JPS6190047A

JPS6190047A - 生体化学反応自動測定方法

Info

Publication number: JPS6190047A
Application number: JP21234384A
Authority: JP
Inventors: Taro Momo; 百々　太郎; Masayoshi Takakuwa; 高桑　正義
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1986-05-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野化学反応槽内の反応の進展状況を電気伝導度の測定によ
って検出し、反応の制御を行なわせることを可能にした
方法に関するものである。

（ロ）、従来の技術反応槽内における反応の進展状態を測定し制御する場合
、反応槽からサンプルをとり出して化学分析を行い、そ
の成分比などの測定値から判断している。　　　□ この方法では、化学分析に時間を要するというような欠
点のため、迅速性に欠ける。化学分析によるほかに、溶
存酸素計やＰＨメーターを用いて直読する方法も採るこ
とができるが、特定元素の測定しかできないし、また液
体状態でないと測定できないという欠点がある。

酵母などのＡＵＴＯＬＹＳ　Ｉ　Ｓ　（自己消化、自己
融解）の測定の場合にも、化学分析が行なわれるが、上
に述べたのと同じように迅速性に乏しいなどの欠点があ
る。

また肉眼によって外観の軟化から判断することも行なわ
れているが、定量的な測定とは言えない。

獣肉、魚肉の自己消化によるペプチドの調味料製造に際
しては、数日の反応時間のうちわずか３０分程度の許容
範囲内で反応停止を行なわせる必要があるが、化学分析
のような測定方法では時間がかかって不適当である。

圧搾パン酵母の経時変化を従来の技術で測定した高桑正
義等による実験結果を次に示す。（文献１）３０℃に貯
蔵した酵母から調整した酵母洗浄液の紫外部吸収および
洗浄液のＰＨを測定した結果は次の如くである。

表１１３０℃で貯蔵した圧搾酵母の２６０．２８０ｎ円
の紫外線の吸収量の変化吸収０　　　　３、７　　　　　２．４　　　　５．３３　
　　　６．０　　　　−’３．９　　　　６．０６　　
　１０．２　　　　　６．４　　　　７．４８　　　１
３．１　　　　　８．０　　　　　？、６１０　　　５
７．１　　　　３６．０　　　　８．７１１　　　７０
．３　　　　４３．０　　　　８．５※ 酵母の軟化は貯蔵１０日巨匠観測され、このときに洗浄
液の２６０ｎｍと２８０　ｎｍの吸光度が急増した。ま
た酵母が軟化するときには、細胞壁が破れて内容物の漏
出していることが電子顕微鏡写真で認められたＣ水質検査などのために用いられている市販の電導変針の
測定セルの代表的なものを第１図に示す。

第１図において、（１）及び（２）は測定用電極で通常
は白金で作られており、内面は白金黒処理を行って実効
的な表面積を大きくしである。

測定用電極（１）と（２）の断面積は通常１ｃｒ＋？（
直径１．１３ｃｒｒ？）にとり、測定用電極（１）と（
２）との間隔をｌＬ：ｒｎにとってあって、この電極間
のコンダクタンスを測ると、溶液の電導塵が、シーメン
ス／ｃＴｎで求められるようになっている。

（３）はガラス円筒で、ガラスは測定用電極（１）、（
２）の外面も覆っている。（４）はガラス円筒（３）の
外周面に開けられた孔である。溶液はこの孔を通って円
筒（３）内に入り、電導塵が測定される。孔（４）は円
筒外周面に通常２〜３ケ所開けられている。（５）及び
（６）は電極への被覆されたリード線で、夫々測定用電
極（１）及び（２）につながっている。交流電界（低電
導度溶液の測定では１００Ｈ２程度、高電導度溶液の測
定ではｌＫＨ２程度）をリード線（５）、（６）を通じ
て交流電源から測定用電極（１）、（２）に印加して、
印加した電圧と流れた電流から溶液の電導塵を算出する
。

このような電導塵セルを用いる測定では、液体の電導塵
しか測定できず、発酵中の獣魚肉のようなドロドロした
ものや、圧搾酵母のような固形状のものは測定すること
ができなかった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点従来のものには、前述したような色々な問題を残してい
た。この発明のものは、これらの問題点を新らしい方法
によって解決しようとするものである。

に）問題を解決するだめの手段本発明は電気伝導度を測定することによって、生体化学
反応の進展状況を時々刻々に実時間で監視し、反応を制
御する信号を得ることを可能にするものである。

本発明による電気伝導度（以下電導度と略することもあ
る）の測定法を図面に基づいて説明する。

第２図は生化学反応槽において電気伝導度の測定方法を
示す説明図で、反応槽（７）には電導塵測定用の二本の
電極（９）、α０）を挿入して、発振器（８）につない
であり、交番電流は発振器（８）から電極（９）、反応
槽内の物質、電極α０）、検出抵抗（１υ、を通って発
振器（８）に戻る。

