JP2007002203A

JP2007002203A - 残留酢酸の少ないキトサンスポンジの製造方法

Info

Publication number: JP2007002203A
Application number: JP2005210558A
Authority: JP
Inventors: Koji Kibune; 紘爾木船
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】化粧品、医療材料、工業材料などの用途に使用可能で、安全性の高いキトサンスポンジを提供することを課題とする。
【解決手段】キトサンを酢酸に溶かして、水溶液としてキトサンスポンジを製造するに際して、酢酸以外に弱酸を添加することで、キトサンスポンジ中の酢酸の残留量を飛躍的に減少すさせる方法である。このキトサンスポンジは、化粧品の顔や肌へのパック材や創傷保護材などの医療材料などの用途に使用する。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明

本発明は主として、化粧品、医療材料、工業材料などの用途で使用可能な、安全性の高い良質なキトサンスポンジの製造方法に関するものである。

キトサンは、化粧品分野、医療分野、食品分野などで広く使用され、天然の素材として、コラーゲン材料等と同様に好ましく使用されている。この天然高分子であり、アミノ多糖類であるキトサンは、一般に酢酸の水溶液に容易に溶解するため、その溶解液からフイルム、繊維、スポンジなど種々の成形体を作成することが可能である。しかし、その実用化に関しては、過去成功したものはほとんどない。その理由は、酢酸の残留に由来する安全性に問題を抱えているためである。

一方、牛の皮や腱などから得られる蛋白質であるコラーゲンに関しては、不織布や多孔質スポンジなど多くの成形体が実用化され、現在種々の分野で広く使用されている。特に、多孔状のスポンジ形状である牛コラーゲンスポンジに関して、ドイツのズベラック社などから良質なものが開発され、現在、化粧品、医療品の分野で広く世界中で使用されて、日本でも幅広く使用されている。特に吸水特性、すなわち、吸水速度、吸水倍率に関して、特に優れた性能を有しており、特に化粧品として、エステなどの分野で、化粧水などを含浸して、顔や肌のパックなどに使用する場合、使用時に化粧水などを迅速にかつ十分な量を吸うため、柔軟性が高く、極めて好ましく使用されている。

発明が解決しようとする課題

しかし、牛コラーゲンスポンジは、蛋白質由来で、特に原料を、牛から得ているおり、近年の狂牛病などの問題で安全性に不安がもたれており、特に医療用品、化粧品分野では、コラーゲンから撤退する場合が多く、現在既存の牛コラーゲンスポンジに匹敵する性能を有し、安全性に問題がないスポンジがコラーゲン以外の材料で広く求められている。

一方、アミノ多糖類キトサンについては、スポンジ形状についても、その製造方法に関して多くの検討がなされ、性能に関しては牛コラーゲンスポンジの代替材料として可能性を有している。すなわち、通常キトサンスポンジは、酢酸水溶液を凍結乾燥する方法が基本となり、現状では、製造方法を改良することで、吸水性能は、牛コラーゲンスポンジに匹敵するものを得ることも可能となっている。

しかし、作成されたキトサンスポンジを、化粧品として、化粧水などを含浸させ顔や肌のパック材として人体に使用した場合、顔や肌に赤みが出たり、かゆみが出たり、材料に起因すると考えられる不具合の発生が見られる。この原因を検討した結果、製造時に使用する酢酸の残留が原因であるケースが多い。通常、酢酸は、最終的に熱風乾燥で除去するが、除去量には限界があり、少なくとも０．１〜０．５ｗｔ％残留し、多い場合にはそれ以上残留する。現実にシート自体に酢酸臭の感じられる場合がある。顔や肌のパック材として使用した場合、この残留が、顔や肌の刺激となり、不具合の原因となる。

