JP2010172880A - Method for clarifying heavy metal-contaminated soil by metal bondable material recovered by fixed metal ion affinity adsorption - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定化金属イオンアフィニティー吸着によって有機性廃棄物から回収された金属結合性物質による重金属汚染土壌の浄化方法に関する。 The present invention relates to a method for purifying heavy metal contaminated soil with a metal binding substance recovered from an organic waste by immobilized metal ion affinity adsorption.
工場・事業所などの跡地において、鉛、カドミウム、銅などの重金属による土壌汚染が問題化している。こうした重金属汚染土壌への対策としては、客土法、微生物や植物を用いたバイオレメディエーション法、および薬剤を用いた土壌洗浄法などが挙げられる。非汚染土壌を投入する客土法は古くから行われてきた方法であるが、客土の入手コストおよび客土投入のための工事に要するコスト上昇の問題に加え、客土下層に残存する汚染土壌からの重金属の拡散および根系を介した吸収による作物汚染被害の問題がある。また、バイオレメディエーション法は、使用する微生物や植物の重金属吸収能力（重金属選択性および吸収速度）によってその適用条件が限定される問題がある。一方、薬剤を用いた土壌洗浄法は、重金属結合性を有する薬剤を汚染土壌と混合する、または現地汚染土壌表面に散布するなどにより、表面土壌に吸着した重金属を洗浄除去する方法である。この方法は、他の方法に比べてコストが低廉であり、また比較的短期間で洗浄効果を得ることができる利点を有する。それ故、薬剤を用いた土壌洗浄法は、それ単独で用いられるだけでなく、客土法やバイオレメディエーション法と組み合わせて使用される。 Soil pollution due to heavy metals such as lead, cadmium, and copper has become a problem in the former sites of factories and offices. Examples of measures against such heavy metal contaminated soil include the soil-based method, the bioremediation method using microorganisms and plants, and the soil washing method using chemicals. The non-contaminated soil method has been practiced for a long time, but in addition to the problem of increasing the acquisition cost of the soil and the cost required for construction of the soil, contamination remaining in the soil below the soil There is a problem of crop contamination damage due to diffusion of heavy metals from soil and absorption through root system. In addition, the bioremediation method has a problem that application conditions are limited by the heavy metal absorption ability (heavy metal selectivity and absorption rate) of the microorganism or plant to be used. On the other hand, the soil washing method using a chemical is a method of washing and removing heavy metal adsorbed on the surface soil by mixing a chemical having heavy metal binding properties with the contaminated soil or spraying it on the surface of the contaminated soil. This method is advantageous in that the cost is low compared with other methods and the cleaning effect can be obtained in a relatively short period of time. Therefore, the soil washing method using a chemical is not only used alone, but also used in combination with the custom soil method and the bioremediation method.
薬剤を用いた土壌洗浄法において、土壌から重金属を効率的に溶出させるための洗浄剤としてEDTAなどのキレート性の薬品が用いられるが（特許文献１）、これらの化学物質が土壌に残存することによる二次汚染が懸念されている。それ故、土壌などにおける残存期間が短い生分解性の重金属結合性物質の開発が模索されている。 In the soil cleaning method using chemicals, chelating chemicals such as EDTA are used as cleaning agents for efficiently eluting heavy metals from the soil (Patent Document 1), but these chemical substances remain in the soil. There is concern about secondary pollution caused by Therefore, the development of a biodegradable heavy metal binding substance having a short remaining period in soil or the like is being sought.
アミノ酸や有機酸などの生物由来で金属除去能を有する物質は、生分解性であり土壌への残留が低減できるため環境への影響が少ない。このため、例えばペクチン酸の単量体またはオリゴ体の水溶液を用いた重金属汚染土壌の処理方法（特許文献２）、アミノ酸またはその塩を含有することを特徴とする重金属汚染土壌浄化剤（特許文献３）などが提案されている。 Substances derived from living organisms such as amino acids and organic acids that have metal-removing ability are biodegradable and have little impact on the environment because they can reduce residue in the soil. Therefore, for example, a method for treating heavy metal-contaminated soil using an aqueous solution of a monomer or oligo-body of pectic acid (Patent Document 2), a heavy metal-contaminated soil purifier containing an amino acid or a salt thereof (Patent Document) 3) etc. have been proposed.
前記のように、重金属汚染土壌への対策法が種々提案されているが、安全性（生分解性）、コスト、処理時間ならびに重金属の回収率および選択性などの点で満足できる技術は存在しない。広大な面積の汚染土壌を浄化するためには、重金属の回収率および選択性の点で満足できる技術であっても、高コストであっては実用化が困難となるからである。したがって、安価な有機性廃棄物から選択的に回収した金属結合性物質を重金属汚染土壌の洗浄剤として用いることができれば、低コストでかつ回収率および選択性の高い汚染土壌の浄化方法を開発できると考えられる。 As described above, various countermeasures against heavy metal-contaminated soil have been proposed, but there is no technology that can be satisfied in terms of safety (biodegradability), cost, processing time, heavy metal recovery rate and selectivity. . This is because, in order to purify contaminated soil over a large area, even a technique that is satisfactory in terms of heavy metal recovery and selectivity is difficult to put into practical use at a high cost. Therefore, if a metal-binding substance selectively recovered from inexpensive organic waste can be used as a cleaning agent for heavy metal-contaminated soil, it is possible to develop a purification method for contaminated soil at a low cost and with a high recovery rate and selectivity. it is conceivable that.
それ故本発明は、多成分混合溶液から金属結合性の物質を選択的に回収できる固定化金属イオンアフィニティー吸着法を利用し、有機性廃棄物に由来する生体物質を重金属汚染土壌の浄化に利用することを目的とする。 Therefore, the present invention uses an immobilized metal ion affinity adsorption method capable of selectively recovering metal-binding substances from a multi-component mixed solution, and uses biological substances derived from organic waste for purification of heavy metal-contaminated soil. The purpose is to do.
最近、本発明者は、第一遷移金属イオンを担持させた水溶性または水不溶性高分子（好ましくは多糖類）を用いる固定化金属イオンアフィニティー吸着法により、塩やタンパク質などの存在下でもヒスチジン含有ペプチドを迅速、高効率かつ選択的に回収する方法を開発した（特開2008-179557号公報および特願2008-204212号明細書を参照されたい）。前記発明は、健康補助食品などの原料として用いるヒスチジン含有ペプチドを回収するために、第一遷移金属イオン（好ましくは銅（II）イオン）とヒスチジン残基側鎖との親和性を利用した分離方法である。 Recently, the present inventor has included histidine in the presence of salt or protein by an immobilized metal ion affinity adsorption method using a water-soluble or water-insoluble polymer (preferably polysaccharide) carrying a first transition metal ion. A method for recovering peptides quickly, efficiently and selectively has been developed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-179557 and Japanese Patent Application No. 2008-204212). The invention provides a separation method using the affinity between a first transition metal ion (preferably copper (II) ion) and a histidine residue side chain in order to recover a histidine-containing peptide used as a raw material for health supplements and the like. It is.
固定化金属イオンアフィニティー吸着法は、キレート性吸着剤に固定した金属イオンと目的の金属結合性の生体物質（アミノ酸、ペプチドなど）との親和性を利用して目的物質を選択的に回収する精製技術である。それ故、前記特開2008-179557号公報および特願2008-204212号明細書に開示される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着法により、塩分、アミノ酸、タンパク質などの複雑な成分を含む有機性廃棄物から、金属結合性を有する物質を選択的に単離または濃縮できる可能性が考えられた。 The immobilized metal ion affinity adsorption method is a purification method that selectively recovers the target substance using the affinity between the metal ion immobilized on the chelating adsorbent and the target metal binding biological substance (amino acid, peptide, etc.). Technology. Therefore, complex components such as salinity, amino acids, and proteins can be obtained by the immobilized metal ion affinity adsorption method using the metal-supported polymer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-179557 and Japanese Patent Application No. 2008-204212. The possibility of selectively isolating or concentrating a substance having a metal binding property from organic waste containing sucrose was considered.
そこで本発明者は、前記課題を解決するための手段として、金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着法によって食品加工廃液などの有機性廃棄物から回収された金属結合性のアミノ酸、ペプチド、有機酸、脂質などの生体物質が、各種重金属で汚染された土壌の洗浄剤として利用できることを見出し、本発明に到達した。 Therefore, the present inventor, as means for solving the above problems, metal-binding amino acid recovered from organic waste such as food processing waste liquid by an immobilized metal ion affinity adsorption method using a metal-supported polymer, The present inventors have found that biological substances such as peptides, organic acids, lipids and the like can be used as cleaning agents for soil contaminated with various heavy metals.
すなわち、第一に、本発明は、
（１）有機性廃棄物に由来する金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを含む重金属溶出剤である。
That is, first, the present invention
(1) A heavy metal eluent containing a metal-binding amino acid and / or peptide derived from organic waste.
（２）前記金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドは、金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着によって有機性廃棄物から単離または濃縮されたアミノ酸および／またはペプチドであることが好ましい。 (2) The metal-binding amino acid and / or peptide is preferably an amino acid and / or peptide isolated or concentrated from organic waste by immobilized metal ion affinity adsorption using a metal-supported polymer. .
（３）前記金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドは、ヒスチジン、システイン、アンセリン、カルノシン、メチオニンおよびグルタミン酸からなる群より選択される1種以上のアミノ酸および／またはペプチドをそれぞれ独立して0.01〜100 mMの濃度で含むことが好ましい。 (3) The metal-binding amino acid and / or peptide is independently one or more amino acids and / or peptides selected from the group consisting of histidine, cysteine, anserine, carnosine, methionine, and glutamic acid. It is preferable to include it at a concentration of mM.
（４）前記有機性廃棄物は、カツオ煮汁、カツオだし、マグロ煮汁、ちりめん煮汁、チキンスープ、チキンエキス、ビーフスープ、ビーフエキス、および動物もしくは魚の非可食部の煮汁もしくは抽出液からなる群より選択されることが好ましい。 (4) The organic waste is from the group consisting of bonito soup, bonito soup, tuna soup, chirimen soup, chicken soup, chicken extract, beef soup, beef extract, and boiled juice or extract of an inedible part of an animal or fish Preferably it is selected.
第二に、本発明は、
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項の重金属溶出剤を重金属で汚染された土壌に接触させる工程（接触工程）；ならびに
重金属溶出剤を接触させた土壌から、重金属を担持した金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを分離する工程（分離工程）；
を含む、重金属で汚染された土壌の浄化方法である。
Second, the present invention
(5) A step of bringing the heavy metal eluent of any one of (1) to (4) into contact with soil contaminated with heavy metal (contacting step); and supporting heavy metal from the soil in contact with the heavy metal eluent Separating separated metal-binding amino acids and / or peptides (separation step);
A method for remediating soil contaminated with heavy metals.
（６）前記接触工程は、温度10〜50℃、pH2〜12において重金属で汚染された土壌に1〜48時間接触させることにより実施されることが好ましい。 (6) The contacting step is preferably carried out by contacting the soil contaminated with heavy metal at a temperature of 10 to 50 ° C. and a pH of 2 to 12 for 1 to 48 hours.
本発明により、多成分混合溶液から金属結合性の物質を選択的に回収できる固定化金属イオンアフィニティー吸着法を利用し、有機性廃棄物に由来する金属結合性の生体物質を重金属汚染土壌の浄化に利用することが可能となる。 According to the present invention, a metal-binding biological material derived from organic waste is purified from heavy metal-contaminated soil using an immobilized metal ion affinity adsorption method capable of selectively recovering a metal-binding substance from a multi-component mixed solution. It becomes possible to use it.
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
１．重金属溶出剤
１−１．重金属溶出剤の概要
本発明の重金属溶出剤は、有機性廃棄物に由来する金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを含み、重金属溶出作用を奏するものである限りどのような形態であっても良い。重金属溶出作用を奏するものであれば、例えば、有機性廃棄物自体であっても、有機性廃棄物から単離または濃縮された金属結合性のアミノ酸および／もしくはペプチドであっても、または有機性廃棄物から単離もしくは濃縮された金属結合性のアミノ酸および／もしくはペプチドを含む水溶液の形態であっても良く、あるいは有機性廃棄物から単離もしくは濃縮された金属結合性のアミノ酸および／もしくはペプチドに他の成分がさらに添加された水溶液の形態の組成物であっても良い。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
1. Heavy metal eluent
1-1. Summary of heavy metal eluent The heavy metal eluent of the present invention may be in any form as long as it contains a metal-binding amino acid and / or peptide derived from organic waste and exhibits heavy metal elution. . Any substance capable of eluting heavy metals may be, for example, organic waste itself, metal-binding amino acids and / or peptides isolated or concentrated from organic waste, or organic Metal binding amino acids and / or peptides isolated or concentrated from waste may be in the form of an aqueous solution containing amino acids and / or peptides isolated or concentrated from organic waste It may be a composition in the form of an aqueous solution in which other components are further added.
本明細書において、「金属結合性」は、陽イオンとして存在している金属元素、好ましくは重金属元素と、化学的結合および／または相互作用を介してキレート錯体のような可溶態の複合体分子を形成する性質を意味する。前記化学的結合および相互作用には、配位結合、イオン結合および疎水的相互作用などを含む。 As used herein, “metal binding” refers to a complex in a soluble state, such as a chelate complex, through a chemical bond and / or interaction with a metal element present as a cation, preferably a heavy metal element. Means the property of forming molecules. The chemical bonds and interactions include coordination bonds, ionic bonds, hydrophobic interactions, and the like.
