JPH06329701A

JPH06329701A - 高強度微生物セルロース複合化物，その製造法及び用途

Info

Publication number: JPH06329701A
Application number: JP13698893A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Takai; 光男高井; Kenji Tajima; 健次田島; Masahiro Fukaya; 正裕深谷; Yuko Kanegae; 祐子鐘ヶ江; Hajime Okumura; 一奥村; Kichiya Kawamura; 吉也川村
Original assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Current assignee: Nakano Vinegar Co Ltd
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-11-29
Anticipated expiration: 2019-03-22
Also published as: JP3509126B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】微生物セルロースおよびセルロース誘導体か
らなる高強度微生物セルロース複合化物、および当該高
強度微生物セルロース複合化物の製造法並びに上記高強
度微生物セルロース複合化物を含有する生分解性プラス
チックと高強度微生物セルロース複合化物を含有する音
響振動板。【効果】本発明によれば、微生物セルロースとセルロ
ース誘導体からなる高強度微生物セルロース複合化物と
その効率的な製造法が提供される。この微生物セルロー
ス複合化物は、高い動的ヤング率を示し、しかも生分解
性である。そのため、本発明の微生物セルロース複合化
物は生分解性プラスチック，音響振動板などとして有用
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物セルロースおよ
びセルロース誘導体からなる高強度微生物セルロース複
合物，その製造法及び用途に関する。

【０００２】

【従来の技術】微生物セルロースは、力学的に高強度の
材料として開発が進められており、音響振動板として実
用化されている。しかし、微生物セルロース単独では、
植物起源のセルロース、例えばパルプセルロースと比較
して非常に高価であることから、応用範囲も限定されて
いる。本発明者らは、先に微生物セルロースまたはその
誘導体と高分子物質との複合化物が微生物セルロースよ
りも、優れた物理化学的性質を示すことを見出し、特許
出願している（特開平３ー１５７４０２号明細書）。

【０００３】上記の発明で製造される複合化物は、乳化
安定化作用，分散性，水分保持力を示し、また分離膜材
料として高強度で、かつ選択的透過性も示すなど、微生
物セルロース単独よりも複合化することにより有用性が
高まった材料であった。微生物セルロースの示す特徴的
な性質の一つは、該セルロースをシートとしたときの動
的ヤング率が５０ＧＰａ程度と極めて高いことにある。
しかしながら、これらの複合化物からなるシートの強度
は、本発明者らが調べた限りでは、微生物セルロース単
独の強度と同等か同等以下であった。また、微生物セル
ロースは生分解性プラスチックとしての利用も考えられ
るが（特願平４−１２６７０７号明細書）、実用化のた
めには強度の向上および生分解性を制御することが必要
である。しかし、これまではこれら事項についての知見
は全くなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微生
物セルロースの優れた特徴を有しながら、微生物セルロ
ース単独よりも高い動的ヤング率を示す新規な材料を開
発すること並びに微生物セルロース単独では困難である
生分解性を制御する方法を確立することである。

【０００５】本発明者らは、先の発明における微生物セ
ルロースと高分子物質からなる複合化物の物性について
検討したところ、微生物セルロース単独よりも低い動的
ヤング率を示す場合があり、これは微生物セルロースと
組み合わせて使用する高分子物質の種類に影響されるこ
とを見出した。さらに、動的ヤング率が低下する原因に
ついて鋭意検討したところ、組み合わせる高分子物質の
種類とその添加濃度により、生成される複合化物と該複
合化物の動的ヤング率の間に一定の傾向が見られること
を見出した。この知見は、高分子物質の種類や含有量を
制御することにより、微生物セルロース単独よりも、飛
躍的に高い動的ヤング率を示す複合物を形成できる可能
性があることを示唆していることに着目し、高分子物質
の種類とその添加濃度および複合化物を得るための培養
方法と生成される複合化物の動的ヤング率の関係をより
詳細に検討した。

