JPH07110356B2 - 水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応させる方法及びポテンシオメトリックセル - Google Patents
水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応させる方法及びポテンシオメトリックセルInfo
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- JPH07110356B2 JPH07110356B2 JP51356691A JP51356691A JPH07110356B2 JP H07110356 B2 JPH07110356 B2 JP H07110356B2 JP 51356691 A JP51356691 A JP 51356691A JP 51356691 A JP51356691 A JP 51356691A JP H07110356 B2 JPH07110356 B2 JP H07110356B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応させ
る方法に関する。
る方法に関する。
環境汚染が増大するに伴い、真水の調達が益々重要にな
る。しばしば、水を飲料水又は用水として使用するため
に不純物を除去するかもしくは水溶液中の不純物の含量
を決定することが必要である。
る。しばしば、水を飲料水又は用水として使用するため
に不純物を除去するかもしくは水溶液中の不純物の含量
を決定することが必要である。
一方では、水溶液からの問題となる物質の除去は一連の
種々の物理化学的方法により達成することができる。例
としては、ここでは濾過、交換クロマトグラフィー及び
／又は逆浸透を挙げる。しかしながら、これらの方法で
は問題となる物質は分解されず、これらは全系の分離さ
れた領域内で濃縮される。分離後に、これらの物質はそ
の後高い濃度で再び環境に放出される。
種々の物理化学的方法により達成することができる。例
としては、ここでは濾過、交換クロマトグラフィー及び
／又は逆浸透を挙げる。しかしながら、これらの方法で
は問題となる物質は分解されず、これらは全系の分離さ
れた領域内で濃縮される。分離後に、これらの物質はそ
の後高い濃度で再び環境に放出される。
他方では、問題となる物質はまた生物学的方法、即ち生
きた細菌細胞内での酵素分解により除去することができ
る。しかしながら、この細胞内での分解は、また一連の
困難と結び付いている。例えば、生きた細菌細胞の固定
化の際に問題が生じる、即ち細菌の代謝副生成物が浄化
された水を汚染する。更に、生きた系内で、誘導時間、
及び基質並びにまた生成物が克服すべき大きな拡散障壁
（例えば固定化マトリックス及び細胞膜）に基づく長い
反応時間が必要である。最後に、また細胞も問題となる
物質によって侵されかつ破壊される。
きた細菌細胞内での酵素分解により除去することができ
る。しかしながら、この細胞内での分解は、また一連の
困難と結び付いている。例えば、生きた細菌細胞の固定
化の際に問題が生じる、即ち細菌の代謝副生成物が浄化
された水を汚染する。更に、生きた系内で、誘導時間、
及び基質並びにまた生成物が克服すべき大きな拡散障壁
（例えば固定化マトリックス及び細胞膜）に基づく長い
反応時間が必要である。最後に、また細胞も問題となる
物質によって侵されかつ破壊される。
従って、本発明の課題は、従来技術水準の欠点が少なく
とも部分的に排除された、水を浄化する方法を提供する
ことであった。
とも部分的に排除された、水を浄化する方法を提供する
ことであった。
本発明による課題は、処理すべき水溶液を固定化オキシ
ドレダクターゼと、場合により共固定化（Co−immobili
zed）電子伝達体の存在下に接触させ、かつ同時に、水
の電気分解により製造した還元又は酸化等量物質を供給
することよりなる、水溶液中の還元性又は酸化性物質を
反応させる方法により解決される。
ドレダクターゼと、場合により共固定化（Co−immobili
zed）電子伝達体の存在下に接触させ、かつ同時に、水
の電気分解により製造した還元又は酸化等量物質を供給
することよりなる、水溶液中の還元性又は酸化性物質を
反応させる方法により解決される。
本発明で使用する用語“反応”は、水分析のための還元
性又は酸化性物質の部分的除去並びにまた水浄化のため
の完全な除去も包含する。この場合、物質の水分析測定
は完全な除去とは実質的に、試料から測定物質の検出の
ために十分な量だけを反応させることにより区別され
る。
性又は酸化性物質の部分的除去並びにまた水浄化のため
の完全な除去も包含する。この場合、物質の水分析測定
は完全な除去とは実質的に、試料から測定物質の検出の
ために十分な量だけを反応させることにより区別され
る。
生きた細胞の代わりに固定化酵素を使用することによ
り、水浄化のために生きた微生物を使用する際に生じる
前記の全ての問題が解決される。更に、問題となる物質
は物理化学的浄化法のように系の部分領域内に富化され
ないだけでなく、直接環境を汚染しない形に転換するこ
とができる。
り、水浄化のために生きた微生物を使用する際に生じる
前記の全ての問題が解決される。更に、問題となる物質
は物理化学的浄化法のように系の部分領域内に富化され
ないだけでなく、直接環境を汚染しない形に転換するこ
とができる。
本発明の方法により、酸化もしくは還元等量物質は固定
化バイオ触媒（オキシドレダクターゼ群の酵素）及び場
合により付加的に共固定化電子伝達体により問題物質に
伝達される。本発明による方法を水溶液中での還元性物
質の反応のために使用する場合には、電子は除去すべき
物質に伝達されるが、本発明による方法を水溶液中での
酸化性物質の反応のために使用する場合には、それに対
して除去すべき物質の電子が酸化剤に伝達される。第１
図は、硝酸塩の亜硝酸塩への還元の例で還元過程を図示
するものである。この反応の第１の部分工程は、還元等
量物質（この場合には、電気分解で発生した原子水素）
の電子伝達体への伝達である。そこから、第２の部分工
程で還元等量物質は酵素（ニトレートレダクターゼ）
に、次いでそこから最後に基質（硝酸塩）に伝達され、
該基質はこのようにして亜硝酸塩に還元される。これら
の３つの部分工程は、互いに無関係に進行する。本発明
による方法によれば、これらの３つの反応が１つの全系
に結合される（第２図参照）。
化バイオ触媒（オキシドレダクターゼ群の酵素）及び場
合により付加的に共固定化電子伝達体により問題物質に
伝達される。本発明による方法を水溶液中での還元性物
質の反応のために使用する場合には、電子は除去すべき
物質に伝達されるが、本発明による方法を水溶液中での
酸化性物質の反応のために使用する場合には、それに対
して除去すべき物質の電子が酸化剤に伝達される。第１
図は、硝酸塩の亜硝酸塩への還元の例で還元過程を図示
するものである。この反応の第１の部分工程は、還元等
量物質（この場合には、電気分解で発生した原子水素）
の電子伝達体への伝達である。そこから、第２の部分工
程で還元等量物質は酵素（ニトレートレダクターゼ）
に、次いでそこから最後に基質（硝酸塩）に伝達され、
該基質はこのようにして亜硝酸塩に還元される。これら
の３つの部分工程は、互いに無関係に進行する。本発明
による方法によれば、これらの３つの反応が１つの全系
に結合される（第２図参照）。
本発明による方法は、特に飲料水又は廃水から問題物質
を除去するために及び飲料水又は廃水の分析のために利
用される。本発明による方法によれば、 （ａ）無機塩及び （ｂ）有機化合物 からなる群から選択される物質を反応させることができ
る。有機塩としては、例えば硝酸塩、硫酸塩、シアン化
物、硫化物（ないしはH2S）及び燐酸塩を除去すること
ができる。水溶液中で反応させることができる有機物質
としては、特に除草剤、殺菌剤、油、フェノール、溶
剤、脂肪、洗浄剤（界面活性剤、洗剤）が挙げられる。
このことは、脂肪族又は芳香族炭化水素（例えばジオキ
シン）、燐有機化合物、アルコール、ケトン、フェノー
ル又は類似の化合物を本発明による方法により水溶液中
で反応させることができることを意味する。特に有利で
あるのは、アルコール、特にメタノールの除去及び／又
は測定（酸化による）又はハロゲン化炭化水素の除去及
び／又は測定（還元脱ハロゲン化による）である。
を除去するために及び飲料水又は廃水の分析のために利
用される。本発明による方法によれば、 （ａ）無機塩及び （ｂ）有機化合物 からなる群から選択される物質を反応させることができ
る。有機塩としては、例えば硝酸塩、硫酸塩、シアン化
物、硫化物（ないしはH2S）及び燐酸塩を除去すること
ができる。水溶液中で反応させることができる有機物質
としては、特に除草剤、殺菌剤、油、フェノール、溶
剤、脂肪、洗浄剤（界面活性剤、洗剤）が挙げられる。
このことは、脂肪族又は芳香族炭化水素（例えばジオキ
シン）、燐有機化合物、アルコール、ケトン、フェノー
ル又は類似の化合物を本発明による方法により水溶液中
で反応させることができることを意味する。特に有利で
あるのは、アルコール、特にメタノールの除去及び／又
は測定（酸化による）又はハロゲン化炭化水素の除去及
び／又は測定（還元脱ハロゲン化による）である。
水溶液からの還元性及び酸化性物質の完全な除去の他
に、本発明による方法を用いると、物質の分析測定が可
能である。そのためには、例えば水流の一部だけを固定
化オキシドレダクターゼと、場合により共固定化電子伝
達体の存在下に接触させかつ同時に還元又は酸化等量物
質を供給することができる。供給された還元ないしは酸
価等量物質の消費は、直接水流中の測定すべき物質の濃
度に比例する。次いで、この消費の確認、ひいては測定
すべき物質の濃度の測定は、また自体公知方法に基づ