課題を解決するための手段

従来からキトサンスポンジの製造方法については、数多くの特許が出願されているが、酢酸の除去を目的とした出願はない。通常凍結真空乾燥などで少量残留した酢酸は、非常に除去しにくい、乾燥などで除去することには限界がある。このことはキトサンのアミノ基と酢酸が塩を形成するため、離れにくいと推察される。従って、他の成分を添加することによって、酢酸の脱離の可能性を追求するべく、多くの物質について検討を行った。その結果、本発明者は、キトサンスポンジから、実用化に耐えるほどの酢酸を十分に除去する方法を見出すべく、鋭意努力した結果本発明に至ったものである。すなわち、酢酸水溶液から、キトサンスポンジを製造するに当たり、酢酸と共に、酢酸以外の弱酸類を添加することを特徴とする酢酸残留量の少ないキトサンスポンジの製造方法である。

本発明にいうキトサンとは、カニ、エビ等甲殻類の外骨格等に含まれるアミノ多糖類キチンの脱アセチル化物のことで、化学構造は、グルコサミン又はグルコサミンと少量のＮ−アセチルグルコサミンを繰り返し単位とする天然高分子である。一般的にはキトサンは甲殻類の外骨格などをアルカリ水溶液で脱蛋白し、塩酸水溶液で脱カルシウム処理して得られるキチンを、さらに苛性ソーダなどの高濃度アルカリ水溶液で脱アセチル化したものを言う。一般的には脱アセチル化度７０％以上のものをキトサンと呼称するが、通常食品や工業用として市販され、使用されているキトサンは、８０％以上が脱アセチル化したものである。なお、キトサンの最も特殊な性質は、水だけでは溶解せず、酢酸水溶液に溶解することである。

キトサンの製造方法は、例えば新鮮な紅ズワイガニ殻を苛性ソーダなどの希アルカリ水溶液処理により脱蛋白処理し、塩酸などの希酸水溶液により脱カルシウム処理することによって得たキチンを、４０〜６０ｗｔ％程度の濃いアルカリ水溶液中で９０℃程度以上の温度を保持しながら、５〜２０時間程度処理が一般的である。この製造で得られるものは通常固形のフレーク状であり、乾燥してこれを粉末として使用するのが一般的である。得られたキトサンは、高分子であり精製後も高い分子量を有するが、一般的には１０万〜３００万程度である。通常分子量は、一定の酢酸水溶液に溶解させて、溶液粘度を測定し、管理することが出来る。標準の粘度測定は、通常０．５ｗｔ％のキトサンを、酢酸水溶液に溶解し、２０℃にてＢ型粘度計で粘度を測定する。通常のキトサンの粘度は、上記の測定方法で、３〜５００ｍＰａ・ｓであり、一般的には１０〜２５０ｍＰａ・ｓである。例えば、分子量約３０万のキトサンの溶液粘度は約１０ｍＰａ・ｓである。

キトサンスポンジとは、キトサンの均質の多孔質構造からなるもので、平均ポアーサイズは、直径１０〜２００μｍを呈し、密度は、０．０５以下のものが一般的である。従って、水につけ、水を十分に含浸することが出来れば、吸水倍率は高くなる可能性がある。本発明は特にこれらキトサンスポンジの構造などに限定されるものではなく、多孔質状であればどんな形状でも適用可能である。又、本発明はキトサンスポンジの作成方法を特に限定するものではない。

本発明では、キトサンスポンジの製造方法として、キトサンを酢酸水溶液に溶解した溶液で製造する方法に適応される。キトサン溶液は、一般に他の酸を使用しても出来るが、酢酸を使用するのが極めて一般的で、過去提案されているキトサンスポンジの製造方法は、ほとんど酢酸を使用している。

通常酢酸水溶液は、０．２〜２ｗｔ％程度の酢酸を含む水溶液に、０．５〜２ｗｔ％程度のキトサンを溶解して作成する。溶液は、通常透明粘調である。キトサンは、上記した溶液粘度３〜５００ｍＰａ・ｓのものを使用する。キトサンの添加量は、通常流動性の溶液を確保するために、高い粘度では低く、低い粘度のものでは、高くして作成する。

