化学物質過敏症患者によるシックハウス診断

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350.酵母エキスとはなにか。(2017/05/11)

 加工食品によく使われている調味料に酵母エキスがあります。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 酵母エキスとは、ビール酵母やパン酵母、トルラ酵母等の酵母を原料として、自己消化又は酵素分解により抽出・濃縮されたエキスのことです。アミノ酸やイノシン酸、グアニル酸等を含むうまみ調味料として広く利用されています。 酵母エキスの製造方法には、酵母の自己消化を利用する方法と酵素を利用する方法があります。

 酵母は単細胞の微生物であり、細胞壁と細胞膜によって細胞が護られています。細胞の成分は、水・タンパク質・脂質・炭水化物・遺伝子等です。この細胞壁と細胞膜を破壊すると、細胞内の成分を取り出す(抽出)することができます。

 細胞壁・細胞膜を破壊する方法には、
1. 酸(塩酸など)で破壊する
2. アルカリ(水酸化ナトリウムなど)で破壊する
3. 酵素で破壊する
の3つがあります。食品メーカーで酵素エキスを製造する場合は、3. の酵素で処理する方法が主に使われています。

さらに、酵素でエキスを抽出する方法には
1. 自己消化
2. 細胞壁分解酵素を加える処理
の2つがあります。

 自己消化とは酵母自身が持っている酵素により処理を行って、有用成分を抽出する方法です。酵母細胞を集めて破砕し、酵母細胞自身が持っている細胞壁分解酵素やタンパク質分解酵素により自己消化させたものを、「酵母自己消化物」といいます。

 酵母を集めて加熱すると、40℃くらいで死滅し始めます。しかし、酵素の中には、30℃で活性化するものも、50℃で活性化するものもいます。細胞壁分解酵素とタンパク質分解酵素は、活性化最適温度が比較的高いので、他の酵素が機能しなくなると、かえってよく働きます。細胞壁分解酵素が細胞壁を溶かし、タンパク質分解酵素がタンパク質を分解し、旨味成分のアミノ酸を作り出します。

 酵素で破壊する方法で製造された酵母エキスは、化学合成の手法が使われていません。そのため食品添加物ではなく、味噌や醤油などと同様に食品として扱われています。




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349.化学やけどとはなにか。(2017/04/27)

 化学物質が原因でやけどのようになることがあります。化学やけどについて簡単にまとめて見ましょう。

 やけど(火傷)はお湯や油などの熱により生じる損傷のことです。一方で化学やけど(化学熱傷・化学損傷)は、薬傷とも称され、アルカリや酸など刺激性の化学物質が皮膚に付いて皮膚障害が起こった状態のことを言います。一般的には、酸よりアルカリによって発症するほうが、深部にまで症状が出やすいとされています。原因となる化学物質によって、患部の色調は異なります。

 原因となる化学物質は多種多様ですが、多くは化学物質そのものによる細胞の障害や、二次的に生じる発熱作用などによって局所の炎症や組織壊死が引き起こされます。工場や実験室での事故によるものが多いのですが、家庭での化学薬品(消毒剤、漂白剤、洗浄剤、錆落しなど)の誤使用も原因となります。

 原因物質の種類、濃度、温度、接触時間によって症状は異なります。一般的には皮膚が赤く腫れたり、水ぶくれを生じたり、皮がむけたり、皮膚の潰瘍・壊死など、熱傷(普通のやけど)で見られる症状を呈します。しかし、熱傷よりも、時間とともに皮膚深部へ損傷が進行することが多いのが特徴です。

 熱傷は適切な応急処置を行うかどうかで、その後に大きな差が生まれます。化学物質が手につかないように気をつけながら、ただちに布類でやさしくふき取ってから、大量の水で洗い流すことが大切です。ただし、生石灰の場合は、水と反応して熱を出すので注意が必要です。中和を考えて、薬剤をさがすような時間をかける必要はありません。また、中和剤によってかえって受傷する場合もあります。

 応急処置をした後は、必ず専門の医師に診断してもらい適切な治療を行うことが必要です。原因物質が分かっている場合は必ず医師に伝えましょう。また広範囲や深部にまで及んでいる場合は救急搬送して治療を行わなければなりません。




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348.神経ガスについて。(2017/04/20)

 有機リン系神経ガスにはサリン以外にも種類があります。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 神経ガスまたは神経剤は有機リン化合物の一種で、神経伝達を阻害する作用を持つ化合物の総称です。神経伝達物質であるアセチルコリンを分解する酵素アセチルコリンエステラーゼの働きを阻害することにより、神経伝達を阻害します。

 神経ガスに曝露した時の初期症状としては、鼻水が出て、呼吸が苦しくなり、瞳孔が収縮するといったものがあります。症状が重くなると呼吸困難となり、吐き気、唾液過多になります。さらに重くなると体全体が麻痺し、嘔吐や失禁などの全身症状が現れます。これらの症状は筋肉の収縮と痙攣が原因となっていて、最終的には昏睡状態になり痙攣を起こして窒息死します。

 大きく分けるとG剤とV剤の2つに分類されますが、性質はどれも似ています。

G剤
第二次世界大戦前後にドイツで開発された神経ガスの総称です。German gas が語源といわれています。戦後にポーランドやチェコスロバキアなどで開発された毒ガスもドイツ系の技術体系に含めると言う意味でG剤と呼ぶこともあります。G剤には、タブン・サリン・ソマン・エチルサリン・シクロサリンがあり、どれも二成分式化学兵器と呼ばれています。

V剤
英語の Venomous(有毒な、の意)から命名されました。VE、VG、VM、VXの4種が存在します。V剤の中で最も研究が進んでいる VX は、イギリスのポートンダウンで1952年に発見されアメリカで開発されました。他の化合物についてはそれほど研究も進んでおらず、詳細な性質も不明です。VX ガスはサリンガスに比べてきわめて高い毒性を持っています。

 ジクロルボスやマラチオン、パラチオンといった有機リン系の殺虫剤は他の神経ガスと同じ作用機構を持っています。昆虫の代謝と哺乳類の代謝経路は異なりますが、人間をはじめとする哺乳類に対しても影響があることが確認されています。環境残留性があり、農業従事者や動物類がこれらの殺虫剤に長期に渡って曝露した際の影響は未調査です。多くの国で使用が制限されています。




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347.サリンとはなにか。(2017/04/13)

 サリンは化学兵器の一つとして知られています。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 サリンは構造中にフッ素をもつ有機リン化合物の一種で、正式名称はイソプロピルメタンフルオロホスホネートです。ナチスドイツが開発した化学兵器で、VX、タブン、ソマンと同類の神経ガスに分類される毒ガスです。化学式 C4H10FO2P で常温では無色の液体ですがが、無臭で揮発しやすい物質です。

       sarin
        サリンの構造

 サリンは神経伝達物質のアセチルコリンと似た構造を持っています。サリンはアセチルコリンを加水分解するアセチルコリンエステラーゼ(AChE)の活性部位に不可逆的に結合することで、AChEを失活させます。それによりアセチルコリンの分解を阻害し、自律神経節、中枢神経系、神経筋接合部にアセチルコリンを蓄積させ、中毒症状を引き起こします。

 サリンは呼吸によって肺から吸収されるほか、皮膚からも吸収されます。吸収した量によって症状は異なりますが、数分のうちに縮瞳、頭痛、流涙、嘔吐、腹痛、下痢などを引き起こし、大量に曝露すると視覚障害、呼吸困難、徐脈、失禁、意識障害、全身痙攣などの症状が現れ、死亡します。

 こうした有機リン化合物による中毒の解毒には、プラリドキシムヨウ化メチル(PAM:パム)とアトロピンの併用が行われます。PAMは有機リン化合物とコリンエステラーゼの結合を解離させ、コリンエステラーゼを再賦活化(活性化)させます。アトロピンは蓄積したアセチルコリンによるムスカリン作用を軽減、各症状を緩和させます。また、呼吸困難に陥っている場合は、換気と気道吸引が必要になります。




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346.アルデヒドとはなにか。(2017/03/23)

 アルデヒドには多くの種類があります。どんな物質があるのか簡単にまとめてみましょう。

 アルデヒド基(-CHO)を分子中に含む物質を一般にアルデヒドといい、基 -CHO をホルミル基、またはアルデヒド基といいます。一般式は R-CHOで表されます。

       Aldehyde
        アルデヒドの一般構造

 ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどの炭素数が少ない脂肪族飽和アルデヒドは、刺激臭をもつ気体または液体で、水に溶けます。炭素鎖の長さが6~9個のアルデヒドは芳香をもつので、香料として使われていますが、さらに炭素鎖の長いものは、水に溶けない固体です。芳香族アルデヒドも多くが芳香を持っています。

 多くの生物にとって有害で、ホルミル基がタンパク質の側鎖のアミノ基と反応を起こし、さらには架橋反応に進むため、これを凝固させる作用を持っています。また、アルデヒドの一種であるアセトアルデヒドはエタノールがアルコールデヒドロゲナーゼの触媒作用によって生成し、アルデヒドデヒドロゲナーゼの働きで酢酸になります。弱い型のアルデヒドデヒドロゲナーゼを持つ人はアセトアルデヒドの中毒(二日酔い)になりやすいとされています。


 アセトアルデヒドは、アルデヒドの一種で、示性式は CH3CHO です。自然界では植物の正常な代謝過程で産生され、特に果実などに多く含まれています。また人体ではエタノールの酸化によって生成し、一般に二日酔いの原因だと見なされています。産業的にも大規模に製造され、その多くが酢酸エチルの製造原料として使われています。独特の臭気と刺激性を持ち、自動車の排気やタバコの煙、合板の接着剤などに由来する大気汚染物質でもあります。

       Acetaldehyde
        アセトアルデヒドの構造

 ベンズアルデヒドは、芳香族アルデヒドに分類される有機化合物のひとつです。ベンズアルデヒドはアーモンド、杏仁(アンズの種)の香り成分です。安価な香料として用いられるほか、抗炎症作用が認められています。酸化されやすく、酸化されると安息香酸になります。

       Benzaldehyde
        ベンズアルデヒドの構造

 バニリンは、分子式 C8H8O3、示性式 C6H3(OH)(OCH3)CHO で表される、バニロイド類に属す最も単純な有機化合物であり、バニラの香りの主要な成分となっている物質です。天然物中にはバニラ、安息香、ペルーバルサム、チョウジ(クローブ)の精油などに含まれています。主に香料として使用されます。食品に対してはアイスクリームをはじめとする乳製品やチョコレート、ココアなどに使用されています。

       Vanillin
        バニリンの構造


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345.ホルムアルデヒドについて。(2017/03/16)

 ホルムアルデヒドは最も簡単なアルデヒドです。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 アルデヒドとは、分子内に、カルボニル炭素に水素原子が一つ置換した構造を持っている有機化合物の総称です。カルボニル基とその炭素原子に結合した水素原子および任意の基(-R)から構成されるため、一般式は R-CHO で表されます。任意の基(-R)を取り除いた部分をホルミル基、またはアルデヒド基といいます。

       Aldehyde
        アルデヒドの一般構造

 ホルムアルデヒドはアルデヒドの R の部分が水素(H)になっている、最も簡単なアルデヒドです。化学式は HCHOです。触媒存在下にメタノールを空気酸化して得られます。さらに酸化が進むとギ酸になります。融点 −92℃、沸点 −19.3℃、分子量 30.03で、刺激臭を持つ無色の気体です。

       Formaldehyde
        ホルムアルデヒドの構造

 ホルムアルデヒドは、普通に自然界(環境中)に存在する物質です。常温で無色透明の気体で、特徴的な臭気のある物質です。フェノール、メラミン、尿素などの物質と簡単に結合することから、この性質を利用して、工業的に合成樹脂の原料として使われています。

 ホルムアルデヒドはアミノ酸や生体異物を代謝する際、内因的に生成し、ホルムアルデヒドに暴露されていない人でも、血液中ホルムアルデヒド濃度が 2.61 ± 0.14μg/g(ほぼ 2.6ppm)との報告があります。また、一部の魚類や椎茸(乾燥椎茸と一部の生鮮椎茸)など、(健康に影響の無い範囲であるものの)ホルムアルデヒドが含まれている天然食材が存在します。

 人体へは、濃度によって粘膜への刺激性を中心とした急性毒性があり、蒸気は呼吸器系、目、のどなどの炎症を引き起こします。皮膚や目などが水溶液に接触した場合は、激しい刺激を受け、炎症を起こします。ホルムアルデヒドはWHOの下部機関である国際がん研究機関によりグループ1の化学物質に指定され、発癌性があると警告されています。


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344.ホルマリンについて。(2017/03/09)

 昨年、患者に精製水と誤り、ホルマリン液を投与する医療事故がありました。ホルマリンとはどのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 ホルマリンは、ホルムアルデヒドの水溶液のことです。無色透明で、刺激臭があり、生体に有害です。生物の組織標本作製のための固定・防腐処理に広く用いられています。また、ホルマリンによって死滅する菌類、細菌類が多いことから、希釈した溶液を消毒用にも用いることがあります。

       Formaldehyde
        ホルムアルデヒドの構造

 ホルマリンは、中水準の消毒薬に分類されますが、現在は消毒薬の用途ではほとんど使用されません。日本薬局方ホルマリン(ホルムアルデヒド35.0~38.0%溶液)を10~20%に薄めたもの(ホルムアルデヒド3.7~7.4%溶液)が、組織固定液として使用されています。

 組織の固定とは、細胞に含まれる水分を除去することと、タンパク質を凝固し安定化させることです。組織の腐敗や破壊を防ぎ、一定の硬さを持たせることで顕微鏡標本を作製しやすくすることが目的です。組織の固定液にはホルマリンに加え、エタノールやメタノールなどアルコール類が使用されてきました。ホルマリンは、アルデヒド基を含みます。アルデヒド基がタンパク質中のアミノ基と反応することでヒドロキシメチル基を生成します。生成したヒドロキシメチル基が再度タンパク質のアミノ基と反応することで、メチレン架橋を形成し組織が安定化するのです。

