(57)【要約】【課題】  抗菌性を示すキトサンによる揮発性物質の新規な組成物、そして徐放性担体と、その安価で簡便な製造方法を提供する。【解決手段】  二酸化炭素を通気してキトサンを溶解した水溶液に揮発性物質を含有させてキトサン−揮発性物質組成物とし、これを用いて揮発性物質の徐放性担体とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有もしくは溶解しているキトサン水溶液に揮発性物質が含有されていることを特徴とするキトサン−揮発性物質組成物。
【請求項２】
揮発性物質としてヒノキ精油およびヒバ精油のうちの少くとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載の組成物。
【請求項３】
揮発性物質としてヒノキチオールを含有することを特徴とする請求項２記載の組成物。
【請求項４】
揮発性物質が抗菌性を有し、抗菌性組成物が構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の組成物。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の組成物を構成の少くとも一部としていることを特徴とするコーティング剤。
【請求項６】
請求項５のコーティング剤が固体表面に塗布されて乾燥塗膜が形成されていることを特徴とする揮発性物質の徐放性担体。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の組成物の製造方法であって、二酸化炭素を通気してキトサンを溶解した水溶液に揮発性物質を含有させることを特徴とするキトサン−揮発性物質組成物の製造方法。
【請求項８】
請求項６の徐放性担体を、抗菌性の揮発性物質をもって固体表面に構成することを特徴とする固体表面の抗菌加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、キトサン−揮発性物質組成物とこれを用いた徐放性担体および前記組成物の製造方法と抗菌加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在まで様々な抗菌物質が開発され、これらを適宜混合して抗菌スペクトルを広げ、抗菌力を高める方法が数多く報告されている。しかしながら、一般に、金属物質を用いた抗菌剤は広範囲な抗菌スペクトルを示すものの、人体に毒性を示す場合も多く、また使用に際して環境への負荷が高いという問題点がある。
【０００３】
そのため、金属物質の抗菌剤にかかわる天然由来の抗菌物質を利用した抗菌剤の開発も行なわれている。例えば、カニやエビの殻に由来するキトサン、茶葉に含まれるカテキン、ヒバやヒノキなど木材に含まれるヒノキチオール、竹に含まれる孟宗竹抽出物、ナナカマドの果実中に含まれるソルビン酸などが代表的な天然抗菌物質として挙げられる。またカラシやワサビなどの植物、ローズマリー、セイジおよびタイムなど一般にハーブと総称される植物の葉部から得られる精油なども抗菌性を示すことが知られている。
【０００４】
なかでもキトサンは、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコミンサンβ（１→４）結合した天然で豊富に存在する多糖高分子化合物であるキチンを脱アセチル化したものであって、もともとキチン類は人体に無害であり、生分解性を有し、しかもキトサンは各種の薬剤、生理活性物質を生体内で効率的に機能させるための担体としても有効であると期待され、注目されているものである。例えば、病原性大腸菌Ｏ−１５７等の大腸菌(Escherichia coli)や院内感染で問題とされているメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)等の黄色ブドウ球菌(Staphyococcus aureus)を初めとして各種の細菌類に対して強い抗菌力を示す。また、キトサンは真菌類については、土壌汚染性病原菌のつる割れ病菌(Fuearium oxysporum)および黒あざ病菌(Rhizoctonia soloni)、また水虫の原因となる白癬菌(Trichophyton 属）に対してのみの限定的な抗菌スペクトルを示すという特徴を有している。
