JPH0657761B2 - 多孔質キトサン成形物の製造法 - Google Patents

多孔質キトサン成形物の製造法

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JPH0657761B2
JPH0657761B2 JP1045781A JP4578189A JPH0657761B2 JP H0657761 B2 JPH0657761 B2 JP H0657761B2 JP 1045781 A JP1045781 A JP 1045781A JP 4578189 A JP4578189 A JP 4578189A JP H0657761 B2 JPH0657761 B2 JP H0657761B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蛋白の様な巨大分子はもとより、微生物の様な
微粒子の吸着,拡散に優れた機能を有する多孔質キトサ
ン成形物の製造法に関し、本発明で得られた多孔質キト
サン成形物は、微生物固定化用担体,クロマトグラフィ
ー用充填剤,生理活性物質固定化用担体,重金属吸着用
担体等広範な用途に優れた性能を有するものである。
〔従来の技術〕 従来より多孔質キトサン成形物の製造法としては、特公
昭59−30722号,特開昭61−40337号等に開示されたもの
があるが、これらはキトサンの酸性水溶液を塩基性水溶
液中で凝固再生析出して得るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
微生物固定化用担体として効率よく微生物を吸着固定さ
せるためには、担体の表面からその内層部につながる様
に微生物より大きい直径の気孔を多数有することが重要
である。上述した従来より開示されている方法による多
孔質キトサン成形物は、キトサン酸性水溶液の固形分濃
度,凝固浴組成,細孔調節剤量等の条件を、細孔径を大
きくする様に調整して製造を行うことにより成形物の内
部には大きな直径の気孔を有するものを得ることができ
る。しかしながら、この成形物の表面及びその近傍では
凝固浴中でキトサン成形物を凝固再生析出させるため
に、気孔径が小さな多孔状の表面となってしまってい
て、微生物の如きものを固定化しようとしても成形物の
内部にある大きな直径の気孔に入り込める構造ではない
欠点があった。本発明は成形物表面とその近傍でも内部
の大きな多孔気孔径と略同一の気孔径を有するよう改善
することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は低分子量キトサンの酸性水溶液を塩基性水溶液
中で凝固析出させ多孔質キトサン成形物を得、次いで該
多孔質キトサン成形物を酸溶液で処理することを特徴と
する多孔質キトサン成形物の製造法である。
本発明においては、キトサンとして平均分子量が10,000
〜230,000の低分子量キトサンが用いられ、該低分子量
キトサンを酢酸,ジクロル酢酸,蟻酸の単独又は混合物
水溶液に溶解させキトサン酸性水溶液とする。キトサン
酸性水溶液中のキトサンの濃度は2〜20%(重量)の範
囲で自由に選択することができる。この際、キトサン酸
性水溶液中に細孔調節剤として水溶性高分子物質である
ポリビニルアルコール,ポリエチレングリコール等を単
独又は組合せて添加してもかまわない。該キトサン酸性
水溶液からキトサンを再生して多孔質キトサン成形物を
得るためには、例えば孔径0.1〜0.25mmφのノズルより
圧力下で塩基性水溶液中に該キトサン酸性水溶液を一定
量づつ落下させることにより多孔質キトサン粒状体が得
られる。又、キトサン酸性水溶液を定量ポンプでスリッ
トから塩基性水溶液中に押出し再生させるとキトサンフ
ィルムのキトサン成形物が、孔径0.1〜0.25mmφのノズ
ルより塩基性水溶液中に定量的に紡出すれば、繊維状の
キトサン成形物が得られる。塩基性凝固浴中に加える塩
基性物質としては、水酸化ナトリウム,水酸化カリウ
ム,炭酸ナトリウム,炭酸カリウム,アンモニア,エチ
レンジアミン等のアルカリ性物質が用いられ、塩基性溶
液とするには、水,又はメタノール,エタノール等の極
性を有するアルコール類又は水とアルコール類の混合物
に上述の塩基性物質を加えて使用する。
その後、得られた多孔質キトサン成形物を水で中性にな
るまで充分に洗浄する。このようにして得られた水を含
む多孔質キトサン成形物はメタノール,エタノール,イ
ソプロピルアルコール等のアルコール類やアクリロニト
リル等の極性溶媒を用いて水を適宜置換する。次いで酸
の水溶液か極性溶媒を含む酸溶液で表面処理をするが、
この際用いられる酸としては酢酸,蟻酸,プロピオン酸
等の有機酸、又は塩酸,硝酸等の鉱酸が挙げられ、この
時多孔質キトサン成形物に水が含まれていれば酸の水溶
液を、極性溶媒が含まれている場合は該極性溶媒と酸の
混合溶液を用いることが好ましい。多孔質キトサン成形
物は上述の酸溶液で短時間処理し、次いで酸を充分水洗
除去する。酸の濃度としては0.5〜5.0%(重量)のもの
が使用され、酸処理は25℃で10秒〜5分間行なう。しか
