(57)【要約】  収率が格段に高く、変性タンパク質の含量が軽減したケラチン誘導体とその使用方法を提供する。本発明のケラチン誘導体は、溶解、分解、誘導体へ変換が難しい毛表面のキューティクルの一部または全部を除去した毛から、過剰な薬剤を用いることなく得られたものである。特に、ジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−）の一部又は全部を、アミノエタンチオールによってアミノエチルジスルフィド基に容易に変換したアミノエチルジスルフィドケラチンが、安定性と溶解性の観点よりケラチン誘導体として望ましい。また、ケラチン誘導体は高収率で得られ、さらには変性したケラチンが少なく、人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、ウールナノファイバーなどに安価に成形することが出来る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
キューティクルの一部または全部を除去した羊毛や毛髪などの哺乳動物由来の毛から作ることを特徴とするケラチン誘導体。
【請求項２】
前項の誘導体が、アミノエタンチオールを含む液にキューティクルを除去した毛を浸漬し、ケラチン中のジスルフィド結合をアミノエチルジスルフィド基に変換する工程と、アミノエチルジスルフィド結合に変換したケラチンを含む毛を溶解させる工程から作られるアミノエチルジスルフィドケラチンであることを特徴とする請求項１記載のケラチン誘導体。
【請求項３】
人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、人工毛、ウールナノファイバーに成形することを特徴とする請求項１または２記載のケラチン誘導体の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キューティクルの一部または全部を除去した羊毛や毛髪などの哺乳動物由来の毛から作ることを特徴とするケラチン誘導体とその使用方法に関するものであって、高収率で得られ、安価に産業応用可能なものである。【０００２】
更には、前項のケラチン誘導体が、アミノエタンチオールを含む液にキューティクルを除去した毛を浸漬し、ケラチン中のジスルフィド結合をアミノエチルジスルフィド基に変換する工程と、アミノエチルジスルフィド結合に変換したケラチンを含む毛を溶解させる工程から作られるアミノエチルジスルフィドケラチンであることを特徴とする。
【背景技術】
【０００３】
羊毛や毛髪などに含まれるタンパク質であるケラチンは、羊毛や羽毛、シルク、綿、毛髪に対してなじみやすく、毛髪などの繊維の保湿、感触改良に有効であることが知られている。また、ケラチンは分子内又は分子間でジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−）を多くもつタンパク質であるため、他のタンパク質より強度が高く安定な構造体を形成することも知られているが、羊毛や毛髪からケラチンを効率よく抽出する方法がなかった。【０００４】
水溶性のアミノ酸を多く含むポリマーであるケラチンは、油性溶媒に溶解しない。また、ケラチンは分子量が数万のタンパク質であるが、通常、ジスルフィド結合によって分子間で結合し、非常に大きな分子量をもつ繊維状物質であり、水にも不溶性である。よって、従来から、ケラチンのジスルフィド結合を還元してチオール基（−ＳＨ）又はその誘導基とすることにより、ジスルフィド結合を開裂して水に可溶化することが行われている。例えば、特許文献１には、−ＳＳ−（ＣＨ２）ｎＣＯＯ−を側鎖基として備えるペプチドが配合された化粧料が記載されている。特許文献２には、水に不溶なタンパク質のジスルフィド結合をチオール基に還元し、その一部又は全部をカルボキシメチルジルスフィド基（−ＳＳＣＨ２ＣＯＯＨ）とすることにより得られる水可溶化タンパク質が記載されている。【０００５】
しかし、ケラチンの溶解性を高めるために様々な誘導体に変換する際、タンパク質中のジスルフィド結合を構成するシステイン残基が酸化されてシステイン酸に変換した変性タンパク質となる。このジスルフィド結合やシステイン残基のチオール基のシステイン酸への変性は、酸化剤や熱、アルカリなどによって起き、上記の特許文献のようにカルボキシメチルジスルフィド基などに変換する方法が試みられているものの、この不可逆的なシステイン酸への変性は根本的な解決に至っていない。【０００６】
