(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成される薄膜状のバクテリアセルロースを準備する工程と、
水が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉空間に、前記バクテリアセルロースを２５分間から７５分間放置させることにより、膨潤したバクテリアセルロースを得る工程と、
前記膨潤したバクテリアセルロースを、中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄し、バイオセルロース膜を得る工程と
を備える、バイオセルロース膜の製造方法。
【請求項２】
前記バクテリアセルロースを準備する工程は、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成されるバクテリアセルロースを遠心分離及び／又は脱水することを含む、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項３】
前記バクテリアセルロースを準備する工程は、０．２ｍｍから５ｍｍの厚みを有するバクテリアセルロースを準備することを含む、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項４】
前記バクテリアセルロースを生成可能な微生物は、アセトバクター属（Acetobacter）、リゾビウム属（Rhizobium）、サルシナ属（Sarcina）、シュードモナス属（Pseudomounas）、アクロモバクター属（Achromobacter）、アルカリゲネス属(Alcaligenes）、アエロバクター属（Aerobacter）、アゾトバクター属（Azotobacter）及び アグロバクテリウム属(Agrobacterium)の菌種からなる群から選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項５】
前記バイオセルロース膜の製造方法は、水が含有されると共に、温度が１２１℃に、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉容器に、前記バクテリアセルロースを３０分間放置させることを更に含む、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項６】
前記膨潤したバクテリアセルロースは、初期の薄膜状のバクテリアセルロースの２倍から４倍に膨潤したものである、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項７】
前記膨潤したバクテリアセルロースを酸性溶液、水の順で洗浄する工程は、酸性溶液が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃であるように保持される容器に前記膨潤したバクテリアセルロースを入れ、前記膨潤したバクテリアセルロースを、酸性溶液で２５分間から９０分間洗浄した後、水で３０分間洗浄することを含む、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項８】
前記膨潤したバクテリアセルロースを酸性溶液、水の順で洗浄する工程は、酸性溶液が含有されると共に、温度が１２１℃であるように保持されている容器に、前記膨潤したバクテリアセルロースを入れ、前記膨潤したバクテリアセルロースを、酸性溶液で３０分間洗浄した後、水で３０分間洗浄することを含む、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項９】
前記酸性溶液は、濃度が重量比０．０８ｗｔ％から０．３ｗｔ％の硫酸溶液、塩酸溶液、酢酸溶液、クエン酸溶液又は硝酸溶液である、請求項１に記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【請求項１０】
前記酸性溶液は、塩素系漂白剤を更に含み、前記塩素系漂白剤は、二酸化塩素(chlorine dioxide)、次亜塩素酸ナトリウム(sodium hypochlorite)又は次亜塩素酸カルシウム(calcium hypochlorite)であり、且つ前記塩素系漂白剤の濃度は、０．１ｗｔ％から０．３ｗｔ％である、請求項７から請求項９のいずれか１つに記載のバイオセルロース膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセルロース膜の製造方法に関しており、特に、大量の塩基性及び／又は酸性の溶液で洗浄することなく、製造工程が短縮されたバイオセルロース膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バクテリアセルロース(bacterial cellulose, BC)は、バクテリアセルロースを生成可能な微生物の生合成により生成される。バクテリアセルロースを生成可能な微生物の発酵により得られたバクテリアセルロース原料を適切に処理することで、微細孔を有すると共に、高い親水性、高い機械強度及び極めて高い生体適合性(biocompatibility)といった特性を有するバイオセルロース膜が得られる。バイオセルロース膜は、例えば、工業分野における濾過膜、食品工業分野における食品繊維及び医療分野における人工皮膚や人工血管として、広範な分野にわたって適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，０５３，２１６号明細書
