JP2603829B2 - Drying method for bacterial cellulose membrane - Google Patents

Drying method for bacterial cellulose membrane

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JP2603829B2 JP12923987A JP12923987A JP2603829B2 JP 2603829 B2 JP2603829 B2 JP 2603829B2 JP 12923987 A JP12923987 A JP 12923987A JP 12923987 A JP12923987 A JP 12923987A JP 2603829 B2 JP2603829 B2 JP 2603829B2
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志朗 坂
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  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微生物により生産されたセルロース膜を乾
燥する方法に関し、特に膜全体を破壊することなく効果
的に乾燥するための改良方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for drying a cellulose membrane produced by microorganisms, and more particularly to an improved method for drying effectively without destroying the whole membrane.

〔従来の技術及びその問題点〕[Conventional technology and its problems]

セルロースは天然に最も多量に存在する有機高分子物
質であり、セルロースとしてそのまま利用されるほかセ
ルロース誘導体原料として利用されている。
Cellulose is the most naturally occurring organic high molecular substance, and is used as it is as cellulose and as a raw material for cellulose derivatives.

植物から得られるセルロース原料は、一般に繊維の形
態をしており、セルロース以外にリグニンやヘミセルロ
ースなどを含有し且つそれらと強く結合した複合体とし
て得られる。従って、セルロース繊維を得るためには化
学処理を処こしリグニンや一部ヘミセルロースを除去せ
ねばならない。こうして得られた精製パルプ繊維(幅:3
0〜50μm;長さ:3〜5mm)をさらに抄紙することでセルロ
ースシートが得られる。
Cellulose raw materials obtained from plants are generally in the form of fibers, and can be obtained as a complex containing lignin, hemicellulose, and the like in addition to cellulose and strongly binding to them. Therefore, in order to obtain cellulose fibers, chemical treatment must be performed to remove lignin and a part of hemicellulose. The refined pulp fiber thus obtained (width: 3
(0 to 50 μm; length: 3 to 5 mm) to obtain a cellulose sheet.

一方、アセトバクター・キシリナム(Acetobacter x
ylinum;以下、「AX」と省略する)やアセトバクター・
アセチゲナム(Acetobacter acetigenum;以下、「AA」
と省略する)などのバクテリアはグルコースをセルロー
スに転換する性質があり、セルロース生産菌として一般
によく知られているが、これらのセルロース生産菌の生
産するセルロースは純度が高く、リグニン及びヘミセル
ロースをほとんど含まない。
On the other hand, Acetobacter xylinum (Acetobacter x
ylinum; hereinafter abbreviated as “AX”) or Acetobacter
Acetogenum (Acetobacter acetigenum; hereinafter, "AA")
Bacteria that convert glucose to cellulose are commonly known as cellulose-producing bacteria, but the cellulose produced by these cellulose-producing bacteria is high in purity and contains almost no lignin and hemicellulose. Absent.

セルロース生産菌によるセルロースの製造に関しては
いくつかの提案がされており、特開昭59−120159号に
は、培養液表面に生成せるセルロース薄膜を培地から剥
がし、含有液体を搾り出してから3%苛性ソーダ水溶液
で処理し菌体を破壊し酸中和、水洗して薄膜を回収する
方法が記載されている。このようにして得られたセルロ
ース薄膜は、前述の精製パルプ繊維からのセルロースシ
ートに比してその構造もち密で薄く、機能性は高く半透
膜としての利用価値は高い。さらに保水性の点からもす
ぐれており創傷や火傷の手当用の人工皮膚として用いら
れている。
Several proposals have been made regarding the production of cellulose by a cellulosic bacterium. Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-120159 discloses that a cellulose thin film formed on the surface of a culture solution is peeled off from a culture medium, and a liquid containing 3% caustic soda is extracted. A method is described in which cells are treated with an aqueous solution to destroy cells, neutralized with acid, and washed with water to recover a thin film. The cellulose thin film thus obtained has a denser and thinner structure than the above-described cellulose sheet made from the purified pulp fiber, has high functionality, and is highly useful as a semipermeable membrane. Furthermore, it is excellent in terms of water retention and is used as artificial skin for treating wounds and burns.

