JPH01199604A - バクテリアセルロース含有濾過膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アセトバクター属に属する微生物が産生ずる
バクテリアセルロースまたは該バクテリアセルロースを
化学修飾したものを主成分とする濾過膜に関するもので
ある。濾過膜を用いる物質の分離法は加熱や冷却による
分離濃縮法よりもエネルギー損失が少なく、操作も簡単
であることから様々な分野での利用が期待されている。

〔従来の技術〕

従来から濾過膜の材料として種々の素材のものが知られ
ており、例えば植物性セルロースを原料として溶解性酢
化により製造されるセルロースアセテート膜は海水の淡
水化等の実用に供されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の植物性セルロースまたはセルロース誘導体を素材
として調製された濾過膜の力学的な強度は強（なく、ま
た用途が限定されたり、再生使用が限られるため、コス
ト的にも高くなるなど、改良の余地が残されていた。こ
れは、原料の植物性セルロースの結晶性が低いため、こ
れを素材として調製した濾過膜の力学的強度が低かった
ものと考えられる０本発明の目的は、従来の植物起源の
セルロースを原料として調製された濾過膜より強度的に
すぐれ、再生可能な濾過膜を提供することにある。

〔課店を解決するための手段〕

本発明者らは、長年にわたり酢酸菌の一種であるアセト
バクター・キシリナム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ　Ｈ土
ｉｎｕｍ）の産生ずるバクテリアセルロースの研究にた
ずされってきた。この研究から、バクテリアセルロース
が植物性セルロースと同様のシート状配向をとっている
上に、セルロースの微結晶面（ミラー指数が（１１０）
　）が膜面に平行な方向に配向しているため、植物性セ
ルロースと比較して強度的に著しくすぐれていることを
見出した。さらに、このバクテリアセルロースを酢化（
アセチル化）や硝化にトロ化）などの化学修飾処理する
ことにより、透水性や物質透過性を変えることが可能で
あり、濾過対象物や用途を考慮して適切な性能を有する
濾過膜が製造できることを見出し、かかる知見に基づい
て本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明はアセトバクター属に属する微生物が
産生ずるバクテリアセルロースまたは該バクテリアセル
ロースを化学修飾したものを主成分とする濾過膜に関す
るものである。

本発明で使用されるバクテリアセルロースは、アセトバ
クター属に属する微生物の産生ずるものであれば特に限
定はない。バクテリアセルロース産生菌としては、アセ
トバクター属に属する微生物でバクテリアセルロースの
産生能を有する菌株であればいずれでも良いが、中でも
アセトバクター・キシリナム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ
す環１明）の−群の微生物が特に好適に用いられ、具体
的にはアセトバクター・キシリナムＱユυ月μ星、現在
はアセトバクター・バスッリアヌス（Ｌ匹旦匹旦旦旦）
と呼ばれている。）ＡＴＣＣ１０２４５などが挙げられ
る。

バクテリアセルロースを産生させる培地としては、通常
の細菌を培養する一般的な培地を用いればよく、炭素源
、窒素源、無機塩類、その他必要に応じてアミノ酸、ビ
タミン、その他の栄養源を含むものである。具体的には
、ｌ１ｅｓ　ｔｒｉｎ−Ｓｃｈｒａｍｍ墳地が特に好適
に用いられる。

培養条件も通常の条件で良く、ｐＨは菌が生育し、バク
テリアセルロースを産生ずる条件で良く、通常５ないし
９、好ましくは６である。また、培養温度は２０〜４０
’Ｃ，好ましくは３０″Ｃ付近である。

培養方法については、通気攪拌培養でもバクテリアセル
ロースの産生は可能であるが、濾過膜に容易に成型加工
できることから、静置培養で培養液表面に産生させる方
法が好ましい。

本発明で使用するバクテリアセルロースは、微生物の培
養物からの単離精製したものの他、用途に応じである程
度不純物を含むものであってもよく、また、菌体がある
程度台まれているものでも差しつかえない。

産生されたバクテリアセルロースは、必要に応じて除蛋
白処理をした後、通常は水洗して使用する。水洗後、バ
クテリアセルロースが分解しない方法、たとえば風乾な
どの一般的な方法で乾燥させ、膜状に成型し、而単にバ
クテリアセルロース含有膜（以下、バクテリアセルロー
ス膜という。）を得ることができる。

