JPH08296177A - 繊維の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理後の繊維の強度を低下させず、さらに固
定化酵素を容易に回収できる繊維処理方法を提供する。 【構成】 アミノ酸（共）重合体と酵素が結合した固定
化酵素を繊維に接触させることを特徴とする繊維の処理
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固定化酵素を用いる繊維
処理に関する。さらに詳しくは、繊維の強度を低下させ
ることなく繊維の風合いや手触りを改良することがで
き、固定化酵素が容易に回収できる繊維の処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、酵素反応が種々の産業分野で利用
されるようになっており、特に繊維の風合いや手触りを
向上させるために酵素処理が行なわれている。従来、繊
維を処理する場合に用いられる酵素の多くは、溶液に可
溶な酵素によるものであった。繊維の処理に用いた酵素
を回収、再使用することは、比較的高価な酵素を効率よ
く使用でき経済的であるとともに、廃液から酵素成分を
取り除くことで水質汚濁などの環境公害問題を解決でき
ることから重要である。しかしながら、繊維処理に用い
た酵素を反応溶液から回収するためには、分離・精製技
術を駆使しなくてはならず、技術的に非常に困難であっ
た。このような欠点を解決するべく考えられたのは、酵
素を反応系に不溶の担体に固定化し、固定化酵素とする
ことである。酵素を担体に固定化することにより反応系
や生成物から酵素を容易に回収することができる。ま
た、このような固定化酵素をカラムなどに封入すること
で、連続反応が可能となり、生産効率の向上も望める。
さらに従来では、酵素反応制御を熱や化学処理により当
該酵素を失活させることにより行なわれていたのが、固
定化酵素を用いることにより酵素を反応系から容易に分
離することができ、効率よく反応を制御できるなど多く
の利点が考えられる。固定化酵素の製造技術は、古くか
ら考案されており、例えば酵素の固定化は、活性炭やシ
リカゲル、アルミナなどの無機担体やセルロース、デン
プン、キチン、アルギン酸、コラーゲンなどの天然高分
子担体やポリアクリルアミド、ポリアミノポリスチレ
ン、エチレンーマレイン酸誘導体などの合成高分子担体
に、物理吸着、イオン結合、共有結合、格子、マイクロ
カプセル化などの方法で行なわれ、これらの固定化酵素
の一部はすでに実用化されている。

