可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法
【課題】廃鶏やブロイラー処理の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白に容易に変換できるようにすること。
【解決手段】 布団中綿用の羽毛を中性洗剤で洗浄後、水洗いして乾燥させた。この羽毛1gを300mlのフラスコに投入し、これに水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、30℃で48時間攪拌・振とうした後、その溶液の温度を30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。この溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質を沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物を回収した。沈殿物は酢酸酸性のペースト状にして冷暗所に保存した。なお、可溶化処理による分子量低下は起こっていない。
【解決手段】 布団中綿用の羽毛を中性洗剤で洗浄後、水洗いして乾燥させた。この羽毛1gを300mlのフラスコに投入し、これに水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、30℃で48時間攪拌・振とうした後、その溶液の温度を30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。この溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質を沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物を回収した。沈殿物は酢酸酸性のペースト状にして冷暗所に保存した。なお、可溶化処理による分子量低下は起こっていない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃鶏やブロイラー処理により生じる羽毛は、細かく裁断して肥料として利用されるものもあるが、大部分は焼却処分されている。また近年、大量の羽毛布団が廃棄されているが、これらも殆どが焼却処分に付されている。元来、羽毛は天然資源であり、廃棄羽毛を有効利用する立場から羽毛繊維を可溶化する試みがなされてきている。これらの試みには、例えば、特許文献１、２及び３の例がある。
【０００３】
特許文献１は、架橋構造を有するケラチン蛋白質繊維を液体中で還元処理した後、不溶物を除き、更に還元剤を除去して可溶性ケラチンを得るに際し、カチオン界面活性剤を、還元処理時又は不溶物を除いた後に加えることによる可溶性ケラチンの製造方法である。
【０００４】
特許文献２は、少なくとも以下の記載の(A)から(C)の製造行程よりなる羽毛ケラチン加水分解物又はその塩の製造方法であり、
(A)還元剤を含むあるいは含まない非アルカリ性水溶液に羽毛を浸漬し、それを0.2〜0.32MPaに加圧しながら121〜136℃の高温にすることで、羽毛を軟化させる工程。
(B)(A)工程により得られた羽毛含有非アルカリ水溶液のpHを、塩基を添加してアルカリに調整した後、プロテアーゼを添加して加水分解反応させることにより、軟化させた羽毛を部分的に消化させる工程。
(C)(B)行程により得られた部分的に消化された羽毛を、(I)親水性の置換基で化学修飾する工程、及び／または(II)尿素、アルコール、多価アルコールから選ばれる１種以上を含有する水溶液に高分子のまま可溶化せしめる溶解工程。
【０００５】
特許文献３は、鳥類の羽毛を、(1)アルカリ処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体、および／または(2)上記(1)の処理に引き続く紫外線照射処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体の水溶液を存在させることによる水不溶性物質の可溶化またはミクロ乳化分散方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−９２２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２０２８６号公報
【特許文献３】特開２００４−３３７７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、廃鶏やブロイラー処理、或いは羽毛布団の廃棄の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する低コストで高收率の製造方法を提供することを解決の課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程とによる可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法である。
【０００９】
本発明の２は、本発明の１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第１工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウム、ナトリウム、アンモニウム又はカリウムの水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとしたものである。
【００１０】
本発明の３は、本発明の１又は２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとしたものである。
【００１１】
本発明の４は、本発明の１、２又は３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第１工程の攪拌振とうを前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととしたものである。
【００１２】
本発明の５は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いたものである。
【００１３】
本発明の６は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとしたものである。
【００１４】
本発明の７は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとしたものである。
【００１５】
本発明の８は、本発明の１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第２工程で得られた溶液から不溶物を取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白を沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質を回収することとしたものである。
【００１６】
本発明の９は、本発明の１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第２工程で得られた溶液をpH7〜8に調整し、この調整に前後して該溶液を濾過して不溶物を取り除いた後、該溶液を分画分子量１０００〜５０００のカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質を分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することにより羽毛ケラチン蛋白質を回収することとしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明１の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白に変換し、これを有効利用することができる。