しながら、処理条件はキトサン酸性水溶液の濃度,塩基
性凝固浴濃度,処理に用いる酸の種類と濃度によって成
形物内部の大きな気孔を表面に具備させるように自由に
選択できることは勿論である。酸処理後の水洗は成形物
中の酸が充分洗い落される迄流水中で行なう。上述の酸
処理により得られた多孔質キトサン粒状体は、表面及び
その近傍にある、内部より、より直径の小さい細孔径気
孔部分が除去されるので、表面から内部に向って大きな
直径の気孔を有するものとなる。更に、微生物の培養条
件は殆どが中性から酸性の領域で行なわれるために、微
生物固定化用担体として使用する場合は、酸性条件で不
溶であることが必要であり、このため本発明により処理
を行なった多孔質キトサン成形物を、更に架橋試薬によ
り化学修飾することが有効である。架橋剤としては特に
限定されないが特公昭63-54286号,特開昭63-205144
号,特開昭63-28453号で開示した方法により酸不溶化に
することが可能である。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明は実施
例記載の範囲に限定されるものではない。尚、多孔質キ
トサン成形物の表面最大細孔径は凍結乾燥処理の後、走
査型電子顕微鏡により測定した。
実施例1. 脱アセチル化度78%,平均分子量52,000のキトサン60g
を総量が1,000mlになる様に3%酢酸水溶液に溶解し
た。同様にキトサン60gにポリエチレングリコール(分
子量20,000、和光純薬工業(株)製)50gと100gをそ
れぞれ加えて総量が1,000mlとなる様に、3%酢酸水溶
液に溶解した。これらの溶液を6%苛性ソーダ,30%エ
タノール,64%水からなる混合溶液中に孔径0.25mmφノ
ズルから一定量づつ落下させて凝固再生させた後、中性
になる迄充分水洗して夫々平均粒径約1.2mmφの多孔質
キトサン粒状体1(湿潤)を得た。これらから夫々10
0mlを採取して比較例試料とした。夫々900mlの得られた
多孔質キトサン粒状体の付着水を除去後、0.5%酢酸水
溶液1中に25℃で30秒間浸漬処理した後、直ちに中性
になる迄水洗を行なった。水洗後の多孔質キトサン粒状
体の容積は夫々855mlであった。該多孔質キトサン粒状
体を固体と液体が共存する窒素中で急冷し−50℃,10-7
トールの真空度で凍結乾燥した(処理品という)。この
際比較例として0.5%酢酸水溶液で処理しない多孔性キ
トサン粒状体(未処理品という)も同様に夫々凍結乾燥
した。
ポリエチレングリコールを加えない場合のキトサン多孔
質粒状体未処理品と、酢酸水溶液で処理したキトサン多
孔質粒状体について、走査型電子顕微鏡を用いて表面形
状の写真を撮影し、第1図A及び第1図Bにそれぞれ示
した。倍率は5,000倍である。また、ポリエチレングリ
コール100gを加えたキトサン酸性水溶液から得たキト
サン多孔質粒状体の未処理品と処理品についての顕微鏡
写真を第2図A及び第2図Bにそれぞれ示す。倍率は第
2図Aは5,000倍、第2図Bは2,000倍である。
又、上記の全部の試料について走査型電子顕微鏡を用い
て表面最大細孔径を測定し、その結果を第1表に示し
た。第1表及び第1,2図から明らかな如く、酸処理を
することにより多孔質キトサン粒状体の表面細孔径が大
きくなることが明らかである。
実施例2. 脱アセチル化度78%,平均分子量52,000のキトサン120
g,ポリエチレングリコール(分子量20,000)200gを
総量が2,000mlとなる様に3%酢酸水溶液に溶解させ
た。該酸性水溶液を6%苛性ソーダ,30%エタノール,
64%の水よりなる混合溶液中に孔径0.25mmφのノズルか
ら一定量づつ落下させ凝固再生させた後、中性になる迄
充分水洗して、平均粒径約1.2mmφの多孔質キトサン粒
状体2(湿潤)を得た。
次いで酢酸濃度を0.05,0.5,1.0,5.0%とした酢酸水
溶液を夫々400ml調製し、更にこれを100mlづつに分け、
夫々に多孔質キトサン粒状体を100mlづつ投入し、浸漬
時間を10,30,60,300秒間として処理した。夫々、酢
酸水溶液で処理後直ちに中性になる迄充分水洗し多孔質
キトサン粒状体の容積を測定した。又、実施例1同様に
凍結乾燥後走査型電子顕微鏡で表面最大細孔径を測定
し、その結果を第2表に示した。この結果から、酸濃度
と処理時間を自由に選択組合せることによって、所望の
表面最大細孔径を得られることが明らかである。
実施例3. 脱アセチル化度78%,平均分子量48,000のキトサンを用
い、キトサン50gに対し、2.5%酢酸水溶液850g,キト
サン60gに対し3.0%酢酸水溶液840g,及びキトサン70
gに対し3.5%酢酸水溶液830gを加え、夫々にポリエチ
レングリコール(分子量20,000)を100g添加し充分溶
解したキトサン酸性水溶液を得た。夫々のキトサン酸性
水溶液を20%のエタノールを含む3%,6%及び9%の
苛性ソーダ水溶液中に孔径0.25mmφノズルから一定量づ
つ滴下させて凝固再生させた後中性になる迄充分水洗し
て平均粒径約1.2mmφの多孔質キトサン粒状体を得た。
