JP2000503592A - シアン化金属の生分解 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シアン化金属又は２以上のシアン化物の混合物を生分解する方法であって、該シアン化物を１以上含有する培地において生物を成長させることを含み、該培地のｐＨが６以下である該方法。

Description

【発明の詳細な説明】 シアン化金属の生分解 本発明は、シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物、及び特にシアン 化鉄又はシアン化鉄混合物の生分解に関するものである。 メタンガスを生成する石炭ガス化は、19 世紀から 1960 年代中頃において、 欧州の殆どの国、英国及び米国で共通のプラクチスであった。この方法は、ガス 化及びその後の精製の副生成物で汚染された、推定5,000の従来のガス工場を残 して廃止された。これらの汚染物には、典型的に、硫黄及びシアン化物含有化合 物などの無機物、金属、揮発性芳香族炭化水素、フェノール類及びポリ芳香族炭 化水素類（ＰＡＨ）が含まれる。ガスを、酸化鉄を含有する酸化物精製機に通す ことによるシアン化水素及び硫化水素の除去により、シアン化物を45,000mgkg^-1 まで含有する廃酸化鉄が生成される。シアン化物の殆どは、プルシアンブルー(F e₄[Fe(CN)₆l₃)などの化合物の形態で鉄と錯体を形成し、これにより、廃酸化鉄 にその特徴的な青色が付与される。プルシアンブルーの溶解度は、ｐＨに依存す るところが大きい。低いｐＨ（ガス工場汚染物の典型）で非常に安定で不溶解性 であるにもかかわらず、ｐＨ４以上で、地下水中のシアン化鉄濃度は、リーチン グ及びランオフ(run-off)のために、オランダの最大許容レベル200μｇＬ^-1(1.2 8×10^-6ｍＭに等しい）（Meeussen ら、1992年）を越え得る。この濃度について 、Meeussen ら(1992 年)は、全てのプルシアンブルーを、シアン化鉄濃度が許容 可能なレベルに低下されるより前に、除去すべきと結諭付けた。毒性化合物が完 全なミネラル化を受ける生物学的方法は、安価であることが多く、かつ、そのよ うな毒性化学物質を除去する化学的方法よりも環境学的配慮がなされているよう に思われる。従って、プルシアンブルーを含有するシアン化鉄化合物を分解する 能力を有する生物の単離が、特に望まれる。 Stemphylium lotiは、シアン発生植物バーズフット三つ葉(cyanogenic plantb irdsfoot trefoil)の病原菌である。その病原菌は、シアンを含む。 Ｈ₂Ｏ＋ＨＣＮ→ＨＣＯＮＨ₂ Fry 及び Millar(1972 年)は、また、酵素が、7.0〜9.0 の最適ｐＨ活性範囲 を有することを示した。 シアン化物ヒドラターゼは、以前から、Fusarium laterium(Cluness ら、1993 年)及びGloeocercospora sorghi(Wang及びVan Etten、1992年)を含む、多くの他 の菌(fungi)から精製されていた。 Harris 及び Knowles（1983a）により最初に単離された、バクテリアのPseudo monas Fluorescens NCIMB 11764は、窒素が制限された条件下で中性条件下で供 給バッチ(fed batch)中においてＫＣＮを利用する。このケースにおいて主要な 酵素は、シアン化物オキシダーゼ（Harris 及び Knowles、1983b）であり、シア ン化物が、その後に工業的方法において利用されるアンモニアに転化される。 ＨＣＮ＋Ｏ₂→ＣＯ₂＋ＮＨ₃ Kunz ら(1992年)は、後に、シアン化物ヒドラターゼがPseudomonas 種中に存 在するが、その活性は、20〜50ｍＭ の高い濃度のシアン化物に限られているこ とを示した。 Pseudomonas Fluorescens NCIMB 11764(Rollinson ら、1987 年)、Pseudomona s putida BCN3(Silva-Avalos ら、199x)及び Pseudomonaspaucimobilis mudlock ＡＴＣＣ 39204（Mudder 及び Whitlock の米国特許第4,461,834号公報を参照 されたい)を含む、多くのバクテリアは、中性ｐＨ値で、窒素が制限されたバッ チ又は連続培地においてシアン化ニッケル[Ni(CN)₄ ²¹]の形態の適度に強力な金 属の錯体化シアン化物を利用する能力を有する。再び、シアン化物オキシゲナー ゼの活性が観察された。 Ni(CN)₄ ^2-及びCu(CN)₄ ^2-を含む、多くのメタロシアン化物が、中性ｐＨ（ｐＨ ７付近）でバクテリアにより生分解され得ることが示されている事実にもかかわ らず、シアン化鉄の下で成長する能力を有する微生物の前培養物(preculture)又 は微生物の混合培養物は、単離されていない。また、約７未満のｐＨ でメタロ シアン化物を分解可能な生物の文献はない。同様に、多くの菌は、シアニドヒド レートを用いる解毒化により、ＨＣＮ の形態のシアン化物に耐性があることが 示されているが、菌が、ｐＨ７又はそれ以外でメタロシアン化物の下で成長する こ とは示されていない。 