【０００３】しかしながら、このような従来の固定化酵
素を用いた繊維処理では、酵素が水不溶性となっている
ために反応系が不均一となり、反応効率の低下などの不
都合が生じる。即ち、酵素を水不溶性担体に結合するこ
とにより、酵素の高次構造の変化が生じたり、担体との
立体的影響や静電的な影響により基質と酵素との相互作
用が変化する可能性が高く、結果的に長時間の反応が必
要となる。そこで、反応中は水溶性となり均一反応系の
場を提供し、酵素それ自身は固定化酵素としての性質を
もつ固定化酵素が望まれる。このような目的を達成する
ものとして固定化酵素が特開昭62-14782号公報に開示さ
れている。しかしながら、該固定化酵素はその目的を達
成するために、カルシウム、マグネシウムなどの金属塩
を加えたり、その金属塩を除くためにエチレンジアミン
四酢酸、クエン酸などのキレート剤を用いる必要があ
る。多くの酵素は、その活性を発現するためには金属イ
オンを要求するために、キレート剤を用いる上述の固定
化酵素では使用できる酵素に制限が生じる。また、金属
塩や高価なキレート剤の使用の必要性から経済的に問題
が生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来の固定化酵素の欠点を解決し、水溶性と水不溶性の両
者の利点を兼ね備え、かつ簡便な方法で使用でき酵素反
応効率の優れた固定化酵素を用いた繊維の処理方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アミノ酸
（共）重合体と酵素が結合した固定化酵素（以下、単に
固定化酵素という）を繊維に接触させることを特徴とす
る繊維の処理方法を提供するものである。以下に本発明
を詳細に説明する。本発明に使用するアミノ酸（共）重
合体は、アミノ酸モノマーを単独重合あるいは共重合し
たものである。アミノ酸モノマーは、天然に存在するア
ミノ酸の他に、非天然型の構造をもったアミノ酸も使用
することができる。本発明において、アミノ酸モノマー
はその重合体が溶液のpHの変化で水溶性-水不溶性の可
逆的形態変化を取る必要があり、例えばグルタミン酸、
アスパラギン酸、リシンなどが挙げられる。また、アミ
ノ酸共重合体としては、ポリアミノ酸よりなるブロック
成分（Ａ）と他の重合体よりなるブロック成分（Ｂ）と
からなるブロック共重合体、例えば（Ａ）−（Ｂ）ブロ
ック共重合体、（Ａ）−（Ｂ）−（Ａ）ブロック共重合
体などを挙げることができる。ここで、ブロック成分
（Ｂ）としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ス
チレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共
重合体、ブタジエン−イソプレン共重合体などを挙げる
ことができ、これらブロック成分（Ｂ）の末端の少なく
とも一方にアミノ基、アルコキシ基などの基を導入し、
アミノ酸モノマーと共重合させることによりブロック共
重合体とすることができる。本発明におけるアミノ酸
（共）重合体では、アミノ酸モノマーが２０モル％以上
（共）重合されていることが好ましい。アミノ酸モノマ
ーが２０モル％未満であると溶液のpH変化により十分な
水溶性-水不溶性の可逆的形態変化をとることが難しく
なる。本発明において、アミノ酸モノマーの(共)重合は
公知の方法を用いればよく、例えばＮ-カルボキシ- α-
アミノ酸無水物の開環重合法、各種活性エステルや縮合
剤を用いる方法などを用いることができる。アミノ酸
（共）重合体の重合度は、通常、５〜５０００の範囲、
好ましくは１０〜１０００である。アミノ酸（共）重合
体の重合度が５未満であると固定化酵素を不溶化した時
に分離がし難くなり、重合度が５０００を超えると反応
系の粘度が高くなり取り扱いに不便が生じる。

【０００６】本発明で使用する酵素としては、目的とす
る繊維処理に効果的な酵素を選択すればよい。具体的に
は、アミノペプチダーゼ、キモトリプシン、パパイン、
ウロキナーゼ、ウレアーゼ、アミダーゼ、アスパラギナ
ーゼ、プロテアーゼ、グルコースフォスファターゼ、ア
ミラーゼ、キチナーゼ、リゾチーム、セルラーゼ、イン
ベルターゼ、ペクチナーゼ、リパーゼ、リボヌクレアー
ゼ、各種制限酵素（エンドデオキシリボヌクレアーゼ）
等の加水分解酵素、リシンラセマーゼ、UDPガラクトー
スエピメラーゼ、グルコースイソメラーゼ、乳酸ラセマ
ーゼ、リシンアミノムターゼなどの異性化酵素、グリシ
ンメチルトランスフェラーゼ、トランスケトラーゼ、リ
シンアセチルトランスフェラーゼ、グルタミルトランス
フェラーゼ、フォスフォリラーゼ、ヘキソキナーゼ、フ
ォスフォグリセロムターゼ、グルタミン酸アミノトラン
スフェラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラー
ゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、クレアチンホスホキ
ナーゼなどの転移酵素、アルコールデハイドロゲナー
ゼ、アルデヒドデハイドロゲナーゼ、フマレートリダク
ターゼ、ラクテートデハイドロゲナーゼ、グルコースデ
ハイドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、アミノ酸
オキシダーゼ、ニコチネートデハイドロゲナーゼ、ハイ
ドロキシルアミンオキシダーゼ、グルタチオンデハイド
ロゲナーゼ、シトクロムｃオキシダーゼ、カタラーゼ、
ペルオキシダーゼ、リポオキシゲナーゼ、スーパーオキ
サイドディスムターゼなどのような酸化還元酵素、オル
ニチンデカルボキシラーゼ、リシンデカルボキシラー
ゼ、エノラーゼ、トリプトファンシンセターゼ、アデニ
レートシクラーゼなどのリアーゼ、t-RNAシンセター
ゼ、アセチルCoAシンセターゼ、グルタミンシンセター
ゼなどのリガーゼを挙げることができる。