き、例えば電位差又は直流滴定測定により行うことがで
きる。
に、本発明による方法を用いると、物質の分析測定が可
能である。そのためには、例えば水流の一部だけを固定
化オキシドレダクターゼと、場合により共固定化電子伝
達体の存在下に接触させかつ同時に還元又は酸化等量物
質を供給することができる。供給された還元ないしは酸
価等量物質の消費は、直接水流中の測定すべき物質の濃
度に比例する。次いで、この消費の確認、ひいては測定
すべき物質の濃度の測定は、また自体公知方法に基づ
き、例えば電位差又は直流滴定測定により行うことがで
きる。
オキシドレダクターゼ及び場合により電子伝達体の固定
化は、固体の保持体で行う。適当な保持体は、当業者に
周知である。例えば合成樹脂（ナイロン、ポリアクリル
アミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン
等）、ポリサッカリド（アガロース、デキストラン
等）、珪酸塩（珪砂、シリカゲル、ガラス、セラミック
等）並びに別の固体（珪素、黒鉛）、従ってしばしば酵
素固定もしくは固定化のために使用される材料が該等す
る。共固定化電子伝達体の存在が必要である場合には、
これらは有利には酵素、即ちオキシドレダクターゼと同
じ保持体上に存在し、かつオキシドレダクターゼと電子
伝達体は直接的分子的隣接関係で固体保持体に固定化さ
れている。他面、電子伝達体はまた直接固定化酵素に、
又は酵素が直接固定化電子伝達体に結合されていてもよ
い。
化は、固体の保持体で行う。適当な保持体は、当業者に
周知である。例えば合成樹脂（ナイロン、ポリアクリル
アミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン
等）、ポリサッカリド（アガロース、デキストラン
等）、珪酸塩（珪砂、シリカゲル、ガラス、セラミック
等）並びに別の固体（珪素、黒鉛）、従ってしばしば酵
素固定もしくは固定化のために使用される材料が該等す
る。共固定化電子伝達体の存在が必要である場合には、
これらは有利には酵素、即ちオキシドレダクターゼと同
じ保持体上に存在し、かつオキシドレダクターゼと電子
伝達体は直接的分子的隣接関係で固体保持体に固定化さ
れている。他面、電子伝達体はまた直接固定化酵素に、
又は酵素が直接固定化電子伝達体に結合されていてもよ
い。
保持体の三次元的顕微鏡構造は、任意に選択することが
できる。該保持体は、円筒状（棒、糸）、平面（シー
ト）、球又はネット状であってよい。微細分された形、
即ち球直径0.5〜120μｍ、特に有利には１〜60μｍを有
する球状及び多孔質である保持体を使用するのが有利で
ある。
できる。該保持体は、円筒状（棒、糸）、平面（シー
ト）、球又はネット状であってよい。微細分された形、
即ち球直径0.5〜120μｍ、特に有利には１〜60μｍを有
する球状及び多孔質である保持体を使用するのが有利で
ある。
酵素及び電子伝達体は、マトリックスに直接的に、交差
結合によるか又は化学結合手（スペーサ）を介して、酵
素又は保持体の前処理を行って又は行わずに、結合させ
ることができる。このような方法は、当業者に周知であ
る。例えば、エポキシ，シアンブロミド、ジイソシアネ
ート、スルホニルクロリド、カルボジイミド又は２−フ
ルオル−１−メチルピリジニウムトルエン−４−スルホ
ネート（EMP）、グルタルアルデヒド、EDC又は別の化合
物に固定化が可能である。
結合によるか又は化学結合手（スペーサ）を介して、酵
素又は保持体の前処理を行って又は行わずに、結合させ
ることができる。このような方法は、当業者に周知であ
る。例えば、エポキシ，シアンブロミド、ジイソシアネ
ート、スルホニルクロリド、カルボジイミド又は２−フ
ルオル−１−メチルピリジニウムトルエン−４−スルホ
ネート（EMP）、グルタルアルデヒド、EDC又は別の化合
物に固定化が可能である。
保持体のシアンブロミドでの活性化は、例えばKohn及び
Wilcheck著“Biochem.Biophys.Rse.Comm.107（1982）,8
78−884）に記載されている。保持体の有機スルホニル
クロリドによる活性化は、同様に公知である（Nisson及
びMosbach著“Biochem.Biophys.Res.Comm.102（1981）,
449−457）。保持体マトリックスのヒドロキシル基をト
リエチルアミンの存在下にTMPと反応させることによる
活性化する方法は、Ngo著“Bio/Technology Vol.4（198
6）,134−137に記載されている。この場合には、リガン
ド（本発明の場合には、オキシドレダクターゼ又は電子
伝達体）がアミノ基又はチオール基を介して活性化され
たマトリックスに結合される。更に、例えば1,1′−カ
ルボニルジイミダゾールでのカルボニル化による保持体
の活性化も公知である（Hearn,Meth.Enzymol.135（198
7）,102−113）。オキシドレダクターゼ及び電子伝達体
の固定化のために、（活性化した又は活性化されていな
い）保持体マトリックスを直接オキシドレダクターゼ又
は電子伝達体と反応させるか、又はまず２官能性スペー
サ分子と反応させ、該分子に第２工程でオキシドレダク
ターゼ又は電位伝達体を結合させることができる。有利
に使用される固定法は、ジイソシアネート法（Biebrich
er及びLuce、米国特許第4177038号明細書）、グルタル
ジアルデヒド（Korn et al.,J.Mol.Biol.65（1972）,52
5−529）及びEDC法（ヤマダet al.,Biochemistry 20（1
981）,4836−4842）である。
Wilcheck著“Biochem.Biophys.Rse.Comm.107（1982）,8
78−884）に記載されている。保持体の有機スルホニル
クロリドによる活性化は、同様に公知である（Nisson及
びMosbach著“Biochem.Biophys.Res.Comm.102（1981）,
449−457）。保持体マトリックスのヒドロキシル基をト
リエチルアミンの存在下にTMPと反応させることによる
活性化する方法は、Ngo著“Bio/Technology Vol.4（198
6）,134−137に記載されている。この場合には、リガン
ド（本発明の場合には、オキシドレダクターゼ又は電子
伝達体）がアミノ基又はチオール基を介して活性化され
たマトリックスに結合される。更に、例えば1,1′−カ
ルボニルジイミダゾールでのカルボニル化による保持体
の活性化も公知である（Hearn,Meth.Enzymol.135（198
7）,102−113）。オキシドレダクターゼ及び電子伝達体
の固定化のために、（活性化した又は活性化されていな
い）保持体マトリックスを直接オキシドレダクターゼ又
は電子伝達体と反応させるか、又はまず２官能性スペー
サ分子と反応させ、該分子に第２工程でオキシドレダク
ターゼ又は電位伝達体を結合させることができる。有利
に使用される固定法は、ジイソシアネート法（Biebrich
er及びLuce、米国特許第4177038号明細書）、グルタル
ジアルデヒド（Korn et al.,J.Mol.Biol.65（1972）,52
5−529）及びEDC法（ヤマダet al.,Biochemistry 20（1
981）,4836−4842）である。
問題物質を水溶液中で反応させるためには、本発明によ
れば固定化されたオキシドレダクターゼを使用する。物
質を水溶液中で酸化により反応させる場合には、オキシ
ダーゼを使用し、一方物質の還元反応のためにはレダク
ターゼを使用する。オキシダーゼないしはレダクターゼ
は水中で反応すべき物質に対して酵素特異性を有するべ
きである。例えば、メタノールの酸化のためにはアルコ
ールオキシダーゼを使用する。多工程式酸化又は還元法
では、複数の酵素を同時に又は連続して使用することが
できる。例えば、硝酸塩の亜硝酸塩への還元のためには
ニトレートレダクターゼ、亜硝酸塩のN2Oへの還元のた
めにはニトリットレダクターゼ及びN2OのN2への還元の
ためにはN2Oレダクターゼが必要である。ハロゲン化さ
れた有機化合物の還元脱ハロゲン化のためには、１種以
上のデハロゲナーゼを使用することができる。
れば固定化されたオキシドレダクターゼを使用する。物
質を水溶液中で酸化により反応させる場合には、オキシ
ダーゼを使用し、一方物質の還元反応のためにはレダク
ターゼを使用する。オキシダーゼないしはレダクターゼ
は水中で反応すべき物質に対して酵素特異性を有するべ
きである。例えば、メタノールの酸化のためにはアルコ
ールオキシダーゼを使用する。多工程式酸化又は還元法
では、複数の酵素を同時に又は連続して使用することが
できる。例えば、硝酸塩の亜硝酸塩への還元のためには
ニトレートレダクターゼ、亜硝酸塩のN2Oへの還元のた
めにはニトリットレダクターゼ及びN2OのN2への還元の
ためにはN2Oレダクターゼが必要である。ハロゲン化さ
れた有機化合物の還元脱ハロゲン化のためには、１種以
上のデハロゲナーゼを使用することができる。
ニトレートレダクターゼは、菌類：アスペルギルス（As
pergillus）又は高級植物（Campbell in:Molecular and
Genetic Aspects of Nitrate Assimilation,p.125−15
4,Wray und Kinghorn,Oxford Univ.Press 1989出版）、
例えばトウモロコシ（Zea mays）から得ることができ
る。ニトリック及びN2Oレダクターゼは、ロドシュード
モナス スフェロイデスf.sp.デニトリフィカンス（Rho
dopseudomonas sphaeroides f.sp.denitrificans）から
得られる（Michalski及びNIckolas著,Biochim.Biophys.