【特許文献２】米国特許第７，７０９，６３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術におけるバイオセルロース膜の製造方法では、特許文献１に記載されたように、バクテリアセルロース(bacterial cellulose, BC)を生成可能な微生物を適切な条件で発酵培養したことにより、バクテリアセルロースを含むバクテリアセルロース原料が得られる。当該バクテリアセルロース原料は、塩基性溶液で洗浄した後、酸性溶液で中和すると共に洗浄することにより、バクテリアセルロースのｐＨ値を中性に調整して、バイオセルロース膜を形成する。上述したバイオセルロース膜の製造方法では、大量の塩基性及び／又は酸性の溶液を用いてバクテリアセルロースをそれぞれ処理することが必要であって、二次廃棄物を生成しやすく、環境に不要な影響を及ぼすと共に、バクテリアセルロースを中性になるまで洗浄するには、相当の時間がかかる。
【０００５】
また、特許文献２に記載されたように、得られたバクテリアセルロースを含んだ発酵培養の混合物は２％〜８％の塩基性溶液でバクテリア菌体を除去し、その後、菌体が発酵培養の過程でバクテリアセルロースを黄褐色にしてしまうので、バイオセルロース膜を得るためには、漂白剤として０．２５％の過酸化水素(hydrogen peroxide)を用いてバクテリアセルロースを漂白する必要がある。ここで、塩基性溶液中の過酸化水素は酸素のフリーラジカルを放出しやすく、漂白効果を向上させることができるが、酸化されたバクテリアセルロースの引張強度を低下させることがあるので、生成されたバイオセルロース膜の脆弱化を招いてしまう。
【０００６】
従来技術におけるバイオセルロース膜の製造方法の問題点に鑑みて、本発明の目的は、前述したようにバクテリアセルロースを大量の塩基性及び／又は酸性溶液でそれぞれ処理することなく、簡易な工程でバクテリアセルロースを酸性溶液で処理することで、短縮された時間内にバイオセルロース膜を得るというバイオセルロース膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明は、バイオセルロース膜の製造方法を提供する。当該製造方法は、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成される薄膜状のバクテリアセルロースを準備する工程と、水が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉空間に前記バクテリアセルロースを２５分間から７５分間放置させることにより、膨潤したバクテリアセルロースを得る工程と、前記膨潤したバクテリアセルロースを、中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄して、バイオセルロース膜を得る工程とを備える。
【０００８】
より好ましくは、前記バクテリアセルロースを準備する工程は、０．２ｍｍから５ｍｍの厚みを有するバクテリアセルロースを準備することを含む。
【０００９】
より好ましくは、前記バクテリアセルロースを生成可能な微生物は、アセトバクター属（Acetobacter）、リゾビウム属（Rhizobium）、サルシナ属（Sarcina）、シュードモナス属（Pseudomounas）、アクロモバクター属（Achromobacter）、アルカリゲネス属(Alcaligenes）、アエロバクター属（Aerobacter）、アゾトバクター属（Azotobacter）及び アグロバクテリウム属(Agrobacterium)の菌種からなる群から選ばれる少なくとも１つである。
【００１０】
本発明において、バクテリアセルロースは、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を培地に入れて発酵培養させることによって得られる。より好ましくは、バクテリアセルロースを生成可能なアセトバクター属菌（Acetobacter sp.）をｐＨ０．５から６のゲル状培地に入れると共に、当該アセトバクター属菌を含んだ培地を積み重ね可能な容器に充填して密閉させる。バクテリアセルロースを生成可能なアセトバクター属菌が発酵を終えると、ゲル状培地の表面において、水に溶解しない薄膜状のバクテリアセルロースが形成される。当該網状組織体は、主にβ−１，４グルカンから構成されている。
【００１１】
本発明において、「バクテリアセルロースを準備する」工程は、当該バクテリアセルロースを発酵培養した時の培地を除去するために、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することで生成されるバクテリアセルロースを遠心分離(centrifugation)及び／又は脱水(dehydration)することを更に含む。
【００１２】
より好ましくは、前記膨潤したバクテリアセルロースは、バクテリアセルロースが初期の薄膜状態のバクテリアセルロースの２倍から４倍に膨潤したものである。これによって、バクテリアセルロースの内部面積が増加する。
【００１３】
更に好ましくは、前記バイオセルロース膜の製造方法は、水が含有されると共に、温度が１２１℃に、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉容器に、前記バクテリアセルロースを３０分間放置させることを更に含む。
【００１４】
より好ましくは、前記膨潤したバクテリアセルロースを中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄する工程は、酸性溶液が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃であるように保持されている容器に、膨潤したバクテリアセルロースを入れ、前記膨潤したバクテリアセルロースを、酸性溶液で２５分間から９０分間洗浄した後、水で３０分間洗浄することを含む。
【００１５】