従来の精製パルプ繊維に比して、これらの特徴は、そ
れぞれのセルロース繊維の形態の差によるところが大で
ある。すなわちパルプ繊維は幅;30〜50μm、長さ3〜5
mmの細胞であるのに対し、バクテリアセルロースは、断
面約1.6nm×5.8nmのミクロフィブリルが46本集ったフィ
ラメント束として生産されるため一単位あたりの大きさ
はバクテリアセルロースが約1/1000と小さくその分構造
はち密で機能となると思われる。またセルロースミクロ
フィブリル表面のフリーな水酸基量もバクテリアセルロ
ースの方が多く保水率も極端に高い。
Compared to conventional refined pulp fibers, these characteristics are largely due to the difference in the form of each cellulose fiber. That is, the pulp fiber has a width of 30 to 50 μm and a length of 3 to 5
While bacterial cells are produced as filament bundles of 46 microfibrils with a cross section of about 1.6 nm x 5.8 nm, the size per unit is about 1/1000 of bacterial cellulose. It seems that the structure is dense and functional. Bacterial cellulose also has a larger amount of free hydroxyl groups on the surface of cellulose microfibrils, and the water retention is extremely high.

しかしながら、バクテリアセルロース膜を乾燥させる
場合には、これらの特徴が短所となり保水率が高い分だ
け乾燥による収縮も大きく、そのためバクテリアセルロ
ース膜をしわなく破れなく乾燥させることは困難であっ
た。
However, when the bacterial cellulose membrane is dried, these characteristics are disadvantageous, and the higher the water retention rate, the greater the shrinkage due to drying. Therefore, it has been difficult to dry the bacterial cellulose membrane without wrinkles and tears.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の乾燥後の要点はセルロース生産菌が生産した
セルロース膜に対し、乾燥にともない発生する膜内内部
応力に対応して伸び縮みする弾性物たとえば、ゴムなど
で膜を宙づりにして乾燥させることにある。
The essential point after drying according to the present invention is that the cellulose membrane produced by the cellulose-producing bacterium is dried by suspending the membrane with an elastic material, such as rubber, which expands and contracts in response to the internal stress in the membrane caused by drying. It is in.

AXおよびAAは好気性グラム陰性菌の一種であり、約3
μm×0.6μmの寸法を有する桿状菌である。AX及びAA
としては、甘味植物汁の発酵あるいはサッカロースを含
んだ果物、野菜の腐敗の際に自然に発生するものが見出
されているが、特にセルロース生産性の高いAXの精製菌
株であるアセトバクター・キシリナム・ストレインATCC
23769は特定の供給先から入手可能である。
AX and AA are a kind of aerobic Gram-negative bacteria, about 3
It is a rod-shaped bacterium having a size of μm × 0.6 μm. AX and AA
Among them, those that occur naturally during fermentation of sweet vegetable juice or decay of fruits and vegetables containing saccharose have been found, but in particular, Acetobacter xylinum, a purified strain of AX having high cellulose productivity.・ Strain ATCC
23769 is available from certain suppliers.

AXはセルロースを断面約1.6nm×5.8nmのミクロフイブ
リルが46本集ったフィラメント束として生産する。ファ
イバーの長さ方向は理論的にはAXの寿命が続く限り連続
したものとして得られる。即ち、植物起源のセルロース
に比して高分子量のセルロースを得ることが可能であ
る。AXは好気性菌であるので、グルコースその他の炭化
水素を基礎とした培養液の表面にミクロフイブリルの集
合である連続薄膜として生産する。
AX produces cellulose as a filament bundle of 46 microfibrils with a cross section of about 1.6 nm x 5.8 nm. The fiber length direction is theoretically obtained as continuous as long as the life of AX is continued. That is, it is possible to obtain cellulose having a higher molecular weight than cellulose of plant origin. Since AX is an aerobic bacterium, it is produced as a continuous thin film of aggregates of microfibrils on the surface of a culture solution based on glucose or other hydrocarbons.

以下、本発明の微生物生産セルロース膜の乾燥方法を
セルロース生産効率の高いAXについて具体的に説明する
が、AAその他のセルロース生産菌についても同様に適用
しうるものである。
Hereinafter, the method for drying a microorganism-produced cellulose membrane of the present invention will be specifically described for AX having a high cellulose production efficiency, but the same can be applied to AA and other cellulose-producing bacteria.

AXの培養に適した培地は、糖と蛋白質を含有した複合
培地であって、例えば、次のような構成のものが知られ
ている。
A medium suitable for AX culture is a complex medium containing a sugar and a protein, and for example, those having the following constitutions are known.

