ポリ
アミノ酸を合成する場合もモル比をすべて200に設定し
たが、この値に限定する必要はない。但し、100以上が
好ましい。

【００２９】また、合成アミノ酸コポリマーは次のよう
にして合成できる。グリシン、アラニン、バリン、フェ
ニルアラニンなどのアミノ酸から選ばれる２種類以上の
アミノ酸NCAをアセトニトリルなどの有機溶媒中に溶解
する。例えばグリシンNCAとアラニンNCAとを用いる場合
には、グリシンNCAとアラニンNCAとを1：2のモル比でア
セトニトリルに溶解する。次に、重合開始剤のブチルア
ミンを、[グリシンNCAのモル数とアラニンNCAのモル数
との合計]/200のモル数で添加して、重合を行えば、理
論上、平均重合度＝200のコポリペプチドが得られる。
上記のアミノ酸NCAから得られるコポリペプチドは、い
ずれも水不溶性のコポリマーとしてアセトニトリルなど
の有機溶媒中に沈殿して生成する。

【００３０】アミノ酸吸着材としては、上記したような
各種形態の天然タンパク質や合成ポリアミノ酸を利用で
きる他、シリカゲルなどのシリカ系担体その他の担体か
らなる微細粒子をこれらの天然タンパク質や合成ポリア
ミノ酸で被覆したものも同様に利用できる。その他の担
体としては、例えば、珪藻土、軽石、活性炭、活性アル
ミナなどの無機性担体微粒子でも、セルロースなどの天
然素材からなる担体微粒子でも、またはポリスチレン、
ポリメタクリル酸メチルなどの合成有機高分子の微粒子
であっても同様に利用できる。担体の形状としては、真
球状の粒子形状で、より微細のものが工業資材としては
利用価値が高い。例えば、市販のシリカゲルなどの粒状
カラム充填材を用いて、その表面に上記天然タンパク質
または合成ポリアミノ酸からなる高分子材料を被覆させ
たものを吸着材として利用することができる。すなわ
ち、粒状カラム充填材を該高分子材料の水溶液中に浸漬
し、所定時間静置した後、カラム充填材を取り出して20
〜25℃の室温で乾燥後、メタノールなどのアルコールに
浸漬して、カラム充填材の表面が高分子材料で被覆され
てなる吸着材を得ることができる。高分子材料水溶液の
濃度を適宜変えることによって、またはこの浸漬作業を
繰り返すことによって、所望の厚さを有する高分子膜で
表面が被覆された吸着材を調製できる。

【００３１】このようにして天然タンパク質で被覆され
たカラム充填材の場合、表面に被覆された材料（例え
ば、絹タンパク質、羊毛ケラチン）は水に溶解する可能
性がある。このような絹タンパク質、羊毛ケラチンを水
不溶性にするには、上記したようなアルコールを用いる
浸漬処理、エポキシ化合物やアルデヒド化合物を用いる
処理により容易に行われ得る。

【００３２】合成ポリアミノ酸で被覆されたカラム充填
材（シリカゲル粒子）を製造する方法を次に述べる。例
えば、ジクロロ酢酸またはトリフロオロ酢酸とクロロホ
ルムの混合物（クロロホルムの含有率：30〜80％体積
比）に合成ポリアミノ酸を0.5〜2.0重量％溶解して得た
水溶液にシリカゲル粒子を投入し、粒子表面に合成ポリ
アミノ酸を付着せしめ、このシリカゲル粒子をガラスフ
ィルターで濾取した後、メタノールまたはエタノール中
に投入して、撹拌する。ろ過後、減圧乾燥することで合
成ポリアミノ酸で表面が被覆されたシリカゲル粒子を調
製できる。あるいはまた、ポリ（γ−ベンジル−L−グ
ルタメート）またはポリ（β−ベンジル−L−グルタメ
ート）などの合成ポリアミノ酸を適当な有機溶剤（例え
ば、クロロホルムやジメチルホルムアミドなど）に溶解
し、この溶液中にシリカゲル粒子などの担体を投入し、
約10分間静かに攪拌する。次に、ガラスフィルターでろ
過して取り出し、60〜80℃の乾燥器で1時間程度乾燥し
て得られる。合成ポリアミノ酸は、アミノ酸残基の種類
によっても異なるが、トリフルオロ酢酸やジクロロ酢酸
のような強酸にしか溶けない場合がある。このような場
合には、これら強酸に合成ポリアミノ酸を溶解した後、
溶解ポリマーが析出しない程度に、クロロホルムやジメ
チルホルムアミドなどを加えて希釈し、これを合成ポリ
アミノ酸溶液として用いて被覆工程を行えばよい。この
ようにして得られた粒子表面の合成ポリアミノ酸が水溶
性である場合、上記した水不溶化処理により水不溶性に
する。

【００３３】カイコから得られるタンパク質繊維または
羊毛その他の動物タンパク質繊維を一旦溶解して調製し
た水溶液から得られる粉末状試料、これらのタンパク質
繊維を切断して得られる微細繊維、または粉末状の合成
ポリアミノ酸などをアミノ酸吸着材として用いること
で、アミノ酸含有水溶液から特定のアミノ酸を吸着でき
る。天然タンパク質または合成ポリアミノ酸からなる材
料をカラムに詰めて、アミノ酸含有水溶液をカラム内に
流した場合、絹タンパク質繊維または粉末から得られる
吸着材では主にリジン、アルギニン、ヒスチジンなどの
塩基性アミノ酸が選択的に吸着され、その他の吸着材で
は、主にアスパラギン酸、グルタミン酸などの酸性アミ
ノ酸が選択的に吸着される。

