WO2007091385A1 - 有害化合物の無害化方法 - Google Patents

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arsenic
food chain
chain system
detoxifying
carbon source
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Inventor
Shinji Kamiya
Akihiro Hishinuma
Koichiro Nakamura
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Company, Limited
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    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • B09C1/105Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes using fungi or plants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/32Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
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    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/20Heavy metals or heavy metal compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for detoxifying harmful compounds using a food chain system, and more particularly, to a method for detoxifying harmful compounds using plant plankton.
  • Hazardous compounds for example, toxic toxic compounds containing arsenic, antimony, selenium, etc.
  • arsenic treatment has the following problems, and early development of efficient arsenic treatment technology is desired.
  • Arsenic is designated as a specific hazardous substance in the Soil Contamination Countermeasures Law, and a purification method using an adsorbent is actually being implemented.
  • inorganic arsenic after adsorption is still toxic and difficult to store, there is a need for safe treatment and storage methods for inorganic arsenic.
  • Arsenite is produced as a by-product in non-ferrous fertilizers, centering on copper spirits. Conventionally, this was treated as a glass refining agent, but in the future such treatment will no longer be possible.
  • arsenobetaine which is a highly methylated arsenic that is abundant in marine organisms, is 10000, which is a non-toxic substance than sugar, and once produced arsenobetaine is a stable substance and demethylated. It is difficult to reverse reaction and decomposition, is stable for a long time under normal environment, and returns to harmful unmethylated arsenic unless it is decomposed by some special microorganisms or very high temperature chemical reaction. There is no.
  • Non-patent Document 1 methylation of inorganic arsenic using a three-stage model food chain system consisting of chlorella, daphnia and guppy has been studied.
  • 82.4% of the total arsenic can be converted to methylated arsenic in the guppy body where arsenic is finally accumulated.
  • Non-patent Document 2 a food chain system composed of chlorella, tiger shrimp, and medaka has been studied.
  • Patent Document 1 As a method of recovering and detoxifying arsenic, the PT B 1 gene involved in arsenic resistance is destroyed to increase the arsenic resistance of algae and to collect and detoxify arsenic in the environment and wastewater. It is known (Patent Document 1). In addition, a method for decomposing harmful organic arsenic contained in chemical weapons and agricultural chemicals into inorganic arsenic using microorganisms is known (Patent Document 2).
  • Non-Patent Document 1 Shigeru Maeda Abstracts of Annual Meeting of Chemical Engineering Society 1 993 1 2-1 3 pages
  • Non-Patent Document 2 Takayoshi Kuroiwa, Akiko Takatsu, Akira Utsumi Biomed Res Trace Elements 9 (3), 1998, p167-168
  • Non-Patent Document 3 Maeda et al., 1990, Appl. Organomet. Chem., 4, 251-254
  • Non-patent Document 4 Goessler et a, 1997, Appl. Organomet. Chem., 11, 57-66
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2651 86
  • Patent Document 2 JP 2005_229945
  • an object of the present invention is to provide a method for efficiently and safely detoxifying harmful compounds including arsenic and the like.
  • the present inventors have found at least one element selected from the group consisting of arsenic, antimony, and selenium.
  • the inventors have found that the harmful compounds contained can be harmless substances generated in the food chain system, and have completed the present invention.
  • the method for detoxifying a harmful compound of the present invention uses a food chain system to convert a harmful compound containing at least one element selected from the group consisting of arsenic, antimony, and selenium into a carbon source. It is characterized by harmless substances produced in the food chain system performed under the supply of food.
  • the carbon The source is a saccharide or an organic acid.
  • the saccharide is selected from the group consisting of glucose, galac I ⁇ Is, fruck I ⁇ Is, sucrose, mannose and maltose. It is characterized by being.
  • the organic acid is selected from the group consisting of acetic acid, citrate, malic acid, fumaric acid, succinic acid, and pyruvic acid. It is characterized by.
  • the carbon source is glucose
  • the glucose concentration is 1 to 100 g Z L.
  • the carbon source is sodium acetate, and the concentration of the sodium acetate is 1 to 10%.
  • the food chain system is characterized by comprising phytoplankton.
  • the phytoplankton is chlorella.
  • the food chain system is characterized by comprising the phytoplankton-zooplankton.
  • the food chain system is performed in the presence of a methylation promoting factor.
  • the methylation promoting factor is glutathione.
  • the one using the already known guppy food chain system Compared with the method (Non-patent Document 1), there are advantageous effects that detoxification and methylation of arsenic can be achieved with higher efficiency and that residual inorganic arsenic can be reduced.
  • Fig. 1 is a diagram showing the ratio of arsenic in the algal bodies by morphology.
  • FIG. 2 is a graph showing the amount of arsenic by form contained in 1 g of algal cells.
  • the present invention renders harmful compounds such as arsenic harmless using a food chain system in the presence of a carbon source.
  • harmful compounds include harmful compounds containing at least one element selected from the group consisting of arsenic, antimony, and selenium.