本明細書において、「重金属溶出作用」は、上記の金属結合性に基づき重金属と可溶態の複合体分子を形成することにより、汚染土壌粒子に吸着した不溶態の重金属を該汚染土壌から溶出する作用を意味する。 In this specification, “heavy metal elution action” refers to the elution of insoluble heavy metals adsorbed on contaminated soil particles from the contaminated soil by forming complex molecules of heavy metals and soluble states based on the above metal binding properties. Means the action to
本明細書において、「重金属」は、比重が4〜5以上の遷移金属元素を意味し、限定するものではないが、銅（Cu(II)）、亜鉛（Zn(II)）、ニッケル（Ni(II)）、コバルト（Co(II)）、鉛（Pb（II））およびカドミウム（Cd(II)）などの土壌汚染の原因となる元素を含む。 In the present specification, “heavy metal” means a transition metal element having a specific gravity of 4 to 5 or more, but is not limited to copper (Cu (II)), zinc (Zn (II)), nickel (Ni (II)), cobalt (Co (II)), lead (Pb (II)) and cadmium (Cd (II)) and other elements that cause soil contamination.
本明細書において、「重金属汚染土壌」または「汚染土壌」は、前記重金属が土壌粒子に吸着した土壌を意味する。通常、重金属汚染土壌では、重金属は土壌粒子に強く吸着した不溶態で存在する。かかる状態では、土壌を水で洗浄しても重金属は土壌粒子に吸着したまま留まり、効率的に除去することは困難である。それ故、重金属を洗浄除去するためには、土壌粒子に吸着している重金属を、キレート錯体のような可溶態の複合体分子にして溶出することが必要となる。 In the present specification, “heavy metal-contaminated soil” or “contaminated soil” means soil in which the heavy metal is adsorbed on soil particles. Usually, in heavy metal-contaminated soil, heavy metals exist in an insoluble state strongly adsorbed to soil particles. In such a state, even if the soil is washed with water, the heavy metal remains adsorbed on the soil particles and is difficult to remove efficiently. Therefore, in order to wash away heavy metals, it is necessary to elute the heavy metals adsorbed on the soil particles as soluble complex molecules such as chelate complexes.
本発明において、「有機性廃棄物」は、生物に由来する廃棄物を意味し、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが含まれているものであれば、由来する生物種、物質組成などに限定されるものではない。魚肉類の煮汁など、様々な食品を加工する際に生じる食品加工廃液、ならびに植物の抽出液および煮熟液などを使用することが可能である。好適な有機性廃棄物は、限定するものではないが、カツオ煮汁、カツオだし、マグロ煮汁、ちりめん煮汁、チキンスープ、チキンエキス、ビーフスープ、ビーフエキス、および動物もしくは魚、好ましくは魚あら等の非可食部の煮汁もしくは抽出液である。 In the present invention, “organic waste” means a waste derived from a living organism, and if it contains an amino acid and / or peptide having a metal binding property, the derived biological species, material composition, etc. It is not limited to. It is possible to use food processing waste liquids generated when processing various foods such as fish meat boiled juice, plant extracts and boiled liquids. Suitable organic wastes include, but are not limited to, bonito soup, bonito soup, tuna soup, crepe soup, chicken soup, chicken extract, beef soup, beef extract, and non-animal such as fish or fish It is boiled juice or extract of edible part.
本明細書において、「アミノ酸」は、有機性廃棄物に含まれうるあらゆる天然アミノ酸（L-体もしくはD-体を含む）、または修飾アミノ酸および含硫アミノ酸のようなそれらのアミノ酸誘導体もしくは類縁体を意味するものとする。本明細書において、「ペプチド」はペプチド結合によって結合した2個以上のアミノ酸を含む分子を意味し、アミノ酸鎖長は2〜10であることが好ましい。 In the present specification, “amino acid” means any natural amino acid (including L-form or D-form) that can be contained in organic waste, or amino acid derivatives or analogs thereof such as modified amino acids and sulfur-containing amino acids. Means. In the present specification, “peptide” means a molecule comprising two or more amino acids linked by peptide bonds, and the amino acid chain length is preferably 2 to 10.
本発明の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドは、ヒスチジン、グルタミン酸、アルギニン、メチオニン、システイン、アンセリン（β−アラニル−1-メチル−L-ヒスチジン）、カルノシン（β−アラニル−L-ヒスチジン）、ホモカルノシン（γ−アミノブチリル−Ｌ−ヒスチジン）、オフィジン（β−アラニル−Ｌ−３−メチルヒスチジン）、およびトリプトファンなどから選択される、重金属と高い金属結合性を示す1種以上のアミノ酸および／またはペプチドを含むことが好ましい。 The amino acid and / or peptide having a metal binding property of the present invention includes histidine, glutamic acid, arginine, methionine, cysteine, anserine (β-alanyl-1-methyl-L-histidine), carnosine (β-alanyl-L-histidine). One or more amino acids exhibiting high metal binding to heavy metals selected from, for example, homocarnosine (γ-aminobutyryl-L-histidine), ofphidin (β-alanyl-L-3-methylhistidine) and tryptophan, and / or Or it is preferable that a peptide is included.
特定の実施形態において、本発明の重金属溶出剤は、有機性廃棄物に由来する金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドとして、ヒスチジン、システイン、アンセリン、カルノシン、メチオニンおよびグルタミン酸からなる群より選択される1種以上のアミノ酸および／またはペプチドを含む水溶液の形態であることが好ましい。また、別の実施形態において、本発明の重金属溶出剤は、前記アミノ酸および／またはペプチドに加えて、該アミノ酸および／またはペプチドが有する重金属溶出作用に実質的な影響を及ぼさない他の成分がさらに添加された水溶液の形態の組成物であることが好ましい。前記アミノ酸および／またはペプチドは、それぞれ独立して0.01〜100 mMの濃度であることが好ましく、ヒスチジンが0.1〜10 mM、カルノシンが0.1〜10 mM、アンセリンが0.1〜10 mM、システインが0.1〜10 mMであることが特に好ましい。本発明の重金属溶出剤は、金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを、以下に説明する調製方法によって有機性廃棄物から単離もしくは濃縮することにより得ることが可能であり、または必要に応じて水等の溶媒で上記の好適な濃度に希釈し水溶液の形態とすることにより得ることが可能である。 In certain embodiments, the heavy metal eluting agent of the present invention is selected from the group consisting of histidine, cysteine, anserine, carnosine, methionine and glutamic acid as metal binding amino acids and / or peptides derived from organic waste It is preferably in the form of an aqueous solution containing one or more amino acids and / or peptides. In another embodiment, the heavy metal eluting agent of the present invention further includes, in addition to the amino acid and / or peptide, other components that do not substantially affect the heavy metal eluting action of the amino acid and / or peptide. The composition is preferably in the form of an added aqueous solution. The amino acids and / or peptides are preferably each independently at a concentration of 0.01-100 mM, histidine 0.1-10 mM, carnosine 0.1-10 mM, anserine 0.1-10 mM, and cysteine 0.1-10. Particularly preferred is mM. The heavy metal eluent of the present invention can be obtained by isolating or concentrating metal-binding amino acids and / or peptides from organic waste by the preparation method described below, or as required It can be obtained by diluting to a suitable concentration as described above with a solvent such as water to form an aqueous solution.
本発明の重金属溶出剤は、食品加工廃液のような有機性廃棄物に由来する金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドの重金属溶出作用により、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)および Cd(II)などの重金属で汚染された土壌を効率的に浄化することが可能である。以下にその調製方法を更に詳細に説明する。 The heavy metal eluent of the present invention is a Cu (II), Zn (II), Ni (II) by the heavy metal elution action of metal-binding amino acids and / or peptides derived from organic waste such as food processing waste liquid. It is possible to efficiently purify soil contaminated with heavy metals such as Co (II) and Cd (II). The preparation method will be described in more detail below.
１−２．調製方法
上記のように、本発明の重金属溶出剤は、有機性廃棄物自体であっても、有機性廃棄物から単離または濃縮された金属結合性のアミノ酸および／もしくはペプチドであっても、または有機性廃棄物から単離もしくは濃縮された金属結合性のアミノ酸および／もしくはペプチドに他の成分がさらに添加された組成物であっても良い。金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドは、以下に示す方法により有機性廃棄物から単離または濃縮されることが可能である。
1-2. Preparation Method As described above, the heavy metal eluent of the present invention may be an organic waste itself or a metal-binding amino acid and / or peptide isolated or concentrated from the organic waste, Alternatively, it may be a composition in which other components are further added to metal-binding amino acids and / or peptides isolated or concentrated from organic waste. Metal-binding amino acids and / or peptides can be isolated or concentrated from organic waste by the methods described below.
多数の有機化合物および高濃度の塩を含む有機性廃棄物から、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを効率的に単離または濃縮するためには、固相抽出、イオン交換、ゲル濾過、分配、アフィニティークロマトグラフィー、透析、限外濾過などの当業界で慣用されるあらゆる分離方法を使用することが可能である。しかしながら、本発明で使用される有機性廃棄物には、通常極めて多数の有機化合物に加えて、高濃度の塩が含まれている。ここで「塩」は、食品加工工程など有機性廃棄物が排出されるに至る過程で添加される成分であるかまたは該生物の体内に存在していた成分であって、塩化ナトリウムなどの金属元素の塩および酢酸塩などの有機酸の塩を含む、任意のイオンの組み合わせからなる塩を意味する。これらの成分は、上記の分離方法において精製純度および分離時間の面で好ましくない影響を与えることが知られている。かかる材料から、高い精製純度でかつ短時間の間に所望の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを単離または濃縮するために好適な方法としては、固定化金属イオンアフィニティー吸着法が挙げられる。前記方法は、金属イオンを固相に吸着固定化し、タンパク質を構成するアミノ酸残基側鎖と吸着固定化された金属イオンとの親和性を利用してタンパク質を分離する手法である。His-Tag融合タンパク質を、金属イオン（主にNi+）固定化担体を充填したカラムに吸着させることによって組換えタンパク質を分離精製する固定化金属イオンアフィニティークロマトグラフィー（IMAC）法は、広く利用されている。 In order to efficiently isolate or concentrate amino acids and / or peptides having metal binding properties from organic waste containing a large number of organic compounds and high concentrations of salts, solid phase extraction, ion exchange, gel filtration, Any separation method commonly used in the art, such as partitioning, affinity chromatography, dialysis, ultrafiltration can be used. However, the organic waste used in the present invention usually contains a high concentration of salts in addition to a very large number of organic compounds. Here, the “salt” is a component added in the process until organic waste is discharged, such as a food processing step, or a component that has been present in the body of the organism and is a metal such as sodium chloride. By salts of any ions, including salts of elements and salts of organic acids such as acetates. These components are known to adversely affect the purification purity and separation time in the separation method described above. A suitable method for isolating or concentrating amino acids and / or peptides having a desired metal binding property with high purification purity in a short time from such materials includes an immobilized metal ion affinity adsorption method. . The method is a technique in which metal ions are adsorbed and immobilized on a solid phase, and proteins are separated using the affinity between the side chains of amino acid residues constituting the protein and the adsorbed and immobilized metal ions. The immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC) method, which separates and purifies recombinant proteins by adsorbing His-Tag fusion protein onto a column packed with metal ion (mainly Ni + ) immobilization support, is widely used. ing.
本発明の重金属溶出剤は、固定化金属イオンアフィニティー吸着を用いて有機性廃棄物から金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを単離または濃縮することによって調製されることが好ましく、金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着用いることが特に好ましい。 The heavy metal eluent of the present invention is preferably prepared by isolating or concentrating metal-binding amino acids and / or peptides from organic waste using immobilized metal ion affinity adsorption. It is particularly preferred to use immobilized metal ion affinity adsorption using
本明細書において、「金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着」は、塩やタンパク質などの夾雑物質共存下でも金属結合性ペプチドの特異的吸着が達成されるという特徴を有する固定化金属イオンアフィニティー吸着を意味する。かかる特徴により、金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着は、高濃度の塩を含む有機性廃棄物から所望の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを単離または濃縮することが必要となる、本発明の重金属溶出剤の調製に好適である。 In the present specification, “immobilized metal ion affinity adsorption using a metal-supported polymer” refers to an immobilization having a feature that specific adsorption of a metal-binding peptide can be achieved even in the presence of contaminants such as salts and proteins. It means metal ion affinity adsorption. Due to such characteristics, immobilized metal ion affinity adsorption using a metal-supported polymer can isolate or concentrate amino acids and / or peptides having a desired metal binding property from organic waste containing a high concentration of salt. It is suitable for the preparation of the heavy metal eluent of the present invention that is required.
本発明に使用される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着としては、より具体的には、主に３つの実施形態が考えられる。以下、それぞれの実施形態について説明する。 More specifically, there are mainly three embodiments of the immobilized metal ion affinity adsorption using the metal-supported polymer used in the present invention. Hereinafter, each embodiment will be described.
１−２−１．キレート樹脂を担体として用いた調製方法
本発明に使用される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着の１つの実施形態は、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩および／またはタンパク質と共に含む有機性廃棄物を、第一遷移金属イオンを担持したイミノ二酢酸型キレート樹脂に接触させ、好ましくは吸着反応が平衡に達するまで反応させまたは混合して、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが該キレート樹脂に吸着された混合物とした後、その混合物から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが吸着されたキレート樹脂を回収し、さらにそのキレート樹脂から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを溶離させることを含む。
1-2-1. Preparation Method Using Chelate Resin as Support One embodiment of the immobilized metal ion affinity adsorption using the metal-supported polymer used in the present invention is a method in which amino acids and / or peptides having metal binding properties are converted into salts and / or An organic waste containing the protein is brought into contact with an iminodiacetic acid-type chelating resin supporting a first transition metal ion, and preferably reacted or mixed until the adsorption reaction reaches equilibrium, and an amino acid having metal binding properties and After making a mixture in which the peptide is adsorbed to the chelate resin, the amino acid having metal binding property and / or the chelate resin to which the peptide is adsorbed is recovered from the mixture, and further the amino acid having metal binding property from the chelate resin And / or eluting the peptide.
