JP5066720B2 - Quinone profile method using quinone compounds extracted using compressed carbon dioxide - Google Patents

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Description

本発明は、環境中微生物群集の解析手法であるキノンプロファイル法に関するものであり、圧縮二酸化炭素(特に、超臨界二酸化炭素)を用いた簡便かつ迅速な方法等に関するものである。   The present invention relates to a quinone profile method, which is a technique for analyzing environmental microbial communities, and relates to a simple and rapid method using compressed carbon dioxide (particularly supercritical carbon dioxide).

環境中の微生物を群集として把握し、ある時点における微生物の量と種類に関する解析、及びそれら微生物が時間によって如何なる変化を行うかという動態解析の研究が進んでいる。この研究は、環境の汚染状況を把握するのみならず、環境水・土壌・コンポスト・農地あるいは活性汚泥のキャラクタリゼイジョンやそれらの評価、微生物を用いた環境修復・環境浄化(バイオリメディエーション)、生物学的水処理における活性汚泥やメタン発酵の制御にも応用することができる。また、微生物を同定する際の一次スクリーニングに有効的な方法となる。
従来、環境中(例えば、土壌中)に存在する微生物の99%以上は、実験室で培養することができない難培養性の微生物であることが知られている。このため、微生物群集を単離・培養するという古典的な方法では、全微生物群集の1%以下しか解析することができない。この困難を解決するために、環境中の微生物から直接に核酸を抽出するという方法が開発されている(特許文献1)。しかし、この方法は高価かつ煩雑であることに加え、現地において迅速な分析を行うことが難しい。
Research on microorganisms in the environment as a community, analysis on the amount and type of microorganisms at a certain point in time, and dynamic analysis on how these microorganisms change with time is progressing. This research not only grasps the environmental pollution status, but also characterizes and evaluates environmental water, soil, compost, agricultural land or activated sludge, environmental remediation using microorganisms, environmental purification (bioremediation), biological It can also be applied to control activated sludge and methane fermentation in biological water treatment. Moreover, it becomes an effective method for the primary screening at the time of identifying microorganisms.
Conventionally, it is known that 99% or more of microorganisms present in the environment (for example, in soil) are difficult-to-cultivate microorganisms that cannot be cultured in a laboratory. For this reason, the classical method of isolating and culturing microbial communities can only analyze 1% or less of the total microbial community. In order to solve this difficulty, a method of directly extracting nucleic acids from environmental microorganisms has been developed (Patent Document 1). However, this method is expensive and cumbersome, and it is difficult to perform a quick analysis on site.

微生物群集を解析するためには、上記核酸分析方法の他に、キノン化合物を解析するというキノンプロファイル法がある。これは、ユビキノン、メナキノン及びプラストキノンというキノン化合物が、各微生物について、主として一種類のみが使用されているという事実に基づいて提案された方法である。すなわち、環境中微生物から各種キノン化合物を抽出し、各キノン化合物について、定量的な分析を行うことにより、微生物の量および種類を解析しようとする方法である。   In order to analyze microbial communities, there is a quinone profile method in which a quinone compound is analyzed in addition to the nucleic acid analysis method. This is a method proposed based on the fact that quinone compounds such as ubiquinone, menaquinone and plastoquinone are mainly used for each microorganism. That is, this is a method for analyzing the amount and type of microorganisms by extracting various quinone compounds from microorganisms in the environment and quantitatively analyzing each quinone compound.

キノンプロファイル法を実施するには、環境から採取した試料(例えば、土壌、水、大気)にクロロホルム・メタノールなどの有機溶媒を加え、振盪・抽出という抽出工程を行った後に、前処理を行い、液体クロマトグラフを用いた分析工程を行っていた。しかし、この方法では、抽出工程に約2時間、前処理に約0.5時間、分析工程に約2時間という長時間が必要であった。このため現地において、簡便かつ迅速に分析を行うことが難しかった。更に、抽出工程に大量の有機溶媒を用いることから、環境に対する負荷が大きかった。加えて、操作が煩雑であり、定量性に乏しく、感度的にも良好でないことから、微量サンプルの定量・大気中の微生物の分析には不向きであった。加えて、自動化および小型化を図りつつ、円滑に実施可能な装置を開発することは困難であった。   In order to carry out the quinone profile method, an organic solvent such as chloroform / methanol is added to a sample (for example, soil, water, air) collected from the environment, followed by an extraction process such as shaking / extraction, followed by pretreatment, An analysis process using a liquid chromatograph was performed. However, this method required a long time of about 2 hours for the extraction step, about 0.5 hour for the pretreatment and about 2 hours for the analysis step. For this reason, it was difficult to carry out analysis easily and quickly at the site. Furthermore, since a large amount of organic solvent is used in the extraction process, the load on the environment is large. In addition, since the operation is complicated, the quantitative property is poor, and the sensitivity is not good, it is not suitable for the determination of a small amount of sample and the analysis of microorganisms in the atmosphere. In addition, it has been difficult to develop a device that can be smoothly implemented while achieving automation and downsizing.

従来の研究においても、圧縮二酸化炭素を用いて、キノン化合物を抽出する方法が開発されている(特許文献2)。しかしながら、この方法で得られた抽出サンプルをキノンプロファイル法に用いる研究は行われていない。また、米国の研究者であるテネシー大学ホワイト博士は、SFE(Supercritical fluid extraction)法を用いて環境試料より三種のユビキノンのみを抽出した結果が学会に報告されている。しかし、この報告には抽出効率に関する記述はなく、キノンプロファイル法には適用されていなかった。本発明者の聞き取り調査によれば、ホワイト博士は、SFE法は上手くいかなかったので、研究を中止したとのことであった。   In conventional research, a method for extracting a quinone compound using compressed carbon dioxide has been developed (Patent Document 2). However, there has been no research using the extracted sample obtained by this method for the quinone profile method. In addition, Dr. White, University of Tennessee, an American researcher, has reported to academic societies the results of extracting only three types of ubiquinones from environmental samples using the SFE (Supercritical fluid extraction) method. However, this report does not describe the extraction efficiency and has not been applied to the quinone profile method. According to the inventor's interview, Dr. White said the study was stopped because the SFE method did not work.

また、近年になって、コエンザイムQ10(ユビキノン10)の効用が認められつつあり、その使用量が急増している。これに対応するために、簡便かつ迅速なユビキノン10の抽出、精製方法の確立が望まれている。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境サンプルからキノン化合物を簡便かつ迅速に抽出し、このキノン化合物を用いて微生物群集を調査するためのキノンプロファイル法を実施できる方法等を提供することにある。また、別の目的は、ユビキノン10を簡便かつ迅速に抽出、精製する方法を提供することにある。
特開2005−65605号公報 ドイツ特許公報第294280号(DD294280 A5)
In recent years, the effect of coenzyme Q10 (ubiquinone 10) is being recognized, and the amount of its use is rapidly increasing. In order to cope with this, it is desired to establish a simple and rapid method for extracting and purifying ubiquinone 10.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to extract a quinone compound from an environmental sample simply and quickly, and to investigate a microbial community using this quinone compound. It is in providing the method etc. which can implement. Another object is to provide a method for extracting and purifying ubiquinone 10 simply and quickly.
JP-A-2005-65605 German Patent Publication No. 294280 (DD294280 A5)

本発明者らは、圧縮二酸化炭素(特に、超臨界二酸化炭素)を用いることにより、環境由来試料から微生物由来のキノン化合物を簡便かつ迅速に抽出でき、かつこうして抽出したキノン化合物をキノンプロファイル法に供することにより、環境中の微生物群集を調査できることを見出し、基本的には本発明を完成するに至った。
すなわち、第1の発明に係るキノン化合物の抽出方法は、環境由来試料に圧縮二酸化炭素を接触させる抽出工程を備えることを特徴とする。
By using compressed carbon dioxide (especially supercritical carbon dioxide), the present inventors can easily and rapidly extract a quinone compound derived from a microorganism from an environment-derived sample, and the quinone compound thus extracted is used in the quinone profile method. By providing, it was found that the microbial community in the environment could be investigated, and the present invention was basically completed.
That is, the method for extracting a quinone compound according to the first invention includes an extraction step of bringing compressed carbon dioxide into contact with an environment-derived sample.

「キノン化合物」とは、微生物の細胞膜に脂溶成分として存在し、電子伝達系物質のひとつとして、呼吸鎖・光合成電子伝達に関与する物質である。キノン化合物には、ユビキノン(UQ)、メナキノン(MK)、プラストキノン(PQ)などがある。但し、本発明によれば、ビタミンK1(VK1)などのビタミン類が良好に抽出されることから、特に本発明においては、キノン化合物は、広義には、各種ビタミン類が含まれ得る。
キノン化合物は、各骨格およびイソプレン側鎖の長さによって、構造が異なる。n個のイソプレン側鎖を持つユビキノンおよびメナキノンは、それぞれUQ−n、MK−nと称される。更に、水素飽和度xの相違によって、UQ−n(Hx)、MK−n(Hx)と称される(図1を参照)。各キノン化合物は、骨格型、イソプレン側鎖数、および側鎖の飽和度などの違いによって、特有の酸化還元電位を示すので、微生物におけるエネルギー代謝の違いによって、キノン分子種が異なってくる。このため、各キノンを分離、定量することにより、環境由来試料中の微生物群集の特徴(すなわち、微生物の量および種類)を解析することができる。この解析方法をキノンプロファイル法という。また、キノン化合物の中には、単独で産業上の利用性が認められるものがある。例えば、ユビキノン10は、コエンザイムQ10として、大量に製造・販売が行われている。本発明では、そのようなキノン化合物を迅速かつ簡便に抽出することもできる。このため、本発明においては、キノン化合物がユビキノン10であることが好ましい。
A “quinone compound” is a substance that exists as a fat-soluble component in a cell membrane of a microorganism and is involved in respiratory chain / photosynthetic electron transfer as one of electron transfer substances. Examples of quinone compounds include ubiquinone (UQ), menaquinone (MK), and plastoquinone (PQ). However, according to the present invention, vitamins such as vitamin K1 (VK1) are well extracted. Therefore, in the present invention, the quinone compound can include various vitamins in a broad sense.
The quinone compound has a different structure depending on the length of each skeleton and isoprene side chain. Ubiquinone and menaquinone having n isoprene side chains are referred to as UQ-n and MK-n, respectively. Further, they are referred to as UQ-n (Hx) and MK-n (Hx) depending on the difference in hydrogen saturation x (see FIG. 1). Each quinone compound exhibits a specific oxidation-reduction potential depending on differences in skeleton type, number of isoprene side chains, side chain saturation, and the like, and therefore quinone molecular species differ depending on differences in energy metabolism in microorganisms. For this reason, by separating and quantifying each quinone, it is possible to analyze the characteristics of the microbial community (that is, the amount and type of microorganisms) in the environment-derived sample. This analysis method is called a quinone profile method. In addition, some quinone compounds have industrial applicability alone. For example, ubiquinone 10 is manufactured and sold in large quantities as coenzyme Q10. In the present invention, such a quinone compound can be extracted quickly and easily. For this reason, in the present invention, the quinone compound is preferably ubiquinone 10.

