JPH0721061B2 - 水溶性ケラチン蛋白質の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は羊毛、羽毛、毛髪、牛や豚等の体毛、角、爪お
よび蹄等を構成している物質の主成分である硬蛋白のケ
ラチン（本明細書では以下「ケラチン蛋白質」と呼ぶ）
にアルカリ処理を施した後、酸またはアルカリによる部
分加水分解、酵素分解、酸化分解または還元分解を施す
ことによって、目的とする所望の分子量を有するケラチ
ン蛋白質を製造する方法に関するものである。本発明に
よって製造されるケラチン蛋白質は、食品、化粧品およ
び工業的製品等に使用される。

（従来技術） 従来、多くの研究者によってケラチン蛋白質を可溶化す
る様々な方法が提案されている。

かかる従来法は基本的には、ケラチン蛋白質中のシスチ
ン残基に存在するジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−）を還
元剤で開裂させてチオール基（−SH）とし（第一工
程）、次いで液体媒体中で酵素等を作用させて主鎖のペ
プチド結合を切断する（第二工程）二つの工程からな
る。この方法の第一工程では、まず尿素水を添加するこ
とによってケラチン蛋白質を膨潤させ、次いでチオグリ
コール酸、メルカプトエタノール、チオグリセリンおよ
びチオサリチル酸等のメルカプタン類または硫化ソー
ダ、硫化カリウム、硫化カルシウム、硫化トリエタノー
ルアミン、硫化ジエタノールアミンおよび硫化モノエタ
ノールアミン等の硫化物等の還元剤を用いてジスルフィ
ド結合を開裂させる。また第二工程では、一般にpH1−
３の領域でペプシン等の酸性酵素、pH5−８の領域でプ
ロメライン等の中性酵素を長時間作用させてぺプチド結
合を切断する。かかる二工程からなる方法が、現在水溶
性ケラチンの製造方法の研究の中心となっている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、かかる従来法にはその構成に特有の課題があ
る。

従来法の第二工程におけるペプチドの切断の容易性は、
第一工程の条件によって左右される。従って、第一工程
の内容や条件をいかなるものにするかが現在も重要な課
題となっており、当業者間で種々検討がなされている。
しかし、第一工程で還元剤を効率良く働かせるためには
pHをアルカリ領域にしなければならないという制限があ
り、条件の検討は必ずしも容易でない。

さらに、従来法の第一工程および酵素等を使用する第二
工程はともに操作が煩雑であり反応の制御が比較的困難
である。また、各工程に要する時間が長くかつ経費も高
いという問題がある。さらに、従来法は各工程のロスが
大きいため収率も悪いという点が課題となっている。

（課題を解決するための手段） 本発明は、かかる従来法の課題を解決し、食品、化粧
品、工業用製品等の使用目的に応じた所望の分子量の水
溶性ケラチン蛋白質を、処理時間が短くて簡便な工程で
収率良く得る方法を提供するものである。

本発明の適用対象とするケラチンは、羊毛、羽毛、毛
髪、牛や豚等の体毛、角、爪および蹄等を構成するケラ
チン蛋白質のいずれであっても良い。

本発明は、本質的にアルカリ処理および部分分解の二工
程を含む方法である。そして本発明の主たる特徴は、ケ
ラチン蛋白質にアルカリ処理を施すことによって、従来
法と根本的に異なる機構を経て水溶性ケラチン蛋白質を
製造する点にある。

本発明のアルカリ処理は、アルカリ性塩の溶液にケラチ
ン蛋白質を浸漬することによって行う。本発明のアルカ
リ性塩は溶液にしたときにアルカリ性を示す塩を広く含
むが、その中でも水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム
または水酸化カリウムを用いるのが好ましい。また、特
に好ましく一般的なのは水酸化カルシウムである。