哺乳動物などの体毛である毛、例えば羊毛やヒトの毛髪は、最外層にキューティクルと呼ばれる硬いケラチン層が存在し、このケラチン層に含まれるケラチンを誘導体に変換するため過剰な薬剤と過剰な反応条件に毛が曝され変性タンパク質が生成する。この変性したタンパク質では、ジスルフィド結合が失われ、ケラチン本来の特徴、機能が失われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２８５４０１号公報
【特許文献２】特開平７−１２６２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
羊毛や毛髪などの哺乳動物の体毛は、キューティクルと呼ばれる硬いケラチン層で毛表面が覆われている。キューティクルは、加水分解やケラチン誘導体に変換するための薬剤がキューティクルより内部に浸み込むことを妨げ、加水分解や誘導体への変換収率を低下させる。そのため、硬いキューティクルを分解、誘導体に変換させるために過剰な薬剤と過剰な反応条件を用いる必要があり、これが変性タンパク質を多く生成させる原因となっていた。【０００９】
本発明は、収率が格段に高く、変性タンパク質の含量が軽減したケラチン誘導体とその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、溶解、分解、誘導体へ変換が難しい毛表面のキューティクルの一部または全部を除去した毛から、過剰な薬剤を用いることなく得られたケラチン誘導体である。特に、ジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−）の一部又は全部を、アミノエタンチオールによってアミノエチルジスルフィド基に容易に変換したアミノエチルジスルフィドケラチンが、安定性と溶解性の観点よりケラチン誘導体として望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のキューティクルの一部または全部を除去した毛から作られたケラチン誘導体は高収率であり、過剰な薬剤を使用することなく得られ変性したケラチン誘導体の含量が少ない。また、変性したケラチンが少なく、人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、ウールナノファイバーなどに安価で安定に成形することが出来る。【００１２】
また、アミノエタンチオールを含む液に毛を浸漬し、ケラチン中のジスルフィド結合をアミノエチルジスルフィド基に変換する工程と、アミノエチルジスルフィド結合に変換したケラチンを含む毛を溶解させる工程から作られるアミノエチルジスルフィドケラチンは、ケラチンタンパク質の分子量を低下させず、ジスルフィド結合を形成するケラチン中のシステイン残基のチオール基を保護し変性させない。【００１３】
ケラチン中のジスルフィド結合は、ケラチンに含まれるシステイン残基が分子内または分子間で形成しているものであり、ケラチン本来の強度およびケラチンの分子構造の維持や再構築に関わる。【００１４】
ケラチン中のジスルフィド結合をチオール基に解離させることにより、溶媒に不溶のケラチンを可溶にすることができ、再び、ジスルフィド結合に戻すことにより不溶性のケラチンとすることが出来る。このジスルフィド結合の解離と再結合は可逆性であるが、システインがシステイン酸に変性した変性ケラチンでは、これが失われる。【００１５】
本発明のアミノエチルジスルフィドケラチンは、過剰な薬剤を使用することなく作ることができ変性したケラチンが少ない。またケラチンのシステイン残基が、アミノエチルジスルフィド基として保護されており、空気中の酸素などによる変性が起きない。【００１６】
本発明のケラチン誘導体、特に、アミノエチルジスルフィドケラチンは、ケラチン誘導体中のジスルフィド結合の解離と再結合による溶解をコントロールすることによって、人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、ウールナノファイバーなどへ成形することが出来る。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前記のキューティクルの一部または全部を除去した毛は、キューティクルが除去されている限り、その種類、由来に特に限定はなく、哺乳動物の毛であれば良い。例えば、羊、アンゴラ、カシミヤ、モヘア、ラクダ、アルパカなどの毛やヒトの毛髪が挙げられる。また、キューティクルの一部または全部を除去する方法は特に限定されるものではなく、塩素などを用いた化学的処理、摩擦やボールミルなどによる加重によりキューティクルを除去したものでも良い。