【０００５】
一方、ヒノキチオールをはじめとする植物由来成分の多くは揮発性で、取り扱いに不便があるものの、キトサンとは異なる抗菌スペクトルを示すことからキトサンとの組み合わせで使用することが検討されている。
【０００６】
なかでも、ヒノキチオールはトロポロン類化合物でイソプロピル基を有する７員環構造を特徴とし、β−ツヤブリシンとも呼ばれる。ヒノキチオールは黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus) 、連鎖球菌(Strptcoccus faecalis)、大腸菌(Eschcrichia coli)、緑膿菌(Pseudomonas aerginosa) などの細菌に加え、コウジカビ(Aspergillus oryzac)、リンゴ腐乱病菌(Valsa ceratosperma)、灰色ブドウカビ菌(Bolrylis cinerea)などの真菌類にも抗菌力を示し、キトサンと異なった幅広い抗菌スペクトルを示す。また、その毒性は極めて低く、国内で食品添加物としての使用が認められている。
【０００７】
このような背景からキトサンとヒノキチオールを組み合わせて抗菌剤として用いることは安全性の高さと広い抗菌スペクトルを実現できることから注目され、実用化が提案されている。この提案では、マロン酸、Ｌ−リンゴ酸、クエン酸、Ｌ−グルタミン酸および乳酸などの有機酸にキトサンを溶解し、それにヒノキチオールを媒散させたヒノキチオール徐放性の抗菌組成物が開示されている（特許文献１）。さらに、キトサン−ヒノキチオールの乳酸溶液からなる同様の抗菌組成物を作成し、これを基材表面に塗布し溶媒を蒸発させてヒノキチオールの徐放性担体となる抗菌性皮膜を作成する方法が開示されている（特許文献２）。
【０００８】
しかしながら、これら従来の技術では、キトサン有機酸で溶解しヒノキチオールを媒散した従来の抗菌組成物（液体）は酸性であり、抗菌性皮膜を作成する際に、基材へ酸による腐食や変色、また有機酸臭の発生などの悪影響を及ぼす。さらに、溶媒蒸発後の抗菌性皮膜に有機酸の成分が残存するため、結露や散水により水分が供給されると有機酸が流出する。これにより基材へ前述と同様の影響や有機酸臭の発生ばかりでなく、キトサンが溶解して抗菌性皮膜を剥離し脱落してしまうという問題がある。
【０００９】
抗菌性皮膜への有機酸の残存を防ぐには、あらかじめ液体の抗菌組成物に中和処理をおこなうことができるが、この場合でも中和塩が徐放性担体に残存する。従来の技術で中和塩など不純物を透析等の脱塩処理である程度を除去することは可能であるが、煩雑な操作を必要とし、コストの面から現実的ではなく、実用化の大きな障害となっている。
【００１０】
また、これらの問題はキトサン溶解時の溶媒成分に起因するため、無機酸（例えば塩酸や硫酸）を用いた場合でも同様である。
【特許文献１】特開平９−１３６９９２号公報