このようにして調製したバクテリアセルロース膜をその
まま濾過膜として使用することもできるが、濾過対象物
や用途を考えて、常法による酢化処理や硝化処理などの
化学修飾を行ない、濾過特性を変えて使用することも可
能である。たとえば、酢化処理でセルロース分子中の水
酸羨をアセチル基に置換することによりバクテリアセル
ロース膜のボア・サイズが変わり、親水性から疎水性へ
と膜の特性を変えることができるので、分離膜としての
性能を向上させることができる。このように、バクテリ
アセルロース膜そのもののみならず、バクテリアセルロ
ース膜を化学修飾することにより、種々の濾過特性をも
つ力学的強度の強い濾過膜を製造することができ、種々
の用途への適用が可能となる。

〔実施例〕

以下に実施例を示し、本発明の詳細な説明する。

調製例１　（バクテリアセルロース膜の調製）アセトバ
クター・キシリナムＡＴＣＣ１０２４５を）ｌｅｓｔｒ
ｉｎ−Ｓｃｈｒａｍｍ培地（Ｄ−グルコース２．０ｇ。

バタトベプトン（デイフコ社製）０．５ｇ、酵母エキス
（デイフコ社製）０．５ｇ、クエン酸０．１１５ｇ、リ
ン酸水素二ナトリウム０．２７ｇ、蒸留水１００ｄ、　
ｐＨ６，０）に植菌し、２９°Ｃで７２ないし９６時間
静置培養した。培養終了後、培養液表面にＡｔされたバ
クテリアセルロースを主成分とする膜をとり出し、１％
ＮａＯＨ水溶液により室温で２４時間除蛋白処理を行な
った。次いで、１％酢酸溶液にて室温で２４時間中和処
理を行なった。水洗後、ガラス板上で風乾してバクテリ
アセルロース膜を調製した。調製した膜の厚さは１６μ
ｍ、直径４６ｍｍであった。

上記のようにして調製したバクテリアセルロース膜の強
度を紙の物理試験法に準じて測定した。

その結果、この膜の裂断長は７．９２ｋｎ＋であった。

一方、対照として用いたケブラーの繊維シートやガラス
繊維の裂断長はそれぞれ２．１　ｋｍ、　６．３　ｋｍ
であった。また、比破裂度はバクテリアセルロース膜が
５．５４であったのに対し、ケブラーの繊維シートは１
．７、ガラス繊維のシートは４．６であった。万能ひっ
ばり試験機を使用してヤング率を測定したところ、バク
テリアセルロース膜が５、４２　Ｘ　１０　’ｋｇ／　
ｍｍ”であったのに対し、ケブラーの繊維シートおよび
ガラス繊維のシートはそれぞれ１．４２　Ｘ　１０’ｋ
ｇ／ｍｍ”、　０．４６　Ｘ　１０３ｋｇ／ｍｍ”であ
った。

いずれの測定においても、バクテリアセルロース膜はケ
ブラーの繊維シートの３〜４倍の強度を示し、またガラ
ス繊維のシートと同程度以上の強度を示した。

調製例２（酢化バクテリアセルロース膜の調製）調製例
１と同様の方法で調製した風乾バクテリアセルロース膜
１５０〜２００ｍｇを氷酢酸（浴比５０倍、対セルロー
ス重量比）で室温にて２４時間前処理した後、前処理反
応浴より引きあげ、反応浴比１００倍で酢化反応浴中に
入れ、室温で１ないし１００時間反応させた。酢化反応
浴の組成は無水酢酸２５０ｄ、ベンゼン７５０　ｍｌお
よび無水酢酸２５０戚に濃硫酸５．３８ｇを入れ、１０
０°Ｃで１０分間加熱してスルホ酢酸としたものからな
る。酢化反応後、安定化処理としてベンゼンで洗浄し、
さらにエタノールで洗浄後、水洗し、ガラス板上で風乾
し酢化バクテリアセルロース膜を調製した。なお、膜が
着色している場合は、８０％エタノール水溶液で５０°
Ｃ１３時間処理して脱色した。

このようにして調製した膜の置換度（グルコース残基当
り３個存在する水酸基が何個アセチル基で置換されたか
を示す）を元素分析法で測定したところ、２．６４であ
った。また、調製した膜の厚さは２６μｍ、直径は４４
ｍｍであった。

