100kV/cm電気パルスを用いたサッカロミセスセレビジエにおける細胞内分子の非熱抽出

抄録

【目的】

酵母は、高栄養価タンパク質、調整剤、風味剤の代替原料として食品産業で利用され、最近では、カロテノイド、インスリン、組換えタンパク質など、化粧品や医薬品としての物質生産に利用されつつある。こうした酵母内物質の抽出法として、熱水、高圧力や化学処理がある。しかしながら、これらは、目的物質の変性のリスクがあり、また、後処理に手間を要する。これに対してパルス電界（PEF）処理は、非加熱的かつ物理的に細胞膜の物質膜透過性を高める方法であり、目的物質の変性のリスクが小さく、後処理が比較的容易であるため、新たな抽出法としての利用価値は高い。しかしながら、従来のPEF（3 MV/m程度以下）で直接的に厚い酵母の細胞壁を壊すことは容易ではなく、数値計算によると10 MV/m以上の電界が必要とされる。本研究では、独自に開発した10 MV/mを超えるPEF装置を用いて、酵母からの抽出量の増大を目指す。

【方法】

圧力0.3 MPaの流路に設置した平行平板電極（間隔2 mm）間に酵母懸濁液を流し、400 nsまたは1 μs、最大12.5 MV/mのパルス電界を2 Hzで印加した。電極を3℃の冷水で冷却し、電極間の入り口と出口の酵母懸濁液の温度をモニタリングした。PEF処理後の酵母を光学顕微鏡と電子顕微鏡を用いて形態観察した。また、酵母懸濁液の遠心後の上清について、BCA法でタンパク質濃度を定量し、サイズ排除HPLCで物質の大きさの分布を解析した。

【結果】

両電極の冷却によって、50℃未満の温度で10 MV/mを超えるPEFの連続処理が可能となった。形態観察から、7.5 MV/mを超えると酵母表面に粗さが見られるようになり、10 MV/mを超えると細胞壁に陥没したような形態変化が見られ、細胞外壁が電界に依存して損傷することがわかった。抽出物解析から、電界強度、パルス幅や印加回数とともに、抽出タンパクの量と大きさの分布が変化し、細胞形態観察と整合する結果となった。