JPH1077302A - バクテリアセルロースの可溶化物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな可溶化速度で得られるバクテリアセル
ロースの可溶化物、又は被膜特性又はコーティング特性
に優れ、それから得た成型物の機械的性質に優れたセル
ロース可溶化物を提供する。 【解決手段】 撹拌培養で生産されたバクテリアセルロ
ース又は高重合度のバクテリアセルロースを原料として
得られるセルロースの可溶化物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバクテリアセルロー
スの可溶化物、特にコーティング用又は成型用組成物へ
の使用に適したバクテリアセルロースの可溶化物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】セルロースの可溶化物には（ａ）セルロ
ースの官能基を化学修飾して有機溶媒に溶解させたもの
や（ｂ）セルロースをセルロース可溶化有機溶剤に溶解
させたものがある。（ｂ）の可溶化セルロースに水、ア
ルコール等を加えるとセルロースが再生されるが、
（ａ）の可溶化物からはセルロースは再生されない。

【０００３】本発明は上記（ｂ）の範ちゅうに入るセル
ロース可溶化物に関し、これ以後、本明細書でいうセル
ロース可溶化物は（ｂ）の範ちゅうのものを意味するも
のとする。

【０００４】（ｂ）のバクテリアセルロース可溶化物に
係る従来技術として特開昭６２−３６４６７があげられ
る。この公開公報にはバクテリアセルロースをジメチル
アセトアミド／塩化リチウム系溶媒に溶解し、溶解物を
水又はアルコール等のセルロースが不溶な凝固液を用い
て紡糸して得た繊維は高強度であることが記載されてい
る。

【０００５】

【本発明が解決すべき課題】しかし、上記特許公開公報
には、バクテリアセルロースの可溶化速度及びバクテリ
アセルロース可溶化物のコーティング及び被膜特性につ
いては何の開示又は教示もない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の検討
を行なっている中で、特定のバクテリアセルロースを原
料とした場合にバクテリアセルロースの可溶化速度が増
大すること、又特定のセルロース可溶化物が優れた被膜
特性又はコーティング特性を有することを見い出し、本
発明を完成するに至った。

【０００７】本発明は撹拌培養で生産されたバクテリア
セルロースを原料として得られるセルロースの可溶化物
に係る。

【０００８】又、本発明は高重合度のバクテリアセルロ
ースを原料として得られるセルロースの可溶化物にも係
る。

【０００９】更に、本発明は上記したバクテリアセルロ
ースの可溶化物を含むコーティング用組成物又は成型用
組成物にも係る。

【００１０】バクテリアセルロースの培養方法には静置
培養、撹拌培養（通気培養、通気撹拌培養及び振盪培
養）による方法等がある。

【００１１】尚、撹拌培養とは、培養液を撹拌しながら
行なう培養法であり、当該撹拌培養中に受ける撹拌作用
によって、バクテリアセルロースの構造が、例えば、結
晶化指数が低下して非晶部が増すように変化する。

【００１２】撹拌手段としては、例えばインペラー、エ
アーリフト発酵槽、発酵ブロスのポンプ駆動循環、及び
これら手段の組合せ等を使用することができる。

【００１３】培養操作法としては、いわゆる回分発酵
法、流加回分発酵法、反復回分発酵法及び連続発酵法等
がある。

【００１４】更に、本出願人名義の特願平６−１９２２
８７号に記載された培養装置と分離装置の間で菌体を含
む培養液を循環させるセルロース性物質の製造方法であ
って、該分離装置に於いて、生産物であるセルロース性
物質を菌体及び培養液から分離することを特徴とする前
記方法や、同じく、本出願人名義の特願平６−１９２２
８８号に記載されたセルロース生産菌を培養してセルロ
ース性物質を製造する方法であって、培養期間中、培養
系からの培養液の引き抜き及び該引き抜き量とほぼ等容
量の新たな培養液の供給を連続的に行なうことによっ
て、培養中の培養液に於けるセルロース性物質の濃度を
低く維持することを特徴とする前記製造方法がある。