【００１８】
前記ケラチン誘導体は、ケラチンに含まれるジスルフィド結合を変性させることなく安定に保護できれば、具体的に、例えば、チオグリコール酸、チオ乳酸、亜硫酸、システイン、及びスピロノラクトン並びにこれら含硫黄化合物の塩又はその誘導体（例えば、エステル）を用いてジスルフィド結合を変換させたもので良い。含硫黄化合物は１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
前記ケラチン誘導体として、特にアミノエチルジスルフィド基に変換されたアミノエチルジスルフィドケラチンが、安定性や溶解性の観点より望ましい。
【００２０】
本発明のアミノエチルジスルフィドケラチンは、アミノエタンチオールを含む液にキューティクルを除去した毛を浸漬し、ケラチン中のジスルフィド結合をアミノエチルジスルフィド基に変換する工程と、アミノエチルジスルフィド結合に変換したケラチンを含む毛を溶解させる工程から作られる。
【００２１】
前記のアミノエタンチオールを含む液に浸漬する工程では、アミノエタンチオールを毛に含まれるシステイン残基の量に合わせて調整することが出来る。望ましくは、ケラチン残基に対して、１．１倍〜２倍ｍｏｌ量を添加するのが良い。反応させる際のｐＨは特に限定されるものではないが、ｐＨ６〜８の範囲が望ましい。
【００２２】
前記の溶解には、エタノールやプロパノールなどのアルコール、エチレングリコールやブチレングリコールなどの多価アルコールなど溶媒または水溶液を用いても良い。また、溶解させる際のｐＨは特に限定されるものではないが、ケラチン誘導体のタンパク質の等電点がｐＨ３〜５程度であるため、ｐＨ６以上が望ましい。
【００２３】
毛に含まれるケラチン中のジスルフィド結合の一部又は全部が、アミノエチルジスルフィド結合に変換されていればよく、前記のアミノエタンチオールを含む液に浸漬する工程と溶解させる工程は同時であっても良い。
【００２４】
ケラチンに含まれるジスルフィド結合のアミノエタンチオールによるアミノエチルジスルフィド基への変換は、ジスルフィド結合を開裂し、Ｓ原子とアミノエタンチオールのＳ原子との間で新たな結合が形成されることを意味する（下記式（１）参照）。
【００２５】
未変換のジスルフィド結合は残存していてもよく、ジスルフィド結合が開裂して形成されたチオール基が残存している場合には、酸化剤を用いてすべてのチオール基にアミノエタンチオールを付加させる工程を追加することが望ましい。
【００２６】
前記酸化剤は、チオール基間でジスルフィド結合を形成することができれば、その種類、由来及び構造に特に限定はない。前記酸化剤として具体的には、例えば、過酸化水素、臭素酸及びその塩、塩素酸及びその塩、オゾン、並びに過酸化物が挙げられる。前記酸化剤は１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
アミノエタンチオールの量その他反応条件によっては、前記ジスルフィド結合のうち、一方がアミノエチルジスルフィド基に変換され、他方がチオール基に変換する場合（下記式（１））と、両方がアミノエタンチオールにより変換される場合（下記式（２））がある。尚、下記式（１）及び（２）中、「Ｃｙｓ」は、ケラチンに含まれるシステイン残基を意味する。
【００２８】
Ｃｙｓ−Ｓ−Ｓ−Ｃｓｙ  ＋  Ｈ２Ｎ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＳＨ
→  Ｃｙｓ−Ｓ−Ｓ−ＣＨ２−ＣＨ２−ＮＨ２  ＋  Ｃｙｓ−ＳＨ    （１）
Ｃｙｓ−Ｓ−Ｓ−Ｃｓｙ  ＋  Ｈ２Ｎ−ＣＨＲ−ＣＨ２−ＳＨ
→２  Ｃｓｙ−Ｓ−Ｓ−ＣＨ２−ＣＨＲ−ＮＨ２            （２）
【００２９】
前記ケラチン誘導体は、必要に応じて他の処理を行ってもよい。例えば、分子量及び分子サイズを低下させるために、加水分解を行ってもよい。また、精製、ろ過、遠心分離等を行うことにより、他の成分又は不溶分を除去してもよい。
【００３０】
ケラチン誘導体には、使用する際に上記のケラチンの特性を阻害しない限り、必要に応じて、他の成分を含んでいてもよい。例えば、油脂、炭化水素油、高級脂肪酸、高級アルコール、エステル油、シリコーン油、界面活性剤（アニオン系、カチオン系、両性、非イオン系）、保湿剤、水溶性高分子、皮膜剤、紫外線吸収剤、金属イオン封鎖剤、低級アルコール、多価アルコール、糖類、アミノ酸、ｐＨ調整剤、ビタミン、酸化防止剤、色素、防腐剤、及び香料が挙げられる。