【特許文献２】特開平１０−１９５７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この出願の発明は、以上の背景から、キトサンおよび揮発性物質以外の溶媒成分や中和塩を含まない新しい組成物と揮発性物質の徐放性担体、および安価で簡便な製造方法を提供することを課題とする。さらには揮発性物質として抗菌性物質を使用した新しい抗菌加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に二酸化炭素を含有もしくは溶解しているキトサン水溶液に揮発性物質が含有されていることを特徴とするキトサン−揮発性物質組成物を提供する。第２には、揮発性物質としてヒノキ精油およびヒバ精油のうちの少くとも１種を含有することを特徴とする組成物を、第３には、揮発性物質としてヒノキチオールを含有することを特徴とする組成物を提供する。第４には、揮発性物質が抗菌性を特徴とするこれらの組成物を提供する。
【００１３】
そして、この出願の発明は、第５には、以上いずれかの組成物を構成の少くとも一部としていることを特徴とするコーティング剤を提供し、第６には、このコーティング剤が固体表面に塗布されて乾燥塗膜が形成されていることを特徴とする揮発性物質の徐放性担体を提供する。
【００１４】
また、第７には、上記組成物の製造方法として、二酸化炭素を通気してキトサンを溶解した水溶液に揮発性物質を含有させることを特徴とするキトサン−揮発性物質組成物の製造方法を提供する。
【００１５】
さらに第８には、上記の徐放性担体を、抗菌性の揮発性物質をもって固体表面に構成することを特徴とする固体表面の抗菌加工方法を提供する。
【００１６】
以上のとおりのこの出願の発明は、発明者によって見出された全く新しい知見に基づいて完成されたものである。
【００１７】
すなわち、まず、キトサンを担体に用いて揮発性物質の徐放性を実現するためには、キトサン担体から揮発性物質がすぐに昇華あるいは蒸発しないように担持することが必要であるが、従来の技術では揮発性成分の分散をキトサン溶媒溶液中で行うことによって徐放性を実現している。これは溶媒溶液中でキトサンと揮発性成分を混合することによって、相互作用（例えばキトサンとヒノキチオールの場合、前者のアミノ基と後者のフェノール性水酸基に生じる静電的相互作用）により熱力学的に安定化された結果と考えられる。
【００１８】
最終的に徐放性担体に溶液の溶媒成分が残存しないことが課題となる。
【００１９】
この出願の発明では、このような課題を解決するための手段として、発明者らがすでに提案している（特開平１４−２４１４０５）方法で作成したキトサン−炭酸ガス水溶液（ＮＣＳ）を適用することが有効であることを見出しているのである。
【発明の効果】
【００２０】
この出願の第１の発明によれば、上記のキトサン−炭酸ガス水溶液（ＮＣＳ）は、二酸化炭素が含有された、もしくは溶け込んだ炭酸水であるが、キトサンをカチオン化して溶解するのに必要な分量程度のごくわずかな二酸化炭素しか溶け込んでおらず、蒸発させてもキトサンおよび未反応のキチン類しか残らず、また、ＮＣＳに揮発性物質を媒散したキトサン−揮発性物質組成物は、中性で塩類を含まないことから基材を腐食せず、変色させず、また酸特有の臭気の発生もない。さらにその混合状態（エマルジョン）が非常に安定であるという効果が実現される。このため、キトサン−揮発性物質の組成物は、液体としてのコーティング剤としての応用やスプレーとしての利用、基材への含浸による利用等の様々な形態での使用が可能とされ、いずれの場合も従来のような問題は生じない。
【００２１】
また、第２の発明によれば、以上の効果とともに、ヒノキ精油、ヒバ精油を用いることで、幅広い抗菌スペクトルをもつ組成物が提供され、第３の発明では、さらにヒノキチオールに特化された特有の抗菌効果が実現されることになる。
【００２２】
そして、これら精油やヒノキチオールに限られることなく、第４の発明によれば、様々な抗菌活性を有する揮発性物質の効果が得られることになる。
【００２３】