【００３４】アミノ酸含有水溶液とは、複数のアミノ酸
（例えば、Asn、Asp、Arg、Ala、Ile、Gly、Gln、Glu、
Cys、Ser、Tyr、Trp、Thr、Val、His、Phe、Pro、Met、
Lys、Leuなど）を含む水溶液を意味する。絹タンパク
質、羊毛、コラーゲン、毛髪、その他の天然タンパク質
を、酸あるいはアルカリ水溶液で加水分解して得られる
水溶液にはタンパク質を構成する複数のアミノ酸が含ま
れるので、これらをアミノ酸含有水溶液として利用する
こともできる。すなわち、上記複数のアミノ酸を含んで
いる、またはタンパク質を加水分解して得られるアミノ
酸含有水溶液を上記吸着材と接触させると、吸着材の種
類により、酸性アミノ酸または塩基性アミノ酸を選択的
に吸着し、回収することができる。なお、アミノ酸含有
水溶液は、所望により酸またはアルカリを加えて、所定
のpH範囲にして用いることが好ましい。

【００３５】特定のアミノ酸を分離し、回収するには、
例えば、上記吸着材を詰めたカラムに、アミノ酸含有水
溶液（中性または酸性、例えばpH＝約5.5）を所定の時
間流し、塩基性アミノ酸または酸性アミノ酸を吸着材に
吸着させる。次に、純水を流して、吸着材に付着してい
るアミノ酸を洗い流す。吸着したアミノ酸の脱離は、塩
基性アミノ酸の場合は、少量の酸性水溶液（例えば、所
定の濃度の塩酸や酢酸や有機酸などの水溶液）ですす
ぎ、吸着材に吸着されていた特定のアミノ酸を吸着材か
ら離脱させることにより行われる。また、酸性アミノ酸
の場合は、アルカリ性水溶液（例えば、所定の濃度の炭
酸ナトリウム、アンモニウムなどの水溶液）ですすぎ、
吸着されていたアミノ酸を離脱させることにより行われ
る。その結果、特定のアミノ酸を多く含む水溶液が得ら
れる。上記吸着材を詰めるカラムは長いほど、吸着は効
果的になる。また、酸またはアルカリ水溶液ですすぐこ
とで得られた、カラムに吸着した特定のアミノ酸を多く
含む水溶液を、再度、カラムを通過させることによっ
て、他のアミノ酸との分離がよくなり、最終的に得られ
る特定のアミノ酸の純度を高めることができる。この操
作によるアミノ酸の分離状態を確認するために、カラム
を通過したアミノ酸水溶液について、アミノ酸分析仕様
の液体クロマトグラフィーでチェックする。

【００３６】

【実施例】以下、実施例および参考例を挙げて本発明を
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。 （１）ポリアミノ酸の合成 （イ）参考例で用いたアミノ酸は以下の通りである：L
−バリン（以下、Valと略記する。和光純薬（株）
製）、L−グリシン（以下、Glyと略記する。米山薬品工
業（株）製）、L−アラニン（以下、Alaと略記する。米
山薬品工業（株）製）、L−ロイシン（以下、Leuと略記
する。東京化成（株）製）、L−フェニルアラニン（以
下、Pheと略記する。東京化成（株）製）、Ｌ−グルタ
ミン酸エステル（以下、Gluと略記する。味の素（株）
製）、L−アスパラギン酸（以下、Aspと略記する。味の
素（株）製）。また、参考例で用いた有機溶媒は以下の
通りである：ヘキサン（和光純薬（株））製、酢酸エチ
ル（和光純薬（株）製、アセトニトリル（和光純薬
（株）製）、テトラヒドロフラン(THF)（和光純薬
（株）製）、ブチルアミン（和光純薬（株）製）。

【００３７】（ロ）アミノ酸NCAの合成： 用いたアミノ酸はすべてL体である。0.1molのアミノ酸
（Gly(7.51g)、 Ala(8.50g）、Val(11.7g)、Phe(16.5
g)）のいずれか、またはその混合物（総量が0.1mol）を
乳鉢で細かく粉砕し、500mLのナス型フラスコに入れ、
これに十分に脱水した200mLのTHFを加えた。この反応容
器を40〜50℃に加熱しながら、0.051molのトリクロロメ
チルクロロホルメート(6.00mL)（保土ケ谷化学製）を加
えて攪拌し、懸濁させた。トリクロロメチルクロロホル
メートの代わりに、トリホスゲン0.037mol(10.9g)を加
えても同様にアミノ酸NCAが合成できる。1〜4時間後
に、白濁したアミノ酸の懸濁液がほぼ透明になるので、
この時点を反応終了とした。減圧蒸留によりTHFを留去
し、反応液が20〜30mLになるまで濃縮した。所望によ
り、ほぼ乾固させるまで濃縮を進めることが望ましい。
濃縮液に約100mLのヘキサンを加えて、フラスコを−20
℃の冷凍庫で4〜5時間冷却すると、アミノ酸NCAの結晶
がフラスコに沈殿する。ろ過して取り出し、酢酸エチル
を溶媒、ヘキサンを沈殿剤とした再結晶操作を3〜4回繰
り返し、精製アミノ酸NCA結晶を得た。なお、Glu、Asp
は、アミノ酸側鎖の水酸基を封鎖するために、ベンジル
アルコールと塩酸の混合物と反応させて、それぞれ、γ
−ベンジル−L−グルタメート(BLG)またはβ−ベンジル
−L−アスパルテート(BLA)としてからNCAとした。ま
た、チロシンやセリンの場合は、側鎖の水酸基そのもの
をベンジル化する。