【０００６】その結果、従来、ミクロフィブリルの配向
性が高いほど、動的ヤング率が高いと考えられていたの
に反して、動的ヤング率を支配するのは、配向性と共に
ミクロフィブリルの繊維長であると推定されることを見
出した。そこで、この知見に基づき鋭意検討し、従来全
く考慮されていなかった分子量の大きなセルロース誘導
体を使用することにより、複合化物の動的ヤング率が微
生物セルロース単独よりも顕著に高まることを見出し
た。また、複合化させるために用いるセルロース誘導体
を適宜選択することにより、産生された微生物セルロー
ス複合化物が高い動的ヤング率を示しながら、同時に生
分解性を制御できることを見出した。これらの知見をも
とに、本発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は微生
物セルロースおよびセルロース誘導体からなる高強度微
生物セルロース複合化物、微生物セルロース産生用培地
にセルロース誘導体を添加した培地に微生物セルロース
産生能を有する微生物を培養し、微生物セルロースと該
セルロース誘導体とからなる高強度微生物セルロース複
合化物を蓄積させ、該複合化物を採取することを特徴と
する上記高強度微生物セルロース複合化物の製造法、微
生物セルロース産生用培地に微生物セルロース産生能を
有する微生物を培養して得られる微生物セルロースを離
解し、該微生物セルロースとセルロース誘導体を混合し
て複合化させることを特徴とする前記の高強度微生物セ
ルロース複合化物の製造法並びに該高強度微生物セルロ
ース複合化物を含有する生分解性プラスチックおよび高
強度微生物セルロース複合化物を含有する音響振動板を
提供するものである。

【０００８】本発明における微生物セルロースおよびセ
ルロース誘導体からなる複合化物を調製する方法として
は、先に述べた特開平３ー１５７４０２号明細書に開示
の方法などが挙げられる。具体的には、微生物セルロー
スを産生するにあたり、微生物セルロース産生菌を培養
する培地にセルロース誘導体を添加して培養を行い、培
養中に微生物セルロースを複合化する方法および産生さ
れた微生物セルロースを離解し、この離解物とセルロー
ス誘導体を混合することにより複合化する方法の二つが
ある。

【０００９】このうち前者の方法、すなわち微生物セル
ロース産生菌を培養し、微生物セルロースを産生するに
あたり、培地中にセルロース誘導体を添加することによ
り該セルロース産生中に該セルロースと該高分子物質と
を複合化する方法によれば、産生された微生物セルロー
スフィブリルが、培地に予め存在するセルロース誘導体
とフィブリル単位で強い相互作用を起こすため、両フィ
ブリル間で均一で、しかも強固なネットワークができ、
より好ましい微生物セルロース複合化物を産生させるこ
とができる。

【００１０】本発明に用いるセルロース誘導体として
は、特に制限はないが、微生物セルロースと親和性が高
く、強い相互作用を示すものが好適に用いられる。具体
的には、メチルセルロース，エチルセルロース，アセチ
ルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，ヒドロキ
シプロピルセルロース，カルボキシメチルセルロースな
どを挙げることができる。これらの高分子物質は単独で
用いてもよく、所望により２種以上を組み合わせて用い
ることができる。

【００１１】これらのセルロース誘導体の平均分子量は
１万以上、好ましくは１万〜１５０万が好適である。さ
らに好ましくは、メチルセルロースにおいては７万〜１
５万、エチルセルロースにおいては８万〜１００万、ヒ
ドロキシエチルセルロースにおいては５万〜１５０万、
ヒドロキシプロピルセルロースにおいては１０万〜１５
０万である。セルロース誘導体が下限未満の分子量であ
ると、微生物セルロースとの複合化物は産生されるが、
産生された複合化物を乾燥してシートとしたときの動的
ヤング率は、微生物セルロース単独のシートの動的ヤン
グ率とほぼ同等の強度しか得られない。また、セルロー
ス誘導体の平均分子量が上限を越えると、培地へ添加し
たときに培地の粘度が高くなり、有効な濃度までセルロ
ース誘導体を添加することが困難になるからである。

【００１２】上記のセルロース誘導体は、なるべく純度
の高いものを用いることが望ましいが、用途に応じてあ
る程度不純物を含むものであっても差し支えない。セル
ロース誘導体の培地へ添加量は、0.１％（重量）以上、
好ましくは0.１〜1.０％（重量）である。また、セルロ
ース誘導体の培地への添加方法は任意であり、例えば培
養開始時に一度に添加してもよいし、培養中に数回に分
割して添加しても良い。