【００１５】前記撹拌培養を行なうための槽としては、
例えば、ジャーファーメンター及びタンク等の撹拌槽が
使用可能であるがこの限りではない。

【００１６】本発明の一態様におけるバクテリアセルロ
ースは、撹拌培養により得られたバクテリアセルロース
である。撹拌培養には通気撹拌培養も含まれ得る。バク
テリアセルロースの撹拌培養は特開昭５−２８４９８８
及び５−２８４９８９等に記載の方法によって得ること
ができる。撹拌培養で生産されたバクテリアセルロース
はアクセシブルであるので静置培養で生産されたバクテ
リアセルロースよりも可溶化速度が大きく、得られたバ
クテリアセルロース可溶化物の物性や生産効率の点です
ぐれている。バクテリアセルロースは、好ましくは、通
気撹拌培養の方法によって得られたものである。

【００１７】また、本発明の別の態様における高重合度
のバクテリアセルロースは、高重合度のバクテリアセル
ロースを生成することのできるセルロース生産菌株によ
って製造されうる。セルロース生産菌の中でも、通気撹
拌培養することによって、ポリスチレン換算の重量平均
重合度が１．６×１０⁴ 以上、好ましくは１．７×１０
⁴ 以上である高重合度のバクテリアセルロースを製造す
るか、又は静置培養することによって、ポリスチレン換
算の重量平均重合度が２．０×１０⁴ 以上である高重合
度のバクテリアセルロースを製造する菌株が好ましい。

【００１８】本発明で使用し得る高重合度のバクテリア
セルロースの生産菌のうち、ＢＰＲ３００１Ａは、平成
７年６月１２日付で日本国茨城県つくば市東１丁目１番
３号（郵便番号３０５）の通商産業省工業技術院生命工
学工業技術研究所特許微生物寄託センターに寄託され、
受託番号ＦＥＲＭ Ｐ−１４９８２を付され、その後、
１９９６年２月２３日付で特許手続上の寄託の国際的承
認に関するブダペスト条約に基づく寄託（受託番号ＦＥ
ＲＭ ＢＰ−５４２１）に移管されている。

【００１９】本発明におけるバクテリアセルロースの重
量平均重合度は、検出器としてＲＩを内蔵したＧＰＣシ
ステム（Ｔｏｓｏｈ ＨＬＣ−８０２０）を用いて以下
のようにして測定する。

【００２０】バクテリアセルロース試料を発煙硝酸−五
酸化リン溶液でＷ．Ｊ．Ａｌｅｘａｎｄｅｒ ａｎｄ
Ｒ．Ｌ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙ ２１，１２，１４９７−１５００
（１９４９）の方法によりニトロ化する。

【００２１】セルロースニトロ化物はＴＨＦ（和光純薬
１級）に０．０５％濃度で溶かしたのち、１．０μｍ
ポアサイズのフィルターで濾過する。ＧＰＣの溶離液に
もＴＨＦを用いる。流速は０．５ｍｌ／ｍｉｎ、圧力は
１０〜１３ｋｇ ｆ／ｃｍ²、サンプル注入量は１００
μｌとする。カラムはＴＳＫｇｅｌ ＧＭＨ−ＨＲ
（Ｓ）（７．５ＩＤ×３００ｍｍ×２本）とガードカラ
ム（ＨＨＲ（Ｓ））（Ｔｏｓｏｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）
を用い３５℃で測定する。分子量算出のためにスタンダ
ードポリスチレン（Ｔｏｓｏｈ）を用いポリスチレン換
算の相対分子量を求める。２×１０⁷ から２６３０の分
子量のポリスチレンを用い、溶出時間（ｔ）と分子量の
対数（ｌｏｇＭ）について、３次式：（ｌｏｇＭ＝Ａｔ
³ ＋Ｂｔ² ＋Ｃｔ＋Ｄ）による近似を行いスタンダード
曲線を作製する。Ｔｏｓｏｈのデータ処理専用機（ＳＣ
−８０２０）に内蔵されたプログラムにより重量平均分
子量を計算する。これらの分子量の値からニトロ化後の
置換度を考慮して重量平均重合度を計算する。