本明細書において、「吸着」および「担持」は、目的物質が樹脂に結合して保持されることを意味し、配位結合（錯体形成）による樹脂への結合（固定化）に加えて、静電的相互作用による樹脂への緩やかな結合も包含する。 In the present specification, “adsorption” and “support” mean that a target substance is bonded to and held by a resin, and in addition to bonding (immobilization) to a resin by coordination bonding (complex formation), It also includes loose binding to the resin by electrostatic interaction.
本明細書において、「イミノ二酢酸型キレート樹脂」は、イミノ二酢酸基をキレート基として担体に結合させたキレート樹脂を意味する。イミノ二酢酸型キレート樹脂に結合されたイミノ二酢酸基は金属イオンと配位結合し、錯体を形成する。これにより、その金属イオンはキレート基に担持され、キレート樹脂に固定化された形態となる。本方法で使用されるイミノ二酢酸型キレート樹脂の基体、形状、製造方法などは特に限定されず、キレート樹脂の製造に通常利用される任意のものを使用することができる。本方法で使用されるイミノ二酢酸型キレート樹脂は、例えば任意の基本樹脂に基づくものであってよく、例えばフェノール系、スチレン系、アクリル系、エポキシ系などの架橋体を基体（担体）とする樹脂を使用することができる。本方法で使用されるイミノ二酢酸型キレート樹脂は、架橋ポリスチレン基体を基本樹脂として用いたものであることがより好ましい。このようなイミノ二酢酸型キレート樹脂は、公知の方法によって製造することもできるし（例えば、Hutchens,T.W. ら著、J. Chromatogr., 第536巻、p. 1-15 (1991年)、特開平02-187143号公報などに記載の方法を参照されたい）、市販品を使用することもできる。本方法において好適に使用できる市販のイミノ二酢酸型キレート樹脂としては、例えば、三菱化学ダイヤイオン（登録商標）CR-11（三菱化学）、ランクセス(株)レバチット（登録商標）TP207、レバチット（登録商標）モノポラスTP208が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 In this specification, the “iminodiacetic acid type chelate resin” means a chelate resin in which an iminodiacetic acid group is bound to a carrier as a chelate group. The iminodiacetic acid group bonded to the iminodiacetic acid-type chelate resin coordinates with a metal ion to form a complex. As a result, the metal ion is supported on the chelate group and is immobilized on the chelate resin. The substrate, shape, production method, and the like of the iminodiacetic acid-type chelate resin used in the present method are not particularly limited, and any of those commonly used for the production of chelate resins can be used. The iminodiacetic acid-type chelate resin used in this method may be based on, for example, any basic resin. For example, a cross-linked body such as phenol, styrene, acrylic, or epoxy is used as a substrate (carrier). Resin can be used. The iminodiacetic acid-type chelate resin used in this method is more preferably one using a cross-linked polystyrene substrate as a basic resin. Such an iminodiacetic acid type chelate resin can be produced by a known method (for example, Hutchens, TW et al., J. Chromatogr., 536, p. 1-15 (1991)). (See the method described in Kaihei 02-187143, etc.), and commercially available products can also be used. Examples of commercially available iminodiacetic acid-type chelating resins that can be suitably used in this method include Mitsubishi Chemical Diaion (registered trademark) CR-11 (Mitsubishi Chemical), LANXESS Corporation Lebatit (registered trademark) TP207, and Levacit (registered). (Trademark) monoporous TP208 is mentioned, However, It is not limited to these.
本方法のイミノ二酢酸型キレート樹脂に担持される第一遷移金属イオンとしては、Cu(II)イオン、Ni(II)イオン、Co(II)イオン、Zn(II)イオンなどが挙げられるが、Cu(II)イオンが特に好ましい。 Examples of the first transition metal ions supported on the iminodiacetic acid-type chelate resin of the present method include Cu (II) ions, Ni (II) ions, Co (II) ions, Zn (II) ions, and the like. Cu (II) ions are particularly preferred.
本方法のCu(II)イオンを担持したイミノ二酢酸型キレート樹脂、特に、架橋ポリスチレン基体に基づく当該キレート樹脂は、広いpH範囲において、高塩濃度下でも塩非存在下でも、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドに対して良好な吸着性と溶離剤による脱離性とを有する。それ故、本方法において、前記キレート樹脂は、第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂としてより好適に使用することが可能である。 The iminodiacetic acid-type chelating resin carrying Cu (II) ions of this method, particularly the chelating resin based on a cross-linked polystyrene substrate, exhibits a metal binding property in a wide pH range, even at high salt concentrations and in the absence of salt. It has good adsorptivity to the amino acids and / or peptides it has and detachability by the eluent. Therefore, in this method, the chelate resin can be more suitably used as an iminodiacetic acid type chelate resin in which the first transition metal ion is immobilized.
第一遷移金属イオンのイミノ二酢酸型キレート樹脂への固定化は、公知の方法に従って行えばよい。例えば、あらかじめイミノ二酢酸型キレート樹脂を充填したカラムに当該金属イオンの水溶液を通液させるか、あるいは当該金属イオンの水溶液に樹脂を添加して所定時間撹拌し、濾過後、乾燥させる方法などを用いることができる。イミノ二酢酸型キレート樹脂に固定化される金属イオンの量は、特に限定されないが、例えば0.1〜2.0 mmol/g、より好ましくは1.0〜2.0 mmol/g程度である。 Immobilization of the first transition metal ion to the iminodiacetic acid-type chelate resin may be performed according to a known method. For example, a method in which an aqueous solution of the metal ion is passed through a column preliminarily packed with an iminodiacetic acid type chelate resin, or a method in which the resin is added to the aqueous solution of the metal ion and stirred for a predetermined time, followed by filtration and drying. Can be used. The amount of the metal ion immobilized on the iminodiacetic acid type chelate resin is not particularly limited, but is, for example, about 0.1 to 2.0 mmol / g, more preferably about 1.0 to 2.0 mmol / g.
本方法では、上記の第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂に、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドならびに塩を含む水溶液を接触させる。これは例えば、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドならびに塩を含む水溶液中に、第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂を添加し、一定時間振盪することにより、達成することができる。 In this method, the above-mentioned iminodiacetic acid-type chelate resin on which the first transition metal ion is immobilized is brought into contact with an aqueous solution containing an amino acid and / or peptide having a metal binding property and a salt. This is achieved, for example, by adding an iminodiacetic acid-type chelate resin in which a first transition metal ion is immobilized to an aqueous solution containing a metal-binding amino acid and / or peptide and a salt, and shaking for a certain period of time. be able to.
金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドならびに塩を含む水溶液と、第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂との接触は、該アミノ酸および／またはペプチドの吸着により好適な条件下で行うことが好ましい。例えば、当該水溶液とキレート樹脂との接触は、限定するものではないが、好ましくはpH5〜12、さらに好ましくはpH7〜10の条件下で行うことにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドの吸着選択性をより高めることが可能である。また温度条件は、特に限定されないが、好ましくは10℃〜40℃、より好ましくは25℃〜35℃、さらに好適には30℃とすればよい。 Contact between an aqueous solution containing an amino acid and / or peptide having a metal binding property and a salt and an iminodiacetic acid-type chelate resin on which a first transition metal ion is immobilized is carried out under conditions suitable for adsorption of the amino acid and / or peptide. It is preferable to carry out with. For example, although the contact between the aqueous solution and the chelate resin is not limited, it is preferably carried out under conditions of pH 5 to 12, more preferably pH 7 to 10, so that amino acid and / or peptide having a metal binding property can be obtained. It is possible to further increase the adsorption selectivity. The temperature condition is not particularly limited, but is preferably 10 ° C to 40 ° C, more preferably 25 ° C to 35 ° C, and even more preferably 30 ° C.
以上のようにして、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドならびに塩を含む水溶液と、第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂とを接触させることにより、該金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを、第一遷移金属イオンとの配位結合を介して該樹脂に吸着させることができる。 As described above, by bringing the aqueous solution containing an amino acid and / or peptide having a metal binding property and a salt into contact with the iminodiacetic acid-type chelate resin on which the first transition metal ion is immobilized, the metal binding property is improved. The amino acid and / or peptide that it has can be adsorbed to the resin via a coordinate bond with the first transition metal ion.
第一遷移金属イオンを固定化したイミノ二酢酸型キレート樹脂に吸着された金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドは、その後、該水溶性キレート高分子から溶離して用いる。当該キレート樹脂からの吸着物質の溶離は、例えば、公知の溶離剤を用いて行うことができる。より具体的には、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが吸着された上記のキレート樹脂に、適切な溶離剤の水溶液を添加し混合することにより、当該樹脂から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを脱離させ、水溶液中に溶出させることができる。この溶離剤として、限定するものではないが、例えばクエン酸をはじめとする酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミダゾール、ヒスチジンなどを使用することにより、当該樹脂から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを容易に脱離（溶離）させることができる。 The metal-binding amino acid and / or peptide adsorbed on the iminodiacetic acid-type chelate resin on which the first transition metal ion is immobilized is then used after elution from the water-soluble chelate polymer. The elution of the adsorbed substance from the chelate resin can be performed using, for example, a known eluent. More specifically, by adding an aqueous solution of an appropriate eluent to the above-mentioned chelating resin adsorbed with amino acid and / or peptide having metal binding property, and mixing the amino acid having metal binding property from the resin and Peptides can be desorbed and eluted in an aqueous solution. The eluent includes, but is not limited to, acids such as citric acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, imidazole, histidine, and the like. Alternatively, the peptide can be easily desorbed (eluted).
このようにして溶離した金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドと樹脂とを含む混合物を、例えばさらに濾過して樹脂を除去することにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが単離または濃縮された状態で含まれる水溶液を取得することができる。上記混合物またはそこから採取した金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを含む水溶液は、クロマトグラフィー法などの他の公知のペプチド精製技術に供することにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドをさらに分離精製してもよい。 The amino acid and / or peptide having metal binding property is isolated or isolated by, for example, further filtering the mixture containing the amino acid and / or peptide having metal binding property and the resin eluted in this manner to remove the resin. An aqueous solution contained in a concentrated state can be obtained. The aqueous solution containing the amino acid and / or peptide having metal binding property collected from the above mixture or the mixture is subjected to other known peptide purification techniques such as chromatography, so that the amino acid and / or peptide having metal binding property can be obtained. Further, separation and purification may be performed.
上記の方法によれば、有機性廃棄物中に塩類等が共存していても、その有機性廃棄物中から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを迅速な吸着反応により分離（単離または濃縮）することができる。本方法で使用されるキレート樹脂は安価であり、それ故低コストで本発明の重金属溶出剤を調製することが可能となる。 According to the above method, even if salts and the like coexist in the organic waste, the amino acid and / or peptide having metal binding property is separated (isolated or isolated) from the organic waste by the rapid adsorption reaction. Concentrated). The chelate resin used in the present method is inexpensive, and therefore the heavy metal eluent of the present invention can be prepared at a low cost.
１−２−２．水溶性高分子を担体として用いた限外濾過分離に基づく調製方法
本発明に使用される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着の他の実施形態は、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩と共に含む有機性廃棄物に、第一遷移金属イオンを担持した水溶性高分子を加えて、好ましくは吸着反応が平衡に達するまで十分に混合し、該有機性廃棄物中の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが水溶性高分子に保持された混合物とした後、その混合物を限外濾過にかけて、該水溶性高分子に保持された金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを濾過残渣として分離することを含む。
1-2-2. Preparation Method Based on Ultrafiltration Separation Using Water-Soluble Polymer as Support Other embodiment of immobilized metal ion affinity adsorption using metal-supported polymer used in the present invention includes an amino acid having metal binding properties and To the organic waste containing the peptide and / or the salt, a water-soluble polymer carrying the first transition metal ion is added, preferably mixed well until the adsorption reaction reaches equilibrium, and the organic waste in the organic waste After the amino acid and / or peptide having a metal binding property is made into a mixture in which the water-soluble polymer is held, the mixture is subjected to ultrafiltration, and the amino acid and / or the metal binding property held in the water-soluble polymer and / or Separating the peptide as a filtration residue.
上記の実施形態においては、第一遷移金属イオンを担持した水溶性高分子を、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを吸着する水溶性の担体として用いる。前記第一遷移金属イオンとしては、Cu(II)イオン、Ni(II)イオン、Co(II)イオン、Zn(II)イオンなどが挙げられるが、Cu(II)イオンが特に好ましい。水溶性高分子としては、限外濾過膜（一般的には、分画分子量5,000〜50,000の限外濾過膜）を透過しないサイズを有し、かつ水溶性である任意の化合物を用いることができ、例えば、より好ましい例として水溶性多糖類が挙げられる。具体的には、本方法では、分子量10,000以上、好ましくは分子量60,000〜90,000の水溶性高分子を好適に使用することができる。より具体的には、本発明で使用可能な水溶性高分子として、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリエチレングリコール等の水溶性合成高分子や、カルボキシメチルセルロース、水溶性セルロース、水溶性キチンおよび／またはキトサン、ペクチン、デキストラン（Dex）、アガロース、アルギン酸、カラギーナン等の水溶性天然多糖類等が挙げられるが、デキストランが特に好ましい。 In the above embodiment, a water-soluble polymer carrying a first transition metal ion is used as a water-soluble carrier that adsorbs amino acids and / or peptides having metal binding properties. Examples of the first transition metal ion include Cu (II) ion, Ni (II) ion, Co (II) ion, and Zn (II) ion, with Cu (II) ion being particularly preferred. As the water-soluble polymer, any compound that has a size that does not permeate an ultrafiltration membrane (generally, an ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 5,000 to 50,000) and is water-soluble can be used. For example, a water-soluble polysaccharide is mentioned as a more preferable example. Specifically, in this method, a water-soluble polymer having a molecular weight of 10,000 or more, preferably a molecular weight of 60,000 to 90,000 can be suitably used. More specifically, water-soluble polymers that can be used in the present invention include water-soluble synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisopropylacrylamide, and polyethylene glycol, carboxymethyl cellulose, water-soluble cellulose, water-soluble chitin, and the like. Examples thereof include water-soluble natural polysaccharides such as chitosan, pectin, dextran (Dex), agarose, alginic acid, and carrageenan, and dextran is particularly preferable.