  • harmful compounds such as arsenic are harmless and non-toxic by using inorganic arsenic as organic arsenic, specifically methylated arsenic. This is because it was thought that remethylation could be achieved if the carbon source, which is the source of the group, was supplied, and thus detoxification of harmful compounds could be achieved.
  • a harmful compound means a compound that may have some adverse effect on an organism when it flows into the environment and is exposed to the organism.
  • arsenic-containing harmful compounds include arsenous acid, arsenic pentaoxide, arsenic trichloride, arsenic pentachloride, arsenic sulfide compounds, cyanoarsenic compounds, chloroarsenic compounds, and other Examples include arsenic inorganic salts. These arsenic, for example, has an LD 5 () (mg / kg) (50% lethal dose in mice) of 20 or less, and is generally toxic to organisms.
  • Examples of harmful compounds containing antimony include antimony trioxide, antimony pentoxide, antimony trichloride, and antimony pentachloride.
  • Examples of harmful compounds containing selenium include selenium dioxide and selenium trioxide.
  • the principle of the present invention employing a food chain system under the supply of a carbon source will be further described as follows.
  • phytoplankton such as chlorella has the ability to methylate the incorporated inorganic arsenic, but as a source of methyl group, it captures carbon dioxide in the atmosphere by photosynthesis and uses it for methylation.
  • the use of carbon dioxide by photosynthesis alone has low methylation efficiency, and a large amount of inorganic arsenic remains in the algae. Therefore, the present inventors have found that a carbon source that is insufficient for methylation is added to the culture medium and cultured, so that the carbon source can be efficiently incorporated and used for methylation.
  • the present invention achieves efficient detoxification.
  • the food chain system is preferably composed of phytoplankton, and the phytoplankton is not particularly limited; however, fresh water microalgae such as chlorella, nanochlorobusis, spirulina And marine microalgae such as Donariella, seaweeds and seaweed.
  • Other phytoplankton can be used as long as the effect of collecting and methylating inorganic arsenic can be achieved. Since chlorella used in the following examples is generally commercially available and suitable for industrialization, the use of chlorella in the present invention is a particularly preferred embodiment.
  • chlorella is used as a feed for functional foods and larvae of cultivated fisheries, has established mass culture technology, and is suitable for industrial detoxification of inorganic arsenic.
  • the phytoplankton used in the present invention may be other than chlorella as long as it has an effect of absorbing inorganic arsenic contained in the solution from the solution in a short time.
  • the organisms used in this first stage are not necessarily limited to phytoplankton, and other organisms can be used as long as they can collect inorganic arsenic as a target for the next stage organisms. Is possible.
  • the carbon source is not particularly limited, and examples thereof include saccharides and organic acids.
  • the saccharide are not particularly limited, and examples thereof include glucose, galactose, fructose, sucrose, mannose, maltose and the like.
  • organic acids include, but are not limited to, acetic acid, succinic acid, malic acid, fumaric acid, succinic acid, and pyruvic acid.
  • the amount of the carbon source is not particularly limited, but from the viewpoint of achieving detoxification of harmful compounds more efficiently, in the case of glucose, the concentration range of 1 to 1 OO g ZL, in the case of sodium acetate, 1 A concentration range of ⁇ 1 OO g ZL is preferred.
  • the food chain system is composed of phytoplankton. According to such a phytoplankton, it is possible to make harmful compounds more harmless by the influence of enzymes in the body of the phytoplankton. Furthermore, in the present invention, the food chain system is preferably composed of phytoplankton-animal plankton.
  • Examples of zooplankton include, but are not limited to, artemia, copepods, worms and worms from the viewpoint that they can be efficiently converted from harmful inorganic substances to harmless organic substances. It is not a thing. Other zooplankton can be used as long as the effect of detoxifying inorganic arsenic by methylation can be achieved.
  • the zooplankton used in the present invention only needs to promote methylation without increasing the amount of inorganic arsenic contained in the previous stage organism.
  • the use of Artemia is a particularly preferred embodiment.
  • Artemia is a marine zooplankton with a total length of 0.5 to 1.0 mm, also known as sea monkey. Artemia hatches in cultivated fisheries Used as food for fresh fish and crustaceans.
  • the organisms used in this second stage are not necessarily limited to zooplankton, and other organisms can be used as long as they can be detoxified by methylation of inorganic arsenic in the next third stage. It is also possible to use.
  • the food chain system can be detoxified by reducing the proportion of inorganic arsenic in the harmful compound, and the food chain system can also be used for organic arsenic in the harmful compound. It can be rendered harmless by increasing the proportion of As described in Table 1, organic arsenic has a larger LD50 value than inorganic arsenic, and in particular, organic arsenic such as trimethylarsinoxide or arsenobetaine is harmless than sugar. As can be seen, in the present invention, inorganic arsenic can be such stable and harmless organic arsenic.
  • the detoxification method of the present invention it is possible to recover and detoxify arsenic using the above-described food chain system, further accumulate detoxified arsenic, and stably store it.
  • the use of the above zooplankton can convert harmful compounds into innocuous substances, and the innocuous substances themselves are extremely stable substances in nature, and immediately reverse under normal conditions. Stable storage is also possible from the viewpoint that even if a reaction occurs, it does not change to the original harmful compound.