グルコース 2.0 w/v% ペプトン 0.5 w/v% 酵母抽出物 0.5 w/v% リン酸2ナトリウム 0.27w/v% クエン酸 0.11w/v% 水 残り 希HCl及び/又は希NaOHを用いてpH=6に調整。Glucose 2.0 w / v% Peptone 0.5 w / v% Yeast extract 0.5 w / v% Disodium phosphate 0.27 w / v% Citric acid 0.11 w / v% Water balance pH using dilute HCl and / or dilute NaOH Adjusted to 6.

AXによるセルロース生産は時空収率の高いものである
ことが望ましい。培養温度は、28℃前後がセルロースの
生産速度が最も大きいので好ましい。AXを静置培養する
と、大部分のセルロースは培養液面に薄膜状で得られ、
一部液中にゲル状でえられる。この場合、得られる薄膜
は特開昭59−120159号に記載されるように人工皮膚とし
て使用することができるものである。
Cellulose production by AX desirably has a high space-time yield. The culture temperature is preferably around 28 ° C. since the production rate of cellulose is the highest. When AX is statically cultured, most of the cellulose is obtained as a thin film on the surface of the culture solution.
A gel is obtained in some liquids. In this case, the obtained thin film can be used as an artificial skin as described in JP-A-59-120159.

培地内のAX産出セルロースは水で膨潤した状態にあ
る。セルロースの分離回収にあたっては、先ず、含有す
る水及び栄養分の残りなどを追出す操作を行う。実験室
的には薄膜セルロースをすべてガーゼ上に集め、搾液し
て水洗する。このようにして実質的にセルロース及び菌
体のみを含む生成物を得る。
The AX-producing cellulose in the medium is in a state swollen with water. In the separation and recovery of cellulose, first, an operation of purging remaining water and nutrients contained therein is performed. In the laboratory, all the thin film cellulose is collected on gauze, squeezed and washed with water. In this way, a product containing substantially only cellulose and cells is obtained.

上記生成物から菌体を分離しセルロースのみを得る必
要があるならば、必要に応じてアルカリ処理、超音波処
理、遠心分離処理などを行う。
If it is necessary to separate the cells from the above product to obtain only cellulose, alkali treatment, ultrasonic treatment, centrifugation and the like are performed as necessary.

このようにして得られたバクテリアセルロース膜を図
に示すように乾燥による収縮に対応して延びる弾性物た
とえばゴム、バネなどで宙づりにし適当な張りをもたせ
て保持しながら乾燥させることで平な破れのないバクテ
リアセルロース膜を得ることができる。
The bacterial cellulose membrane thus obtained is suspended by an elastic material extending in response to shrinkage due to drying as shown in the figure, such as rubber or a spring, and is dried while being held with an appropriate tension. A bacterial cellulose membrane free of germs can be obtained.

本発明に使用する弾性物は膜の引張強度よりも弱いも
のであり、セルロース膜を適度な張りになるような強度
をもつものであればいずれでも良い例えばゴム、バネな
どがある。
The elastic material used in the present invention is weaker than the tensile strength of the membrane, and any material may be used as long as it has a strength that makes the cellulose membrane have an appropriate tension. For example, there are rubber and spring.

乾燥温度としては0〜100℃の範囲であればよいが好
ましくは20℃〜60℃がよい。また短時間に急激に乾燥さ
せることは避けた方が良い。乾燥促進のため適当な風量
で風乾することも出来る。
The drying temperature may be in the range of 0 to 100 ° C, preferably 20 ° C to 60 ° C. Also, it is better to avoid sudden drying in a short time. It can be air-dried with an appropriate air volume to promote drying.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のセルロース膜乾燥法によれば、膜全体を破壊
することなく効果的に乾燥することができる。
According to the cellulose membrane drying method of the present invention, the membrane can be effectively dried without destroying the whole membrane.

このセルロース膜は従来の木材繊維などにより得られ
るパルプシートやろ紙に比して構造がち密で半透膜とし
て用いられるのみならず、菌体除去したものはセルロー
ス純度が高く、医用材料等に用いても有用である。
This cellulose membrane has a denser structure than pulp sheets and filter papers obtained from conventional wood fibers and is used not only as a semi-permeable membrane, but also obtained after removal of bacterial cells has high cellulose purity and is used for medical materials and the like. It is also useful.