「環境由来試料」とは、土壌、水、大気、または微生物発酵層から採取された試料を意味している。
より具体的には、土壌としては、例えば河川・海・湖・池の沿岸部、河川底部、湖沼底部、干潟、農耕地、森林、湿地帯、草地、堆肥、生物排水処理の汚泥などが例示される。本発明を土壌に対して適用するには、土壌そのものを環境由来試料として用いることができる。また、土壌から適当な抽出物(水、有機溶媒、分離用カラムなど)を用いて抽出した試料(液体、あるいは固体)を環境由来試料として用いることもできる。
“Environment-derived sample” means a sample collected from soil, water, air, or a microbial fermentation layer.
More specifically, examples of soil include coastal areas of rivers, seas, lakes, ponds, river bottoms, lake bottoms, tidal flats, farmland, forests, wetlands, grasslands, compost, biological wastewater treatment sludge, etc. Is done. In order to apply the present invention to soil, the soil itself can be used as an environment-derived sample. A sample (liquid or solid) extracted from soil using an appropriate extract (water, organic solvent, separation column, etc.) can also be used as an environment-derived sample.

水としては、例えば河川、湖沼、干潟、農耕地、森林、湿地帯、草地、生物排水などが例示される。本発明を水に対して適用するには、水そのものを環境由来試料として用いることができる。また、水から適当な抽出物(有機溶媒、分離用カラムなど)を用いて抽出した試料(液体、あるいは固体)を環境由来試料として用いることもできる。
大気としては、一般の大気の他に、閉鎖された空間(例えば、呼気、建物、地下道、洞窟など)内の大気などが例示される。本発明を大気に対して適用するには、大気そのものを環境由来試料として用いるほかに、大気をコンプレッサーで圧縮しつつ、微生物を捕獲するフィルタ、カラムに通すことにより、微生物を濃縮したものを環境由来試料として用いることができる。
Examples of water include rivers, lakes, tidal flats, agricultural land, forests, wetlands, grasslands, and biological wastewater. In order to apply the present invention to water, water itself can be used as an environment-derived sample. A sample (liquid or solid) extracted from water using an appropriate extract (organic solvent, separation column, etc.) can also be used as an environment-derived sample.
As the atmosphere, in addition to the general atmosphere, the atmosphere in a closed space (for example, exhaled breath, building, underpass, cave, etc.) is exemplified. In order to apply the present invention to the atmosphere, in addition to using the atmosphere itself as an environment-derived sample, the microorganism is concentrated by passing it through a filter or column that captures microorganisms while compressing the atmosphere with a compressor. It can be used as a derived sample.

微生物発酵層としては、特定のユビキノン化合物(例えば、ユビキノン10)を含有する微生物について、そのユビキノン化合物を抽出するために培養した発酵層を意味している。そのような微生物としては、天然にユビキノン10を含有するものを単離した微生物、或いはユビキノン10を生産させるための遺伝子を組み込んだ微生物(例えば、特開2002−345469、特開2002−191367、特開2001−61478、特開2000−228987、WO2002/040682)が例示される。   The microorganism fermentation layer means a fermentation layer cultured for extracting a ubiquinone compound of a microorganism containing a specific ubiquinone compound (for example, ubiquinone 10). Examples of such microorganisms include microorganisms isolated from those naturally containing ubiquinone 10, or microorganisms incorporating a gene for producing ubiquinone 10 (for example, JP 2002-345469, JP 2002-191367, JP 2001-61478, JP-A 2000-228987, WO 2002/040682).

「圧縮二酸化炭素」とは、超臨界二酸化炭素または液体二酸化炭素を意味している。二酸化炭素は、臨界温度(Tc)が31℃、臨界圧力(Pc)が7.39MPaの物質である。TcおよびPcを越えた温度および圧力領域は、超臨界状態と呼ばれており、液体と気体の両方の特徴を示す。本発明では、超臨界二酸化炭素または液体二酸化炭素が、キノン化合物を抽出するための良好な溶媒として作用することを見出したものである。なお、本発明においては、圧縮二酸化炭素のうち、超臨界二酸化炭素を好ましく用いることができる。
「接触させる」とは、圧縮二酸化炭素を用いることにより、環境由来試料中からキノン化合物を抽出可能な状態で触れさせることを意味している。具体的な態様としては、圧縮二酸化炭素中に環境由来試料を添加して撹拌抽出する方法、環境由来試料中に圧縮二酸化炭素を通過させて抽出する方法などが挙げられる。また、抽出の際に、超音波やマイクロ波を利用することもできる。
“Compressed carbon dioxide” means supercritical carbon dioxide or liquid carbon dioxide. Carbon dioxide is a substance having a critical temperature (Tc) of 31 ° C. and a critical pressure (Pc) of 7.39 MPa. Temperature and pressure regions beyond Tc and Pc are called supercritical states and exhibit both liquid and gas characteristics. In the present invention, it has been found that supercritical carbon dioxide or liquid carbon dioxide acts as a good solvent for extracting a quinone compound. In the present invention, of the compressed carbon dioxide, supercritical carbon dioxide can be preferably used.
“Contacting” means that the quinone compound can be extracted from an environment-derived sample by using compressed carbon dioxide. Specific examples include a method in which an environment-derived sample is added to compressed carbon dioxide and extracted by stirring, a method in which compressed carbon dioxide is passed through the environment-derived sample, and the like. In addition, ultrasonic waves or microwaves can be used for extraction.

キノン化合物を抽出するための条件としては、二酸化炭素が圧縮状態(つまり、液体または超臨界状態)にあれば良い。より具体的には、温度が約−56℃、圧力が約5MPaの三重点以上であれば、液体二酸化炭素となることから、実施可能となる。しかしながら、温度が約31℃以上、圧力が約7.39MPa以上の超臨界状態を満足する条件で実施することが好ましい。この場合に、温度が高くなりすぎると、キノン化合物の安定性が減少する懸念があることから、約70℃以下で抽出することが好ましい。   As a condition for extracting the quinone compound, carbon dioxide may be in a compressed state (that is, in a liquid or supercritical state). More specifically, when the temperature is about −56 ° C. and the pressure is about 5 MPa or more, liquid carbon dioxide is obtained, and therefore, it can be implemented. However, it is preferable to carry out under conditions that satisfy a supercritical state in which the temperature is about 31 ° C. or higher and the pressure is about 7.39 MPa or higher. In this case, if the temperature becomes too high, there is a concern that the stability of the quinone compound may be reduced. Therefore, the extraction is preferably performed at about 70 ° C. or less.

なお、本発明においては、圧縮二酸化炭素の極性のために、抽出されるキノン化合物が限定されてしまうことがあり得る。これを回避するには、圧縮二酸化炭素に加えて、適当な有機溶媒を添加することにより、極性の異なる様々なキノン化合物を抽出することが可能となる。このとき用いられる有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、アセトン、クロロホルム、ヘキサン、ジエチルエーテルなどが例示される。これらのうち、好ましくは、メタノール、エタノール、アセトン、クロロホルムであり、更に好ましくは、メタノール、エタノール、アセトンであり、最も好ましくはメタノールである。また、有機溶媒の混合比率は、圧縮二酸化炭素と有機溶媒とを加えた全量に対して、1%以上、好ましくは3%以上、更に好ましくは5%以上である。
また、キノン化合物として、ユビキノン10を対象として抽出する場合には、ヒトに対する投与が考慮されることから、安全性への配慮から考えると、エタノールを用いることが好ましい。但し、安全性への配慮が十分になされる場合には、抽出効率の点からは、メタノールを使うことが好ましい。
In the present invention, the extracted quinone compound may be limited due to the polarity of compressed carbon dioxide. In order to avoid this, it is possible to extract various quinone compounds having different polarities by adding an appropriate organic solvent in addition to compressed carbon dioxide. Examples of the organic solvent used at this time include methanol, ethanol, acetone, chloroform, hexane, diethyl ether and the like. Of these, methanol, ethanol, acetone, and chloroform are preferable, methanol, ethanol, and acetone are more preferable, and methanol is most preferable. The mixing ratio of the organic solvent is 1% or more, preferably 3% or more, and more preferably 5% or more with respect to the total amount of the compressed carbon dioxide and the organic solvent.
Further, when ubiquinone 10 is extracted as a quinone compound, since administration to humans is considered, it is preferable to use ethanol in consideration of safety. However, if sufficient consideration is given to safety, it is preferable to use methanol from the viewpoint of extraction efficiency.

本発明においては、圧縮二酸化炭素を用いたキノン化合物の抽出工程の後に、抽出されたキノン化合物を吸着させる吸着工程を設けることが好ましい。そのようにすれば、キノン化合物を迅速に分離精製することができるからである。
吸着工程とは、キノン化合物を圧縮二酸化炭素、およびその他の化合物から分離するために、適当な吸着物質に吸着させることを意味している。ここで、吸着物質とは、キノン化合物を適当な条件下で吸着する能力を有する物質を意味しており、例えばシリカ、アルミナなどの吸着能を有する無機吸着剤を用いることができる。
In the present invention, it is preferable to provide an adsorption step for adsorbing the extracted quinone compound after the extraction step of the quinone compound using compressed carbon dioxide. This is because the quinone compound can be quickly separated and purified.
The adsorption step means adsorbing to a suitable adsorbent material in order to separate the quinone compound from compressed carbon dioxide and other compounds. Here, the adsorbing substance means a substance having an ability to adsorb a quinone compound under an appropriate condition, and for example, an inorganic adsorbent having an adsorbing ability such as silica and alumina can be used.

