JP4119482B2 - 親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体、当該キチン誘導体からなる高分子ミセル型担体およびそのミセル様水性組成物 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体、それからなるミセル形成性物質、高分子ミセル型担体およびそれを用いたミセル様水性組成物に関する。詳細には本発明は土壌改良剤、タンパク凝集剤およびミセル形成剤などに有用な親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体に関する。さらに本発明は親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するミセル形成性物質、高分子ミセル型担体およびそれを用いたミセル様水性組成物に関する。
背景技術
キチンはポリβ−１、４Ｎ−アセチルグルコサミン（ポリβ−１，４Ｎ−アセチル グルコサミン）である。一般に、キチンとは甲殻類の殻、イカの軟甲などを構成している多糖類であり、例えば、ズワイガニの加工時に副産物として大量に産出される殻に１５％程度の比率で含まれており、その有効利用が望まれている素材である。生体内で分解され、生体適合性がよいので、手術用縫合糸、創傷被覆剤などとして、さらに、微生物崩壊性あるいは分解性材料として注目されている。キチン、キトサンは摂食した際には、腸管内で食物繊維としての機能を持ち、人体にとって安全なことは言うまでもないが、一般的に食品などに用いられるものは４０万〜２００万以上の平均分子量である。
キチンは使用目的により分子量を調整する。低分子化する方法としては、強酸により処理する方法が一般的である。例えば、ズワイガニキチン（平均分子量４０万）に５〜１０％の塩酸を添加し加温する。ついで水洗中和後、１０〜２０％苛性ソーダ溶液中で６０〜９０℃にて脱タンパク処理を行う。次に水洗中和後、乾燥粉砕することにより分子量１０万以下の低分子化したキチンが得られる。キチンを低分子化する方法は、上記の他にも、アルカリ処理、過酸、塩酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、アスコルビン酸等の酸を用いる方法、キチナーゼ（微生物由来、植物由来）、リゾチーム等の酵素を用いる方法などがある。
従来よりキチンおよびそれら誘導体は、土壌改良剤、タンパク凝集剤、木材改良剤として用いられており、親水性および疎水性置換基を有する高分子構造体が良いミセル形成能を有し疎水性化合物を可溶化することは報告されている。しかし、カルボキシル低級アルキルキチン誘導体については物質およびその製造法について報告例はない。
その他の知見としてカルボキシルメチル基を導入したキチンは硫酸基を導入したものに比べマクロファージ活性能が強いことは知られている。
例えば、編者キチン，キトサン研究会「キチン，キトサンの応用」１９９０年２月２０日１版１刷、技報堂出版株式会社発行、第１９５〜１９７頁には、キチン誘導体の免疫活性について、キチン誘導体を免疫増強剤および医用材料として開発することを目的に、種々のキチン誘導体の免疫増強活性、抗腫瘍活性、感染抵抗性増強能および薬物担体としての可能性について検討したことが記載されており、７０％脱アセチルキチン（ＤＡＣ−７０）に著名なマクロファージ活性能が認められたが、カルボキシメチル基を導入したキチンには、これに匹敵する活性能が認められることが記載されている。一方、硫酸基を導入したキチンには活性能が認められていないことが記載されている。
発明の開示
本発明は土壌改良剤、タンパク凝集剤およびミセル形成剤などに有用な親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体の提供を目的としている。本発明は親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体のミセル形成性物質の提供を目的としている。本発明は親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体の高分子ミセル型担体の提供を目的としている。本発明は親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体を高分子ミセル型担体とするミセル様水性組成物の提供を目的としている。
本発明は、下記式（１）で示されるカルボキシル低級アルキル基を有するキチン誘導体を要旨としている。