Acta 828（1985）,130−137;Michalski et ai.,Biochm.
Biophys.Acta 872（1986）,50−60）から得られる。デ
ハロゲナーゼは、例えば沈殿物中に存在する微生物（Su
flita et al.,Science 218（1982）,1115−1117）、キ
サントバクテル・オートトロフィクス（Xanthobacter a
utotrophicus）（Janssen et al.,Applied and Environ
mental Microbiology 49（1985）,673−677）、メタン
酸化性細菌（Little et al.,Applied and Environmenta
l Microbiology 54（1988）,951−956）又はアントロバ
クテル種（Scholtz et al.,Applied and Environmental
Microbiology 54（1988）,3034−3038）から得ること
ができる。メタノールの酸化分解のためには、例えば酵
母（Saccharomyces）由来のアルコールオキシダーゼ（E
C1.1.3.13）を使用することができる。反応の際に、ホ
ルムアルデヒドが生成し、該ホルムアルデヒドを次いで
２つの別の工程でアルデヒド・ヒドロゲナーゼによりギ
酸塩に、次いでホルミエート・デヒドロゲナーゼでCO2
及びH2Oに分解する。しかしながら、本発明の方法によ
れば、その都度所望の目的にために好適である別のオキ
シドレダクターゼも使用することもできる。このために
は、当該の酵素を不溶性保持体に例えば化学架橋を介し
て共有結合させる。その都度の結合及び保持体及び酵素
に基づき、固定化された酵素は、遊離溶液中で出発活性
度の40〜100％を示す。
pergillus）又は高級植物（Campbell in:Molecular and
Genetic Aspects of Nitrate Assimilation,p.125−15
4,Wray und Kinghorn,Oxford Univ.Press 1989出版）、
例えばトウモロコシ（Zea mays）から得ることができ
る。ニトリック及びN2Oレダクターゼは、ロドシュード
モナス スフェロイデスf.sp.デニトリフィカンス（Rho
dopseudomonas sphaeroides f.sp.denitrificans）から
得られる（Michalski及びNIckolas著,Biochim.Biophys.
Acta 828（1985）,130−137;Michalski et ai.,Biochm.
Biophys.Acta 872（1986）,50−60）から得られる。デ
ハロゲナーゼは、例えば沈殿物中に存在する微生物（Su
flita et al.,Science 218（1982）,1115−1117）、キ
サントバクテル・オートトロフィクス（Xanthobacter a
utotrophicus）（Janssen et al.,Applied and Environ
mental Microbiology 49（1985）,673−677）、メタン
酸化性細菌（Little et al.,Applied and Environmenta
l Microbiology 54（1988）,951−956）又はアントロバ
クテル種（Scholtz et al.,Applied and Environmental
Microbiology 54（1988）,3034−3038）から得ること
ができる。メタノールの酸化分解のためには、例えば酵
母（Saccharomyces）由来のアルコールオキシダーゼ（E
C1.1.3.13）を使用することができる。反応の際に、ホ
ルムアルデヒドが生成し、該ホルムアルデヒドを次いで
２つの別の工程でアルデヒド・ヒドロゲナーゼによりギ
酸塩に、次いでホルミエート・デヒドロゲナーゼでCO2
及びH2Oに分解する。しかしながら、本発明の方法によ
れば、その都度所望の目的にために好適である別のオキ
シドレダクターゼも使用することもできる。このために
は、当該の酵素を不溶性保持体に例えば化学架橋を介し
て共有結合させる。その都度の結合及び保持体及び酵素
に基づき、固定化された酵素は、遊離溶液中で出発活性
度の40〜100％を示す。
酸化の場合には、酸化すべきを物質から電子が取り出さ
れ、一方還元に際には電子が還元すべき物質に伝達され
る。このためには一般に電子伝達体が必要である。遊離
酵素における生理学的系においては、電子伝達体はしば
しばNAD+であり、これはNDHに還元することができる。
固定化された系においては、NADはこの課題を一般に満
足しない。その代わりに、一連の別の合成電子伝達体を
利用することができる。一般に、これは染料である。染
料としては、例えばブロムフェノールブルー、ビオロゲ
ン群の代表的物質（ビピリジニウム染料）、メチレンブ
ルー、フェナジン又はレザルジンが有利であることが立
証されている。特に有利であるのは、アズルＡ、ブロム
フェノールブルー、シバクロンブルー、ニュートラルレ
ッド及びサフラニンＴである。調査のためには、選択し
た染料をマトリックスに結合させた。この場合には、被
覆密度は、ほぼマトリックスのそれぞれの第２の結合位
置が染料分子により覆われるように選択した。中間に存
在する結合位置に、その都度使用したオキシドレダクタ
ーゼを結合させた。この際、固定化により全系の特性は
一部分変化したことが判明した。遊離オキシドレダクタ
ーゼのために電子伝達体として作用することができるあ
らゆる染料は、この機能を固定化された酵素のために満
足することもできない。
れ、一方還元に際には電子が還元すべき物質に伝達され
る。このためには一般に電子伝達体が必要である。遊離
酵素における生理学的系においては、電子伝達体はしば
しばNAD+であり、これはNDHに還元することができる。
固定化された系においては、NADはこの課題を一般に満
足しない。その代わりに、一連の別の合成電子伝達体を
利用することができる。一般に、これは染料である。染
料としては、例えばブロムフェノールブルー、ビオロゲ
ン群の代表的物質（ビピリジニウム染料）、メチレンブ
ルー、フェナジン又はレザルジンが有利であることが立
証されている。特に有利であるのは、アズルＡ、ブロム
フェノールブルー、シバクロンブルー、ニュートラルレ
ッド及びサフラニンＴである。調査のためには、選択し
た染料をマトリックスに結合させた。この場合には、被
覆密度は、ほぼマトリックスのそれぞれの第２の結合位
置が染料分子により覆われるように選択した。中間に存
在する結合位置に、その都度使用したオキシドレダクタ
ーゼを結合させた。この際、固定化により全系の特性は
一部分変化したことが判明した。遊離オキシドレダクタ
ーゼのために電子伝達体として作用することができるあ
らゆる染料は、この機能を固定化された酵素のために満
足することもできない。
また、本発明による方法のためにはオキシドレダクター
ゼと共固定化された電子伝達体として無毒性の食品染料
も適当であることが判明した。固定化した状態で電子伝
達体として作用することができる食品染料の例は、例え
ばクルクミン及びその誘導体、キノリン染料（例えばキ
ノリンエロー）及びパテントブルー染料（例えばパテン
トブルーＶ）である。本発明による方法のための電子伝
達体として食品染料を使用する際に大きな利点は、その
低い毒性に基づく。このことは水溶液を有害物質から浄
化し、引き続き飲料水として又は／及び飲料を製造する
ために使用するような実施態様において特に重要であ
る。若干の食品染料のもう１つの利点は、その安い価格
であり、例えばクルクミンはメチルビオロゲンよりも著
し廉価である。
ゼと共固定化された電子伝達体として無毒性の食品染料
も適当であることが判明した。固定化した状態で電子伝
達体として作用することができる食品染料の例は、例え
ばクルクミン及びその誘導体、キノリン染料（例えばキ
ノリンエロー）及びパテントブルー染料（例えばパテン
トブルーＶ）である。本発明による方法のための電子伝
達体として食品染料を使用する際に大きな利点は、その
低い毒性に基づく。このことは水溶液を有害物質から浄
化し、引き続き飲料水として又は／及び飲料を製造する
ために使用するような実施態様において特に重要であ
る。若干の食品染料のもう１つの利点は、その安い価格
であり、例えばクルクミンはメチルビオロゲンよりも著
し廉価である。
水溶液中での硝酸塩の還元反応の場合には、例えば以下
の組み合わせが特に好適であることが判明した： アズルＡ又はブロムフェノールブルーと一緒に固定化さ
れたトウモロコシからなるニトレートレダクターゼ、ニ
ュートラルレッド又はサフラニンＴと共固定化した酵素
混合物ニトレート及びN2Oレダクターゼ。
の組み合わせが特に好適であることが判明した： アズルＡ又はブロムフェノールブルーと一緒に固定化さ
れたトウモロコシからなるニトレートレダクターゼ、ニ