 原液、比較的濃度の高い希釈液からは、ホルムアルデヒドを含有した蒸気が発生するため、人体に有害であり、毒劇法で医薬用外劇物に指定されています。取扱いには、強制排気装置を備えた作業空間が必要です。また、溶液の廃棄時にも無毒化処理が必要になります。作業者の健康や環境への配慮から、より無害な代替品へ置き換える試みがなされているが、進んでいません。

 毒劇法に指定されているのは、ホルムアルデヒド含有量が1%以上のものなので、かつては1%未満になるように水で希釈して廃棄することが行われていましたが、環境への配慮のため、1975年、厚生省(当時)の通達で、特定の処理法を用いて無毒化することが義務付けられました。酸化法(化学反応により無毒化する)、焼却法(焼却炉で燃焼)、活性汚泥法(微生物による分解)などがあり、酸化法は比較的少量のホルマリンを処理するのに最も手軽な方法です。

酸化法
水でホルマリンを希釈した後、次亜塩素酸を含む水溶液(次亜塩素酸ナトリウムなど)を加えて酸化分解させ、廃棄する方法。
水酸化ナトリウム水溶液などでホルマリンのpHをアルカリ性にし、過酸化水素水を加えて酸化分解し、水で希釈した後、廃棄する方法。


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343.ヒ素とはなにか。(2017/02/23)

 ヒ素は猛毒の物質として知られています。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 ヒ素は、原子番号33の元素で 元素記号は As、第15族元素(窒素族元素)の一つです。地殻中に広く分布し、火山活動などにより自然に、また鉱石・化石燃料の採掘や産業活動に伴って人為的に環境に放出されます。環境中に放出されたヒ素は、大気、水、土壌と生物圏を循環するため、あらゆる生物がヒ素を含有しています。

 地殻中では銅、鉛、鉄などの金属と一緒に3価の原子化状態で存在していることが多く、土壌や水中では酸化されて5価で存在しているといわれています。ただし、酸素が少ない状態、例えば井戸水や海水でも深いところでは還元されて3価になります。火山性の温泉ではヒ素濃度が高い場合があり、またインド、バングラデシュ、中国などでは、地下水に高濃度のヒ素が含まれている地域があります。

 生物系の中では海の生物に高い濃度のヒ素が含まれていることが知られています。海水には約2ppbのヒ素が溶け込んでおり、プランクトンや藻類は海水から無機ヒ素を取り込み、蓄積します。これらを上位生物が摂取する食物連鎖による生物濃縮の結果、魚介類でのヒ素濃度はppmのレベルになります。海の魚介類の生体内で、無機ヒ素は代謝されてアルセノベタインを主とする有機化合物として存在します。一方、ヒジキやワカメといった海藻では無機と有機の両方の化学形態で存在し、その割合は海藻の種類によって異なります。

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 ヒ素の毒性は、その化学形態によって異なります。自然界に存在するヒ素化合物を大きく無機ヒ素と有機ヒ素に、さらに無機ヒ素を3価と5価に分類すると、一般的にその毒性は、無機ヒ素(3価)>無機ヒ素(5価)>有機ヒ素となります。化学物質安全性データブックによれば、ラットを用いた動物実験で、経口投与におけるLD50(50%が死亡する量)は、無機(3価)化合物の亜ヒ酸;14.6mg/kg、無機(5価)化合物のヒ酸;48mg/kg、有機ヒ素化合物のジメチルアルシン酸;644mg/kgです。

過去の事例から急性ヒ素中毒の原因のほとんどは無機ヒ素を経口的に摂取して起こっており、有機ヒ素であるアルセノベタインについてはほとんど毒性がないと考えられます。さまざまな事例より無機ヒ素の致死量は、体重1kgにつき2~3mg、成人では100~300mgとされています。

 ヒ素の毒性発現は、生体内タンパクのSH基とヒ素が結合する結果さまざまな酵素活性を阻害することにより起こります。急性毒性の初期症状は、悪心、嘔吐、腹痛、下痢、血圧低下等で、数日後から肝機能障害、2~3週間後から四肢の感覚異常が認められます。慢性ヒ素中毒の主な症状は、腹部や全身に認められる色素沈着と脱色、次いで手掌や足底が角化するなどの皮膚病変や末梢神経障害、皮膚がん発生等です。


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342.シアンとはなにか。(2017/02/09)

 豊洲市場予定地でシアンが検出されています。シアンとはどのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 シアンは炭素と窒素の化合物でシアノーゲン、ジシアン、オキサルニトリルなどともいいます。無色の気体で苦扁桃臭があります。N≡C-C≡Nの直線分子です。単にシアンといえばこの物質またはシアノ基のことを指します。

       dicyan
           ジシアンの構造

一般にはシアン化物、ジシアン、シアン化水素などの総称として使われることが多く、青酸化合物と呼ばれることもあります。

 水中のシアン(CN)は、シアンイオン(CN-)、シアン化水素(HCN)、金属のシアン化物、金属シアノ錯体、有機シアン化合物などの形で存在します。自然水中にはほとんど含まれませんが、メッキ工場や金属精錬所など青酸化合物を使用する事業所などの排水の混入によって含まれることがあります。

 シアン化合物の毒性は主にシアンイオンの持つ細胞内呼吸阻害作用によるもので、成人の経口致死量はシアン化水素で 50~60㎎、青酸カリ(KCN)で 200~300㎎、青酸ソーダ(NaCN)で 200㎎前後といわれています。問題になるのはもっぱら急性毒性のみで、重金属類のように体内に蓄積して慢性中毒を引き起こすことはありません。

 シアン化物はある種のバクテリア、菌類、藻類によってつくられ、食物や植物の中にはシアン化物を含むものがあります。例えばリンゴの種やアーモンドに微量ではあるが含まれています。植物でシアノ基は、糖質分子に結合したシアン配糖体として存在し、草食動物に対する防御としてはたらいています。

 なお、水道水質基準の「シアン」はシアンイオン、シアン化水素および一部の金属シアノ錯体を対象としていて、全てのシアンを対象とする環境基準や排水基準とは取扱いが異なります。

水道水質基準
シアン化物イオン及び塩化シアン    シアンの量に関して、0.01mg/L以下

環境基準
全シアン             検出されないこと


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341.水素水とはなにか。(2017/01/26)

 水素水の健康効果について様々な情報が出されています。水素と水素水について簡単にまとめてみましょう。

 水素は、原子番号 1 、原子量 1.00794 の非金属元素で、元素記号は H です。ただし、一般的には「水素」と言っても、水素の単体である水素分子(水素ガス)H2 を指していることがほとんどです。水素分子は、常温常圧では無色無臭の気体で、最も軽い気体です。

 工業的には、炭化水素の水蒸気改質や部分酸化の副生成物として大量に生産されます(炭化水素ガス分解法)。硫黄酸化物を除いたパラフィン類やエチレン・プロピレンなどを 440 ℃ の環境下でニッケルを触媒としながら水蒸気と反応させ、製造しています。

       steam_reforming
         炭化水素の水蒸気改質

 副生される一酸化炭素は水蒸気と反応し二酸化炭素と水素ガスになります。水素ガスの生産は原料を化石燃料に依存しており、水蒸気改質により発生する一酸化炭素などのうち化成品に利用されない過剰分や燃料として利用される炭化水素は二酸化炭素として環境中に放出されます。そのため、水素を化石燃料の代替として利用してもそのまま化石燃料の消費量が削減されたり二酸化炭素の発生が抑えられたりすることにはなりません。


 水素水は、水素分子のガスを溶解させた水であり、無味、無臭、無色です。水素は水にごくわずかに溶けます。水への溶解度は 0.021mL/mL水(0 ℃)です。工業用の水素水は半導体や液晶の洗浄に用いられます。ほか市販の飲料水も販売されています。水素水の生成は、水素ガスの溶解や、水の電気分解によって容易に調整できます。

 水素は、ガラスやプラスチックを短時間で通過してしまうため、長時間の保存にはアルミニウム製の容器が向いています。企業によって種々の名称で販売されています。ペットボトルやプラスチック容器によって販売されている商品もありますが、上記の通り、水素が抜けてしまうため保存には向きません。

 一方で、水道水から電気分解を経て直接水素水を生成する装置も商品展開されています。健康を謳う水素水を扱った商品は、小売の他、「ネットワークビジネス」と呼ばれるマルチ取引を中心にした訪問販売業によっても流通しています。

 健康効果についてははっきりとしたデータは示されておらず、国立健康・栄養研究所は、「ヒトに対する安全性については信頼できる十分なデータが見当たらない」、「ヒトに対する有効性については信頼できる十分なデータが見当たらない。」としています。


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340.化学物質という言葉の定義について。(2017/01/19)

 化学物質という言葉の定義は使われる場面によって異なります。どういうことなのか考えて見ましょう。

 化学物質とはあらゆる物質を構成している成分のことで、私たちの身の回りにあるすべてのものが化学物質でできているといえます。人は昔から、天然に存在する化学物質を利用してきましたが、今日では生活を便利にするため、多くの新しい化学物質を作り出し利用しています。現在使用されている化学物質は数万種類ともいわれ、私たちの生活は多くの化学物質によって支えられています。

 化学物質と言う言葉は、分野や文脈に応じて以下のような様々な意味で用いられている言葉です。

1.原子、分子および分子の集合体や高分子重合体のような、独立かつ純粋な物質。混合物や不純物が多いものは除外される。特に化学が研究対象とするような物質。
2.元素または化合物に化学反応を起こさせることにより得られる化合物(化審法における定義)。
3.人工的、あるいは工業的に合成した物質。天然物に対する概念として用いられる。なお広辞苑は、この意味の存在に言及した上で「元々このような意味はない」と指摘している。

 上記 1 の観点から化学物質とは、一般には物質を分子で構成されるものという側面から見た場合の表現です。分子構造で規定されているタンパク質、アミノ酸、炭水化物、脂肪、核酸などは化学物質といえます。物質名が示された場合は天然物であっても合成品であっても、すべての物質が化学物質であるということになります。

 上記 2 の観点から法律上、化学物質の定義は以下の2種類があります。
・ 元素または化合物に化学反応を起こさせることにより得られる化合物(化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律):人工的に合成される化学物質
・ 元素または化合物(労働安全衛生法、特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律):上記に元素、天然物、非意図的生成物質を加えたより広い概念。

 3 の定義は最も狭いものになりますが、報道などで化学物質とされている場合はこれであることが多いと思われます。ただし、天然物にも強い毒性を持つものは存在していて、化学物質だから危険ということにはなりません。また、天然に存在する物質を化学合成した場合は実質的には区別がつかず、どちらの範疇に入るのか曖昧になってしまいます。


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339.水の奇妙な性質について。(2016/12/15)

 化学物質としての水は奇妙な性質を持っています。どういうことなのか、簡単にまとめてみましょう。

◇融点・沸点が異常に高い
同じ水素分子2個と化合している二水素化物として、H2S、H2Se、H2Teがあり、H2Oの仲間なのですが、その中でも水は、沸点も融点も蒸発熱も一番高く、特異な存在です。例えば H2S(硫化水素)の融点は -85.5℃、沸点は -60.7℃ と水より分子量が大きいにもかかわらず低くなっています。

◇比熱容量や蒸発熱が大きい
水は、温まりにくく冷めにくい性質があります。このことから水は、金属に比べ比熱が大きくなるので水が蒸発するのに大きな比熱容量が必要になることになります。このように比熱容量や蒸発熱の大きな水をたくさん持つ地球では、その表面温度の変化が穏やかで生物の育成に適した環境を作っていて、生物も水もたくさん含むため体温の変化も緩やかになります。

◇密度
固体である氷のほうが液体の水よりも密度が小さいのですが、多くの物質の場合はこの逆になります。水の密度は 4℃のときが 1g/cm3 と最大になります。例えば、岩の間にしみ込んだ水が岩を割ることができるのも、水が凍り体積が増えるためであり、また、氷が水に浮かぶのも氷の密度が水より小さいためです。

◇物質をよく溶かす
水ほど自分とは性質の違うものを数多く溶かす液体はほかにありません。海水には自然界に存在する92種類のすべての元素が溶け、私たちの血液や細胞にも水によってさまざまなものが溶けています。イオンにならない非電解質や、メタンのような気体分子、そし食べ物として摂取した油でさえも、細かく分散するとわずかながら溶けます。

 一般に、融点や沸点は分子量の大きい物質ほど高くなります。ところが、水の沸点は 100℃と異常に高く常温ではこの温度以下ですので液体で存在しています。液体の水の高い沸点は、低い分子量に比べて、それぞれの分子が多くの水素結合を形成できることが原因です。この水素結合ネットワークを壊すことが困難なため、水は他の水素結合を形成しない同様の液体と比較して、非常に高い沸点や融点、粘度を示します。


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338.水とはなにか。(2016/12/08)

 水はとてもありふれた物質です。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 水は自然界に安定して存在する無味無臭透明の物質です。常温では液体か固体で、とくに液体を水といい、固体は氷、気体は水蒸気と言います。融点は 0.002519°C で、標準気圧(1013.25hPa)での沸点は、約99.9743°Cです。水の色は一般に無色透明といわれることが多いですが、実際には水分子の赤外吸収スペクトルが可視領域に裾野を引き、赤色光をわずかに吸収するので、ごくわずかな青緑色をしています。

 化学的には化学式 H2O で表される、水素と酸素の化合物です。水分子の酸素原子と水素原子は共有結合で結びついていて、その結合は水素原子と酸素原子から価電子を1つずつ供給されてできています。さらに酸素原子の最外殻には共有結合に使われていない孤立電子対が2つ存在します。