【００１８】
羽毛のケラチン繊維は、その蛋白分子間あるいは分子内に多量のジスルフィド(-SS-)結合が存在し架橋密度の高い巨大な網目構造を形成しており、その可溶化は困難である。このようなジスルフィド結合を還元によって切断し、これをスルフヒドリル基に変換してケラチン鎖の架橋を無くし、高分子の溶解条件を満たしたように見えても、実際には容易に溶解しない。スルフヒドリル基のpK値は9程度でペプチド鎖の加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖は水に溶解しない。また、スルフヒドリル基を含むタンパク質は、反応性が高く空気中で速やかに酸化され、不溶化してしまう。本発明の１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、このような問題を簡単な方法により解決し、高收率で安定な可溶性羽毛ケラチン蛋白質を得ることが可能となったものである。
【００１９】
本発明の２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記チオグリコール酸溶液のpHを適切に調整することができる。
【００２０】
本発明の３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記酸化剤の投入に先だつ溶液のｐＨの調整を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明の４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、その反応を良好に進行させることができる。
【００２２】
本発明の５の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、前記酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることにより、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を簡易にかつ良好に生じさせることができるが、三種のうちケラチンの溶解を阻害する他の一種の反応を抑制することができる。
【００２３】
本発明の６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記各酸化剤を、前記のように、放置時間の内の前半の一定時間の間に徐々に添加し、あるいはその全時間に渡って継続的に添加することとしたことにより、一層良好に、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を効率良く生じさせ、溶解を阻害する他の一種の反応を効果的に抑制することができる。
【００２４】
本発明の８及び９の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、溶液中から可溶性羽毛ケラチン蛋白質を良好に回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程とによって構成したものである。
【００２６】
対象となる羽毛は、既述のように、鳥類のそれであり、廃鶏やブロイラー処理によって生じる羽毛を特に予定しているが、それに限定されるわけではない。
【００２７】
このような原料となる鳥類の羽毛は、予め中性洗剤で洗浄して汚れを除去し、更に水洗して中性洗剤を除去した上で、風乾し、1〜5ｍｍに細断したものである。
【００２８】
羽毛に以上の処理を施した後に、前記第１工程を開始する。
まず該羽毛を水に浸漬する。この水は重量比で該羽毛の20〜200倍とするのが適当である。他方、チオグリコール酸溶液をアルカリ性に調整し、これを上記水の中に添加する。このチオグリコール酸溶液濃度は、0.05〜5mol/l程度となるように、チオグリコール酸の溶解量を定めておくのが適当である。またこのチオグリコール酸溶液はpH9.0〜13に調整しておくのが好ましいが、そのために種々の塩基を自由に採用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、アンモニウム、又はカリウムの水酸化物を採用することができる。このように羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸を添加してこれを攪拌振とうする。この攪拌振とうは、この溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うのが適当である。
【００２９】
この第１工程で、前記羽毛を構成するケラチン蛋白質分子のシスチン残基は、以下のように、チオグリコール酸によって還元される。まず、化１に示すように、シスチン残基のジスルフィド基は、前記アルカリ性かつ温度条件の下でチオグリコール酸によって還元され、該ジスルフィド基の一部がスルフヒドリル基に変換し、システイン残基を生成する。また同時に混合ジスルフィド基であるカルボキシメチルアラニルスルフィド残基(CMAD)を生成する。
【化１】
【００３０】
また、こうして生成したカルボキシメチルアラニルスルフィド残基は、化２に示すように、更にチオグリコール酸によって還元され、そのジスルフィド基の一部が、同様に、スルフヒドリル基に変換してシステイン残基を生成し、同時にジチオジグリコール酸(DTDG)を生成する。
【化２】
【００３１】
羽毛を溶解させるためには、ジスルフィド結合をほぼ完全に切断することが必要である。即ち、羽毛ケラチン蛋白質の殆ど全てのシスチン残基をシステイン残基に変換することが必要である。前記化２の平衡がほぼ完全に右側に偏ればシスチン残基のジスルフィド結合はチオグリコール酸による還元によって切断され、スルフヒドリル基に変換され、システイン残基を生じる。こうしてケラチン蛋白質分子鎖の架橋がなくなると、高分子のケラチン蛋白質分子鎖の溶解条件が満たされることになるが、スルフヒドリル基のpK値は9程度（アミノ酸システインとしてのpK値は8.35）であり、ペプチド鎖の加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖を水に溶解させることはできない。
【００３２】
そこで、酸化反応を利用し、前記カルボキシメチルアラニルスルフィド残基（混合ジスルフィド基）を多量ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができれば、カルボキシル基：-COOH（pK値＝3〜4）を中性付近で陰イオン化（-COO-）し、ケラチン蛋白鎖を溶解させるに十分な高分子イオンを形成させることができることになる。
【００３３】
ここで、第２工程では、以上の第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置し、可溶性羽毛ケラチン蛋白質を生成させる。
【００３４】
前記溶液のpH5〜8.0への調整は種々の酸を用いて自由に行うことが可能である。例えば、酢酸を用い、これを添加することによって前記pHに調整する。更にこの溶液は、前記のように、酸化剤を加えながら、かつ20℃前後に保持しながら、所定時間放置する。
【００３５】
前記酸化剤としては、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることができる。また酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用いる場合は、該酸化剤を前記放置する全時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとするのが適当である。この場合の酸化剤の溶液濃度は、1/102〜1/10mol/lとするのが適当である。更に又酸化剤として空気を用いる場合は、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとするのが適当である。このとき、同時に、前記のように、当該の溶液を20℃前後に保持しておくべきである。このように、20℃前後に保持しながら、かつ酸化剤を添加しながら放置する所定時間は3〜10時間程度とするのが適当である。これによって可溶性羽毛ケラチンを生成させることができる。
