研究課題
基盤研究(A)
各種製造プロセスにおいて、製品製造に使用された各種装置や配管などの洗浄は、製品の安全性及び装置性能の維持に必要不可欠な重要な単位操作である。特に、食品製造プロセスやバイオプロセスにおいては、タンパク質など多様な成分からなる"汚れ"が装置壁面に強く相互作用するので、汚れを除去する洗浄操作には、多量のエネルギーと洗剤及び時間が費やされている。本研究では,汚れのモデル成分としてタンパク質、ペプチドや様々な低分子化合物を取り上げ、その金属酸化物表面への付着機構に着目して実験的、理論的解析を行った。その結果、1)低分子化合物、ペプチド及びタンパク質の表面への可逆吸着と不可逆的吸着の分子機構、2)種々の物質の付着形態及び配向の解析、3)金属酸化物の等電点及び溶液pHの付着に及ぼす影響とその機構、4)タンパク質の付着に伴う構造変化などについて明らかにした。さらに、金属酸化物だけではなく、プラスチック表面やガラス表面へのタンパク質の付着形態及び付着に関与するペプチドのアミノ酸配列についても検討した。プラスチック及びガラス表面上でもタンパク質は構造変化を起こすこと、逆に構造変化を抑制し、その配向を制御するためには、適切な表面親和性ペプチドを用いる必要があることを示した。一方、金属酸化物表面からの汚れ成分の脱離に関しては、申請者らが開発した過酸化水素電気分解処理に着目して、その脱離速度と脱離機構及び共存塩類の影響について詳細に検討した。本研究の結果、タンパク質の付着機構を分子レベルで解明することにより、各種製造プロセスで発生するタンパク性汚れの軽減と洗浄効率の改善のみならず、様々なバイオテクノロジー分野における先端技術の開発が可能であることが明らかにされた。
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