第５の発明によれば、以上のような特徴のあるコーティング剤が提供され、第６の発明によれば、上記の組成物を基材に塗布あるいは浸漬し乾燥させて基材表面に作成した揮発性物質徐放性担体からなる皮膜は、従来のような酸を含有しないことから、水でキトサンが溶出することなく安定であるという優れた効果が実現され、抗菌性揮発物質による作用も顕著なものとなる。
【００２４】
第７の発明によれば、上記組成物は、極めて簡便に、従来のような溶媒を使用することなく製造可能となる。
【００２５】
第８の発明によれば、固体表面の新しい抗菌加工が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態を説明する。
【００２７】
まず、この出願の発明の組成物を製造するための手段としては、上記のとおりの、発明者がすでに提案している二酸化炭素通気によるキトサン−炭酸ガス水溶液（ＮＣＳ）の調製方法、および組成条件等に従うことができる。キトサンとしては、高純度キトサンに限らず、部分脱アセチル化したキチンを用いてもよい。
【００２８】
上記水溶液（ＮＣＳ）におけるキトサンの濃度としては一般的には約０．０１〜１０重量％とすることが、また、キトサンにおけるキチンの脱アセチル化度としては、８０％以上（アセチル化度２０％以下）であることが目安として考慮される。
【００２９】
そして、上記ＮＣＳには、１種類以上の揮発性物質を加え、攪拌を行うことで均一なエマルジョンにし、これをキトサン−揮発性物質組成物とすることができる。攪拌方法は揮発性物質が十分に攪拌できる方法であれば適宜に用いてもよい。
【００３０】
揮発性物質としては各種のものであってよいが、なかでも天然の植物精油またはその構成（含有）成分のものが好適なものとして示される。これら揮発性物質の配合量については特に限定的ではないが、ヒノキ精油等として用いる場合には、キトサンとの合計量に対して約０．０１％〜５０重量％の範囲で、また、ヒノキチオール等の成分で用いる場合にも同程度とすることが通常考慮される。
【００３１】
キトサン−揮発性物質組成物は、そのまま揮発性物質の徐放性担体として使用でき、例えばヒノキチオール等の抗菌剤をはじめ、殺菌剤、薬剤、芳香剤、消臭剤、防虫剤、防臭剤等の徐放に使用できる。また、該組成物は用途に応じて、安定剤、ｐＨ調整剤、香料、色素、増粘剤および調味料などを適宜添加してもよく、液体状だけでなくペースト状もしくはゲル状などのコロイド、またフィルム、タブレット、粒子、顆粒、粉末などの固体で使用してもよい。
【００３２】
キトサン−揮発性物質組成物は基材表面に塗布もしくは散布した後に乾燥させる、あるいは液体浸透性のある基材の場合は基材をキトサン−揮発性物質組成物に浸漬させた後に乾燥させることにより、揮発性物質の徐放性担体を基材表面に作成することができる。この際の乾燥についてはその条件に特に限定はなく、自然乾燥や、４０℃〜７０℃程度の温度での３０分〜２時間程度の加熱乾燥等であってよい。
【００３３】
このような乾燥後に薄膜、フィルムあるいはシート状として得られる徐放性担体については、この出願の発明の揮発性物質組成物は酸を含まない中性溶液であることから、金属、木材、プラスチック、ガラス、布、繊維、ゴム、紙および陶器などどのような基材にでも適用できる。さらに、この出願の発明の徐放性担体のキトサンは水に不溶であることから耐水性に優れている。
【００３４】
さらに、抗菌剤、殺菌剤、薬剤、芳香剤、消臭剤、防虫剤、防臭剤等の各種揮発性物質の徐放性担体を手軽に作成できる手段として、それらの揮発性物質組成物を缶スプレー、手動色スプレー、ウェットティッシュ等の形態で供給することもできる。またキトサンおよびキチンは生分解性を有すること、また人体に無害であることから、医療用材料として体内で薬剤等の徐放性担体をとして使用することもできる。
【００３５】
そこで、以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００３６】