【００３６】
第２工程で、以上のようにして酸化剤を添加すると、以下の化３、化４及び化５の反応が同時に生じる。しかし、化３は高分子鎖であるケラチン蛋白質分子鎖に結合したスルフヒドリル基同士の酸化によるジスルフィド結合の生成反応であり、立体化学的にもこのような鎖間距離が膨潤離間した鎖間に形成されるジスルフィド結合の生成反応速度は、化４のケラチン高分子鎖−低分子（チオグリコール酸）の反応速度及び化５のジチオジグリコール酸（DTDG）を生成する低分子同士の反応速度に比較して充分に小さい。従って、結果として化４及び化５の反応が優先的に生じ、系に残存するシステイン残基のスルフヒドリル基の大部分はカルボキシメチルアラニルジスルフィド残基及びジチオジグリコール酸（DTDG）に変換される。なお、化５は、以上の羽毛ケラチン蛋白の反応とは無関係な、低分子であるチオグリコール酸同士の反応であり、以上の三つの酸化反応の内、化５が最も反応速度が大きく、速やかにジチオジグリコール酸を生成する。
【００３７】
【化３】
【化４】
【化５】
【００３８】
ここで、化５の反応は化２と共役しているため、過剰のR-S-S-Rの生成により化6（化２の逆反応）の反応が生じる。即ち、化２の平衡が左に偏り、更に化１の平衡も左に偏るため、K-S-S-Kの結合が再生されることになる。換言すれば、化５によるジチオジグリコール酸（DTDG）の生成は溶解を抑制する方向に作用することになる。そこで、この問題を解決するためには、化１及び化２の平衡移動反応速度を遅くすることによって、ラジカル機構で進む化４及び化５の反応の方をイオン反応で進む化１及び化２より相対的に速くすることができれば、化２及び化１の反応は実質的に無視できることになる。そこで、中性或いはやや酸性側で酸化反応を生じさせることでラジカル反応を効率良く起こし、一方、平衡移動反応を遅くするためには、系のpHを７程度にして、R-S-イオンの濃度をできるだけ減少させることにより求核攻撃で進むSH/SS交換反応（平衡反応）を抑制することにした。このようにして、化４の反応を利用してCMAD残基を分子鎖に導入することにより水に可溶性の羽毛ケラチン蛋白質を簡単に合成することができる。
【００３９】
【化６】
【００４０】
以上のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質は、以上の溶液から次のようにして回収する。
【００４１】
まず、以上の溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液を酢酸又は塩酸でpH3〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質を沈澱させる。沈殿した羽毛ケラチン蛋白質は遠心分離により溶液から分離することができる。なお溶液からの不溶物の除去は濾過等によって行うことができる。該蛋白質の保存は酢酸酸性のペースト状態にして、冷暗所で行うことができる。
【００４２】
また前記のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液をpH８に調整し、該溶液をゲルろ過により精製した。即ち、分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して、脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥することによって固体状態で羽毛ケラチン蛋白質を得ることができる。該蛋白質の保存は冷暗所で行うことができる。
【００４３】
本発明に於いては、以上のように、羽毛ケラチン蛋白質を水に溶解可能にするには、化２に示すように、過剰のチオグリコール酸で羽毛ケラチン蛋白質を還元し、次に化４、化５、化６に示すように系を酸化し溶液中の残余のスルフヒドリル基を混合ジスルフィド基（カルボキシメチルアラニルジスルフィド基）に変換させる。こうして十分な量の混合ジスルフィド基を高分子量の羽毛ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができることになるものである。
【００４４】
以上のように、本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換し、これを有効利用することができる。
【実施例１】
【００４５】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させた。この羽毛を1gずつ４本の300mlのフラスコに投入し、その内３本には、それぞれ水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、残りの１本には水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.5mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、その内のNa-TGA濃度0．5mol/l濃度を加えた１本については、30℃で48時間の攪拌・振とうを行い、他の３本の内の２本については、いずれも30℃で、ただし一方は48時間、他方は120時間の攪拌・振とうを行い、残りの１本については、50℃で1/3時間の攪拌・振とうを行い、その後、いずれの溶液の温度も30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlをそれぞれ4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質を沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物を回収した。沈殿物重量及び不溶残渣重量Wresは真空乾燥してから測定を行った。沈殿法による沈殿物重量測定では、沈殿物の回収過程で実験誤差が入り信頼性に欠けたので、不溶残渣重量から次の数１により、残渣収率Yres(%)を求めた。
【００４６】
【数１】
【００４７】
次の表１に還元反応条件と残渣収率を示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
以上の表１のデータから理解できるように、この実施例１によれば、TGA濃度0.2mol/l以上、温度30℃以上、４８時間以上の反応時間で行った可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率は95%以上に達する。50℃、1/3時間の還元反応でも84%が得られた。
【実施例２】
【００５０】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの１０本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH9.0、10．0、10．5、10．75、11．0、11．25、11．5、12．0、12．5、13．0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlをそれぞれ上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各々濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。その凍結乾燥重量Wsolを測定した。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を凍結乾燥収率Ysolとして次の数２のように定義して求めた。
【００５１】
【数２】
【００５２】
表２にチオグリコール酸ナトリウム（Na-TGA）還元系のpH変化と凍結乾燥収率Ysolとの関係を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表２のデータから実施例２によれば還元系のpH11以上では殆ど完全に羽毛ケラチンから可溶性ケラチン蛋白質を取り出すことができることが分かる。