〔式中、Ｒ₁は、（ＣＨ₂）_nＣＨ₃でｎ＝１から２０のアルキル基、ＣＯ（ＣＨ₂）_nＣＨ₃でｎ＝１から１９のアルキルカルボニル基、（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨでｎ＝１から５のカルボキシル低級アルキル基およびその塩、ＨまたはＣＯＣＨ３で規定され、Ｒ₂は（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨでｎ＝１から５のカルボキシル低級アルキル基およびその塩またはＨで規定され、キチンのＮアセチル基の脱アセチル化度が７０−１００％であり（１単糖につき１個脱アセチル化された場合を１００％とする）、Ｒ₁の上記アルキル基あるいはアルキルカルボニル基への置換度が１０−１００％であり（１単糖につき１個置換された場合を１００％とする）、Ｒ₂の上記カルボキシル低級アルキル基への置換度が５０−２００％であり（１単糖につき２個置換された場合を２００％とする）、キチン母核分子量が１５万以下である。〕、式（１）中、キチン母核分子量は好ましくは１０万以下である。
また、本発明は上記のキチン誘導体からなることを特徴とするミセル形成性物質あるいは、上記のキチン誘導体からなることを特徴とする高分子ミセル型担体を要旨としている。さらにまた、本発明は、上記のキチン誘導体を高分子ミセル型担体とするミセル様水性組成物を要旨としている。上記ミセル様水性組成物は、水溶液中で高分子ミセルを形成している高分子ミセル型担体のミセルの中に疎水性化合物を包摂しているものである。疎水性化合物としては難溶性香料、難溶性色素または油脂が例示される。
原料および製法について説明する。
式（１）で示される親水基と疎水基を導入したキチン誘導体を製造するためのキチンは、天然キチンであってα、β、γ型のいずれでもよい。再生キチン、キトサン（脱アセチル化キチン）でもよい。分子量、脱アセチル化度等は限定されない。粒径は限定されないが、細かいほど早く分散するため目的に応じて適宜選択する。粉砕が十分でないキチンを用いる場合、凍結アルカリキチンを融解したときに濾紙に挟みプレスを行い余分なアルカリを除き、重量減少分の５５％水酸化ナトリウム水溶液を加え、膨潤しやすくする。
本発明で使用するキトサン溶液は、カニ、エビ等の外殻およびイカ軟甲などに多量に含有されているキチン又はキトサンを、完全あるいは部分的に脱アセチル化して得られるキトサンを、使用する。
本発明において、ミセル様水性組成物は、疎水性物質が水性溶液中に均一に分散し肉眼的には透明又は乳白色になり、疎水性物質が可溶化した溶液状の組成物を意味する。ここで用いる水性溶媒としては蒸留水等が挙げられる。さらに、これに適宜食塩、糖類、酸、エチルアルコールなどが添加されていてもよい。
可溶化手段は特に限定されないが、キチン誘導体の膨潤の際は２０ないし１００℃の範囲で温度をかけたほうが好ましい。疎水性物質を添加し高分子ミセルを形成させるときは、１０ないし１２０分間、超音波処理することが好ましい。例えば、各種キチン誘導体１００ｍｇ、水４５ｇおよび０．５％β−カロチン油５ｇを加え撹拌し、超音波装置にて１時間超音波照射する。得られた乳化溶液を静置後遠心分離し油層および沈殿物を除去し水層を得る。β−カロチン油が均一に分散したミセル様水性組成物が得られる。水層中のβ−カロテンの測定は、色差計を用いてｂ値（黄色み）を測定することによって行う。
ミセル様組成物の態様は水溶性組成物あるいはその乾燥組成物のいずれでも良いが、乾燥組成物は疎水性物質が安定に保存されることからより好ましい。乾燥組成物は、水溶性組成物を乾燥することにより得られる。乾燥手段は特に限定はなく、凍結乾燥法、スプレードライ法、減圧乾燥法が例示される。
【図面の簡単な説明】
第１図はカルボキシメチル化反応におけるアルカリキチンのプレス処理効果を説明する図面である。
第２図はキトサンとラウリル化カルボキシメチルキチン由来のものについて保存テストを透明なサンプル瓶にて自然光下室温で行った結果を示した図面である。
第３図はラウリル基の置換度と可溶化能の関係を説明する図面である。
第４図はアルキル化カルボキシメチルキチン誘導体のアルキル鎖の炭素数が可溶化におよぼす影響を説明する図面である。
発明を実施するための最良の形態
本発明を実施例によって説明する。実施例は実施の１態様であり、本発明を限定するものではない。
実施例１
粉砕したキチン（ムラサキイカ甲由来）２ｇに５５％水酸化ナトリウム（８ｍｌ）、８％ドデシル硫酸ナトリウム（２００μｌ）を加え、４℃で２時間撹拌し、アルカリキチンを調製する。これを−２０℃で８時間凍結後室温で融解し、再度−２０℃で８時間凍結、融解する。これに２−プロパノール（３０ｍｌ）を加え、撹拌しながらモノクロロ酢酸を中和するまで加えて粗カルボキシメチルキチンを得る。
これをメタノール洗浄、透析、ろ過することで得られた精製カルボキシメチルキチンに４５％水酸化ナトリウム（４０ｍｌ）、２−プロパノール（４０ｍｌ）を加え、１１０℃で１時間還流を行う。２−プロパノールを除去し、これを透析して得られた精製カルボキシメチルキトサンに４０ｍｌの水とメタノール（４０ｍｌ）を加える。これにラウリルアルデヒド（４ｇ）を加えて３０分間撹拌した後、水素化ホウ素ナトリウム（１．３ｇ）を加えて室温で８時間撹拌する。これにアセトンを加えて得られた沈殿をメタノール、ヘキサンなどで洗浄し、透析、凍結乾燥してラウリル化カルボキシメチルキチン（０．７５ｇ）を得た。
得られたラウリル化カルボキシメチルキチンの物性は表１のとおり。

