JPH05284987A - 微生物セルロース混合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微生物セルロース及び微細結晶の混合物の提
供。 【構成】 微生物セルロース生産下に平均粒径３００ミ
クロン以下の微細結晶を連続的叉は断続的に噴霧状添加
しながら静置培養して得られる微生物セルロース混合
物。該混合物を乾燥せしめて、得られるシート状微生物
セルロース混合物。 【効果】 本発明の方法は微細結晶の分散性に優れ、工
業材料として極めて有用な技術である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の使用分野】本発明は微細結晶を含有する微生
物セルロース混合物に関する。この混合物は、工業材
料、化成品等として使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来より微生物、特に酢酸菌を用いてセ
ルロース（以下、微生物の生産するセルロースを「微生
物セルロース」とする）を生産し、各種工業材料等に用
いることは、広く知られている。

【０００３】微生物セルロースは、生産された状態で
は、結晶性および一軸配向性が非常に高いセルロースか
らなる非常に細い（幅あるいは直径１００ｎｍ以下と言
われる）リボン状の繊維が複雑に絡み合ったネットワー
ク状の構造物をしており、この構造物は、その中の空隙
に多量の液体を含んでおり、その外観はゲル状である。
この微生物セルロース構造物内の空隙に含まれている液
体成分、例えば水は、自由水として存在し、外力を加え
ると容易に絞り出されてくる。このように結晶性が非常
に高い多数のリボン状の繊維により構成されているので
湿状態のものでも、引張等の外力にたいして耐える。微
生物セルロースは、植物起源の木綿、木材パルプ等のセ
ルロースと一次構造上は差がないが、上に述べたような
ネットワークのようないわゆる高次構造は、植物起源の
セルロースでは見られない、微生物セルロース特有のも
のであり、それゆえ、ゲル状であるにもかかわらず強度
を持つこと等、種々の性質を示す。

【０００４】しかしながら、微生物セルロースを１つの
高分子素料として世の中で広く使われている他の高分子
材料と比較すると問題が多い。というのは、ポリエチレ
ン、ポリエステルに代表される熱可塑性高分子材料は、
可塑性があるので、熱を加えたり、柔軟化剤を添加した
りすることにより、物性を変化させずに、望みの大きさ
や形に成形することができる。また、溶剤等に溶かして
様々な形態に成形したり、ラミネートしたり、微細結晶
と混合することも可能である。一方、微生物セルロース
については、先に述べたようなネットワーク構造を持つ
ため、このような可塑性がないし、溶剤に溶かすと微生
物セルロースに特徴的な高次構造に基づく特徴が失わ
れ、植物起源のセルロースと差が無くなってしまう。

【０００５】微生物セルロースは生産された時は、一見
ゲル状の形態をしている。つまり、微生物セルロース
は、前記のように細い繊維で構成されており、繊維と繊
維の空隙に液体成分を繊維重量の９５％以上も含んでい
るが、このゲル状物の中の繊維と繊維の空隙に液体成分
は、一般の高分子ゲルのように分子状態で拘束されてい
るわけではない。例えば、液体成分が水の場合は大部分
がゲル状微生物セルロースの中に自由水として存在し、
指で軽くつまむだけで液体成分を絞り出すことが可能で
ある。

【０００６】このように可塑性がなく、しかも含有液体
成分が拘束されていないために、このゲル状の物はその
ままの状態では、もとの構造や特性を生かしたままで、
望みの形状や大きさに成形加工することは非常に困難で
あった。例えば、微生物セルロースに不溶性の微細結晶
を混在させてシート状にするには、充分な強度が必要で
あったがこのようなシートを作ることが不可能であっ
た。したがって、自ずと工業的用途に関しても形状、加
工面から制限があった。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微
生物セルロース及び微細結晶を含有するシート状微生物
セルロース混合物を工業材料として提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】微生物セルロースの生産
過程で、微細結晶を連続もしくは断続的に噴霧状に添加
して静置培養することにより微生物セルロース混合物が
得られ、このものを圧熱乾燥し、シート化しても充分な
強度を保つシート状微生物セルロース混合物が得られる
ことを見いだし本発明の目的を完成させた。

【０００９】微生物が生産するセルロースは、結晶性の
高いα−セルロースで構成されること、非常に表面配向
性が強いこと、極めて高強度を有している。微生物の生
産するセルロースは、セルロースおよびセルロースを主
鎖としたヘテロ多糖を含むものおよびβ、α等のグルカ
ンを含む。ヘテロ多糖の場合はセルロース以外の構成成
分としてマンノース、フラクトース、ガラクトース、キ
シロース、アラビノース、ラムノース、ウロン酸等の六
単糖、五単糖および有機酸等を含む。これらの多糖が単
一物質として存在するセルロースもあるし、２種類以上
の多糖が混在しているセルロースもある。

【００１０】このようなセルロースを生産する微生物
は、とくに限定されないが、例えばアセトバクター・パ
スツリアヌス（Asetobacter pasturianus）ATCC１０８
２１、ＦＥＲＭ Ｐ−１２８８４、アセトバクター・ア
セチ（A.aceti）、アセトバクター・ランセンス（A.ran
sens）、ザルチナ・ヴェントリクリ（Sarcina ventricu
li）、バクテリウム・キシロイデス（Bacterium xyloid
es）、シュードモナス属細菌、アグロバクテリウム属細
菌、リゾビウム属細菌等が挙げられる。