【実施例３】
【００５５】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ６本の50mlのフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.50mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlを各フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量Wsol及び不溶残渣重量Wresを測定した。後者の重量は真空乾燥してから測定を行った。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を、凍結乾燥収率Ysol及び残渣収率Yresを、それぞれ次の数３、数４のように定義して求めた。
【００５６】
【数３】
【数４】
【００５７】
表３にチオグリコール酸（Na-TGA）濃度変化と凍結乾燥収率及び残渣収率との関係を示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
実施例３によれば、表３のデータから理解されるように、チオグリコール酸濃度により凍結乾燥收率及び残渣乾燥收率は大きく変化しており、チオグリコール酸濃度が可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率に決定的な影響をもつことが見出された。表３のデータから、チオグリコール酸濃度は0.20mol/l濃度のときに最も良い結果が得られ、また凍結乾燥収率及び残渣収率の両者は実験誤差内で一致することも分かった。
【実施例４】
【００６０】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの５本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.20mol/l濃度のチオグリコール酸溶液を5、6、8、10及び20ml（浴比として、各々25、30、40、50及び100倍）を各々上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量、Wsolを測定した。浴比の変化と収率との結果を表４に示す。
【００６１】
【表４】
【００６２】
実施例４によれば、表4のデータから分かるように、浴比５０倍のとき収率は最大値を示す。羽毛中のジスルフィド(-SS-)結合含量に対して過大量のチオグリコール酸(TGA)の存在は、前記化６の反応の抑制が十分に機能せず、前記化２及び化１の反応が起こるためである。
【実施例５】
【００６３】
還元系のpHを変化させて得られた可溶性羽毛ケラチンタンパク質のSDS-PAGEによる電気泳動法を用いて分子量についてのキャラクタリゼイションを行った。試料として、実施例２に於ける表2中pH10.0及び10.5の条件（還元: 0.2mol/l Na-TGA10mL（浴比50倍), 30℃, 48h; 酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.）で得られた、それぞれ凍結乾燥収率が71.5 及び88.0 %のSDS電気泳動パターンを未処理羽毛のそれと共に図１に示す。何れの試料の分子量も約１２６００を示し、未処理羽毛（オリジナル）のタンパク質と同様に単分散状態のタンパク質であり、可溶化処理による分子量低下は起こらないことが分かった。
【実施例６】
【００６４】
可溶性羽毛ケラチンタンパク質フィルムの作製を行った。試料として、実施例1に於ける残渣収率９９％（還元: Na-TGA(浴比50倍), pH11.0; 酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.）の可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いた。可溶性羽毛ケラチンタンパク質及びジメチルスルフォキシドをそれぞれ３重量％と還元剤としてトリス-3-ヒドロキシプロピルフォスフィン０．１重量％を含む水溶液１．５ｍLを顕微鏡用スライド硝子（７６×２６ｍｍ）上に流延し、６０℃、１５分電気乾燥器中で加熱後、さらに１００℃で、１５分間加熱を継続した。冷却後スライド硝子全体を０．１重量％の臭素酸ナトリウム水溶液に浸漬し、酸化反応を行い、硝子表面に形成されたフィルムを剥がし、蒸留水で洗浄後、風乾した。得られたフィルムを以下の四種の条件で後処理し、フィルムの強度（N/m2）と伸び（％）の関係を測定した。フィルムの後処理の条件は、(1)室温、水中３０％延伸、(2)未延伸、(3)沸騰水中１０分浸漬、(4)エチルアルコール中２４時間浸漬処理であり、何れも透明なフィルムが得られた。図２に乾燥状態における強度−伸度曲線を示す。強靭なケラチンタンパク質繊維と較べると強度も伸度も遠く及ばないが、フィルム化できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例２で得た二つの試料及び未処理羽毛のSDS電気泳動パターンを示した図。
【図２】実施例１で得た一つの可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いて一定の方法で作成したフィルムを四種の条件で後処理した後、それらのフィルムの強度（N/m2）と伸び（％）の関係を測定した強度−伸度曲線を示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃鶏やブロイラー処理により生じる羽毛は、細かく裁断して肥料として利用されるものもあるが、大部分は焼却処分されている。また近年、大量の羽毛布団が廃棄されているが、これらも殆どが焼却処分に付されている。元来、羽毛は天然資源であり、廃棄羽毛を有効利用する立場から羽毛繊維を可溶化する試みがなされてきている。これらの試みには、例えば、特許文献１、２及び３の例がある。
【０００３】
特許文献１は、架橋構造を有するケラチン蛋白質繊維を液体中で還元処理した後、不溶物を除き、更に還元剤を除去して可溶性ケラチンを得るに際し、カチオン界面活性剤を、還元処理時又は不溶物を除いた後に加えることによる可溶性ケラチンの製造方法である。
【０００４】
特許文献２は、少なくとも以下の記載の(A)から(C)の製造行程よりなる羽毛ケラチン加水分解物又はその塩の製造方法であり、
(A)還元剤を含むあるいは含まない非アルカリ性水溶液に羽毛を浸漬し、それを0.2〜0.32MPaに加圧しながら121〜136℃の高温にすることで、羽毛を軟化させる工程。
(B)(A)工程により得られた羽毛含有非アルカリ水溶液のpHを、塩基を添加してアルカリに調整した後、プロテアーゼを添加して加水分解反応させることにより、軟化させた羽毛を部分的に消化させる工程。
(C)(B)行程により得られた部分的に消化された羽毛を、(I)親水性の置換基で化学修飾する工程、及び／または(II)尿素、アルコール、多価アルコールから選ばれる１種以上を含有する水溶液に高分子のまま可溶化せしめる溶解工程。
【０００５】
特許文献３は、鳥類の羽毛を、(1)アルカリ処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体、および／または(2)上記(1)の処理に引き続く紫外線照射処理により形状変換及び形質変換して得られるオリゴβケラチン誘導体の水溶液を存在させることによる水不溶性物質の可溶化またはミクロ乳化分散方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−９２２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−１２０２８６号公報