なお、キチンおよびその誘導体の物性（分子量、脱アセチル化度、カルボキシメチル化度、ラウリル化度）はそれぞれ次の方法で測定した。
カルボキシメチルキチンの分子量は井上らの方法（Ｉｎｏｕｅ，Ｙ．，Ｋａｎｅｋｏ，Ｍ．ａｎｄ Ｔｏｋｕｒａ，Ｓ．：Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇｒ．Ｐｏｌｙｍ．Ｐｈｙｓ．Ｊａｐ．，２５，７５９（１９８２）．）で測定した。脱アセチル化度、カルボキシメチル化度、ラウリル化度はキチンおよびその誘導体を元素分析計（２４００ＣＨＮ元素分析計 パーキンエルマー社製），¹Ｈ−ＮＭＲ（ＡＤＶＡＮＣＥ ＤＰＸ４００，ＢＲＵ ＫＥＲ社）で測定し、置換度を算出した。
実施例２
実施例１で得られたカルボキシメチルキチン（４ｇ）を濃塩酸（１００ｍｌ）中、室温で１時間撹拌する。これを中和し、析出した低分子化カルボキシメチルキチンを得た。これを原料として、以下実施例１と同様の方法でラウリル化カルボキシメチルキチン（０．８ｇ）を得た。
得られたラウリル化カルボキシメチルキチンの物性は表２のとおり。物性の測定は実施例１の方法に準じた。