ュートラルレッド又はサフラニンＴと共固定化した酵素
混合物ニトレート及びN2Oレダクターゼ。
更に、トウモロコシからのニトレートレダクターゼと、
共固定化した食品染料、クルクミン又はパテントブルー
Ｖとの組み合わせ、並びにニトレートレダクターゼと、
共固定化した食品染料、クルクミン、パテントブルーＶ
又はキノリンエローとの組み合わせが特に好適であるこ
とが立証された。
共固定化した食品染料、クルクミン又はパテントブルー
Ｖとの組み合わせ、並びにニトレートレダクターゼと、
共固定化した食品染料、クルクミン、パテントブルーＶ
又はキノリンエローとの組み合わせが特に好適であるこ
とが立証された。
しかしながら、別の系のためには、天然の電子伝達体、
特に膜に由来する酵素錯体に関与するような電子伝達体
も有利である。天然の電子伝達体の例は、アスコルビン
酸塩、鉄蛋白質（フラボ蛋白質、フェリドキシン、ルビ
ドキシン、サイトクロム）、フラビン（FAD,FMN）、ピ
リジンヌクレオチド（NDA,NADP）、プテリン、プテリジ
ン及びキノン（例えばウビキノン）である。
特に膜に由来する酵素錯体に関与するような電子伝達体
も有利である。天然の電子伝達体の例は、アスコルビン
酸塩、鉄蛋白質（フラボ蛋白質、フェリドキシン、ルビ
ドキシン、サイトクロム）、フラビン（FAD,FMN）、ピ
リジンヌクレオチド（NDA,NADP）、プテリン、プテリジ
ン及びキノン（例えばウビキノン）である。
たオキシドレダクターゼとして、電子伝達性コファクタ
を既に含有する蛋白質を使用する場合には、電子伝達体
の共固定化は不必要である。このような蛋白質の例は、
アルコールオキシダーゼであり、この場合にはフラボ蛋
白質が該当する。
を既に含有する蛋白質を使用する場合には、電子伝達体
の共固定化は不必要である。このような蛋白質の例は、
アルコールオキシダーゼであり、この場合にはフラボ蛋
白質が該当する。
本発明による方法では還元及び酸化が問題であるので、
還元又は酸化等量物質を調達しなければならない。この
ことは原理的には、適当な物質を添加することにより行
うことができる。例えば浄化すべき水溶液に還元剤とし
てジチオニット（S2O4 2-）又は水素を適当な触媒と一緒
に（分子水素を原子水素に分解するために）と一緒に使
用することができる。酸化剤としては、例えばH2O2又は
水溶液中にすでに存在する酸素が適当である。しかしな
がら、この化学的レドックス反応は、使用される物質の
毒性（S2O4 2-,H2O2）に基づく問題及びまたコストの理
由からの問題が特に飲料水の浄化の場合に発生する。
還元又は酸化等量物質を調達しなければならない。この
ことは原理的には、適当な物質を添加することにより行
うことができる。例えば浄化すべき水溶液に還元剤とし
てジチオニット（S2O4 2-）又は水素を適当な触媒と一緒
に（分子水素を原子水素に分解するために）と一緒に使
用することができる。酸化剤としては、例えばH2O2又は
水溶液中にすでに存在する酸素が適当である。しかしな
がら、この化学的レドックス反応は、使用される物質の
毒性（S2O4 2-,H2O2）に基づく問題及びまたコストの理
由からの問題が特に飲料水の浄化の場合に発生する。
従って、本発明によれば、再生可能な還元又は酸化等量
物質は電気化学的方法、特に水の電気分解により発生さ
せる。水の電気分解的分解は、ヒドロキシドイオン（OH
-）及びヒドロニウムイオン（H3O+）は発生する。正の
電荷を持つヒドロニウムイオンは、陰極（マイナス電
極）に向かって移動し、そこで電子を吸収し、水と原子
水素に分解する。この原子水素は不安定でありかつ急速
に結合して、H2ガスを発生する。相応して、負の電荷を
持つヒドロキシドイオンは陽極（プラス電極）に向かっ
て移動し、そこで電子を放出し、水と原子酸素に分解す
る。しかしながら、陰極に隣接してオキシダーゼもしく
はアクターゼ並びに場合により電子伝達体が存在する
と、その都度のオキシドレダクターゼに対して特異性基
質の急速酸化又は還元が行われる。例えば、固定化され
た染料は、極く寿命の短い原子水素によって陰極で極め
て急速に還元され、その際還元は電位差に比例する（70
ボルトまで）。この場合、電子伝達の有効性は、陰極の
表面の大きさに依存する。
物質は電気化学的方法、特に水の電気分解により発生さ
せる。水の電気分解的分解は、ヒドロキシドイオン（OH
-）及びヒドロニウムイオン（H3O+）は発生する。正の
電荷を持つヒドロニウムイオンは、陰極（マイナス電
極）に向かって移動し、そこで電子を吸収し、水と原子
水素に分解する。この原子水素は不安定でありかつ急速
に結合して、H2ガスを発生する。相応して、負の電荷を
持つヒドロキシドイオンは陽極（プラス電極）に向かっ
て移動し、そこで電子を放出し、水と原子酸素に分解す
る。しかしながら、陰極に隣接してオキシダーゼもしく
はアクターゼ並びに場合により電子伝達体が存在する
と、その都度のオキシドレダクターゼに対して特異性基
質の急速酸化又は還元が行われる。例えば、固定化され
た染料は、極く寿命の短い原子水素によって陰極で極め
て急速に還元され、その際還元は電位差に比例する（70
ボルトまで）。この場合、電子伝達の有効性は、陰極の
表面の大きさに依存する。
緩衝されない系内では、電気化学的レドックス反応の場
合には、プロトン及びヒドロキシドイオン濃度は１〜２
分以内で既にまさに高い。このことは緩衝されていない
系の活性度を（pH値変化に基づき）強度に制限する、そ
れというのも水、特に飲料水を浄化する際には、該溶液
にも緩衝塩は供給されないからである。従って、本発明
による方法は、有利には、固定化オキシドレダクターゼ
並びに場合により共固定化電子伝達体を含有する電位差
計セル内で、適当な電圧で還元又は酸化等量物質を発生
させかつセルを連続的に浄化すべき溶液を貫流させるこ
とにより実施する。この場合には、セル内での溶液の滞
在時間は、0.2〜５セル容積／分、特に0.5〜２セル容積
／分に調整するのが好ましいことが立証された。この際
には、共固定化たオキシドレダクターゼ並びに場合によ
り電子伝達体はセル内に抑留され、一方過剰のイオンは
セルから洗い出される。分離された陽極及び陰極を有す
る系を使用するのが有利である。必要な電気分解結合
は、例えば粗いガラスフィルタを介して可能にすること
ができる。両者の電極の溶離液は、反応後に再び一緒に
することができる。この場合には、全系の貫流後に再び
中性pH値が達成される。
合には、プロトン及びヒドロキシドイオン濃度は１〜２
分以内で既にまさに高い。このことは緩衝されていない
系の活性度を（pH値変化に基づき）強度に制限する、そ
れというのも水、特に飲料水を浄化する際には、該溶液
にも緩衝塩は供給されないからである。従って、本発明
による方法は、有利には、固定化オキシドレダクターゼ
並びに場合により共固定化電子伝達体を含有する電位差
計セル内で、適当な電圧で還元又は酸化等量物質を発生
させかつセルを連続的に浄化すべき溶液を貫流させるこ
とにより実施する。この場合には、セル内での溶液の滞
在時間は、0.2〜５セル容積／分、特に0.5〜２セル容積
／分に調整するのが好ましいことが立証された。この際
には、共固定化たオキシドレダクターゼ並びに場合によ
り電子伝達体はセル内に抑留され、一方過剰のイオンは
セルから洗い出される。分離された陽極及び陰極を有す
る系を使用するのが有利である。必要な電気分解結合
は、例えば粗いガラスフィルタを介して可能にすること
ができる。両者の電極の溶離液は、反応後に再び一緒に
することができる。この場合には、全系の貫流後に再び
中性pH値が達成される。
しかしながら、浄化すべき水溶液に対する緩衝塩の添加
が許容され得る適用分野も存在する。この場合には、貫
流セルはかならずしも必要でない。
が許容され得る適用分野も存在する。この場合には、貫
流セルはかならずしも必要でない。
水溶液中での物質の反応のために複数の還元又は酸化工
程が必要である（例えば硝酸塩の還元の際）場合には、
極く一般的に、場合により種々の電子伝達体が共固定化
されていてもよい、複数の異なった酵素を使用する必要
がある。従って、例えば１つのセルは、それぞれ異なっ
た保持体上に種々異なった酵素／電子伝達体系を含有す
ることができる。しかしながら、複数のセルを直列接続
することも可能であり、この場合には１つのセル内には
例えば１つの酵素／電子伝達体系のみが存在する。最後
に挙げた方法が有利である。
程が必要である（例えば硝酸塩の還元の際）場合には、
極く一般的に、場合により種々の電子伝達体が共固定化
されていてもよい、複数の異なった酵素を使用する必要
がある。従って、例えば１つのセルは、それぞれ異なっ
た保持体上に種々異なった酵素／電子伝達体系を含有す
ることができる。しかしながら、複数のセルを直列接続
することも可能であり、この場合には１つのセル内には
例えば１つの酵素／電子伝達体系のみが存在する。最後
に挙げた方法が有利である。