【００２２】本発明のバクテリアセルロース可溶化物は
例えば以下に述べる方法によって製造できる。

【００２３】高重合度のバクテリアセルロース又は撹拌
培養で生産されたバクテリアセルロースにジメチルスル
ホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアセトアミド又はピリジン等の非プロトン性極性
有機溶媒及びホルムアルデヒド蒸気又はパラホルムアル
デヒドを加え加熱することにより得られる。

【００２４】非プロトン性極性有機溶媒の量は乾燥バク
テリアセルロース１重量部当り１５〜５０重量部、好ま
しくは２０〜３０重量部であり、ホルムアルデヒド又は
パラホルムアルデヒドの量は乾燥バクテリアセルロース
１重量部当り１〜１０重量部、好ましくは４〜６重量部
である。

【００２５】反応温度は８０〜１６０℃、好ましくは１
００〜１５０℃であり、反応時間は２〜５０時間、好ま
しくくは３〜４時間である。

【００２６】本発明のバクテリアセルロース可溶化物は
上記の製造方法の他に例えばＳＯ₂−アミン−有機溶媒
系の可溶化剤、Ｎ₂ Ｏ₂ −有機溶媒、ＮＯＣｌ−有機溶
媒系の可溶化剤、アミンオキシド系の可溶化剤等の可溶
化剤により原料バクテリアセルロースを可溶化すること
によっても得られる。

【００２７】高重合度のバクテリアセルロースの可溶化
物の平均重合度は、例えば７００〜１６０００、特定的
には２０００〜１６０００、より特定的には４５００〜
１６０００である。

【００２８】本発明のバクテリアセルロース可溶化物を
紙、布等の基材に直接塗布又は含浸し乾燥することによ
り、又は可塑剤（例えばグリセリン）等の添加剤を混合
した後塗布又は含浸し乾燥することにより、均一なコー
ティング層が得られ、基材の表面の光沢、風合を改善
し、防水性、撥水性を付与しかつ強度を増加し得る。

【００２９】又、本発明のバクテリアセルロースの可溶
化物を例えば紙、プラスチック、その他の無機材料又は
有機材料と混合し、成型することにより成型物の外観を
良くしかつ強度を増加しえる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明を限定するものではない。

【００３１】製造例１（セルロース生産菌の静置培養に
よる高重合度バクテリアセルロースの調製） ＢＰＲ３００１Ａをグリセロールストックより培地１０
０ｍｌを仕込んだ７５０ｍｌ容のルーフラスコに１％濃
度で植菌し、２８℃で３日間静置培養した。培養後ルー
フラスコをよく振って菌体をセルロース膜よりはがした
後、菌液３ｍｌをＣＳＬ（コーンスチープリカー）−Ｆ
ｒｕ（フラクトース）培地２７ｍｌを入れたシャーレ
（直径９０ｍｍ）に植菌し、２８℃で１０日間培養し
た。

【００３２】培養終了後、得られたセルロース膜を流水
で洗浄後、約５００ｍｌの水中で８０℃で２０分間加熱
した。加熱後セルロース膜をさらに流水で洗浄し、その
後、約５００ｍｌの０．１規定ＮａＯＨ中で８０℃で２
０分間加熱することによりセルロース膜中に含まれる菌
体を溶菌させた。溶菌後、セルロース膜を約５００ｍｌ
の蒸留水中で８０℃で２０分間加熱することにより洗浄
した。同様の洗浄を蒸留水を交換しつつ３〜５回行うこ
とにより精製バクテリアセルロースを得た。