【特許文献３】特開２００４−３３７７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、廃鶏やブロイラー処理、或いは羽毛布団の廃棄の際に生じ、そのままでは有効利用が困難な羽毛を可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換する低コストで高收率の製造方法を提供することを解決の課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程とによる可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法である。
【０００９】
本発明の２は、本発明の１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第１工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウム、ナトリウム、アンモニウム又はカリウムの水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとしたものである。
【００１０】
本発明の３は、本発明の１又は２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとしたものである。
【００１１】
本発明の４は、本発明の１、２又は３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第１工程の攪拌振とうを前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととしたものである。
【００１２】
本発明の５は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いたものである。
【００１３】
本発明の６は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとしたものである。
【００１４】
本発明の７は、本発明の１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、前記第２工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとしたものである。
【００１５】
本発明の８は、本発明の１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第２工程で得られた溶液から不溶物を取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白を沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質を回収することとしたものである。
【００１６】
本発明の９は、本発明の１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法に於いて、第２工程で得られた溶液をpH7〜8に調整し、この調整に前後して該溶液を濾過して不溶物を取り除いた後、該溶液を分画分子量１０００〜５０００のカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質を分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することにより羽毛ケラチン蛋白質を回収することとしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明１の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白に変換し、これを有効利用することができる。
【００１８】
羽毛のケラチン繊維は、その蛋白分子間あるいは分子内に多量のジスルフィド(-SS-)結合が存在し架橋密度の高い巨大な網目構造を形成しており、その可溶化は困難である。このようなジスルフィド結合を還元によって切断し、これをスルフヒドリル基に変換してケラチン鎖の架橋を無くし、高分子の溶解条件を満たしたように見えても、実際には容易に溶解しない。スルフヒドリル基のpK値は9程度でペプチド鎖の加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖は水に溶解しない。また、スルフヒドリル基を含むタンパク質は、反応性が高く空気中で速やかに酸化され、不溶化してしまう。本発明の１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、このような問題を簡単な方法により解決し、高收率で安定な可溶性羽毛ケラチン蛋白質を得ることが可能となったものである。
【００１９】
本発明の２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記チオグリコール酸溶液のpHを適切に調整することができる。
【００２０】
本発明の３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記酸化剤の投入に先だつ溶液のｐＨの調整を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明の４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、その反応を良好に進行させることができる。
【００２２】
本発明の５の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、前記酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることにより、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を簡易にかつ良好に生じさせることができるが、三種のうちケラチンの溶解を阻害する他の一種の反応を抑制することができる。
【００２３】
本発明の６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、前記各酸化剤を、前記のように、放置時間の内の前半の一定時間の間に徐々に添加し、あるいはその全時間に渡って継続的に添加することとしたことにより、一層良好に、生成しているシステイン残基を酸化し、ジスルフィド結合を生じる三種の反応のうち二種の反応を効率良く生じさせ、溶解を阻害する他の一種の反応を効果的に抑制することができる。
【００２４】
本発明の８及び９の可溶性羽毛ケラチン蛋白の製造方法によれば、溶液中から可溶性羽毛ケラチン蛋白質を良好に回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法は、鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程とによって構成したものである。
【００２６】
対象となる羽毛は、既述のように、鳥類のそれであり、廃鶏やブロイラー処理によって生じる羽毛を特に予定しているが、それに限定されるわけではない。
【００２７】
このような原料となる鳥類の羽毛は、予め中性洗剤で洗浄して汚れを除去し、更に水洗して中性洗剤を除去した上で、風乾し、1〜5ｍｍに細断したものである。
【００２８】
羽毛に以上の処理を施した後に、前記第１工程を開始する。
まず該羽毛を水に浸漬する。この水は重量比で該羽毛の20〜200倍とするのが適当である。他方、チオグリコール酸溶液をアルカリ性に調整し、これを上記水の中に添加する。このチオグリコール酸溶液濃度は、0.05〜5mol/l程度となるように、チオグリコール酸の溶解量を定めておくのが適当である。またこのチオグリコール酸溶液はpH9.0〜13に調整しておくのが好ましいが、そのために種々の塩基を自由に採用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、アンモニウム、又はカリウムの水酸化物を採用することができる。このように羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸を添加してこれを攪拌振とうする。この攪拌振とうは、この溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うのが適当である。