浄化すべきないしは分析すべき水溶液中の問題物質の濃
度は、広い範囲を有することができる。即ち、この濃度
に相応して、本発明による方法の条件も変動することが
できる。問題物質の濃度が低い場合には、相応して小さ
いセル装置（即ち少ない酵素及び場合により電子伝達体
量又は／及び少ない量のレドックス等量物質）又は／及
び貫流セルでは高い貫流速度が可能である。問題物質の
濃度が高い場合には、それに相応して大きなセル装置又
は／及び低い貫流速度が必要である。更に、高すぎる問
題物質濃度は水で希釈することにより適当な温度に低下
させることができる。本発明による方法を適用するため
の濃度範囲は0.01〜mmol/l〜約10mmol/lが有利であり、
但しこの場合それ以上、それ以下の値も排除するもので
ない。
度は、広い範囲を有することができる。即ち、この濃度
に相応して、本発明による方法の条件も変動することが
できる。問題物質の濃度が低い場合には、相応して小さ
いセル装置（即ち少ない酵素及び場合により電子伝達体
量又は／及び少ない量のレドックス等量物質）又は／及
び貫流セルでは高い貫流速度が可能である。問題物質の
濃度が高い場合には、それに相応して大きなセル装置又
は／及び低い貫流速度が必要である。更に、高すぎる問
題物質濃度は水で希釈することにより適当な温度に低下
させることができる。本発明による方法を適用するため
の濃度範囲は0.01〜mmol/l〜約10mmol/lが有利であり、
但しこの場合それ以上、それ以下の値も排除するもので
ない。
電気分解セル内の電位差は、使用されるオキシレダクタ
ーゼに基づき決定しなければならない。例えば、硝酸塩
還元の場合には、4Vを越える電圧ではレダクターゼは一
定の時間帯内で不活性化されることが判明した。それに
対して、アルコールオキシダーゼの存在下でのメタノー
ルの酸化は10Vを越える電圧で実施することができる。
ーゼに基づき決定しなければならない。例えば、硝酸塩
還元の場合には、4Vを越える電圧ではレダクターゼは一
定の時間帯内で不活性化されることが判明した。それに
対して、アルコールオキシダーゼの存在下でのメタノー
ルの酸化は10Vを越える電圧で実施することができる。
更に、本発明の対象は、電極体及び固定化オキシレダク
ターゼ並びに場合により共固定化電子伝達を含有する。
水溶液中で還元性又は酸化性物質を反応させるポテンシ
オメトリックセルである。この場合には、電極体の形は
自体任意であってよい。該電極体は糸状又はリボンとし
て形成されていてもよい（螺旋状、線状）、または螺旋
状に巻かれたフィルムであっよく、更に穿孔を有する中
実電極、積み重ねられたフリットからなる装置又は製編
されたネットであってもよい。本発明の電極体の有利な
実施態様は、第３〜８図から明らかである。
ターゼ並びに場合により共固定化電子伝達を含有する。
水溶液中で還元性又は酸化性物質を反応させるポテンシ
オメトリックセルである。この場合には、電極体の形は
自体任意であってよい。該電極体は糸状又はリボンとし
て形成されていてもよい（螺旋状、線状）、または螺旋
状に巻かれたフィルムであっよく、更に穿孔を有する中
実電極、積み重ねられたフリットからなる装置又は製編
されたネットであってもよい。本発明の電極体の有利な
実施態様は、第３〜８図から明らかである。
第３図及び第４図は、それぞれ線及びリボン状に形成さ
れた電極を示し、該電極は螺旋状（第３図）又は直線状
（第４図）で微粒子状保持体からなる酵素含有マトリッ
クスを貫通して延びている。第５図及び第６図は一体電
極を示し、該電極は酵素含有マトリックス内に埋め込ま
れており、この場合には電極は穿孔されたブロック（第
５図）又は螺旋状に巻かれたフィルム（第６図）として
形成されている。第７図及び第８図はマルチピース型電
極を示し。該電極は上下に積み重ねられたフリット（第
７図）又はネット（第８図）として形成されていてもよ
い。
れた電極を示し、該電極は螺旋状（第３図）又は直線状
（第４図）で微粒子状保持体からなる酵素含有マトリッ
クスを貫通して延びている。第５図及び第６図は一体電
極を示し、該電極は酵素含有マトリックス内に埋め込ま
れており、この場合には電極は穿孔されたブロック（第
５図）又は螺旋状に巻かれたフィルム（第６図）として
形成されている。第７図及び第８図はマルチピース型電
極を示し。該電極は上下に積み重ねられたフリット（第
７図）又はネット（第８図）として形成されていてもよ
い。
本発明によるセル中のオキシドレダクターゼ及び場合に
より存在する電子伝達体は、例えば直接、架橋により又
はスペーサを介してエポキシ、シアンブロミド、ジイソ
シアネート、カルボジミド、グルタルジアルデヒド、EP
C又はFPM化合物を介して保持体に固定化されている。電
極体として、半導体材料、例えばシリコン又は黒鉛を使
用する場合には、オキシドレダクターゼ及び場合により
電子伝達体は直接電極体の表面に固定化されていてもよ
い。
より存在する電子伝達体は、例えば直接、架橋により又
はスペーサを介してエポキシ、シアンブロミド、ジイソ
シアネート、カルボジミド、グルタルジアルデヒド、EP
C又はFPM化合物を介して保持体に固定化されている。電
極体として、半導体材料、例えばシリコン又は黒鉛を使
用する場合には、オキシドレダクターゼ及び場合により
電子伝達体は直接電極体の表面に固定化されていてもよ
い。
そのための選択的に、保持体として天然の材料又は合成
物質からなるポリマーを利用することができ、該ポリマ
ーは複数の化学的に異なった結合位置を所定の間隔で提
供する（例えば２官能性）ので、酵素及び電子伝達体は
交番に直接並列して分子隣接関係で結合することができ
る。これらのポリマーは通電することが好ましい。電極
上にオキシドレダクターゼ及び場合により電子伝達体を
直接固定する場合には、還元又は酸化等量物質を直接電
極体からオキシドレダクターゼ又は場合により電子伝達
体に伝達することができ、しかも水の電気分解は不必要
である（即ち、該反応は1.28Vの水電位未満で行うこと
ができる）。
物質からなるポリマーを利用することができ、該ポリマ
ーは複数の化学的に異なった結合位置を所定の間隔で提
供する（例えば２官能性）ので、酵素及び電子伝達体は
交番に直接並列して分子隣接関係で結合することができ
る。これらのポリマーは通電することが好ましい。電極
上にオキシドレダクターゼ及び場合により電子伝達体を
直接固定する場合には、還元又は酸化等量物質を直接電
極体からオキシドレダクターゼ又は場合により電子伝達
体に伝達することができ、しかも水の電気分解は不必要
である（即ち、該反応は1.28Vの水電位未満で行うこと
ができる）。
さもなければ、固定化は、電極体の構成成分でない適当
な保持体又は適当な保持体の混合物に行う（上記参
照）。
な保持体又は適当な保持体の混合物に行う（上記参
照）。
この場合、固体の保持体は、電極体を保持体中に埋め込
むことができるので、微細に細分した形で形成されてい
るのが有利である（例えば第３〜８図参照）。また、電
極体として、孔又は穴内に、酵素及び場合により電子伝
達体を固定化された形で含有する微粒子状保持体が存在
する一種の金属スポンジを使用することができる。この
ようなスポンジ状材料は、例えば有孔フィルム又は金網
のパケットからなっていてもよく、この場合には保持体
粒子は金網又はフィルムの孔もしくは穴内に配置される
ことになる。
むことができるので、微細に細分した形で形成されてい
るのが有利である（例えば第３〜８図参照）。また、電
極体として、孔又は穴内に、酵素及び場合により電子伝
達体を固定化された形で含有する微粒子状保持体が存在
する一種の金属スポンジを使用することができる。この
ようなスポンジ状材料は、例えば有孔フィルム又は金網
のパケットからなっていてもよく、この場合には保持体
粒子は金網又はフィルムの孔もしくは穴内に配置される
ことになる。
本発明によるセルは、貫流セルとして構成されているの
が有利である。このためには、セルは例えば２つの向か
い合った側面でガラスフリットにより制限されていても
よい。その際には、該セルから形成された室を浄化すべ
き液体は調整可能な速度で貫流するので、酵素の不活性
化をもたらすことのあるpH移動が回避される。
が有利である。このためには、セルは例えば２つの向か
い合った側面でガラスフリットにより制限されていても
よい。その際には、該セルから形成された室を浄化すべ
き液体は調整可能な速度で貫流するので、酵素の不活性
化をもたらすことのあるpH移動が回避される。
更に、本発明は、飲料水又は廃水中の還元性又は酸化性
物質を反応させるために本発明によるポテンシオメトリ
ックセルを使用することに関する。特に、本発明による
セルは、硝酸塩、メタノール又はハロゲン化された炭化
水素の反応、即ち測定及び特に除去のために使用するこ
とができる。
物質を反応させるために本発明によるポテンシオメトリ
ックセルを使用することに関する。特に、本発明による
セルは、硝酸塩、メタノール又はハロゲン化された炭化