【００３３】この精製バクテリアセルロースの重量平均
重合度を既に述べた方法で測定した結果２２５００であ
った。

【００３４】製造例２（セルロース生産菌の通気撹拌培
養によるバクテリアセルロースの調製） ＢＰＲ３００１ＡをグリセロールストックよりＣＳＬ−
Ｆｒｕ培地１００ｍｌを仕込んだ７５０ｍｌ容ルーフラ
スコに１％濃度で植菌し、２８℃で３日間静置培養し
た。培養後ルーフラスコをよく振って菌体をセルロース
膜よりはがした後、菌液１２．５ｍｌを１１２．５ｍｌ
の培地を含む５００ｍｌフラスコに植菌し、２８℃で１
８０ｒｐｍの条件で３日間培養した。培養物をブレンダ
ーにより無菌的に離解し、その６０ｍｌを５４０ｍｌの
ＣＳＬ−Ｆｒｕ培地を仕込んだ１１ジャーに植菌し、ｐ
ＨをＮＨ₃ ガスおよび１規定Ｈ₂ ＳＯ₄ で４．９〜５．
１に制御しながら、かつ溶存酸素量（ＤＯ）が３．０％
以上になるように回転数を自動制御しながら、メイン培
養を行った。

【００３５】培養終了後、得られた培養液を酢酸緩衝液
で約５倍に希釈した後、遠心分離して沈殿物を回収し
た。沈殿を蒸留水で最初の培養液量の約８倍に希釈後、
８０℃で２０分間加熱し、加熱後遠心分離により沈殿物
を回収した。沈殿物を同じく８倍量の０．１規定ＮａＯ
Ｈに懸濁し、８０℃で２０分間加熱することにより溶菌
し、溶菌後遠心分離により沈殿物を回収した。この後、
さらに８倍量の蒸留水に沈殿を懸濁し８０℃で２０分間
加熱し、加熱後遠心分離して沈殿物を回収することによ
りセルロースの洗浄を行った。同様の洗浄を３回行うこ
とにより精製バクテリアセルロースを得た。

【００３６】この精製バクテリアセルロースの重量平均
重合度をすでに述べた方法で測定した結果１６８００で
あった。

【００３７】尚、以上の実施例で用いたＣＳＬ−Ｆｒｕ
の組成は下記第１表に示すとおりである。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】実施例１ 製造例２で得られた精製バクテリアセルロースを、有機
溶媒のメタノール、アセトン、及びヘキサンでこの順に
溶剤置換して乾燥した（特開平６−２３３６９１及び
Ｕ．Ｇｅｙｅｒ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｍａｃｒｏｍ
ｏｌ．，１６．６（１９９４）参照）。

【００４２】乾燥後のバクテリアセルロース１部に対
し、可溶化剤として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳ
Ｏ）２５部、パラホルムアルデヒド５部をガラスボトル
に入れ、スターラーでゆっくり撹拌させながら、１００
℃、３ｈｒ反応させた。さらに１５０℃、１ｈｒ安定化
処理を行なった。このようにして可溶化処理を施したバ
クテリアセルロース溶液を得た。

【００４３】比較例１ 溶剤置換により乾燥したバクテリアセルロースの代わり
に市販のコットンリンターを使用した以外は上記実施例
１におけると全く同様にして可溶化セルロースを得た。

【００４４】実施例２ 実施例１で得られたバクテリアセルロース溶液を超音波
で１５分間処理したのち、５００ｍｌの水中に投じ、セ
ルロースを沈殿させた。そのまま２日間放置後、吸引濾
過により可溶化処理済みの固体状態のバクテリアセルロ
ースを回収した。

【００４５】比較例２ 実施例２のバクテリアセルロースの代わりに比較例１で
得られた可溶化コットンリンターを使用した以外は、実
施例２と全く同様に行なって、可溶化処理済みの固体状
態のコットンリンターを回収した。

【００４６】製造例３ 製造例２でセルロース生産菌としてＢＰＲ２００１を用
いた。

【００４７】尚、ＢＰＲ２００１株は、平成５年２月２
４日に通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所特
許微生物寄託センターに寄託され（受託番号ＦＥＲＭ
Ｐ−１３４６６）、その後１９９４年２月７日付で特許
手続上の寄託の国際的承認に関するブタペスト条約に基
づく寄託（受託番号ＦＥＲＭ ＢＰ−４５４５）に移管
されている。