【００２９】
この第１工程で、前記羽毛を構成するケラチン蛋白質分子のシスチン残基は、以下のように、チオグリコール酸によって還元される。まず、化１に示すように、シスチン残基のジスルフィド基は、前記アルカリ性かつ温度条件の下でチオグリコール酸によって還元され、該ジスルフィド基の一部がスルフヒドリル基に変換し、システイン残基を生成する。また同時に混合ジスルフィド基であるカルボキシメチルアラニルスルフィド残基(CMAD)を生成する。
【化１】
【００３０】
また、こうして生成したカルボキシメチルアラニルスルフィド残基は、化２に示すように、更にチオグリコール酸によって還元され、そのジスルフィド基の一部が、同様に、スルフヒドリル基に変換してシステイン残基を生成し、同時にジチオジグリコール酸(DTDG)を生成する。
【化２】
【００３１】
羽毛を溶解させるためには、ジスルフィド結合をほぼ完全に切断することが必要である。即ち、羽毛ケラチン蛋白質の殆ど全てのシスチン残基をシステイン残基に変換することが必要である。前記化２の平衡がほぼ完全に右側に偏ればシスチン残基のジスルフィド結合はチオグリコール酸による還元によって切断され、スルフヒドリル基に変換され、システイン残基を生じる。こうしてケラチン蛋白質分子鎖の架橋がなくなると、高分子のケラチン蛋白質分子鎖の溶解条件が満たされることになるが、スルフヒドリル基のpK値は9程度（アミノ酸システインとしてのpK値は8.35）であり、ペプチド鎖の加水分解を起こさないような通常のpH領域では、スルフヒドリル基のイオン化のみでは高分子量のケラチンペプチド鎖を水に溶解させることはできない。
【００３２】
そこで、酸化反応を利用し、前記カルボキシメチルアラニルスルフィド残基（混合ジスルフィド基）を多量ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができれば、カルボキシル基：-COOH（pK値＝3〜4）を中性付近で陰イオン化（-COO-）し、ケラチン蛋白鎖を溶解させるに十分な高分子イオンを形成させることができることになる。
【００３３】
ここで、第２工程では、以上の第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えながら所定時間放置し、可溶性羽毛ケラチン蛋白質を生成させる。
【００３４】
前記溶液のpH5〜8.0への調整は種々の酸を用いて自由に行うことが可能である。例えば、酢酸を用い、これを添加することによって前記pHに調整する。更にこの溶液は、前記のように、酸化剤を加えながら、かつ20℃前後に保持しながら、所定時間放置する。
【００３５】
前記酸化剤としては、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いることができる。また酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用いる場合は、該酸化剤を前記放置する全時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとするのが適当である。この場合の酸化剤の溶液濃度は、1/102〜1/10mol/lとするのが適当である。更に又酸化剤として空気を用いる場合は、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとするのが適当である。このとき、同時に、前記のように、当該の溶液を20℃前後に保持しておくべきである。このように、20℃前後に保持しながら、かつ酸化剤を添加しながら放置する所定時間は3〜10時間程度とするのが適当である。これによって可溶性羽毛ケラチンを生成させることができる。
【００３６】
第２工程で、以上のようにして酸化剤を添加すると、以下の化３、化４及び化５の反応が同時に生じる。しかし、化３は高分子鎖であるケラチン蛋白質分子鎖に結合したスルフヒドリル基同士の酸化によるジスルフィド結合の生成反応であり、立体化学的にもこのような鎖間距離が膨潤離間した鎖間に形成されるジスルフィド結合の生成反応速度は、化４のケラチン高分子鎖−低分子（チオグリコール酸）の反応速度及び化５のジチオジグリコール酸（DTDG）を生成する低分子同士の反応速度に比較して充分に小さい。従って、結果として化４及び化５の反応が優先的に生じ、系に残存するシステイン残基のスルフヒドリル基の大部分はカルボキシメチルアラニルジスルフィド残基及びジチオジグリコール酸（DTDG）に変換される。なお、化５は、以上の羽毛ケラチン蛋白の反応とは無関係な、低分子であるチオグリコール酸同士の反応であり、以上の三つの酸化反応の内、化５が最も反応速度が大きく、速やかにジチオジグリコール酸を生成する。
【００３７】
【化３】
【化４】
【化５】
【００３８】
ここで、化５の反応は化２と共役しているため、過剰のR-S-S-Rの生成により化6（化２の逆反応）の反応が生じる。即ち、化２の平衡が左に偏り、更に化１の平衡も左に偏るため、K-S-S-Kの結合が再生されることになる。換言すれば、化５によるジチオジグリコール酸（DTDG）の生成は溶解を抑制する方向に作用することになる。そこで、この問題を解決するためには、化１及び化２の平衡移動反応速度を遅くすることによって、ラジカル機構で進む化４及び化５の反応の方をイオン反応で進む化１及び化２より相対的に速くすることができれば、化２及び化１の反応は実質的に無視できることになる。そこで、中性或いはやや酸性側で酸化反応を生じさせることでラジカル反応を効率良く起こし、一方、平衡移動反応を遅くするためには、系のpHを７程度にして、R-S-イオンの濃度をできるだけ減少させることにより求核攻撃で進むSH/SS交換反応（平衡反応）を抑制することにした。このようにして、化４の反応を利用してCMAD残基を分子鎖に導入することにより水に可溶性の羽毛ケラチン蛋白質を簡単に合成することができる。
【００３９】
【化６】
【００４０】
以上のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質は、以上の溶液から次のようにして回収する。
【００４１】
まず、以上の溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液を酢酸又は塩酸でpH3〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質を沈澱させる。沈殿した羽毛ケラチン蛋白質は遠心分離により溶液から分離することができる。なお溶液からの不溶物の除去は濾過等によって行うことができる。該蛋白質の保存は酢酸酸性のペースト状態にして、冷暗所で行うことができる。
【００４２】
また前記のようにして生成された可溶性羽毛ケラチン蛋白質溶液から不溶物を取り除いた上で、該溶液をpH８に調整し、該溶液をゲルろ過により精製した。即ち、分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して、脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥することによって固体状態で羽毛ケラチン蛋白質を得ることができる。該蛋白質の保存は冷暗所で行うことができる。
【００４３】
本発明に於いては、以上のように、羽毛ケラチン蛋白質を水に溶解可能にするには、化２に示すように、過剰のチオグリコール酸で羽毛ケラチン蛋白質を還元し、次に化４、化５、化６に示すように系を酸化し溶液中の残余のスルフヒドリル基を混合ジスルフィド基（カルボキシメチルアラニルジスルフィド基）に変換させる。こうして十分な量の混合ジスルフィド基を高分子量の羽毛ケラチン蛋白質分子鎖に導入することができることになるものである。
【００４４】