本明細書において、「第一遷移金属イオンを担持した水溶性高分子」は、担体である水溶性高分子に第一遷移金属イオンを固定化したものを意味する。 In the present specification, the “water-soluble polymer carrying a first transition metal ion” means a product in which a first transition metal ion is immobilized on a water-soluble polymer as a carrier.
第一遷移金属イオンを担持した水溶性高分子としてより一般的な例は、上記の水溶性高分子に、第一遷移金属イオンを固定化できるキレート基を官能基として導入し（以下水溶性キレート高分子と略称する）、そのキレート基に第一遷移金属イオンをキレート結合により固定化して得られるものである。第一遷移金属イオンを固定化できるキレート基としては、イミノ二酢酸基、アミドキシム基、アミノリン酸基等を用いることができるが、イミノ二酢酸基を用いることがより好ましい。水溶性高分子へのキレート基の導入は、通常の有機化学反応を利用する公知の方法に従って行えばよい。水溶性高分子へのキレート基の導入は、エポキシ基（例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル）などの架橋基を介してキレート基を水溶性高分子に結合することにより行ってもよい。具体的には、例えばイミノ二酢酸基をキレート基として用い、水溶性高分子としてデキストランを用いる場合には、下記の合成スキームに従って、イミノ二酢酸基を導入したキレート高分子（デキストラン誘導体）を生成することができる。 As a more general example of a water-soluble polymer carrying a first transition metal ion, a chelate group capable of immobilizing the first transition metal ion is introduced into the water-soluble polymer as a functional group (hereinafter referred to as a water-soluble chelate). It is obtained by immobilizing the first transition metal ion to the chelate group by chelate bond. As the chelate group capable of immobilizing the first transition metal ion, an iminodiacetic acid group, an amidoxime group, an aminophosphate group, or the like can be used, but an iminodiacetic acid group is more preferable. The chelating group may be introduced into the water-soluble polymer according to a known method using a normal organic chemical reaction. The chelating group may be introduced into the water-soluble polymer by bonding the chelating group to the water-soluble polymer via a crosslinking group such as an epoxy group (for example, ethylene glycol diglycidyl ether or glycerol polyglycidyl ether). Good. Specifically, for example, when iminodiacetic acid group is used as a chelate group and dextran is used as a water-soluble polymer, a chelate polymer (dextran derivative) into which iminodiacetic acid group is introduced is generated according to the following synthesis scheme. can do.
得られた水溶性キレート高分子への第一遷移金属イオンの固定化は、公知の方法に従って行えばよい。第一遷移金属イオンは、水溶性キレート高分子に導入されたキレート基とキレート錯体を形成することによって、その水溶性高分子に固定化される。例えば、あらかじめ固定化する第一遷移金属の塩を含む水溶液でコンディショニングした水溶性キレート高分子に、当該金属塩の水溶液を添加して所定時間撹拌し、透析して得た残渣を乾燥させる方法等によって、第一遷移金属イオンを水溶性キレート高分子へ固定化することができる。水溶性キレート高分子に固定化される第一遷移金属イオンの量（担持量）は、限定するものではないが、該水溶性キレート高分子1 g当たりの値で、例えば0.05〜10.0 mmol/g、より好ましくは0.1〜2.0 mmol/gであり、特に好ましくは0.2〜0.5 mmol/gである。 The first transition metal ion may be immobilized on the obtained water-soluble chelate polymer according to a known method. The first transition metal ion is immobilized on the water-soluble polymer by forming a chelate complex with the chelate group introduced into the water-soluble chelate polymer. For example, a method of adding an aqueous solution of the metal salt to a water-soluble chelate polymer conditioned with an aqueous solution containing a salt of a first transition metal to be immobilized in advance, stirring for a predetermined time, and drying a residue obtained by dialysis, etc. The first transition metal ion can be immobilized on the water-soluble chelate polymer. The amount (supported amount) of the first transition metal ion immobilized on the water-soluble chelate polymer is not limited, but is a value per 1 g of the water-soluble chelate polymer, for example, 0.05 to 10.0 mmol / g. More preferably, it is 0.1-2.0 mmol / g, Most preferably, it is 0.2-0.5 mmol / g.
本明細書において、第一遷移金属イオンを固定化した水溶性キレート高分子を「第一遷移金属担持水溶性キレート高分子」と総称し、具体的には例えば「銅(II)担持水溶性キレート高分子」や、「銅(II)担持キレートデキストラン」などと称する。 In the present specification, the water-soluble chelate polymer in which the first transition metal ion is immobilized is collectively referred to as “first-transition metal-supported water-soluble chelate polymer”, specifically, for example, “copper (II) -supported water-soluble chelate polymer”. It is referred to as “polymer” or “copper (II) -supported chelate dextran”.
本方法では、上記の第一遷移金属担持水溶性キレート高分子に、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを含む有機性廃棄物を加えて十分に混合する（好ましくは、吸着反応が平衡に達するまでよく混合する）ことにより、該有機性廃棄物中の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが、第一遷移金属担持水溶性キレート高分子に保持された混合物とする。前記混合物は、例えば一定時間振盪することにより、良好に混合することができる。一般的には、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩と共に含む有機性廃棄物と、第一遷移金属担持水溶性キレート高分子との混合は、限定するものではないが、好ましくはpH4〜12、より好ましくはpH5〜12、さらに好ましくはpH5〜9の条件下で行うことにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドの吸着率をより向上させることができる。混合時の温度条件は、特に限定されないが、好ましくは10℃〜40℃、より好ましくは25℃〜35℃、さらに好適には30℃とすればよい。振盪速度は100〜300 rpm、好ましくは120 rpmで振盪すればよい。振盪等による混合時間（第一遷移金属担持水溶性キレート高分子と金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドとの接触時間）は、適宜設定すればよいが、吸着反応が平衡に達するまでに要する時間を上回る時間が好ましい。その混合時間は、振盪条件等にもよるが、通常は30分〜48時間程度でよい。短時間のうちに高効率に金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを回収するためには、吸着反応が平衡に達するまでの時間だけ混合すればよく、例えば30分〜24時間、好ましくは1時間〜7時間、より好ましくは1時間〜4時間にわたり混合すればよい。
In this method, an organic waste containing a metal-binding amino acid and / or peptide is added to the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer and mixed well (preferably, the adsorption reaction is balanced). By mixing well until it reaches, a mixture in which the amino acid and / or peptide having metal binding property in the organic waste is held in the water-soluble chelate polymer carrying the first transition metal is obtained. The mixture can be mixed well, for example, by shaking for a certain time. In general, the mixing of the organic waste containing a metal-binding amino acid and / or peptide with a salt and the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer is not limited, but preferably
以上のようにして、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩と共に含む有機性廃棄物と、第一遷移金属担持水溶性キレート高分子とを混合することにより、該有機性廃棄物中の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを、第一遷移金属イオンとの金属配位結合に基づき水溶性キレート高分子に吸着（捕捉）して保持させることができる。 As described above, by mixing an organic waste containing a metal-binding amino acid and / or peptide together with a salt with the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer, the organic waste in the organic waste is mixed. Amino acids and / or peptides having metal binding properties can be adsorbed (trapped) and retained on a water-soluble chelate polymer based on metal coordination bonds with the first transition metal ion.
上記工程で得られた金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを保持した第一遷移金属担持水溶性キレート高分子が含まれる混合物を、次いで限外濾過にかける。この限外濾過により、該水溶性キレート高分子に保持された金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドは、濾過残渣として限外濾過膜上に保持され、一方、低分子量の目的外の物質（他のペプチド、アミノ酸、タンパク質等）は、限外濾過膜を通過して透過液へと流出する。それ故、水溶性キレート高分子に保持された金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを、他の成分と分離して回収することができる。 The mixture containing the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer retaining the amino acid and / or peptide having a metal binding property obtained in the above step is then subjected to ultrafiltration. By this ultrafiltration, the amino acid and / or peptide having a metal binding property retained in the water-soluble chelate polymer is retained on the ultrafiltration membrane as a filtration residue, while a low-molecular weight non-target substance ( Other peptides, amino acids, proteins, etc.) flow through the ultrafiltration membrane into the permeate. Therefore, the amino acid and / or peptide having a metal binding property retained in the water-soluble chelate polymer can be separated and recovered from other components.
前記限外濾過は、当業界で慣用される任意の方法によって行うことができるが、好ましくは、分画分子量5,000〜50,000、より好ましくは分画分子量10,000〜30,000の限外濾過膜を用いて行うのがよい。限定するものではないが、一般的には限外濾過の際に加圧することが好ましく、例えば0.03〜1 MPa、例えば0.3 MPaの加圧下で限外濾過することができる。 The ultrafiltration can be performed by any method commonly used in the art, but is preferably performed using an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut off of 5,000 to 50,000, more preferably a molecular weight cut off of 10,000 to 30,000. It is good. Although it is not limited, in general, it is preferable to pressurize during ultrafiltration. For example, ultrafiltration can be performed under a pressure of 0.03 to 1 MPa, for example, 0.3 MPa.
第一遷移金属担持水溶性キレート高分子に保持された金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドは、その後、該水溶性キレート高分子から溶離して用いる。当該金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドの溶離は、例えば、公知の溶離剤を用いて行うことができる。より具体的には、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを保持させた上記第一遷移金属担持水溶性キレート高分子に、適切な溶離剤の水溶液を添加し、混合することにより、当該水溶性キレート高分子から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを脱離させて水溶液中に溶出させることができる。この溶離剤として、限定するものではないが、例えばクエン酸をはじめとする酸、酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミダゾール、ヒスチジンなどを使用することにより、当該水溶性キレート高分子から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを容易に脱離（溶離）させることができる。 The amino acid and / or peptide having a metal binding property held in the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer is then used after eluting from the water-soluble chelate polymer. The elution of the amino acid and / or peptide having a metal binding property can be performed using, for example, a known eluent. More specifically, an aqueous solution of an appropriate eluent is added to and mixed with the first transition metal-supported water-soluble chelate polymer that retains the amino acid and / or peptide having metal binding properties. An amino acid and / or peptide having metal binding properties can be eliminated from the soluble chelate polymer and eluted in an aqueous solution. The eluent is not limited, but, for example, by using an acid such as citric acid, acetic acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, imidazole, histidine, etc. It is possible to easily desorb (elute) amino acids and / or peptides having a property.
このようにして溶離した金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドと水溶性キレート高分子とを含む混合物を、例えばさらに濾過して水溶性キレート高分子を除去することにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが単離または濃縮された状態で含まれる水溶液を取得することができる。上記混合物またはそこから得られた金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを含む水溶液は、クロマトグラフィー法などの他の公知のペプチド精製技術に供することにより、さらに分離精製してもよい。 The amino acid having metal binding property is obtained by removing the water-soluble chelate polymer by, for example, further filtering the mixture containing the amino acid and / or peptide having metal binding property and the water-soluble chelate polymer thus eluted. And / or an aqueous solution containing the peptide in an isolated or concentrated state can be obtained. The mixture or an aqueous solution containing a metal-binding amino acid and / or peptide obtained therefrom may be further separated and purified by subjecting it to other known peptide purification techniques such as chromatography.
上記の方法によれば、有機性廃棄物中に塩類等が共存していても、その有機性廃棄物中から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを迅速な吸着反応により分離（単離または濃縮）することができ、かつ該吸着反応は早期に平衡に達することから、煩雑な脱塩操作をすることなく金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを短時間のうちに高効率に調製することが可能となる。 According to the above method, even if salts and the like coexist in the organic waste, the amino acid and / or peptide having metal binding property is separated (isolated or isolated) from the organic waste by the rapid adsorption reaction. Since the adsorption reaction reaches equilibrium at an early stage, amino acids and / or peptides having metal binding properties can be prepared with high efficiency in a short time without complicated desalting operations. It becomes possible.