更に好ましくは、前記膨潤したバクテリアセルロースを中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄する工程は、酸性溶液が含有されると共に、温度が１２１℃であるように保持される容器に前記膨潤したバクテリアセルロースを入れ、前記膨潤したバクテリアセルロースを、酸性溶液で３０分間洗浄した後、水で３０分間洗浄することを含む。
【００１６】
より好ましくは、前記酸性溶液は、濃度が重量比０．０８ｗｔ％から０．３ｗｔ％の硫酸溶液、塩酸溶液、酢酸溶液、クエン酸溶液及び硝酸溶液を含むが、これらに限定されない。
【００１７】
より好ましくは、前記酸性溶液は、塩素系漂白剤を更に含み、前記塩素系漂白剤は、二酸化塩素(chlorine dioxide)、次亜塩素酸ナトリウム(sodium hypochlorite)及び次亜塩素酸カルシウム(calcium hypochlorite)を含むが、これらに限定されず、且つ前記塩素系漂白剤の濃度は、０．１ｗｔ％から０．３ｗｔ％である。当該塩素系漂白剤により放出した塩素ラジカル(chlorine radical)は、バクテリアセルロース膜を漂白することができるが、バクテリアセルロース膜の引張強度に影響しない。
【００１８】
本発明において、「保水度」とは、バイオセルロース膜の乾重量と湿重量との比であり、「乾重量」とは、バイオセルロース膜を５０℃で熱乾燥させ、水分が完全になくなった場合に秤量した重さである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のバイオセルロース膜の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明について、下記の実施形態及び実施例を参照してより詳細な説明をする。下記の実施形態及び実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。当該分野の技術を熟知する者が本発明の主旨及び範囲を逸脱しないで行う同様な効果を有する修飾及び変更はいずれも、本発明の範囲に含まれる。
【００２１】
図１は、本発明のバイオセルロース膜の製造方法を示すフロー図である。図１を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
【００２２】
ステップＳ１において、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成される薄膜状のバクテリアセルロースを準備する。
【００２３】
ステップＳ２において、水が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉空間に前記バクテリアセルロースを２５分間から７５分間放置させることにより、膨潤したバクテリアセルロースを得る。
【００２４】
ステップＳ３において、前記膨潤したバクテリアセルロースを、中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄して、バイオセルロース膜を得る。
【００２５】
なお、前記バクテリアセルロースを準備する工程（ステップＳ１）は、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成されるバクテリアセルロースを遠心分離及び／又は脱水することを含んでよい。
【００２６】
なお、前記バクテリアセルロースを生成可能な微生物は、アセトバクター属（Acetobacter）、リゾビウム属（Rhizobium）、サルシナ属（Sarcina）、シュードモナス属（Pseudomounas）、アクロモバクター属（Achromobacter）、アルカリゲネス属(Alcaligenes）、アエロバクター属（Aerobacter）、アゾトバクター属（Azotobacter）及び アグロバクテリウム属(Agrobacterium)の菌種からなる群から選ばれる少なくとも１つであってよい。
【００２７】
なお、前記膨潤したバクテリアセルロースは、初期の薄膜状のバクテリアセルロースの２倍から４倍に膨潤したものであってよい。
【００２８】
なお、前記膨潤したバクテリアセルロースを酸性溶液、水の順で洗浄する工程（ステップＳ３）は、酸性溶液が含有されると共に、温度が１２１℃であるように保持されている容器に、前記膨潤したバクテリアセルロースを入れ、前記膨潤したバクテリアセルロースを、酸性溶液で３０分間洗浄した後、水で３０分間洗浄することを含んでよい。
【００２９】
なお、前記酸性溶液は、濃度が重量比０．０８ｗｔ％から０．３ｗｔ％の硫酸溶液、塩酸溶液、酢酸溶液、クエン酸溶液又は硝酸溶液であってよい。
【００３０】
なお、前記酸性溶液は、塩素系漂白剤を更に含み、前記塩素系漂白剤は、二酸化塩素(chlorine dioxide)、次亜塩素酸ナトリウム(sodium hypochlorite)又は次亜塩素酸カルシウム(calcium hypochlorite)であり、且つ前記塩素系漂白剤の濃度は、０．１ｗｔ％から０．３ｗｔ％であってよい。
【００３１】
本発明のバイオセルロース膜の製造方法のメリットは下記の通りである。
【００３２】
１．本発明に係る方法によれば、大量の塩基性溶液及び／又は酸性溶液でそれぞれ処理することなく、３時間未満で漂白効果のあったバイオセルロース膜が得られる。このため、当該方法は、従来技術における３日間の洗浄時間を短縮できるのみならず、大量の塩基性溶液及び／又は酸性溶液での洗浄による環境汚染を回避することができる。
【００３３】