また、本発明の方法によって抽出されたキノン化合物を用いて、環境中の微生物群集をモニタリングするキノンプロファイル法に適用することが好ましい。キノンプロファイル法とは、環境中の微生物群集を解析するための方法の一つであり、ユビキノン、メナキノン及びプラストキノンというキノン化合物が、各微生物について、主として一種類のみが使用されているという事実に基づいて提案された方法である。環境中微生物から各種キノン化合物を抽出し、各キノン化合物について、定量的な分析を行うことにより、微生物の量および種類を解析することができる。キノンプロファイル法については、従来は有機溶媒を用いた冗長なキノン化合物の抽出方法が使用されていたため、現場での迅速な微生物群集解析には用いられていなかった。本発明者らの研究によれば、圧縮二酸化炭素を用いたキノン化合物の抽出方法を応用することにより、迅速かつ的確にキノンプロファイル法に適用する抽出サンプルを得ることに成功した。また、本発明の方法によるキノンプロファイル法では、従来の抽出方法で得られたキノンプロファイル法の結果との間で良好な非類似度が得られるだけでなく、より小さな微生物相の相違を見分けられることも分かった。   Moreover, it is preferable to apply to the quinone profile method which monitors the microbial community in an environment using the quinone compound extracted by the method of this invention. The quinone profile method is one of the methods for analyzing the microbial community in the environment. The quinone compound called ubiquinone, menaquinone and plastoquinone is mainly used for each microorganism. Based on the proposed method. By extracting various quinone compounds from microorganisms in the environment and performing quantitative analysis on each quinone compound, the amount and type of microorganisms can be analyzed. As for the quinone profile method, a redundant extraction method of quinone compounds using an organic solvent has been conventionally used, and thus it has not been used for rapid microbial community analysis in the field. According to the study by the present inventors, an extraction sample to be applied to the quinone profile method has been successfully obtained by applying a method for extracting a quinone compound using compressed carbon dioxide. In addition, the quinone profile method according to the method of the present invention not only provides a good degree of dissimilarity with the results of the quinone profile method obtained by the conventional extraction method, but also can distinguish a smaller difference in microbial flora. I also understood that.

第2の発明に係るキノン化合物の抽出装置は、環境由来試料を投入可能な抽出容器と、この抽出容器に圧縮二酸化炭素を挿通させる送液ラインと、この送液ラインに圧縮二酸化炭素を送るポンプと、前記抽出容器内を所定の圧力に保持する圧力調節器と、抽出されたキノン化合物を吸着させる吸着用部材とを備えていることを特徴とする。
第2の発明において、複数の抽出容器と複数の吸着用部材を前記送液ラインに対して並列に設け、一つの抽出容器に対して一つの吸着用部材を対応させるように移動制御させつつ環境由来試料からの抽出及び吸着を行わせる構成とすることが好ましい。そのような構成とすれば、複数の環境由来試料からのキノン化合物の抽出及び吸着を自動化させることができるので、簡易かつ迅速なキノン化合物の抽出装置を提供できる。
The quinone compound extraction apparatus according to the second invention includes an extraction container into which an environment-derived sample can be introduced, a liquid feed line through which compressed carbon dioxide is inserted into the extraction container, and a pump that sends compressed carbon dioxide to the liquid feed line. And a pressure regulator for keeping the inside of the extraction container at a predetermined pressure, and an adsorbing member for adsorbing the extracted quinone compound.
In the second aspect of the present invention, a plurality of extraction containers and a plurality of adsorption members are provided in parallel to the liquid feed line, and the environment is controlled while moving and controlling so that one adsorption member corresponds to one extraction container. It is preferable to adopt a configuration in which extraction and adsorption from a derived sample are performed. With such a configuration, extraction and adsorption of a quinone compound from a plurality of environment-derived samples can be automated, so that a simple and rapid quinone compound extraction apparatus can be provided.

本発明によれば、圧縮二酸化炭素(特に、超臨界二酸化炭素)を用いることで、有機溶媒をほとんど用いることなく、操作が簡便で、かつ迅速(従来法の約1/5程度)に環境中微生物に由来するキノン化合物を抽出することができる。こうして得られたキノン化合物は、キノンプロファイル法に適用することができるので、従来法では不可能であった現地での微生物群集調査を行うことも可能となる。
また、本発明によれば、自動化および小型化を図りつつ、円滑に実施可能な装置を開発することができる。
According to the present invention, by using compressed carbon dioxide (particularly supercritical carbon dioxide), the operation is simple and quick (about 1/5 of the conventional method) with almost no organic solvent and in the environment. A quinone compound derived from a microorganism can be extracted. Since the quinone compound thus obtained can be applied to the quinone profile method, it is also possible to conduct a local microbial community survey that was impossible with the conventional method.
Further, according to the present invention, it is possible to develop an apparatus that can be smoothly implemented while achieving automation and downsizing.

次に、本発明の実施形態について、図表を参照しつつ詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、下記の実施形態によって限定されるものではなく、その要旨を変更することなく、様々に改変して実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
<活性汚泥サンプル>
活性汚泥サンプルは、豊橋技術科学大学における排水処理場のエアレーションタンクから採取した。汚泥サンプルは、24時間の凍結乾燥処理を行い、500μm以下の細粒を篩い集めた。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following embodiments, and various changes can be made without changing the gist thereof. It can be carried out with modification. Further, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.
<Activated sludge sample>
The activated sludge sample was collected from the aeration tank of the wastewater treatment plant at Toyohashi University of Technology. The sludge sample was lyophilized for 24 hours, and fine particles of 500 μm or less were collected by sieving.

<超臨界二酸化炭素を用いた抽出工程>
図2には、本実施形態に用いたキノン化合物抽出装置の概要を示した。図中左方向(上流)には、二酸化炭素ボンベ1が設けられている。ボンベ1の下流側には、二酸化炭素を冷却することで、液体状態を維持させるクーラ2がポンプ3(SCF−201ポンプ(日本分光株式会社製))を介して連結されている。更に下流側には、有機溶媒タンク4がポンプ5(SCF−201ポンプ(日本分光株式会社製))を介して連結されている。送液ライン6の途中には、液体状二酸化炭素と有機溶媒とを混合するジョイント部7が設けられている。混合された溶媒は、混合カラム8を通過して、抽出容器9に送られる。混合カラム8及び抽出容器9の外方には、ヒータ10(353B GCオーブン(GLサイエンシーズ社製))が設けられており、混合カラム8と抽出容器9を所定の温度に保持しておくことができる。抽出容器9の下流には、高圧セルを有する多波調型UV検出器13(MD−1510(日本分光株式会社製))が設けられており、サンプルから抽出された物質の有無を検出できる。UV検出器13の下流には、背圧レギュレータ11(880−81背圧レギュレータ(日本分光株式会社製))が設けられており、抽出容器9の内部圧力を制御するようになっている。また、図示右方向のライン最下流には、吸着用カートリッジ12が装着されており、ここにキノン化合物が吸着される。
<Extraction process using supercritical carbon dioxide>
In FIG. 2, the outline | summary of the quinone compound extraction apparatus used for this embodiment was shown. A carbon dioxide cylinder 1 is provided in the left direction (upstream) in the figure. A cooler 2 that maintains the liquid state by cooling carbon dioxide is connected to the downstream side of the cylinder 1 via a pump 3 (SCF-201 pump (manufactured by JASCO Corporation)). Further downstream, an organic solvent tank 4 is connected via a pump 5 (SCF-201 pump (manufactured by JASCO Corporation)). In the middle of the liquid feed line 6, a joint portion 7 for mixing liquid carbon dioxide and an organic solvent is provided. The mixed solvent passes through the mixing column 8 and is sent to the extraction container 9. A heater 10 (353B GC oven (GL Sciences)) is provided outside the mixing column 8 and the extraction container 9 to keep the mixing column 8 and the extraction container 9 at a predetermined temperature. Can do. A multi-wave type UV detector 13 (MD-1510 (manufactured by JASCO Corporation)) having a high-pressure cell is provided downstream of the extraction container 9, and the presence or absence of a substance extracted from the sample can be detected. A back pressure regulator 11 (880-81 back pressure regulator (manufactured by JASCO Corporation)) is provided downstream of the UV detector 13 so as to control the internal pressure of the extraction container 9. Further, an adsorption cartridge 12 is mounted on the most downstream side of the line in the right direction in the figure, and a quinone compound is adsorbed here.

抽出工程を実施するには、抽出容器9の内部に約0.1gの汚泥サンプルを投入した後、ヒータ10を所定の温度に制御しつつ、ポンプ3、5を駆動させて、ライン6から二酸化炭素および有機溶媒を所定の流量で挿通させることにより行った。
抽出工程の条件は、次の通りであった。抽出容器温度は25℃〜65℃、圧力は10MPa〜35MPa、二酸化炭素流量及び有機溶媒の合計流量を3.0mL/minとした。また、汚泥サンプルからのキノン化合物の抽出には、特にことわらない限り、15分間の抽出時間とした。装置の最下流には、吸着工程を実施するためのカートリッジ12として、シリカゲルカラム(二個のセップパックカートリッジ(Sep-Pak Plus Silica cartridge、ウォーターズ社製)を取り付けておき、抽出されたキノン化合物を捕捉した。
In order to carry out the extraction process, about 0.1 g of sludge sample is put into the extraction container 9 and then the pumps 3 and 5 are driven while the heater 10 is controlled to a predetermined temperature, and the dioxide is removed from the line 6. It was performed by inserting carbon and an organic solvent at a predetermined flow rate.
The extraction process conditions were as follows. The extraction vessel temperature was 25 ° C. to 65 ° C., the pressure was 10 MPa to 35 MPa, the total flow rate of carbon dioxide flow and organic solvent was 3.0 mL / min. Further, the extraction time of the quinone compound from the sludge sample was set to 15 minutes unless otherwise specified. At the most downstream of the apparatus, a silica gel column (two Sep-Pak Plus Silica cartridges, manufactured by Waters) is attached as a cartridge 12 for carrying out the adsorption step, and the extracted quinone compound is added. Captured.