１−２−３．水不溶性多糖類を担体として用いた調製方法
本発明に使用される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着のさらに他の実施形態は、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩および／またはタンパク質と共に含む有機性廃棄物と、第一遷移金属イオンを担持した水不溶性高分子とを接触させ、好ましくは吸着反応が平衡に達するまで反応させまたは混合して、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが水不溶性高分子に吸着された混合物とした後、その混合物から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが吸着された水不溶性高分子を回収し、さらにその水不溶性高分子から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを溶離させることを含む。
1-2-3. Preparation method using water-insoluble polysaccharide as carrier Still another embodiment of the immobilized metal ion affinity adsorption using the metal-supported polymer used in the present invention is to salt amino acids and / or peptides having metal binding properties. And / or organic waste containing the protein and the water-insoluble polymer carrying the first transition metal ion, and preferably reacting or mixing until the adsorption reaction reaches equilibrium to have metal binding properties After making a mixture in which amino acids and / or peptides are adsorbed on a water-insoluble polymer, the water-insoluble polymer adsorbed with amino acid and / or peptide having metal binding properties is recovered from the mixture, and the water-insoluble polymer is further collected. Eluting amino acids and / or peptides having metal binding properties from
この方法においては、第一遷移金属イオンを担持した水不溶性高分子（特に、水不溶性多糖類）を、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを吸着する水不溶性の担体として用いる。第一遷移金属イオンとしては、Cu(II)イオン、Ni(II)イオン、Co(II)イオン、Zn(II)イオンなどが挙げられるが、Cu(II)イオンが特に好ましい。本方法で使用可能な水不溶性高分子としては、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、キチン等の水不溶性多糖類が好ましく、特にセルロースが好ましい。本方法で使用可能な水不溶性多糖類としては、分子量1,000以上、好ましくは分子量3,000〜5,000の多糖類がより好ましい。 In this method, a water-insoluble polymer (in particular, a water-insoluble polysaccharide) carrying a first transition metal ion is used as a water-insoluble carrier that adsorbs amino acids and / or peptides having metal binding properties. Examples of the first transition metal ion include Cu (II) ion, Ni (II) ion, Co (II) ion, and Zn (II) ion, and Cu (II) ion is particularly preferable. As the water-insoluble polymer usable in the present method, water-insoluble polysaccharides such as cellulose, hemicellulose, lignin and chitin are preferable, and cellulose is particularly preferable. The water-insoluble polysaccharide that can be used in the present method is more preferably a polysaccharide having a molecular weight of 1,000 or more, preferably 3,000 to 5,000.
本明細書において、「第一遷移金属イオンを担持した水不溶性多糖類」は、担体である水不溶性多糖類に第一遷移金属イオンを固定化したものを意味する。 In the present specification, “a water-insoluble polysaccharide carrying a first transition metal ion” means a product in which a first transition metal ion is immobilized on a water-insoluble polysaccharide as a carrier.
第一遷移金属イオンを担持した水不溶性多糖類としてより一般的な例は、上記水不溶性多糖類に、第一遷移金属イオンを固定化できるキレート基を官能基として導入し、そのキレート基に第一遷移金属イオンをキレート結合により固定化して得られるものである。第一遷移金属イオンを固定化できるキレート基としては、イミノ二酢酸基、アミドキシム基、アミノリン酸基等を用いることができるが、イミノ二酢酸基を用いることがより好ましい。水不溶性多糖類へのキレート基の導入は、通常の有機化学反応を利用する公知の方法に従って行えばよい。水不溶性多糖類へのキレート基の導入は、エポキシ基（例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテルやグリセロールポリグリシジルエーテル）などの架橋基を介してキレート基を水不溶性多糖類に結合するものでもよい。あるいは、第一遷移金属イオンをキレート結合により固定化して担持した水不溶性多糖類としては、重金属吸着除去用のキレート吸着材として各種市販されているものを用いることもできる。例えばイミノ二酢酸基をキレート基として用いたセルロース系キレート吸着材であるCellufine（登録商標） Chelate（チッソ社製）を、本発明に使用される金属担持高分子を用いた固定化金属イオンアフィニティー吸着に好適に用いることができる。 As a more general example of a water-insoluble polysaccharide carrying a first transition metal ion, a chelate group capable of immobilizing the first transition metal ion is introduced into the water-insoluble polysaccharide as a functional group, and One transition metal ion is obtained by immobilizing with a chelate bond. As the chelate group capable of immobilizing the first transition metal ion, an iminodiacetic acid group, an amidoxime group, an aminophosphate group, or the like can be used, but an iminodiacetic acid group is more preferable. The chelate group may be introduced into the water-insoluble polysaccharide according to a known method using a normal organic chemical reaction. The chelate group may be introduced into the water-insoluble polysaccharide by binding the chelate group to the water-insoluble polysaccharide via a crosslinking group such as an epoxy group (for example, ethylene glycol diglycidyl ether or glycerol polyglycidyl ether). Alternatively, as the water-insoluble polysaccharide in which the first transition metal ion is immobilized and supported by a chelate bond, various commercially available chelate adsorbents for heavy metal adsorption removal can be used. For example, Cellufine (registered trademark) Chelate (manufactured by Chisso), a cellulosic chelate adsorbent using iminodiacetic acid groups as chelate groups, is immobilized metal ion affinity adsorption using the metal-supported polymer used in the present invention. Can be suitably used.
上記水不溶性キレート多糖類への第一遷移金属イオンの固定化は、公知の方法に従って行えばよい。第一遷移金属イオンは、水不溶性キレート多糖類に導入されたキレート基とキレート形成することによって、その水不溶性多糖類に固定化される。例えば、あらかじめ、固定化するその第一遷移金属の塩を含む水溶液でコンディショニングした水不溶性キレート多糖類に、当該金属塩の水溶液を添加して所定時間撹拌し、透析して得た残渣を乾燥させる方法等によって、第一遷移金属イオンを水不溶性キレート多糖類へ固定化することができる。水不溶性キレート多糖類に固定化される第一遷移金属イオンの量（担持量）は、限定するものではないが、該水不溶性キレート高分子1 g当たりの値で、例えば0.05〜10.0 mmol/g、より好ましくは0.1〜2.0 mmol/g、例えば0.2〜0.5 mmol/g程度である。 The first transition metal ion may be immobilized on the water-insoluble chelate polysaccharide according to a known method. The first transition metal ion is immobilized on the water-insoluble polysaccharide by chelating with the chelate group introduced into the water-insoluble chelate polysaccharide. For example, an aqueous solution of the metal salt is added to a water-insoluble chelate polysaccharide previously conditioned with an aqueous solution containing the salt of the first transition metal to be immobilized, and the residue obtained by dialysis is dried by stirring for a predetermined time. The first transition metal ion can be immobilized on the water-insoluble chelate polysaccharide by a method or the like. The amount (supported amount) of the first transition metal ion immobilized on the water-insoluble chelate polysaccharide is not limited, but is a value per 1 g of the water-insoluble chelate polymer, for example, 0.05 to 10.0 mmol / g. More preferably, it is 0.1-2.0 mmol / g, for example, about 0.2-0.5 mmol / g.
本明細書において、第一遷移金属イオンを固定化したキレート基を有する水不溶性多糖類を「第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類」と総称し、具体的には例えば「銅(II)担持水不溶性キレート多糖類」や、「銅(II)担持セルロース系キレート吸着材」などと称する。 In this specification, water-insoluble polysaccharides having a chelate group immobilized with a first transition metal ion are collectively referred to as “first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharides”, specifically, for example, “copper (II) support”. It is referred to as “water-insoluble chelate polysaccharide” or “copper (II) -supported cellulose chelate adsorbent”.
本方法では、上記の第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類に、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを含む有機性廃棄物を加えることにより、好ましくは吸着反応が平衡に達するまでその第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類と金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドとを接触させることにより、その溶液中の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類に吸着させる。例えば、当該第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類に有機性廃棄物を加え、一定時間振盪して反応させまたは混合することで、両者を十分に接触させることができる。一般的には、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩および／またはタンパク質（好ましくは水溶性タンパク質）と共に含む有機性廃棄物と、第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類との接触は、限定するものではないが、好ましくはpH4〜12、より好ましくはpH5〜12、さらに好ましくはpH5〜9の条件下で行うことにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチド吸着率をより向上させることができる。接触時の温度条件は、特に限定されないが、好ましくは10℃〜40℃、より好ましくは25℃〜35℃、さらに好適には30℃とすればよい。振盪速度は100〜300 rpm、好ましくは120 rpmで振盪すればよい。振盪等による接触時間（第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類と金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドとの接触時間）は、適宜設定すればよいが、吸着反応が平衡に達するまでに要する時間を上回る時間が好ましい。その接触時間は、振盪条件等にもよるが、通常は30分〜48時間程度でよい。短時間のうちに高効率に金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを回収するためには、吸着反応が平衡に達するまでの時間だけ混合すればよく、例えば30分〜24時間、好ましくは1時間〜7時間、より好ましくは1時間〜4時間にわたり混合すればよい。
In this method, an organic waste containing a metal-binding amino acid and / or peptide is added to the first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide, preferably until the adsorption reaction reaches equilibrium. A transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide and a metal-binding amino acid and / or peptide are brought into contact with each other to convert the metal-binding amino acid and / or peptide in the solution into a first transition metal-supported water-insoluble chelate. Adsorb to polysaccharides. For example, by adding an organic waste to the first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide and shaking it for a certain period of time to react or mix, the two can be brought into sufficient contact. In general, contact between an organic waste containing a metal-binding amino acid and / or peptide together with a salt and / or protein (preferably a water-soluble protein) and the first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide is Although not limited, the adsorption rate of amino acids and / or peptides having metal binding properties is further improved by performing the treatment under conditions of preferably
以上のようにして、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを塩および／またはタンパク質と共に含む水溶液と、第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類とを接触させることにより、該水溶液中の金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを、そのヒスチジンのイミダゾール基と第一遷移金属イオンとの金属配位結合に基づきその水不溶性キレート多糖類に吸着させることができる。 As described above, by bringing an aqueous solution containing a metal-binding amino acid and / or peptide together with a salt and / or protein into contact with the first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide, the metal bond in the aqueous solution is contacted. The amino acid and / or peptide having the property can be adsorbed to the water-insoluble chelate polysaccharide based on the metal coordination bond between the imidazole group of the histidine and the first transition metal ion.
第一遷移金属担持水不溶性キレート多糖類に吸着させた金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドは、次に、該水不溶性キレート高分子から溶離させることが好ましい。吸着した金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドの溶離は、例えば、公知の溶離剤を用いて行うことができる。より具体的には、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを吸着させた上記水不溶性キレート多糖類に、適切な溶離剤の水溶液を添加し、混合することにより、当該水不溶性キレート多糖類から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを脱離させ、水溶液中に溶出させることができる。この溶離剤として、限定するものではないが、例えばクエン酸をはじめとする酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミダゾール、ヒスチジンなどを使用することにより、当該水不溶性キレート多糖類から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを容易に脱離（溶離）させることができる。この溶離剤として、限定するものではないが、例えばクエン酸をはじめとする酸、酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、イミダゾール、ヒスチジンなどを使用することにより、当該水不溶性キレート多糖類から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを容易に脱離（溶離）させることができる。 The amino acid and / or peptide having a metal binding property adsorbed on the first transition metal-supported water-insoluble chelate polysaccharide is then preferably eluted from the water-insoluble chelate polymer. The elution of the adsorbed amino acid and / or peptide having metal binding property can be performed using, for example, a known eluent. More specifically, an aqueous solution of an appropriate eluent is added to and mixed with the water-insoluble chelate polysaccharide adsorbed with amino acid and / or peptide having a metal binding property, thereby mixing the water-insoluble chelate polysaccharide from the water-insoluble chelate polysaccharide. Amino acids and / or peptides having metal binding properties can be eliminated and eluted in an aqueous solution. As this eluent, although not limited, for example, by using an acid such as citric acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, imidazole, histidine, etc., metal binding properties can be obtained from the water-insoluble chelate polysaccharide. Amino acids and / or peptides possessed can be easily desorbed (eluted). This eluent includes, but is not limited to, citric acid and other acids, acetic acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, imidazole, histidine, etc. It is possible to easily desorb (elute) amino acids and / or peptides having a property.
このようにして溶離した金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドと水不溶性キレート多糖類とを含む混合物を、例えばさらに濾過して水不溶性キレート多糖類を除去することにより、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドが単離または濃縮された状態で含まれる水溶液を取得することができる。上記混合物またはそこから得られた金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを含む水溶液は、クロマトグラフィー法などの他の公知のペプチド精製技術に供することにより、さらに分離精製してもよい。 The amino acid having metal binding property is obtained by removing the water-insoluble chelate polysaccharide, for example, by further filtering the mixture containing the amino acid and / or peptide having the metal binding property thus eluted and the water-insoluble chelate polysaccharide. And / or an aqueous solution containing the peptide in an isolated or concentrated state can be obtained. The mixture or an aqueous solution containing a metal-binding amino acid and / or peptide obtained therefrom may be further separated and purified by subjecting it to other known peptide purification techniques such as chromatography.
上記の方法によれば、有機性廃棄物中に塩類等が共存していても、その有機性廃棄物中から金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを迅速な吸着反応により分離（単離または濃縮）することができ、かつ該吸着反応は早期に平衡に達することから、煩雑な脱塩操作をすることなく金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを短時間のうちに高効率に回収することが可能となる。また有機性廃棄物中にタンパク質（特に水溶性タンパク質）が共存している場合でも、本方法によればタンパク質による吸着阻害をより低く抑えられるため、あらかじめ除タンパク質処理をしなくても金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドの吸着率を改善することが可能となる。 According to the above method, even if salts and the like coexist in the organic waste, the amino acid and / or peptide having metal binding property is separated (isolated or isolated) from the organic waste by the rapid adsorption reaction. Since the adsorption reaction reaches equilibrium at an early stage, amino acid and / or peptide having metal binding properties can be recovered with high efficiency in a short time without complicated desalting operation. It becomes possible. In addition, even when proteins (especially water-soluble proteins) coexist in organic waste, this method can suppress the adsorption inhibition by the proteins, so that the metal binding property can be eliminated without prior deproteinization treatment. It is possible to improve the adsorption rate of amino acids and / or peptides having.