かかるアルカリ性塩の溶液にケラチン蛋白質を浸漬する
ことによって、ケラチン分子中のジスルフィド結合（−
Ｓ−Ｓ−）は部分的にチオエーテル結合（−Ｓ−）に変
わる。ジスルフィド結合を開裂してチオール基（−SH）
にする従来法と異なり、本発明はチオエーテル結合をケ
ラチン蛋白質中に部分的に形成させる点に新規な特徴が
ある。具体的には、ケラチン蛋白質中のジスルフィド結
合を有するシスチン残基をチオエーテル結合を有するラ
ンチオニン残基に変えることを特徴とする。チオエーテ
ル結合は、非常に強固であるためアルカリ処理後のペプ
チド分解工程において切断されることはなく最後までケ
ラチン蛋白質中に残存する。従って、アルカリ処理の段
階でランチオニン残基生成を制御することによって、最
終生成物たる水溶性ケラチン蛋白質の分子量を調節する
ことが可能になる（試験例２）。

ランチオニン残基生成の制御は、アルカリ性塩溶液の濃
度、アルカリ処理の時間および温度等の条件のいずれか
一つを変化させることによって行っても良いし、またこ
れらの条件を組合わせて行ってもよい。具体的には、ア
ルカリ性塩として水酸化カルシウムを使用する場合には
濃度0.1重量％から飽和溶液（３−４重量％）のものま
で用いることができ、pHは11−13の範囲で、処理温度は
40℃以下、浸漬時間は24時間以内で変えることができ
る。また、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを使
用する場合には濃度0.001−0.1Nののものまで用いるこ
とができ、pHは11−13の範囲で、処理温度は40℃以下、
浸漬時間は24時間以内で変えることができる。アルカリ
処理中、アルカリ性塩の溶液は攪拌してもよい。また、
アルカリ処理の前後にケラチン蛋白質を適宜通常の方法
により水洗する。

処理対象とするケラチン蛋白質について、予めアルカリ
処理条件とランチオニン残基生成量との関係を明らかに
しておけば、所望の分子量の水溶性ケラチン蛋白質を効
率良く得ることができる。

例えば試験例１で用いたケラチンについては、アルカリ
処理の時間が長ければシスチン残基からランチオニン残
基への変換率が高まり、その具体的関係は第１表に示す
通りになっている。かかる関係を処理温度等の他の条件
についても明らかにしておけば、所望の分子量を有する
水溶性ケラチンを得るための条件を適確に選択すること
が可能となる。さらに、アルカリ処理後のペプチド分解
の条件とも組合わせることによって分子量調節をより適
確に行うことが可能となる。このように従来法に比べて
本発明には変化させることができる条件が多いため、本
発明はより高い精度で分子量を調節できる点にも特徴が
ある。

本試験例によるアルカリ処理は、シスチン残基とランチ
オニン残基以外のアミノ酸残基になんら実質的な変化を
与えないことも試験例１から明らかになっている。従っ
て、本発明のアルカリ処理はシスチン残基に選択的に作
用するものであり、好ましくない副反応を伴うものでは
ない。また、本発明のアルカリ処理はアルカリ性塩の溶
液にケラチン蛋白質を浸漬するという非常に簡便なもの
で処理時間も短い点で実用性が極めて高い。

ケラチン蛋白質はアルカリ処理した後、ペプチド結合の
部分分解に処される。かかる部分分解は酸加水分解、ア
ルカリ加水分解、酵素分解、酸化分解または還元分解等
の通常用いられる方法をそのまま使用することができ
る。上述の従来法では、アミノ酸レベルにまで分解が進
行してしまうため酸またはアルカリ部分分解を行うこと
ができないのに比べて、本発明ではペプチド分解法の選
択の幅が大きくなっている。本発明によって酸加水分解
を行う場合には例えば10−30重量％の塩酸４−8kgに対
して１−2kgの割合でケラチン蛋白質を加え80−100℃で
１−10時間分解を行う。部分分解を行った後は、アニオ
ン交換樹脂で脱酸する。また、アルカリ加水分解を行う
場合には例えば0.1−10％の水酸化ナトリウム水溶液４
−8kgに対して１−2kgの割合でケラチン蛋白質を加え70
−100℃で１−５時間分解を行う。部分分解を行った後
は、カチオン交換樹脂で脱酸する。

