JP3716392B2 - 野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天蚕、柞蚕、エリサン、ウスタビガ、クリキュラ、クスサン、ヨナグニサンなどヤママユガ科に属する絹糸虫いわゆる野蚕及びカイコガ科に属する家蚕の絹フィブロインから、その粉末を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
野蚕の繭や絹フィブロインは、一般に衣料用繊維や雑貨類の素材として利用され、更に天蚕絹フィブロインを配合した化粧水（例えば特許文献１参照）や紫外線吸収性を有するシルクパウダー、フィブロイン膜として利用されている。
【０００３】
従来の家蚕絹フィブロインの粉末化方法としては、家蚕絹フィブロインを溶解し透析によって得られたフィブロイン水溶液にアルコール類を加えて沈殿させ、これを乾燥粉砕する方法や、酸またはアルカリで繊維状フィブロインの表面を処理し、これを力学的方法により打解粉砕しフィブロインを微粉末化する方法（例えば特許文献２参照）がある。
【０００４】
しかしながら、前者の方法は、透析に要する時間とアルコール類を使用することから処理コストが高い欠点がある。また後者の打解粉砕する方法は、打解粉末化処理装置が大がかりとなる上、収率が低い問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８２４６３０号（段落７ー１３ 図１）
【特許文献２】
特開平０７−２７８４４１（段落５ー６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、長時間かかる透析処理を省いて、水洗乾燥だけで短時間に、高収率で変質のない安定した野蚕または家蚕絹フィブロインの粉末を得て、これを化粧料、食料品、医薬品及び医療素材などに加工調製可能な水に不溶の高分子タンパク素材として利用できる野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法は、野蚕または家蚕の絹フィブロインを銅エチレンジアミン、酸化銅アンモニア及びアルカリ性銅グリセリン溶液などの銅を含む溶液を添加して、２０〜８０℃の温度で溶解し、溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸または酢酸、クエン酸、酒石酸などの脂肪酸を添加することによって微結晶沈殿を析出させ、この微結晶沈殿を水洗した後、乾燥させて絹フィブロイン粉末を得ることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項２記載の野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法は、野蚕または家蚕の絹フィブロインを銅エチレンジアミン、酸化銅アンモニア及びアルカリ性銅グリセリン溶液などの銅を含む溶液を添加して、溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸または酢酸、クエン酸、酒石酸などの脂肪酸を添加してフィブロインゲルを析出させ、この析出したフィブロインゲルを硫酸または酢酸などの脂肪酸に浸漬した後、これを粉砕して粉末化し、次いで乾燥させて絹フィブロイン粉末を得ることを特徴とするものである。
【０００９】
更に請求項３記載の野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法は、溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、添加する無機酸または脂肪酸の濃度規定度が１．１０〜３．７５Ｎであることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず請求項１記載の発明について図１を参照して説明する。本発明に用いる野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末を調製の原料となる野蚕または家蚕の絹フィブロインは、野蚕である天蚕、柞蚕、エリサン、クスサン、ウスタビガ、ヨナグニサン、クリキュラなど及び家蚕の繭層またはこれら野蚕または家蚕を繰糸する際に副産物として産出する緒糸やビスを精練したものを利用する。
【００１１】
この野蚕または家蚕の絹フィブロインを、銅エチレンジアミン、酸化銅アンモニア及びアルカリ性銅グリセリン溶液などの銅を含む溶液の何れか１または２種以上を添加して溶解する。この銅を含む溶液の添加量は、野蚕または家蚕絹フィブロイン１００ｇに対して２５００〜３０００ｍｌを添加すると良い。
【００１２】