抽出工程、及び吸着工程が完了した後に、シリカゲルカラムをアセトンで洗浄することにより、捕捉されたキノン化合物を溶出させた。さらに、アセトン中のキノン化合物を別のシリカゲルカラム(二個のセップパックカラム)に吸着させた後、まず2%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液を通すことで、メナキノン化合物を溶出分離した。次に、10%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液をセップパックカラムに通すことで、ユビキノン化合物を溶出させた。各溶出溶液をエバポレータで蒸発濃縮させた後、アセトンで洗浄回収した。こうして、メナキノン化合物とユビキノン化合物を分離精製し、HPLCにより分析した。   After the extraction step and the adsorption step were completed, the captured quinone compound was eluted by washing the silica gel column with acetone. Further, after the quinone compound in acetone was adsorbed on another silica gel column (two Sepppack columns), the menaquinone compound was eluted and separated by first passing through a 2% diethyl ether / hexane solution. Next, the ubiquinone compound was eluted by passing a 10% diethyl ether / hexane solution through a Sepppack column. Each elution solution was evaporated and concentrated with an evaporator, and then washed and collected with acetone. Thus, the menaquinone compound and the ubiquinone compound were separated and purified and analyzed by HPLC.

<有機溶媒を用いた抽出工程:従来法>
比較対象として、従来の有機溶媒法による抽出工程を行った(J. Biosci. Bioeng., 87, 378 - 382)。抽出工程は次の通りであった。すなわち、約0.1gの汚泥サンプルに有機溶媒(クロロホルム:メタノール=2:1(v/v))を添加し、シェーカーにより30分間振盪し、9000rpm、10分間遠心分離した後、キノン化合物を含むクロロホルム層を分取した。この抽出操作を3回繰り返した。
<Extraction process using organic solvent: conventional method>
For comparison, an extraction process by a conventional organic solvent method was performed (J. Biosci. Bioeng., 87, 378-382). The extraction process was as follows. That is, an organic solvent (chloroform: methanol = 2: 1 (v / v)) is added to about 0.1 g of sludge sample, shaken with a shaker for 30 minutes, centrifuged at 9000 rpm for 10 minutes, and then contains a quinone compound. The chloroform layer was separated. This extraction operation was repeated three times.

次に、クロロホルム層に、ヘキサンと水の混合物(ヘキサン:水=25:15(v/v))を加えて振盪した後、7000rpm、10分間遠心し、クロロホルム層からヘキサン層にキノン化合物を再抽出した。ヘキサン層を適当にエバポレータを用いて蒸発濃縮した後、ヘキサン層をセップパックカートリッジに通して、キノン化合物を吸着させた。次いで、2%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液を通してメナキノン化合物を溶出分離し、10%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液を通してユビキノン化合物を溶出させた。各溶液をエバポレータで蒸発濃縮させた後、アセトンで洗浄回収した。こうして、メナキノン化合物とユビキノン化合物を分離精製し、HPLCにより分析した。   Next, a mixture of hexane and water (hexane: water = 25: 15 (v / v)) was added to the chloroform layer and shaken, and then centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes, and the quinone compound was re-applied from the chloroform layer to the hexane layer. Extracted. After the hexane layer was appropriately evaporated and concentrated using an evaporator, the hexane layer was passed through a sep pack cartridge to adsorb the quinone compound. Subsequently, the menaquinone compound was eluted and separated through a 2% diethyl ether / hexane solution, and the ubiquinone compound was eluted through a 10% diethyl ether / hexane solution. Each solution was evaporated and concentrated with an evaporator, and then washed and collected with acetone. Thus, the menaquinone compound and the ubiquinone compound were separated and purified and analyzed by HPLC.

<HPLCによる分析>
分離精製したキノン化合物は、HPLC(島津製作所製)により分析した。カラムには、ODSカラム(Zorbax-ODS, 4.6mmI.D.x250mm, Agilent Technologies, USA)を用い、検出器には、UV−Vis検出器(Model SPD-10A, 島津製作所製)およびフォトダイオード検出器(SPD-M10A, 島津製作所製)を用いた。カラムオーブンは、35℃に保持した。移動相として、メタノール:イソプロパノール=9:2(v/v)を使用し、流量を1.0mL/minとした。各キノン化合物は、保持時間と、各ピークのUVスペクトルパターンにより同定した。各ユビキノンとメナキノンの定量のために、ユビキノン10(UQ-10)とビタミンK1を用いた。ユビキノン化合物の定量には275nmによる吸光度データを、メナキノン化合物の定量には270nmによる吸光度データを用いた。
<Analysis by HPLC>
The separated and purified quinone compound was analyzed by HPLC (manufactured by Shimadzu Corporation). The column is an ODS column (Zorbax-ODS, 4.6 mm I.D.x250 mm, Agilent Technologies, USA), and the detector is a UV-Vis detector (Model SPD-10A, manufactured by Shimadzu Corp.) and photodiode detection. A vessel (SPD-M10A, manufactured by Shimadzu Corporation) was used. The column oven was maintained at 35 ° C. Methanol: isopropanol = 9: 2 (v / v) was used as the mobile phase, and the flow rate was 1.0 mL / min. Each quinone compound was identified by the retention time and the UV spectrum pattern of each peak. Ubiquinone 10 (UQ-10) and vitamin K1 were used for the determination of each ubiquinone and menaquinone. Absorbance data at 275 nm was used to quantify the ubiquinone compound, and absorbance data at 270 nm was used to quantify the menaquinone compound.

<試験結果>
1.抽出溶媒を変化させたときの結果
図3には、抽出溶媒を変化させたときに抽出されたキノン化合物の濃度を示した。なお、抽出時の温度は35℃、圧力は25MPaであった。始めに、抽出溶媒を二酸化炭素のみ(流速3.0mL/min)としたところ、グラフ図の左端に示すように、活性汚泥サンプルからキノン化合物を抽出することができた。しかしながら、抽出されたキノン化合物の濃度は低かった。このとき、マイナーなキノン化合物(例えば、MK−10、MK−5(H4),MK−10(H4)、及びMK−10(H8)など)は、抽出されなかった。この結果より、二酸化炭素のみでは、極性物質を溶解するために十分ではないものと考えた。そこで、極性有機溶媒(すなわち、メタノール、エタノール、アセトン、及びクロロホルム)を二酸化炭素に混合することにより、キノン化合物の抽出効率を向上させることを試みた。
<Test results>
1. Results when the extraction solvent was changed FIG. 3 shows the concentration of the quinone compound extracted when the extraction solvent was changed. The temperature at the time of extraction was 35 ° C., and the pressure was 25 MPa. First, when the extraction solvent was carbon dioxide only (flow rate: 3.0 mL / min), the quinone compound could be extracted from the activated sludge sample as shown at the left end of the graph. However, the concentration of the extracted quinone compound was low. At this time, minor quinone compounds (for example, MK-10, MK-5 (H4), MK-10 (H4), and MK-10 (H8)) were not extracted. From this result, it was considered that carbon dioxide alone was not sufficient to dissolve polar substances. Then, it tried to improve the extraction efficiency of a quinone compound by mixing a polar organic solvent (namely, methanol, ethanol, acetone, and chloroform) with a carbon dioxide.

各有機溶媒の混合比率は、全抽出溶媒の10%とした。すなわち、二酸化炭素流量を2.7mL/minとし、有機溶媒流量を0.3mL/minとした。図3に示すように、極性有機溶媒を混合することにより、抽出されるキノン量が増加した。このとき、メタノール、アセトン、エタノール、及びクロロホルムの順で、抽出されるキノン化合物の全量が減少した。   The mixing ratio of each organic solvent was 10% of the total extraction solvent. That is, the carbon dioxide flow rate was 2.7 mL / min, and the organic solvent flow rate was 0.3 mL / min. As shown in FIG. 3, the amount of quinone extracted increased by mixing a polar organic solvent. At this time, the total amount of the extracted quinone compound decreased in the order of methanol, acetone, ethanol, and chloroform.

次に、メタノールの混合比率を変化させたときのキノン化合物の抽出量の変化を確認した。図4には、メタノールの混合比率を1%、5%、10%、および20%としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示した。なお、全例において、二酸化炭素とメタノールの合計流量を3.0mL/minとした。混合比率が5%以上では、十分良好にキノン化合物の抽出が可能であった。但し、混合比率が10%までは、混合比率の上昇につれて、抽出されるキノン量も増加した。また、混合比率が20%と10%とでは、結果には差違が認められなかった。そこで、以下の実験においては、メタノールの混合比率を10%として(すなわち、二酸化炭素流量を2.7mL/min、メタノール流量を0.3mL/minとした)、キノン化合物の抽出を実施した。   Next, the change of the extraction amount of the quinone compound when changing the mixing ratio of methanol was confirmed. FIG. 4 shows changes in the extraction amount of the quinone compound when the mixing ratio of methanol is 1%, 5%, 10%, and 20%. In all cases, the total flow rate of carbon dioxide and methanol was 3.0 mL / min. When the mixing ratio was 5% or more, the quinone compound could be extracted sufficiently satisfactorily. However, when the mixing ratio was up to 10%, the amount of quinone extracted increased as the mixing ratio increased. Further, when the mixing ratio was 20% and 10%, no difference was found in the results. Therefore, in the following experiment, extraction of the quinone compound was performed with a methanol mixing ratio of 10% (that is, a carbon dioxide flow rate of 2.7 mL / min and a methanol flow rate of 0.3 mL / min).

2.抽出時の圧力を変化させたときの結果
抽出時の圧力を変化させたときのキノン化合物の抽出量の変化を確認した。図5には、圧力を10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、および30MPaとしたときのキノン化合物の抽出量の変化を示した。なお、その他の条件としては、温度35℃、二酸化炭素流量2.7mL/min、メタノール流量0.3mL/min、処理時間15分間であった。
2. Result when the pressure at the time of extraction was changed The change of the extraction amount of the quinone compound when the pressure at the time of extraction was changed was confirmed. FIG. 5 shows changes in the extraction amount of the quinone compound when the pressure is 10 MPa, 15 MPa, 20 MPa, 25 MPa, and 30 MPa. As other conditions, the temperature was 35 ° C., the carbon dioxide flow rate was 2.7 mL / min, the methanol flow rate was 0.3 mL / min, and the treatment time was 15 minutes.