【００３１】
キューティクルの一部または全部を除去した毛から得られたケラチン誘導体は、緩和な反応条件下で作られるためシステイン酸への変性が少なく、また、ジスルフィド結合が保護されており、形状加工性に優れている。また溶液としての取り扱いが可能であり、元の毛の繊維径より細いナノファイバーなどへの成形が容易である。
【００３２】
本発明のケラチン誘導体は、ジスルフィド結合の開裂、再結合させることが可能であり、成形した状態でジスルフィド結合を再結合させれば、成形した状態を安定的に保持させることができ、人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、人工毛、ウールナノファイバーに成形することが出来る。
【００３３】
前記の成形されたものは、いずれも成形された形状を常に保つ必要があり、ケラチンタンパク質の特徴であるジスルフィド結合が重要であり、さらには、ケラチン誘導体のシステイン残基を保護している、例えば、アミノエチルジスルフィド基は、任意に開裂させてチオールにすることが出来る。また、開裂して生成したチオールが再び結合すると、もとのケラチンが再生できる。
【００３４】
ケラチン誘導体は、人工血管や縫合糸、創傷被覆シート、人工べっ甲、人工象牙、人工皮革、ウールナノファイバーなどの形状に容易に成形することが出来る。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。尚、本発明は、実施例に示す形態に限定されない。本発明の実施形態は、目的及び用途等に応じて、本発明の範囲内で種々変更することができる。また、実施例における結果に対する考察は、全て発明者の見解に過ぎず、何ら本発明を定義付ける趣旨の説明ではないことを付言する。【００３６】
（実施例１）
キューティクルを除去した羊毛から作るアミノエチルジスルフィドケラチンの調製方法
キューティクルを除去した羊毛１ｋｇをアミノエタンチオール１．２ｍｏｌ等量含むｐＨ７．５の水溶液に浸漬し４０℃で１日間静置させる。羊毛をよく水洗し、水酸化ナトリウムでｐＨ８．５に調製した液に浸漬し２日間攪拌、溶解させる。ケラチン誘導体を使用する際に適宜必要なｐＨに調製する。この時、得られたアミノエチルジスルフィドケラチンの収率は６９．３％であった。【００３７】
（比較例１）
キューティクル未加工の羊毛にて前項同様に作業を行った場合、アミノエチルジスルフィドケラチンの収率は１３．１％であった。また溶解工程において温度を６０℃、ｐＨ１２として行った場合には、収率２１．７％であったが、ケラチン中のシステイン含量の明らかな低下が認められた。これは、溶解工程で硬いキューティクルを溶解させるためにｐＨを高くし温度を与えたためにシステイン残基が変性したものと示唆された。【００３８】
（実施例２）
創傷被覆シート
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液に亜硫酸水素ナトリウムを５％になるように添加し反応させる。この際、アミノエチルジスルフィド基が開裂しシステイン残基のチオールが生成する。次にケラチン誘導体を含む水溶液をトレイに流し込み、適量の過酸化水素をｐＨ８のアルカリ条件下で添加することによりケラチンゲルとなる。過酸化水素により、ケラチンのシステイン残基のチオール同士がジスルフィド結合を形成しケラチンが架橋する。ケラチンゲルを乾燥し十分に滅菌水で洗浄することによりフィルム状の創傷被覆シートを得ることが出来る。このとき、ケラチンのみのフィルムは硬く創傷部に追随して貼付できない場合には、最初のアミノエチルジスルフィドケラチン溶液にワセリンなどの油脂を添加させて行うか、ケラチンゲルを乾燥後、グリセリンを含む水で膨潤させると良い。【００３９】
（実施例３）
ナノファイバー
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液に亜硫酸水素ナトリウムを５％になるように添加し反応させる。次に透析膜にて高分子のケラチンを除く他成分を除いた後、アンモニア水を用いてｐＨ８のアルカリ条件下、過酸化水素を添加しケラチンゲルを得る。ケラチンゲルをエレクトロスピニング法もしくは、換気システムを備えた環境において気中スプレー方式にてケラチンナノファイバーからなる不織布を得ることが出来る。特に、気中スプレー方式では、ロール状の不織布を容易に作成することができ、スプレー圧を調整することにより、ナノファイバーの繊維径を調整することが出来る。【００４０】