交流電源の発振器（８）の出力インピーダンスおよび検
出抵抗（１１）は、反応槽（７）内の物質の抵抗値より
も十分低くとっておく、交流電源の電圧を一定にして測
定を行うと、検出抵抗０１）の両端の交流電圧は反応槽
内の物質の電気伝導度に比例した値が得られる。　　　
　　・検出抵抗からとり入れた信号は増幅検波器（１２）を通
して記録計０３）に電気伝導度の経時変化が記録される
。また増幅検波器（抑の出力は、コンパレーター０４）
において設定値と比較して、信号伝送線０５１　（１６
）を通じて、制御信号を送り出せるようになっているＯ直流によって電導塵を測定しようとすると、電極におけ
る分極効果のだめに正しい値が得られないので、交流を
用いて測定するのである。

また、反応槽（７）中の物質が酵母のような固体状の流
動しない物質であっても、交流の場合には電気容量的（
ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥ）な結合で電流が流れて電導塵を
測定することができる。

第２図の電極（９）、ａＯ＋間に流れる電流の等価回路
を第３図に示す。第３図における（Ｃ９）、（Ｃ１ｏ’
）は、第２図における電極（９）および電極（１０）と
反応槽内の物質との間の静電容量である。（２）は反応
槽内の物質の電気抵抗である。

（ホ）作用本発明は、この電気抵抗■を時々刻々に測定することに
よって、反応槽内の化学反応の進展状況を監視するもの
である。

反応槽内の物質の正、負のイオンが電流を運んで、第３
図の電気抵抗（２）を生み出している。

文献１にあげた圧搾酵母の場合には、酵母が新鮮な間は
電気伝導にあずかるイオンの数が少いが、細胞壁が破れ
て酵母の内容物が漏出してくると、電気伝導にあずかる
イオンの数が増えて電気抵抗型が小さくなる。

抵抗（Ｒ）（或は（２）の逆数であるところの電気伝導
度σ）の測定値の経時変化から、化学反応の進展状態を
監視しようとする本発明においては、測定回路に電気抵
抗（２）と直列につながるインピーダンス（Ｃ９ωΣ１
、（Ｃ１ｏωΣ１、および第２図における検出抵抗（１
１）の抵抗値Ｔは、電気抵抗（２）に比べて十分小さい
値にとっておく必要がある。

ここにωは測定に用いる交流電源の角周波数でとすると
、で与えられることになるから、Ｖ（ｔ）が反応槽内の物
質の電気伝導度σ（ｔ）　−ＣＲ（ｔ））−１にほぼ比
例するとみなせるためには、Ｔ乾（１）、　（Ｃ９ω　
）−１＜＜Ｒ（ｔ）、（Ｃ１ｏω）−’＜＜Ｒ（ｔ）　
、である必要がある。

ここで反応槽内の物質の電気抵抗（２）、検出抵抗Ｔの
両端にあられれる電圧Ｖは、化学反応の進展状態に応じ
て時間的に変化することを強調するように時刻ｔの関数
であることを明示するために、Ｒ（ｔ）、Ｖ（ｔ）、と
書きあられした。

反応槽内の物質の状態の変化や化学組成の変化に応じて
、電気伝導に寄与するイオンの種類や数が変化するので
、電導塵を測定することによって化学反応や生体反応の
進展を監視することができるのである。

化学分析のような測定に時間を要するものではないので
、測定の迅速性に特徴があり、まだ測定値が電気信号の
形で得られるから、自動的に制御信号をとり出せるとい
う利点がある。

（へ）実施例以下本発明の詳細な説明する。

第４図は、本発明による反応槽の電気伝導度を測定する
方法を示す一実施例の説明図である。

シャーレ（１７）に充填したパン酵母Ｑ８）に、電極（
１９）および（２０）が挿入されている。パン酵母の充
填深さが１０朋、電極の直径２町が２１１ＩＩＩで、パ
ン酵母内への挿入深さが５朋、電極間の距離（至）が２
０間、の場合に、この電極間に５００Ｈ２の交流電界を
印加して電導塵を経時的に測定した結果を第５図に示す
。

横軸に時間を単位にした経過時間、縦軸にマイクロシー
メンス←壬＝ゴモ彊丑を単位とした電導塵をとっである
。この測定を行ったパン酵母の場合、測定開始後約８０
時間で白っぽくなシ、約１３０時間で軟化が観測された
。電導塵はこの外観の変化に先立って変化しはじめてい
ることが第５図で認められる。

電導塵を測定するだめの第２図に示した発振器（８）や
、第２図に示した検出抵抗（１１や、増幅検波器（１２
１には市販の電導度肝を用いてもよいし、測定に適した
回路を製作してもよい。

第６図には試作した測定回路のブロック図を示す。図に
おいて（２１）はクロックパルス発振器で、例えば１．
２ＭＨ２のパルスを発生し、例は分周器で例えば１／２
３０に分周すると分周器１２８）からの出力は約１５分
に１つのパルスを発生する。（ｇ９＋はタイミング回路
とリレーであって、分周器□□□）からパルスが来る毎
に、例えば１０秒間リレーを閉じるようにする。國）お
よび例は測定用電極への端子である。