水素の反応、即ち測定及び特に除去のために使用するこ
とができる。
次に、第１〜８図と関連して本発明を詳細に説明する。
図中、 第１図は、硝酸塩を亜硝酸塩に還元する実施例での還元
過程を示す図、 第２図は、硝酸塩を亜硝酸塩に還元するための固定化さ
れた酵素及び電子伝達体及び電極を有する本発明による
装置を示す図、 第３図は、酵素含有マトリックス中に埋め込まれた、螺
旋状に形成された電極体を有するポテンシオメトリック
セルを示す図、この場合、第3a図は該セルの縦断面図及
び第3b図は横断面図である、 第４図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、線
状の直線形電極体を有するポテンシオメトリックセルを
示す図、 第５図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、一
体の、穿孔されたブロックとして形成された電極体を有
するポテンシオメトリックセルを示す図、 第６図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、一
体の、螺旋状に巻かれたフィルムとして形成された電極
体を有するポテンシオメトリックセルを示す図、 第７図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、マ
ルチピース型の、上下に積み重ねられたネットからなる
電極体を有するポテンシオメトリックセルを示す図、及
び 第８図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、マ
ルチピース型の、上下に積み重ねられたフリットからな
る電極体を有するポテンシオメトリックセルを示す図 である。
図中、 第１図は、硝酸塩を亜硝酸塩に還元する実施例での還元
過程を示す図、 第２図は、硝酸塩を亜硝酸塩に還元するための固定化さ
れた酵素及び電子伝達体及び電極を有する本発明による
装置を示す図、 第３図は、酵素含有マトリックス中に埋め込まれた、螺
旋状に形成された電極体を有するポテンシオメトリック
セルを示す図、この場合、第3a図は該セルの縦断面図及
び第3b図は横断面図である、 第４図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、線
状の直線形電極体を有するポテンシオメトリックセルを
示す図、 第５図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、一
体の、穿孔されたブロックとして形成された電極体を有
するポテンシオメトリックセルを示す図、 第６図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、一
体の、螺旋状に巻かれたフィルムとして形成された電極
体を有するポテンシオメトリックセルを示す図、 第７図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、マ
ルチピース型の、上下に積み重ねられたネットからなる
電極体を有するポテンシオメトリックセルを示す図、及
び 第８図は、酵素含有マトリックス内に埋め込まれた、マ
ルチピース型の、上下に積み重ねられたフリットからな
る電極体を有するポテンシオメトリックセルを示す図 である。
実施例１ 硝酸塩の亜硝酸塩への分解 硝酸塩の亜硝酸塩への還元は、３工程で行う。第１工程
では、硝酸塩をニトレートレダクターゼで亜硝酸塩に還
元する。第２工程で、亜硝酸塩をニトレートレダクター
ゼによりN2Oに還元しかつ第３工程でN2OをN2Oレダクタ
ーゼによりN2に還元する。
では、硝酸塩をニトレートレダクターゼで亜硝酸塩に還
元する。第２工程で、亜硝酸塩をニトレートレダクター
ゼによりN2Oに還元しかつ第３工程でN2OをN2Oレダクタ
ーゼによりN2に還元する。
アスペルギルス及びトウモロコシ（Zea mays）由来のニ
トレートレダクターゼ並びにロドシュードモナス・スフ
ェロイデス（Rhodopseudomonas sphaeroides）由来のニ
トリット及びN2Oレダクターゼを調査した。アスペルギ
ルス由来のニトレートレダクターゼは、ベーリンガーマ
ンハイム（Boehringer Mannheim）社から入手した。ト
ウモロコシから免疫アフィニティークロマトグラフィー
的に純粋なニトレートレダクターゼを、Ruoff et al,
（1989）,Biochem.BIophys.Res.Commun.161,496−501に
記載されているようにして、製造した。両者の酵素を使
用前に凍結乾燥した。
トレートレダクターゼ並びにロドシュードモナス・スフ
ェロイデス（Rhodopseudomonas sphaeroides）由来のニ
トリット及びN2Oレダクターゼを調査した。アスペルギ
ルス由来のニトレートレダクターゼは、ベーリンガーマ
ンハイム（Boehringer Mannheim）社から入手した。ト
ウモロコシから免疫アフィニティークロマトグラフィー
的に純粋なニトレートレダクターゼを、Ruoff et al,
（1989）,Biochem.BIophys.Res.Commun.161,496−501に
記載されているようにして、製造した。両者の酵素を使
用前に凍結乾燥した。
まず、固定化染料（電子伝達体として）を有する遊離酵
素の酵素活性を遊離染料を有していないものと比較して
試験した。その際、遊離染料メチルバイロゲンと結合し
た遊離酵素のアフィニティーを100％に設定した。還元
剤としては、亜ジチオン酸ナトリウムを利用した。
素の酵素活性を遊離染料を有していないものと比較して
試験した。その際、遊離染料メチルバイロゲンと結合し
た遊離酵素のアフィニティーを100％に設定した。還元
剤としては、亜ジチオン酸ナトリウムを利用した。
標準反応は、50mmol/ml Na,K−燐酸塩緩衝液pH7.20.5ml
中にKNO32.5μmolを含有していた。染料1.5μmolを、酵
素100m単位と混合し、該反応を10％亜ジチオン酸ナトリ
ウム（NaHCO350μg/ml中）20μｌの存在下に開始させ
た。25℃で15分間後に、反応混合物を再酸化し、亜硝酸
塩をグリース・イロスベイ（Griess−Ilosvay）反応に
より測定した（Kundu及びNikolas（1985）,Arch.Microb
iol.141,57−62）。該バッチを十分に密閉可能な1.5ml
反応容器中を貫流させた。対照は染料を含有していない
か、又は加熱により不活性化された酵素を含有してい
た。酵素１単位は、メチルバイロゲン３μmol/mlの存在
下に１分間当たり硝酸塩１μmolを還元する。この試験
結果は、以下の表に示す。
中にKNO32.5μmolを含有していた。染料1.5μmolを、酵
素100m単位と混合し、該反応を10％亜ジチオン酸ナトリ
ウム（NaHCO350μg/ml中）20μｌの存在下に開始させ
た。25℃で15分間後に、反応混合物を再酸化し、亜硝酸
塩をグリース・イロスベイ（Griess−Ilosvay）反応に
より測定した（Kundu及びNikolas（1985）,Arch.Microb
iol.141,57−62）。該バッチを十分に密閉可能な1.5ml
反応容器中を貫流させた。対照は染料を含有していない
か、又は加熱により不活性化された酵素を含有してい
た。酵素１単位は、メチルバイロゲン３μmol/mlの存在
下に１分間当たり硝酸塩１μmolを還元する。この試験
結果は、以下の表に示す。
引き続き、前記の共固定化染料を有する固定化酵素を遊
離染料のメチルバイオロゲンの存在下での固定化酵素の
酵素活性度に相対させて測定した。還元剤としては、亜
ジチオンサンナトリウムを利用した。結果は、以下の第
２表に示す。
離染料のメチルバイオロゲンの存在下での固定化酵素の
酵素活性度に相対させて測定した。還元剤としては、亜
ジチオンサンナトリウムを利用した。結果は、以下の第
２表に示す。
第１表及び第２表から、酵素と染料からなる系の特性は
固定化により著しく変化させることが明らかである。ト
ウモロコシ（Zea mays）由来のニトレートレダクターゼ
のためには、染料としてはアズルＡ、ブロムフェノール
ブルー、クルクミンオヨビパテントブルーＶが適当であ
り、一方ロドシュードモナス由来のニトレートレダクタ
ーゼのためには、染料ニュートラル・レッド、クルクミ
ン、パテントブルーＶ及びキノリンエローが特に適当で
ある。
固定化により著しく変化させることが明らかである。ト
ウモロコシ（Zea mays）由来のニトレートレダクターゼ
のためには、染料としてはアズルＡ、ブロムフェノール
ブルー、クルクミンオヨビパテントブルーＶが適当であ
り、一方ロドシュードモナス由来のニトレートレダクタ
ーゼのためには、染料ニュートラル・レッド、クルクミ
ン、パテントブルーＶ及びキノリンエローが特に適当で
ある。
1.2硝酸塩分解の実施 一緒に固定化されたニトレートレダクターゼ及びアズル