【００４８】ＢＰＲ２００１を用いた以外は、製造例２
と全く同様にしてバクテリアセルロースを得た。そのと
きの精製バクテリアセルロースの重量平均重合度は１０
９００であった。

【００４９】実施例３ 製造例３で得られた精製バクテリアセルロースを実施例
１と全く同様に処理して可溶化セルロースを得た。

【００５０】比較例３ 比較例１のコットンリンターの代わりに市販セルロース
粉末（ワットマンＣＣ４１）を用い可溶化セルロースを
得た。

【００５１】検査例１（可溶化処理後セルロースの重合
度の検査） 実施例２及び比較例２で得られた可溶化セルロースから
再生したセルロースについて、重量平均重合度（ＤＰ
ｗ）を検査した。その結果を第２表に示す。

【００５２】第２表 供試膜 重合度 実施例２ ４８００ 比較例２ ６００。

【００５３】第２表により可溶化処理後のバクテリアセ
ルロースは可溶化処理後のコットンリンターに比較して
重合度（ＤＰｗ）が高いことがわかる。

【００５４】検査例２（可溶化処理後のセルロース膜の
引張強度の測定） 実施例１，３及び比較例１で得られたセルロース溶液を
１ｃｃずつ直径５ｃｍのテフロンシャーレに流し込み、
乾燥させ、キャストシートを作製した。これより５×３
０ｍｍの短冊状サンプルを切り出し、厚さを測定し、以
下のように、引張強度を測定した。

【００５５】不動工業（株）製レオメータ「ＮＲＭ−２
０１０Ｊ−ＣＷ」により測定した。引張速度は２ｃｍ／
ｍｉｎとした。

【００５６】検査結果を下記第３表に記す。

【００５７】第３表 供試膜 引張強度（ＭＰａ） 実施例１ ３４．０ 実施例３ ２６．０ 比較例１ １７．５。

【００５８】第３表より可溶化処理を施して成型加工し
て得られたセルロース膜のうち、実施例１及び３のもの
は機械的強度が比較例１の場合よりも高いことが分か
る。

【００５９】検査例３ 実施例１，３及び比較例１で得られた可溶化処理後のセ
ルロース溶液を濾紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ Ｎｏ．２ Ｔ
ＯＹＯ）で吸引濾過後、その濾紙を室温で乾燥させ、濾
紙表面の被膜形成能、表面光沢を調べた。試料数５検体
で、被膜形成能、表面光沢のあるものをそれぞれの検体
に対し＋、被膜形成能、表面光沢のないものを−とし
た。結果を第４表に示す。

【００６０】

【表４】

【００６１】第４表より、実施例１のセルロース可溶化
物は高い被膜形成能を有することが分かる。さらに表面
光沢が良いことがわかる。

【００６２】一方比較例１のセルロース可溶化物は、そ
のような被膜形成能、表面光沢を有さないことが分か
る。これより本発明のバクテリアセルロースの可溶化物
は、種々材料へのコーティング剤として使用することが
できるといえる。

【００６３】又、被膜形成能及び表面光沢は実施例１の
バクテリアセルロース（高重合度）の場合には全検体で
良好であり、実施例３のバクテリアセルロース（重合度
が相対的に低い）の場合には、５検体中３検体で良好で
あった。これより被膜形成能及び表面光沢は相対的にみ
て高重合度のバクテリアセルロースの方が良好と考えら
れる。

【００６４】検査例４ 実施例１，３及び比較例１，３で得られた可溶化処理後
のセルロース溶液を濾紙に塗布し、乾燥後、その濾紙の
引張強度を測定した。試料は濾紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ
Ｎｏ．２ ＴＯＹＯ）の３ｃｍ×３ｃｍ内に０．１ｃｃ
の可溶化処理の後のセルロース溶液を片面に均一に塗布
し、室温で乾燥させて得た。乾燥後、０．５ｃｍ×３ｃ
ｍの試料切片を切り取った。検査例２と同様にして測定
した。上記濾紙単独及び濾紙に可溶化剤を０．１ｃｃ塗
布後乾燥させたものの引張強度を同様に測定した。