【００３８】（ハ）アミノ酸NCAの重合： 0.1molのアミノ酸NCAを、アセトニトリルに溶解し、開
始剤として0.0005molのブチルアミンを加え、50℃で1週
間放置して反応後、反応混合物をろ過し、酢酸エチルで
洗浄、ろ過、乾燥させて、各種合成ポリアミノ酸を得
た。モノマーと開始剤との仕込み量から、平均重合度は
200と試算される。このようにしてVal、Gly、Ala、また
はPheから合成したアミノ酸NCAを重合させたところ、そ
れぞれのアミノ酸残基からなる粉末状のポリアミノ酸が
得られた。このようにして合成されたポリ（グリシ
ン）、ポリ（L-アラニン）などについて、臭化カリウム
錠剤法による赤外吸収スペクトル(IR)測定を行った（測
定機器：島津フーリエ変換赤外分光光度計8500）。得ら
れた吸収スペクトルから、ポリ（グリシン）はβ構造
に、また、ポリ（L−アラニン）はαへリックスとβ構
造の混在に基づく分子形態を取ることがわった。

【００３９】（２）微細化絹フィブロイン繊維の製造 繭糸を約80℃の0.6％の炭酸ナトリウム水溶液で40分煮
沸処理して、繭糸表面を覆う絹セリシンを除去した後、
水洗して、室温で乾燥し、絹フィブロイン繊維を調製し
た。このようにして調製した絹フィブロイン繊維3.0gを
10重量％のカルボキシメチルセルロースナトリウム（CM
Cと略記、和光純薬(株)製）の水溶液25mLに浸漬し、よ
く混合してから、乾燥して固めた。このようにして得ら
れた樹脂状固形物を液体窒素中に10分間入れ、凍結し
た。凍結状態の試料を直ちに機械的な粉砕装置のミル
（山本電気(株)Y308B、回転数：21,000回／分）で微粉
末にした。得られた粉末を沸騰水で洗浄して、CMCを除
去した。次いで、ろ過し、乾燥して、微細化絹フィブロ
イン繊維を得た。走査型電子顕微鏡観察により、微細繊
維の平均繊維長160μm、繊維幅サイズ13.5μmであるこ
とが明らかとなった。なお、ハサミで0.3mm程度に切断
した絹フィブロイン繊維もアミノ酸吸着材として用いる
ことが可能である。

【００４０】（３）平均粒径0.5〜1.0mmの粒状絹フィブ
ロインの製造 絹フィブロイン繊維(10g)を7.5mol/Lの臭化リチウム水
溶液(100mL)に溶解して得られる水溶液を、セルロース
製透析膜で透析した後、得られた水溶液を送風乾燥し
て、約1/5に濃縮した。これを−20℃で凍結乾燥して、
粉末状固体を得た。これを乳鉢で潰して、目の一辺がそ
れぞれ1.0mmおよび0.5mmの二つのステンレス製の化学フ
ルイを用いて、粒径0.5〜1.0mmの絹フィブロイン粒子を
得た。なお、臭化リチウムの代わりに塩化カルシウムを
用いても同様な粒子が得られた。

【００４１】（４）吸着材をカラムに詰める方法 所定量のアミノ酸吸着材を、乾燥状態で、ステンレスカ
ラム（ジーエルサイエン製、601−11643カラム）（内径
4.0mm×長さ150mm）に詰めた後、液体クロマト用のポン
プを利用して、水／メタノール（50/50体積％）を50kg/
cm^２の圧力で流し、吸着材を補充しながら、カラムに詰
めた。

【００４２】（５）吸着材に対するアミノ酸の吸着性能
評価 （イ） 吸着材に対するアミノ酸の吸着 吸着材へのアミノ酸吸着性能を次のようにして評価し
た。アミノ酸吸着材をステンレス製カラム（内径4.0mm
×長さ150mm）に充填した後、そのカラムに、9種類のア
ミノ酸（Ala、Val、Leu、Phe、Glu、Asp、Lys、Ser、Gl
y ）の混合水溶液（原液）（pH＝5.5、各アミノ酸濃
度：1.6×10^−５mol/L、または8.0×10^−６mol/L）を送
液ポンプで送った（流速0.2mL/分）。カラム出口からの
流出水溶液を一定時間ごとに、フラクションコレクター
（Advantec、SF-2120）で採取した。採取した各フラク
ションに含まれるアミノ酸濃度をアミノ酸分析用液体ク
ロマトグラフ装置により求めた。

【００４３】また、アミノ酸吸着材を三角フラスコに入
れて、これにアミノ酸含有水溶液を加え、約10分間撹拌
してから、1時間放置後、アミノ酸含有水溶液の一部を
採取して、アミノ酸分析を行い、吸着材に吸着したアミ
ノ酸の量を求めた。また、13種類のアミノ酸（Asp、Gl
n、Asn、Glu、Val、Met、Ile、Tyr、Phe、His、Lys、Tr
p、Arg）を含む水溶液（pH＝5.5、各アミノ酸濃度：8.0
×10^−６mol/L）を用いた場合についても、上記と同様
にしてアミノ酸の量を求めた。

【００４４】（ロ）吸着材に対するアミノ酸の吸着モル
％ アミノ酸吸着材を詰めたカラムに、アミノ酸濃度、Cmol
/mLのアミノ酸含有水溶液を50mL流すと、50Cmolが通過
したことになる。カラムで出口からの流出水溶液を一定
時間ごとに採取し、含まれるアミノ酸の濃度をアミノ酸
分析装置で定量した。この濃度と、それまでに流した水
溶液の体積との積からアミノ酸の流出量（モル数）を求
めた。これは、フラクションごとに求めた量の総和とな
るので、近似的な量（積分値）となる。原液に含まれた
アミノ酸のモル数から流出アミノ酸のモル数を引いた値
が、吸着材を詰めたカラムに吸着されたアミノ酸のモル
数となる。原液に含まれるアミノ酸のモル数に対する吸
着されたアミノ酸のモル数の百分率を吸着モル％とし
た。三角フラスコを用いたバッチ式吸着の場合も、同様
に求めた。