以上説明したように、本発明の重金属溶出剤は、食品廃棄物などの有機性廃棄物から重金属溶出剤を調製するため、比較的低コストでかつ二次汚染の少ない汚染土壌の浄化を行うことが可能となる。また、本発明の重金属溶出剤は、有機性廃棄物に由来する金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドが有する重金属溶出作用により、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)およびCd(II)などの重金属で汚染された土壌を効率的に浄化することが可能である。 As described above, since the heavy metal eluent of the present invention prepares a heavy metal eluent from organic waste such as food waste, it can purify contaminated soil with relatively low cost and low secondary contamination. Is possible. Further, the heavy metal eluent of the present invention has Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co () due to the heavy metal elution action of metal-binding amino acids and / or peptides derived from organic waste. It is possible to efficiently purify soil contaminated with heavy metals such as II) and Cd (II).
２．重金属で汚染された土壌の浄化方法
本発明の土壌の浄化方法は、前記「１．重金属溶出剤」に開示される重金属溶出剤を重金属で汚染された土壌に接触させる工程（接触工程）；ならびに重金属溶出剤を接触させた土壌から、重金属を担持した金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを分離する工程（分離工程）；を含む。本発明の浄化方法により、低コストでかつ二次汚染の少ない土壌浄化が可能となる。
2. Method of purifying soil contaminated with heavy metal The method of purifying soil of the present invention comprises a step of contacting the heavy metal eluent disclosed in "1. Heavy metal eluent" with soil contaminated with heavy metal (contacting step); and Separating the metal-binding amino acid and / or peptide carrying heavy metal from the soil in contact with the heavy metal eluent (separation step). The purification method of the present invention enables soil purification at low cost and with little secondary contamination.
２−１．接触工程
接触工程は、金属結合性を有するアミノ酸および／またはペプチドを、土壌中に含まれる重金属と選択的に結合させることを目的とする。
2-1. Contacting process The contacting process is intended to selectively bind amino acids and / or peptides having metal binding properties to heavy metals contained in soil.
本工程において、重金属溶出剤を金属で汚染された土壌に接触させることにより、土壌粒子に吸着した重金属とキレート錯体のような可溶態の複合体分子を形成させる。土壌粒子からの重金属の脱離効率および／または複合体分子の形成効率は、土壌pHを調整することにより向上させることが可能である。一般にpH2〜3の強酸性条件において、高い脱離効率でCu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)およびCd(II)などの重金属を土壌粒子から溶出することが可能であるが、このような強酸性条件は様々な土壌養分の流出をも引き起こすために、農地などの汚染土壌浄化に用いる場合には適切な条件ではない。かかる実施形態においては、本工程は中性〜弱アルカリ性において実施されるのが好ましい。それ故、本工程においてpHはpH2〜12が好ましい。また、特定の実施形態において、pHはpH7〜10が好ましく、pH7〜8がより好ましい。 In this step, the heavy metal eluent is brought into contact with the soil contaminated with metal to form a complex molecule in a soluble state such as a chelate complex with the heavy metal adsorbed on the soil particles. Desorption efficiency of heavy metals from soil particles and / or complex molecule formation efficiency can be improved by adjusting soil pH. In general, heavy metals such as Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II) and Cd (II) can be eluted from soil particles with high desorption efficiency under strongly acidic conditions of pH 2-3. Although it is possible, such strongly acidic conditions also cause runoff of various soil nutrients, so they are not appropriate conditions when used for the purification of contaminated soil such as farmland. In such an embodiment, this step is preferably carried out at neutral to weak alkalinity. Therefore, the pH is preferably 2 to 12 in this step. Moreover, in specific embodiment, pH 7-10 are preferable and pH 7-8 are more preferable.
本工程は、限定するものではないが、例えば（１）カラムに汚染土壌を充填し、重金属溶出剤をカラム上部もしくは下部から通液する（カラム法）；（２）閉鎖容器内で汚染土壌と重金属溶出剤を混合する（バッチ混合法）；（３）閉鎖容器内で汚染土壌を重金属溶出剤に浸漬する（バッチ浸漬法）；または（４）現地汚染土壌に重金属溶出剤を直接散布する（直接散布法）；などのような方法のいずれか1つまたはそれらを組み合わせて実施することが可能である。少量の汚染土壌を浄化する場合には、高い脱離効率を達成できることからカラム法を用いることが好ましい。しかしながら、処理すべき土壌体積が増加すれば、それに比例してカラム作製に要するコストおよび労力が上昇する。それ故、大量の汚染土壌を浄化する場合には、バッチ混合法またはバッチ浸漬法（以下あわせてバッチ法と省略する）を用いることがより好ましい。さらに大規模に本発明の浄化方法を実施する場合には、汚染が発生している現地土壌に重金属溶出剤を直接散布することが好ましい。 Although this process is not limited, for example, (1) The column is filled with contaminated soil, and a heavy metal eluent is passed from the top or bottom of the column (column method); (2) Mix heavy metal eluent (batch mixing method); (3) Soak contaminated soil in heavy metal eluent in a closed container (batch soaking method); or (4) Spray heavy metal eluent directly on site contaminated soil ( It is possible to carry out any one of the methods such as direct spraying method); When purifying a small amount of contaminated soil, the column method is preferably used because high desorption efficiency can be achieved. However, if the soil volume to be treated increases, the cost and labor required for column production increase in proportion thereto. Therefore, when purifying a large amount of contaminated soil, it is more preferable to use a batch mixing method or a batch dipping method (hereinafter abbreviated as a batch method). Further, when the purification method of the present invention is carried out on a large scale, it is preferable to spray the heavy metal eluent directly on the contaminated local soil.
特定の実施形態において、本工程はバッチ混合法で実施することが好ましい。かかる実施形態において、混合は閉鎖容器内に設置した撹拌装置により実施してもよく、外部に設置した振盪装置によって閉鎖容器全体を振盪することにより実施してもよい。振盪装置によって振盪する場合、振盪速度は10〜150 rpmであることが好ましい。 In certain embodiments, this step is preferably performed by a batch mixing method. In such an embodiment, the mixing may be performed by a stirring device installed in the closed container, or may be performed by shaking the entire closed container by a shaking device installed outside. When shaking with a shaking device, the shaking speed is preferably 10 to 150 rpm.
本工程においては、使用される方法に依存して様々な処理温度を選択することが可能である。特定の実施形態において、本工程は10〜50℃で実施されることが好ましい。 In this step, various processing temperatures can be selected depending on the method used. In certain embodiments, this step is preferably performed at 10-50 ° C.
本工程においては、使用される方法に依存して様々な処理時間を選択することが可能である。特定の実施形態において、本工程は1〜48時間で実施されることが好ましい。 In this step, various processing times can be selected depending on the method used. In certain embodiments, this step is preferably performed in 1 to 48 hours.
本工程により、土壌粒子と結合した重金属を遊離し可溶態の複合体分子とすることで、重金属を土壌から分離することが可能となる。 By this step, it is possible to separate heavy metals from the soil by liberating heavy metals bound to soil particles to form soluble complex molecules.
２−２．分離工程
分離工程は、接触工程を行った土壌から、可溶態の複合体分子を分離して重金属を除去することを目的とする。
2-2. Separation process The separation process aims to separate soluble complex molecules and remove heavy metals from the soil subjected to the contact process.
本工程は、限定するものではないが、前記接触工程で使用された方法に依存して例えば（１）カラム上部もしくは下部の溶出口から、自然落下もしくはポンプ吸引によって重金属−金属結合性アミノ酸および／もしくはペプチド複合体を含む溶出液を分離する（カラム溶出法）；（２）汚染土壌および重金属溶出剤の混合物を濾過して重金属−金属結合性アミノ酸および／もしくはペプチド複合体を含む濾液を分離する（濾過法）；（３）汚染土壌および重金属溶出剤の混合物を静置して土壌を沈殿させ、重金属−金属結合性アミノ酸および／もしくはペプチド複合体を含む上清を分離する（沈殿法）；または（４）現地汚染土壌に掘削した井戸、排水管もしくは排水渠から重金属−金属結合性アミノ酸および／もしくはペプチド複合体を含む排出液を分離する（現地排水法）；などのような方法のいずれか1つまたはそれらを組み合わせて実施することが可能である。例えばカラム法で接触工程を実施した場合には、カラム溶出法で本工程を実施することが好ましい。また、バッチ法で接触工程を実施した場合には、濾過法および／または沈殿法で本工程を実施することが好ましい。しかしながら、例えばバッチ法で接触工程を実施した場合であっても、好適なカラム装置を準備して、接触工程を実施した混合物を該カラムに充填することにより、カラム溶出法で本工程を実施することが可能である。 Although this step is not limited, depending on the method used in the contact step, for example, (1) heavy metal-metal binding amino acid and / or by elution from the elution port at the top or bottom of the column or by pump suction. Alternatively, the eluate containing the peptide complex is separated (column elution method); (2) The filtrate containing the heavy metal-metal binding amino acid and / or peptide complex is separated by filtering the mixture of contaminated soil and heavy metal eluent. (Filtering method); (3) The contaminated soil and the heavy metal eluent mixture are allowed to stand to precipitate the soil, and the supernatant containing the heavy metal-metal binding amino acid and / or peptide complex is separated (precipitation method); Or (4) containing heavy metal-metal binding amino acids and / or peptide complexes from wells, drains or drains excavated in locally contaminated soil. Separating the effluent (local drainage method); it can be implemented either one or a combination of these methods, such as. For example, when the contact step is performed by a column method, it is preferable to perform this step by a column elution method. Moreover, when a contact process is implemented by a batch method, it is preferable to implement this process by the filtration method and / or the precipitation method. However, even when the contact step is performed by a batch method, for example, a suitable column apparatus is prepared, and this step is performed by the column elution method by filling the column with the mixture subjected to the contact step. It is possible.
特定の実施形態において、本工程は濾過法によって実施されることが好ましい。 In certain embodiments, this step is preferably performed by a filtration method.
本工程により、可溶態の複合体分子を形成している重金属を土壌から除去することが可能となる。 By this step, it is possible to remove heavy metals that form soluble complex molecules from the soil.
２−３．回収工程
本発明の汚染土壌の浄化方法は、所望により回収工程を含むことが可能である。回収工程は、分離工程により得られた重金属−金属結合性アミノ酸および／またはペプチド複合体を含む水溶液から、再び土壌拡散させることなく重金属を安全に回収することを目的とする。
2-3. Recovery Step The method for purifying contaminated soil of the present invention can include a recovery step as desired. The purpose of the recovery step is to recover heavy metal safely from an aqueous solution containing the heavy metal-metal binding amino acid and / or peptide complex obtained by the separation step without causing soil to diffuse again.
本工程は、限定するものではないが、例えばイオン交換、溶媒抽出、電気分解、不溶化凝集沈殿などの当業界で慣用されるあらゆる方法を用いることが可能である。好ましくは、イオン交換である。 Although this process is not limited, it is possible to use all methods conventionally used in this industry, such as ion exchange, solvent extraction, electrolysis, insolubilized aggregation precipitation. Ion exchange is preferred.
本工程により、浄化した土壌を再汚染することなく重金属を安全に回収することが可能となる。 This step makes it possible to safely recover heavy metals without recontaminating the purified soil.
以上説明したように、本発明の土壌の浄化方法は、土壌浄化に好適な中性〜弱アルカリ性条件において、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)および Cd(II)などの重金属で汚染された土壌の浄化を行うことが可能となる。本発明の重金属溶出剤に含まれる金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドは生物由来であり、短期間で分解されて土壌中に残留する可能性は低いと考えられる。それ故、本発明の土壌の浄化方法を用いることにより、低コストでかつ低環境負荷の重金属除去を達成することが可能となる。さらに、本発明によって食品廃棄物などの有機性廃棄物を高付加価値な資源として利用することも可能となる。 As described above, the soil remediation method of the present invention is Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II) and Cd () under neutral to weak alkaline conditions suitable for soil remediation. It becomes possible to purify soil contaminated with heavy metals such as II). The metal-binding amino acid and / or peptide contained in the heavy metal eluent of the present invention is derived from a living organism, and is considered unlikely to be degraded in a short period of time and remain in the soil. Therefore, by using the soil purification method of the present invention, it is possible to achieve heavy metal removal with low cost and low environmental load. Furthermore, according to the present invention, organic waste such as food waste can be used as a high value-added resource.
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
[実施例１]
模擬重金属汚染土壌の調製
金属結合性物質による汚染土壌中の重金属の洗浄試験を実施するために、層状ケイ酸塩でイオン交換性を示すことが知られるバーミキュライトに、下記の操作によって各種重金属を吸着させることで、模擬重金属汚染土壌である重金属担持バーミキュライトを調製した。
[Example 1]
Preparation of simulated heavy metal contaminated soil Various heavy metals were adsorbed by vermiculite, which is known to exhibit ion exchange properties with layered silicates, in order to carry out cleaning tests of heavy metals in contaminated soil with metal binding substances. Thus, a heavy metal-supported vermiculite, which is a simulated heavy metal-contaminated soil, was prepared.
100 mM NaOH水溶液、300 mM HCl水溶液、300 mM NaCl水溶液を順次通液し、最後に蒸留水を用いて中性に戻してコンディショニングした。乾燥後にふるいで500-600 μmに分級したバーミキュライトを原料に用いた。10.0 mM のCu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)、Pb(II)、またはCd(II)を含みpH4.30に調整した重金属水溶液300 ｍLに、コンディショニングしたバーミキュライト5.0 gを加え、室温にて200 rpmで24時間攪拌した。濾過後、蒸留水で洗浄を行い、50℃の乾燥機で一晩乾燥させることにより、重金属担持バーミキュライトを得た。 A 100 mM NaOH aqueous solution, a 300 mM HCl aqueous solution, and a 300 mM NaCl aqueous solution were sequentially passed, and finally, the solution was neutralized using distilled water and conditioned. Vermiculite classified to 500-600 μm by sieving after drying was used as a raw material. Vermiculite conditioned to 300 mL of heavy metal aqueous solution containing 10.0 mM Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II), Pb (II), or Cd (II) and adjusted to pH 4.30 5.0 g was added and stirred at 200 rpm for 24 hours at room temperature. After filtration, it was washed with distilled water and dried overnight at 50 ° C. to obtain heavy metal-supported vermiculite.