【００６５】これらの結果を第５表に記す。

【００６６】第５表 塗布物 塗布後の濾紙の引張強度（ＭＰａ） 実施例１ ４５．１ 実施例３ ２２．０ 比較例１ １５．１ 比較例３ １２．０ 濾紙単独 １１．０ 濾紙＋可溶化剤 ９．８。

【００６７】第５表より実施例１のセルロース可溶化物
を濾紙にコーティングすることにより、濾紙単独よりも
４倍の高い引張強度を示すことが分かった。実施例１，
３のセルロース可溶化物を濾紙にコーティングしたもの
は、比較例１，３のセルロース可溶化物をコーティング
したものより機械的強度が著しく優れていることが分か
る。

【００６８】実施例４ 製造例２で得られたバクテリアセルロースをホモジナイ
ザー（オステライザー：ＳＵＮＢＥＡＭ ＯＳＴＥＲ
ＣＯＭＰＡＮＹ ＩＮＣ．）で１８０００ｒｐｍで５分
間離解処理した。離解処理後のバクテリアセルロースか
らキャストシートを作製した。

【００６９】検査例５ 実施例１及び比較例１で得られた可溶化処理後のセルロ
ース可溶化物を実施例４で得られたバクテリアセルロー
スシートに塗布し、乾燥後、引張強度を測定した。

【００７０】試料は実施例４で得られたバクテリアセル
ロースシート３ｃｍ×３ｃｍ内に０．５ｃｃの可溶化処
理後のセルロース溶液（実施例１、比較例１）を片面に
均一に塗布し、室温で乾燥させ、その後０．５ｃｍ×３
ｃｍの試料切片を作製した。検査例２と同様に測定し
た。セルロース可溶化物を塗布する前のバクテリアセル
ロースシート単独の引張強度も検査例２と同様に測定し
た。

【００７１】検査結果を第６表に示す。

【００７２】

【００７３】第６表より実施例１のセルロース可溶化物
をバクテリアセルロースシートにコーティングすること
により、バクテリアセルロースシート単独よりも２倍高
い引張強度を示した。実施例１のセルロース可溶化物を
バクテリアセルロースシートにコーティングしたもの
は、比較例１のセルロース可溶化物をコーティングした
ものより機械的強度に著しく優れていることがわかる。

【００７４】実施例５ 製造例１で得られたバクテリアセルロースを実施例１と
同様に処理して可溶化セルロースを得た。ただし反応時
間は１００℃２０時間さらに１５０℃１時間とした。

【００７５】検査例６ 実施例１及び実施例５で得られた可溶化物より未反応セ
ルロースをとり出し、乾燥させ、可溶化の収率を算出し
た。

【００７６】尚、反応時間が短かくても可溶化収率が高
いことは可溶化速度が高いことを意味する。

【００７７】

【表５】

【００７８】

【発明の効果】本発明により、バクテリアセルロースの
可溶化物を大きな可溶化速度で得ることができる。

【００７９】また本発明により、重合度の高いセルロー
ス可溶化物、延いては機械的強度に優れたセルロース可
溶化物からの成型物が容易に提供され得るところとなっ
た。

【００８０】さらに本発明、すなわち高重合度セルロー
スの可溶化物でコーティング処理を施した各種材料によ
り、機械的強度に優れた各種機械的材料が提供され得る
ところとなった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森永 康 神奈川県川崎市高津区坂戸３−２−１ Ｋ ＳＰ Ｒ＆Ｄ Ｂ−1015 株式会社バイオ ポリマー・リサーチ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撹拌培養で生産されたバクテリアセルロ
   ースを原料として得られるセルロースの可溶化物。
2. 【請求項２】 高重合度のバクテリアセルロースを原料
   として得られるセルロースの可溶化物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のセルロースの可
   溶化物を含むコーティング用組成物又は複合物。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のセルロースの可
   溶化物を含む成型用組成物又は複合物。