請求項１記載の発明では、この野蚕または家蚕の絹フィブロインに銅を含む溶液を添加した溶液の溶解温度を２０〜８０℃の温度に保持する。次にこの絹フィブロイン溶解溶液に、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸または酢酸、クエン酸、酒石酸などの脂肪酸を添加すると絹フィブロインゲルの微結晶が析出して沈殿する。
【００１３】
この場合、処理温度が２０℃未満では、ほとんどがガム状の絹フィブロインゲル化沈殿となり、２０℃以上で絹フィブロイン微結晶化沈殿が生成される。溶解温度が４０℃では、絹フィブロイン微結晶化沈殿が６０％程度になり、溶解温度６０〜８０℃でほとんどが絹フィブロイン微結晶化沈殿となり、８０℃を超えてもその効果は変わらない。
【００１４】
また絹フィブロイン溶解溶液に添加して微結晶化を促進する無機酸または脂肪酸の濃度は１．１０〜３．７５Ｎ範囲が好ましい。この場合の１．１０Ｎ未満では結晶化を促進する作用が乏しく、また３．７５Ｎを超えると変色し、部分的に硬さの異なるゲル化フィブロインが生じるためである。
【００１５】
次にこの絹フィブロインの微結晶を水洗した後、乾燥することにより１〜５μメッシュの絹フィブロイン粉末を得ることができる。得られた野蚕絹フィブロイン粉末は水に不溶であり、相対湿度Ｒ．Ｈ５％以下で５年以上変質を認めることなく長期保存が可能である。
【００１６】
またそれぞれの溶解温度において得られた絹フィブロイン粉末の平均分子量は、絹フィブロイン溶解溶液の粘度測定による極限粘度から計算すると、２０℃では１０万、４０℃では８．５万および６０℃では６．９万である。この理由は温度が高くなるとフィブロインを構成するポリペプチド鎖の加水分解が進むためである。
【００１７】
次に請求項２記載の発明について図２を参照して説明する。使用する野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末を調製の原料と、これに添加する銅を含む溶液、およびその添加量は請求項１記載と同様であるが、溶解温度の規定はなく２０℃未満でも良い。
【００１８】
次にこの絹フィブロイン溶液にゲル化促進剤として、無機酸または脂肪酸を添加すると絹フィブロインゲルが析出して沈殿する。絹フィブロイン溶液に添加する無機酸及び脂肪酸の濃度規定度は、１．１０〜３．７５Ｎの範囲が好適であり、絹フィブロインは等電点で最も分子の凝集力が強くなるので、その絹フィブロイン溶液のｐＨが３．９〜５．０になればそのフィブロインはゲル化する。絹フィブロイン溶解溶液に添加する無機酸及び脂肪酸の規程度が１．２４Ｎの場合、フィブロイン溶液の１．５倍量程度の添加でゲル化析出沈殿する。
【００１９】
次にゲル化沈殿した絹フィブロインを水洗し、１．２４〜２．４８Ｎの範囲の硫酸または酢酸などの脂肪酸に浸漬して洗浄する。硫酸または酢酸などの脂肪酸を添加するとゲル化析出沈殿した野蚕または家蚕絹フィブロインは、ガム状から塊状に変化する。この場合、硫酸または脂肪酸の濃度規定度を１．２４〜２．４８Ｎの範囲に規定した理由は、１．２４Ｎ未満では浸漬時間が長くかかり、２．４８Ｎを超えると、その塊状のフィブロインが極めて硬くなり粉末にむらが出るからである。
【００２０】
次にこの塊状のフィブロインゲルを水洗し、この水洗した塊状の絹フィブロインを水とともに ブレンドミキサーで撹拌粉砕する。この粉砕工程で、粉砕液が３５℃以上にならないように冷却する。その理由は４０℃前後で、摩擦と相まってタンパク変性を起こすからである。粉砕したフィブロインは沈殿するので数回、上澄液を取り除き加熱、乾燥する。この乾燥フィブロインはフレーク状であり、更に自動乳鉢や卓上型粉砕機を用いて１〜２０μｍの適当な粉末メッシュを得ることができる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）天蚕絹フィブロイン（天蚕練繭層）５ｇに銅エチレンジアミン溶液１５０ｍｌを添加し、溶解温度６０℃で溶解した後、ゲル化剤として１．２４Ｎ硫酸２００ｍｌを加え、 天蚕絹フィブロインの微結晶を沈殿させる。次に天蚕絹フィブロイン微結晶化沈殿を５時間水道水で水洗した後、更に１時間純水で水洗をし、この後、良く水を切って４６℃で乾燥して天蚕絹フィブロイン微結晶化粉末を得た。この微結晶化粉末は１．５〜２．５μメッシュで、平均分子量は、６．９万であった。天蚕絹フィブロイン微結晶化粉末の相対湿度に依存した吸湿能を図３のグラフに示す。また比較のために天蚕絹フィブロイン繊維についても吸湿能を併記した。このグラフから、水分率は繊維よりも全体に高くなっている。これは繊維状絹でも元来多孔質であるが、これを溶解して再度ゲル化凝集させて形成された分子の構造は、より多孔質になるからである。
【００２２】
（実施例２）
家蚕絹フィブロイン１０ｇに銅エチレンジアミン溶液２００ｍｌ、溶解温度１８℃で溶解した後、ゲル化剤として１．２４Ｎ硫酸１５０ｍｌを加えてガム状にゲル化析出沈殿させる。
【００２３】