【００１３】本発明に使用される微生物セルロースを産
生する微生物についても、目的とする微生物セルロース
を産生するものであれば特に限定はない。微生物セルロ
ース産生菌の具体例を示すと、アセトバクター属，グル
コノバクター属，シュードモナス属，アグロバクテリウ
ム属などに属する微生物があり、これらの中ではアセト
バクター属に属する微生物は、微生物セルロースの産生
能が高いので特に好ましい。アセトバクター属に属し、
微生物セルロースを産生するする能力を有する微生物の
具体例を示すと、アセトバクター・パストリアヌスＡ
ＴＣＣ１０２４５，アセトバクター・キシリナムＩＦ
Ｏ３２８８，同ＩＦＯ１３６９３，同ＩＦＯ１３７７２
などが挙げられる。

【００１４】微生物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。
アセトバクター属に属する微生物の場合には、Hestrin-
Schramm 培地(Biochem.J. 、第５８巻、第３４５頁（１
９５４年））が特に好適に用いられる。

【００１５】培養条件は通常の細菌を培養する条件でよ
く、ｐＨは微生物セルロース産生菌が生育し、微生物セ
ルロースを産生する条件、通常は５ないし９が適当であ
る。また、培養温度は２０〜４０℃の範囲、特に２５〜
３５℃の範囲が好適である。培養方法は、通気撹拌培
養，静置培養，撹拌培養，通気培養いずれでもよい。産
生された微生物セルロース複合化物は、通常は除蛋白質
処理をしたのち、水洗して使用する。例えば、培養終了
後の微生物セルロース複合化物の精製は、培養液表面ま
たは培養液内に生成した微生物セルロースとセルロース
誘導体を含むゲル状物質を取り出し、ラウリル硫酸ナト
リウム２％水溶液に浸漬し、１００℃で３０分間煮沸
し、その後冷却し、２％水酸化ナトリウム溶液に３７
℃、１昼夜浸し、さらに２％酢酸溶液に１昼夜浸漬した
後、酢酸が残存しないように水で十分洗浄する方法が適
用される。

【００１６】このようにして調製した微生物セルロース
とセルロース誘導体からなる複合化物は、そのまま風
乾、凍結乾燥などの該複合化物が分解しない方法で脱水
乾燥させて膜状に成型する方法、または一旦パルプ離解
機などで離解し、ホモゲナイズした離解微生物セルロー
スと高分子物質を混合し複合化する方法がある。後者の
場合、所望の形状となるようにガラス板などの上に微生
物セルロース複合化物をのせて風乾、凍結乾燥などによ
り脱水乾燥させて成型する方法などがある。なお、微生
物セルロース複合化物の用途によっては、乾燥せずにゲ
ル状で使用することが可能である。また、前者の方法に
よって、培地中にセルロース誘導体を添加することによ
り微生物セルロース産生中に該微生物セルロースと該セ
ルロース誘導体とを複合化させる場合には、培養する容
器の形を成型したい形状のものとすることにより、容易
に種々の形状の膜状微生物セルロース複合化物を作製す
ることができる。

【００１７】上記方法で製造された微生物セルロース複
合化物は、複合化しない微生物セルロースと比較して、
シート状にした場合の動的ヤング率が約1.１〜３倍に高
まっている。第１表から分かるように、微生物セルロー
スを生産させるための培地にセルロース誘導体を添加し
て微生物セルロース複合化物を製造する場合、平均分子
量１万以上の特定のセルロース誘導体を添加したときに
のみ、顕著な動的ヤング率の上昇が認められる。このこ
とは、本発明の微生物セルロース複合化物が、従来の微
生物セルロースでは達成し得なかった高強度の素材であ
ることを示している。また、第１表から明らかなよう
に、本発明の微生物セルロース複合化物は高強度の素材
であるにもかかわらず、既知の微生物セルロースと同程
度の高い生分解性を示す。

【００１８】また、セルロース誘導体としてメチルセル
ロースを添加した場合には、得られる微生物セルロース
複合化物の生分解性が抑制されていることから、複合化
させるために用いるセルロース誘導体を適切に選択する
ことにより、微生物セルロース複合化物の生分解性を制
御できることが分かる。したがって、本発明の微生物セ
ルロース複合化物は生分解性プラスチック素材として有
効である。