【０００７】酵素とアミノ酸（共）重合体との結合は、
共有結合法あるいはイオン結合法により達成される。共
有結合法による結合は、アミノ酸（共）重合体が有する
カルボキシル基、アミノ基、水酸基、スルホヒドリル基
などや末端のカルボキシル基、アミノ基と、酵素が有す
るカルボキシル基、アミノ基、水酸基、スルホヒドリル
基などとの間での反応で達成されるが、その反応方法は
いかなる方法を用いてもよい。例えばペプチド法を利用
するならば、アミノ酸（共）重合体の側鎖あるいは末端
のカルボキシル基をアジド、クロリド、イソシアナート
などの誘導体とし、これと酵素のアミノ基と反応させる
方法、あるいは、カルボジイミド化試薬やウッドワード
試薬Ｋのような縮合試薬を用いて、アミノ酸（共）重合
体のカルボキシル基やアミノ基と酵素のカルボキシル基
やアミノ基との間で反応させる方などが挙げられる。ま
た、アルキル化法では、アミノ酸（共）重合体をハロゲ
ン化アセチル誘導体、トリアジニル誘導体、ハロゲン化
メタクリル誘導体などで活性化し、酵素のアミノ基やフ
ェノール性水酸基やチオール基と反応させてもよく、ア
ミノ酸（共）重合体と酵素のアミノ基の間をグルタルア
ルデヒド、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの架橋
剤で結合させてもよい。これらの結合方法の中では、グ
ルタルアルデヒドを用いる方法が簡便であり特に好まし
い。本発明において、酵素１分子に結合するアミノ酸
（共）重合体の割合は、通常２０分子以下、好ましくは
１〜１０分子である。アミノ酸（共）重合体の結合割合
が酵素１分子に対して２０分子を超えると、酵素の分子
の構造に影響を与えたり、酵素反応を阻害する危険性が
ある。

【０００８】以上のような方法により得られた固定化酵
素は、溶液の水素イオン濃度により水溶性水不溶性の状
態を取りうるが、その水素イオン濃度範囲は用いるアミ
ノ酸（共）重合体の種類により適時選択する。例えば、
アミノ酸（共）重合体としてポリグルタミン酸やポリア
スパラギン酸を用いた場合、溶液のpHが３以下であると
固定化酵素は水不溶性となり、pHが４以上では固定化酵
素は水溶性となる。従って、中性あるいはアルカリ性溶
液中にて均一系で酵素反応を効率よく進めることがで
き、所定時間の反応後、反応系を酸性にすることにより
固定化酵素を反応系から容易に分離することができ、後
処理が簡便になるのみならず、分離した固定化酵素は再
び中性あるいはアルカリ性の反応系にもどすことによ
り、固定化酵素として再使用できることになる。また、
アミノ酸（共）重合体としてポリリシンを用いると、ポ
リグルタミン酸の場合と逆にアルカリ性で水不溶性とな
り、中性あるいは酸性で水溶性となる。

【０００９】固定化酵素溶液のpHの調整は、既存の如何
なる方法にても実施できるが、酸性にするためには塩
酸、硫酸、硝酸、リン酸、ほう酸などの無機酸、酢酸、
クエン酸、しゅう酸、乳酸などの有機酸を、アルカリ性
には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニ
ア、エタノールアミンなどのアミン類などを用いること
ができる。ｐＨ調整において、高濃度の酸やアルカリを
用いると局所的に酵素が失活するおそれがあるので、酸
やアルカリは０．１〜２Ｎ程度の濃度で使用することが
好ましい。