以上のように、本発明の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法によれば、廃鶏やブロイラー処理等により生じた羽毛を処理して簡単にかつ低廉に可溶性羽毛ケラチン蛋白質に変換し、これを有効利用することができる。
【実施例１】
【００４５】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させた。この羽毛を1gずつ４本の300mlのフラスコに投入し、その内３本には、それぞれ水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、残りの１本には水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.5mol/l濃度のチオグリコール酸溶液50mlを加え、その内のNa-TGA濃度0．5mol/l濃度を加えた１本については、30℃で48時間の攪拌・振とうを行い、他の３本の内の２本については、いずれも30℃で、ただし一方は48時間、他方は120時間の攪拌・振とうを行い、残りの１本については、50℃で1/3時間の攪拌・振とうを行い、その後、いずれの溶液の温度も30℃に調整してから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液50mlをそれぞれ4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を濾別し、各々酢酸でpHを3.5付近に調整して高分子物質を沈澱させ、遠心分離によりその沈殿物を回収した。沈殿物重量及び不溶残渣重量Wresは真空乾燥してから測定を行った。沈殿法による沈殿物重量測定では、沈殿物の回収過程で実験誤差が入り信頼性に欠けたので、不溶残渣重量から次の数１により、残渣収率Yres(%)を求めた。
【００４６】
【数１】
【００４７】
次の表１に還元反応条件と残渣収率を示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
以上の表１のデータから理解できるように、この実施例１によれば、TGA濃度0.2mol/l以上、温度30℃以上、４８時間以上の反応時間で行った可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率は95%以上に達する。50℃、1/3時間の還元反応でも84%が得られた。
【実施例２】
【００５０】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの１０本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH9.0、10．0、10．5、10．75、11．0、11．25、11．5、12．0、12．5、13．0に調整した0.2mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlをそれぞれ上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各々濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。その凍結乾燥重量Wsolを測定した。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を凍結乾燥収率Ysolとして次の数２のように定義して求めた。
【００５１】
【数２】
【００５２】
表２にチオグリコール酸ナトリウム（Na-TGA）還元系のpH変化と凍結乾燥収率Ysolとの関係を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表２のデータから実施例２によれば還元系のpH11以上では殆ど完全に羽毛ケラチンから可溶性ケラチン蛋白質を取り出すことができることが分かる。
【実施例３】
【００５５】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ６本の50mlのフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.50mol/l濃度のチオグリコール酸溶液10mlを各フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。各濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから各溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量Wsol及び不溶残渣重量Wresを測定した。後者の重量は真空乾燥してから測定を行った。可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率(%)を、凍結乾燥収率Ysol及び残渣収率Yresを、それぞれ次の数３、数４のように定義して求めた。
【００５６】
【数３】
【数４】
【００５７】
表３にチオグリコール酸（Na-TGA）濃度変化と凍結乾燥収率及び残渣収率との関係を示す。
【００５８】
【表３】
【００５９】
実施例３によれば、表３のデータから理解されるように、チオグリコール酸濃度により凍結乾燥收率及び残渣乾燥收率は大きく変化しており、チオグリコール酸濃度が可溶性羽毛ケラチン蛋白質の収率に決定的な影響をもつことが見出された。表３のデータから、チオグリコール酸濃度は0.20mol/l濃度のときに最も良い結果が得られ、また凍結乾燥収率及び残渣収率の両者は実験誤差内で一致することも分かった。
【実施例４】
【００６０】
布団中綿用の羽毛（ホワイトグース100%）を中性洗剤で洗浄後、水洗いし、乾燥させ約5mmに細断した。この羽毛を0.2gずつ50mlの５本のフラスコに投入し、水酸化ナトリウムでpH11.0に調整した0.20mol/l濃度のチオグリコール酸溶液を5、6、8、10及び20ml（浴比として、各々25、30、40、50及び100倍）を各々上記フラスコ中に加え、これらを30℃、48時間攪拌・振とうした後、これらの溶液を30℃にしてから酢酸でpH7に調整した。これらの溶液に0.4mol/l濃度の臭素酸ナトリウム溶液10mlを4時間掛けて徐々に加え、その後、20時間放置した（従って溶液中の臭素酸ソーダの濃度は0.2mol/l）。次いで、それらの溶液から不溶物を取り除くため濾別した。濾液に酢酸ソーダを加えてpH8に調整してから溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルを充填したカラムに通して脱塩、分取し、全フラクションを凍結乾燥させた。凍結乾燥重量、Wsolを測定した。浴比の変化と収率との結果を表４に示す。
【００６１】
【表４】
【００６２】
実施例４によれば、表4のデータから分かるように、浴比５０倍のとき収率は最大値を示す。羽毛中のジスルフィド(-SS-)結合含量に対して過大量のチオグリコール酸(TGA)の存在は、前記化６の反応の抑制が十分に機能せず、前記化２及び化１の反応が起こるためである。
【実施例５】
【００６３】
還元系のpHを変化させて得られた可溶性羽毛ケラチンタンパク質のSDS-PAGEによる電気泳動法を用いて分子量についてのキャラクタリゼイションを行った。試料として、実施例２に於ける表2中pH10.0及び10.5の条件（還元: 0.2mol/l Na-TGA10mL（浴比50倍), 30℃, 48h; 酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.）で得られた、それぞれ凍結乾燥収率が71.5 及び88.0 %のSDS電気泳動パターンを未処理羽毛のそれと共に図１に示す。何れの試料の分子量も約１２６００を示し、未処理羽毛（オリジナル）のタンパク質と同様に単分散状態のタンパク質であり、可溶化処理による分子量低下は起こらないことが分かった。
【実施例６】
【００６４】