更にこれらを0.5%酢酸水溶液中に25℃で30秒間浸漬後
充分水洗し実施例1と同様に凍結乾燥し、走査型電子顕
微鏡により表面の最大細孔径を測定し、結果を第3表に
示した。
この結果からキトサン酸性水溶液中のキトサン濃度と凝
固液の苛性ソーダ濃度の組合わせを選択して再成形後酢
酸水溶液で処理することにより、多孔質キトサン粒状体
の表面に大きな気孔を発現させることが出来ることが明
らかである。
応用例1. キトサン濃度6%,凝固液中の苛性ソーダ濃度6%の条
件で実施例3と同様にして得られた0.5%酢酸で表面処
理を行なわない多孔質キトサン粒状体(未処理品とい
う)とこれを0.5%酢酸で25℃で30秒間処理した多孔質
キトサン粒状体(処理品という)について以下に記述す
るA,B,Cの方法による架橋処理を行なって6種の菌
体固定化用担体を得た。
A:多孔質キトサン粒状体100ml(湿潤)に水50mlとヘ
キサメチレンビス−(2,3−エポキシプロピルジメチル
アンモニウムクロライド)20gを加え、60℃で4時間反
応させ、反応終了後イオン交換水で充分水洗した。
B:多孔質キトサン粒状体100ml(湿潤)に含まれる水
をジメチルホルムアミドで充分置換後、ヘキサメチレン
ジイソシアネート8gを加え室温で2時間反応させた。
反応終了後ジメチルホルムアミドで未反応のヘキサメチ
レンジイソシアネートを除去後、イオン交換水で充分水
洗した。
C:多孔質キトサン粒状体100ml(湿潤)に含まれる水
をジメチルホルムアミドで充分置換後、4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネート8gを加え室温で1時間反
応させた。反応終了後ジメチルホルムアミドで未反応の
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートを除去後、
イオン交換水で充分水洗した。
そして、酢酸菌IFO-3823をグルコース,イーストエクス
ライト,ポリペプトンを含むPGY培地30mlに植菌後、30
℃,24時間,120回転/分で振盪培養した培養懸濁液4m
lに対し、未処理品,処理品にそれぞれA,B,Cの架
橋処理をした6種の架橋多孔質キトサン粒状体を各2ml
を加え、5℃で1時間吸着させ吸着菌数を測定して第4
表に示した。
菌体吸着数の測定は次の通り行なった。
グルコース,ポリペプトン,酵母エキスから成るPGY
培地にエタノールを2%となるように加えた培地30mlに
アセトバクター アセチ(Acetobacter aceti,IFO-382
3)を植菌し、30℃で24時間振盪培養を行なう。
この培養懸濁液4mlを、予め滅菌しておいた試料に加
え、4℃で1時間振盪し、吸着させる。
吸着終了後、上清を100ml取り、4,000倍希釈し、その
うちの100mlを取って予め用意しておいた平板培地に塗
抹して、48時間培養後、出現したコロニー数をカウント
する。吸着前の培養懸濁液については、8,000倍希釈し
て、同様の操作でコロニー数をカウントしておく。
吸着前後の細胞数の差から吸着数を算出する。この結
果、多孔質キトサン粒状体を酸処理した方が吸着菌数が
かなり多くなり優れた菌体固定化用担体となることが明
らかである。
〔発明の効果〕 本発明による多孔質キトサン成形物はその表面が内部と
同様の大きな孔径の細孔を具備しているので、微生物等
の菌体固定担体として用いた時に初期接着量を大幅に向
上出来、生菌をその内部の大きな孔径で効率よく増殖可
能であり、バイオリアクター用担体として応用するのに
極めて好適である。又、多孔質キトサン成形物であるの
で弾性に富んでおり、流動層培養の担体として用いた時
も衝撃に強く弾力性がある。本発明による多孔質キトサ
ン成形物は、更に分子内アミノ基を用いて架橋反応させ
ることにより耐酸,耐アルカリ性の向上や種々の官能基
を導入し各種菌体に適する化学修飾を行ない、機能化を
計ることができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図A,B及び第2図A,Bは、走査型電子顕微鏡を
用いた実施例1に記載のキトサン多孔質粒状体表面の粒
子構造を示す図面代用写真であり、第1図Aはポリエチ
レングリコールを加えない場合のキトサン粒状体未処理
品の粒子構造を、第1図Bはポリエチレングリコールを
加えない場合のキトサン粒状体の本発明による処理品の
粒子構造を示し、第2図Aはポリエチレングリコールを
加えた場合のキトサン粒状体未処理品の粒子構造を、第
2図Bはポリエチレングリコールを加えた場合のキトサ
ン粒状体の本発明による処理品の粒子構造を示す写真で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低分子量キトサンの酸性水溶液を塩基性水
    溶液中で凝固析出させ多孔質キトサン成形物を得、水で
    中性になる迄水洗処理し、次いで該多孔質キトサン成形
    物を酸処理することを特徴とする多孔質キトサン成形物
    の製造法。
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