本発明に言う酢酸以外の弱酸類とは、Ｌ−アスパラギン酸、クエン酸、乳酸、アスコルビン酸、シュウ酸、コハク酸、ウンデシレン酸、安息香酸、オレイン酸、サリチル酸、りんご酸、グリチルリチン酸、酒石酸、ステアリン酸、ソルビン酸、ラウリン酸、リン酸、無水珪酸、イソステアリン酸等を言う。
好ましくは、Ｌ−アスパラギン酸、クエン酸、乳酸、アスコロビン酸、コハク酸、安息香酸、りんご酸である。添加量は、乾燥キトサンスポンジの重量に対して、１〜１０ｗｔ％が好ましい、さらに好ましくは、２〜７ｗｔ％であり、もっとも好ましくは、３〜５．５ｗｔ％である。
従って、溶液時にこれら弱酸を添加する場合、通常酢酸を、０．２〜２ｗｔ％加えるので、目安としては、酢酸の約１／４程度が好ましく、従って、溶液に対しては、０．０５〜０．５ｗｔ％が好ましい。

この溶液からキトサンスポンジを作成するには、溶液を凍結し、凍結真空乾燥する方法が、好ましく使用される。スポンジの形状は、シート状、ブロック状、マユ状など使用の目的に応じて、凍結体を変更して種々のものを作成することが可能であり、本発明はいかなる形状にも適用可能である。
例えば、シート状を作成するには、まずキトサン水溶液を一定の深さのトレイにいれ、そのまま凍結する方法、キトサン水溶液をポリエチレン、ポリプロピレン製の袋などに入れ、凍結する方法などが好ましく使用できる。袋に入れる場合、厚みを均一にするために袋をトレイに入れ、上から重しなどで加重をかけたり、袋を金属製の板ではさんで凍結する方法などがある。凍結は液体窒素などの凍結ガスを利用する方法、エタノールなどの冷媒中に浸漬する方法、凍結乾燥設備中で、トレイをそのまま凍結する方法などがある。キトサン溶液は通常凍結乾燥機に入れる前に冷媒にて十分に凍結させることが好ましい。凍結温度は−２０℃〜−８０℃が好ましく、−３０℃〜−５０℃がさらに好ましい。

凍結真空乾燥時間は、通常化粧品、食品などで使用される条件で行われる。凍結時間は設定の温度によって異なるが、好ましくは、１０〜４８時間、さらに好ましくは、１５〜２４時間である。凍結乾燥終了後は、残存する酢酸を除去するために、５０℃以上の温度などで、熱風乾燥などが行われる。その熱風乾燥で、シート中に含まれる大部分の酢酸が除去される。しかし、その乾燥方法、乾燥温度や、乾燥時間をいかに強化しても、酢酸は、わずかに残留する。最終的な残留量は、通常０．１〜０．５ｗｔ％に達する。しかし、この残留量は、化粧品などで、顔や肌などに、パック材などとして化粧水などを含浸させて使用する場合、赤みやかゆみなどの不具合が発生する原因となる。

本発明は、弱酸を水溶液の段階で添加する場合、酢酸の残留を防ぐことが出来る。弱酸を添加しない場合、酢酸残留量が０．１〜０．５ｗｔ％であるのに対して、弱酸を添加すると、ほとんどの場合酢酸残留は、微量又は検出限界以下（カルボン酸分析など一般的な分析方法）となる。すなわち、酢酸以外の弱酸を添加したものは、酢酸が十分に除去され、顔や肌に対して不具合が起こらないので、初めて化粧品へのキトサンスポンジの使用を可能とする。なお、作成されるシート又は他の形状の成形体は、通常白色の表面の滑らかなものである。通常、電子顕微鏡などで観察すると、平均のポアーサイズは、２０〜１００μｍφ程度の多孔体である。
以下、実施例によって本発明の内容を詳しく説明する。

比較例１

紅ズワイガニ殻を粉砕し、５％苛性ソーダ溶液処理により、９０℃で４時間脱蛋白処理し、２規定塩酸で、３時間脱カルシウム処理することによりキチンを得た。このキチンを５０ｗｔ％のアルカリ溶液中で９０〜１００℃の温度で、２０時間処理して、フレーク状のキトサンを得た。これを粉砕して１００メッシュパスの粉末を作成した。このキトサンに対して、脱アセチル化度をコロイド滴定法（キチン、キトサン実験マニュアル、５１〜５２頁、キチン、キトサン研究編、技報堂出版）で測定したところ、９０．３％であった。また、０．５ｗｔ％酢酸水溶液中に０．５ｗｔ％キトサンを溶解した液の２０℃でのＢ型粘度計で測定した粘度は、４８ｍＰａ・ｓであった。また、このキトサンに対して、分子量を、ＧＰＣ測定装置（システム：日本分光製、カラム：ＳｈｏｄｅｘＯＨｐａｋＳＢ−８０５、ＳＢ−８０６、移動相：０．５Ｍ酢酸緩衝液、カラム温度：４０℃、流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ）で、プルラン標品を基に検量線を作成し、測定したところ、約１００万であると認められた。このキトサンを０．７５ｗｔ％酢酸水溶液に溶解して１．５ｗｔ％の濃度とした。