   H2O

           水の分子構造

 水素と酸素の電気陰性度の違いから、O-H 結合においては酸素原子側が電気的に負、水素原子側が正となり、局所的に電気双極子を作っています。分子全体でも H-O-H 結合角が曲がっていることから極性を持っています。そのため水の比誘電率は 79.87 (20℃) と高いので、イオン間の静電気力を弱めて塩化ナトリウムなどのイオン結晶の結合格子を破壊して溶解させる、すぐれた溶媒として働きます。

 すべての既知の生命体にとって、水は不可欠な物質です。生物体を構成する物質で、最も多くを占めるのが水です。核や細胞質で最も多い物質でもあり、細胞内の物質代謝の媒体としても利用されています。通常、質量にして生物体の70〜80%が水によって占められています。人体も60〜70%程度が水です。


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337.水素結合について。(2016/11/24)

 物質の結合の一つに水素結合があります。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 水素結合とは、電気陰性度の高い二個の原子が水素原子を介して結びつく化学結合のことです。共有結合より弱いですが,分子間力より強い結合です。氷や水の中の水分子どうしの結合、ポリペプチド間の結合、DNA の塩基対の形成などはその例です。

 例えば水の分子 H2O では、酸素原子の方が水素原子よりも電気的に陰性なため、水素が弱く正の荷電を持ち、別の分子の酸素原子と電気的な引力を生じます。酸素以外の原子の場合でも同じようなことが起こります。結合エネルギーは大きくないものの、生体内においてもDNAの二本鎖構造の形成やタンパク質の高次構造の形成、分子間相互作用において重要な一時的結合の形成に重要です。

 液体の水の高い沸点は、低い分子量に比べて、それぞれの分子が多くの水素結合を形成できることが原因です。この水素結合を壊すことが困難なため、水は他の水素結合を形成しない同様の液体と比較して、非常に高い沸点や融点、粘度を示します。水は、その酸素原子が2つの非共有電子対と2つの水素原子を持っているため、1つの水分子で4つまでの水素結合を形成できる点で特徴的です。

   Water-bond
         水の水素結合

 これらの特徴から、生体分子の中で水素結合はとくに重要な働きをしています。DNA やタンパク質などの生体高分子が、機能的な高次構造を形成するのには、水素結合が欠かせません。DNA の二重らせん構造の内部では、核酸塩基どうしの間で相補的な水素結合のパターンが形成され、遺伝情報の暗号となっています。また、タンパク質に特異的に基質が結合することを「鍵」と「鍵穴」に例えることがありますが、それらの間の分子認識にも水素結合が関与しています。酵素の活性中心では、基質の固定化だけでなく、電子密度の調節、プロトンの移動などを通して、反応の促進にも大きく寄与しています。


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336.デンプンのアルファ化について。(2016/11/17)

 デンプンを水とともに加熱すると糊化します。どのようなことなのか簡単にまとめてみましょう。

 米を炊くとふっくらと粘りのある状態になるのは、米の主要成分であるデンプンの結晶構造が、水と熱の作用でほどけて膨張し、粘性の強い糊になるためです。この状態を糊化といい、糊化する前のデンプンをβデンプン、糊化したものをαデンプンと呼びます。βデンプンは水に溶けず消化しにくいのですが、αデンプンになると消化がよくなります。αデンプンは冷めるとまたβデンプンに戻ってしまいますが、再加熱により再びαデンプンになります。

 デンプンが糊化するには、その重量の30%の水と熱が必要です。デンプンが成分の77%を占める精白米の水分は約15%です。糊化させるには、炊く前にあらかじめ米を水に浸して吸水させ、加熱中にも米粒内に水分を送り込む必要があります。そのため米の加熱にはそれが効率的に行える煮る方法がとられます。イモ類のように水分の多い食品は、それ自身が含む水分で糊化できるので、ゆでる・煮る場合も焦げつかない程度の少量の水分でよく、蒸す・焼く・揚げるなどの加熱も利用できます。

 一般的に、アミロペクチン含量の多いデンプン粒では、糊化温度が低く、粘度、保水力が高く,老化しにくい性質があります。これは、直鎖状のアミロースよりも、分岐の多いアミロペクチンの方が、デンプン分子間で水素結合がおこりにくいからと考えられています。

 食品業界においては、糊化はα化(アルファ化)と呼ばれ、αデンプンの状態から凍結と乾燥を繰り返すことで製造できる、いわゆる「お湯で戻るインスタント食品」が多く存在します。α化デンプンとは、α化したデンプンをそのままの性質が維持できるように、急速に乾燥した加工デンプンのことをいいます。たとえば即席もち・即席しるこ・煎餅・最中の皮・ウエハース・みじん粉・寒梅粉などは、この原理によって製造されたものです。

 α化デンプンは各種のデンプンから製造されますが、いずれの場合も加熱糊化したデンプンを高温のまま急速に乾燥、あるいは瞬間冷凍後の真空中(昇華現象を利用)で乾燥し、水分を 10%~0%にすることでβ化への進行を押さえたデンプンです。なお、α化デンプンは食品添加物ではなく食品として取り扱われます。


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335.加工デンプンの種類について。(2016/11/10)

 加工デンプンは食品添加物として指定されています。どのようなものがあるのか簡単にまとめてみましょう。

 デンプンは水には溶解せず、白濁した懸濁液になりますが、加熱すると粘りが出て、懸濁液が透明な状態に変化します。これを一般的に糊化といいます。糊化したデンプンは、ヒトの持つデンプン分解酵素の作用を受けて糖になることで消化性が向上します。一方、老化現象は、温度が低くなることにより、糊化したデンプンの鎖がよりエネルギー的に安定な状態に戻るためにお互い水素結合を作り、再び会合する現象と考えられています。

 加工デンプンは、広義としては未加工デンプンに物理的、化学的、酵素的、人為的な加工を施すことにより、デンプンの欠点である老化特性や粘度の不安定さを改善し、産業的に使いやすくしたデンプンを総称したものです。一般的には、化学薬品を用いてデンプンの水酸基を官能基で置換したデンプン誘導体のことをを指します。以下に挙げる11品目の化学的処理を行った加工デンプンが添加物として指定されています。

アセチル化アジピン酸架橋デンプン
アセチル化酸化デンプン
アセチル化リン酸架橋デンプン
オクテニルコハク酸デンプンナトリウム
酢酸デンプン
酸化デンプン
ヒドロキシプロピル化リン酸架橋デンプン
ヒドロキシプロピルデンプン
リン酸架橋デンプン
リン酸化デンプン
リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン

 耐老化性デンプンは、デンプンの水酸基の一部を置換することにより、老化に伴うデンプン高分子の会合を抑え、デンプンの老化速度を遅らせます。代表的な耐老化性デンプンとして、アセチル基(酢酸基)を付与した酢酸デンプンと、ヒドロキシプロピル基を付与したヒドロキシプロピル化デンプン(エーテル化デンプン)があります。酢酸デンプンやヒドロキシプロピル化デンプンはその置換基が多くなるほど、糊化開始温度が早くなり、発生粘度も高くなります。また、糊液の透明性が増して老化しにくくなります。

 用途としては、チルドうどんや、わらび餅などの冷蔵食品に加え、冷凍食品のたれ、ソースやチルド保存で流通される麺、菓子、団子、総菜など幅広く利用されています。チルドうどんには、タピオカデンプンを原料とした酢酸デンプン、ヒドロキシプロピル化デンプンが、麺に必要なもちもちとした食感、のど越しの良いツルミ(滑らかさ)、高い白度など、うどんに必要とされる要件を満たしているため、多く利用されています。うどん以外にも、そばやラーメン、パスタなど多くのチルド麺に、このような耐老化性デンプンが利用されています。


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334.加工デンプンについて。(2016/11/03)

 食品の添加物に加工デンプンがあります。デンプンとどう違うのか、簡単にまとめてみましょう。

 デンプンは代表的な炭水化物(多糖類)で、多数のα-グルコース分子がグリコシド結合によって重合した天然高分子です。構成単位であるグルコースとは異なる性質を持っています。陸上植物におけるグルコース貯蔵の一形態であり、種子や球根などに多く含まれています。

 加工デンプンとは化学的・物理的手段あるいは酵素などを用いて、天然デンプンの高分子特性、利用物性を改良した処理デンプンの事です。デンプンを化学的に、あるいは酵素を用いて処理すると、粘度,のりの透明度,接着性,のりの安定性などの利用物性が非常に改良されたものが得られます。加工デンプンの中にはデキストリン、酸化デンプン、酵素処理デンプン、αデンプン、デンプン誘導体(リン酸デンプン、カルボキシメチルデンプン、橋架けデンプン、陽性デンプン等)があります。

 加工食品において最も一般的に使用される加工デンプンは、老化性を改善した耐老化性デンプンと粘度を安定化させた架橋デンプンです。耐老化性デンプンは、酢酸デンプン、ヒドロキシプロピル化デンプンなどが麺やチルド・冷凍食品に利用されています。一方、代表的な架橋デンプンであるリン酸架橋デンプンは、たれ、ソースの粘度安定化、畜肉・水産加工品の弾力性向上に寄与しています。それ以外に、フライ用衣の食感改良として酸化デンプン、パンの食感改良として、アルファ化デンプンが利用されています。

 加工デンプンを含む食品又は添加物については、原則として、物質名を表示することが必要になりますが、「加工でん粉」「加工でんぷん」「加工デンプン」「加工澱粉」と、簡略名で表示することができます。また、増粘剤、安定剤、ゲル化剤、糊料としての用途が主たる目的として使用する場合は、用途名も併記することが必要となります。

 物理的処理(酸処理や漂白処理といった簡単な処理を含む)または酵素的処理を行ったデンプンについては、従来どおり食品として取り扱われます。よって、添加物として指定された加工デンプンと、食品として扱われるデンプンを食品に使用している場合には、両方とも表示する必要があります。


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333.土壌汚染の浄化方法について。(2016/10/20)

 汚染された土壌を浄化する方法は多くの種類があります。簡単にまとめてみましょう。

 土壌汚染の場合、汚染源となっている物質が、重金属、有機溶剤、農薬、油などの多岐にわたり、浄化手法も種々存在しています。 大気汚染対策としての排気ガス処理や、水質汚濁対策としての水処理に対し比較的新しい領域であり、実用化途上の新技術や新手法が多数考案、試験されています。


入れ替え
 最も簡易で効果的なのは、汚染された土壌を全て掘削して取り除き、汚染されていない土砂または代替物で埋め戻すものである。かつて農地で行われた客土による対策に近いが、発生土砂は建設残土で、汚染物質の濃度が高ければ特別管理産業廃棄物として扱わなければならない。

無害化埋め戻し
 汚染された土壌を少しずつ掘削し、現場仮設プラントによる工学的処理によって無害化し、元の場所に埋め戻す。現在主流となっている方法で、実際には掘削した場所の隣で埋め戻しを行い、順次工事区画を移動させて行く事でプラントを連続稼働させ、工期縮減を図る。汚染物質がVOC(揮発性有機化合物)の場合、熱処理で効果的に浄化可能。揮発ガスは活性炭などで吸着し、焼却処理される。

薬剤注入
 直接地面に固化剤を注入し、汚染物質が溶出しない様に土壌ごと固めてしまうもの。薬剤の安全性や固化の安定性に不安要素があるものの、短期間で施工できる。汚染土壌を掘削し、薬剤を投入して撹拌した後に転圧する方法もある。

汲み上げ処理
 汚染物質が水溶性で、既に地下水に溶出している場合に有効。汚染区域とその周囲に井戸を掘り、ポンプで汚染区域の地下水を汲み上げる。汚染物質の種類に応じた水処理を行い、処理水は汚染区域周囲の井戸へ圧入される。これにより、汚染区域の地下水は後押しされ、まだ溶出していなかった汚染物質が洗浄されることで、土壌自体も浄化される。比較的時間が掛かる工法だが、工場などが現に稼働している土地に適用しやすい。

原位置浄化
 汚染物質の土壌吸着性が大きいと、汲み上げ処理では時間を要する。周辺井戸への処理水圧入時に酸化剤などを溶解させ、土中で酸化反応により分解し、無害化あるいは溶解性を高くして汲み上げ処理する。

バイオレメディエーション
 汚染物質の生物分解性が高い場合に有効。バクテリアなどの微生物を汚染土壌に浸透させ、増殖する過程で浄化させる。不足する微量元素などを補う栄養剤や、酸素を溶かした水を注入して増殖を助けることもある。利用する微生物が外来種、または遺伝子組み替えを伴う場合には、生態系への影響について慎重さが必要。

電気泳動
 汚染物質が水溶性でイオン性が高い場合に適用可能。汚染区域を挟んで陽極と陰極を設置し、直流電荷によって移動させたのち、薬剤やイオン交換樹脂等によって吸着除去する。

土中反応壁
 土地を深く狭く掘削し、触媒などを担持させた吸着剤で埋め戻すことで、土中に地下水に対する壁を形成する。壁は透水性を持ち、汚染された地下水が壁を浸透・通過する間に有害物質は分解・吸着され、水処理が無動力で完了する。

紫外線照射井戸
 汚染区域に多数の井戸を設け、内部で低圧紫外線灯を設置する。紫外線により地下水の汚染物質を分解する。


 豊洲で採用された方法は「入れ替え」に近いと思われますが、実際には汚染された土壌をすべて取り除くのは困難で、ある程度の深さまで掘り下げてから綺麗な土壌で埋め戻すという方法になっています。問題になっているのは建物の下は一部で埋め戻しがされておらず、道路の下は汚染された土壌が取り除かれてすらいないことです。現状では食品を扱う場所としては不安が残ります。


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332.土壌汚染について。(2016/10/13)

 築地市場移転問題などで土壌汚染が問題になっています。どのようなことなのか簡単にまとめてみましょう。

 土壌汚染とは、土壌中に重金属、有機溶剤、農薬、油などの物質が、自然環境や人の健康・生活へ影響がある程度に含まれている状態のことをいいます。典型七公害の一つです。土壌へ混入した原因は、人為・自然を問いません。土壌を通じて農作物,畜産物に汚染物質が蓄積され,人の健康に被害を生じるほか,土壌中の微生物を変化させて,物質循環に悪影響が生じるおそれもあリます。