咥；は回路に流れる電流の検出用抵抗である。剛と（２
７１は夫々増幅検波器と記録計である。（２２）は発振
器、（例えば５００）（Ｚ、１ボルト、出力インピーダ
ンス１０オーム）である。

この回路を用いて測定すると、約１５分間に１０秒間づ
つ反応槽内の電導度にほぼ比例した電流が流れて、記録
計＋Ｚ７）への記録は、例えば第７図に示ｔもののよう
になる。

１　　　　　　このように、短時間だけ電流を通じて測
定すれば、反応物質に電流を流すことによる攪乱を少く
することができる。記録計僻）への出力電圧と、端子−
）と端子例との間の抵抗値との較正表を作っておくと、
記録計の記録から、物質の電導度の時間的変化が読みと
れることになる。

第７図の例で見ると、測定開始の直後では電導度は一定
であるが、８０時間経過後では電導度は時間と共に増加
していることが見られる。

本発明において主として用いられる電極は、円柱形の電
極である。これは、液状の物質のみならず固形状の物質
（例えば圧搾酵母のようなもの）に対しても突きさして
使えるという利点がある。

このような電極を用いて測った電気抵抗（８）と物質の
電気室導度←）との間には、Ｒ−±・ｌ！ｎＤ−’ πσ　　　　　　　　　ａの関係がある。ここにＩｎは自然数であり、■）は二本
の電極間の距離、ａは電極の半径である。塩化マグネシ
ウムの水溶液の濃度５　Ｘ　１０−４モｔｖ／１からｉ
　ｘ　ｉ　ｏ’−２モル／ｌの範囲で、標準的な電導度
セル（第１図に示しだもの）で測った電導度と円柱電極
（第４図に示したもの）で測った電導度とを、電解質溶
液の濃度の関数として、両対数目盛であられしたものを
第８図に示す。

各濃度において、円柱電極で測った電導度は、電導度セ
ルで測りた電導度（比電導度マイクロシーメンス／ｃＩ
ｒ＋）の約１　／　８．５であって、円柱電極による測
定が電導度の相対的測定に対して十分であることがわか
る。

発明の詳細な説明したように、電導度の測定は交流で行
なわれる。第３図に示した等価回路で表現されるように
、電極と被測定物質との間の電流のやりとりは、静電容
量（Ｃ１を通じて行なわれ、そのインピーダンス（Ｃω
）−１は物質の電気抵抗■よシもずっと小さくなるよう
に（Ｃ１を大きくとることが望ましい。

そのためには、白金黒処理をした白金電極を用いるとい
うようなことをして、微視的に見た表面積を巨視的に見
た表面積よりもずっと大きくすることが効果がある。

また、物質の抵抗値が低いときには（Ｃω）−１を更に
小さくする方法として、ωをを大きく数十ＫＨ２にとる
ことも行なわれる。ただし、あまシ高い周波数を使うと
、浮遊容量を通じて電流が流れることは無視できなくな
るので使用周波数の上限はＩＭＨ２程度までである。低
い周波数の方が測定はし易いが、（Ｃω）−１が電気抵
抗（８）に比べて無視できるという点から、低周波数の
下限は、１００Ｈ２の程度で・ある。

（ト）発明の効果本発明によれば、以下の効果が得られる。

（１）液状、固体状物質の生化学反応の実時間測定が可
能となシ、これによって、反応の自動制御を行うことが
できる。

化学反応の進展状況を監視するために、サンプルを取り
出して化学分析を行っているのでは時間遅れが生じて、
迅速な制御は不可能となるが、本発明によれば、実時間
で測定値の表示が得られ、測定が電気信号の形で出てい
るので、この信号を用いて反応槽の自動制御が可能とな
る。

（２）測定による攪乱を少くすることができる。

測定するためのサンプルをとり出したりすることによる
被測定系に与える攪乱に比べて、微小な電極を挿入する
だけであるから、与える攪乱は少い。

（３）定量的な測定が可能となる。

パンの酵母の経時変化のような場合、熟練者が観察によ
って判断管理していたやり方に比べて、本発明の方法に
よれば、定量的な管理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気伝導度測定用セル。第２図は、生化学反応槽の電導塵測定のブロック図。第３図は、電導塵測定の等価回路。第４図は、反応槽の電気伝導度を測定する一実施例。第５図は、パン酵母の電導塵の経時変化を表わす図。第６図は、電導塵測定のだめの回路の一実施例のブロッ
ク図。第７図は、電導塵の経時変化の測定の一例。第８図は、電導塵セルで測定しだ電導塵と、円柱電極で
測定した電導塵を、電解値溶液の濃度の関数として示し
た図。

Claims

【特許請求の範囲】

生体化学反応槽内の生体物質の電気伝導度の変化を、交
流電界を印加することによって測定し、該測定値の変化
によって、上記生体物質の化学反応状態を判定すること
を特徴とする生体化学反応自動測定方法。