いずれの圧力においても、十分良好にキノン化合物の抽出が可能であった。但し、圧力が10MPa〜25MPaの間では、圧力の上昇につれて、抽出されるキノン量も徐々に増加した。また、圧力が30MPaと25MPaとでは、結果には差違が認められなかった。そこで、以下の実験においては、圧力を25MPaとして、キノン化合物の抽出を実施した。   The quinone compound could be extracted sufficiently satisfactorily at any pressure. However, when the pressure was between 10 MPa and 25 MPa, the amount of extracted quinone gradually increased as the pressure increased. Moreover, when the pressure was 30 MPa and 25 MPa, no difference was observed in the results. Therefore, in the following experiment, extraction of the quinone compound was performed at a pressure of 25 MPa.

3.抽出時の温度を変化させたときの結果
抽出時の温度を変化させたときのキノン化合物の抽出量の変化を確認した。図6には、温度を25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、および75℃としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示した。なお、その他の条件としては、圧力25MPa、二酸化炭素流量2.7mL/min、メタノール流量0.3mL/min、処理時間15分間であった。
3. Results when the temperature during extraction was changed Changes in the amount of quinone compound extracted when the temperature during extraction was changed were confirmed. FIG. 6 shows changes in the amount of quinone compound extracted when the temperature was 25 ° C., 35 ° C., 45 ° C., 55 ° C., 65 ° C., and 75 ° C. As other conditions, the pressure was 25 MPa, the carbon dioxide flow rate was 2.7 mL / min, the methanol flow rate was 0.3 mL / min, and the treatment time was 15 minutes.

いずれの温度においても、十分良好にキノン化合物の抽出が可能であった。但し、温度が25℃〜55℃の間では、温度の上昇につれて、抽出されるキノン量も徐々に増加した。また、温度が65℃および75℃では、キノン化合物の抽出量がやや減少する傾向が認められた。キノン化合物には、熱に弱いものがあることから、分解が発生するのかも知れないと考えた。そこで、以下の実験においては、温度を55℃として、キノン化合物の抽出を実施した。   The quinone compound could be extracted sufficiently satisfactorily at any temperature. However, when the temperature was between 25 ° C. and 55 ° C., the amount of extracted quinone gradually increased as the temperature increased. Moreover, the tendency for the extraction amount of a quinone compound to reduce a little was recognized by temperature 65 degreeC and 75 degreeC. Since some quinone compounds are vulnerable to heat, we thought that decomposition might occur. Therefore, in the following experiment, the quinone compound was extracted at a temperature of 55 ° C.

4.抽出時間を変化させたときの結果
抽出時間を変化させたときのキノン化合物の抽出量の変化を確認した。図7には、抽出時間を5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、および30分間としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示した。なお、その他の条件としては、圧力25MPa、温度55℃、二酸化炭素流量2.7mL/min、メタノール流量0.3mL/minであった。
いずれの抽出時間においても、十分良好にキノン化合物の抽出が可能であった。但し、抽出時間が5分間〜15分間の間では、時間の延長につれて、抽出されるキノン量も徐々に増加した。また、抽出時間が15分間、20分間、25分間、および30分間では、抽出されるキノン化合物には差違が認められなかった。
4). Result when changing extraction time The change of the extraction amount of the quinone compound when changing extraction time was confirmed. FIG. 7 shows changes in the extraction amount of the quinone compound when the extraction time is 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, and 30 minutes. As other conditions, the pressure was 25 MPa, the temperature was 55 ° C., the carbon dioxide flow rate was 2.7 mL / min, and the methanol flow rate was 0.3 mL / min.
In any extraction time, the quinone compound could be extracted sufficiently satisfactorily. However, when the extraction time was between 5 minutes and 15 minutes, the amount of quinone extracted gradually increased as the time increased. In addition, no difference was observed in the extracted quinone compounds when the extraction time was 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, and 30 minutes.

5.本実施形態の方法と従来法とにおけるキノンプロファイルの比較(1)
次に、本実施形態の方法(以下には、「SFE法」と言うことがある)と従来法とにおいて、活性汚泥サンプルからキノン化合物を抽出したときのキノンプロファイルの相違を確認した。本実施形態の方法における抽出条件は、圧力25MPa、温度55℃、二酸化炭素流量2.7mL/min、メタノール流量0.3mL/min、抽出時間15分間とした。
5. Comparison of quinone profiles between the method of the present embodiment and the conventional method (1)
Next, the difference of the quinone profile when the quinone compound was extracted from the activated sludge sample was confirmed between the method of the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as “SFE method”) and the conventional method. The extraction conditions in the method of this embodiment were a pressure of 25 MPa, a temperature of 55 ° C., a carbon dioxide flow rate of 2.7 mL / min, a methanol flow rate of 0.3 mL / min, and an extraction time of 15 minutes.

図8および図9には、本実施形態の方法と、従来法とのそれぞれの方法において、ユビキノンおよびメナキノンを抽出した後のHPLCパターンを示した。図8のチャート中のピーク1〜4は、それぞれUQ−7、UQ−8、UQ−9、およびUQ−10を示している。また、図9のチャート中のピーク1〜12は、それぞれMK−6,MK−7,MK−8,MK−8(H2),MK−8(H4),MK−9,MK−9(H2),MK−9(H4),MK−10,MK−10(H2),MK−10(H4),およびMK−10(H6)を示している。これらのチャートを比較することにより、本実施形態の方法と従来法とでは、抽出されたキノン化合物の種類および量について、定性的に同等の結果が得られているように考えられた。   8 and 9 show HPLC patterns after extraction of ubiquinone and menaquinone in each of the method of this embodiment and the conventional method. Peaks 1 to 4 in the chart of FIG. 8 indicate UQ-7, UQ-8, UQ-9, and UQ-10, respectively. Moreover, peaks 1 to 12 in the chart of FIG. 9 are MK-6, MK-7, MK-8, MK-8 (H2), MK-8 (H4), MK-9, MK-9 (H2), respectively. ), MK-9 (H4), MK-10, MK-10 (H2), MK-10 (H4), and MK-10 (H6). By comparing these charts, the method of the present embodiment and the conventional method seemed to obtain qualitatively equivalent results for the type and amount of the extracted quinone compound.

表1には、本実施形態の方法を用いた場合の上記16種類のキノン化合物(4種類のユビキノン、および12種類のメナキノン)の抽出再現性を5回の試験によって確認した結果を示した。   Table 1 shows the results of confirming the extraction reproducibility of the above 16 types of quinone compounds (4 types of ubiquinone and 12 types of menaquinone) using the method of the present embodiment by 5 tests.

Figure 0005066720
Figure 0005066720

この結果は、本実施形態の方法によれば、いずれのキノン化合物についても良好な再現性を持って抽出が行えることを示している。
図10には、本実施形態の方法(SFE Method)と従来法(Conventional Method)とで、活性汚泥サンプルから抽出された全キノン化合物量、全メナキノン化合物量、および全ユビキノン化合物量を比較したグラフを示した。両方法のデータを比較すると、いずれも良好にキノン化合物が抽出されていることが示された。また、全キノン量および全メナキノン量/全ユビキノン量についても、両方法において良好な類似性を備えているように思われた。
This result shows that according to the method of this embodiment, any quinone compound can be extracted with good reproducibility.
FIG. 10 is a graph comparing the total quinone compound amount, the total menaquinone compound amount, and the total ubiquinone compound amount extracted from the activated sludge sample by the method (SFE Method) of the present embodiment and the conventional method (Conventional Method). showed that. Comparing the data of both methods, it was shown that the quinone compound was well extracted in both cases. Also, the total quinone amount and the total menaquinone amount / total ubiquinone amount seemed to have good similarity in both methods.

図11には、本実施形態の方法と従来法とで、活性汚泥サンプルから抽出された各キノン化合物のモル比を比較したグラフを示した。図に示すように、両方法において抽出された各キノン化合物の比率については、非常に類似しているように思われた。両方法において、抽出されたメナキノン化合物のうち、主たるものは、MK−10(H4)、MK−9(H2)、MK−6、およびMK−7であった。また、ユビキノン化合物のうち、主たるものは、UQ−8、UQ−10、およびUQ−9であった。   In FIG. 11, the graph which compared the molar ratio of each quinone compound extracted from the activated sludge sample by the method of this embodiment and the conventional method was shown. As shown in the figure, the ratio of each quinone compound extracted by both methods seemed very similar. In both methods, among the extracted menaquinone compounds, the main ones were MK-10 (H4), MK-9 (H2), MK-6, and MK-7. Of the ubiquinone compounds, the main ones were UQ-8, UQ-10, and UQ-9.

次に、両方法による結果を定量的に比較するために、非類似性インデックス(dissimilarity index)Dを定義した。すなわち、得られたキノンプロファイル(すなわち各キノン化合物(iおよびj)の割合)データを下記式(1)に当てはめ、その数値Dを求めた。

Figure 0005066720
Next, a dissimilarity index D was defined in order to quantitatively compare the results of both methods. That is, the obtained quinone profile (that is, the ratio of each quinone compound (i and j)) data was applied to the following formula (1), and the numerical value D was obtained.
Figure 0005066720

式中、fkiおよびfkjは、キノン化合物k(つまり、ユビキノン化合物、またはメナキノン化合物)における各キノンの割合を示している。Dが大きくなるほど、二つのキノンプロファイルは相違していることを示している。また、Dが0であれば、両キノンプロファイルが一致することを示している。従来法と本実施形態の方法とでは、D値は0.09と十分に小さかった。このことより、両方法は、実質的に同じ結果を示すことが示された。更に、下記式(2)により、キノンプロファイルによる微生物多様性度(microbial diversity of quinone profiles)DQを定義した。   In the formula, fki and fkj indicate the ratio of each quinone in the quinone compound k (that is, ubiquinone compound or menaquinone compound). The larger D, the more different the two quinone profiles are. Moreover, if D is 0, it has shown that both quinone profiles correspond. In the conventional method and the method of the present embodiment, the D value was 0.09, which was sufficiently small. This indicates that both methods show substantially the same results. Furthermore, microbial diversity of quinone profiles (microbial diversity of quinone profiles) DQ was defined by the following formula (2).