 18世紀後半の産業革命以降の重化学工業の発達に伴い、重金属類により土壌が汚染されてきました。日本では、金属鉱業所が排出した重金属類により農用地が汚染され、足尾銅山(栃木県)や土呂久鉱山(宮崎県)などで鉱毒事件が発生しました。

 近年、有害物質を扱っていた都市部の工場が、産業構造の転換により住宅地などへ転用されています。工場跡地の売却等の際に調査を行う土壌汚染対策法の制定により土壌汚染が多く発見されています。地下水への汚染や汚染土壌の粉塵の拡散を通じて、地域住民の健康に懸念が生じるなど社会問題となっている場合もあります。製錬所等の金属工場において、鉛・ヒ素などの有害重金属が検出されることが多く発生しています。

健康への影響としては以下のようなものがあげられます。

地下水の摂取などによるリスク
土壌に含まれる有害物質が地下水に溶け出して、その有害物質を含んだ地下水を飲んで口にすることによるリスク。

直接摂取によるリスク
有害物質を含む土壌を口や肌などから直接摂取することによるリスク。


なお、築地市場移転問題の経緯は以下の通りです。

東京ガスの豊洲工場跡地に築地市場を移転する計画において、土壌中に環境基準を超えるベンゼン・シアン・鉛・ヒ素・六価クロム・水銀等の有害物質が残存していることが問題となった。生活用の燃料ガス(一般に都市ガスと呼ばれることが多い)製造工場跡地では、天然ガス(LNG)へ移行する以前は石炭からの蒸留によりガスを製造しており、この際の廃棄物であるタールに含まれるベンゼンや重金属類、製造工程にて用いられる化学物質による土壌や地下水汚染が発生していることが各地で公開されている。東京の築地市場の移転計画においては、生鮮食品を扱う施設の土壌としての浄化を目標として敷地の土壌・地下水汚染浄化を行っていないことや、土壌汚染対策法で定められた有害物質以外にも健康に有害な物質があることが指摘されている。ここでは従来の土壌汚染対策では議論されていなかった、食品を扱う施設の地盤からの汚染物質の拡散や、施設内で扱う食品としての安全・安心の確保を求める消費者、それぞれのリスクが課題となっている。


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331.防水スプレーについて。(2016/10/6)

 防水スプレーを吸い込んで呼吸困難などに陥る事故が増えています。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 防水スプレーは服や靴に吹きかけ、雨水などを弾く「撥水効果」で保護する製品で、厳密には撥水スプレーと呼ぶ方が正しいです。す。防水スプレーに使用している撥水剤には「フッ素系撥水剤」と「シリコン系撥水剤」の2種類があります。これらのおおまかな特徴は以下の通りです。

フッ素系撥水剤
名前の通り撥水性能を持つフッ素樹脂を主成分としたものです。このフッ素樹脂は樹脂本体に水や油になじまない部位を持っており、繊維や皮革の表面に樹脂本体が付着して、素材表面にトゲが毛羽立ったような状態を作り出して水や油をはじきます。フッ素系撥水スプレーの処理後にアイロンをかけると効果が増すのは樹脂本体が繊維などの表面により密着し、トゲの毛羽立ちが良くなるためです。しかしながら、繊維や皮革の表面に付着しているだけなので擦れたり、汚れが付着したりするとフッ素樹脂が剥がれ、効果が落ちやすい傾向があります。

シリコン系撥水剤
シリコン系撥水剤は撥水性シリコン樹脂を主成分としたものです。フッ素樹脂とは異なり、繊維の表面を水とはなじまない膜でコーティングすることで水をはじきます。樹脂本体が油性のため油をはじく効果はありません。効果の持続性は付着型のフッ素樹脂より接触面積の大きいコーティング型のシリコン系の方が多少良い傾向があり、シリコン系は多少染みこむことでも持続性を上げています。しかし、皮革製品ではこの染み込みがシミの原因になるため皮革製品用ではフッ素系の方が多く使われています。

また、フッ素樹脂とシリコン樹脂の両方が使用された、ハイブリッド処方の製品も存在しています。

 これらのスプレー商品には、撥水剤であるフッ素樹脂やシリコン樹脂、あるいは その混合物が 0.5~5%程度含有されています。主な溶剤として n-ヘキサン、n-ヘプタンに加え、イソパラフィン系炭化水素やアルコール(エタノールあるいはイソプロパノール)が 30~90%含有されています。噴射剤には他のスプレー剤と同様、LPG、ジメチルエーテル、炭酸ガスが用いられています。

健康への影響としては以下のようなものがあげられます。

1. 撥水剤粒子吸入による呼吸器系障害(びまん性の肺胞虚脱が起き、低 酸素血症を生じると推定されている)
2. 有機溶剤による皮膚粘膜刺激作用、中枢神経抑制作用
3. 噴射剤による酸素欠乏、中枢神経抑制

 有機溶剤や噴射剤の吸入では、ほとんどはそのまま気道から排出されますので、多くの場合、影響は一時的なものです。撥水剤の体内動態はよくわかっていませんが、樹脂粒子が肺胞に入った場合には容易には除去されないと考えられ、影響は長期に及ぶものと思われます。


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330.トリクロサンの性質について。(2016/9/29)

 アメリカでトリクロサンが使われている抗菌石鹸などを販売禁止にするとの発表がありました。トリクロサンは一度取り上げていますが、その性質について改めてまとめてみましょう。

 トリクロサンは、ビスフェノール構造をもつ殺菌消毒剤、防腐防カビ剤です。ダイオキシンと構造が似ていますが、直接は無関係です。常温でトリクロサンがダイオキシンになることはありません。

   Triclosan
       トリクロサンの構造式

 トリクロサンは、白色の粉末で僅かに特異臭があります。水に溶けにくく、アルカリに溶けます。酸、アルカリに安定で、熱に対しても安定しています。また紫外線や高温下に長く放置すると変色しますが、分解はほとんど無いとされています。

 熱に安定な性質のため、 手指消毒用の石鹸やローションから歯磨き粉等のヘルスケア用品をはじめ、 子供用玩具、 台所用品や手術用ドレープなどのプラスチックや布地などに、 幅広く使用されています。医薬部外品として承認されている濃度では安全性が高いとされ、化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律(化審法)でも、危険性は最も低い一般化学物質の扱いとなっています。

 トリクロサンは ENR(エノイール‐アシル運搬蛋白還元酵素)という酵素の働きを阻害します。この酵素は多くの細菌と菌類が細胞膜を作る際に働きます。トリクロサンは、ENRの活性部位に結合することにより、ごく微量であっても強力な抗生を示します。しかしヒトはこの酵素を持たないため、ヒトに対する害はないとされています。この特徴から、トリクロサンは、一般細菌の殺菌力に加え、ブドウ球菌などグラム陽性菌に対する静菌力も優れた抗菌成分となっています。

 トリクロサン自身は常温でダイオキシン類に化学変化することは無いと考えられていますが、ダイオキシンの発生が懸念されるような低温焼却炉ではトリクロサンがダイオキシン類に転化する可能性が示唆されています。アメリカではトリクロサンやトリクロカルバン (Triclocarban) など19種類の殺菌剤を含有する抗菌石鹸は、通常の石鹸と比べて優れた殺菌効果があるとは言えない上、免疫系に打撃を与えるリスクがあることから、販売を禁止することを発表しました。


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329.ダイオキシン類の性質について。(2016/9/15)

 ダイオキシン類の一般的な性質について簡単にまとめてみましょう。

 常温では無色の固体で、蒸発しにくく、水には溶けにくいですが、油脂類にはよく溶けます。他の化学物質、酸、アルカリなどと反応せず、自然には分解しにくい物質です。ダイオキシン類はごみの焼却などによる燃焼や薬品類の合成に際して、意図しない副生成物として生成します。過去においては、米軍がベトナム戦争で散布した枯葉剤の中に 2,3,7,8-TCDD が不純物として含まれていたことは有名です。日本においても、PCBや農薬の一部に不純物として含まれて、環境中に排出されたという研究結果もあります。

 マウスに対して催奇形性を示すなど、毒性が非常に高いことから、一時期は史上最強の猛毒・発ガン性物質として恐れられ、日本国内でも社会問題となりました。ヒトのダイオキシン類による亜急性中毒症状としては、塩素挫瘡(ニキビ)、色素沈着などが挙げられます。また、食肉や魚介から微量を長期摂取することによる慢性的な影響が心配されています。体内に入ると細胞内の芳香族炭化水素受容体と結合、これが核内に移行し、ARNTと呼ばれる分子と結合して遺伝子転写制御因子として働くことで、結果として多くの代謝酵素の合成に影響を与えると考えられています。

 ただし、急性毒性試験結果を見ると、致死毒性は、生物種差が極めて大きく現われます。例えば、感受性の最も高いモルモット(雄)の半数致死量は 600ng/kg であるのに対してハムスター(雄)では 5,000,000ng/kg(=5mg/kg)となっています。つまりモルモットとハムスターとでは半数致死量は 8000倍も異なっていいます。その為、ヒトに対する致死毒性量はよくわかっていません。

 実際にダイオキシンが毒殺目的で人間に大量に与えられた事例があり、有名なところでは大統領候補だったヴィクトル・ユシチェンコの毒殺未遂事件があります。しかし、皮膚に湿疹などの異常がでましたが一命を取り留めており、ダイオキシンの高い急性中毒性については毒殺事件という形での人体実験によって否定される結果となっています。

 現在では焼却炉での対策として、800℃以上の高温での保持時間を長くし完全燃焼させ、300℃程度の温度の滞留時間を短くするため急速冷却し、活性炭により生成された微量のダイオキシン類を吸着しバグフィルターでろ過してから再加熱し大気中に放出しています。また、灰や活性炭などは固化処理などを行いダイオキシン類や重金属類などの溶出を防止しています。処理した固化物などは管理型最終処分場に埋め立て処分することが定められています。

 

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328.ダイオキシン類について。(2016/9/8)

 ダイオキシン類は最強の毒物とも言われています。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 ダイオキシン類は、ポリ塩化ジべンゾジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、コプラナーポリ塩化ビフェニルという3種類物質群の総称で、ベンゼン環に塩素が結合した構造をしています。主に物が燃焼するときに生成し、環境中に拡散します。過去に使用されていた農薬の不純物としても拡散しました。ダイオキシン類は、分解されにくい性質をもち、田畑や湖沼、海の底泥等に蓄積しています。


ポリ塩化ジベンゾ-p-ジオキシン(PCDD)
 ジベンゾ-p-ジオキシンに複数の塩素原子が付加した共通構造を持つ一群の化合物。毒性、蓄積性および残留性のある環境汚染物質として知られる。PCDDのうち2と3と7と8の位置に塩素の付いたもの(2,3,7,8-TeCDD)がダイオキシン類の仲間の中で最も毒性が強いことが知られています。狭義には、この 2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-1,4-ジオキシン(TCDD)をダイオキシンと呼びます。

    TCDF
2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-1,4-ジオキシン(TCDD)の構造式

ジベンゾフラン
 フラン環にベンゼン環が2つ縮環した化合物である。しばしば、この化合物の塩化物であるポリ塩化ジベンゾフランの略称として用いられる。例として 2,3,7,8-テトラクロロジベンゾフラン (TCDF) が挙げられる。これらはダイオキシン類と同様の毒性を持つと考えられている。

    TCDD
2,3,7,8-テトラクロロジベンゾフラン(TCDF)の構造式

ポリ塩化ビフェニル
 ビフェニルの水素原子が塩素原子で置換された化合物の総称で、略して PCB とも呼ばれる。その分子に保有する塩素の数やその位置の違いにより理論的に209種類の異性体が存在し、なかでも、コプラナーPCB(コプラナーとは、共平面状構造の意味)と呼ばれるものは毒性が極めて強くダイオキシン類として総称されるものの一つとされている。

    PCB
        PCBの一般構造式  

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327.徐放剤ポリマーとは何か。(2016/7/7)

 近年、香りを付ける技術として徐放剤ポリマーが使われるようになっています。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 徐放剤というのはもともとは医薬品に応用されている技術でした。薬物を徐々に放出するように製剤学的な工夫を施した薬剤の事を言います。薬物の放出を遅らせるために,高分子化合物でできた皮膜で薬物を覆ったり,小さな穴を持つ粒子に薬物を吸着させたりしています。製剤からの有効成分の放出を遅くすることにより、服用回数を減らすことができます。また、血中の有効成分濃度を一定に長時間保つことにより、副作用を回避します。

 従来、繊維に香料を付与する方法については種々検討されています。例えば、香料を吸着した無機系多孔質粉体及びシリコーン系化合物を含有する処理液を繊維構造物に付与した後、乾燥・熱処理する方法や、香料をマイクロカプセル化してバインダーと混ぜ、それを繊維に接着させる方法が開発されています。更には、香料を繊維ポリマー中にいれて混合紡糸する方法、香料を接着剤や樹脂バインダーと共に付与する方法があります。

 特に近年、衣料用洗剤や柔軟仕上げ剤においては、豊かな香りを長時間持続する製品を望むユーザーが増えています。昔は、部屋干しのにおいや汗のにおいなどを抑えるため、微香タイプの柔軟仕上げ剤が主流でしたが、2000年代後半から香りの強い海外製の柔軟仕上げ剤がブームとなったのをきっかけに、現在は、芳香性を工夫した商品の品ぞろえが広がっています。