  • a food chain system composed of phytoplankton, zooplankton, crustacea, or shellfish may be used.
  • This exemplifies that crustaceans can be used from the viewpoint of stable storage, although it is possible to detoxify harmful compounds sufficiently even if phytoplankton under the carbon source supply is used as described above. is there.
  • Examples of the crustacean include aquacultured shrimp, shrimp and other shrimp such as prawns, and power two.
  • the term “aquacultureable shrimp or strength two” broadly encompasses various types of shrimp or strength two that are generally cultivated for edible use. is there. Detoxified Other shellfish, shells such as mussels and oysters can be used as long as the effect of recovering arsenic can be achieved.
  • the end organism of the food chain used in the present invention may be any one that can concentrate arsenic compounds and can stably accumulate and store them. In the present invention, it is a particularly preferable embodiment to use farmed shrimp such as reed shrimp and prawn.
  • Yoshebi is a southern shrimp with a length of 5 cm to 10 cm. It is distributed on the Pacific coast south of Tokyo Bay and on the Sea of Japan side south of Toyama Bay.
  • chlorella Chlore llla regu l ar i s. Green algae Chlorella eyes
  • ia sa li na Crustacea
  • the reed shrimp is responsible for accumulating and concentrating detoxified methylated arsenic in the body by eating the arsenic-containing artemia. It plays a role in facilitating the work of collecting the collected individuals from seawater.
  • Chlorella and Artemia are respectively typical plant blanktons and animal blanks that are widely used as industrial aquaculture feeds.
  • the use of a food chain system in the presence of an arsenic methylation-promoting factor such as reduced dartathione (GSH) further promotes the accumulation and concentration of trimethylated arsenic. Can do. Therefore, by raising phytoplankton, zooplankton, etc. in an environment containing a methylation promoting factor, it is possible to achieve a higher effect in the present invention.
  • GSH reduced dartathione
  • Examples of arsenic methylation-promoting factors include GSH, betaine, and methionine, but are not limited to these substances. It is possible that the ability to reduce arsenic and the methyl transfer reaction may be rate-limiting in the conversion of arsenic to arsenobetaine. However, the addition of these substances promotes the conversion to arsenobetaine. It is considered possible. Therefore, by using a methylation promoter such as GSH, it is possible to achieve the detoxification of harmful compounds more efficiently.
  • GSH methylation promoter
  • Example 1 of the present invention will be described below.
  • the microalgae Chlorella (Chlorel la vulgaris I AM C-6 29 strain) pre-cultured until the logarithmic growth phase was inoculated in 150 ml of BoM's Basal (BB) Medium to 1 x 10 6 cel Is / ml, and fluorescent. Under static light irradiation (4000Lux 24hr irradiation), the temperature was 25 degrees, and the culture was stationary. At this time, a medium supplemented with 1 OmM glucose or 1 OmM sodium acetate as a carbon source was prepared in the culture solution.
  • BB BoM's Basal
  • Arsenic uptake was carried out by adding arsenous acid to 1 ppm as metal arsenic after inoculation and culturing for 284 hours after addition of arsenic.
  • Centrifugation samples the bacterial cells over time, and analyzes the arsenic analysis system for inorganic arsenic and organic arsenic in the algae (atomic absorption spectrophotometer M-680, manufactured by Shimadzu Corporation, pretreatment device ASA-2sp) Was quantified.
  • Table 2 shows experimental conditions and experimental results. As a result of culturing under light conditions with the addition of glucose or sodium acetate as a carbon source, the growth of algal bodies increased, and the amount obtained from the medium of 15 Om I increased, especially when glucose was added. The body yield was high.
  • Fig. 1 shows the ratio of arsenic contained in alga bodies according to their forms.
  • the methylation efficiency was increased, the residual ratio of inorganic arsenic was 1% or less, and 97% or more became dimethyl and trimethyl forms with low toxicity.
  • Cultivation in dark conditions with the addition of glucose and sodium acetate also resulted in high dimethylation efficiency.
  • the addition of no carbon source and sodium acetate under bright conditions resulted in a large amount of highly toxic inorganic arsenic residue.
  • FIG. 2 shows the amount of arsenic by form contained in 1 g of algal cells.
  • inorganic arsenic in the alga body was very high at 1.6 g / g.
  • the culture with glucose and sodium acetate in the dark condition and the culture with glucose in the bright condition were 0.02 g / g or less, and most of the accumulated arsenic was converted to dimethylated arsenic. It was.
  • a carbon source (glucose or sodium acetate) can be added to produce an arsenic trimethylate.