Figure 0005066720
式中、fk はキノン化合物kの割合を示し、nは微生物の割合が0.001以上であったものの数を示している。本実施形態の方法の結果では、DQ値は11.99であった。一方、従来法の結果では、DQ値は11.95であった。このことより、両方法は、よく似た微生物多様性度を示すことがわかった。
Figure 0005066720
In the formula, fk represents the ratio of the quinone compound k, and n represents the number of microorganisms having a ratio of 0.001 or more. As a result of the method of the present embodiment, the DQ value was 11.99. On the other hand, in the result of the conventional method, the DQ value was 11.95. This indicates that both methods show similar microbial diversity.

6.本実施形態の方法と従来法とにおけるキノンプロファイルの比較(2)
次に、大学排水処理後の活性汚泥と機械工場排水処理(好気槽)後の活性汚泥とについて、従来法と本実施形態の方法によるキノン化合物抽出操作を行い、その抽出サンプルについてキノンプロファイル法を行った。本実施形態の方法の抽出条件は、前述と同じとした。それぞれの抽出方法により、各活性汚泥から3回ずつキノン化合物を抽出し、キノン化合物を測定した。
6). Comparison of quinone profiles between the method of this embodiment and the conventional method (2)
Next, the activated sludge after the university waste water treatment and the activated sludge after the machine factory waste water treatment (aerobic tank) are subjected to the quinone compound extraction operation by the conventional method and the method of this embodiment, and the extracted sample is subjected to the quinone profile method. Went. The extraction conditions of the method of this embodiment are the same as described above. By each extraction method, the quinone compound was extracted 3 times from each activated sludge, and the quinone compound was measured.

結果を図12〜図14に示した。図12に示すように、2種類の活性汚泥において、本実施形態の方法と従来法とでは、菌体からのキノン化合物の全抽出量に大きな違いは見られなかった。また、図13及び図14に示すように、両方法において、抽出されたキノン化合物の種類とその数も同じであった。
両方法で抽出されたキノン化合物を用いて行ったキノンプロファイル法の結果の非類似度は、それぞれ0.057(大学排水処理後の活性汚泥)、0.068(機械工場排水処理後の活性汚泥)であった。すなわち、従来法と本実施形態の方法で得られたキノン化合物で実施したキノンプロファイル法の結果が、同程度であったことから、本実施形態の方法が、従来の抽出方法を代替できることが分かった。
The results are shown in FIGS. As shown in FIG. 12, in the two types of activated sludge, there was no significant difference in the total amount of quinone compound extracted from the cells between the method of this embodiment and the conventional method. Moreover, as shown in FIG.13 and FIG.14, in both methods, the kind and the number of the extracted quinone compound were also the same.
The dissimilarities of the results of the quinone profile method using quinone compounds extracted by both methods are 0.057 (activated sludge after university wastewater treatment) and 0.068 (activated sludge after machine factory wastewater treatment, respectively) )Met. That is, since the results of the quinone profile method performed with the quinone compound obtained by the conventional method and the method of this embodiment were comparable, it was found that the method of this embodiment can replace the conventional extraction method. It was.

7.各種汚泥に対する本実施形態の方法に基づくキノンプロファイル
次に、大学排水処理後の汚泥(好気槽)、一般下水排水処理後の汚泥(好気槽、及び嫌気槽)、機械工場排水処理後の汚泥(好気槽、及び嫌気槽)、及び食品加工場排水処理後の汚泥(好気槽、及び嫌気槽)の7種類の汚泥について、本実施形態の方法によりキノン化合物を抽出し、その抽出サンプルについてキノンプロファイル法を実施した。
7). The quinone profile based on the method of this embodiment for various sludges Next, sludge after a university wastewater treatment (aerobic tank), sludge after a general sewage wastewater treatment (aerobic tank and anaerobic tank), after machine factory wastewater treatment About seven kinds of sludge (aerobic tank and anaerobic tank) of sludge (aerobic tank and anaerobic tank) and sludge (aerobic tank and anaerobic tank) after wastewater treatment of food processing plant, the quinone compound is extracted by the method of this embodiment, and the extraction is performed. The sample was subjected to the quinone profile method.

結果を図15に示した。図15に示すように、いずれの汚泥についても、菌体からのキノン化合物を良好に抽出することが可能であった。また、好気槽、及び嫌気槽の汚泥について得られたキノンプロファイルについては、非類似度の差はほとんど見られなかった。この結果は、従来法により得られている既存の研究結果と一致していた。なお、排水特性により微生物群集構造が違うことから、それぞれの排水については、各特性に基づく適切な汚泥処理操作を用いなければならないことが分かった。これらのことより、本実施形態の方法は、活性汚泥中の菌体を解析するためのキノンプロファイル法に好適に適用できることが分かった。   The results are shown in FIG. As shown in FIG. 15, for any sludge, it was possible to extract the quinone compound from the cells well. Moreover, about the quinone profile obtained about the sludge of the aerobic tank and the anaerobic tank, the difference of dissimilarity was hardly seen. This result was consistent with existing research results obtained by conventional methods. In addition, since the microbial community structure differs depending on the drainage characteristics, it was found that for each drainage, an appropriate sludge treatment operation based on each characteristic must be used. From these things, it turned out that the method of this embodiment can be applied suitably for the quinone profile method for analyzing the microbial cell in activated sludge.

図16には、図15の結果において、各汚泥試料を三回ずつ分析して、一つの試料に対してそれぞれの非類似度を示した結果を示した。この図より、各試料のいずれについても、非類似度のバラツキが非常に小さく、良好な再現性を示すことが分かった。得られた非類似度の最大値は、機械工場排水処理後の汚泥(嫌気槽)であり、0.066であった。   FIG. 16 shows the result of analyzing each sludge sample three times in the result of FIG. 15 and showing each dissimilarity for one sample. From this figure, it was found that the variation in dissimilarity was very small for each sample, and good reproducibility was exhibited. The maximum value of the obtained dissimilarity was sludge (anaerobic tank) after wastewater treatment at the machine factory, and was 0.066.

この結果について、図17を参照しつつ、さらに説明する。図16において、本実施形態の抽出方法で得たサンプルから得られたキノンプロファイル法の非類似度が対数正規分布に従うと仮定する。図17には、その場合の各非類似度の値の累積確立密度をプロットした。この図は、本実施形態の抽出方法と従来法で得られた抽出サンプルについて、キノンプロファイル法を実施したときの非類似度の累積密度を示したものである。従来法の累積分布関数は、これまでに従来法で得られたものである(横浜国立大学大学院工学研究科物質工学専攻、胡洪営氏の博士論文「好気性バイオフィルターの性能解析」、第180頁、平成5年12月)。図より、従来法では、累積確率密度が97%に達するのは、非類似度が0.1のときであった(平石明; ポピュレーションダイナミックスと環境浄化、水環境学会誌、15(9)、 pp.558-563)。一方、本実施形態の抽出方法では、非類似度が0.07のときに累積確率密度が97%に達した。   This result will be further described with reference to FIG. In FIG. 16, it is assumed that the dissimilarity of the quinone profile method obtained from the sample obtained by the extraction method of the present embodiment follows a lognormal distribution. In FIG. 17, the cumulative probability density of each dissimilarity value in that case is plotted. This figure shows the cumulative density of dissimilarity when the quinone profile method is performed on the extraction samples obtained by the extraction method of the present embodiment and the conventional method. The cumulative distribution function of the conventional method has been obtained by the conventional method so far (Dept. of Materials Engineering, Graduate School of Engineering, Yokohama National University, Ph.D. paper “Performance analysis of aerobic biofilter” 180, December 1993). From the figure, in the conventional method, the cumulative probability density reached 97% when the dissimilarity was 0.1 (Akira Hiraishi; Population Dynamics and Environmental Purification, Journal of Water Environment Society, 15 (9 ), Pp.558-563). On the other hand, in the extraction method of the present embodiment, the cumulative probability density reached 97% when the dissimilarity was 0.07.

つまり、従来の抽出方法では、非類似度が0.1程度の微生物相の違いを比較することが困難であった(同じ微生物相であると見なしてしまう)が、本実施形態の抽出方法を用いることにより、より小さな微生物相の違いを見分けることができることが分かった。言い換えれば、従来法では、非類似度が0.1以下であれば、その二つの試料における微生物相は同じであると判断せざるを得なかった。一方、本実施形態の方法では、非類似度が0.07以下でないと、同じ微生物相であると判断できないことが分かった。   That is, in the conventional extraction method, it was difficult to compare the difference in microflora having a dissimilarity of about 0.1 (it is considered that they are the same microbiota). It has been found that by using it, it is possible to distinguish between smaller microbiota differences. In other words, in the conventional method, if the dissimilarity is 0.1 or less, the microbial flora in the two samples must be judged to be the same. On the other hand, in the method of the present embodiment, it was found that if the dissimilarity is not 0.07 or less, it cannot be determined that they are the same microflora.