 一般的に、製品のにおいの元となる香料成分は、数千種類あるとされ、事業者はそれらをブレンドして特徴のある香りを作っています。洗濯後の衣類に香りが残りやすくするためにマイクロカプセルなどの徐放剤ポリマーの技術が使われています。柔軟仕上げ剤を使用する理由が、香りや柔らかさといった個人的な感覚と嗜好によることが多いため、表示より多くの量を使う消費者がいるとの指摘もあり、香りの強さによる健康被害も懸念されています。。柔軟仕上げ剤は、入れ過ぎると洗濯物の吸水性が低下することがありますので、使用量については、洗濯物重量に応じて適量を使用することが推奨されています。

 

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326.たんぱく質と遺伝子について。(2016/6/30)

 たんぱく質のアミノ酸配列は遺伝子に記述されています。どういうことなのか簡単にまとめてみましょう。

 たんぱく質は生物に固有の物質です。その合成は生きた細胞の中で行われ、合成されたものは生物の構造そのものとなり、あるいは酵素などとして生命現象の発現に利用されます。アミノ酸の配列は、遺伝子の本体である物質・DNAの塩基配列により決定されます。遺伝子暗号はその形質に関係するたんぱく質の設計図であると考えられます。

 遺伝子の本体は DNA という物質です。DNA はアデニン、グアニン、シトシン、チミン(それぞれ A、G、C、T という略号で表される)という4種類のヌクレオチドからなるひもが2本並んでできています。片方の鎖が A ならもう一方の鎖には T が、片方の鎖が G ならもう一方の鎖には C が向かい合っていて、対をなしています。

 DNAの塩基配列が、たんぱく質を構成するアミノ酸配列へと生体内で翻訳されるときの、各アミノ酸に対応する3つの塩基配列のことをコドンと言います。アミノ酸1個は DNA の配列3個(コドン)で指定されます。例えば ATG という塩基配列(開始コドン)はメチオニンというアミノ酸を、TGG はトリプトファンというアミノ酸をというように、たんぱく質を構成する20種のアミノ酸をコードします。

 たんぱく質を合成するときには、RNAポリメラーゼという酵素が DNA 上の情報を3個ずつ読み取っていって、開始コドンと呼ばれる ATG の並びのあとに続くヌクレオチドの並びを、たんぱく質を作るアミノ酸の情報として読み取っていきます。 つまり、3個のヌクレオチドの組に対応するアミノ酸を探してきてそれらを順順につないで、長いたんぱく質の分子が作られるのです。

 実際には、20種類のアミノ酸に加え、どのアミノ酸にも対応しないコドンもあり、ペプチド鎖合成の終了を意味しています。これは終止コドンと呼ばれます。また、1つのアミノ酸は複数のコドンと対応している場合が多いことが知られています。

 

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325.たんぱく質の機能について。(2016/6/16)

 たんぱく質は様々な機能を持っています。簡単にまとめてみましょう。

 組成の上から、アミノ酸だけからなる単純たんぱく質と、核酸・リン酸・脂質・糖・金属などを含む複合たんぱく質とに分けられます。また、分子の形状から,繊維状たんぱく質と球状たんぱく質とに分類されます。種類・機能はきわめて多種多様で、生体内の化学反応の触媒となる各種の酵素、生物体を構成するもの(コラーゲンなど)、運動をつかさどるもの(アクチン・ミオシンなど)、各種のホルモンや抗体など、いずれも生命現象に本質的な役割を果しています。

酵素たんぱく質
 代謝などの化学反応を起こさせる触媒である酵素。細胞内で情報を伝達する多くの役目も担う。
構造たんぱく質
 生体構造を形成するたんぱく質:コラーゲン、ケラチンなど
輸送たんぱく質
 何かを運ぶ機能を持つ種類で、酸素を運ぶ赤血球中のヘモグロビンや血液中に存在し脂質を運ぶアルブミン、コレステロールを運ぶアポリポたんぱく質などが当たる。
貯蔵たんぱく質
 栄養の貯蔵に関与するたんぱく質であり、卵白中のオボアルブミンや細胞中で鉄イオンを貯蔵するフェリチンやヘモシデリンなどである。
収縮たんぱく質
 運動に関与するたんぱく質。筋肉を構成する筋原繊維のアクチン、ミオシンなど。細長いフィラメントを構成し、互いが滑りあう事で筋肉の収縮や弛緩を起こす。
防御たんぱく質
 免疫機能に関与する種類であり、抗体とも言われる。B細胞によって作られるグロブリンがこれに当たる。
調節たんぱく質
 DNAのエンハンサーと結合して遺伝発現を調整するたんぱく質や、細胞内でカルシウムを使って他のたんぱく質の働きを調整するカルモジュリンなどが当たる。

 類似のたんぱく質であっても、生物の種が異なれば一次構造が異なることは一般的です。たんぱく質はアミノ酸が多数結合した高分子化合物ですが、人工的な高分子のように単純な繰り返しではなく、アミノ酸の順番がきっちりと決定されています。これは、そのアミノ酸の種類と順番が遺伝子(DNA)に暗号で記述されているためです。

 

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324.たんぱく質の構造について。(2016/6/9)

 たんぱく質はアミノ酸から出来ています。たんぱく質の構造について簡単にまとめてみましょう。

 たんぱく質は、炭水化物、脂質とともに三大栄養素と呼ばれています。たんぱく質は、筋肉・内臓・皮膚・爪・毛髪など人の体のいろいろな部分を作るのに欠かせない栄養素で、主としてアミノ酸からできています。

 たんぱく質は20種類存在するL-アミノ酸が鎖状に多数連結(重合)してできた高分子化合物です。構成するアミノ酸の数や種類、また結合の順序によって種類が異なり、分子量約4000前後のものから、数千万から億単位になるウイルスたんぱく質まで多種類が存在しています。

たんぱく質は以下のような階層構造を持っています。
一次構造 - アミノ酸配列
二次構造 - αヘリックス、βシート、ランダム構造
三次構造 - たんぱく質全体の構造
四次構造 - 多量体

一次構造とはたんぱく質を構成するアミノ酸の配列のことです。一般的に、アミノ酸配列はアミノ基末端(N末端)を1番として左において表します。

二次構造とは約10~20アミノ酸残基によるポリペプチド鎖において局所的に見られる、規則的な構造のことです。ポリペプチド鎖のペプチド結合間や周囲の水分子との水素結合によるかなり安定な立体構造のことです。

三次構造とは一分子のたんぱく質分子の三次元構造のことです。イオン結合、疎水結合、ファンデルワールス力、水素結合、S-S結合(ジスルフィド結合)など様々な力により安定します。

四次構造とは三次構造を形成したたんぱく質分子がニ分子以上集合した、重合体のことです。四次構造を構成するそれぞれのたんぱく質分子はサブユニットと呼ばれます。

 たんぱく質の機能は上記の三次構造・四次構造(立体構造)によって決定されます。これは、同じアミノ酸の配列からなるたんぱく質でも、立体構造によって機能が変わるということを意味します。たんぱく質は熱・酸・アルカリに弱く、すぐに立体構造が壊れてしまいます。このことを変性と呼び、たんぱく質の機能を失うことを失活と呼びます。ちなみに、1次構造は壊れません。

 

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323.非必須アミノ酸について。(2016/6/2)

 非必須アミノ酸といっても必要がないという意味ではありません。どういうことなのか簡単にまとめてみましょう。

 非必須アミノ酸は必須アミノ酸とは異なり、体内で合成が可能なアミノ酸です。ほかのアミノ酸や脂肪、糖などを使って体内で合成されます。たんぱく質を構成しているアミノ酸20種のうち、人間の場合は11種類が非必須アミノ酸となります。

チロシン
神経伝達物質(ドーパミンなど)、甲状腺ホルモン、成長ホルモン、メラニンの材料になる。
システイン・シスチン
組織の抗酸化反応を助け、回復を促進する。白血球の活性を高め、炎症を抑える。
アスパラギン酸
糖質を筋肉のエネルギーに変換するのを助ける。疲労回復、皮膚や毛髪の合成を促進する。
アスパラギン
アスパラギン酸に変化する。
セリン
細胞のエネルギー合成を促進する。記憶力や神経系の機能、免疫力を高める。
グルタミン酸
エネルギー源になる。脳での代謝やほかのアミノ酸の代謝に重要な働きをする。
グルタミン
免疫系の機能を助ける。エネルギー源となる。知力、集中力を刺激し、記憶を助ける。
プロリン
筋肉のエネルギー源として使われる。筋肉の合成時の材料、コラーゲンの主要成分。
グリシン
ほかのアミノ酸の合成を助ける。ヘモグロビンの材料となる。鎮静作用を持つ。
アラニン
結合組織の主要材料。たんぱく質が筋肉のエネルギー源になるのを促進。免疫力を高める。
アルギニン
インスリンや成長ホルモンの分泌を増やす。免疫系の機能を助ける。

 非必須アミノ酸は、体内で合成できるため、必ずしもそれ自体を摂取する必要はありませんが、体内で重要な役割を果たしているものも多く、場合によっては量が不十分なこともあります。また、非必須アミノ酸も、体内で合成できる量は年齢とともに減少するため、外部からの摂取が必要となります。

 

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322.必須アミノ酸とはなにか。(2016/5/26)

 アミノ酸のうち幾つかは必須アミノ酸とされています。どういうことなのか簡単にまとめてみましょう。

 自然界にはおよそ500種類のアミノ酸が存在しています。しかしそのうちヒトの体を構成し、生命の維持に必要とされるのが20種類のアミノ酸です。食事をして、肉や魚などからたんぱく質を摂取すると、たんぱく質は20種類のアミノ酸に分解されます。 その後、体内で再び、これらのアミノ酸からたんぱく質が合成されます。体を構成しているたんぱく質は、日々、合成と分解を繰り返しています。このため、毎日アミノ酸の摂取が必要となります。

 たんぱく質を構成している20種類のアミノ酸のうち、動物が体内で合成できないアミノ酸を、その種にとっての必須アミノ酸と呼び、食物から摂取する必要があります。動物の種類によって必須アミノ酸の種類は異なっています。人間の場合は以下の9種類が必須アミノ酸とされています。

バリン
BCAAのひとつ。肝臓で処理されず、筋肉に積極的に取り込まれて直接エネルギー源になる。
ロイシン
BCCAのひとつ。エネルギー源になる。筋肉のたんぱく質の分解を抑える助けになる。
イソロイシン
BCAAのひとつ。エネルギー源になる。筋肉の消耗を防ぎ、皮膚の回復を促進する。
リジン
筋肉の形成に影響。骨の発育を助ける。ウイルスの働きを抑制する。
メチオニン
肝臓から毒性のある老廃物を取り去り、肝臓や腎臓の働きを助ける。
フェニルアラニン
記憶力や注意力、気分を向上させる。食欲を抑える。
トリプトファン
鎮静作用を持つ神経伝達物質(セロトニン)のもととなる。成長ホルモンの分泌を刺激する。
ヒスチジン
赤血球、白血球の形成に欠かせない。貧血やアレルギー疾患、消化器系の潰瘍を改善する。
スレオニン
肝臓への脂肪の蓄積を予防する作用を助ける。

ヒスチジンは、人の体内での合成が比較的遅いアミノ酸で、長らく乳幼児期のみ必須とされてきましたが、現在は成人も必須とされています。また、アルギニンは体内でも合成され、成人では非必須アミノ酸なのですが、成長の早い乳幼児期では、体内での合成量が十分でなく不足しやすいため、準必須アミノ酸と呼ばれています。同様の理由から、システインとチロシンも準必須アミノ酸として扱われる場合もあります。

 

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321.アミノ酸について。(2016/5/19)

 アミノ酸はたんぱく質の構成要素です。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 アミノ酸とは、広義には、アミノ基とカルボキシル基の両方の官能基を持つ有機化合物の総称です。一方で狭義には、生体のたんぱく質の構成ユニットとなる「α-アミノ酸」を指します。α-アミノ酸とはカルボキシル基に隣接する炭素(α-炭素)にアミノ基が結合しているアミノ酸のことです。一般的には、下のような構造で表わされます。

    amino acid
        一般的なアミノ酸の構造

 R には、様々な構造が入ります。この R の部分の違いが、アミノ酸の種類の違いです。R が水素 (H) であるグリシン以外の α-アミノ酸では、α炭素へのアミノ基やカルボキシル基などの結合様式が立体的に2通り可能で、それぞれ、D型、L型の光学異性体として区別されます。

 生体のたんぱく質はα-アミノ酸のポリマー(高分子化合物)ですが、基本的にL型のものだけが構成成分担っています。D型は天然では細菌の細胞壁の構成成分や老化組織、ある種の神経細胞など限られた場所にしか存在しません。

 体内に吸収されたアミノ酸の多くは、体内でたんぱく質に再結合され新陳代謝による細胞新生のための材料として消費されていきます。それ以外の働きについて主なものをまとめると以下の通りです。

1. 体のエネルギーになる
糖質や脂質が体のエネルギーとして使われているのは良く知られています。それと同時に、体内のアミノ酸も、エネルギーとして使われています。
2. 情報を伝達する
アミノ酸やアミノ酸から作られる物質は、脳内や全身の各細胞間を行き来する伝達物質としての機能も果たしています。脳からの命令を体のすみずみまで届けて、そして体の末端からの情報を脳へ届ける重要な役割をアミノ酸は担っています。
3. 免疫システムを維持する
ウイルスや細菌・毒素などから体を守るため、体には免疫というシステムが備わっています。アミノ酸が不足すると免疫システムは正常に働きません。

 

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320.ポリヘキサメチレングアニジンとはなにか。(2016/5/12)

 韓国で加湿器の殺菌剤が問題になっています。使われていた物質について考えてみましょう。

 現時点で最も大きな被害を出している殺菌剤に使われていた物質はポリヘキサメチレングアニジンです。 ポリヘキサメチレングアニジン(PHMG) は、消毒薬として利用されているグアニジン誘導体の一種です。多くの場合、ポリヘキサメチレングアニジンリン酸塩(PHMG-P) の形で利用されます。

