JP7383160B2 - 動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する装置及び方法 - Google Patents
動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する装置及び方法 Download PDFInfo
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Description
発酵培養容器と、発酵培養容器に設けられる2個のローラー及び2枚のヒートガイドプレートとを含む装置であって、
2個のローラーの回転軸の両端がそれぞれ、前記発酵培養容器の内壁に可動的に連接され、2個のローラーが水平方向に平行に配列され、ローラーの間に隙間があり、且つローラーの回転軸の間の距離が調整可能であり、
2枚のヒートガイドプレートと2個のローラーの回転軸とは平行であり、1枚のヒートガイドプレートは、一端が前記発酵培養容器と可動的に連接され(好ましくは、留め具で連接する。)、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、1個のローラーに当接するとともに、他方のヒートガイドプレートは、一端が前記発酵培養容器とが可動的に連接され、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、他方のローラーに当接する、
動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する装置を提供する。
上記の装置を用いて動的発酵を行う方法であって、
ローラーの間隔を、その隙間の最小幅が芯材の直径または寸法(この寸法は、芯材が2個のローラーの上方に挟まれることを満たす。)より小さくなるように調整し、上記芯材がそれぞれ隙間の上方で2個のローラーに当接するように、被覆する芯材を滅菌してから2個のローラーの隙間の上方に置き、ローラーの回転に伴い芯材が水平変位のない振動(回転を含む。)を実現できるように、ローラーの回転速度と回転方向を設定するステップと、
2つのヒートプレートの一端は芯材とローラーとが当接する隙間に位置するように、ヒートプレートの長さを設定し、ヒートプレートの角度を調節する(これにより、芯材がローラーに連られて回転することを確保するだけではなく、熱可塑性高分子をヒートガイドプレートに沿って流せ、ローラーの回転により芯材の表面に被覆されることも可能となる。)ステップと、
バクテリアセルロース発酵培地を調合し、高圧滅菌した後、菌株のシードマッシュと混合して発酵混合液を得るステップと、
発酵混合液を発酵培養容器に入れ、芯材を浸漬し、ローラーを起動して同方向回転で動的発酵を行い、発酵終了後、発酵液を排出し、この時、芯材の外層には菌株発酵により得られたバクテリアセルロースが被覆され、芯材/バクテリアセルロース複合物が形成され、ヒートガイドプレートを起動し、熱可塑性高分子の加熱液をそれぞれ両端のヒートガイドプレートに沿って流せて、ローラーの回転に伴い、熱可塑性高分子を芯材/バクテリアセルロース複合物の表面に均一に塗布し、コア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造するステップ、または、
ヒートガイドプレートを起動し、熱可塑性高分子の加熱液をそれぞれ両端のヒートガイドプレートに沿って流せて、ローラーの回転に伴い、熱可塑性高分子を芯材の表面に均一に塗布し、芯材/熱可塑性高分子複合物を得、発酵混合液を発酵培養容器に入れ、ローラーを浸漬し、ローラーを起動して同方向回転で動的発酵を行い、発酵終了後、発酵液を排出し、この時、芯材/熱可塑性高分子複合物の外層には菌株発酵により得られたバクテリアセルロースが被覆され、コア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造するステップと、
を含む、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を更に提供する。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する装置を提供する。図1に示す通り、該装置は、発酵培養容器1と、発酵培養容器に設けられる2個のローラー2及び2枚のヒートガイドプレート5とを含む。2個のローラー2の回転軸の両端がそれぞれ、前記発酵培養容器の内壁に可動的に連接され、2個のローラーが水平方向に平行に配列され、ローラーの間に隙間が設けられ、且つローラーの回転軸の間の距離が調整可能であり、2枚のヒートガイドプレート5と2個のローラー2の回転軸は平行であり、1枚のヒートガイドプレート5は、一端が留め具6で発酵培養容器1に可動的に連接され、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、1個のローラーに当接されるとともに、他方のヒートガイドプレートは、一端が留め具6で前記発酵培養容器に可動的に連接され、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、他方のローラー2に当接される。2個のローラーは形状・寸法が同一な円柱状ローラーであることが好ましい。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を提供し、上記実施例1の装置を用いて動的発酵を行い、以下のステップを含む。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を提供し、上記実施例1の装置を用いて動的発酵を行い、以下のステップを含む。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を提供し、上記実施例1の装置を用いて動的発酵を行い、以下のステップを含む。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を提供し、上記実施例1の装置を用いて動的発酵を行い、以下のステップを含む。
本実施例は、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法を提供し、上記実施例1の装置を用いて動的発酵を行い、以下のステップを含む。