（実施例４）
人工象牙（人工角）
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液を水酸化ナトリウムにてｐＨ８に調製後、システインを１％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。透析膜を用いてケラチンゲルを洗浄した後、ケラチンゲルを乾燥、粉砕する。ケラチン粉末３０%、ハイドロキシアパタイト７０％の割合で金型に充填し、１５０℃、６００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１０分間、加熱加圧成形を行い角柱または円柱体の人工象牙を得る。配合割合を変えることにより硬さや質感も変えることができ、水牛などの角を模した人工角も作ることが可能である。【００４１】
（実施例５）
人工べっ甲
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液を水酸化ナトリウムにてｐＨ８に調製後、システインを１％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。透析膜を用いてケラチンゲルを洗浄した後、ポリビニルアルコールを添加し乾燥させ得たケラチンシートを任意の枚数重ね、９０℃、１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で５分間ホットプレスし、人工べっ甲となる。【００４２】
（実施例６）
生分解性縫合糸
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液を水酸化ナトリウムにてｐＨ８に調製後、システインを１％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。透析膜を用いてケラチンゲルを洗浄、滅菌水で置換した後、等量のブタ皮膚酸処理ゼラチン（ニッピ社製）と２％グルタルアルデヒドを添加した混合溶液を４℃でシリンジから射出し、糸を成形する。４０℃で２４時間静置後、得られた糸を４Ｍグリシン水溶液に浸漬し、更に４０℃で２４時間静置した。滅菌水でよく洗浄することで生分解性縫合糸を得ることが出来る。ゼラチン含量を減らすと硬く、ゼラチン含量を増やすと柔軟性のある糸になる。【００４３】
（実施例７）
人工毛
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液を水酸化ナトリウムにてｐＨ７に調製後、亜硫酸水素ナトリウムを２％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。ケラチンゲルにカーボンブラックを３０％添加しシリンジから射出し乾燥させ、水洗後に再度乾燥させることにより自然な風合いの人工毛となる。【００４４】
（実施例８）
人工皮革
アミノエチルジスルフィドケラチン５％を含む水溶液を水酸化ナトリウムにてｐＨ８に調製後、システインを１％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。透析膜を用いて過酸化水素などの低分子成分を除去後、絹織布に含侵し乾燥させることにより動物の皮革にちかい風合いの人工皮革が得られる。【００４５】
（実施例９）
人工血管
アミノエチルジスルフィドケラチン１０％を含む水溶液をリン酸水素２ナトリウムとリン酸２水素ナトリウムを用いてｐＨ７に調製後、亜硫酸水素ナトリウムを２％になるように添加し反応させる。次に過酸化水素を２％になるように添加しケラチンゲルを得る。透析膜を用いて過剰な過酸化水素を洗浄しケラチン溶液とする。次にポリエチレンテレフタレート繊維を編み込んで作成した内径３ｍｍのチューブをケラチン溶液に浸漬した後、乾燥させる。ケラチンはジスルフィド結合で繋がり、非常に気密性の高い膜を形成することができ、菅の内側を通る液が管の外側に浸潤することを防ぐ。さらにはポリウレタン樹脂などを被覆することにより耐用期間の延長が期待できる。
【国際調査報告】
2018220739.tif 000002
2018220739.tif 000003
2018220739.tif 000004
2018220739.tif 000005