本発明の１つの態様では、シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を 生分解する方法であって、該シアン化物を１以上含有する培地において生物を成 長させることを含み、該培地のｐＨが６以下であることを特徴とする該方法が提 供される。好ましくは、生物は菌類(fungi)である。 本発明の他の態様では、シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を生 分解する方法であって、該シアン化物を１以上含有する培地において菌類を成長 させることを含み、該培地のｐＨ が７．５以下であることを特徴とする該方法 が提供される。 本発明の更なる態様では、シアン化鉄又は２以上のシアン化鉄の混合物を生分 解する方法であって、該シアン化物又はシアン化物の混合物を含有する培地にお いて菌類を成長させることを含むことを特徴とする該方法が提供される。 好ましくは、培地のｐＨは、7.5未満であり、３〜６がより好ましい。 本発明の更なる態様では、菌類は、Fusarium solarii(ＩＭＩ 369371)である 。 本発明の更なる態様では、菌類は、Tricoderma Polysporum(ＩＭＩ 369372)で ある。 本発明の更なる態様では、菌類は、Fusar oxysporum(ＩＭＩ 370462)である。 本発明の更なる態様では、菌類は、Penicillin miczynski(ＩＭＩ 360461)で ある。 本発明の態様を、以下に記載する。 廃ガス工場用地から回収した土を用い、ｐＨ４(50ｍＭ 琥珀酸塩/10ｍＭ Ｎａ ＯＨ)に設定した濃縮物(enrichment)から、単独の窒素源として添加された場合 に、シアン化ニッケル(Ni(CN)₄ ²¹)、フェリシアン化カリウム(K₄Fe(CN)₆)、フェ ロシアン化カリウム(K₃Fe(CN)₆)、及びプルシアンブルー(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)を含む メタロシアン化物錯体の下で、かつ、酸性条件下（約ｐＨ４）で成長する能力を 有する菌類を含む混合培養物を得た。 成長は、黒色の菌バイオマス(black fungal biomass)の形成により観察できた 。窒素源を培地に添加しなかったときには、成長しなかった。シアン化鉄錯体の 除去は、２通りの方法によりモニターすることができる。シアン化鉄のケースに おける第１のものでは、培地の青色（プルシアンブルーの形成によるもの）を、 菌 類を成長させることにより、無色になるまで退色した。非接種培地であるコント ロール培地は、青色のままであった。第２のものは、培地中のメタロシアン化物 濃度によるものであり、それは、培地の酸性化及び蒸留を行ってシアン化物を放 出した後に、ＮａＯＨ中においてトラップされ、ジオネックス(dionex)に通され た遊離シアン化物濃度について測定した。酸化鉄のケースにおいては、95％を越 えるシアン化物を菌類を含有する培地から除去したが、コントロール培地におい ては、90％を越える原(original)シアン化物濃度を保った。 主要な菌種は、Fusarium sp であることを確認した。また、他の菌種であるTr icodermata sp を、Fusar sp 及び Penicillin sp と共に確認した。濃縮物は、 25mlの0.2Ｍ 琥珀酸バッファー、１ml の１Ｍ ＮａＯＨ、0.1ml の痕跡元素、１ ml のMgSO₄/CaCl₂、0.25mM Ni(CN)₄ ^2-、10mM グルコース、１mlのＭ９燐酸緩衝 液(NH₄Clの添加なし)からなる培地（ｐＨ４）を用いて設定した。培地は、250ml の振とうフラスコにおいて蒸留Ｈ₂Ｏを用いて100mlとした。 前記用地の端(edge)からの廃酸化鉄の山又は汚染土壌のいずれかからの材料(1 g)を、培地に添加し、25℃で暗所において振とう（空気の存在下）した。これら の濃縮サンフワレは、約６週間前に廃ガス工場用地から採取し、４℃で貯蔵した ものである。 10 日後、フラスコを固定し、培地５mlを、単独の窒素源として0.25mMの(Ni(C N)^2-を含有する新鮮な培地(pH4)100mlに人れた。この手順を７日後に繰り返した が、このとき、窒素源を含まない培地にも接種を行った。 菌類の成長は、菌類の接種源を含有するフラスコにおいて、又は汚染土壌を含 有する濃縮フラスコからの本来的なブラックマットとして明白なものとなった。 微生物の成長は、廃酸化鉄のみを含有する濃縮フラスコからは明らかでなかった 。窒素を添加しなかったフラスコにおいて、成長は可視的でなかった。 ２つのより連続的な培養(two more consecutive sub-culture)を行ない、再度 、窒素源を含まないか又は単独の窒素源として0.5mM Ni(CN)₄ ^2-を含む培地に入 れた。再度、成長は、Ni(CN)₄ ^2-についてのみ観察された。また、成長は、窒素 源として0.5mM Cu(CN)₄ ^2-又はアンモニアを有する場合に観察された。