      Polyhexamethylene
     ポリヘキサメチレングアニジンの構造       

 ポリヘキサニド (PHMB) とは異なり、PHMG は比較的新しい化合物で、物性、有用性、効果についてまだ十分には知られてません。予備的発見によると、PHMG およびその誘導体は、主に細胞の脱水素酵素の活性を抑制することにより細胞膜を損壊していることが示唆されています。

韓国での経緯は以下の通りです。
1994年、油公(現:SKケミカル)がPHMGを使った加湿器殺菌剤を開発。
2001年以降、韓国では家庭用加湿器の微生物汚染を防ぐための消毒剤として広く使用されていた。PHMG を含む加湿器用消毒剤は、Reckitt Benckiser(英語版)傘下のOxyなど、多くのブランドにより販売された。
2011年、塩化エトキシエチルグアニジン (PGH) とこの物質は共に、幼児および妊婦の死に繋がる重篤な肺症状とエアロゾルへの曝露との間の関連性が指摘され、禁止された。
Reckitt Benckiser は当初責任を認めていなかったが、批判を受け2016年5月に責任を全て認めた。

 複数の疫学的・実験的研究により、家庭用加湿器へのこの物質の使用と肺疾患との間の因果関係は確認されています。日本では一般に流通しておらず、一部農薬や工場用消毒剤としてのみ使われています。日本の規制では、PHMGを霧状にして噴霧する事を禁止しています。

 

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319.光化学オキシダントの測定方法について。(2016/4/28)

 光化学オキシダントの濃度の測定法について簡単にまとめてみましょう。

 光化学オキシダントは大気中の窒素酸化物や炭化水素が太陽の紫外線を受けて化学反応を起こし発生する汚染物質で、光化学スモッグの原因となります。高濃度では、粘膜を刺激し、呼吸器への影響を及ぼすほか、農作物など植物への影響も観察されています。

 測定方法は中性ヨウ化カリウムを用いる吸光光度法若しくは電量法、紫外線吸収法又はエチレンを用いる化学発光法によることとされています。ただし、紫外線吸収法及び化学発光法については、平成8年10月に追加されたものです。

吸光光度法
 オキシダントを含む試料大気を中性ヨウ化カリウム溶液に通じると、ヨウ化カリウムが酸化されてよう素を遊離し、ヨウ化カリウム溶液中では黄褐 色に発色する。この発色液の365nm付近における吸光度を測定することにより、試料大気中のオキシダント濃度を測定する方法である。

電量法
 試料大気を中性ヨウ化カリウム溶液に通じ、遊離したよう素を電量法によって測定することにより、試料大気中のオキシダント濃度を測定する方法である。

紫外線吸収法
 試料大気に波長254nm付近の紫外線を照射し、オゾンによって吸収される紫外線の量を測定することにより、試料大気中のオゾン濃度(光化学オキシダント濃度)を測定する方法である。

化学発光法
 試料大気中のオゾンとエチレンを反応させると、励起状態のカルボニル化合物が生成され、これが基底状態に戻るときに光を発する(化学発光)。この化学発光の強度を測定することにより、試料大気中のオゾン濃度(光化学オキシダント濃度)を測定する方法である。


 新しく追加された紫外線吸収法及び化学発光法の測定対象物質はいずれもオゾンですが、中性ヨウ化カリウムを用いる従来の測定方法による光化学オキシダントの測定値に対するオゾン以外の成分の寄与は極めて小さいと考えられ、1年間のフィールド試験によっても従来の測定方法による測定値と紫外線吸収法又は化学発光法による測定値はよく一致していることから、大気汚染の常時監視においては、紫外線吸収法又は化学発光法により得られたオゾンの測定値をもって光化学オキシダントの値として差し支えないとされています。

 

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318.PM2.5 の測定方法について。(2016/4/21)

 PM2.5 はとても小さな微粒子です。測定方法にはどのようなものがあるのか簡単にまとめてみましょう。

 PM2.5 は大気中に浮遊している2.5μm(1μmは1mmの千分の1)以下の小さな粒子のことで、従来から環境基準が定められ対策が進められてきた浮遊粒子状物質(SPM:10μm以下の粒子)よりも小さな粒子です。PM2.5 は非常に小さいため、肺の奥深くまで入りやすく、呼吸系への影響に加え、循環器系への影響が心配されています。

 PM2.5 の標準測定法としては、米国EPAの連邦標準測定法に準じたフィルター捕集-質量法が採用されています。しかし、標準測定法は、労力がかかることに加え、得られる測定値が1日平均値のみであり、かつ、秤量のため測定結果を得るまでに最短でも数日を要することから、常時監視には、標準測定法であるフィルター捕集-質量法によって測定された質量濃度と等価な値が得られると認められた自動測定機が用いられています。

ベータ線吸収法
 低いエネルギーのベータ線を物質に照射した場合、その物質の単位面積当たりの質量に比例してベータ線の吸収量が増加することを利用した測定法である。ろ紙上に捕集した微小粒子状物質にベータ線を照射し、透過ベータ線強度を計測することにより、微小粒子状物質の質量濃度を測定する方法である。

フィルター振動法
 円錐状の秤量素子を持ち、下部は固定され、先端にはフィルターカートリッジがセットされている。この秤量素子には外部から振動が与えられており、フィルターカートリッジと共に固有の振動数で振動している。試料大気はこの秤量素子部に導入され、試料大気中のPM2.5 はフィルターカートリッジに捕集される。これら粒子による質量増加により、振動素子の振動数が減少する。この振動数の変化量と捕集粒子の質量には一定の関係があることから、振動数の変化を計測することで捕集質量を算出し、吸引した試料大気量からPM2.5 の質量濃度を算出する方法である。

光散乱法
 試料大気に光を照射し、その散乱光の強度を測定することにより、微小粒子状物質の質量濃度を算出する方法である。散乱光の強度は、微小粒子状物質の計上、粒径分布、屈折率等によって変化するが、これらの条件が同一であれば、微小粒子状物質の質量濃度との間に比例関係が成り立つことを利用した方法である。

      

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317.マイクロプラスチックとは何か。(2016/4/14)

 日本近海の魚からマイクロプラスチックが発見されたとの報道がありました。マイクロプラスチックとはどのようなものなのか考えてみましょう。

 マイクロプラスチックとは大きさが5ミリメートル以下の微細なプラスチックの破片のことです。主に、海洋を漂流するうちに細かく砕けたプラスチックゴミを指します。表面に有害物質が付着しやすく、魚などが体内に取り込むと生態系に影響を及ぼすおそれがあることから、世界各地でマイクロプラスチックによる海洋汚染が問題視されています。

マイクロプラスチックの発生源と疑われているものは複数存在します。

一次マイクロプラスチック
 工業用研磨材、(角質除去タイプの)洗顔料、化粧品またはサンドブラスト用研削材などに直接使用するために生産されるマイクロプラスチック、または多種多様な消費者製品を生産するための前段階の原料(ペレットまたはナードルと呼ばれる)として間接的に使用するために生産されるマイクロプラスチック(一次マイクロプラスチック)。マイクロビーズとも呼ばれる。

二次マイクロプラスチック
 特に海洋ゴミなどの大きなプラスチック材料が壊れてだんだん細かい断片になる結果、環境中に形成されたマイクロプラスチック(二次マイクロプラスチック)。この崩壊をもたらす原因は、波などの機械的な力と太陽光、特に紫外線が引き起こす光化学的プロセスである。

合成繊維
 家庭での衣類の洗濯による布からの合成繊維の脱落。下水道に流れ込む洗濯排水中のマイクロプラスチック粒子と環境中のマイクロプラスチックの組成との比較により、1mm未満の粒径のマイクロプラスチック汚染の大半が脱落した合成繊維から構成される可能性があることが示唆されている。

 このようなプラスチック粒子は、環境と周囲の海水中に普通に存在する合成有機化合物をその表面から吸収することによって高度に蓄積して運搬する可能性があります。そうしたことから一次マイクロプラスチック(マイクロビーズ)については、アメリカなど諸外国で使用を禁止する方向になっています。日本ではまだそのような動きはありませんが、欧米で使用禁止となれば国内でも使わない方向に進むと思われます。

      

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316.ペクチンとは何か。(2016/3/17)

 代表的な食物繊維にペクチンがあります。どのような物質なのか簡単位まとめてみましょう。

 ペクチンはりんごや柑橘類などに豊富に含まれる食物繊維の一種です。D-ガラクツロン酸により構成され、非デンプン性多糖に分類されます。水溶性のものと不溶性のものの2種類があり、それぞれ働きが異なります。

 不溶性のペクチンは、植物の構造を作る重要な成分で、細胞壁にセルロースを包む層として存在しています。不溶性ペクチンは、未熟な果実の中に含まれますが、果実が熟してくると水溶性に変化します。

 水溶性のペクチンは、細胞と細胞の間の結合物質で果実の果皮などに多く含まれます。水溶性のペクチンは、加工食品の増粘安定剤やゲル化剤、微生物の培地、胃腸薬としても利用されています。

 一般的にペクチンは エステル化度が 50% 以上の HMペクチンと 50% 未満の LMペクチンに分類され、それぞれゲル化の条件やゲルの物性が異なります。LMペクチンは脱エステルの方法の違いにより酸処理タイプとアルカリ処理タイプがあり、アルカリ処理タイプは部分的にメチルエステル基がアミド基となっており、アミド基の量もゲル化性に影響を及ぼします。

 HMペクチンは固形分(糖度)55%以上且つpH3.5以下の条件下でゲル化します。エステル化度が高いペクチンの方が、ゲル化性が強くなります。

 LMペクチンは、カルシウムイオンなどの2価のイオンの存在下でゲル化します。 分子中のカルボキシル基とカルシウムイオンでジャンクションゾーンを作りゲルを形成するため、ジャンクションゾーンの多い、即ちエステル化度が低いペクチンの方が、ゲル化性が強くなります。

 食品工業においては増粘安定剤(増粘多糖類)として使われていて、サトウダイコン、ヒマワリ、アマダイダイ(オレンジ)、グレープフルーツ、ライム、レモン、またはリンゴなどから酸抽出されます。ミカンの皮,リンゴの皮や芯などに塩酸または種々の有機酸を含む熱水で抽出を行い,抽出液を濃縮し,アルコールなどを加えて沈殿または真空噴霧乾燥して工業的に生産されています。

 ペクチンは体内の消化管の壁にくっつくことで胃での消化を遅らせたり、小腸で脂質の消化吸収を助ける働きをしている胆汁酸をつかまえることで体内での吸収スピードを変える働きがあります。この働きにより、脂質の吸収の抑制にはコレステロール値の低下が期待でき、糖分の吸収の抑制にはインスリンの分泌の低下といった効果が期待できるため糖尿病にも有効です。

      

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315.セルロースとは何か。(2016/3/10)

 代表的な食物繊維にセルロースがあります。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 セルロースとは、分子式 (C6H10O5)n で表される炭水化物です。植物細胞の細胞壁および植物繊維の主成分で、天然の植物質の1/3を占め、地球上で最も多く存在する炭水化物です。自然状態においてはヘミセルロースやリグニンと結合して存在していますが、綿はそのほとんどがセルロースです。

 α-グルコース分子が重合したデンプンは水素結合によるらせん状になっているのに対して、セルロースはβ-グルコースが重合したものであり、分子は水素結合によってシート状になっています。そのため、セルロースはヨウ素デンプン反応を示しません。

Cellulose
       セルロースの構造       

 ヒトや動物は、デンプンやグリコーゲンを消化できますが、セルロースは消化できません。デンプンとセルロースの唯一の化学的相違点は、グルコース単位のC-1位における立体化学の違いだけです。ヒトの消化器官には、α-グルコシド結合の加水分解を触媒する酵素だけが存在し、β-グルコシド結合の加水分解に必要な酵素を欠いています。

 分解が困難であるため逆に胃腸などの消化器に良い影響を与えていることが分かっていて、生活習慣病全般の予防に役立ちます。また、その特性から増粘安定剤や結着剤などの食品添加物にも使われています。多くの植物性食品に含まれていますが、とくに全粒穀物、小麦ふすま、大豆、きな粉、ごぼう、いも類、海藻類に多いです。精製、加工度合いが高ければ高いほど少なくなっていきます。

      

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314.食物繊維について。(各論)(2016/3/3)

 食物繊維とされているものには多くの種類があります。どのような物質があるのか簡単にまとめてみましょう。

 食物繊維は大きく分けて不溶性食物繊維と水溶性食物繊維があります。

不溶性食物繊維
 水に溶けにくい繊維質で、水分を保持し、便のかさを増やして排便を促す作用のほか、発ガン性物質などの腸内の有害物質を体外へと排出させる働きを持つとも言われています。

セルロース
 穀類の外皮に多く含まれ、食事から摂取する食物繊維の大半を占めています。 腸内で有害物質を吸着して排出し、便の排泄を促します。(りんご・大豆(おからなど含む)・ごぼう・穀類)
ヘミセルロース
 セルロースに準じた働きがあり、腸内の善玉菌を増殖させ、便秘の予防や有害物質の排泄などに効果があります。(ごぼう・小麦ふすま・玄米・大豆)
ペクチン
 不溶性と水溶性があります。熟成するにつれて、水溶性に変わります。不溶性の効能としては、腸内の有害物質を吸着し排泄させる作用があり、便秘や大腸ガンの予防効果があると言われています。(未熟な果物・野菜)
リグニン
 コレステロールの上昇を抑制する作用があり、腸内の善玉菌を増やしてくれます。(ココア・豆類・イチゴ・なし)
キチン・キトサン
 血圧やコレステロールの上昇を抑制する作用があります。また、免疫力を向上させて自然治癒力を高める効果が期待できます。(えび・かにの殻)


水溶性食物繊維
 ヌルヌルとした粘性と、保水性が高いのが特徴です。糖分の吸収速度をゆるやかにするので、食後の血糖値の急激な上昇を抑えてくれます。さらに、脂肪の吸収を抑えたり血中コレステロール値を減少させる働きもあります。