次にこのガム状のゲル化析出沈殿したフィブロインを３時間水洗し、１．２４Ｎ硫酸に１６時間浸漬し、更に水道水で７時間水洗し、次いで純水で１時間水洗する。この水洗したゲル化フィブロインを純水４００ｍｌを加えて、卓上ブレンドミキサーで常温２０℃で１５分間撹拌粉砕する。
【００２４】
粉砕フィブロインは沈殿するので２度上澄液を取り除き４６℃で２０時間乾燥する。この乾燥フィブロインはフレーク状であり、更に自動乳鉢を用いて細かく粉砕しメッシュが２μｍの家蚕絹フィブロイン粉末を得た。家蚕絹フィブロイン粉末の相対湿度に依存した吸湿能を図４のグラフに示す。また比較のために家蚕絹フィブロイン繊維についても吸湿能を併記した。このグラフから、水分率は繊維よりも全体に高くなっている。
【００２５】
（実施例３）
実施例２の方法により、家蚕、野蚕である天蚕、柞蚕、エリサン、ウスタビガ、について、絹フィブロイン粉末を製造し、この絹フィブロイン粉末とフィブロイン繊維の単分子吸着量（Ｖｍ）、内部表面積（Ｓ）、細孔容積（Ｖｇ）および平均細孔半径（ｒ) を測定して、その結果を表１に示した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
表１の結果から、絹フィブロインを溶解して再度ゲル化凝集させて形成された粉末の分子構造は、より多孔質になり、吸着量（Ｖｍ）、内部表面積（Ｓ）、細孔容積（Ｖｇ）および平均細孔半径（ｒ) はそれぞれ増加していることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法によれば、長時間かかる透析処理を省いて、水洗乾燥だけで短時間に、１〜２０μｍの多孔質の絹フィブロイン粉末を製造することができ、この絹フィブロイン粉末は、相対湿度Ｒ．Ｈ５％下で５年以上変質することなく長期保存が可能で、化粧料、食品、医薬品類、医療素材及び素材補強剤など多くの用途に供することが可能である。特に絹フィブロイン粉末は水に不溶であるが、塩酸、硫酸、水酸化ナトリウムなどにより加水分解させ適当な分子量の画分精製が容易であり、様々なタンパク活性の解析、機能解明や分析試料にも適用することができる
【００２９】
また請求項１記載の製造方法によれば、絹フィブロイン溶解溶液の溶解温度を調整することにより、容易に微結晶沈殿を析出させることができ、工程が簡単で安価に製造することができる。
【００３０】
また請求項２記載の製造方法によれば、効率よく絹フィブロイン粉末の製造できると共に、析出したフィブロインゲルを粉砕して粉末化するので粉末メッシュの調整が容易である。
【００３１】
また請求項３記載の製造方法によれば、絹フィブロイン溶解溶液に、添加する脂肪酸の濃度規定度を調整することにより、効率よくフィブロインを結晶化およびゲル化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶化による絹フィブロイン粉末の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明のフィブロインゲルによるフィブロイン粉末の製造方法を示す工程図である。
【図３】 天蚕絹フィブロイン繊維及びフィブロイン粉末の相対湿度に依存した吸湿能を示すグラフである。
【図４】家蚕絹フィブロイン繊維及びフィブロイン粉末の相対湿度に依存した吸湿能を示すグラフである。

Claims (3)

1. 野蚕または家蚕の絹フィブロインを銅エチレンジアミン、酸化銅アンモニア及びアルカリ性銅グリセリン溶液などの銅を含む溶液を添加して、２０〜８０℃の温度で溶解し、溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸または酢酸、クエン酸、酒石酸などの脂肪酸を添加することによって微結晶沈殿を析出させ、この微結晶沈殿を水洗した後、乾燥させて絹フィブロイン粉末を得ることを特徴とする野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法。
2. 野蚕または家蚕の絹フィブロインを銅エチレンジアミン、酸化銅アンモニア及びアルカリ性銅グリセリン溶液などの銅を含む溶液を添加して、溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸または酢酸、クエン酸、酒石酸などの脂肪酸を添加してフィブロインゲルを析出させ、この析出したフィブロインゲルを硫酸または酢酸などの脂肪酸に浸漬した後、これを粉砕して粉末化し、次いで乾燥させて絹フィブロイン粉末を得ることを特徴とする野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法。
3. 溶解した絹フィブロイン溶解溶液に、添加する無機酸または脂肪酸の濃度規定度が１．１０〜３．７５Ｎであることを特徴とする請求項１または２記載の野蚕または家蚕の絹フィブロイン粉末の製造方法。