図18には、上記7種類の汚泥について、本実施形態の方法で抽出されたサンプルにつきキノンプロファイル法を行ったデータをクラスター分析した結果を示した。クラスター分析とは、それぞれの試料で非類似度を算出し、横軸に非類似度を取り、低い値(つまり、微生物相の類似度が高いと判断されることを意味する)を組み合わせる分析手法である。図17を参照しつつ図18を見ると、従来法を用いた場合には非類似度が0.1以下であれば微生物相が同じであると判断してしまうため、一般下水処理場の好気槽及び嫌気槽の微生物相、並びに機械系排水処理場内の嫌気槽及び好気槽の微生物相の違いを検討することは困難であった。ところが、本実施形態の抽出方法を用いた場合には、非類似度が0.07以下でなければ微生物相が同じであると判断しないため、一般下水排水における好気槽と嫌気槽の微生物相が同一ではないと判断することができる。すなわち、非類似度の判定基準が、従来法の0.1から本実施形態の方法の0.07に分析精度が向上したため、一般下水排水における好気槽と嫌気槽の微生物相は同一ではないと判断ができる。   FIG. 18 shows the result of cluster analysis of data obtained by performing the quinone profile method on the samples extracted by the method of the present embodiment for the above seven types of sludge. Cluster analysis is an analysis method that calculates dissimilarity for each sample, takes dissimilarity on the horizontal axis, and combines low values (that is, it is judged that the microbiota similarity is high). It is. When FIG. 18 is seen with reference to FIG. 17, it is determined that the microflora is the same if the dissimilarity is 0.1 or less when the conventional method is used. It was difficult to examine the difference between the microflora of the anaerobic tank and the anaerobic tank, and the microflora of the anaerobic tank and the aerobic tank in the mechanical wastewater treatment plant. However, when the extraction method of the present embodiment is used, it is not determined that the microflora is the same unless the dissimilarity is 0.07 or less. Therefore, the microbiota of the aerobic tank and the anaerobic tank in general sewage drainage Can be determined not to be the same. That is, since the accuracy of analysis is improved from 0.1 of the conventional method to 0.07 of the method of the present embodiment, the microflora of the aerobic tank and the anaerobic tank in general sewage drainage is not the same. It can be judged.

8.従来の抽出法と本実施形態の抽出方法との比較
次に、上記1〜7の結果を総合しつつ、キノン化合物の抽出方法について、従来法と本実施形態の方法との比較を行った。図19には、両方法(SFE法は、本実施形態の抽出方法である)の特徴を比較したものを示した。
SFE法では、高圧装置が必要であり、炭酸ガスを利用するものの、装置の自動化が容易であり、有機溶媒の使用量が低減される。特に、労働安全衛生法において特定化学物質と指定されているクロロホルムを使用しない。また、抽出時間においては、従来法の1/6にまで短縮できる。これにより、試料数が多数にある場合においても、SFE法により対応することが可能となる。なお、従来法では多数の試料を迅速に処理することが困難であったため、キノンプロファイル法を様々な分野で活用することが困難であった。
8). Comparison of Conventional Extraction Method and Extraction Method of Present Embodiment Next, a comparison between the conventional method and the method of the present embodiment was performed for the extraction method of the quinone compound while integrating the results of 1 to 7 above. FIG. 19 shows a comparison of the characteristics of both methods (the SFE method is the extraction method of the present embodiment).
The SFE method requires a high-pressure apparatus and uses carbon dioxide gas, but the apparatus can be easily automated and the amount of organic solvent used is reduced. In particular, do not use chloroform, which is designated as a specified chemical substance by the Industrial Safety and Health Act. Further, the extraction time can be shortened to 1/6 of the conventional method. Thereby, even when there are a large number of samples, it is possible to cope with the SFE method. In addition, since it was difficult to process many samples rapidly by the conventional method, it was difficult to utilize the quinone profile method in various fields.

9.堆肥試料に関する試験結果
次に、堆肥試料を用いて、抽出前の乾燥工程方法および抽出時間が本実施形態の方法による菌体中のキノン化合物の抽出に与える影響を調べた。キノン化合物の抽出前に、試料の乾燥を行っていないもの、オーブンを用いて37℃で24時間乾燥をしたもの、及び凍結乾燥を24時間行ったものについて比較した。それぞれの試料において、30分と60分の二つの抽出時間で得られたキノン化合物の抽出結果を図20に示した。これにより、試料中に含まれる水の量(含水率)が抽出に与える影響を検討することができる。図より、乾燥工程が異なると、本実施形態の方法によるキノン化合物の抽出効率に影響を与えることが分かった。抽出時間を30分から30分に延長すると、キノン化合物の抽出量が増加することが分かった。
9. Test Results on Compost Sample Next, using the compost sample, the influence of the drying process method and extraction time before extraction on the extraction of the quinone compound in the microbial cells by the method of this embodiment was examined. Prior to extraction of the quinone compound, the sample was not dried, the sample was dried for 24 hours at 37 ° C. using an oven, and the sample was freeze-dried for 24 hours. In each sample, the extraction results of the quinone compound obtained in two extraction times of 30 minutes and 60 minutes are shown in FIG. Thereby, the influence which the quantity (water content) of the water contained in a sample has on extraction can be examined. From the figure, it was found that if the drying process is different, the extraction efficiency of the quinone compound by the method of the present embodiment is affected. It was found that the extraction amount of the quinone compound increases when the extraction time is extended from 30 minutes to 30 minutes.

10.堆肥及び土壌からのキノン化合物抽出の比較
次に、従来法と本実施形態の方法(SFE法)を用いて、(A)堆肥と、(B)土壌中の微生物からキノン化合物を抽出し、それぞれの結果を比較した。この際、抽出前には、各試料を37℃で24時間乾燥した。また、本実施形態の方法の抽出条件は、55℃、25MPa、60分とした。
10. Comparison of extraction of quinone compounds from compost and soil Next, using the conventional method and the method of this embodiment (SFE method), (A) compost and (B) extracting quinone compounds from microorganisms in the soil, The results were compared. At this time, each sample was dried at 37 ° C. for 24 hours before extraction. The extraction conditions of the method of this embodiment were 55 ° C., 25 MPa, and 60 minutes.

結果を図21に示した。図より、従来法と同様に、堆肥や土壌からもSFE法によりキノン化合物が抽出できた。このとき、抽出されたキノン化合物の数も同じであった。ただし、SFE法で得られたキノン化合物の抽出量は、それぞれの試料において従来法のものよりも低いことが確認された。但し、これは、堆肥及び土壌については、SFE法を用いた場合のキノン化合物の抽出条件が最適化されていないからである。抽出条件を最適化した場合には、活性汚泥のときと同様に、従来法とSFE法とでは、ほぼ同等のキノン化合物量が抽出されると思われた。また、従来法とSFE法で得られたサンプルをキノンプロファイル法に適用した場合の非類似度は、(A)堆肥に対しては0.054、(B)土壌に対しては0.031であった。得られた非類似度が十分に低いことから、堆肥及び土壌についても、SFE法が従来法を代替できることが確認できた。   The results are shown in FIG. From the figure, quinone compounds could be extracted from compost and soil by the SFE method as in the conventional method. At this time, the number of extracted quinone compounds was also the same. However, it was confirmed that the extraction amount of the quinone compound obtained by the SFE method is lower than that of the conventional method in each sample. However, this is because the extraction conditions of the quinone compound when using the SFE method are not optimized for compost and soil. When the extraction conditions were optimized, it was considered that almost the same amount of quinone compound was extracted between the conventional method and the SFE method as in the case of activated sludge. Moreover, the dissimilarity when the sample obtained by the conventional method and the SFE method is applied to the quinone profile method is 0.054 for (A) compost and 0.031 for (B) soil. there were. Since the obtained dissimilarity was sufficiently low, it was confirmed that the SFE method could replace the conventional method for compost and soil.

11.UPLCを用いたキノン化合物の測定
次に、UPLC(ウルトラパフォーマンス液体クロマトグラフィー、ウォーターズ社製)を用いて、活性汚泥からSFE法で抽出されたキノン化合物を分離測定した。図22には、クロマトグラムチャートを示した。この図より、UPLCを用いることにより、従来使用しているHPLCよりも短時間で、ユビキノンおよびメナキノンを一斉に分離できることが分かった。
11. Measurement of quinone compound using UPLC Next, the quinone compound extracted from the activated sludge by the SFE method was separated and measured using UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography, manufactured by Waters). FIG. 22 shows a chromatogram chart. From this figure, it was found that by using UPLC, ubiquinone and menaquinone can be separated simultaneously in a shorter time than the conventionally used HPLC.

HPLCでは、図8及び図9に示すように、各菌体キノンの分離に、20分程度(ユビキノン)及び50分程度(メナキノン)を必要とする。加えて、この場合には、ユビキノン類とメナキノン類とを同時に測定することが困難である。しかし、UPLCを用いることにより、ユビキノン類とメナキノン類とを同時に流した状態で、全てを30分弱で分離することができた。このようにUPLCを用いれば、セップ・パック(Sep-pak)を用いてキノン化合物の粗分画処理を行う必要がないため、キノン分析に要する時間が大幅に短縮できることが分かった。   In HPLC, as shown in FIGS. 8 and 9, about 20 minutes (ubiquinone) and about 50 minutes (menaquinone) are required for the separation of each quinone. In addition, in this case, it is difficult to measure ubiquinones and menaquinones simultaneously. However, by using UPLC, it was possible to separate all of them in less than 30 minutes with ubiquinones and menaquinones flowing at the same time. Thus, it was found that if UPLC is used, it is not necessary to perform a rough fractionation treatment of a quinone compound using a Sep-pak, so that the time required for quinone analysis can be greatly reduced.

このように本実施形態によれば、超臨界二酸化炭素および極性有機溶媒(特にメタノール)を用いることにより、従来の方法に比べて、極めて少量の有機溶媒のみで、簡便かつ迅速に環境中微生物に由来するキノン化合物を抽出することができる。この方法により得られた抽出サンプルをキノンプロファイル法に応用すると、従来法と実質的に同等以上の結果が得られた。このため、本実施形態の方法は、従来法に代わり得る簡便かつ迅速な方法である。この方法により、従来法では不可能であった現地での微生物群集調査を行うことも可能となる。
また、本実施形態の方法によれば、特定のキノン化合物(例えば、ユビキノン10)を多く含有する微生物から、そのキノン化合物を簡便かつ迅速に抽出、精製することができる。
As described above, according to the present embodiment, by using supercritical carbon dioxide and a polar organic solvent (particularly methanol), it is possible to easily and quickly form environmental microorganisms with only a very small amount of organic solvent as compared with the conventional method. The derived quinone compound can be extracted. When the extracted sample obtained by this method was applied to the quinone profile method, a result substantially equal to or higher than the conventional method was obtained. For this reason, the method of the present embodiment is a simple and quick method that can replace the conventional method. This method also makes it possible to conduct on-site microbial community surveys that were impossible with conventional methods.
Moreover, according to the method of this embodiment, the quinone compound can be extracted and purified easily and quickly from a microorganism containing a large amount of a specific quinone compound (for example, ubiquinone 10).