【００４５】（ハ）アミノ酸分析装置 送液ポンプ（島津製作所製LC-10AS）2台、カラムオーブ
ン（島津製作所製CTO-10A）、アミノ酸分析用プレカラ
ム（島津製作所製Shim-pack ISC-30（内径4.0mm×長さ5
0mm）、アミノ酸分析用カラム（島津製作所製Shim-pack
Amino-Na（内径6.0mm×長さ100mm）、蛍光検出器（島
津製作所製RF-10AXL）からなるシステムにより、標準的
なアミノ酸分析用のグラジエント法による分析を行っ
た。溶離液として通常のアミノ酸分析用に用いられる緩
衝液Ａ（pH＝3.2：クエン酸ナトリウム、過塩素酸）と
緩衝液B（pH＝10.0：クエン酸ナトリウム、ホウ酸、水
酸化ナトリウム）、洗浄液として0.2M−NaOH水溶液、反
応液として次のA液とB液とからなる反応液を使用した。
A液＝次亜塩素酸ナトリウム水溶液（市販品10％有効塩
素溶液を0.3mL/Lの割合）と、B液＝OPA試薬（オルトフ
ェニルフェノール(OPA)0.08％：OPA400mg、エタノール7
ml、2−メルカプトエタノール1mL、10％Brij-35溶液2m
L）とを、ホウ酸−炭酸緩衝液で500mlにした。Brij-35
は、ポリオキシエチレンラウリルエーテル10gに水100mL
を加えてつくった。ホウ酸−炭酸緩衝液は、炭酸ナトリ
ウム122.1g、ホウ酸40.7g、硫酸カリウム56.4gに、水を
加えて3Lとした。

【００４６】（実施例１）微細化絹フィブロイン繊維に
対するアミノ酸の吸着（カラム充填方式） 上記（２）記載の製造方法に従って得た微細化絹フィブ
ロイン繊維0.123gを、ステンレス製のカラム（内径4mm
×長さ150mm）に詰め、これにアミノ酸含有水溶液を0.2
mL/分の流速で60.5mL流した。カラムから流れ出た水溶
液（フラクション）を一定の時間ごとにとり、その中に
含まれる各アミノ酸の濃度を液体クロマトグラフィーに
より定量した。得られたアミノ酸濃度(mol/L)とその時
点までのアミノ酸含有水溶液の流量(mL)との関係を図１
（Ser、Leu、Phe、Glu、Asp、Lysの場合）と図２（Gl
y、Ala、Valの場合）に示す。また、表１に、アミノ酸
含有水溶液中の各アミノ酸濃度（原液濃度）、カラムか
らの流出量が20.5mLの時の流出水溶液中に含まれる各種
アミノ酸の濃度、および流出量20.5mlまでに吸着材に吸
着した各アミノ酸モル数の原液20.5ml中に含まれるべき
アミノ酸のモル数に対する百分率（吸着モル％）を示
す。

【００４７】（表１）

【００４８】図１、２から、流量40mL付近までは、Lys
が優先的に吸着材に吸着する傾向が見られる。その後
は、吸着材のLys吸着力が小さくなり、一部が吸着しな
いで溶出する。他のアミノ酸では、Asp、Gluの一部が吸
着する傾向が見られる。表１の20.5mL流出時でのアミノ
酸の吸着量は、Lysが95％で圧倒的に多い。Asp、 Gluは
それぞれ27％、15％吸着した。その他のアミノ酸（Se
r、Phe、Leu、Gly、Ala、Val）は、吸着モル％が0〜5％
の範囲にある。このあと、蒸留水を流して洗浄し、洗浄
液の分析を行ったところ、Lys以外のアミノ酸は全て洗
浄液中に流出することがわかった。すなわち、微細化絹
フィブロイン繊維は、Lys（塩基性アミノ酸）を特異的
に吸着することがわかった。蒸留水による洗浄後、希塩
酸水溶液（濃度0.001mol/L）を約20mL流すことにより、
吸着したLysを容易に溶離させて、回収することができ
た。

【００４９】（実施例２）微細化絹フィブロイン繊維に
対するアミノ酸の吸着（バッチ方式） 微細化絹フィブロイン繊維0.25gをAsp、Ser、Glu、Gl
y、Ala、Val、Leu、Phe、Lysの混合水溶液（いずれも濃
度は8.0×10⁻⁶mol/L、温度25℃）に入れ、10分間撹拌
した。30分静置した後、接触しているアミノ酸含有水溶
液の一部を採取して、含有アミノ酸の種類と濃度を測定
した。図３に、微細化絹フィブロイン繊維に接触する前
の各アミノ酸の濃度（すなわち、アミノ酸含有水溶液の
原液）と、接触した後の濃度を示す。Lysのみが、特異
的に吸着することがわかった。この場合、リジンの69.7
％が絹フィブロイン繊維に吸着した（以下、これを吸着
絹フィブロイン繊維と略記する）。次に、吸着絹フィブ
ロイン繊維を蒸留水50mLで洗浄して、付着しているアミ
ノ酸を洗い流した後、さらに、希塩酸水溶液（濃度0.00
1mol/L）30mlで洗浄して、吸着アミノ酸を脱離せしめ
た。この洗浄希塩酸水溶液（回収液）中のアミノ酸分析
を行い、含有アミノ酸の濃度を求めた。この濃度を図４
に示す。回収液にはほぼLysのみが含まれていた。他の
アミノ酸も微量程度含まれるが、これは、上記吸着絹フ
ィブロイン繊維に対する蒸留水による洗浄が不充分であ
ったためであり、十分に洗浄したところ、Lysのみを回
収できた。このように、微細化絹フィブロイン繊維を吸
着材として用いることでLysを分離し、回収することが
可能となった。