得られた重金属担持バーミキュライト30 mgを、15 mLの2.0M HCl水溶液に加え、30℃恒温槽中で24時間振盪させた。濾過後、重金属濃度を測定することで、バーミキュライトへの重金属の担持量を算出した。なお、以降の実施例を含め、重金属濃度の測定は、原子吸光光度計により行った。 30 mg of the obtained heavy metal-supported vermiculite was added to 15 mL of 2.0 M HCl aqueous solution and shaken in a 30 ° C. constant temperature bath for 24 hours. After filtration, the amount of heavy metal supported on vermiculite was calculated by measuring the heavy metal concentration. The heavy metal concentration was measured with an atomic absorption photometer including the following examples.
バーミキュライトに担持された重金属の量を表１に示す。上記の手順で調製された、各種重金属が担持された模擬重金属汚染土壌を、以降の溶出試験に使用した。 Table 1 shows the amount of heavy metal supported on vermiculite. The simulated heavy metal-contaminated soil loaded with various heavy metals prepared by the above procedure was used for the subsequent dissolution test.
[実施例２]
各種アミノ酸およびカルノシンによる模擬重金属汚染土壌からの重金属溶出に及ぼすpH影響
10 mmol/dm3 HCl水溶液、10 mmol/dm3 HEPESバッファー水溶液、および10 mmol/dm3 NaOH水溶液を適宜混合して、pH 2〜12にpH調整した濃度2.0 mmol/dm3のカルノシン（Car）水溶液を調製した。この水溶液15 mLに、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)、Pb(II)、またはCd(II)を担持したバーミキュライト30 mgを加えて混合物とし、温度30℃、振盪速度120 rpmで24時間振盪した。濾紙を用いて前記混合物を濾過し、取得した濾液中に溶出された重金属濃度を測定した。
[Example 2]
Effect of pH on heavy metal elution from simulated heavy metal contaminated soil with various amino acids and carnosine
Carnosine (Car) with a concentration of 2.0 mmol / dm 3 adjusted to pH 2-12 by mixing 10 mmol / dm 3 HCl aqueous solution, 10 mmol / dm 3 HEPES buffer aqueous solution, and 10 mmol / dm 3 NaOH aqueous solution as appropriate An aqueous solution was prepared. To 15 mL of this aqueous solution, 30 mg of vermiculite carrying Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II), Pb (II), or Cd (II) was added to form a mixture, and the temperature was 30 The mixture was shaken for 24 hours at 120 ° C. and a shaking speed of 120 rpm. The mixture was filtered using a filter paper, and the concentration of heavy metals eluted in the obtained filtrate was measured.
前記の手順において、カルノシンのかわりにヒスチジン（His）、グルタミン酸（Glu）、アルギニン（Arg）、メチオニン（Met）、またはシステイン（Cys）を用いて、重金属担持バーミキュライトからの重金属の溶出試験を同様に行った。対照実験として、アミノ酸を含まない水溶液による溶出実験を行いブランク（blank）とした。 In the above procedure, histidine (His), glutamic acid (Glu), arginine (Arg), methionine (Met), or cysteine (Cys) was used instead of carnosine, and the elution test for heavy metals from heavy metal supported vermiculite was similarly performed. went. As a control experiment, an elution experiment using an aqueous solution containing no amino acid was performed to obtain a blank.
各種アミノ酸による、Cu(II)担持バーミキュライトからのCu(II)の溶出結果を図１に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみCu(II)が溶出された（図１中、＊で示す）。これに対して、カルノシン、ヒスチジン、グルタミン酸、メチオニン、またはシステインを含む水溶液で振盪した場合では、中性条件においてCu(II)が溶出された。Cu(II)の溶出率は、ヒスチジン（図１中、黒丸で示す）；グルタミン酸（図１中、黒四角で示す）＞カルノシン（図１中、黒三角で示す）＞メチオニン（図１中、白三角で示す）；システイン（図１中、白四角で示す）の順であった。 Fig. 1 shows the elution results of Cu (II) from Cu (II) -supported vermiculite by various amino acids. In the blank containing no amino acid, Cu (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 1). In contrast, when shaken with an aqueous solution containing carnosine, histidine, glutamic acid, methionine, or cysteine, Cu (II) was eluted under neutral conditions. The elution rate of Cu (II) is histidine (indicated by black circles in FIG. 1); glutamic acid (indicated by black squares in FIG. 1)> carnosine (indicated by black triangles in FIG. 1)> methionine (in FIG. 1, The order was cysteine (indicated by white squares in FIG. 1);
各種アミノ酸による、Co(II)担持バーミキュライトからのCo(II)の溶出結果を図２に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみCo(II)が溶出した（図２中、＊で示す）。これに対して、システインを含む水溶液で振盪した場合では、中性条件においてCo(II)が定量的に溶出された（図２中、白四角で示す）。一方、ヒスチジンを用いた場合では、中性付近において60％程度のCo(II)が溶出された（図２中、黒丸で示す）。グルタミン酸（図２中、黒四角で示す）、カルノシン（図２中、黒三角で示す）、メチオニン（図２中、白三角で示す）を用いた場合では、中性付近において10〜20％程度のCo(II)が溶出された。 FIG. 2 shows the elution results of Co (II) from Co (II) -supported vermiculite by various amino acids. In the blank containing no amino acid, Co (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 2). In contrast, when shaken with an aqueous solution containing cysteine, Co (II) was quantitatively eluted under neutral conditions (indicated by white squares in FIG. 2). On the other hand, when histidine was used, about 60% of Co (II) was eluted in the vicinity of neutrality (indicated by black circles in FIG. 2). In the case of using glutamic acid (indicated by black squares in FIG. 2), carnosine (indicated by black triangles in FIG. 2), and methionine (indicated by white triangles in FIG. 2), about 10 to 20% in the vicinity of neutrality. Of Co (II) was eluted.
各種アミノ酸による、Ni(II)担持バーミキュライトからのNi(II)の溶出結果を図３に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみNi(II)が溶出された（図３中、＊で示す）。これに対して、ヒスチジン、グルタミン酸、メチオニン、またはシステインを含む水溶液で振盪した場合では、中性条件においてNi(II)が溶出された。Ni(II)の溶出率は、ヒスチジン（図３中、黒丸で示す）＞システイン（図３中、白四角で示す）＞メチオニン（図３中、白三角で示す）；グルタミン酸（図３中、黒四角で示す）の順であった。カルノシンを用いた場合では、中性付近におけるNi(II)の溶出率は非常に低かったが、pH9.2付近の弱アルカリ性条件においては50％近いNi(II)の溶出率が得られた。 The elution results of Ni (II) from Ni (II) supported vermiculite by various amino acids are shown in FIG. In the blank containing no amino acid, Ni (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 3). On the other hand, when shaking with an aqueous solution containing histidine, glutamic acid, methionine, or cysteine, Ni (II) was eluted under neutral conditions. The elution rate of Ni (II) is histidine (indicated by black circles in FIG. 3)> cysteine (indicated by white squares in FIG. 3)> methionine (indicated by white triangles in FIG. 3); glutamic acid (in FIG. 3, (Shown in black squares). When carnosine was used, the dissolution rate of Ni (II) near neutrality was very low, but the dissolution rate of Ni (II) close to 50% was obtained under weakly alkaline conditions near pH 9.2.
各種アミノ酸による、Zn(II)担持バーミキュライトからのZn(II)の溶出結果を図４に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみCu(II)が溶出された（図４中、＊で示す）。同様に、カルノシン（図４中、黒三角で示す）、グルタミン酸（図４中、黒四角で示す）、アルギニン（図４中、白丸で示す）、およびメチオニン（図４中、白三角で示す）を含む水溶液でも、中性条件においてZn(II)は溶出されなかった。これに対して、ヒスチジン（図３中、黒丸で示す）およびシステイン（図３中、白四角で示す）を含む水溶液で振盪した場合では、中性条件においてZn(II)が溶出された。 The elution results of Zn (II) from Zn (II) -supported vermiculite by various amino acids are shown in FIG. In the blank containing no amino acid, Cu (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 4). Similarly, carnosine (indicated by black triangles in FIG. 4), glutamic acid (indicated by black squares in FIG. 4), arginine (indicated by white circles in FIG. 4), and methionine (indicated by white triangles in FIG. 4). Zn (II) was not eluted even in an aqueous solution containing. On the other hand, when shaking with an aqueous solution containing histidine (indicated by black circles in FIG. 3) and cysteine (indicated by white squares in FIG. 3), Zn (II) was eluted under neutral conditions.
各種アミノ酸による、Pb(II)担持バーミキュライトからのPb(II)の溶出結果を図５に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみPb(II)が溶出された（図５中、＊で示す）。同様に、ヒスチジン（図３中、黒丸で示す）、カルノシン（図４中、黒三角で示す）、グルタミン酸（図４中、黒四角で示す）、アルギニン（図４中、白丸で示す）、およびメチオニン（図４中、白三角で示す）のいずれを含む水溶液でも、中性条件においてPb(II)は溶出されなかった。これに対して、システイン（図３中、白四角で示す）を含む水溶液で振盪した場合のみ、中性条件においてPb(II)が溶出された。 FIG. 5 shows the results of elution of Pb (II) from Pb (II) -supported vermiculite by various amino acids. In the blank containing no amino acid, Pb (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 5). Similarly, histidine (indicated by a black circle in FIG. 3), carnosine (indicated by a black triangle in FIG. 4), glutamic acid (indicated by a black square in FIG. 4), arginine (indicated by a white circle in FIG. 4), and In an aqueous solution containing any of methionine (indicated by white triangles in FIG. 4), Pb (II) was not eluted under neutral conditions. In contrast, Pb (II) was eluted under neutral conditions only when shaken with an aqueous solution containing cysteine (indicated by white squares in FIG. 3).
各種アミノ酸による、Cd(II)担持バーミキュライトからのCd(II)の溶出結果を図６に示す。アミノ酸を含まないブランクでは、pH２付近の酸性条件においてのみCd(II)が溶出された（図６中、＊で示す）。これに対して、システインを含む水溶液で振盪した場合では、中性条件においてCd(II)が定量的に溶出された（図６中、白四角で示す）。ヒスチジンを用いた場合では、中性付近におけるCd(II)の溶出率は低かったが、pH8.8付近の弱アルカリ性条件においては60％程度が溶出された（図６中、黒丸で示す）。メチオニンを用いた場合では、弱アルカリ性条件において約15％のCd(II)が溶出された（図６中、白三角で示す）。しかしながら、グルタミン酸（図６中、黒四角で示す）、カルノシン（図６中、黒三角で示す）、およびアルギニン（図６中、白丸で示す）を用いた場合では、溶出率の増加は認められなかった。 The elution results of Cd (II) from Cd (II) supported vermiculite by various amino acids are shown in FIG. In the blank containing no amino acid, Cd (II) was eluted only under acidic conditions around pH 2 (indicated by * in FIG. 6). In contrast, when shaken with an aqueous solution containing cysteine, Cd (II) was quantitatively eluted under neutral conditions (indicated by white squares in FIG. 6). When histidine was used, the elution rate of Cd (II) in the vicinity of neutrality was low, but about 60% was eluted in the weakly alkaline condition near pH 8.8 (indicated by black circles in FIG. 6). When methionine was used, about 15% of Cd (II) was eluted under weak alkaline conditions (indicated by white triangles in FIG. 6). However, when glutamic acid (indicated by a black square in FIG. 6), carnosine (indicated by a black triangle in FIG. 6), and arginine (indicated by a white circle in FIG. 6) are used, an increase in elution rate is observed. There wasn't.
[実施例３]
カツオ煮汁模擬液による重金属溶出
宮崎県内の水産加工業で得られたカツオ煮汁廃液の成分を定量分析した。得られたアミノ酸、ペプチドおよびナトリウムイオンの濃度を表２に示す。
[Example 3]
Elution of heavy metals using bonito soup simulated liquid The components of bonito soup waste obtained in the fishery processing industry in Miyazaki Prefecture were quantitatively analyzed. The obtained amino acid, peptide and sodium ion concentrations are shown in Table 2.
本実施例で用いたカツオ煮汁には、44.6 mMと比較的高濃度のナトリウムイオンが含まれていた。また、アミノ酸およびペプチドの中ではヒスチジンが24.0 mMと特に多く、次いでタウリン、プロリン、アンセリン、カルノシンが多く含まれていた。それ故、ナトリウムイオンならびに上記アミノ酸およびペプチドを含む水溶液をカツオ煮汁模擬液として調製して、バーミキュライトからの重金属の溶出試験を行った。 The bonito soup used in this example contained sodium ions at a relatively high concentration of 44.6 mM. Among amino acids and peptides, histidine was particularly high at 24.0 mM, followed by taurine, proline, anserine, and carnosine. Therefore, an elution test for heavy metals from vermiculite was conducted by preparing an aqueous solution containing sodium ions and the above-mentioned amino acids and peptides as a simulated bonito soup.