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Abstract

本発明の目的は、砒素等を含む有害化合物を、効率よく安全に無害化する方法を提供することにある。本発明は、食物連鎖系を用いて、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有する有害化合物を、炭素源の供給下で行われる食物連鎖系で生成する無害な物質とすることを特徴とする。また、本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記炭素源が、糖類または有機酸であることを特徴とする。また、本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記糖類が、グルコース、ガラクトース、フルクトース、シュークロース、マンノース、マルトースからなる群から選択されることを特徴とする。

Description

明 細 書
有害化合物の無害化方法
技術分野
[0001 ] 本発明は、 食物連鎖系を用いた有害化合物の無害化方法であり、 特に、 植 物プランクトンを用いた有害化合物の無害化方法に関する。
背景技術
[0002] 有害化合物、 例えば、 毒性を有する、 砒素、 アンチモン、 セレンなどを含 有する有害化合物は、 その処理方法について種々の問題点を有している。 例 えば、 砒素処理については以下のような問題があり、 効率的な砒素処理技術 の早期開発が望まれている。
[0003] すなわち、 1 . 砒素は、 土壌汚染対策法の特定有害物質に指定されており、 実際に吸着剤を用いた浄化方法等が実施されている。 しかし吸着後の無機砒 素は依然毒性が高く保管も困難なことから、 無機砒素の安全な処理方法およ び保管方法が必要とされている。
[0004] 2. 現在水系で規制対象になっているものはフィルターで砒素吸着処理して いるが、 処理量が不足しており、 マテリアルバランスからみれば処理として 不十分であり、 保管の安全対策も必須であり、 そのような技術の開発が急務 である。
[0005] 3. 銅精鍊を中心とした非鉄精鍊では副産物として亜ヒ酸が生じる。 従来は この分は硝子清澄剤として処理されていたが、 今後はこのような処理を行な うことはできない。
[0006] 4. 鉱山の跡地からでてくる湧き水も同様である。 このような湧き水につい ては規制対象になっていないが、 水中に含まれるヒ素については、 解決策が ないのが現状である。
[0007] 5. また砒素を含む化合物の半導体結晶を使用する半導体産業においても、 無機砒素の暴露が問題となっており、 無機砒素の処理方法の早急な開発が急 務である。 [0008] アンチモン、 セレンも砒素と同じく半導体工業材料として広く用いられて いるが、 生物に有毒な物質であることから環境中に流出することにより生物 に与える影響が懸念されている。
[0009] とリわけ、 有害化合物として砒素を含むものについて説明すると、 砒素の 中でも無機砒素は毒性が高いが、 メチル化が進むにつれて毒性が減少してい くことが一般的に知られている。 表 1に種々のメチル化段階における砒素の L D50値 (実験動物 (マウス)の 50O/Oが死亡する薬物用量による経口毒性) を示す 。 表 1より、 トリメチル化砒素であるアルセノコリン、 トリメチルアルシン ォキシド、 アルセノベタインの毒性は非常に低いことが判る。 特に海洋生物 に多く含まれる卜リメチル化砒素であるアルセノベタィンの LD50値は 10000で あり、 砂糖よりも無毒な物質であるとともに、 一度生成したアルセノべタイ ンは安定な物質であって脱メチル化の逆反応や分解が起こりにくく、 通常の 環境下では長期間に安定であり、 一部の特殊な微生物による分解反応や非常 に高温な化学反応によらなければ有害な非メチル化砒素へ戻ることはない。
[0010] [表 1 ]
K l
(m
Sffi B
1,800
1
10,000
[0011 ] 食物連鎖を用いた砒素の処理方法として、 クロレラ一ミジンコ一グッピーか らなる 3段階のモデル食物連鎖の系を利用した無機砒素のメチル化法が研究 されている (非特許文献 1 ) 。 この文献の中において、 最終的に砒素が蓄積 されるグッピーの体内で全砒素の 8 2 . 4 %をメチル化砒素に変換できる。
[0012] また、 クロレラ一ヌマエビ一メダカからなる食物連鎖系の検討も行なわれ ている (非特許文献 2 )
[0013] その他、 自然界において、 環境中に含まれる無機ヒ素を取り込み、 蓄積す る藻類がいくつか存在する。 これまでに無機ヒ素を取り込み、 蓄積する藻類 としてクロレラ(Ch l ore l l a)等の幾つかの種の微細藻類が知られており、 当該 藻類の体内においてヒ素の大半が無機ヒ素として蓄積されているが、 残りは メチル化された形で蓄積されていることが知られている (非特許文献 3、 4
)
[0014] さらに、 砒素を回収し無毒化する方法としては、 ヒ素耐性に関与する PT B 1遺伝子を破壊する事で藻類のヒ素耐性を高め、 環境中、 排水中のヒ素の 回収、 無毒化することが知られている (特許文献 1 ) 。 また、 微生物を用い て化学兵器や農薬などに含まれる有害な有機ヒ素を無機ヒ素に分解する方法 が知られている(特許文献 2)。
[0015] さらにまた、 塩化鉄、 水酸化セリウムゃキレート剤等で環境中から無機砒 素を回収することは可能であるが、 これまでは回収した無機砒素を安全に無 毒化する手段に乏しかった。 従って、 鉱山などの埋め戻しや処分場に堆積さ せる、 もしくはコンクリー卜で砒素汚染部分を囲ってしまう等の処理が一般 的であった。