【００１０】本発明の方法において処理する繊維として
は、酵素分解を受ける繊維であれば特に限定されるもの
ではなく、具体的には、綿、羊毛、絹などの天然繊維、
これらの天然繊維と各種合成繊維、例えばポリエステ
ル、ナイロン、アクリル、塩化ビニル、レーヨンなどと
の混紡繊維、これらの天然繊維の再生繊維などを挙げる
ことができる。これらの繊維は固定化酵素と接触させる
前に、アルコールなどで脱脂しておくこともできる。本
発明においては、繊維と固定化酵素は水中で接触させる
が、使用する酵素の反応活性が最も高くなるｐＨにおい
て水に可溶となるアミノ酸（共）重合体を選択すること
が望まれる。固定化酵素の繊維に対する使用割合、繊維
の処理時間、処理温度などの条件は、使用する酵素の種
類に応じて適宜調整する。固定化酵素による処理が終了
した繊維は、水やアルコールで洗浄する。本発明におい
ては、固定化酵素による繊維の処理が終了した後、固定
化酵素が水に溶解した状態で繊維と分離し、回収された
反応液のｐＨを使用したアミノ酸（共）重合体が水不溶
になるように調整すれば、固定化酵素は水に不溶となる
のでろ別などにより容易に固定化酵素を回収することが
できる。本発明の処理方法は、繊維の太さを調整して繊
維の風合いや手触りを改良する他、酵素を利用した繊維
の洗浄、染色などにも適用することができる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。 実施例１ （１）固定化酵素の合成 γ-メチル-L-グルタミン酸-N-カルボン酸無水物をトリ
エチルアミンを重合開始剤としてジクロロメタン中で室
温下３日間重合した。得られたポリ-γ-メチル-L-グル
タミン酸（ＰＭＬＧ）をエタノール性水酸化ナトリウム
水溶液にて加水分解し、ポリ-L-グルタミン酸（ＰＬ
Ｇ）を得た。得られたＰＬＧの０．２ｇをリン酸緩衝液
（ｐＨ７．４）の１０ｍｌに溶解し、５重量％濃度でリ
ン酸緩衝液に溶解しておいたセルラーゼ（Tricoderma r
eesei, Sigma 製）を０．５ｍｌ混合した。その混合溶
液に２０重量％グルタルアルデヒド水溶液の５０ｍｌを
徐々に滴下し、そのまま４℃で２時間反応することによ
りＰＬＧ固定化セルラーゼを合成した。 （２）繊維処理 裁縫用綿糸（家庭用細口、３０／３、Ｙ−ＴＫ２５７
０、河口社製）を３０ｃｍの長さに切り、１０本ずつ束
ねてその両端を結び、メタノールに一晩浸漬した後、減
圧乾燥機で７時間乾燥し、酵素処理用のサンプルとし
た。この綿糸束を１５ｍｌの試験管に入れ、アセテート
バッファーでｐＨ５に調製した上記のＰＬＧ固定化セル
ラーゼを酵素で２０単位加え（１単位は、カルボキシメ
チルセルロースを基質とし、ｐＨ ５、温度３７℃に
て、１μｍｏｌのグルコースを生成する酵素量）、５５
℃、１６０回／分で、８時間振とうした。処理終了後、
綿糸を反応液から取り出し、０．１Ｍ／リットルのフォ
スフェートバッファー（ｐＨ８）で２回、純水で３回、
メタノールで２回洗浄した後、７時間減圧乾燥した。次
いで、固定化酵素で処理する前と後の繊維について重量
および引張強度を測定した。なお、重量減少率および引
張強度低下率は以下の方法により測定した。結果を表１
に示す。重量減少率 固定化酵素による処理後の綿糸重量÷固定化酵素による
処理前の綿糸重量×１００（％） なお、綿糸の重量はいずれも７時間減圧乾燥後に測定す
る。引張強度低下率 固定化酵素による処理後の綿糸の引張強度÷固定化酵素
による処理前の綿糸の引張強度×１００（％） なお、引張強度は、引張試験機（ＮＲＭ−２０１０Ｊ−
ＣＷ、不動工業（株）製）を使用し、温度２０℃、湿度
６５％、つかみ間隔１０ｃｍ、引張速度５ｃｍ／分で測
定した。 （３）固定化酵素の回収 繊維を取りだした後の反応液に１Ｎの塩酸を加えてｐＨ
を３まで低下させ、ＰＬＧ固定化セルラーゼを沈殿し回
収した。次いで回収したＰＬＧ固定化セルラーゼに水を
加え、１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ５に調製し
て溶解し、カルボキシメチルセルロースの分解活性をｐ
Ｈ５、温度３７℃でグルコースの生成量で測定したとこ
ろ、繊維処理に使用していないＰＬＧ固定化セルラーゼ
と比較し、９８％の活性を保持していた。