【００１９】また、上記の高い動的ヤング率を示した微
生物セルロース複合化物のシートについて、その音質を
調べたところ、微生物セルロース単独のシートが紙特有
のカサカサ音がするのに対し、本発明のものは、よりク
リアーな音質であり、音響振動板として優れた特性を有
している。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
する。実施例１アセトバクター・パストリアヌス ATCC10245 株をHest
rin-Schramm （ＨＳ）培地（Ｄ−グルコース 1.０ｇ,
バクトペプトン（ディフコ社製）0.５ｇ, 酵母エキス
（ディフコ社製）0.５ｇ, クエン酸 0.１１５ｇ, リン
酸水素二ナトリウム0.２７ｇ, 蒸留水１００ｍｌ、ｐ
Ｈ6.０）５０ｍｌを分注した３００ｍｌ容量の三角フラ
スコに植菌し、２８℃で１０日間静置して培養した。一
方、上記のＨＳ培地に第１表に示すような各種セルロー
ス誘導体を0.５％添加した培地に上記と同様に植菌し、
同様に培養した。

【００２１】培養終了後、培養液表面に産生された微生
物セルロースを主成分とする膜状のゲルを取り出し、１
％ＮａＯＨ水溶液に浸漬し室温で２４時間処理を行った
後、１％酢酸溶液に浸漬して室温で２４時間中和処理を
行った。この処理を繰り返し、完全に除蛋白質処理がで
きたことを確認した後、水で十分洗浄した。洗浄後、ガ
ラス板にゲルをのせ、室温で２日間風乾し、乾燥させて
フィルム状物質を得た。

【００２２】得られたフィルムの乾燥重量および該フィ
ルムのＸ線回析によりフィブリルの面配向性を測定し
た。また、添加したセルロース誘導体の微生物セルロー
ス複合化物中の含有率（取込み率、重量％）は、得られ
たフィルムの元素分析値を基に算出した。フィルムの動
的ヤング率の測定は、振動リード法により測定した。ま
た、フィルムの生分解性は、上記と同様な方法で除蛋白
処理したゲルをパルプ離解機で離解して得られた試料に
クエン酸−リン酸水素二ナトリウム緩衝液（ｐＨ5.０）
を加えて懸濁し、この懸濁液５ｍｌを分注した試験管
に、セルラーゼオノズカＲ−１０（ヤクルト社製）１ｍ
ｇを添加し、５０℃に保温し、２４時間振とう（１２０
strokes/min)した後の反応液中のグルコース生成量を酵
素法（和光純薬製グルコースＣＩＩテストワコー）で測
定し、試験開始時の試料重量のうちグルコースにまで加
水分解された重量を％で表示した。すなわち、分解率１
００％とは試料がすべてグルコース単位まで分解された
ことを示す。

【００２３】第１表は、上記の方法で調製した微生物セ
ルロース複合化物と従来の微生物セルロースの物理化学
的を測定した結果である。第１表に示すごとく、微生物
セルロースフィブリルと添加したセルロース誘導体フィ
ブリル間の相互作用により複合化が起こり、最高４０％
程度の含有率でセルロース誘導体が取り込まれていた。
その結果、微生物セルロース複合化物では、面配向性が
低下したが、動的ヤング率はいずれも無添加の場合に比
較して上昇し、しかも添加したセルロース誘導体の分子
量に依存している。すなわち、微生物セルロースの３８
ＧＰａという値が、４３〜１４０ＧＰａとなり、約1.１
３〜3.６８倍も向上している。また、セルラーゼによる
分解率は、メチルセルロースとの複合化物以外は、動的
ヤング率の向上にも係わらず、微生物セルロースとほぼ
同程度であり、高い生分解性を示した。メチルセルロー
スとの複合化物は、他のセルロース誘導体との複合化物
より低い生分解性を示しているが、これはメチルセルロ
ースがセルラーゼに対し難分解性であるためで、複合化
のために用いるセルロース誘導体を選択したり、複合化
の程度を変化させることにより、容易に微生物セルロー
ス複合化物の生分解性を制御することができる。