[0016] 非特許文献 1 :前田滋 化学工学会年会要旨集 1 993年 1 2〜 1 3ベー ジ
非特許文献 2:黒岩貴芳、 高津章子、 内海昭 Biomed Res Trace Elements 9(3 ),1998, p167-168
非特許文献 3 : Maeda et al. , 1990, Appl. Organomet. Chem. , 4, 251-254 非特許文献 4 : Goessler et aに, 1997, Appl. Organomet. Chem. , 11, 57-66 特許文献 1 :特開 2003 _ 2651 86号公報
特許文献 2:特開 2005 _ 229945号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0017] しかしながら、 上述のグッピーを用いる方法においては、 依然として毒性 の高い無機砒素が 1 7. 6%残留しているとの結果が示されており、 この方 法によれば、 グッピーの個体を利用して、 砒素を蓄積、 保管することは可能 であるが、 未だ毒性の高い無機砒素が多く残留しておリメチル化が不十分で ある。 また魚類はその体に水分を多量に含み、 乾燥が困難であり、 保管に適 しないことという問題もあった。
[0018] さらに、 めだかを用いる方法においては、 砒素の生物濃縮は起こらず、 無 機砒素が 2 0 %残留するという問題点もあった。
[0019] また、 砒素耐性に関与する PTB1遺伝子を利用する方法においては、 環境中 からヒ素の回収量を高めるため、 藻類のヒ素耐性を高める事が記載されてい るが、 回収したヒ素の大半が毒性の高い無機ヒ素のままであるという問題が める。
[0020] そして、 微生物を用いる方法においては、 有機ヒ素を無機ヒ素に分解する 事が記載されているが、 ジメチルアルシン酸などは無機ヒ素より毒性が低く 、 逆に毒性を高めるという問題がある。
[0021 ] また、 コンクリートで汚染物を囲うなどの処理においては、 埋め立て地等 の広いスペースが必要となるという問題や、 有毒な無機砒素が再流出すると いう問題など、 限られたスペースに効率よく濃縮化した砒素を、 安全な状態 で蓄積■保管する方法においても問題があった。
[0022] よって、 安全かつ高効率に有害化合物を無害化する方法を新たに開発する ことが望まれているのが現状である。
[0023] したがって、 本発明の目的は、 砒素等を含む有害化合物を、 効率よく安全 に無害化する方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0024] 本発明者らは、 食物連鎖系での砒素等を含む有害化合物の減毒効果に関し て、 鋭意研究した結果、 砒素、 アンチモン、 セレンからなる群から選択され る少なくとも 1種の元素を含有する有害化合物を、 食物連鎖系で生成する無害 な物質とすることが可能であることを見出し本発明を完成するに至った。
[0025] 即ち、 本発明の有害化合物の無害化方法は、 食物連鎖系を用いて、 砒素、 アンチモン、 セレンからなる群から選択される少なくとも 1種の元素を含有す る有害化合物を、 炭素源の供給下で行われる食物連鎖系で生成する無害な物 質とすることを特徴とする。
[0026] 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前記炭素 源が、 糖類または有機酸であることを特徴とする。
[0027] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記糖類が、 グルコース、 ガラク I ^一ス、 フルク I ^一ス、 シユークロース、 マ ンノース、 マルトースからなる群から選択されることを特徴とする。
[0028] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記有機酸が、 酢酸、 クェン酸、 リンゴ酸、 フマル酸、 コハク酸、 ピルビン酸 からなる群から選択されることを特徴とする。
[0029] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記炭素源がグルコースであり、 当該グルコースの濃度が、 1 〜 1 0 0 g Z L であることを特徴とする。
[0030] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記炭素源が酢酸ナ卜リゥムであり、 当該酢酸ナ卜リゥムの濃度が、 1 〜 1 0
0 g Z Lであることを特徴とする。
[0031 ] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記食物連鎖系が、 植物プランクトンで構成されることを特徴とする。
[0032] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記植物プランクトンが、 クロレラであることを特徴とする。
[0033] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記食物連鎖系が、 前記植物プランクトン-動物プランクトンで構成されること を特徴とする。
[0034] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記食物連鎖系が、 メチル化促進因子の存在下で行われることを特徴とする。