【００１２】実施例２ （１）固定化酵素の合成 γ-ベンジル-L-グルタミン酸-N-カルボン酸無水物を片
末端をアミン変性した分子量５０００のポリブタジエン
を重合開始剤としてジクロロメタン中で室温下３日重合
した。得られたポリ-γ-ベンジル-L-グルタミン酸-ポリ
ブタジエン共重合体を臭素酸／酢酸で加水分解してアミ
ノ酸共重合体を得た。次いで、実施例１と同様にして上
記で得られたアミノ酸共重合体とセルラーゼを固定化し
た。得られた固定化酵素を固定化酵素Ａとする。 （２）繊維処理 実施例１（２）において、ＰＬＧ固定化セルラーゼの代
わりに固定化酵素Ａを２０単位使用した以外は実施例１
（２）と同様にして綿糸束を処理した。次いで、処理後
の綿糸の重量減少率および引張強度低下率を、実施例１
と同様にして測定した。結果を表１に示す。 （３）固定化酵素の回収 実施例１（３）と同様にして固定化酵素を回収し、回収
された固定化酵素の分解活性を実施例１（３）と同様に
して測定した。結果を表１に示す。

【００１３】実施例３ （１）固定化酵素の合成 ε-ベンジル-L-リシン-N-カルボン酸無水物をトリエチ
ルアミンを重合開始剤としてジクロロメタン中で室温下
３日間重合した。得られたポリ-ε-ベンジル-L-リシン
（ＰＢＬＬ）を臭素酸／酢酸で加水分解し、ポリ−Ｌ−
リシン（ＰＬＬ）を得た。得られたＰＬＬとセルラーゼ
を実施例１（１）と同様にして固定化し、ＰＬＬ固定化
セルラーゼを合成した。 （２）繊維処理 実施例１（２）において、ＰＬＧ固定化セルラーゼの代
わりにＰＬＬ固定化セルラーゼを２０単位使用した以外
は実施例１（２）と同様にして綿糸束を処理した。次い
で、処理後の綿糸の重量減少率および引張強度低下率
を、実施例１と同様にして測定した。結果を表１に示
す。 （３）固定化酵素の回収 繊維を取りだした後の反応液に、１Ｎの水酸化ナトリウ
ム水溶液を加えてｐＨを１０とし、ＰＬＬ固定化セルラ
ーゼを沈殿させ回収した。回収した固定化酵素の分解活
性を実施例１（３）と同様にして測定した。結果を表１
に示す。

【００１４】比較例１ 実施例１（２）において、固定化酵素の代わりに担体に
固定化されていないセルラーゼ２０単位を使用した以外
は実施例１（２）と同様にして綿糸を処理した。処理後
の綿糸の重量減少率および引張強度低下率を、実施例１
と同様にして測定した。結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、酵素と接触させた後の
繊維の重量減少が適度となり、処理後も引っ張り強度の
低下が少ない。また、本発明によれば繊維強度を大きく
低下させることなく、繊維の重量減少が可能であり、繊
維の風合い、手触りを大幅に改良することができる。さ
らに本発明によれば、反応液のpHを変化させるという簡
便な操作で固定化酵素を容易に回収できるので、固定化
酵素の再使用が可能となり、高価な酵素を効率よく使用
できるとともに、均一系での反応を可能にするため、従
来の固定化酵素に比べ反応効率を向上させることができ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アミノ酸（共）重合体と酵素が結合した固定化酵素を繊
   維に接触させることを特徴とする繊維の処理方法。