なお、本実施形態では、カートリッジ12を一つのみ設けているが、本発明によれば、複数の抽出容器と複数の吸着用部材を前記送液ラインに対して並列に設け、一つの抽出容器に対して一つの吸着用部材を対応させるように移動制御させつつ環境由来試料からの抽出及び吸着を行わせる構成とすることができる。そのようにすれば、複数の環境由来試料からのキノン化合物の抽出及び吸着を自動化させることができるので、簡易かつ迅速なキノン化合物の抽出装置を提供できる。また、装置の小型化を図ることもできる。   In the present embodiment, only one cartridge 12 is provided. However, according to the present invention, a plurality of extraction containers and a plurality of adsorption members are provided in parallel to the liquid feed line, and one extraction container is provided. Therefore, it is possible to perform the extraction and adsorption from the environment-derived sample while controlling the movement so that one adsorption member is associated. By doing so, extraction and adsorption of the quinone compound from a plurality of environment-derived samples can be automated, so that a simple and rapid quinone compound extraction apparatus can be provided. Further, the apparatus can be downsized.

ユビキノン(UQ−n(Hx))、およびメナキノン(MK−n(Hx))の構造を示す化学式である。図中、(A)はユビキノン化合物を示し、(B)はメナキノン化合物を示している。It is a chemical formula which shows the structure of ubiquinone (UQ-n (Hx)) and menaquinone (MK-n (Hx)). In the figure, (A) shows a ubiquinone compound, and (B) shows a menaquinone compound. 本実施形態における超臨界二酸化炭素抽出装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the supercritical carbon dioxide extraction apparatus in this embodiment. 極性有機溶媒を二酸化炭素に混合したときに抽出されたキノン化合物の全量および各キノン化合物の比率を示すグラフである。左より、二酸化炭素のみ、メタノール10%、エタノール10%、アセトン10%、クロロホルム10%の混合溶媒で抽出した結果を示している。It is a graph which shows the total amount of the quinone compound extracted when the polar organic solvent was mixed with the carbon dioxide, and the ratio of each quinone compound. From the left, the result of extraction with a mixed solvent of carbon dioxide alone, methanol 10%, ethanol 10%, acetone 10%, chloroform 10% is shown.

メタノールの混合比率を1%、5%、10%、および20%としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the extraction amount of a quinone compound when the mixing ratio of methanol is 1%, 5%, 10%, and 20%. 抽出時の圧力を10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、および30MPaとしたときのキノン化合物の抽出量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the extraction amount of a quinone compound when the pressure at the time of extraction is 10 MPa, 15 MPa, 20 MPa, 25 MPa, and 30 MPa. 抽出時の温度を25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、および75℃としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the extraction amount of a quinone compound when the temperature at the time of extraction is 25 degreeC, 35 degreeC, 45 degreeC, 55 degreeC, 65 degreeC, and 75 degreeC. 抽出時間を5分間、10分間、15分間、20分間、25分間、および30分間としたときのキノン化合物の抽出量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the extraction amount of a quinone compound when extraction time is 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, and 30 minutes.

従来法および本実施形態の方法を用いてユビキノン化合物を抽出したときのHPLCパターンを示すチャート図である。(A)は本実施形態の方法により抽出したときのHPLCパターンを、(B)は従来法により抽出したときのHPLCパターンを示している。It is a chart figure which shows a HPLC pattern when a ubiquinone compound is extracted using the method of the conventional method and this embodiment. (A) shows the HPLC pattern when extracted by the method of the present embodiment, and (B) shows the HPLC pattern when extracted by the conventional method. 従来法および本実施形態の方法を用いてメナキノン化合物を抽出したときのHPLCパターンを示すチャート図である。(A)は本実施形態の方法により抽出したときのHPLCパターンを、(B)は従来法により抽出したときのHPLCパターンを示している。It is a chart figure which shows a HPLC pattern when a menaquinone compound is extracted using the method of the conventional method and this embodiment. (A) shows the HPLC pattern when extracted by the method of the present embodiment, and (B) shows the HPLC pattern when extracted by the conventional method. 従来法と本実施形態の方法とで、活性汚泥サンプルから抽出された全キノン化合物量、メナキノン化合物量、およびユビキノン化合物量を比較した棒グラフである。左の棒は従来法による結果を示し、右の棒は本実施形態の方法による結果を示している。It is the bar graph which compared the total quinone compound amount extracted from the activated sludge sample, the menaquinone compound amount, and the ubiquinone compound amount by the conventional method and the method of this embodiment. The left bar shows the result by the conventional method, and the right bar shows the result by the method of the present embodiment. 従来法と本実施形態の方法とで、活性汚泥サンプルから抽出された各キノン化合物の濃度を比較した棒グラフである。左の棒は従来法による結果を示し、右の棒は本実施形態の方法による結果を示している。It is the bar graph which compared the density | concentration of each quinone compound extracted from the activated sludge sample by the conventional method and the method of this embodiment. The left bar shows the result by the conventional method, and the right bar shows the result by the method of the present embodiment.

従来法とSFE法とを用いて、大学排水汚泥と機械工場排水汚泥からキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に適用したときの結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows a result when a quinone compound is extracted from university wastewater sludge and machine factory wastewater sludge using the conventional method and SFE method, and it applies to a quinone profile method. 大学排水汚泥について、従来法とSFE法とを用いてキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に適用した結果に関して、各キノン類ごとの抽出量を比較したグラフである。It is the graph which compared the extraction amount for each quinone about the result of having extracted the quinone compound using the conventional method and SFE method about university wastewater sludge, and applying it to the quinone profile method. 機械工場排水汚泥(好気槽)について、従来法とSFE法とを用いてキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に適用した結果に関して、各キノン類ごとの抽出量を比較したグラフである。It is the graph which compared the extraction amount for each quinone regarding the result of having extracted the quinone compound using the conventional method and SFE method about machine factory wastewater sludge (aerobic tank), and applying to the quinone profile method.

各種汚泥について、SFE法を用いてキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に適用したときの結果を示すグラフである。It is a graph which shows a result when extracting a quinone compound using SFE method about various sludge, and applying to a quinone profile method. 各種汚泥について、3回のSFE法抽出を行い、非類似度を確認したグラフである。It is the graph which performed 3 times SFE method extraction about various sludge, and confirmed dissimilarity. 従来法とSFE法とにおいて、非類似度と累積確率密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between dissimilarity and a cumulative probability density in the conventional method and SFE method. 7種類の汚泥から得られたキノンプロファイルについて、クラスター分析を行った結果を示す図である。横軸の0.07に引かれた点線は、SFE法において、微生物相が同一であるか否かを判断する基準値を示している。It is a figure which shows the result of having performed the cluster analysis about the quinone profile obtained from seven types of sludge. A dotted line drawn to 0.07 on the horizontal axis indicates a reference value for determining whether or not the microflora is the same in the SFE method.

従来法とSFE法の特徴を比較する表図である。It is a table | surface which compares the characteristic of the conventional method and SFE method. 各種の乾燥処理を施した後の堆肥からキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に応用したときの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result when a quinone compound is extracted from the compost after performing various drying processes, and it applies to a quinone profile method. 従来法とSFE法とについて、(A)堆肥及び(B)土壌からキノン化合物を抽出し、キノンプロファイル法に応用したときの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result when extracting a quinone compound from (A) compost and (B) soil, and applying to a quinone profile method about the conventional method and SFE method. 活性汚泥からSFE法で抽出されたキノン化合物をキノンプロファイル法に応用するために、UPLCで測定したときのチャート図である。It is a chart figure when measuring by UPLC in order to apply the quinone compound extracted from activated sludge by SFE method to a quinone profile method.

符号の説明Explanation of symbols

1…二酸化炭素ボンベ
3、5…ポンプ
6…送液ライン
9…抽出容器
10…ヒータ
11…背圧レギュレータ(圧力調節器)
12…吸着用カートリッジ(吸着用部材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carbon dioxide cylinder 3, 5 ... Pump 6 ... Liquid feeding line 9 ... Extraction container 10 ... Heater 11 ... Back pressure regulator (pressure regulator)
12 ... Suction cartridge (suction member)

Claims (1)

環境中の微生物群集をモニタリングするためのキノンプロファイル法に使用するキノン化合物の抽出方法であって、
環境由来試料に5%〜20%の有機溶媒を添加した圧縮二酸化炭素を25℃〜65℃、10MPa〜35MPa、5分間〜30分間の条件で接触させてキノン化合物を抽出する抽出工程と、抽出されたキノン化合物を第1のシリカゲルカラムに吸着させる吸着工程と、前記第1のシリカゲルカラムをアセトンで洗浄して前記キノン化合物を溶出した後に、キノン化合物を第2のシリカゲルカラムに吸着させ、前記第2のシリカゲルカラムから2%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液にて溶出した溶出液をメナキノン化合物サンプルとし、次に前記第2のシリカゲルカラムから10%ジエチルエーテル・ヘキサン溶液にて溶出した溶出液をユビキノン化合物サンプルとして、前記メナキノン化合物サンプルとユビキノン化合物サンプルとを得るキノン化合物の抽出方法であって、
前記有機溶媒は、メタノール、エタノールまたはアセトンからなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とするキノン化合物の抽出方法。
A method for extracting quinone compounds used in a quinone profile method for monitoring microbial communities in the environment,
An extraction step of extracting a quinone compound by contacting compressed carbon dioxide, to which an organic solvent of 5% to 20% is added to an environment-derived sample, under conditions of 25 ° C. to 65 ° C., 10 MPa to 35 MPa, and 5 minutes to 30 minutes; An adsorption step of adsorbing the quinone compound to the first silica gel column; and after the first silica gel column is washed with acetone to elute the quinone compound, the quinone compound is adsorbed to the second silica gel column, The eluate eluted from the second silica gel column with a 2% diethyl ether / hexane solution is used as a menaquinone compound sample, and then the eluate eluted from the second silica gel column with a 10% diethyl ether / hexane solution is used as a ubiquinone compound. as a sample, obtaining said menaquinone compound samples and ubiquinone compound sample key A method for extracting the emission compound,
The method for extracting a quinone compound, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, and acetone.
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