【００５０】（実施例３）絹フィブロイン被覆シリカゲ
ル粒子に対するアミノ酸の吸着 シリカゲル粒子（直径5μm：トーソー（株）製TSKゲ
ル、Silica-150)の表面に、次のようにして、絹フィブ
ロイン膜を被覆したシリカゲル粒子に対してアミノ酸を
吸着せしめた。家蚕由来の絹フィブロイン繊維5gを55℃
の7.5mol/Lの臭化リチウム水溶液50mlに入れ、20分間処
理して繊維を溶解せしめた。この水溶液をセルロース製
透析膜に入れ、10℃で24時間、純水に置換し、濃度1.3
％の絹フィブロイン水溶液を調製した。

【００５１】調製した1.3％絹フィブロイン水溶液30mL
に、1gのシリカゲル粒子を入れ、室温で30分間攪拌した
後、デカンテーション法で絹フィブロイン水溶液を除去
した。次に、絹フィブロイン膜で被覆されたシリカゲル
粒子をスパーテルで取り出し、ポリエチレン膜の上にで
きるだけ平坦となるように広げた。5−6時間の風乾の
後、シリカゲル粒子を50重量％のメタノール水溶液中に
室温で30分間浸漬処理し、シリカゲル粒子表面の被覆絹
フィブロイン膜を水不溶性にして、絹フィブロイン被覆
シリカゲル粒子を調製した。

【００５２】このようにして調製した絹フィブロイン被
覆シリカゲル粒子の表面に絹フィブロインが実際に付着
しているかどうかを、赤外吸収スペクトル測定により確
認した。赤外吸収スペクトルの1650cm^−１、1525cm^−１
には、絹フィブロインに基づく吸収（それぞれ、アミド
（I）、アミド（II）吸収帯）が現れており、シリカゲ
ル粒子表面には絹フィブロインが薄膜状に存在している
ことが明らかとなった。走査型電子顕微鏡の観察によっ
ても、シリカゲル粒子表面に絹フィブロインに基づく付
着物が存在することが確かめられた。絹フィブロイン被
覆シリカゲル粒子1.84gをカラム（内径4mm×長さ150m
m）に詰め、実施例１と同様の方法で、アミノ酸含有水
溶液（濃度＝8.00×10^−６mol/L）を0.2mL/分の流速で
流した。アミノ酸含有水溶液を60.5mlになるまで流し
て、途中の各フラクション中に含まれるアミノ酸を分析
した結果、Asp、Gluのほぼ全量が吸着することがわかっ
た。表２に、アミノ酸含有水溶液を20.5ml流した時点で
の、絹フィブロイン被覆シリカゲル粒子に吸着した各ア
ミノ酸量の原液中のアミノ酸量に対する百分率（吸着モ
ル％）をに示す。

【００５３】（表２）

【００５４】表２から明らかなように、Asp、Gluは100
％吸着することがわかった。Lysは24％が吸着した。そ
の他のアミノ酸は、ほとんど吸着しなかった。次いで、
このようにしてアミノ酸が吸着された絹フィブロイン被
覆シリカゲル粒子を蒸留水100mlで数回すすいだ。Asp、
Gluは、0.1mol/Lの炭酸ナトリウム（または他のアルカ
リでもよい）水溶液を約5ml流すことにより脱離し、回
収することができた。

【００５５】（実施例４）絹フィブロイン粉末に対する
アミノ酸の吸着（バッチ方式） 絹フィブロイン微粉末を次の方法で製造した。家蚕由来
の絹フィブロイン繊維7.8gを4mol/Lの塩化カルシウム水
溶液（塩化カルシウム56g、水72g、エタノール46gの割
合で調製した）130mLに入れ、約70℃に加熱して溶解し
た。この水溶液中の不溶性部分を遠心分離で除去して得
られた水溶液をセルロース製透析膜に入れ、約10℃で2
日間、純水で透析した。透析膜の中の溶液を風乾して、
体積をほぼ1/5程度に濃縮した。次に、この濃縮液に塩
酸を加えてpH＝3.5として、ゲル化させた。このゲル化
物を一昼夜凍結して絹フィブロイン粉末を得、この粉末
を100mLのメタノールに1時間浸漬してから乾燥した。こ
れを乳鉢で力を加減しながら粉砕し、さらに化学フルイ
を用いて、粒子径が0.2〜0.5mm程度の粒状粉末を調製
し、これをアミノ酸吸着材として用いた。このようにし
て調製した絹フィブロイン粉末0.5gをアミノ酸含有水溶
液10mL（各種アミノ酸を8.00×10^-6mol/L含む）に加え
て、ビーカーの中で1時間撹拌して、アミノ酸の吸着を
行った。次に、このアミノ酸含有水溶液の一部を採取し
て、含有アミノ酸濃度を、アミノ酸分析装置によって求
めた。表３に、絹フィブロイン粉末と混合前後の各種の
アミノ酸の濃度（すなわち、吸着前のアミノ酸濃度およ
び吸着後のアミノ酸濃度）、および吸着した各アミノ酸
の吸着モル％を示す。

【００５６】（表３）

【００５７】表３から明らかなように、塩基性アミノ酸
のLysのみが選択的に絹フィブロイン粉末に吸着したこ
とがわかる。吸着されたLysは、吸着フィブロイン粉末
をガラスフィルターにとって、純水5mLで5回すすいで、
吸着力の小さいアミノ酸を洗浄後、pH＝3.0の塩酸水溶
液5mLですすぐと、全てのLysが塩酸水溶液中に脱離し、
回収することができた。