実施例３
カルボキシメチル化反応におけるアルカリキチンのプレス処理効果
粉砕が十分でないキチンを用いる場合は、凍結アルカリキチンを融解したときに濾紙に挟みプレス（４００ｋｇｆ／ｃｍ²，３０秒）を行い余分なアルカリを除き、重量減少分の５５％水酸化ナトリウム水溶液を加え、膨潤しやすくした。この操作を繰り返したアルカリキチンについて実施例１で述べたカルボキシメチル化反応を行った。プレス回数と収量の関係を第１図に示した。プレス回数の増加に伴い水に溶ける画分の量が増加し、得られたカルボキシメチルキチンを出発原料として、実施例１と同様の方法でラウリル化カルボキシメチルキチンを得た（カルボキシメチル化度９９％、脱アセチル化度８３％、ラウリル化度４１％）。
実施例４
カニキチンからの調製
実施例１において粉砕イカキチンの代わりに精製カニキチン（共和テクノス製：低分子化キチン１００メッシュ通過、分子量５万）を出発原料として、実施例１と同様の方法でラウリル化カルボキシメチルキチンを得た（カルボキシメチル化度１１１％、脱アセチル化度９２％、ラウリル化度６４％）。
実施例５
キトサンからの調製
キトサン（共和テクノス製：フローナックＣ−１００Ｍ、脱アセチル化度７５．７％）１０ｇに水１５０ｍｌおよび少量の希酢酸を加え溶解した。これにメタノール１５０ｍｌ加え室温で１時間撹拌し、ラウリルアルデヒドを３０ｇ加えさらに１時間室温で撹拌した。水素化ホウ素ナトリウム１０ｇを水１０ｍｌに溶解した水溶液を少しづつ滴下し、滴下終了後室温で一晩撹拌した。これにメタノールを加え得られた沈殿物をメタノール、含水メタノール、ヘキサン、アセトンで順次洗浄し真空乾燥してラウリル化キトサン（ラウリル化度５８．２％）を１６．８ｇ得た。
ラウリル化キトサン１０ｇに５５％水酸化ナトリウム水溶液１１０ｇ，８％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液３ｍｌ加え０℃で１．５時間撹拌し、−２０℃で凍結後、室温で融解した。再度−２０℃で凍結、室温で融解し、２−プロパノール１００ｍｌ加え、撹拌しながらモノクロロ酢酸を中和するまで加えた。これにメタノールを加え得られた沈殿物をメタノール、含水メタノール、アセトンで順次洗浄し透析後乾燥してラウリル化カルボキシメチルキチン（カルボキシメチル化度１５８．３％）を１０ｇ得た。
実施例６
ミリスチル化カルボキシメチルキチンの調製（炭素数１４）
実施例１においてラウリルアルデヒドの代わりにミリスチルアルデヒドを用いる以外は実施例１と同様にしてミリスチル化カルボキシメチルキチンを調製した（ミリステル化度２２．６％）。
実施例７
キトサンからの調製
デシル化カルボキシメチルキチンの調製（炭素数１０）
実施例１においてラウリルアルデヒドの代わりにデシルアルデヒドを用いる以外は実施例１と同様にしてデシル化カルボキシメチルキチンを調製した（デシル化度２９．７％）。
実施例８
オクチル化カルボキシメチルキチンの調製（炭素数８）
実施例１においてラウリルアルデヒドの代わりにオクチルアルデヒドを用いる以外は実施例１と同様にしてオクチル化カルボキシメチルキチンを調製した（オクチル化度３６．２％）。
実施例９
ヘキシル化カルボキシメチルキチンの調製（炭素数６）
実施例１においてラウリルアルデヒドの代わりにヘキシルアルデヒドを用いる以外は実施例１と同様にしてヘキシル化カルボキシメチルキチンを調製した（ヘキシル化度３２．７％）。
実施例１０
《可溶化試験》
β−カロテン油の可溶化方法
各種キチン誘導体１００ｍｇに蒸留水４５ｇおよび０．５％ β−カロテン油５ｇを加え撹拌し、超音波装置（ｎｉｓｓｅｉ製，ＮＳ−６０５，２８ｋＨｚ）にて１時間超音波照射した。得られた乳化溶液を静置後遠心分離（３，０００ｒ．ｐ．ｍ．，２０分）し油層および沈殿物を除去し水層を得た。また、キチン誘導体を加えることなく同様に処理したものをコントロールとした。
水層中のβ−カロテン測定法
ｂ値（黄色み）を測定することによって水層のβ−カロテン量とした。ｂ値の測定は色差計（ＭＩＮＯＬＴＡ，ＣＲ−２００，セルφ２９ｍｍ，サンプル量４ｇ）を用いて行った。
可溶化試験１
目的：原料による違いおよび各置換基の必要性を調べる。結果を表３に示した。