しかしな がら、アンモニアについては、菌類の成長が可視的であったものの、その培地が 曇ったものとなり、バクテリアが成長していることが示された。 濃縮工程後、培地は、単独の窒素源として、0.5mMのK₄Fe(CN)₆又はK₃Fe(CN)₆ のいずれかを添加して設定した。いずれかの塩を培地に添加した場合、それは、 完全に溶解して、K⁺及びFe(CN)₆ ^4-又はFe(CN)₆ ^3-イオンのそれぞれを放出した。 Fe(CN)₆イオンは、それらの安定性のために解離しなかったが、遊離イオンを 含む痕跡元素を添加すると、Fe(CN)₆イオンは、直ちに、痕跡量のイオンと反応 して、プルシアンブルー(Fe₄[Fe(CN)₆]₃)を沈澱させた（H.Meeussen、パーソナ ル通信)。最初に、添加したK₄Fe(CN)₆を有する培地の色彩は青色であり、一方、 K₃Fe(CN)₆を有する培地の色彩は緑色であり、この相違は、おそらく、異なる量 のカリウムがブルシアンブルーと共沈澱(co-predpitate)していることによるも のであるが、Fe(CN)₆イオンが緩やかに分解し始めて、少量のＣＮ^-及び遊離イオ ンを放出すると、更なるフワレシアンブルーが形成されるので、時間の経過及び 光への暴露で、両培地共に明るい青色となる。その後、遊離イオンは、直ちに、 残存Fe(CN)₆と反応して、プルシアンブルーを形成する。また、この後者の反応 は、イオンを含まない痕跡元素を培地に添加すると生じる。 沈澱したプルシアンブルーにおいて、イオンの一部はFe²⁺として、また一部は Fe³⁺として存在する。プルシアンブルーを形成するためには、培地が、Fe²⁺及び Fe(CN)₆ ^3-又はFe³⁺及びFe(CN)₆ ^4-のいずれかを含むことが必要である。いずれの 組み合わせによっても、同様のプルシアンブルー沈澱が生じる。両形態が、酸化 型(Fe³⁺＋Fe(CN)₆ ^3-)又は還元型(Fe²⁺＋Fe(CN)₆ ^4-)にある場合、プルシアンブル ーが形成される傾向にないであろう。しかしながら、酸化型は、高度に酸化され ており、有機材料（例えば、微生物のｐＨ４成長培地中に存在する琥珀酸塩バッ ファー）と反応して、プルシアンブルーを沈澱させるのに必要な還元型を形成す るであろう。同様に、還元の組み合わせは、空気に対して特に反応的か、又は空 気と反応して、部分酸化され、再び、プルシアンブルーとして沈澱する。 菌類（５％接種）をシアン化鉄培地に添加(K₄Fe(CN)₆又は K₃Fe(CN)₆のいずれ かを添加）した後約 20 日、成長は、ブラックマットとして可視的であり、培地 は無色となった。 コントロールの実験では、K₄Fe(CN)₆、K₃Fe(CN)₆(双方とも、上述したよう に反応して、プルシアンブルーを生成する)、Ni(CN)₄ ^2-又は窒素源なしのいずれ かにフラスコの設定をした。それぞれのケースにおいて、各窒素源を含有する培 地には、５％の菌類を接種し、窒素源なしのコントロールには、前述のNi(CN)₄ ^{2 -} 成長培地から接種した。また、接種を行わなかったコントロールフラスコを設 定した。フラスコを、25℃で暗い振とう培養器に置き、空気に暴露したが、それ らを、観察のために周期的に光にさらした。 全てのケースにおいて、成長は、窒素源を含有するフラスコにおいて可視的で あった。窒素を含まないコントロールにおいては、成長は可視的でなかった。シ アン化鉄(プルシアンブルーを提供する)及び菌類を含有するフラスコにおいて、 培地（ｐＨ約４）は、約 20 日後に無色となったが、接種を行わなかったフラス コについては、培地は、明るいブルーのままだった。光の下に置いた場合、プル シアンブルーの青色沈澱物が、K₄Fe(CN)₆又は K₃Fe(CN)₆コントロールフラスコ において可視的であった。 また、接種したフラスコにおけるシアン化物の消失を、培地の酸性化及び蒸留 を行って、錯体からシアン化物を放出させることにより測定した。遊離シアン化 物を、NaOH 中においてトラップ(trap)し、ジオネックスシステム(Dionexsystem )を用いて分析した。シアン化鉄のケースにおいては、菌類を含有する培地にお ける95％を超えるシアン化物が分解され、一方、コントロール（非接種の）培地 においては、90％を越える原シアン化物濃度が維持された。Ni(CN)₄ ^2-について 、シアン化物は接種したフラスコから回収されなかったが、非常に微量のシアン 化物がコントロールフラスコから回収され、これは、この錯体がｐＨ₄で不安定 なものであることによる。この分析を図１に示す。 また、接種した培地及びコントロールフラスコのｐＨ 値を、26 日後に測定し た。成長が起こった全てのケースにおいて、ｐＨの増加が起こった(図２を参照 されたい)。