〔実施例１〕
ヒノキ精油徐放性キトサン担体の耐水性を試験した。
【００３７】
まず、０．５ｗｔ％キトサンを含むＮＣＳ溶液５０ｍｌを作成し、これにヒノキ精油０．２ｍｌを添加し、ホモジナイザ（ポリトロン：KINEMATICA社製）を用いて、１００〜３００ｒｐｍで１〜３分間乳化しキトサン−ヒノキ精油組成物（ＣＨＣ−ＮＣＳ）を作成した。これを−８５℃で凍結し、真空度約２０Ｐａにて３日間減圧乾燥を行い、ヒノキ精油徐放性キトサン担体（ＨＣ−ＮＣＳ）を作成した。また、対照系として４０ｍｌの蒸留水にキトサン０．２５ｇを懸濁し１Ｍ  ＨＣｌ  １０ｍｌを滴下して溶解させたキトサン溶液５０ｍｌ（キトサン終濃度０．５ｗｔ％）に対して、ＨＣ−ＮＣＳと同様にヒノキ精油を乳化してキトサン−ヒノキ精油組成物（ＣＨＣ−ＨＣｌ）を作成し、凍結乾燥を行い、ヒノキ精油徐放性キトサン担体（ＨＣ−ＨＣｌ）を得た。
【００３８】
ＨＣ−ＨＣｌは緑色に変色した薄膜、ＨＣ−ＮＣＳはキトサンと同じ白色の薄膜であり、いずれもヒノキ精油の芳香を呈した。なお、蒸留水５０ｍｌに対してＣＨＣ−ＮＣＳと同様にヒノキ精油を乳化して凍結乾燥を行ったところ残存物がなかったことにより、ＨＣ−ＮＣＳにおいてヒノキ精油は単独で固化したものではなく、キトサンに担持されているものと考えられる。
【００３９】
ＨＣ−ＨＣｌおよびＨＣ−ＮＣＳの各薄膜切片０．１ｇを密閉容器に入れ、蒸留水３ｍｌに加え室温で一晩静置したところ、ＨＣ−ＨＣｌは完全に溶解していた。一方、ＨＣ−ＮＣＳはほとんど溶解せず、蒸留水に懸濁は認められなかった。
〔実施例２〕
実施例１のヒノキ精油徐放性キトサン担体ＨＣ−ＮＣＳの徐放性を臭気判定により試験した。
【００４０】
すなわち、ＨＣ−ＮＣＳの各薄膜切片０．１ｇを密閉容器に入れ、蒸留水３ｍｌを加え約３時間（温度２０℃）静置した後、蒸留水を交換して同様に静置を行うという操作を繰り返し行い、蒸留水に残存するヒノキ精油の芳香を臭気判定した。その結果、２０〜３０回交換した蒸留水においてもヒノキ精油の芳香が感じられた。これにより、実施例１のヒノキ精油徐放性キトサン担体は優れた徐放性を示すことが確認された。
【００４１】
また、蒸留水を加えることなく室温で大気中に放置した場合、一ケ月以上ヒノキ精油の芳香が持続することが確認された。
〔実施例３〕
実施例１のキトサン−ヒノキ精油組成物ＣＨＣ−ＮＣＳおよびＣＨＣ−ＣＨｌの乳化安定性を試験した。すなわち、実施例１に従い乳化後、密閉容器中で室温にて一週間静置したところ、どちらも乳化状態を保持し、本発明のＣＨＣ−ＮＣＳは酸を用いた場合のＣＨＣ−ＣＨｌと同様の乳化安定性を示した。このことから、中性溶液中でもキトサンが完全に溶解していれば、キトサンとヒノキ精油が安定化できることが明らかとなった。さらに実施例２の結果を加味すればＣＨＣ−ＮＣＳを乾燥し固化させた場合にも、ヒノキチオールをはじめヒノキ精油に含まれるテルペン類など揮発性成分が、そのまま安定した状態でキトサン担体に保持され、その結果ヒノキ精油の蒸発や昇華が抑制されて徐放性を実現していものと考えられる。
〔実施例４〕
本発明の方法により作成したヒバ精油徐放性キトサン担体、およびキトサン−ヒバ精油組成物について、実施例１〜３と同様の試験を行った。ヒバ精油においても、実施例１〜３記載のヒノキ精油の結果と同様の耐水性、徐放性、乳化安定性が認められた。これは、本発明がキトサン−揮発性物質の分子間相互作用を利用するため、ヒノキ精油に限定されず、揮発性物質として溶液中でキトサンに安定化され、乾燥後にもキトサン担体で保持されうるものであれば、本発明が開示する方法において、その徐放性キトサン担体を提供できることが明らかとなった。
〔実施例５〕
本発明の方法により作成したヒノキチオール徐放性キトサン担体からのヒノキチオール徐放能を解析した。
【００４２】