【００２４】

【表１】

【００２５】実施例２実施例１と同様のＨＳ培地にセルロース誘導体であるメ
チルセルロース（平均分子量9.４×１０⁴)を種々の濃度
で添加した培地にアセトバクター・パストリアヌスATCC
19245 株を植菌し、実施例１と同様に培養した。培養終
了後、培養液表面に形成された微生物セルロースとメチ
ルセルロースの複合化物を分取し、実施例１と同様にし
て除蛋白処理を行い、実施例１と同様に物理化学的性質
および生分解性を測定した。一方、対照として、メチル
セルロース無添加およびメチルセルロースの代わりにポ
リエチレングリコール２００００（平均分子量2.０×１
０⁴)を種々の濃度で添加したＨＳ培地を使用し、上記と
同様な方法で培養して得た微生物セルロース複合化物に
ついても同様に物理化学的性質を測定した。結果を第２
表に示した。

【００２６】

【表２】

【００２７】第２表から分かるように、0.１％以上のメ
チルセルロースを添加した場合に顕著に動的ヤング率の
向上が認められた。この動的ヤング率の向上が、単に添
加したセルロース誘導体の粘度の効果でないことは、対
照として検討したポリエチレングリコールの添加実験か
ら明かである。すなわち、ポリエチレングリコールを添
加した場合には、生成物の元素分析から算出した取り込
み率が２％程度とほとんど複合化されておらず、ポリエ
チレングリコールと微生物セルロースと間の相互作用が
微弱であることを示している。この場合には、いずれの
添加濃度でも、面配向性の低下は認められず、動的ヤン
グ率の向上も見られなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、微生物セルロースとセ
ルロース誘導体からなる高強度微生物セルロース複合化
物とその効率的な製造法が提供される。この微生物セル
ロース複合化物は、高い動的ヤング率を示し、しかも生
分解性である。そのため、本発明の微生物セルロース複
合化物は生分解性プラスチック，音響振動板などとして
有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１２Ｐ 19/04 Ｃ 7432−4ＢＧ１０Ｋ 13/00 7346−5Ｈ //(Ｃ１２Ｐ 19/04 Ｃ１２Ｒ 1:02） (72)発明者鐘ヶ江祐子愛知県半田市雁宿町２丁目27番地の14 パークサイドヒルズ102号 (72)発明者奥村一愛知県半田市岩滑東町５丁目66番地の14 (72)発明者川村吉也愛知県江南市古知野町古渡132

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物セルロースおよびセルロース誘導
体からなる高強度微生物セルロース複合化物。
【請求項２】セルロース誘導体が、平均分子量１万以
上のものである請求項１記載の高強度微生物セルロース
複合化物。
【請求項３】セルロース誘導体が、メチルセルロー
ス，エチルセルロース，アセチルセルロース，ヒドロキ
シエチルセルロース，ヒドロキシプロピルセルロースお
よびカルボキシメチルセルロースからなる群のうちから
選ばれた１種または２種以上のものである請求項１記載
の高強度微生物セルロース複合化物。
【請求項４】微生物セルロース産生用培地にセルロー
ス誘導体を添加した培地に微生物セルロース産生能を有
する微生物を培養し、微生物セルロースと該セルロース
誘導体とからなる高強度微生物セルロース複合化物を蓄
積させ、該複合化物を採取することを特徴とする請求項
１記載の高強度微生物セルロース複合化物の製造法。
【請求項５】セルロース誘導体の添加量が、0.１〜1.
０％（重量）である請求項４記載の高強度微生物セルロ
ース複合化物の製造法。
【請求項６】微生物セルロース産生用培地に微生物セ
ルロース産生能を有する微生物を培養して得られる微生
物セルロースを離解し、該微生物セルロースとセルロー
ス誘導体を混合して複合化させることを特徴とする請求
項１の高強度微生物セルロース複合化物の製造法。
【請求項７】微生物セルロース産生能を有する微生物
が、アセトバクター属に属する微生物である請求項４ま
たは５記載の高強度微生物セルロース複合化物の製造
法。
【請求項８】請求項１の高強度微生物セルロース複合
化物を含有する生分解性プラスチック。
【請求項９】請求項１の高強度微生物セルロース複合
化物を含有する音響振動板。