Ｒｕｎ１，２，４，５から疎水基（ラウリル基）、親水基（カルボキシメチル基）ともに必要である。また、イカおよびカニでも可溶化能には違いはない。
キトサンとの違いを明らかにするため、Ｒｕｎ３および５について保存テストを透明なサンプル瓶にて自然光下室温で行った。結果を第２図に示した。キトサンでも水層への可溶化は認められたが安定性が悪く３日後にはほとんど退色してしまった。一方、ラウリル化カルボキシメチルキチンの場合は安定性が良く退色はほとんどみられなかった。
可溶化試験２
目的：ラウリル基の置換度と可溶化能について検討する。結果を第３図に示した。ラウリル基（炭素数１２）の置換度の高い方が可溶化能が高いことが分かった。
可溶化試験３
目的：アルキル化カルボキシメチルキチン誘導体のアルキル鎖の炭素数が可溶化におよぼす影響を調べる。結果を第４図に示した。置換度が同じ程度では炭素数が減少するほど可溶化能が高かった。炭素数が短いと水溶性が増し水への分散性が良く水層中のキチン誘導体の数が多くなり、β−カロテンを多く取り込めるのではないかと考えられる。実際、炭素数６の誘導体のみ水に溶解することを確認した。この効果は保湿剤等として利用しうる。
粒度分布の測定法
島津遠心沈降式粒度分布測定装置ＳＡ−ＣＰ３を用いて、遠心浮上モード、粒子密度１．４、溶質密度０．９９７、溶質粘度０．９１６、室温にて測定した。
平均粒子経の結果を表４に示した。

今回の調製法では、アルキル化カルボキシメチルキチンの粒子経はコントロールに比べ小さかった。
凍結乾燥耐性試験
水層の一部を凍結乾燥し同量の水に再溶解し評価した。
炭素数６と炭素数１２のアルキル化カルボキシメチルキチン誘導体について凍結乾燥によるミセルの耐性を調べたところ、炭素数６は再溶解時の分散性が良く、凍結前の溶液のｂ値とほぼ同じ値であった（ｂ値残存率９３．３％）。しかし、炭素数１２については再溶解時の分散性が悪く一部油の分離が認められ油滴を除いたｂ値の残存率も３２．５％と低くなってしまった。
レトルト耐性試験
炭素数６と炭素数１２のアルキル化カルボキシメチルキチン誘導体についてレトルトパウチを用いて１２１℃１０分オートクレープ処理し評価した。
水層のｂ値残存率は炭素数６で７９．６％、炭素数１２で９７．３％とレトルト耐性が認められた。
産業上の利用可能性
土壌改良剤、タンパク凝集剤およびミセル形成剤などに有用な親水性置換基としてカルボキシル低級アルキル基および疎水性置換基を有するキチン誘導体を提供することができる。当該キチン誘導体からなる高分子ミセル型担体およびそれを用いた難溶性香料、難溶性色素または油脂のミセル様水性組成物を提供することができる。

Claims (5)

1. キチンを原料とし、カルボキシメチル化、脱アセチル化、アルキル化を順次行って製造した下記式（１）で示されるカルボキシメチル基を有するキチン誘導体。
   

   

   〔式中、Ｒ₁は、（ＣＨ₂）ｎＣＨ₃でｎ＝１から２０のアルキル基、（ＣＨ₂）ｎＣＯＯＨでｎ＝１のカルボキシメチル基およびその塩、ＨまたはＣＯＣＨ₃で規定され、Ｒ₂は（ＣＨ₂）ｎＣＯＯＨでｎ＝１のカルボキシメチル基およびその塩またはＨで規定され、キチンのＮアセチル基の脱アセチル化度が７０−１００％であり（１単糖につき１個脱アセチル化された場合を１００％とする）、Ｒ₁の上記アルキル基への置換度が１０−１００％であり（１単糖につき１個置換された場合を１００％とする）、Ｒ₂の上記カルボキシメチル基への置換度が５０−２００％であり（１単糖につき２個置換された場合を２００％とする）、キチン母核分子量が１５万以下である。〕
2. 式中、キチン母核分子量が１０万以下である請求項１のキチン誘導体。
3. 請求項１または２のキチン誘導体からなることを特徴とする高分子ミセル型担体。
4. 請求項１または２のキチン誘導体を高分子ミセル型担体とし、水溶液中で高分子ミセルを形成している当該高分子ミセル型担体のミセルの中に疎水性化合物を包摂していることを特徴とするミセル様水性組成物。
5. 疎水性化合物が難溶性香料、難溶性色素または油脂である請求項４のミセル様水性組成物。

Images