10 mmol/dm3 HEPESバッファー水溶液および10 mmol/dm3 NaOH水溶液を適宜混合してpH8.0にpH調整した水溶液に、カツオ煮汁に比較的多く含まれるアミノ酸またはペプチドであるヒスチジンを12 mM、タウリンを1.65 mM、プロリンを1.6 mM、アンセリンを1.45 mM、カルノシンを0.85 mM、さらにカツオ煮汁に含まれる塩化ナトリウムを22.3 mMとなるように加えて、カツオ煮汁模擬液を調製した。この水溶液15 mLに、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)、Pb(II)、またはCd(II)を担持したバーミキュライト30 mgを加えて混合物とし、温度30℃、振盪速度120 rpmで24時間振盪した。濾紙を用いて前記混合物を濾過し、取得した濾液中に溶出された重金属濃度を測定した。 A 10 mmol / dm 3 HEPES buffer aqueous solution and a 10 mmol / dm 3 NaOH aqueous solution are mixed as appropriate to adjust the pH to 8.0, and 12 mM of histidine, an amino acid or peptide relatively contained in skipjack soup, is added to taurine. 1.65 mM, proline 1.6 mM, anserine 1.45 mM, carnosine 0.85 mM, and sodium chloride contained in bonito broth to 22.3 mM were added to prepare a bonito broth simulated liquid. To 15 mL of this aqueous solution, 30 mg of vermiculite carrying Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II), Pb (II), or Cd (II) was added to form a mixture, and the temperature was 30 The mixture was shaken for 24 hours at 120 ° C. and a shaking speed of 120 rpm. The mixture was filtered using a filter paper, and the concentration of heavy metals eluted in the obtained filtrate was measured.
カツオ煮汁模擬液による、各種重金属担持バーミキュライトからの重金属の溶出結果を図７に示す。Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)および Cd(II)は、カツオ煮汁模擬液によって80％以上が溶出された。これらの重金属は、カツオ煮汁模擬液に多く含まれるヒスチジンによって溶出したと考えられる。これに対して、Pb(II)の溶出率は16.1％であった。Pb(II)はヒスチジンによる溶出率が低いため、効果的に溶出されなかったと考えられる（図５を参照されたい）。 FIG. 7 shows the elution results of heavy metals from various heavy metal-supported vermiculites by the bonito broth simulated liquid. More than 80% of Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II) and Cd (II) were eluted by the bonito broth simulated liquid. These heavy metals are considered to have been eluted by histidine contained in a large amount in the simulated skipjack soup. In contrast, the dissolution rate of Pb (II) was 16.1%. It is considered that Pb (II) was not effectively eluted because of its low elution rate with histidine (see FIG. 5).
[実施例４]
固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からのアミノ酸回収模擬液による重金属溶出
固定化金属イオンアフィニティー吸着によって、カツオ煮汁からはヒスチジン、カルノシン、アンセリンなどの金属結合性のアミノ酸およびペプチドが回収される。また、前記の工程で得られる回収液には、溶離剤となる酢酸が含まれる。かかる工程を考慮して、pH8に調整した固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からの回収模擬液と、同じpHで酢酸を含みアミノ酸およびペプチドは含まないブランク溶液を調製した。
[Example 4]
Metal-binding amino acid and peptide such as histidine, carnosine, anserine, etc. are recovered from bonito soup by immobilization of heavy metal elution by simulating amino acid recovery from bonito soup by immobilized metal ion affinity adsorption. The recovered liquid obtained in the above step contains acetic acid as an eluent. Taking this process into account, a simulated simulated solution from bonito soup prepared by immobilized metal ion affinity adsorption adjusted to
10 mmol/dm3 HEPESバッファー水溶液および10 mmol/dm3 NaOH水溶液を適宜混合してpH8.0にpH調整した水溶液に、カツオ煮汁を固定化金属イオンアフィニティー吸着した際の回収液に多く含まれることが予想されるヒスチジンを12 mM、カルノシンを0.85 mM、アンセリンを1.45 mM、さらに前記回収液に含まれる酢酸を10 mMとなるように加えて、固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からの回収模擬液を調製した。また、アミノ酸を含まず酢酸のみを10 mM含んだpH8.0の水溶液をブランク溶液として調製した。これらの水溶液15 mLに、Cu(II)、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)、Pb(II)、またはCd(II)を担持したバーミキュライト30 mgを加えて混合物とし、温度30℃、振盪速度120 rpmで24時間振盪した。濾紙を用いて前記混合物を濾過し、取得した濾液中に溶出された重金属濃度を測定した。 10 mmol / dm 3 HEPES buffer aqueous solution and 10 mmol / dm 3 NaOH aqueous solution are mixed as appropriate to adjust the pH to 8.0. Histidine is expected to be 12 mM, carnosine is 0.85 mM, anserine is 1.45 mM, and acetic acid contained in the recovery solution is added to 10 mM to imitate recovery from bonito broth by immobilized metal ion affinity adsorption. A liquid was prepared. Moreover, the aqueous solution of pH8.0 which does not contain an amino acid but contains only 10 mM of acetic acid was prepared as a blank solution. To 15 mL of these aqueous solutions, 30 mg of vermiculite supporting Cu (II), Zn (II), Ni (II), Co (II), Pb (II), or Cd (II) was added to form a mixture, and the temperature was changed. The mixture was shaken at 30 ° C. and a shaking speed of 120 rpm for 24 hours. The mixture was filtered using a filter paper, and the concentration of heavy metals eluted in the obtained filtrate was measured.
ブランク溶液による、各種重金属担持バーミキュライトからの重金属の溶出結果を図８に示す。酢酸のみを含むブランク溶液では各重金属の溶出率は低く、最も溶出率の大きいCd(II)でも溶出率は16.9％であった。 The results of elution of heavy metals from various heavy metal supported vermiculites by the blank solution are shown in FIG. In the blank solution containing only acetic acid, the elution rate of each heavy metal was low, and the elution rate was 16.9% even with Cd (II) having the highest elution rate.
回収液模擬液による、各種重金属担持バーミキュライトからの重金属の溶出結果を図９に示す。ヒスチジン、カルノシン、アンセリンを多く含む回収液模擬液では、第一遷移金属イオンであるCu(II)、Zn(II)、Ni(II)およびCo（II）は効率的に溶出された。これに対して、ヒスチジンなどによる溶出率が低いPb(II)の溶出率は7.3％と低い値であった。 FIG. 9 shows the results of elution of heavy metals from various heavy metal-supported vermiculites using the recovered liquid simulation solution. In the simulated recovery solution containing a large amount of histidine, carnosine, and anserine, Cu (II), Zn (II), Ni (II), and Co (II) as the first transition metal ions were efficiently eluted. On the other hand, the elution rate of Pb (II) having a low elution rate with histidine and the like was a low value of 7.3%.
[実施例５]
固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からのアミノ酸回収液による重金属溶出
実施例４において、固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からの回収模擬液の効果を確認することができたので、実際に固定化金属イオンアフィニティー吸着によってカツオ煮汁からアミノ酸を回収し、その回収液による重金属溶出効果を検討することにした。
[Example 5]
Elution of heavy metal with amino acid recovery solution from bonito soup by immobilized metal ion affinity adsorption In Example 4, the effect of simulated simulated solution from bonito soup by immobilized metal ion affinity adsorption could be confirmed. Amino acids were recovered from bonito soup by metal ion affinity adsorption, and the heavy metal elution effect of the recovered solution was examined.
宮崎県内の水産加工業で得られたカツオ煮汁廃液の成分を定量分析した。得られたアミノ酸およびペプチドの濃度を表３に示す。 The components of bonito soup waste obtained in the fishery processing industry in Miyazaki Prefecture were quantitatively analyzed. The resulting amino acid and peptide concentrations are shown in Table 3.
本実施例で用いたカツオ煮汁には様々なアミノ酸が含まれ、特に多量のヒスチジンが含まれており、次いでタウリン、アラニン、アンセリン、リジンの順で多く含まれていることが確認された。 It was confirmed that the bonito soup used in this example contained various amino acids, particularly a large amount of histidine, and then abundant in the order of taurine, alanine, anserine, and lysine.
次に、以下に示す手順で、固定化金属イオンアフィニティー吸着によるカツオ煮汁からのカルノシン類の回収を行った。濾過による不溶成分の除去、溶媒分画による脱脂処理、過塩素酸による除タンパク処理を行ったカツオ煮汁100 cm3に、5 N NaOHを少量加えてpH7.7に調整し、蒸留水を加えて体積を125 cm3にした。そこに、pH10に調整した80 mMのHEPES溶液125 cm3を加え、初期pH8.91のカツオ煮汁液250 cm3を得た。前記カツオ煮汁液に、銅担持イミノ二酢酸型キレート樹脂（Cu-IDA樹脂）である3.0 gのCu(II)-DIAION CR11（三菱化学） [Cu(II)担持量；1.47 mmol g-1]を加え、30℃の恒温槽を用いて120 rpmで24時間振盪した。濾過後、濾液のpHを測定し、次いで残存するアミノ酸およびペプチドの濃度をアミノ酸濃度自動分析計で測定し、吸着されたアミノ酸およびペプチド量を算出した。アミノ酸およびペプチドが吸着されたCu-IDA樹脂を蒸留水で洗浄し、脱離操作として300 mMの酢酸 50 cm3を加え、30℃の恒温槽を用いて120 rpmで24時間振盪した。濾過後、液中に溶出されたヒスチジン、カルノシン、およびアンセリンの濃度を測定した。分析の結果、脱離操作によって、0.66 mMのヒスチジン、0.037 mMのカルノシン、0.042 mMのアンセリンを含む水溶液が得られた。
Next, carnosines were recovered from bonito broth by immobilized metal ion affinity adsorption according to the procedure shown below. To 100 cm 3 of skipjack soup that has been filtered to remove insoluble components, degrease by solvent fractionation, and deproteinize by perchloric acid, add a small amount of 5 N NaOH to adjust the pH to 7.7, and add distilled water. The volume was 125 cm 3 . Thereto was added 125 cm 3 of 80 mM HEPES solution adjusted to
上記の操作で得られたカルノシン類と酢酸とを含む水溶液40 cm3に蒸留水を加え、5 N NaOHを用いてpH8.50に調整した。得られた水溶液を2.5倍に希釈し100 cm3にすることで、重金属溶出剤であるアミノ酸回収液を調製した。したがって、このアミノ酸回収液には、120 mMの酢酸、0.26 mMのヒスチジン、0.015 mMのカルノシン、0.017 mMのアンセリンが含まれる。 Distilled water was added to 40 cm 3 of an aqueous solution containing carnosines and acetic acid obtained by the above operation, and the pH was adjusted to 8.50 using 5 N NaOH. The obtained aqueous solution was diluted 2.5 times to 100 cm 3 to prepare an amino acid recovery solution as a heavy metal eluent. Therefore, this amino acid recovery solution contains 120 mM acetic acid, 0.26 mM histidine, 0.015 mM carnosine, and 0.017 mM anserine.
このアミノ酸回収液15 cm3に、Zn(II)、Ni(II)、Co(II)、Pb(II)、または Cd(II)を担持したバーミキュライト 30 mgを加えて混合物とし、温度30℃、振盪速度120 rpmで24時間振盪した。濾過後、pHを測定し、溶出した重金属濃度を測定した。 To this amino acid recovery solution 15 cm 3 was added 30 mg of vermiculite carrying Zn (II), Ni (II), Co (II), Pb (II), or Cd (II) to form a mixture, and the temperature was 30 ° C. The mixture was shaken for 24 hours at a shaking speed of 120 rpm. After filtration, the pH was measured, and the eluted heavy metal concentration was measured.
アミノ酸回収液による各種重金属担持バーミキュライトからの重金属の溶出結果を図１０に示す。カツオ煮汁を原料として得たヒスチジン、カルノシン、アンセリンを多く含むアミノ酸回収液によって、第一遷移金属イオンであるNi(II)は88%、Co(II)は98%、Zn(II)は75%と高い割合で溶出された。また、Cd(II)は100%定量的に溶出された。一方ヒスチジン類との親和性が比較的低いPb(II)の溶出率は38%であった。 FIG. 10 shows the elution results of heavy metals from various heavy metal-supported vermiculites by the amino acid recovery solution. With the amino acid recovery solution rich in histidine, carnosine, and anserine obtained from bonito soup, the first transition metal ion Ni (II) is 88%, Co (II) is 98%, Zn (II) is 75% And eluted at a high rate. Cd (II) was eluted quantitatively at 100%. On the other hand, the elution rate of Pb (II) having a relatively low affinity with histidines was 38%.
本発明は、重金属で汚染された土壌の浄化技術として利用できる。金属結合性でかつ生分解性の生体物質を含む重金属溶出剤を用いることで、二次汚染の少ない土壌浄化が可能となる。重金属溶出剤の原料としては、魚肉類の煮汁などの食品加工廃液の他、植物抽出液・煮熟液など金属結合性の天然物質が含まれる比較的安価でかつ多様な有機性廃棄物が考えられ、これら有機性廃棄物の利活用にも繋がる。 The present invention can be used as a purification technique for soil contaminated with heavy metals. By using a heavy metal eluent containing a metal-binding and biodegradable biological material, soil purification with less secondary contamination becomes possible. Possible raw materials for heavy metal eluents include food processing wastewater such as fish broth, as well as relatively inexpensive and diverse organic waste containing metal-binding natural substances such as plant extracts and boiled liquors. It will also lead to the utilization of these organic wastes.
Claims (6)
重金属溶出剤を接触させた土壌から、重金属を担持した金属結合性のアミノ酸および／またはペプチドを分離する工程（分離工程）；
を含む、重金属で汚染された土壌の浄化方法。 A step of contacting the heavy metal eluent of any one of claims 1 to 4 with soil contaminated with heavy metal (contacting step); and a metal-binding amino acid carrying heavy metal from the soil contacted with the heavy metal eluent And / or a step of separating peptides (separation step);
A method for the purification of soil contaminated with heavy metals.
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