可溶性羽毛ケラチンタンパク質フィルムの作製を行った。試料として、実施例1に於ける残渣収率９９％（還元: Na-TGA(浴比50倍), pH11.0; 酸化: 0.2mol/l NaBrO3, 30℃, 24h.）の可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いた。可溶性羽毛ケラチンタンパク質及びジメチルスルフォキシドをそれぞれ３重量％と還元剤としてトリス-3-ヒドロキシプロピルフォスフィン０．１重量％を含む水溶液１．５ｍLを顕微鏡用スライド硝子（７６×２６ｍｍ）上に流延し、６０℃、１５分電気乾燥器中で加熱後、さらに１００℃で、１５分間加熱を継続した。冷却後スライド硝子全体を０．１重量％の臭素酸ナトリウム水溶液に浸漬し、酸化反応を行い、硝子表面に形成されたフィルムを剥がし、蒸留水で洗浄後、風乾した。得られたフィルムを以下の四種の条件で後処理し、フィルムの強度（N/m2）と伸び（％）の関係を測定した。フィルムの後処理の条件は、(1)室温、水中３０％延伸、(2)未延伸、(3)沸騰水中１０分浸漬、(4)エチルアルコール中２４時間浸漬処理であり、何れも透明なフィルムが得られた。図２に乾燥状態における強度−伸度曲線を示す。強靭なケラチンタンパク質繊維と較べると強度も伸度も遠く及ばないが、フィルム化できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例２で得た二つの試料及び未処理羽毛のSDS電気泳動パターンを示した図。
【図２】実施例１で得た一つの可溶性羽毛ケラチンタンパク質を用いて一定の方法で作成したフィルムを四種の条件で後処理した後、それらのフィルムの強度（N/m2）と伸び（％）の関係を測定した強度−伸度曲線を示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、
第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程と、
による可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウム、ナトリウム、アンモニウム又はカリウムの水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとした請求項１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとした請求項１又は２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程の攪拌振とうを、前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととした請求項１、２又は３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程の酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いた請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとした請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとした請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程で得られた溶液から不溶物を濾過して取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質を沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質を回収することによる請求項１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程で得られた溶液をpH7〜8に調整した後、溶液を濾過して不溶物を取り除き、その後、該溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質を分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することによる請求項１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項１】
鳥類の羽毛を浸漬した水にアルカリ性に調整したチオグリコール酸(TGA)溶液を加えて攪拌振とうする第１工程と、
第１工程で得られた溶液を中性付近に調整し、この溶液に酸化剤を加えて所定時間放置することにより可溶性羽毛ケラチン蛋白質を製造する第２工程と、
による可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程のチオグリコール酸溶液のアルカリ性への調整をリチウム、ナトリウム、アンモニウム又はカリウムの水酸化物によって行い、これによってそれらの溶液をpH8.0〜13に調整することとした請求項１の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程の溶液の中性付近への調整を該溶液に酢酸を添加することで行い、これによって該溶液をpH5〜8.0に調整することとした請求項１又は２の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程の攪拌振とうを、前記溶液を20〜50℃に保持しながら1/3〜120時間行うこととした請求項１、２又は３の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程の酸化剤として、過酸化水素、臭素酸ソーダ又は空気を用いた請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程の酸化剤として過酸化水素又は臭素酸ソーダを用い、該過酸化水素又は臭素酸ソーダを前記放置する時間の内の前半の一定時間の間に継続して徐々に添加することとした請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程の酸化剤として空気を用い、該空気を前記放置する全時間中に継続的にバブリングすることで添加することとした請求項１、２、３又は４の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程で得られた溶液から不溶物を濾過して取り除き、その後、該溶液をpH2〜4付近に調整して溶解している羽毛ケラチン蛋白質を沈澱させ、遠心分離により沈殿した羽毛ケラチン蛋白質を回収することによる請求項１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程で得られた溶液をpH7〜8に調整した後、溶液を濾過して不溶物を取り除き、その後、該溶液を分画分子量１０００〜５０００のゲルカラムに通して脱塩し、溶解している羽毛ケラチンタンパク質を分取し、すべてのフラクションを集めて、凍結乾燥することによる請求項１、２、３、４、５、６又は７の可溶性羽毛ケラチン蛋白質の製造方法。
【図２】
【図１】
【図１】
【公開番号】特開２００９−２９８７３７（Ｐ２００９−２９８７３７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６１２２（Ｐ２００８−１５６１２２）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５０５１６５５５０）
【出願人】（５９１１０６４６２）茨城県 (45)
【出願人】（５０８１８１０４３）株式会社エコロジーサポート (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５０５１６５５５０）
【出願人】（５９１１０６４６２）茨城県 (45)
【出願人】（５０８１８１０４３）株式会社エコロジーサポート (1)
【Ｆターム（参考）】
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