[0035] また、 本発明の有害化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、 前 記メチル化促進因子が、 グルタチオンであることを特徴とする。
発明の効果
[0036] 本発明によれば、 有害化合物を処理するに当たり、 自然界における食物連 鎖を利用するので、 極めて安全性が高いという有利な効果を奏する。
[0037] また本発明によれば、 既に知られているグッピーの食物連鎖系を用いた方 法 (非特許文献 1 ) に比べて、 より高い効率で砒素の無毒化■メチル化する こと、 および残留する無機砒素をより少なくすることができるという有利な 効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0038] [図 1 ]図 1は、 藻体中の砒素の形態別比率を示す図である。
[図 2]図 2は、 藻体 1 gに含まれる形態別砒素量を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0039] 本発明は、 炭素源の存在下において食物連鎖系を用いて砒素などの有害化 合物を無害化する。 有害化合物としては、 砒素、 アンチモン、 セレンからな る群から選択される少なくとも 1種の元素を含有する有害化合物を挙げるこ とができる。 本発明によれば、 人間が摂取可能な海洋生物と同程度以下に無 機砒素の量を低減することが可能である。 炭素源の供給下としたのは、 砒素 等の有害化合物は、 例えば、 無機砒素を有機砒素、 具体的には、 メチル化砒 素とすることにより無害、 無毒化が達成されるので、 当該メチル基のソース 源となる炭素源を供給下にすれば、 よリメチル化を達成でき、 ひいては有害 化合物の無害化を達成できると考えたからである。
[0040] ここで、 本明細書において、 有害化合物とは、 環境中に流出し、 生物に暴 露された際に、 何らかの悪影響を生物に与える恐れがある化合物を意味する
[0041 ] 前記有害化合物のうち砒素を含有する有害化合物としては、 亜ヒ酸、 五酸 化砒素、 三塩化砒素、 五塩化砒素、 硫化砒素化合物、 シァノ砒素化合物、 ク ロロ砒素化合物、 及びその他の砒素無機塩類等が挙げられる。 これらの砒素 は、 例えば LD5() (mg/kg) (マウスにおける 50%致死量) が 20以下であり、 一般 に生物に対して有毒な値である。
[0042] また、 アンチモンを含有する有害化合物としては、 三酸化アンチモン、 五 酸化アンチモン、 三塩化アンチモン、 五塩化アンチモン等が挙げられる。
[0043] さらに、 セレンを含有する有害化合物としては、 二酸化セレン、 三酸化セ レン等が挙げられる。 [0044] 炭素源の供給下における食物連鎖系を採用した本発明の原理についてさら に説明すると以下のようである。
[0045] すなわち、 クロレラなどの植物プランクトンは取込んだ無機ヒ素をメチル 化する能力を持っているが、 メチル基のソースとして大気中の二酸化炭素を 光合成により取込み、 メチル化に利用している。 しかし、 光合成による二酸 化炭素の利用のみではメチル化の効率が低く、 藻体内に無機ヒ素が多く残留 してしまう。 そこで、 メチル化に不足する炭素源を培養液に添加して培養す ることで効率よく炭素源を取込み、 メチル化に利用できるようになることを 本発明者らは見出したものである。 さらに炭素源を添加して培養することで 高密度に培養でき、 単位培地あたりから得られる藻類の総量が増え、 ヒ素の 取込総量、 メチル化量も大きく向上するという付随的な効果も相乗的に作用 し、 本発明の効率的無害化を達成している。
[0046] ここで、 食物連鎖系としては、 植物プランクトンで構成されることが好ま しく、 当該植物プランクトンとしては、 特に限定されるものではないが、 ク ロレラなどの淡水性微細藻類、 ナノクロロブシス、 スピルリナ、 ドナリエラ 等の海洋性微細藻類、 海草類および海苔などを挙げることができる。 無機砒 素を回収してメチル化するという効果を達成できる限り、 他の植物プランク トンを使用することも可能である。 下記の実施例において使用しているクロ レラは一般に市販されており工業化に適しているので、 本発明においてクロ レラを使用することは特に好適な態様である。 すなわち、 クロレラは機能性 食品や栽培漁業の稚魚の飼料として使用されており、 大量培養技術が確立し ており、 工業的に無機ヒ素を無毒化することに適している。 しかし、 本発明 で使用する植物性プランクトンは、 溶液中に含まれる無機砒素を短時間で溶 液から吸収する効果を有するものであれば、 クロレラ以外のものであっても よい。 なおこの第一段階で用いられる生物は必ずしも植物プランクトンに限 定されるものではなく、 次の第二段階の生物の摂食対象となって無機砒素を 回収できる限り、 他の生物を用いることも可能である。
[0047] また、 本発明においては、 炭素源の供給下で食物連鎖系を用いれば、 特に 限定されることはなく、 例えば、 光合成は必ずしも必要ではなく、 暗所でも 明所でも実施することが可能である。