Ａを含有する1ml反応器セルを、固定化されたニトリッ
ト及びN2Oレダクターゼを一緒に固定化されたニュート
ラル・レッドと同時に含有する別の1ml反応器セルに結
合した。両者の反応器セルを直列接続した。２つの異な
った基質濃度を調査した： ａ）高い濃度 10mmol/l硝酸塩溶液10mlを、両者のカラム（直列接続）
を流速1ml/min及び電圧4Vで貫流させた。溶離液中で測
定された硝酸塩及び亜硝酸塩濃度は、第３表に記載す
る。それによれば、該カラムは酸化した窒素1.272μmol
/minを還元した。
Ａを含有する1ml反応器セルを、固定化されたニトリッ
ト及びN2Oレダクターゼを一緒に固定化されたニュート
ラル・レッドと同時に含有する別の1ml反応器セルに結
合した。両者の反応器セルを直列接続した。２つの異な
った基質濃度を調査した： ａ）高い濃度 10mmol/l硝酸塩溶液10mlを、両者のカラム（直列接続）
を流速1ml/min及び電圧4Vで貫流させた。溶離液中で測
定された硝酸塩及び亜硝酸塩濃度は、第３表に記載す
る。それによれば、該カラムは酸化した窒素1.272μmol
/minを還元した。
ｂ）低い濃度 前記実験を10mmol/l硝酸塩溶液10mlで繰り返した。溶離
液中には、硝酸塩もまた亜硝酸塩も検されなかった。更
に、溶離液中にはNO及びN2O（酸素ガスでの再酸化後にH
NO2として検出可能）も検出することができながった
（第３表）。
液中には、硝酸塩もまた亜硝酸塩も検されなかった。更
に、溶離液中にはNO及びN2O（酸素ガスでの再酸化後にH
NO2として検出可能）も検出することができながった
（第３表）。
実施例２ アルコールオキシダーゼによるメタノール分解 酵母（サッカロマイセス）由来のアルコールオキシダー
ゼは、既に電子を伝達する補因子を含有するフラボ蛋白
質である。従って、この場合には、電子伝達体（染料）
の共固定化が不必要である。メタノールの分解の際に
は、ホルムアルデヒドが生成する。
ゼは、既に電子を伝達する補因子を含有するフラボ蛋白
質である。従って、この場合には、電子伝達体（染料）
の共固定化が不必要である。メタノールの分解の際に
は、ホルムアルデヒドが生成する。
アルコールオキシダーゼ38単位をフラクトゲルHSKに固
定化しかつ電気化学反応器セル内で調査した。基質とし
てメタノールを有する10mmol/l燐酸塩緩衝液中の酵素活
性度を100％に設定した。目的の実験の前に、空気酸素
を除去するために、反応混合物をジチオン酸塩で還元し
た。この状態で、活性度13単位だけが測定された。引き
続き、反応器セルを、酵素周辺で酸化条件が生じるよう
に、電極につないだ。セル内で12V及び1mAで、活性度2
1.9単位（58％）が測定された。
定化しかつ電気化学反応器セル内で調査した。基質とし
てメタノールを有する10mmol/l燐酸塩緩衝液中の酵素活
性度を100％に設定した。目的の実験の前に、空気酸素
を除去するために、反応混合物をジチオン酸塩で還元し
た。この状態で、活性度13単位だけが測定された。引き
続き、反応器セルを、酵素周辺で酸化条件が生じるよう
に、電極につないだ。セル内で12V及び1mAで、活性度2
1.9単位（58％）が測定された。
この結果は、固定化されたアルコールオキシダーゼはま
た共固定化されあ電子伝達体ナシでも、電子を基質から
吸収しかつ電解的に発生した酸化剤に伝達することがで
きることを示す。
た共固定化されあ電子伝達体ナシでも、電子を基質から
吸収しかつ電解的に発生した酸化剤に伝達することがで
きることを示す。
Claims (33)
- 【請求項１】水溶液中の酸化性又は還元性物質を反応さ
せる方法において、処理すべき水溶液を固定化オキシド
レダクターゼと接触させ、かつ同時に、水の電気分解に
より製造した還元又は酸化等量物質を供給することを特
徴とする、水溶液中の酸化性又は還元性物質を反応させ
る方法。 - 【請求項２】水溶液中の酸化性又は還元性物質を反応さ
せる方法において、処理すべき水溶液を固定化オキシド
レダクターゼと、共固定化電子伝達体の存在下に接触さ
せ、かつ同時に、水の電気分解により製造した還元又は
酸化等量物質を供給する、請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項３】オキシドレダクターゼ及び電子伝達体を直
接的分子隣接関係で及び／又は直接互いに結合させて固
体の保持体に固定化して使用する、請求の範囲第２項記
載の方法。 - 【請求項４】電子伝達体として非毒性染料を選択する、
請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項５】電気分解で発生した再生可能な還元又は酸
化等量物質を供給する、請求の範囲第１項から第４項ま
でのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】還元等量物質として原子水素を使用する、
請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項７】酸化等量物質として原子酸素を使用する、
請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項８】固定化オキシドレダクターゼを含有するポ
テンシオメトリックセル内で、適当な電圧で還元又は酸
化等量物質を発生させかつ該セルに浄化すべき溶液を連
続的に貫流させる、請求の範囲第５項記載の方法。 - 【請求項９】固定化オキシドレダクターゼ並びに共固定
化電子伝達体を含有するポテンシオメトリックセル内
で、適当な電圧で還元又は酸化等量物質を発生させかつ
該セルに浄化すべき溶液を連続的に貫流させる、請求の
範囲第５項記載の方法。 - 【請求項１０】セル内の溶液の滞留時間を0.2〜５セル
容積／分に調整する、請求の範囲第８項又は９項記載の
方法。 - 【請求項１１】分離された陰極領域及び陽極領域を有す
るセルを使用し、かつ両者の領域から流出する溶液を再
び合する、請求の範囲第８項から第10項までのいずれか
１項記載の方法。 - 【請求項１２】多数の直列接続したセルを使用する、請
求の範囲第８項から第11項までのいずれか１項記載の方
法。 - 【請求項１３】個々のセルが異なった固定化オキシドレ
ダクターゼを含有する、請求の範囲第12項記載の方法。 - 【請求項１４】水溶液中の、（ａ）無機塩及び（ｂ）有
機化合物からなる群から選択される物質を反応させる、
請求の範囲第１項から第13項までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項１５】水溶液中の硝酸塩を反応させる、請求の
範囲第14項記載の方法。 - 【請求項１６】水溶液中のメタノールを反応させる、請
求の範囲第14項記載の方法。 - 【請求項１７】水溶液中のハロゲン化炭化水素を反応さ
せる、請求の範囲第14項記載の方法。 - 【請求項１８】飲料水又は廃水中の還元性又は酸化性物
質を反応させる、請求の範囲第１項から第17項までのい
ずれか１項記載の方法。 - 【請求項１９】水溶液中の反応させるべき物質の濃度が
0.01mmol/l〜10mmol/lである、請求の範囲第１項から第
18項までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項２０】水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応
させるポテンシオメトリックセルにおいて、電極体及び
固定化オキシドレダクターゼを収容することを特徴とす
る、水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応させるポテ
ンシオメトリックセル。 - 【請求項２１】オキシドレダクターゼが直接、交差結合
により又はスペーサを介してエポキシ、シアンブロミ
ド、ジイソシアネート、カルボジイミド、グルタルジア
ルデヒド、EDC、EMPもしくはその他の化合物で固定化さ
れている、請求の範囲第20項記載のセル。 - 【請求項２２】オキシドレダクターゼが保持体の表面に
固定化されている、請求の範囲第20項又は第21項記載の
セル。 - 【請求項２３】オキシドレダクターゼが電極体の表面に
固定化されている、請求の範囲第20項又は第21項記載の
セル。 - 【請求項２４】電極体及び固定化オキシドレダクターゼ
並びに共固定化電子伝達体を収容する、請求の範囲第20
項記載のセル。 - 【請求項２５】オキシドレダクターゼ及び共固定化電子
伝達体が直接、交差結合により又はスペーサを介してエ
ポキシ、シアンブロミド、ジイソシアネート、カルボジ
イミド、グルタルジアルデヒド、EDC、FMPもしくはその
他の化合物で固定化されている、請求の範囲第24項記載
のセル。 - 【請求項２６】オキシドレダクターゼが保持体の表面に
固定化されている、請求の範囲第24項又は第25項記載の
セル。 - 【請求項２７】固体の保持体が、プラスチック、ポリサ