【手続補正書】 【提出日】１９９９年３月３０日（１９９９．３．３０） 【補正内容】 １．請求の範囲を別紙の通り訂正する。 ２．本件明細書第３貞１４行の「Fusarium solarii」を「Fusarium solani」に 訂正する。 請求の範囲 １.シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を生分解する方法であって 、該シアン化物を１以上含有する培地において生物を成長させることを含み、該 培地のｐＨが６以下であることを特徴とする該方法。 ２.生物が菌類である請求項１に記載の方法。 ３.シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を生分解する方法であって 、該シアン化物を１以上含有する培地において菌類を成長させることを含み、該 培地のｐＨが７．５以下であることを特徴とする該方法。 ４.シアン化鉄又は２以上のシアン化鉄の混合物を生分解する方法であって、該 シアン化物又はシアン化物の混合物を含有する培地において菌類を成長させるこ とを含むことを特徴とする該方法。 ５.培地のｐＨが７．５未満である請求項４に記載の方法。 ６.ｐＨが３〜６である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７.菌類が、Fusarium solani(ＩＭＩ 369371)、Tricoderma polysporum(ＩＭＩ 369372)、Fusar oxysporum(ＩＭＩ 370462)、Scytalidium thermophilium(ＩＭ Ｉ 370463)及びPenicillin miczynski(ＩＭＩ 360461)からなる群から選択され る請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８.Fusarium solani(ＩＭＩ 369371)。 ９.Tricoderma polysporum(ＩＭＩ 369372)。 10.Fusar oxysporum(ＩＭＩ 370462)。 11.Scytalidium thermophilium(ＩＭＩ 370463)。 12.Penicillin miczynski(ＩＭＩ 360461)。 13.シアン化金属を、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の株の菌類バイオマ スからの抽出物又は酵素と接触させることを含む、シアン化金属を生分解する方 法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｎ 1/14 Ｃ１２Ｎ 1/14 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，Ａ Ｕ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ， ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 バークレイ ミッシェル イギリス ケント シーティー１ ３キュ ーエフ カンタベリー オックスフォード ロード 21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を生分解する方法であって 、該シアン化物を１以上含有する培地において生物を成長させることを含み、該 培地のｐＨが６以下であることを特徴とする該方法。 ２.生物が菌類である請求項１に記載の方法。 ３.シアン化金属又は２以上のシアン化金属の混合物を生分解する方法であって 、該シアン化物を１以上含有する培地において菌類を成長させることを含み、該 培地のｐＨが７．５以下であることを特徴とする該方法。 ４.シアン化鉄又は２以上のシアン化鉄の混合物を生分解する方法であって、該 シアン化物又はシアン化物の混合物を含有する培地において菌類を成長させるこ とを含むことを特徴とする該方法。 ５.培地のｐＨが７．５未満である請求項４に記載の方法。 ６.ｐＨが３〜６である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７.菌類が、Fusarium solani(ＩＭ 369371)、Trichoderma polysporum(ＩＭＩ 3 69372)、Fusar oxysporum(ＩＭＩ 370462)、Scytalidium thermophilium(ＩＭＩ 370463)及びPenicillin miczynski(ＩＭＩ 360461)からなる群から選択される 請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８.Fusarium solanii(ＩＭＩ 369371)。 ９.Tricoderma polysporum(ＩＭＩ 369372)。 10.Fusar oxysporum(ＩＭＩ 370462)。 11.Scytalidium thermophilium(ＩＭＩ 370463)。 12.Penicillin miczynski(ＩＭＩ 360461)。 13.図に関連して先に記載した実質的な方法。 14.シアン化金属を、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の株の菌類バイオマ スからの抽出物又は酵素と接触させることを含む、シアン化金属を生分解する方 法。 15.図に関連して先に記載した実質的な方法。