【００５８】（参考例１）羊毛ケラチン粉末に対するア
ミノ酸吸着 羊毛繊維を溶解したケラチン水溶液から次のようにして
羊毛ケラチン粉末を調製した。メリノ種羊毛(64'S)に含
まれる色素、脂肪分を、ベンゼン／エタノール（50/50
容積％）の混合溶媒を用いて、ソックスレー抽出器で6
時間処理することにより除去した。三つ口フラスコを用
意し、その一つの口には三方コックを介して乾燥窒素ボ
ンベからのゴム管を接続し、反応系のpH調節のためのpH
電極を別の口に常時挿入し、残りの口は必要な薬剤投与
用として利用する。繊維長が約1cmとなるように細断し
たメリノ種羊毛繊維8.18gを三つ口フラスコに投入し、
これに450mLの8mol/L尿素溶液を加えた。窒素ガスでパ
ージし、三つ口フラスコ内をアスピレーターで15分間45
mmHg程度に減圧し、次いで急激に大気圧に戻す操作を3
〜4回繰り返した。このようにして、三つ口フラスコ内
の羊毛繊維間に含まれる空気を完全に除去し、尿素水溶
液とケラチン分子との反応が効率的に行われるようにし
た。窒素置換が完了した後、三つ口フラスコ内に、還元
剤として、4.8mLのメルカプトエタノールを加えて、8mo
l/L尿素水溶液中で2〜3時間放置した。次いで、約100mL
の5N−KOH水溶液を微量づつ加え、三つ口フラスコ内の
混合水溶液のpHを10.5に調節した。室温で3時間かけて
羊毛繊維が完全に溶解するのを待った。このようにして
繊維状の羊毛繊維が溶解したケラチン水溶液に対し、セ
ルロース製透析膜を用い、純水で2日間透析した。透析
後、送風乾燥により濃縮し、所望により、必要量の純水
を加えて、所定濃度のケラチン水溶液を調製した。

【００５９】このようにして調製された0.01％のケラチ
ン水溶液450mLに室温で9.5gのヨード酢酸を加えて、ケ
ラチンのS−カルボキシメチル化反応を1時間行った。5N
−KOH水溶液でケラチン水溶液のpHを8.5に調整すること
によって、S−カルボキシメチルケラチン水溶液を得
た。セルロース製の透析膜を用いて、この水溶液を純水
で1日間透析した。このようにして製造されたS−カルボ
キシメチルケラチン水溶液を凍結乾燥して、粉末状のケ
ラチン試料を製造した。これを乳鉢を用いて粉末化し、
さらに化学フルイ（孔径1mmおよび0.5mmのステンレス製
フルイ）を用いて粗いものと細かいものを除き、径0.5
〜1.0mmの粒状の粉末を得た。この粉末に2％グルタルア
ルデヒド水溶液を25℃で10分間作用させ、最後に水で十
分に洗った。これを実施例４と同様の条件で遠心分離
し、乾燥させ、羊毛ケラチン粉末を調製した。得られた
羊毛ケラチン粉末を実施例１と同様の方法でカラムに詰
め、アミノ酸吸着材として用いた。所定濃度のアミノ酸
含有水溶液を所定量流して、カラムから出てくる水溶液
全体に含まれるアミノ酸を測定したところ、Asp、Gluが
優先的に吸着することがわかった。

【００６０】（参考例２）切断羊毛ケラチン繊維に対す
るアミノ酸の吸着 切断して微細化した羊毛ケラチン繊維0.246gをカラム
（内径4mm×長さ150mm）に詰め、実施例２と同様の方法
でアミノ酸含有水溶液を0.2mL/分の流速で流した。カラ
ムから流出するアミノ酸含有水溶液の合計が20.5mLにな
るまで流したときの、流出水溶液中に含まれる各種のア
ミノ酸濃度を実施例１と同様の方法で定量した。各種の
アミノ酸を含む原液の水溶液および流出水溶液に含まれ
ていたアミノ酸量、ならびにアミノ酸吸着材に吸着した
各アミノ酸の吸着モル％を求めた。微細化羊毛ケラチン
繊維へは、Asp、Gluが優先的に吸着材に吸着することが
わかった。

【００６１】（参考例３）ポリ（グリシン）粉末に対す
るアミノ酸の吸着 実施例１と同様に、ポリ（グリシン）粉末0.492gをカラ
ム（内径4mm×長さ150mm）に詰め、アミノ酸含有水溶液
を0.2mL/分の流速でカラムに37mL流して、途中の各フラ
クションに含まれるアミノ酸を分析した。表４に、アミ
ノ酸含有水溶液を20.5mL流した時点での、ポリ（グリシ
ン）粉末に吸着した各アミノ酸の原液中の濃度に対する
百分率（吸着モル％）を示す。

【００６２】（表４）

【００６３】表４から明らかなように、Asp、Gluはほぼ
100％吸着することがわかった。その他のアミノ酸は、0
〜4.8％程度の吸着モル％を示した。このようにしてア
ミノ酸を吸着したポリ（グリシン）粉末を蒸留水１００
ｍＬで数回すすいだ。Asp、Gluは0.1mol/Lの炭酸ナトリ
ウム（または他のアルカリでもよい）水溶液を約5ml流
すことにより、回収することができた。

【００６４】（参考例４）ポリ（L−アラニン）粉末に
対するアミノ酸の吸着 実施例１と同様に、ポリ（L−アラニン）粉末0.396gを
カラム（内径4mm×長さ150mm）に詰め、アミノ酸含有水
溶液を0.2mL/分の流速でカラムに70mL流して、途中の各
フラクションに含まれるアミノ酸を分析した。表５に、
アミノ酸含有水溶液を20.5mL流した時点での、ポリ（L
−アラニン）粉末に吸着した各アミノ酸の原液中の濃度
に対する百分率（吸着モル％）を示す。