調製例３（硝化バクテリアセルロース膜の調製）調製例
１と同様の方法で調製した風乾バクテリアセルロース膜
１５０〜２００　ｍｇを反応浴比７０倍（対セルロース
重量比）で硝化反応浴中に入れ、０°Ｃで５〜６０分反
応させた。硝化反応浴の組成は濃硫酸７５ｇおよび発煙
硝酸２５ｇからなる。

反応後、安定化処理として洗液が酸性を示さなくなるま
で２〜３回蒸留水中で洗浄した。その後、ガラス板上で
風乾し硝化バクテリアセルロース膜を調製した。調製し
た膜の置換度を元素分析法で測定したところ、１．０２
であった。また、調製した膜の厚さは２１μｍ、直径は
４４ｍｍであった。

実施例１ 調製例１〜３で得られたバクテリアセルロース膜、酢化
バクテリアセルロース膜および硝化バクテリアセルロー
ス膜について、純水の透水速度を攪拌型ウルトラホルダ
ー（加圧濾過器）により測定した。この結果を第１図に
示す。

第１図より明らかなように、バクテリアセルロース膜と
比較して酢化バクテリアセルロース膜および硝化バクテ
リアセルロース膜は透水速度が低下したが、工業化には
十分な透水速度であった。

透水性は膜の孔の大きさよりも膜自身の親水性によるこ
とが判った。

実施例２ 調製例１〜３で得られたバクテリアセルロース膜、酢化
バクテリアセルロース膜および硝化バクｆ’）アセルロ
ース膜について、どの程度の大きさを持つ物質を排除で
きるのか（排除率）を下記の方法で測定した。分子量の
わかっているポリエチレングリコールとデキストラン、
すなわちＰ、Ｅ。

Ｇ、−６０００（分子量’６，０００）、Ｐ、Ｅ、Ｇ、
−２００００（同２０，０００）、Ｐ、Ｅ、Ｇ、−５０
０００（同５０．０００）、デキストランＴ−５００（
同５００．０００）、デキストランＴ−２０００（同２
．０００，０００）の５種類を水に各々１，０００ｐｐ
ｍとなるように溶かし、室温で圧力４　ｋｇ　／　ｃｒ
ｌの条件で液体クロマトグラフィー（カラム：Ｇ２００
０ＳＷ、東ソー■製）により溶質濃度を測定し、初めに
溶出してきた溶液中の溶質濃度から排除率を算出した。

この結果を第２図に示す。また、この時の各種溶液の透
過速度（ｅ／ｒｒｒ−ｈｒ）を第１表に示す。なお、参
考のために純水の透過速度も第１表に示した。

第２図から明らかなように、バクテリアセルロース膜は
分子量ｓｏ、ｏｏｏ以上で一定となり、排除率は２５％
程度であるが、酢化バクテリアセルロース膜は分子ｉ１
０’以上で排除率が９０％を超える。なお、酢化バクテ
リアセルロース膜の結晶性および面配向度の増加と共に
排除率が増加し、該膜の結晶性を高めることにより排除
率は１００％近くになる。また硝化バクテリアセルロー
ス膜は分子量１０４までの排除率は１０％と低いものの
、分子量が１０’以上では急激に上昇しており、各々異
なった濾過特性を示した。

第１表 第１表より明らかなように、バクテリアセルロース膜お
よび酢化バクテリアセルロース膜では分子量に関係なく
透過速度が一定であるが、硝化バクテリアセルロース膜
では高分子量になるほど透過速度が急激に低下する濾過
特性を示した。

〔発明の効果〕

本発明のバクテリアセルロース含有濾過膜は、力学的強
度が強い上に、濾過対象物や用途を考慮してそれぞれ適
切な性質をもつ濾過膜を調製することができる。したが
って、本発明の濾過膜は逆浸透膜、限外濾過膜などとし
て様々な分野で広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における純水の透水速度を示す。第２
図は実施例２における各種溶質の排除率を示す。 排除率（％） 耀耀 純水透水速度（βｈｒン 爆爆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アセトバクター属に属する微生物が産生するバクテリア
   セルロースまたは該バクテリアセルロースを化学修飾し
   たものを主成分とする濾過膜。