ッカリド、珪酸塩、黒鉛並びにそれらの誘導体及び混合
物からなる、請求の範囲第22項又は第26項記載のセル。 - 【請求項２８】固体の保持体が微細分形に形成されてい
る、請求の範囲第23項又は第27項記載のセル。 - 【請求項２９】電極体が保持体中に埋め込まれている、
請求の範囲第28項記載のセル。 - 【請求項３０】保持体が電子伝達体の孔又は穴内に存在
する、請求の範囲第28項記載のセル。 - 【請求項３１】オキシドレダクターゼ並びに電子伝達体
が電極体の表面に固定化されている、請求の範囲第24項
又は第25項記載のセル。 - 【請求項３２】貫流セルである、請求の範囲第20項から
第31項までのいずれか１項記載のセル。 - 【請求項３３】無毒性染料を電子伝達体として含有す
る、請求の範囲第24項から第32項までのいずれか１項記
載のセル。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904030488 DE4030488A1 (de) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | Verfahren zur wasserreinigung |
| DE4030488.4 | 1990-09-26 | ||
| PCT/EP1991/001590 WO1992005117A1 (de) | 1990-09-26 | 1991-08-21 | Verfahren zur wasserreinigung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06500258A JPH06500258A (ja) | 1994-01-13 |
| JPH07110356B2 true JPH07110356B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=6415041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51356691A Expired - Lifetime JPH07110356B2 (ja) | 1990-09-26 | 1991-08-21 | 水溶液中の還元性又は酸化性物質を反応させる方法及びポテンシオメトリックセル |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5403450A (ja) |
| EP (1) | EP0550455B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07110356B2 (ja) |
| DE (2) | DE4030488A1 (ja) |
| WO (1) | WO1992005117A1 (ja) |
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| NL1000372C2 (en) * | 1995-05-16 | 1996-11-19 | Tno | Aerobic removal of difficult organic cpds. from aq. waste or ground water |
| US6126795A (en) * | 1996-11-27 | 2000-10-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Electroenzymatic reactor and method for enzymatic catalysis |
| US6495023B1 (en) * | 1998-07-09 | 2002-12-17 | Michigan State University | Electrochemical methods for generation of a biological proton motive force and pyridine nucleotide cofactor regeneration |
| ATE231652T1 (de) * | 1998-07-09 | 2003-02-15 | Univ Michigan State | Elektrochemisches verfahren zum erzeugen einer biologischen protontriebkraft und regenerierung des pyridin-nucleotid cofaktors |
| FR2798137A1 (fr) * | 1999-09-07 | 2001-03-09 | Bonneau Marguerite Gabr Calone | Appareil generateur de radicaux chimiques oxygenes et ses applications industrielles |
| DE10018654A1 (de) | 2000-04-14 | 2001-12-13 | Jacek Czernicki | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des anatomischen Zustands eines Menschen oder eines Tieres, insbesondere zur Diagnose von Osteoporose |
| US6214202B1 (en) | 2000-06-19 | 2001-04-10 | The Regents Of The University Of California | Situ treatment of contaminated groundwater |
| DE10103344C1 (de) * | 2001-01-25 | 2002-11-21 | Industrieanlagen Betriebsges | Verfahren zur Dekontamination von Böden und Wässern |
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| KR20070041639A (ko) * | 2001-06-29 | 2007-04-18 | 미즈 가부시키가이샤 | 항산화방법 및 항산화 기능수 |
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| JP2004230370A (ja) * | 2002-12-05 | 2004-08-19 | Wataru Murota | 還元水及びその製造方法 |
| US8080404B1 (en) * | 2005-04-05 | 2011-12-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Enzymatic decontamination |
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| EP2925677B1 (en) | 2012-12-03 | 2018-03-21 | Axine Water Technologies Inc. | Efficient treatment of wastewater using electrochemical cell |
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- 1990-09-26 DE DE19904030488 patent/DE4030488A1/de not_active Withdrawn
-
1991
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- 1991-08-21 DE DE59102522T patent/DE59102522D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-21 WO PCT/EP1991/001590 patent/WO1992005117A1/de active IP Right Grant
- 1991-08-21 EP EP19910914767 patent/EP0550455B1/de not_active Expired - Lifetime
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| DE59102522D1 (de) | 1994-09-15 |
| US5403450A (en) | 1995-04-04 |
| WO1992005117A1 (de) | 1992-04-02 |
| EP0550455A1 (de) | 1993-07-14 |
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