[0048] ここで、 炭素源としては、 特に限定されるものではないが、 例えば、 糖類 又は有機酸などを挙げることできる。 糖類の例としては、 特に限定されるも のではないが、 例えば、 グルコース、 ガラクトース、 フルクトース、 シユー クロース、 マンノース、 マルトース等を挙げることができる。 有機酸の例と しては、 特に限定されるものではないが、 例えば、 酢酸、 クェン酸、 リンゴ 酸、 フマル酸、 コハク酸、 ピルビン酸等を挙げることができる。 炭素源の量 としても、 特に限定されないが、 より効率的に、 有害化合物の無毒化を達成 するという観点から、 グルコースの場合、 1 〜 1 O O g Z Lの濃度範囲、 酢 酸ナトリウムの場合、 1 〜 1 O O g Z Lの濃度範囲が好ましい。
[0049] 暗所の培養では、 事前に明所で培養し、 対数期後期程度まで培養した後、 炭素源とヒ素を添加し、 暗所で培養しヒ素のメチル化を行うことも可能であ る。
[0050] 本発明の好ましい実施態様において、 食物連鎖系が、 植物プランクトンで 構成される。 このような植物プランクトンによれば、 当該植物プランクトン の生体内酵素の影響によって、 有害化合物をより無害な物質とすることが可 能である。 さらに、 本発明において、 食物連鎖系が、 植物プランクトン-動物 プランクトンで構成されることが好ましい。 動物プランクトンとしては、 有 害な無機物質から、 無害な有機物質へと効率的に変換可能であるという観点 から、 アルテミア、 コぺポーダ、 ャムシ及びヮムシを挙げることができるが 、 それらに限定されるものではない。 無機砒素をメチル化して無毒化すると いう効果を達成できる限り、 他の動物プランクトンを使用することも可能で ある。 すなわち、 本発明で使用する動物性プランクトンは、 その前段階の生 物中に含有する無機砒素量を増大させることなくメチル化を促進するもので あればよい。 本発明において、 アルテミアを使用することは特に好適な態様 である。 アルテミアは全長 0. 5〜1. 0mmの海洋性の動物プランクトンであり、 シーモンキーとしても知られている。 アルテミアは栽培漁業において孵化し たばかりの魚,甲殻類に与えられる餌として使用されている。 なおこの第二 段階で用いられる生物は必ずしも動物プランクトンに限定されるものではな く、 次の第三段階の生物の摂食対象となって無機砒素をメチル化して無毒化 できる限り、 他の生物を用いることも可能である。
[0051 ] 本発明において、 食物連鎖系によって、 前記有害化合物中の無機砒素の割 合を減少させることにより、 無害化することができ、 また、 前記食物連鎖系 によって、 前記有害化合物中の有機砒素の割合を増加させることにより、 無 害化することができる。 有機砒素は、 表 1で述べたように、 無機砒素に比較 して、 LD50値が大きく、 特に、 トリメチルアルシンォキシドゃアルセノベタ ィンなどのような有機砒素は、 砂糖などよリも無害であることが分かるが、 本発明においては、 無機砒素をこのような安定で無害な有機砒素とすること も可能である。
[0052] また、 本発明の無害化方法を利用して、 上述の食物連鎖系を用いて砒素を 回収して無毒化し、 更に無毒化した砒素を蓄積し、 安定保管することが可能 である。 すなわち、 上記動物プランクトンを用いると有害化合物を無害な物 質へ変換させることができ、 しかも当該無害な物質は、 それ自体では自然界 において、 極めて安定な物質であり、 通常の状態下においては直ちに逆反応 が生じてもとの有害化合物に変化することもないという観点から、 安定保管 することも可能である。
[0053] また、 安定保管という観点から、 植物プランクトン一動物プランクトン一 甲殻類、 又は貝類からなる食物連鎖系を用いてもよい。 これは、 上述のよう に炭素源供給下における植物プランクトンを用いても十分に、 有害化合物を 無害化可能であるが、 更に安定保管という観点から、 甲殻類を用いることが できることを例示したものである。
[0054] 前記甲殻類としては、 例えば、 養殖可能なヨシエビ、 クルマエビなどのェ ビ類または力二類を挙げることができる。 なお本願明細書において 「養殖可 能なェビ類または力二類」 とは、 食用などの用途のために一般的に養殖され ている種々のェビ類または力二類を広く包含するものである。 無毒化された 砒素を回収するという効果を達成できる限り、 他の甲殻類やムール貝、 カキ などの貝類を使用することも可能である。 本発明で使用する食物連鎖の最終 生物は砒素化合物を濃縮でき、 安定して蓄積、 保管できるものであればよい 。 本発明において、 ヨシエビ、 クルマエビなどの養殖可能なェビを使用する ことは特に好適な態様である。 ョシェビは体長 5cmから 10cmの南方系のェビで あリ、 東京湾以南の太平洋岸や富山湾以南の日本海側に分布している。
[0055] なお上記の食物連鎖系において、 クロレラ (Ch l ore l l a regu l ar i s. 緑藻類 クロレラ目) は海水からの無機砒素の回収およびメチル化の役割を、 クロレ ラを食するアルテミア (Artem i a sa l i na、 甲殻類ホウネンェビ目) は砒素の 更なるメチル化を促進する役割を担っている。 更にヨシエビ (Metapenaeus e ns i s、 十脚目クルマエビ科) は、 砒素を取り込んだアルテミアを食すること により、 無毒化されたメチル化砒素を体内に蓄積,濃縮する役割と、 更には メチル化砒素を取り込んだ個体を海水から回収する作業を容易化にする役割 を担っている。 なおクロレラとアルテミアはそれぞれ、 産業上養殖の餌とし て広く一般に使用されている代表的な植物性ブランクトンと動物性ブランク 卜ンである。