実施例1で製造した、球形ポリウレタン材料の表面がポリエチレン/バクテリアセルロースに均一に被覆されるコア/シェル構造複合材料について、以下の性能テストを行った。
Claims (19)
- 発酵培養容器と、発酵培養容器に設けられる2個のローラー及び2枚のヒートガイドプレートとを含む装置であって、
2個のローラーの回転軸の両端がそれぞれ、前記発酵培養容器の内壁に可動的に連接され、2個のローラーが水平方向に平行に配列され、ローラーの間に隙間があり、且つローラーの回転軸の間の距離が調整可能であり、
2枚のヒートガイドプレートと2個のローラーの回転軸とは平行であり、1枚のヒートガイドプレートは、一端が前記発酵培養容器と可動的に連接され、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、1個のローラーに当接するとともに、他方のヒートガイドプレートは、一端が前記発酵培養容器と可動的に連接され、他端が斜め下方に2個のローラーの隙間の上方まで伸びていて、他方のローラーに当接する、
動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する装置。 - 前記装置は、2個のローラーの回転を駆動する駆動部材を更に含む、請求項1に記載の装置。
- 前記駆動部材は2個のローラーの同方向回転を駆動するためのものである、請求項2に記載の装置。
- 前記装置は、2枚のヒートガイドプレートを加熱する加熱部材を更に含む、請求項1に記載の装置。
- 前記2個のローラーは形状、寸法が同一な円柱状ローラーである、請求項1に記載の装置。
- 2枚のヒートガイドプレートはそれぞれ、前記発酵培養容器の内側壁との角度が15~60度である、請求項1に記載の装置。
- 請求項1に記載の装置を用いて動的発酵を行う方法であって、
ローラーの間隔を、その隙間の最小幅が芯材の直径または寸法より小さくなるように調整し、芯材がそれぞれ隙間の上方で2個のローラーに当接するように、被覆する芯材を滅菌してから2個のローラーの隙間の上方に置き、ローラーの回転に伴い芯材が水平変位のない振動を実現できるように、ローラーの回転速度と回転方向を設定するステップと、
2つのヒートプレートの一端は芯材とローラーとが当接する隙間に位置するように、ヒートプレートの長さを設定し、ヒートプレートの角度を調節するステップと、
バクテリアセルロース発酵培地を調合し、高圧滅菌した後、菌株のシードマッシュと混合して発酵混合液を得るステップと、
発酵混合液を発酵培養容器に入れ、芯材を浸漬し、ローラーを起動して同方向回転で動的発酵を行い、発酵終了後、発酵液を排出し、この時、芯材の外層には菌株発酵により得られたバクテリアセルロースが被覆され、芯材/バクテリアセルロース複合物が形成され、ヒートガイドプレートを起動し、熱可塑性高分子の加熱液をそれぞれ両端のヒートガイドプレートに沿って流せて、ローラーの回転に伴い、熱可塑性高分子を芯材/バクテリアセルロース複合物の表面に均一に塗布し、コア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造するステップ、または、
ヒートガイドプレートを起動し、熱可塑性高分子の加熱液をそれぞれ両端のヒートガイドプレートに沿って流せて、ローラーの回転に伴い、熱可塑性高分子を芯材の表面に均一に塗布し、芯材/熱可塑性高分子複合物を得、発酵混合液を発酵培養容器に入れ、ローラーを浸漬し、ローラーを起動して同方向回転で動的発酵を行い、発酵終了後、発酵液を排出し、この時、芯材/熱可塑性高分子複合物の外層には菌株発酵により得られたバクテリアセルロースが被覆され、コア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料が製造されるステップと、
を含む、動的発酵によってコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を製造する方法。 - より多い層を持つコア/シェル構造のバクテリアセルロース複合材料を得るように、動的発酵によるバクテリアセルロースの被覆ステップ及び/または熱可塑性高分子の被覆ステップを繰り返すことを更に含む、請求項7に記載の方法。
- 前記芯材は、無機材料、有機高分子材料及び金属材料の1種又は複数種の組み合わせを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記芯材の形状は球形、準球形、円柱形、棒状体または任意の不規則体である、請求項7に記載の方法。
- 前記熱可塑性高分子材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル及びポリ乳酸の1種又は複数種の組み合わせを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ヒートガイドプレートの加熱温度は50~300℃である、請求項7に記載の方法。
- 前記菌株は、アセトバクターキシリナム、リゾビウム属、スポロサルシナ属、シュードモナス属、アクロモバクター属、アルカリゲネス属、アエロバクター属及びアゾトバクター属の1種又は複数種の組み合わせを含む、請求項7に記載の方法。
- 菌株のシードマッシュの仕込み量は発酵培地の1~5wt%である、請求項7に記載の方法。
- 動的発酵を行う期間は3~30日であり、発酵温度は20~30℃である、請求項7に記載の方法。
- 動的発酵を行う際、2個のローラーの回転速度が同一でいずれも0.1~60rpmである、請求項7に記載の方法。
- 動的発酵を行う際、2個のローラーの回転速度が同一でいずれも4~20rpmである、請求項16に記載の方法。
- 動的発酵の過程において、発酵混合液に0.1~5wt%の可溶性添加剤を添加することを更に含み、
前記可溶性添加剤は、ゼラチン、ヒアルロン酸ナトリウム、澱粉、ペクチン、キトサン、アルギン酸ナトリウム及び可溶性セルロース誘導体の1種又は複数種の組み合わせを含む、
請求項7に記載の方法。 - 動的発酵終了後、バクテリアセルロースを内包している複合物を精製するステップを更に含み、具体的には、70~100℃の温度下で、質量分率4%~8%のNaOH水溶液において4~6h洗浄し、更に、中性まで蒸留水で繰り返しフラッシングする、請求項7に記載の方法。
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