ペクチン
 血糖値の急な上昇を防ぎ、コレステロールの上昇を抑制する作用があります。(熟した果物・かぼちゃ・キャベツ・大根)
グルコマンナン
 食べたものを包み込んで、消化・吸収させにくくする作用があります。また、水を吸収する作用があり胃の中で膨らんで満腹感が得られます。(こんにゃく)
アルギン酸
 海藻のぬめり成分で、コレステロールや血糖値の上昇抑制作用、便秘解消、動脈硬化の予防などの作用があります。(こんぶ・わかめ・もずく・めかぶなどの海藻類)
フコイダン
 海藻のぬめり成分で、肝機能向上、抗アレルギー、血圧抑制などの効果があります。(こんぶ、わかめ、もずく、めかぶなどの海藻類)

      

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313.食物繊維について。(総論)(2016/2/11)

 食物繊維は第6の栄養素とも呼ばれています。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 食物繊維の定義は、現時点ではすべての研究者の合意に基づいたものではありません。はじめは食物繊維を「ヒトの消化酵素で分解されない植物細胞壁成分」と定義していました。しかし、研究が進むにつれて、それ以外にも同様な生理作用をもつものがあることが分かってきました。

 現在、世界共通の定義は議論されているところですが、日本では「(植物性食品だけでなく、動物性食品起源も含めて)人の消化酵素で消化されない食物中の難消化性成分の総体」という考え方が一般的に受け入れられています。これによれば、植物に含まれるセルロースやリグニン、ペクチンや、動物に含まれるキチン、キトサンなども食物繊維に含まれます。これらは、ヒトの消化酵素で分解されないという、共通の性質をもっています。

 多くの種類がありますが、水に溶けない不溶性食物繊維と水に溶ける水溶性食物繊維に大別できます。不溶性食物繊維はセルロース・ヘミセルロース・キチン・キトサンなど、水溶性食物繊維にはペクチン・グルコマンナン・アルギン酸・アガロース・アガロペクチン・カラギーナン・ポリデキストロースなどがあります。

 ヒトの消化管は自力ではデンプンやグリコーゲン以外の多くの多糖類を消化できませんが、大腸内の腸内細菌が嫌気発酵することによって、一部が酪酸やプロピオン酸のような短鎖脂肪酸に変換されてエネルギー源として吸収されます。食物繊維は、大腸内で腸内細菌によりヒトが吸収できる分解物に転換されることから、食後長時間を経てから体内にエネルギーとして吸収される特徴を持っていて、エネルギー吸収の平準化に寄与しています。大腸の機能は食物繊維の存在を前提としたものになっていて、食物繊維の不足は大腸の機能不全につながることがわかってきました。

      

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312.難消化性デキストリンについて。(2016/2/4)

 食物繊維の一種として知られている難消化性デキストリンはデンプンから作られます。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 デキストリンは、デンプンまたはグリコーゲンの加水分解で得られる低分子量の炭水化物の総称です。α-グルコースが α1→4 または α1→6結合によって重合した分子構造を持っています。構造中に多数のヒドロキシ基を持つため水溶性です。(ただし、分子量の増加とともに水への溶解性は低下していく)。生体内では、アミラーゼによってマルトースに分解され、最終的にグルコースになりますが、一部、アミラーゼによって分解しにくい成分があり、これを精製して得られるのが難消化性デキストリンです。

dextrin
       難消化性デキストリンの構造       

 難消化性デキストリンはとうもろこしでんぷんを焙焼しアミラーゼで加水分解したものを取り除き分解されなかった「難消化性」の部分を精製することで得られます。白色の粉末で水に溶けやすく粘度が低いのが特徴です。エネルギーは1kcal/gです。

 水溶液は透明、低粘性で異臭味がなく、わずかに甘味(砂糖の10分の1)があります。分岐構造が発達していることから、冷蔵や冷凍に耐え、長時間、水溶液で保存しても濁りや沈殿が生じないという特徴を持っています。酸性条件下でもほとんど変化がなく耐酸性に優れ、レトルト処理でも分解されることなく安定であることが確認されています。グルコースと比較すると褐変しにくい素材であることが分かっています。

 難消化性デキストリンは便秘や腹部膨満感を解消する整腸作用、コレステロールや中性脂肪の体内での蓄積を抑制する作用、そして腸内での糖分の吸収をさまたげて、食後の血糖上昇を抑制する作用や、継続摂取により糖代謝の改善や脂質代謝の改善、体内に蓄積された脂肪減少の作用があることも報告されています。

 日本人の食生活が欧米化し、食物繊維の役割が重視されるようになったため、不足しがちな食物繊維を補う目的で作られました。低粘性・低甘味で水溶液はほぼ透明、耐熱性・耐酸性に優れている食品素材です。ミネラルの吸収が阻害されないため、さまざまな食品に応用されています。消化されにくい物質ですので、大量に取るとお腹がゆるくなることがありますので、その点は注意が必要です。

      

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311.デンプンとは何か。(2016/1/28)

 代表的な炭水化物にデンプンがあります。どのような物質なのか簡単にまとめてみましょう。

 デンプンはD-グルコース (ブドウ糖) が縮合してできた多糖類です。植物により二酸化炭素と水を原料として光合成でつくられ,種子,根,地下茎などに貯蔵されます。高等動物の栄養素として重要であり,ヒトの食物の過半を占めています。 分子式(C6H10O5n、白色の粉末で、無味、無臭、冷水には溶けません。比重は1.65程度で、水中で沈殿するところから殿粉と名づけられました。

 デンプンはその構造によってアミロースとアミロペクチンに分けられます。アミロースは直鎖状の分子で、分子量が比較的小さく、ヨウ素デンプン反応では深青色になります。アミロペクチンは枝分かれの多い分子で、分子量が比較的大きく、ヨウ素デンプン反応では赤褐色になります。

carbohydrate
       デンプンの構造       

 アミロースとアミロペクチンの比率はデンプンの種類によって異なりますが、ジャガイモの場合は20%がアミロースであり、また、モチ米やモチトウモロコシのようにアミロペクチンのみを含むものや、高アミロースのトウモロコシ・オオムギ・米や豆類のようにアミロースを30~70%も含むものもあります。

 主食である米や麦の主成分はデンプンです。デンプンの消化過程は、まず唾液や膵液中のα‐アミラーゼの作用を受けてα1→4結合が切断されます。この結果、グルコース2分子が結合したマルトース(麦芽糖)や3分子が結合したマルトトリオースなどができます。α‐アミラーゼはα1→6結合の分岐構造には作用しないので、この部分は限界デキストリンとよばれる分岐少糖となって残ります。これらの少糖は、小腸でマルターゼの作用によりグルコースまで分解されて、小腸壁から吸収されて肝臓に運ばれ、エネルギー源として利用されます。

      

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310.モチ米とうるち米について。(2016/1/21)

 モチ米とうるち米は品種が違うだけでどちらもお米です。どのような違いがあるのかkん変えてみましょう。

 米とはイネの種子からもみがらを取り去ったもののことで、小麦と共に世界の二大主要食糧とされています。イネはイネ科イネ属の植物で、日本で食用にされているのは主にアジアイネのジャポニカ種が中心です。

 米に含まれているデンプンの性質でうるち米とモチ米に分けられます。

うるち米
 デンプンが 15~35%のアミロースと、65~85%のアミロペクチンから成る米。もち米より粘り気が少ない。うるち米は通常の米飯に用いられる。販売で「うるち」を省略される事が認められていて、通常「もち」と記載が無ければ「うるち」である。
モチ米
 デンプンにアミロースを含まず、アミロペクチンだけが含まれる米。モチ性の品種のデンプンは調理時に強い粘性を生じるという特性を持つ。餅や強飯に用いられる。粉砕して白玉粉や道明寺粉などに加工した上で、あられや団子などの菓子原料に使用する。


 デンプンはその構造によってアミロースとアミロペクチンに分けられます。

アミロース
 アミロペクチンとともにデンプンの構成成分。数百個のグルコース(ブドウ糖)が鎖状につながったもので,らせん状に巻く傾向がある。普通のデンプン中に20~30%含まれている。ヨウ素デンプン反応により濃青色を呈する。 熱水に溶ける。分子量は 5×105 から 2×106 程度(グルコース残基で 3,000 から 12,000 程度)で、アミロペクチンより小型。
アミロペクチン
 でんぷん粒を構成する主成分の一。グルコースの鎖が複雑に分枝・結合したもの。もち米には特に多く含まれ、ヨウ素を加えると赤紫色となる。グルコースが α1→4結合で重合した高分子の一部のグルコースがさらにα1→6結合で分枝した構造をもつ高分子。分枝鎖デンプン。熱水に溶けない。分子量は 15×106 から 40×106 程度(グルコース残基で 90,000 から 250,000 程度)で、アミロースに比べて大きい。

      

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309.毒物の定義について。(2016/1/14)

 毒物という言葉も定義によって範囲が変わってしまいます。一般的な定義について考えてみましょう。

 一般に毒物とは、毒薬,劇薬を含めて,外部から経口的あるいは経皮的,また吸入や注入によって生体に入ると,生体組織に損傷を与え,機能障害を起させ,ついには死亡させる作用をもつ物質の総称とされています。法律的には「毒物及び劇物取締法」で指定された物質をさします。

 ほとんどの物質は多かれ少なかれ毒性があります。砂糖や食塩のような食品でも大量摂取すれば危険ですが、これらはふつう毒とは言いません。毒に関しては後述の毒物や劇物に相当する程度の毒性があるものを指すと考えられています。

 現在世の中には数多くの化学物質が存在しており、その数は150万種とも言われています。その中で、工業薬品、農薬、試薬などの社会経済上有用な化学物質のうち毒性(特に刺激性、 腐食性など急性毒性)の強い物質が「毒物及び劇物取締法」で毒物や劇物に指定されています。

毒物
 判定基準を大人で換算すると、たとえば誤飲した場合の致死量が、2g程度以下のもの。GHSにおける急性毒性区分1または2に相当。法別表で27品目、毒物及び劇物指定令で95品目を定めている。
劇物
 判定基準を大人で換算すると、たとえば誤飲した場合の致死量が、2 - 20g程度のもの。あるいは刺激性が著しく大きいもの。GHSにおける急性毒性区分3、皮膚腐食性区分1、眼傷害性区分1に相当。法別表で93品目、毒物及び劇物指定令で289品目を定めている。
特定毒物
 毒物のうちで極めて毒性が強く、且つ広く一般に使用されるもの。法別表で9品目、毒物及び劇物指定令で10品目を定めている。
普通物
 上記に該当しないもの

具体的な物質名は法律の別表に記載されています。また、医薬品および医薬部外品はこの法律では規定されていません。上記の数値はあくまで目安で、化学物質ごとに個別判断されますのでこの範囲に適合しないものもあります。

      

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308.危険物とは何か。(2015/12/17)

 危険物というと毒性がある物質を想像しがちですが、法律用語としては異なります。どういうことなのか簡単にまとめてみましょう。

 今日、あらゆる生活分野に通常の状態で放置することにより、火災,爆発,中毒その他の災害に結びつく危険性のある物質が多く存在し、一般的に危険物と呼ばれています。しかし日本で単に「危険物」と言う場合は、消防法に定める「危険物」を指すことが多いです。

 消防法でいう「危険物」とは、「別表第一の品名欄に掲げる物品で同表に定める区分に応じ同表の性質欄に掲げる性状を有するもの」と定義されていて、貯蔵や道路輸送中の火災・爆発や漏洩事故における危険な状況を想定しています。この場合、保健衛生上の見地から人体などの健康に有害という意味での危険性はまた別で、こちらは毒物及び劇物取締法などが別途定められています。

消防法では以下の6種類に分けられ、第1類から第6類に分類されています。

第1類
 そのもの自体は燃焼しないが,他の物質を強く酸化させる性質を有する固体であり 可燃物と混合したとき,熱,衝撃,摩擦によって分解し,極めて激しい燃焼を起こさせる。
塩素酸塩類、過塩素酸塩類、無機化酸化物など。

第2類
 火炎によって着火しやすい固体又は比較的低温(40℃未満)で引火しやすい固体であり,出火しやすく かつ,燃焼が速く消火することが困難である。
硫化りん、赤りん、硫黄など。

第3類
 空気にさらされることにより自然に発火し,又は水と接触して発火し若しくは可燃性ガスを発生する。
カリウム、ナトリウム、アルキルアルミニウムなど。

第4類
 引火しやすい液体。ガソリンや灯油などの液体燃料がこの類になる。

第5類
 固体又は液体であって,加熱分解などにより,比較的低い温度で多量の熱を発生し,又は爆発的に反応が進行する。
有機過酸化物、硝酸エステル類、ニトロ化合物など。

第6類
 そのもの自体は燃焼しない液体であるが,混在する他の可燃物の燃焼を促進する性質を有する。
過塩素酸、過酸化水素、硝酸など。

第4類についてはさらに危険な順に以下の順序で分類されています。
1. 特殊引火物
2. 第1石油類
3. アルコール類
4. 第2石油類
5. 第3石油類
6. 第4石油類
7. 動植物油類

      

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307.甘酒について。(2015/12/10)

 この季節によく飲まれる甘酒は大きく分けて2種類あります。簡単にまとめてみましょう。

 甘酒は日本の伝統的な甘味飲料の一種で、見た目はどぶろくに似ていて混濁しています。酒という名がつくものの、アルコール含有はわずかで、市販されている商品の多くはソフトドリンク(アルコール度数 1%未満)に分類されています。

 甘酒はその作り方から2種類に分けることができ、両製法を使用した製品も存在します。主に米こうじと米、あるいは酒粕を原料としています。

米こうじを使用する製造方法
 米こうじと米を原料としています。おかゆを50〜60℃程度に保温し、米こうじを混合、撹拌し、1晩程度かけてコウジカビ由来の酵素(アミラーゼ)によってデンプンを糖化することで作ります。糖化の過程では、コウジカビのアミラーゼによる糖化のほか、プロテアーゼによるタンパク質のアミノ酸への分解や、混入乳酸菌による乳酸発酵が起きている場合もあります。
 砂糖不使用のものが多くカロリーは低め
 アルコールを含まない
 お酒独特の匂いが少ない