[0056] また、 好適な態様において、 還元型ダルタチオン (GSH) など砒素のメチル 化促進因子の存在下での食物連鎖系を用いることにより、 卜リメチル化砒素 の蓄積および濃縮化を更に促進することができる。 よってメチル化促進因子 を含む環境下で植物プランクトン、 動物プランクトンなどを飼育することに より、 本発明においてより高い効果を達成することが可能となる。
[0057] 砒素のメチル化促進因子として、 GSH、 ベタインやメチォニンなどを挙げる ことができるが、 これらの物質に限定されるものではない。 砒素のアルセノ ベタインへの変換において砒素を還元する能力やメチル基転移反応などが律 速となっている可能性が考えられるが、 これらの物質を添加することにより アルセノベタインへの変換を促進することができると考えられる。 よって GSH などのメチル化促進因子を使用することにより、 さらに効率的に有害化合物 の無害化を達成可能である。 実施例
[0058] 以下、 本発明の実施例を説明するが、 下記の実施例は本発明の範囲を何ら 限定するものではない。
[0059] 実施例 1
以下、 本発明の実施例 1を説明する。
[0060] ( 1 ) 微細藻類培養
対数増殖期まで前培養した微細藻類クロレラ (Chlorel la vulgaris I AM C-6 29株) を 150mlの BoM's Basal (BB) Mediumに 1 x 1 06cel Is/mlとなるよう に植菌し、 蛍光灯照射下 (4000Lux 24hr照射) 、 温度 25度、 静置培養した。 この際、 培養液には炭素源として 1 OmMグルコースまたは 1 OmM酢酸ナト リゥムを添加した培地を調整した。
[0061] (2) ヒ素取込試験
植菌後に金属ヒ素として 1 p pmとなるように亜ひ酸を添加し、 ヒ素添加後 2 84時間培養することで、 ヒ素の取込試験を実施した。
[0062] (3) ヒ素含有量測定
遠心分離によリ菌体を経時的にサンプリングし、 藻体内の無機ヒ素および有 機ヒ素を形態別砒素分析システム (島津製作所製 原子吸光分光光度計 M-68 00、 前処理装置 ASA-2sp) により定量した。
[0063] 表 2に実験条件及び実験結果を示す。 炭素源としてグルコースあるいは酢 酸ナ卜リゥムを添加した明条件で培養した結果、 藻体の生育が高まリ、 1 5 Om Iの培地から得られる量が増加し、 特にグルコースを添加した場合藻体 の収量が多い結果となった。
[0064] [表 2]
Figure imgf000013_0001
[0065] 図 1に藻体中に含まれるヒ素の形態別比率を示す。 グルコースを添加し明 条件で培養した結果、 メチル化の効率が高まり、 無機ヒ素の残存率は 1 %以 下となり、 9 7 %以上が毒性の低いジメチル体、 トリメチル体となった。 グ ルコース、 酢酸ナトリウムを添加した暗条件での培養も高いジメチル化の効 率となった。 これに対し、 明条件の炭素源無添加と酢酸ナトリウム添加は、 毒性の高い無機ヒ素の残留が多い結果となった。
[0066] 図 2に藻体 1 gに含まれる形態別のヒ素量を示す。 炭素源を添加しない明 条件の培養では藻体中の無機ヒ素が 1. 6 g/gと非常に高い結果となった。 こ れに対し、 暗条件でのグルコースおよび酢酸ナトリウム添加培養、 明条件で のグルコース添加培養は 0. 02 g/g以下となリ、 蓄積したヒ素の大部分がジメ チル化されたヒ素となった。
[0067] 以上の結果、 次の効果 (利点) が得られることが判明した。
1 . グルコースを添加することでヒ素のメチル化効率が向上する。
2 . グルコースを添加することで有毒な無機ヒ素の藻体中の残留量が非常に 少なくなる。
3 . グルコースを添加することで単位体積あたりの藻類収量が向上し、 ヒ素 の取込量とメチル化量が増加する。
4 . 炭素源 (グルコースあるいは酢酸ナトリウム) を添加することでヒ素の 卜リメチル体を生成することができる。

Claims

請求の範囲
[I] 食物連鎖系を用いて、 砒素、 アンチモン、 セレンからなる群から選択され る少なくとも 1種の元素を含有する有害化合物を、 炭素源の供給下で行われる 食物連鎖系で生成する無害な物質とする有害化合物の無害化方法。
[2] 前記炭素源が、 糖類または有機酸である請求項 1記載の方法。
[3] 前記糖類が、 グルコース、 ガラクトース、 フルクトース、 シユークロース
、 マンノース、 マルトースからなる群から選択される請求項 2記載の方法。
[4] 前記有機酸が、 酢酸、 クェン酸、 リンゴ酸、 フマル酸、 コハク酸、 ピルビ ン酸からなる群から選択される請求項 2記載の方法。
[5] 前記糖類がグルコースであり、 当該グルコースの濃度が、 1 〜 1 0 0 g Z
Lである請求項 2記載の方法。
[6] 前記有機酸が酢酸ナ卜リゥムであり、 当該酢酸ナ卜リゥムの濃度が、 1 〜
1 0 0 g Z Lである請求項 2記載の方法。
[7] 前記食物連鎖系が、 植物プランクトンで構成される請求項 1 〜 6項のいず れか 1項に記載の方法。
[8] 前記植物プランクトンが、 クロレラである請求項 7記載の方法。
[9] 前記食物連鎖系が、 前記植物プランクトン-動物プランクトンで構成される 請求項 1 〜 8項のいずれか 1項に記載の方法。
[10] 前記食物連鎖系が、 メチル化促進因子の存在下で行われる請求項 1 〜 9項 のいずれか 1項に記載の方法。
[I I] 前記メチル化促進因子が、 ダルタチオンである請求項 1 0記載の方法。
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