本発明の水溶性ケラチン蛋白質の製造方法は、上述のア
ルカリ処理およびペプチドの部分分解以外の工程を含ん
でも良い。例えば、ペプチドの部分分解後に脱塩、
過、脱臭および脱色等の精製を行ってもよい。また、部
分分解、精製後に濃縮し乾燥してもよい。さらに、溶液
状にしておいて防腐剤等を添加してもよい。

本発明をさらに以下の実施例、試験例によって具体的に
説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例、試験例に
限定されるものではない。

実施例１ ケラチン蛋白質1kgを水洗後、１重量％の水酸化カルシ
ウム水溶液に６時間浸漬した。その後、ケラチン蛋白質
を水洗し、30重量％塩酸酸性溶液４を加えて100℃で
２時間沸騰した。この溶液を活性炭で脱色、脱臭処理し
て淡黄褐色のオリゴケラチンを得た。得られたオリゴケ
ラチンの分子量はゲル過法による測定の結果約1000で
あることが判明した。

実施例２ ケラチン蛋白質1kgを水洗後、１重量％水酸化カルシウ
ム水溶液に２時間浸漬した。その後、ケラチン蛋白質を
水洗し、10重量％塩酸酸性溶液４を加えて100℃で４
時間沸騰した。この溶液を活性炭で脱色、脱臭処理して
淡黄褐色のオリゴケラチンを得た。得られたオリゴケラ
チンの分子量はゲル過法による測定の結果約400であ
ることが判明した。

実施例３ ケラチン蛋白質1kgを水洗後、0.5重量％水酸化カルシウ
ム水溶液に24時間浸漬した。その後、ケラチン蛋白質を
水洗し、50％過ギ酸５を加えて35℃で24時間酸化分解
した。この溶液を活性炭で脱色、脱臭処理して淡黄褐色
のオリゴケラチンを得た。得られたオリゴケラチンの分
子量はゲル過法による測定の結果約1000であることが
判明した。

試験例１ ケラチン蛋白質を水洗後、最終濃度が0.5重量％になる
ような水酸化カルシウム溶液に室温で浸漬した。浸漬を
行っていないケラチン蛋白質および浸漬を開始してから
１、２、６および24時間後に取出したケラチン蛋白質を
水洗後、ケラチン蛋白質中のシスチン残基、ランチオニ
ン残基等のアミノ酸残基の組成を調べた。その結果は、
第１表に示す通りである。

試験例２ ケラチン蛋白質を水洗後、2.0重量％水酸化カルシウム
水溶液に28℃で１、６および24時間浸漬した。その後、
水洗し中和したケラチン蛋白質1kgを、2.9重量％水酸化
ナトリウム水溶液８に入れ80℃で３時間加水分解し
た。加水分解後のケラチン蛋白質を過、脱塩した後波
長280nmの紫外線で検出しながらセファデックス（Sepha
dex）Ｇ−75カラムを通して分子量の変化を測定した。
第１図は浸漬時間１、６および24時間の試料それぞれの
クロマトグラムである。それぞれの試料のピークと卵白
アルブミン、牛アルブミンおよびチトクロームＣ等の標
準物質の検量曲線との比較から、浸漬時間１、６および
24時間の試料のピークの分子量はそれぞれ9,700、19,00
0および36,000であると推定される。本実施例によっ
て、アルカリ性塩への浸漬時間を長くしてランチオニン
残基を多くしておくと最終生成物の分子量が大きくなる
ことが示された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、試験例２の条件により水酸化カルシウム溶液
に浸漬した後アルカリ加水分解したケラチン蛋白質のセ
ファデックスＧ−75によるクロマトグラムである。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０７Ｋ 1/12 8318−4Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケラチン蛋白質をアルカリ性塩の溶液中に
   浸漬した後、酸またはアルカリによる部分加水分解、酵
   素分解、酸化分解または還元分解をして水溶性ケラチン
   蛋白質を製造する方法