酒粕を使用する製造方法
 酒粕と砂糖などを原料としています。お湯に酒粕を溶いて加熱し、砂糖などの甘味を加えて作ります。(酒粕には糖分があまり残っていないため)日本酒由来の酒粕には、発酵酵母など各種栄養素も多く含まれていて、製法も安易です。材料の酒粕にはアルコールが含まれているため、この製法で作られた甘酒には少量のアルコールが含まれている場合があります。
 甘さを出すために砂糖を入れるためカロリー高め
 アルコールが含まれる
 お酒独特の匂いがある

 酒粕にはアルコール分が約8%程度残存(日本食品標準成分表より)しています。原料に含まれること、あるいは製造過程で生成される(酵母が混入する場合がある)ことで、甘酒にもアルコールが含まれる場合があることに注意が必要です。法的には飲料に含まれるアルコール分が 1%未満であればアルコール飲料ではなくソフトドリンクとして扱われ、未成年者でも飲むことができますが、酒に弱い人(特に幼児)が大量に飲むと酔う可能性があります。

      

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306.エコウィルとエネファームについて。(2015/12/3)

 どちらも都市ガスなどで発電と給湯を行うシステムですが発電の原理が違います。簡単にまとめてみましょう。

エコウィル
都市ガスやLPガスを燃料とするガスエンジンで発電を行い、その際に発生する排熱を給湯などに利用する家庭用コージェネレーションシステムで、「エコウィル」はその愛称です。

 エコウィルは、発電ユニットと給湯暖房ユニットの2つのユニットからできています。まず、天然ガスを燃料にしてガスエンジンで発電機を動かし、電気を作ります。そして、そのときガスエンジンで発生する排熱で給湯と暖房を行います。排熱が余ったときは、お湯として貯湯タンクに貯め、足りないときは、補助熱源機がお湯をつくります。


エネファーム
都市ガス・LPガス・灯油などから水素を取り出し、空気中の酸素と反応させて発電するシステムで、発電時の排熱を給湯に利用します。なお、発電の際には水素を用いるため二酸化炭素が発生しませんが、改質で水素を取り出す過程では二酸化炭素が排出されています。

   CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

 エネファームは改質器、燃料電池、熱回収装置などからなっています。改質器で燃料(都市ガス・LPガス・灯油など)を水蒸気改質し、水素ガスを得ます。燃料電池で改質器からの水素と空気中の酸素を反応させ、直流電力を発生させます。その過程で発生する熱を熱回収装置で回収しお湯をつくります。


 どちらも、発電で発生した排熱を直接利用できるため、排熱を利用しないタイプの火力発電や原子力発電と比べて発電時のエネルギー利用効率が高く、自宅で発電をするため送電ロスがほぼないことが大きなメリットとなっています。
デメリットとしては、発電時の排熱で貯湯タンク内のお湯を温めるシステムであるため、貯湯タンク設置スペースが必要であること、運転中に低周波音や振動が発生することなどがあげられます。

      

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305.発がん性の危険度について。(2015/11/26)

 発がん性は数値化が困難です。どういうことなのか簡単にまとめてみましょう。

 IARCによる人に対する発ガン分類でグループ1をよく見てみると、発がん性の「物質」という表現では全く不十分であるということがわかります。そこには化学物質だけでなく、混合物やウイルス、物理現象まで入っています。いくつか例を挙げると以下のようなものです。

混合物
 アルコール飲料、加工肉など。
細菌、ウイルス
 ヘリコバクター・ピロリ、B型肝炎ウイルス、C型肝炎ウイルスなど。
物理現象
 太陽光曝露、紫外線を発する日焼けマシーンなど。

また、体内で作られている女性ホルモンも発がん物質で、乳がんを発症させる原因物質として知られています。(乳がん治療にホルモン療法があるのはこのため)

 実際の発がんは、発がん性物質が遺伝子の実体であるDNAを損傷することに起因しますが、多数存在するいわゆる、がん遺伝子とがん抑制遺伝子はそれ自身の発現や遺伝子翻訳産物を介して発がんに関係しています。また、細胞内でのDNA修復や細胞免疫による細胞レベルのがんの排除などの複雑なプロセスが存在するため、何か1つの要素をもって発がん性への量的関与を計測することは事実上不可能です。

 分析技術の発達や科学的知見の蓄積により、発がん物質は食品や環境中の至る所に存在すること、すべてをゼロにしようなどというのは不可能であることが分かってきました。発ガン物質を避けることに神経質になりすぎず、免疫力を高めるなど、がん発症のリスクを下げることに力を入れるべきだと思われます。(もちろん明らかに危険な物質は避けるべきではあるが)

      

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304.発がん性の評価について。(2015/11/19)

 加工肉の発がん性についての報道がありました。発がん性の評価について簡単にまとめてみましょう。

 発がん性というのは、「正常細胞をがん細胞に変化させる性質がある」ことです。発がん性物質とは、発がん性を示す物資のことを指します。

 がんは、がん抑制遺伝子の変異の蓄積や、環境因子などの複合的な要因によって発生すると考えられています。そのため、インフルエンザウイルスが原因でインフルエンザという病気を発症するという場合とは違って、がんの原因と結果を単純に結びつけることはできません。発がん性物質についての危険率(がんを発症する確率)を示すことができるだけです。

 発がん性の試験法としては普通、マウスやラットなどのげっ歯類に検体を連続投与して各臓器のがんの有無を検索する試験(長期発癌性試験)が行われています。これには1年以上の長期間を要するため、より短期間で結果の出る方法として「中期発癌性試験」も用いられています。これは3~4ヶ月程度の連続投与後、過形成などの前がん病変を検索する方法です。そのほか、培養細胞を用いた代替法として「形質転換試験」などが研究されています。

 発がん性のリスクについては世界保健機関(WHO)の外部組織である、国際がん研究機関(IARC)が定期的に勧告しています。

IARCによる人に対する発ガン分類
   グループ1:発がん性がある
   グループ2A:恐らく発がん性がある
   グループ2B:発がん性の恐れがある
   グループ3:発がん性を分類できない
   グループ4:恐らく発がん性はない

グループ1は、人間に対する発がん性として十分な証拠があるもので、グループ2Aが動物実験での十分な証拠と、限られた人間での証拠があるもの、グループ2Bが動物実験での証拠と、限られた人間での証拠があるものです。グループ3は、動物実験で発がん性が確認されたが、人間では確認されていないもので、グループ4は人間での発がん性が否定される証拠が出たものです。

 IARCの発がん性分類は、当該物質などの発がん性に関する科学的証拠の確からしさを分類したもので、発がん性の強さを評価したものではありません。ヒトの疫学調査あるいは生物学的知見および動物実験結果に基づいて、純物質、混合物、生活環境の発癌性リスクを評価したものです。つまり、グループ2A に分類されている物質がグループ1の物質より安全性が高いという意味ではないということです。

      

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303.補酵素とはなにか。(2015/11/12)

 酵素が働くためにはビタミンなどの補酵素が必要です。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 酵素が触媒反応を行う際に、ある特定の物質の補助を必要とする場合があります。これらの物質は酵素の補助因子と呼ばれますが,そのうち特に酵素の補欠分子団となって反応に関与している物質を一般に補酵素と呼びます。補酵素は酵素に結合して、その活性の発現を触媒する低分子の有機化合物です。助酵素,コエンザイム,コエンチームとも呼ばれています。

 タンパク分子のもつ側鎖だけではうまく触媒できない化学反応もたくさんあります。酸化還元反応では基質からとってきた水素原子をどこかに預けないと次の反応を触媒できません。アミノ基を移すトランスアミナーゼ反応でも、基質からとってきたアミノ基を預ける分子が必要です。多くの補酵素は、そうした基を一時的に預かる役割をもちます。

 NAD、NADP、FMN、FAD、チアミン二リン酸、ピリドキサールリン酸、補酵素A、α-リポ酸、葉酸などが代表的な補酵素です。このような補酵素の多くはビタミン(特にB群)が原料となっています。したがってビタミンが不足すると体の中での化学反応が進まなくなり、生命活動の維持に支障が起きます。

TPP(チアミン二リン酸):脱炭酸、ビタミンB1から作られる
FAD、FMN(ビタミンB2):酸化還元反応 → 電子伝達体
PALP、PLP(ビタミンB6):アミノ基転移、CO2 離脱
NAD、NADP(ナイアシン):酸化還元反応 → 電子伝達体
補酵素A(パントテン酸):アシル基転移
補酵素R(ビオチン):炭酸固定
補酵素F(葉酸):C-unit 転移
補酵素B12(ビタミンB12):H、Cの分子内転移

上記以外にもコエンザイムQ10 や α-リポ酸などが補酵素として知られていますが、これらは体内で合成できるためビタミンには分類されていません。

 補酵素とアポ酵素(補酵素を欠く酵素のタンパク質部分)はそれぞれ単独では化学反応触媒として機能せず、両者が混在する条件と基質分子が存在することにより、初めて酵素として機能します。補酵素とアポ酵素が結合した機能性酵素のことを『ホロ酵素』と言います。一般に補酵素は酵素のタンパク質部分と強い結合を行なわず可逆的に解離して遊離型になります。

      

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302.酵素とはなにか。(2015/11/5)

 体内で働く酵素も生物が作る触媒の一種です。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 酵素とは生体の細胞内で形成され,生体内の化学変化に対して特異的触媒作用のあるタンパク質を指します。反応の種類に応じてそれぞれ特異的な酵素が存在し、化学的な触媒に比べて温和な条件下で強い効果を発揮するという特徴があります。多くの酵素はその作用にあたってビタミンなどの補助的な分子団、すなわち補酵素(助酵素)を必要とします。

 反応の形式に従って、大きく6種類に分類されています。

 1.酸化還元酵素(オキシドレダクターゼ)
 2.転移酵素(トランスフェラーゼ)
 3.加水分解酵素(ヒドロラーゼ)
 4.脱離酵素(リアーゼ)
 5.異性化酵素(イソメラーゼ
 6.合成酵素(リガーゼ)

 酵素には、反応の形式のほかにも触媒反応の至適pH、安定なpH領域、安定な温度領域、反応に必要なコファクターなど個々の酵素に特有の性質があります。酵素が反応特異性を持つので、消化酵素などいくつかの例外を除けば、通常1つの酵素は生体内の複雑な代謝経路の1か所だけを担当しています。これは、生体を恒常的に維持するための重要な性質です。

 酵素の触媒としての作用は、タンパク質としての立体構造に由来します。酵素であるタンパク質の立体構造には様々な大きさや形状の窪みが存在し、それはタンパク質の一次配列(アミノ酸の配列順序)に応じて決定付けられています。酵素は、くぼみに合った基質だけをくぼみの奥に存在する酵素の活性中心へ導くことで、酵素作用を発現します。

 タンパク質は熱、pH、塩濃度、溶媒など置かれた条件の違いによって容易に立体構造を替えますが、条件が大きく変わると立体構造が元に戻らなくなります。この時、酵素の場合は触媒としての作用を失い失活することがあります。ただし、生物の多様性は非常に広いので、好熱菌、好酸性菌、好アルカリ菌などのもつ酵素のように、極端な温度や pH に耐えうるとされるものもあります。

 古来から人類は発酵という形で酵素を利用してきました。酒・味噌・醤油(しょうゆ)などの醸造、食品製造・医薬品などに使われてきました。今日では、酵素の利用は食品製造だけにとどまらず、化学工業製品の製造や日用品の機能向上など、広い分野に応用されています。

      

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301.触媒とはなにか。(2015/10/29)

 ハクキンカイロやディーゼル車の排ガス処理には触媒が使われています。どのようなものなのか簡単にまとめてみましょう。

 触媒とは、ある物質が少量存在することにより化学反応の速度は加速されるが、その物質自体は反応後もそのままに保たれるものを言います。また、反応によって消費されても、反応の完了と同時に再生し、変化していないように見えるものも触媒とされます。触媒はただ反応速度を変えるのみで、可逆反応の場合、その平衡状態は触媒により影響されることはありません。

 たとえば、高温で窒素と水素とが反応してアンモニアができる場合に、鉄の粉末を置いておくと反応の速度がずっと速くなります。しかし鉄自体は変化を受けずに残ります。また酢酸メチルの水溶液に塩酸などの酸を加えると、その水素イオンH+ により、酢酸とメタノール(メチルアルコール)への加水分解が促進されます。しかし、H+ そのものは変化せずに加えた量だけ残ります。これらの場合、鉄や H+ は触媒であり、このような働きを触媒作用、触媒によって引き起こされる反応を触媒反応と言います。

 自発的に起こり得ない方向への反応は触媒を用いても進行しません。例えば、室温において水素と酸素から水が生成する反応は自発的に進行し、白金触媒を用いると反応速度を増加させることができます。しかし、水が水素と酸素に分解する反応は室温では、どのような触媒を用いても自発的には進行しません。(何らかの形でエネルギーを加える必要があるため)

 特定の物質だけと反応したり、特定の物質だけを生成する性質を選択性といい、選択性は触媒の種類によって異なります。適切な触媒を選ぶことによって、目的とする化合物を選択的に生成することができます。こうした触媒は化学工業などで特定の物質を合成する用途に広く使われています。

 生体内で進行する化学反応を触媒する物質も多く存在し、まとめて生体触媒と呼びます。生体触媒で最も重要なものはタンパク質を母体とする酵素です。デンプンを分解するアミラーゼ、タンパク質を分解するペプシン、油脂を分解するリパーゼなど、体内や他の生体内において化学反応を促進する酵素も触媒としての働きをしています。

      
 



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