２．前記温度、圧力及び時間の条件で保持された密閉容器にバクテリアセルロースを入れることにより、バクテリアセルロースにおけるセルロース間の隙間が膨張し湿潤すると共に、バクテリアセルロースの内部面積が増加する。これによって、後続工程の酸性溶液で洗浄する時間を短縮することができる。また、バクテリアセルロースが膨潤して体積が増大した後、バクテリアセルロースを横方向に複数枚にスライスすることができるため、生産コストが低減される。
【００３４】
３．バクテリアセルロースが膨潤した後、前記温度、圧力及び時間の条件では、微生物を直接破壊することができる。これによって、完全な滅菌効果を達成できるのみならず、本発明により生成されたバイオセルロース膜は、生体適合材料として用いられる場合、毒性が低減されているため、バイオセルロース膜の安全性が向上する。
【００３５】
４．バクテリアセルロースを、酸性溶液及び水で中性にさせるまで洗浄した後、得られたバイオセルロース膜のｐＨ値は６．８から７．２である。本発明により生成されたバイオセルロース膜は、生体適合材料として用いられる場合、皮膚の拒否反応性を低減することができる。
【実施例】
【００３６】
［バクテリアセルロースの調製］
アセトバクター属菌（Acetobacter sp.）を、ｐＨ０．５から６のゲル状培地に入れた。当該ゲル状培地は、ゼラチン、アラビアガム、寒天及び納豆菌ガム等のゲル状培地からなる群から選ばれる少なくとも１つである。また、前記アセトバクター菌を含んだ培地を積み重ね可能な容器に充填して、前記容器を密閉させた。バクテリアセルロースを生成可能なアセトバクター菌が発酵を終えると、ゲル状培地の表面において水に溶解しない薄膜状のバクテリアセルロースが形成された。当該バクテリアセルロースは、主にβ−１，４グルカンから構成されている。また、当該薄膜状のバクテリアセルロースの厚みは、０．２ｍｍ〜５ｍｍであった。
［膨潤条件の測定］
表１に示すように、上記工程により得られたバクテリアセルロースを、水が含有され、且つ温度が１００℃〜１４０℃、圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2〜１．５ｋｇ／ｃｍ2の密閉容器に入れた。２５分間から７５分間の経過時間で、サンプル１からサンプル５の膨潤したバクテリアセルロースがそれぞれ得られた。ここで、サンプル３のバクテリアセルロースを１２１℃で、３０分間保持した後、比較的優れた保水度が得られた。当該保水度は、乾重量の１５０倍から２００倍であった。表１は、膨潤条件の測定を示す。
【００３７】
【表１】
0005616479.tif 000002
【００３８】
［漂白条件の測定］
下記の表２に示すように、上記工程で得られた各膨潤したバクテリアセルロースを、０．２７ｗｔ％クエン酸と０．２０ｗｔ％二酸化塩素とを有した溶液を含んだ、温度が１００℃から１４０℃の容器に入れて、それぞれ、クエン酸溶液で２５分間から９０分間洗浄して、さらに水で３０分間洗浄したことで、バイオセルロース膜が得られた。Ｋｅｎｔ−Ｊｏｎｅｓ  ＆  Ｍａｒｔｉｎ色相評価機器（Ｋｅｎｔ−Ｊｏｎｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｒｔｉｎ  ｃｏｌｏｒ  ｇｒａｄｅｒ）を用いて、各サンプルについて５３０ｎｍの波長で漂白度を測定した。ここで、サンプル３のバイオセルロース膜の漂白度は、−２〜−３であり、通常の漂白效果に相当する。また、当該バイオセルロース膜のｐＨ値は６．８〜７．２であった。表２は、漂白条件の測定を示す。
【００３９】
【表２】
0005616479.tif 000003
【００４０】
［対照群と実験群との測定］
従来技術の製造工程により得られたバクテリアセルロースを水で洗浄した後、酸性溶液で２４時間洗浄し、更に塩基性溶液で２４時間洗浄した。得られたバイオセルロース膜を対照群とし、上記複数の工程で得られたサンプル３のバイオセルロース膜を実験群とした。表３により、本発明の方法で得られたバイオセルロース膜は、保水度及び引張力のいずれにおいても、対照群より高い結果が示されたほか、本発明の方法によれば、製造工程の時間が短縮可能であることがわかった。表３は、対照群と実験群との特徴の比較を示す。
【００４１】
【表３】
0005616479.tif 000004
【００４２】
本発明において、「引張力」とは、バイオセルロース膜を２キログラム（ｋｇ）の力で引っ張り、バイオセルロース膜を引っ張った後の長さと引っ張る前の長さとの比を測定したものである。
【００４３】
本発明において、「漂白度」とは、全自動白色度計（型番：ＷＳＤ−３）で、対照群と実験群とのバイオセルロース膜を酸性溶液及び水で洗浄する前に測定した白色度と、洗浄した後に測定した白色度との百分比（％）である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、濾過膜、食物繊維、人工皮膚及び人工血管などに適用することができる。
【要約】
【課題】本発明は、バイオセルロース膜の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のバイオセルロース膜の製造方法は、バクテリアセルロースを生成可能な微生物を発酵培養することにより生成されるバクテリアセルロースを準備する工程と、水が含有されると共に、温度が１００℃から１４０℃、且つ圧力が１．２ｋｇ／ｃｍ2から１．５ｋｇ／ｃｍ2であるように保持されている密閉空間に前記バクテリアセルロースを２５分間から７５分間放置させることにより、膨潤したバクテリアセルロースを得る工程と、前記膨潤したバクテリアセルロースを、中性にさせるまで、酸性溶液、水の順で洗浄して、バイオセルロース膜を得る工程とを備える。本発明の製造方法によれば、製造工程の時間が短縮されるのみならず、前記バクテリアセルロースが膨潤したことでバクテリアセルロースの面積が増加するため、製造コストの低減が図られる。
【選択図】図１【図１】
0005616479.tif 000005