【００６５】（表５）

【００６６】表５から明らかなように、Aspは65％、Glu
は59％が吸着した。その他のアミノ酸はほとんど吸着し
なかった。このようにしてアミノ酸を吸着したポリ（L
−アラニン）粉末を蒸留水100mlで数回すすいだ。Asp、
Gluは0.1mol/Lの炭酸ナトリウム（または他のアルカリ
でもよい）水溶液を約5ml流すことにより、回収するこ
とができた。

【００６７】（参考例５）ポリ（Lーバリン）粉末に対
するアミノ酸の吸着 実施例１と同様に、ポリ（L−バリン）粉末0.40gをカラ
ム（内径4mm×長さ150mm）に詰め、アミノ酸含有水溶液
を0.2mL/分の流速でカラムに70mL流して、途中の各フラ
クションに含まれるアミノ酸を分析した。表６に、アミ
ノ酸含有水溶液を20.5ml流した時点での、ポリ（L−バ
リン）粉末に吸着した各アミノ酸の原液中の濃度に対す
る百分率（吸着モル％）を示す。

【００６８】（表６）

【００６９】表６から明らかなように、ポリ（L−バリ
ン）は、実施例３、参考例１〜４の場合と類似した吸着
材となり、Asp、Gluの特異的吸着を示した。すなわち、
Aspは44％、Gluは45％が吸着した。その他のアミノ酸は
ほとんど吸着しなかった。このようにしてアミノ酸を吸
着したポリ（L−バリン）粉末を蒸留水100mLで数回すす
いだ。Asp、Gluは0.1mol/Lの炭酸ナトリウム（または他
のアルカリでもよい）水溶液を約5mL流すことにより、
回収することができた。

【００７０】（参考例６）ポリ（L−フェニルアラニ
ン）粉末に対するアミノ酸の吸着 実施例１と同様に、ポリ（L−フェニルアラニン）粉末
0.40gをカラム（内径4mm×長さ150mm）に詰め、アミノ
酸含有水溶液をカラムに流した。カラムから流出するア
ミノ酸含有水溶液の合計が5.5mLになるまで流したとき
の流出水溶液中に含まれる各種のアミノ酸濃度を実施例
１と同様の方法で定量した。表７に、各種のアミノ酸を
含む原液の水溶液および流出水溶液に含まれていたアミ
ノ酸量、ならびにアミノ酸吸着材に吸着した各アミノ酸
の吸着モル％を示す。

【００７１】（表７）

【００７２】表７から明らかなように、Asp、Gluが他の
アミノ酸より吸着しやすいことがわかる。吸着されたAs
p、Gluは弱アルカリ性水溶液（炭酸ナトリウム水溶液）
を流すことにより、回収することができた。

【００７３】（実施例５）微細化絹フィブロイン繊維に
対するアミノ酸の吸着 微細化絹フィブロイン繊維0.4098gをガラス管（内径6mm
×長さ20cm）に詰め、13種のアミノ酸を含むアミノ酸含
有水溶液をガラス管の上部から、圧力を加えずに、自然
に流した。ガラス管から流出するアミノ酸含有水溶液の
合計が8.0mLになるまで流したときに、流出液中に含ま
れる各種のアミノ酸濃度を実施例１と同様の方法で定量
した。表８に、各種のアミノ酸を含む原液の水溶液およ
び流出水溶液に含まれていたアミノ酸量、ならびにアミ
ノ酸吸着材に吸着した各アミノ酸の吸着モル％を示す。

【００７４】（表８）

【００７５】表８から明らかなように、塩基性アミノ酸
のLys、Argは100％吸着し、これらより塩基性の強いHis
はほぼ38％吸着した。ガラス管に蒸留水を50mL流して洗
浄後、希塩酸水溶液を5mL流すことによって、吸着され
たLys、Arg、Hisを回収することができた。これら塩基
性アミノ酸のみの混合物は、少量の弱酸を加えてHisを
塩としてから、カチオン交換樹脂を用いて、個々のアミ
ノ酸に分離し、回収することができた。

【００７６】（参考例７）コポリマーに対するアミノ酸
の吸着 Gly NCAとAla NCAとを1：2モル比で含むように、それぞ
れのアミノ酸NCAをアセトニトリルに溶解した。重合開
始剤にブチルアミンを用い、上記（３）のアミノ酸NCA
の重合方法の項で述べた方法に従って、30℃で1週間静
置して重合を進め、GlyとAlaとの残基からなるコポリペ
プチドを合成した。得られたコポリペプチドをアミノ酸
吸着材として用いて、上記参考例３〜６の場合と同様
に、カラムに詰め、アミノ酸含有水溶液を流した。コポ
リペプチドはAsp、Gluを特異的に吸着した。吸着された
Asp、Gluはアルカリ性水溶液（炭酸ナトリウム水溶液）
を流すことにより、回収することができた。

【００７７】（参考例８） 合成ポリアミノ酸（上記参考例４のポリ（L−アラニ
ン））の0.2gをトリフルオロ酢酸10mLに溶解し、減圧蒸
留で約1/3体積に濃縮した後、クロロホルムを10mL加え
て溶液とした。不溶解物をガラスフィルターで濾過して
除いた後、これにシリカゲル粒子を入れて攪拌した。こ
れらの粒子をメタノールまたはエタノール中に分散し
て、撹拌した。粒子の表面に合成ポリアミノ酸が付着し
た。この粒子を減圧乾燥して、ポリ（L−アラニン）で
表面が被覆されたシリカゲル粒子を調製した。このシリ
カゲル粒子を上記参考例３〜６の場合と同様に、カラム
に詰め、各種のアミノ酸を含むアミノ酸混合水溶液を流
した。シリカゲル粒子は、Asp、Gluを特異的に吸着し
た。吸着されたAsp、Gluは、アルカリ性水溶液（炭酸ナ
トリウム水溶液）を流すことにより回収することができ
た。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、絹タンパク質および該
絹タンパク質で表面が被覆された担体微細粒子をアミノ
酸吸着材として用いることにより、特定のアミノ酸を吸
着し、回収することができる。この吸着材により、リジ
ン、アルギニン、ヒスチジンなどの塩基性アミノ酸を選
択的に吸着できると共に、アスパラギン酸、グルタミン
酸などの酸性アミノ酸も選択的に吸着することができ
る。本発明のアミノ酸吸着材の形態としては、粉末状、
ビーズ状、繊維状、膜状などのいずれのものも利用でき
る。微細に切断した絹フィブロイン繊維または粉末状の
絹フィブロイン試料をカラムに充填して、アミノ酸含有
水溶液を流すと、塩基性アミノ酸が効率よく吸着でき
る。その後、希塩酸水溶液で洗浄すると、吸着された塩
基性アミノ酸を選択的に脱離させ、回収することができ
る。カラムではなく、適当な容器に吸着材を入れ、この
中にアミノ酸含有水溶液を加えて撹拌するだけでも、吸
着材に特定のアミノ酸が効果的に吸着し、回収が可能と
なる。