この透明粘調溶液に、さらに、Ｌアスパラギン酸を０．１ｗｔ％添加した。また、比較として、Ｌ−アスパラギン酸を加えない水溶液を作成し（比較例１）、Ｌ−アスパラギン酸を加えたものと同様の方法で、キトサンスポンジを作成した。この溶液を、厚みが２ｍｍになるようにポリエチレン製袋に充填し、アルミ製トレイにいれ、上部にアルミ製板を載せ、−３０℃のエタノール冷媒浴に１分間浸漬し凍結した。凍結後、ポリエチレン袋を取り外し、凍結氷（厚み約２ｍｍ）を、凍結真空乾燥機のトレイ（予備凍結温度−４５℃）に入れ、凍結真空乾燥を実施した。減圧は、約１００ｍＴｏｒｒで行い、−４５℃から−１５℃まで、５時間かけて上昇させ、続いて、２０℃まで、１８時間かけて上昇させ凍結真空乾燥を行った。

得られたものは、すでに、スポンジの形状を示していたが、残留した酢酸を除去する目的で、７０℃で、約１０時間熱風乾燥を行った。その結果、得られたキトサンスポンジは、厚みが１．９ｍｍで、全体に均一な多孔質構造を示し、直径３０〜８０μｍの連続細孔を有した。

このキトサンスポンジの、酢酸の残留量をカルボン酸分析法で測定した。その結果、Ｌ−アスパラギン酸を添加したキトサンスポンジの酢酸残留量は、検出限界以下であったのに対して、Ｌ−アスパラギン酸を添加しなかったばあい、酢酸の残留量は、０．４ｗｔ％であり、これは、さらに熱風乾燥温度を上げたり、乾燥時間を長くしても変化しなかった。この本発明のＬ−アスパラギン酸入りのキトサンスポンジは、顔や肌のパックとして有用であり、これらに化粧水を含浸させ、パック材として使用しても、赤みやかゆみなどの不具合が発生することはなかった。

実施例２〜８

比較例２

キトサン粉末（脱アセチル化度９３％、溶液粘度５８ｍＰａ・ｓ：いずれも測定法は、実施例１記載の方法に同じ）を、０．７５ｗｔ％酢酸水溶液に、１．５ｗｔ％溶解させキトサン水溶液を作成した。この溶液に、種々の弱酸（Ｌ−アスパラギン酸、クエン酸、乳酸、アスコロビン酸、コハク酸、安息香酸、クエン酸、コハク酸）をそれぞれ、０．１５ｗｔ％加えた。なお、比較として、これら弱酸を加えない水溶液も作成した（比較例２）。

これらの溶液を、トレイにいれ、−４０℃で凍結した後、約１００ｍＴｏｒｒの減圧で、２０℃まで、２４時間かかって、凍結真空乾燥し、７０℃１２時間熱風乾燥した。その結果、いずれも、約１．４ｍｍの厚みのスポンジを得ることが出来た。それらについて、実施例１と同様のカルボン酸分析法で、キトサンスポンジ中にある残留酢酸量を各例５個測定し、平均値を求めた。結果は表１のとおりである。

表１の通り、弱酸を添加したものは、いずれも無添加に比べ、酢酸残留量は、検出限界以下又は極少量であった。

Claims

酢酸水溶液から多孔性のキトサンスポンジを製造するに当たり、酢酸と共に酢酸以外の弱酸類を添加することを特徴とする酢酸残留量の少ないキトサンスポンジの製造方法。