Study on Contribution of Protein and Tannin to Tryptophan-like Component in Excitation-Emission Matrix Fluorescence Spectroscopy
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22K04388
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Center for Environmental Science in Saitama |
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Principal Investigator |
池田 和弘 埼玉県環境科学国際センター, 水環境担当, 主任研究員 (60422987)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日下部 武敏 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (40462585)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 三次元励起蛍光スペクトル法 / トリプトファン様ピーク / タンニン / 低分子成分 / 河川水 / 下水 / 三次元励起蛍光スペクトル / タンパク質 / 指標 / アミノ酸 / 河川 |
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| Outline of Research at the Start |
三次元励起蛍光スペクトル法による水質評価では トリプトファン様ピークがタンパク質の量の指標としてよく利用される。一方、植物由来の有機物であるタンニンが多く共存する場合、ピーク位置がトリプトファン様ピークと重なるため、指標性に疑義が生じる。
本研究は、河川水、湖沼水、下水において、トリプトファン様ピークが真にタンパク質の指標となるか実態を解明する。特にタンニンの影響に注目し、その程度を確認する。またトリプトファン様ピークがタンパク質量の指標となる条件（水の種類、流域特性、降雨状況など）について整理する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
三次元励起蛍光スペクトル法による水質評価が常法となりつつあり、河川等の水質評価に実務的に使用されつつある。検出されるトリプトファン様ピークはタンパク質の量の指標となると信じられており、藻類あるいは生活排水の河川への混入の指標として使用されている。一方、天然有機物であるタンニンが共存する場合、ピーク位置がトリプトファン様ピークと重なるため、指標性に疑義が生じる。本研究では、トリプトファン様ピークが真にタンパク質の指標となるか、河川水や下水を対象に検証し、特にタンニンの影響について解明する。
令和5年度は、下水流入水のトリプトファン様ピーク強度とタンパク質濃度の相関性を検証した。タンパク質濃度は、試料の酸加水分解後にアミノ酸を定量し、その濃度の総和である総溶存アミノ酸濃度で評価した。トリプトファン様ピーク強度は励起波長275nm、蛍光波長335nmの蛍光強度で評価した。下水流入水中の総溶存アミノ酸濃度は10～27μMの範囲であった（n=12）。トリプトファン様ピーク強度とタンパク質濃度には良好な相関性が確認された（R2=0.90）。ただし、詳細な検討の結果、この相関性はDOCあたりのタンパク質量が試料間で大きくは変動しないことを原因とする、疑似相関である可能性が示唆された。
次に、下水流入水を限外ろ過膜で分画し、トリプトファン様ピークの分子量特性を評価した。その結果、分画分子量5000Daの膜を通過するトリプトファン様ピークの割合は、平均で66±11%（n=23）であり、どの試料も多くの低分子成分を含んでいた。分画分子量500Daの膜を透過する割合が44%である試料も存在した。これらより、トリプトファン様ピークには多くの低分子成分由来の蛍光が含まれ、必ずしもタンパク質のみが寄与しているわけではないことが確認された。この結果は、下水処理水（n=2）と河川水（n=8）でも同様であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、トリプトファン様ピークが真にタンパク質の指標となるか、河川水や下水を対象に検証し、特にタンニンの影響について解明する。具体的な研究内容は、「１．河川水、湖沼水、下水においてトリプトファン様ピークとタンパク質濃度に相関があるか検証する。２．トリプトファン様ピークに対するタンニンの影響の程度を解明する。３．影響の程度を河川水質等により整理し、指標となる条件や環境を整理する。」ことである。
これまでに河川水および下水の蛍光分析を継続的に実施し、トリプトファン様ピークの検出特性を把握した。また、下水流入水においてはタンパク質濃度を総溶存アミノ酸濃度の計測により評価し、トリプトファン様ピークの蛍光強度と良い相関があることを確認した。一方、膜分画の結果、下水流入水で検出されるトリプトファン様ピークは、タンパク質だけでなく、低分子成分が寄与していることを明らかにした。
研究計画段階では、トリプトファン様ピークに寄与する可能性のある、タンパク質以外の物質は比較的高分子のタンニンを予想していたが、より低分子成分の重要性も認識された。想定とは異なるものの、タンパク質以外の物質が寄与する仮説自体は実証されたことになり、研究の進め方や方向性は計画通りで問題ない。このことからも概ね研究計画に沿って順調に研究が進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
下水流入水においてはトリプトファン様ピークに寄与する可能性のある、タンパク質以外の物質として、より低分子成分の重要性が認識されたため、３年目は質量分析計を用いた低分子成分の同定を進める。また、その由来について検討する。
一方、河川水や湖水に対してもトリプトファン様ピークへの低分子成分およびタンニンの寄与を膜分離およびサイズ排除クロマトフラフィーにより調査する。また、河川においてはタンニンの影響が強くでることが予想される雨天時調査を実施する。
さらに、河川水におけるトリプトファン様ピークとタンパク質濃度の相関性についても確認し、トリプトファン様ピークが真にタンパク質の指標となる条件を整理する。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