〔実施例〕〔Example〕

以下実施例をあげて本発明方法を具体的に説明するが
本発明は、これにより限定されるものではない。
Hereinafter, the method of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 アセトバクター・キシリナム・ストレインATCC23769
を用い、下記組成を有する複合倍地にて温度30℃で7日
〜14日間培養してセルロース膜を生成させた。
Example 1 Acetobacter xylinum strain ATCC23769
Was used and cultured at 30 ° C. for 7 to 14 days in a composite medium having the following composition to form a cellulose membrane.

グルコース 2.0 w/v% ペプトン 0.5 w/v% 酵母抽出物 0.5 w/v% リン酸2ナトリウム 0.27w/v% クエン酸 0.11w/v% 水 残り pH=6に調整 培養液からのセルロース分離のために行った単位操作
は次の通りである。
Glucose 2.0 w / v% Peptone 0.5 w / v% Yeast extract 0.5 w / v% Disodium phosphate 0.27 w / v% Citric acid 0.11 w / v% Water Remaining pH = 6 Adjustment of cellulose separation from culture solution The unit operation performed for this is as follows.

搾液:ガーゼ上に培養液中の固形分をし取り、包みこ
んで軽くプレスし、搾液する。
Squeezing: The solid content in the culture solution is taken out on a gauze, wrapped, lightly pressed, and squeezed.

水洗A:培養液中の固形分をガーゼに包んだまま水道水で
洗浄する。
Rinse A: Wash with tap water while wrapping the solid content in the culture solution in gauze.

アルカリ処理:搾液、水洗後の固形分を、絶乾量の100
倍量の1%NaOHに浸漬し、常温で24時間保持する。
Alkali treatment: The solid content after squeezing and washing is 100%
Immerse in twice the volume of 1% NaOH and keep at room temperature for 24 hours.

超音波処理:固形分を絶乾量の約100倍の水に懸濁さ
せ、28kHz(SONO CLEANER 100,KAIZO DENKI製)1時
間処理。
Ultrasonic treatment: The solid content is suspended in water about 100 times the absolute dry volume, and treated at 28 kHz (SONO CLEANER 100, manufactured by KAIZO DENKI) for 1 hour.

遠心分離:超音波処理した懸濁液をそのまま(KUBOTA
KR/20000)で10000rpmd、1hr処理する。セルロース固形
分は下方に集まり、菌体は一部が浮遊し、一部はセルロ
ースの塊よりさらに下方に沈降する。セルロースの塊以
外を除去し、元の量まで水を追加し、再度同様に遠心分
離を繰返し菌体を除去する。
Centrifugation: The sonicated suspension is used as is (KUBOTA
(KR / 20000) at 10,000 rpm for 1 hr. Cellulose solids collect below, some of the cells float, and some settle further below the cellulose mass. Except for the cellulose mass, water is added to the original amount, and centrifugation is repeated again to remove cells.

水洗B:培養液中の固形分をフィルター上で水洗する。Rinse B: The solid content in the culture solution is rinsed on a filter.

こうして得たバクテリアセルロース膜を乾燥するにあ
たりアクリル製のケース(縦21.5mm、横25.5mm、高さ28
5mm)を作製しセルロース膜の端を収縮自在なゴム付ダ
ブルクリップで数ヶ所はさみゴムの一方の端をアクリル
製のケースに固定してセルロース膜を宙づりの状態にす
る。張り具合を調節するためにゴムの長さを調節しセル
ロース膜が一様にうまく張られるようにした一晩そのま
ま放置し風乾することにより平な乾燥されたセルロース
膜が得られ、ダブルクリップをはずしても膜は破れなか
った。
An acrylic case (21.5 mm long, 25.5 mm wide, 28 cm high) was used to dry the bacterial cellulose membrane thus obtained.
5mm), and the ends of the cellulose membrane are fixed in several places with double clips with rubber that can be contracted freely, and one end of the rubber is fixed to an acrylic case so that the cellulose membrane is suspended. The length of the rubber was adjusted to adjust the tension, and the cellulose membrane was uniformly and well stretched.Leave it overnight and air-dry to obtain a flat dried cellulose membrane.Remove the double clip. However, the film did not tear.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セルロース生産菌により生合成したセルロ
ース膜を弾性体で宙づりにして乾燥処理することを特徴
とするバクテリアセルロース膜の乾燥法。
1. A method for drying a bacterial cellulose membrane, wherein a cellulose membrane biosynthesized by a cellulose-producing bacterium is suspended by an elastic body and dried.
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