まず、０．５ｗｔ％キトサンを含むＮＣＳ溶液１０ｍｌ（キトサン量０．０５ｇ）を作成し、これにヒノキチオール０．００５ｇ（キトサンの１／１０量）を含むエタノール０．５ｍｌを加え、蒸留水を加えて２０ｍｌとし、実施例１と同様の方法で乳化し、一昼夜静置して、キトサン−ヒノキチオール組成物とした。一昼夜の静置はキトサン−ヒノキチオールの相互作用による安定化を十分に促すためであるが、時間の経過とともに溶液が黄色く着色されてゆくことから、安定化によりキトサンとヒノキチオールが立体構造もしくは配位の変化を伴って会合体を形成している可能性が示唆された。おそらく、キトサン分子のカチオン性アミノ基とヒノキチオールのアニオン性のフェノール性水酸基が会合し、安定化しているものと推測される。なお、ヒノキチオールは難水溶性のため、エタノールにあらかじめ溶解して用いた。
【００４３】
次に１０ｃｍ×１．５ｃｍに切断したセルロースろ紙片(TOYONo.2)にキトサン−ヒノキチオール組成物を吸い上げ、溶液が均一に吸着した中央部の５ｃｍ×１．５ｃｍを残し両端を切断除去し、これを静置乾燥させて、ろ紙上にヒノキチオール徐放性キトサン担体を作成した。ろ紙の静置（乾燥）時間を０、２４、４８、７２、１４４時間とし、それぞれについてエタノール３ｍｌおよび蒸留水２ｍｌの溶出溶液に浸し、塩化第二鉄：塩化鉄(III)六水和物の水溶液（５％  ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ：黄色）を０．０５ｍｌを加えて、ろ紙に残存するヒノキチオールを４８時間溶出させた。ヒノキチオール鉄(III)錯体の呈する緑色６００ｎｍ吸光度を測定し、ろ紙に残存するヒノキチオールを解析した。なお、ヒノキチオールの溶出に伴い、溶出溶液の色が鉄(III)イオンの黄色からヒノキチオール鉄(III)錯体の緑色へ変化する様子が観察された。
【００４４】
また、対照系として、キトサンを含みヒノキチオールを含まない系（対照系Ａ）、ヒノキチオールを含みキトサンを含まない系（対照系Ｂ）を用いた。詳しくは、対照系ＡはＮＣＳに添加するエタノール・蒸留水のみを加え２０ｍｌとした系、対照系Ｂはヒノキチオール０．００５ｇを含むエタノール０．５ｍｌを加え、蒸留水を加えて２０ｍｌとした系である。
【００４５】
６００ｎｍにおけるヒノキチオール鉄(III)錯体の吸光度測定は対照系Ａの６００ｎｍの吸光度をブランク値とし、得られた静置時間と吸光度の関係を図１に示した。
【００４６】
図１より、ろ紙上に作成したヒノキチオール徐放性キトサン担体（ＮＣＳ＆ＨＣ：以下、本実施例と称する）、および対照系Ｂ（ＨＣ  ｏｎｌｙ）、ともに時間経過とヒノキチオール残存量は減少しているものの、本実施例のヒノキチオール残存量は、対称系Ｂに対して有意に多いことが確認された。また、ヒノキチオール残存量の減少変化を見ると、本実施例の半減期は約１００〜１２０時間、一方対照系Ｂの半減期は約４０〜５０時間であることから、ヒノキチオール徐放速度が本実施例の方がゆるやかである。加えて、１４４時間経過後に対照系Ｂでは残存ヒノキチオールがほとんど認められないのに対して、本実施例においては初期残量の４割程度がまだ残存していたことにより長期間の徐放が可能であることが示唆された。
【００４７】
なお、対照系Ｂにおけるろ紙の静置時間０において、既に本実施例の残存量との間に差が生じていることより、対照系Ｂにはキトサンが含まれないためにヒノキチオールが安定化されず、乳化後の一昼夜静置において多くのヒノキチオールが乳化液から昇華してしまったと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例５のヒノキチオール徐放性キトサン担体からのヒノキチオール徐放能の解析結果を示す。
【図１】
2005232063.tif 000002