【００７９】本発明では、グリシン、アラニンのアミノ
酸残基およびセリン、チロシンなどの側鎖の長いアミノ
酸残基を多量に含んだ絹タンパク質を吸着材として用い
るため、例えばカラムにアミノ酸含有水溶液を流すと、
絹タンパク質を用いた場合には塩基性アミノ酸と共に、
酸性アミノ酸も特異的に吸着し、さらに回収することが
できる。本発明における絹タンパク質は、上記形態であ
ってもよいし、これを既知カラム充填用の充填剤の表面
に被覆し、水不溶性にしたものであってもよい。本発明
では、絹タンパク質などの材料自体に特定のアミノ酸を
吸着する機能があるため、一般的なカラム充填剤のよう
に粒度を厳密に揃える必要性は少なく、カラムへの充填
方法も厳密度が要求されるものではないという優れた利
点がある。また、本発明の吸着材は低価格で製造できる
という利点もある。

【００８０】本発明の吸着材を充填したカラムに、羊
毛、コラーゲン、毛髪、絹タンパク質などの天然タンパ
ク質材料を加水分解することで得られる各種のアミノ酸
を含む水溶液を流すと、塩基性アミノ酸や酸性アミノ酸
を効率よく吸着し、さらに回収することができる。従っ
て、本発明の吸着材は、物質混合系から特定のアミノ酸
を分離するための分離材料として、化学工業や食品工業
プロセスなどにおいて利用できると共に、材料科学やバ
イオテクノロジーなどの最先端の科学においても広く利
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アミノ酸含有水溶液の流量(mL)と流出水溶液
中のアミノ酸濃度(mol/L)との関係を示すグラフ。

【図２】 アミノ酸含有水溶液の流量(mL)と流出水溶液
中のアミノ酸濃度(mol/L)との関係を示すグラフ。

【図３】 微細化絹フィブロイン繊維に接触する前の各
アミノ酸濃度と、接触した後のアミノ酸濃度とを示すグ
ラフ。

【図４】 回収液中の各アミノ酸濃度を示すグラフ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０７Ｃ 227/40 Ｃ０７Ｃ 227/40 229/06 229/06 229/24 229/24 229/26 229/26 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 20/00 - 20/34

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絹タンパク質または該絹タンパク質で表
   面が被覆された担体微細粒子からなり、複数のアミノ酸
   を含有する水溶液中に存在する主としてリジン、アルギ
   ニンおよびヒスチジンからなる塩基性アミノ酸や、主と
   してアスパラギン酸およびグルタミン酸からなる酸性ア
   ミノ酸を選択的に吸着するためのアミノ酸吸着材。
2. 【請求項２】 前記絹タンパク質が、粉末状、ビーズ
   状、膜状、繊維状、または液体状であることを特徴とす
   る請求項１記載のアミノ酸吸着材。
3. 【請求項３】 前記絹タンパク質が、絹タンパク質を水
   溶性樹脂で被覆し、固形化した後、乾燥または凍結固化
   し、乾燥または凍結固化状態の絹タンパク質を粉砕して
   調製した粉末もしくは微細化繊維であることを特徴とす
   る請求項１記載のアミノ酸吸着材。
4. 【請求項４】 前記絹タンパク質が、絹フィブロイン繊
   維を中性塩水溶液に浸漬して加熱溶解して調製した絹フ
   ィブロイン水溶液を純水により透析して得られた絹フィ
   ブロイン水溶液に酸を加え、pH＝3〜3.5にしてゲル化さ
   せた後、凍結乾燥させ、粉末状にした絹タンパク質、ま
   たは絹糸腺内の液体状の絹タンパク質であることを特徴
   とする請求項１記載のアミノ酸吸着材。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のアミノ
   酸吸着材に対して複数のアミノ酸を含有する水溶液を接
   触させ、該アミノ酸含有水溶液中に存在する主としてリ
   ジン、アルギニンおよびヒスチジンからなる塩基性アミ
   ノ酸や、主としてアスパラギン酸およびグルタミン酸か
   らなる酸性アミノ酸を該吸着材に選択的に吸着せしめ、
   次いで、該吸着材を水洗した後、酸性水溶液を用いて主
   としてリジン、アルギニンおよびヒスチジンからなる塩
   基性アミノ酸を該吸着材から脱離させて回収し、また、
   アルカリ性水溶液を用いて主としてアスパラギン酸およ
   びグルタミン酸からなる酸性アミノ酸を該吸着材から脱
   離させて回収することを特徴とする特定のアミノ酸の回
   収方法。
6. 【請求項６】 前記酸性水溶液のpHが1.0〜4.0であり、
   また、アルカリ性水溶液pHが7.5〜13.0であることを特
   徴とする請求項５記載の特定のアミノ酸の回収方法。