【００１１】微生物セルロースの生成蓄積のためには、
上記の微生物を用いて、通常の細菌を培養する一般的な
方法に従えばよい。すなわち、炭素源、窒素源、無機塩
類、その他必要に応じて、アミノ酸、ビタミン等の有機
微量栄養素を含有する通常の栄養培地に添加し、２０℃
ないし４０℃に制御し静置培養を行えばよい。

【００１２】次に本発明の微生物セルロース混合物を生
産する方法を以下に例示する。まず、ある大きさのシャ
ーレの中に、培地と菌を入れて培養する。培養の途中に
微細結晶を自動あるいは断続的に添加することによっ
て、培養液の表面に微生物セルロースと微細結晶を含む
微生物セルロース混合物が生産される。

【００１３】微細結晶の添加方法は、微生物セルロース
生産培地の表面に均一にいきわたる装置を用い、例え
ば、該装置として噴霧装置がある。具体的には、耐圧製
のステンレス製のサイホンに微細結晶をサイホンの中に
半分ほど入れ密閉し、このサイホンの低面部から連続的
叉は断続的に空気を送り、更にサイホンの上面部のノズ
ルから微細結晶を噴霧するもの等がある。微細結晶の噴
霧方法は、粉状あるいはスラリー状どちらでも使用でき
るが紛状の方が好ましい。更に、微細結晶の総添加量
は、培地重量に対し０．１６重量％以下が好ましい。ま
た、微生物セルロースの生産は微生物セルロース生産培
地の表面に膜状の微生物セルロースゲルができる特有さ
があるために、微細結晶を微生物セルロース生産培地に
一括添加する方法では、微細結晶が培養中に沈澱してし
まい微生物セルロースと微細結晶の均一な混合物が得ら
れない。この微生物セルロース混合物シートは充分な強
度が得られない。ここでいう「一括添加」とは静置培養
開始時に微細結晶を培地に対し、０．１〜０．４重量％
を一度に添加することをいう。

【００１４】このようにして生産された微生物セルロー
ス混合物は、菌体あるいは、培地成分を含むので、用途
に応じた洗浄操作をすればよい。洗浄は、希アルカリ、
希酸、有機溶剤、熱水等を単独あるいは組み合わせて行
えばよい。

【００１５】本発明で用いる微細結晶の粒子は多面体も
しくは球状である３００ミクロン以下のもの、好ましく
は５０ミクロン以下のものがよい。更に、該結晶は水に
不溶なもの、例えばベリリウム、クロム、ニッケル等の
金属類、ダイヤモンド等の炭素の元素鉱物類、セラミッ
クス等の無機化合物類をいう。これらは、一種もしくは
それ以上混合して用いてももちろんよい。

【００１６】こうして得られた微生物セルロース混合物
は圧熱乾燥等の方法で乾燥し、シート化することにより
充分な強度を保つ微生物セルロース混合物シートが得ら
れる。例えば圧熱乾燥の場合、市販の装置を用いればよ
く本発明での圧熱乾燥条件は乾燥温度は１０５ないし２
５０度、好ましくは１３０ないし１６０度、乾燥圧力は
１．５ないし５０ｋｇ／ｃｍ²、好ましくは４ないし１
５ｋｇ／ｃｍ²、乾燥時間は３ないし３０分、好ましく
は５ないし１０分行なえばよい。本発明で得られるシー
ト状微生物セルロース混合物は微細結晶を重量比で５０
％まで含有し、引張強度は１００ＭＰａ（メガパスカ
ル）以上の性質を有するものである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００１８】［微生物セルロース生産培地と培養法］シ
ュークロース５ｇ／ｄｌ、酵母エキス（Ｄｉｆｃｏ社
製）０．５ｇ／ｄｌ、硫安０．５ｇ／ｄｌ、リン酸１カ
リウム０．３ｇ／ｄｌ、硫酸マグネシウム７水塩０．０
５ｇ／ｄｌ（ｐＨ５．０）の組成の培地を１２０℃、２
０分間、オートクレーブした後、これにアセトバクター
・アセチ・サブスビーシス・キシリナムＡＴＣＣ１０８
２１を１×１０⁴ 個／ｍｌの濃度で接種した。その際、
あらかじめオートクレーブしておいた３０ｃｍ角の無菌
箱の中に、あらかじめ用意した縦横２０ｃｍ、深さ５ｃ
ｍのガラス製の容器に微生物セルロース生産培地と該菌
株の混合液８００ｍｌを入れ、微細結晶の添加は別に用
意した耐圧性の２００ｍｌ容のステンレス製のサイホン
にダイヤモンド（ジェネラル・エレクトロニクス社、平
均粒子８〜１５ミクロン）微細結晶を５０ｍｌを入れ密
閉した。該サイホンの低面部から２ｋｇ／ｃｍ² の空気
を送り、サイホンの上面部から口径３ｍｍのノズルを用
いて微細結晶が噴霧されるようにし、ノズルの先端を前
記の無菌箱の上端部分に挿入した。該微細結晶をそれぞ
れ３０〜１２０分の添加間隔で、一回宛１．５秒間、一
定量噴霧した。その後、この間隔で断続的にそれぞれ添
加し、３０℃で３日間静置培養した。微細結晶の総添加
量は、培地重量に対し０．０４重量％（１２０分間隔）
〜０．１６重量％（３０分間隔）であった。

【００１９】［微生物セルロース混合物のシート作成
法］得られた微生物セルロース混合物の厚膜ゲルを１ｇ
／ｄｌの水酸化ナトリウム水溶液で１００℃で３０分間
洗浄し、蒸留水でｐＨが中性になるまで洗浄した。この
洗浄後のゲルを圧熱処理（東邦油圧式型機、１５０℃、
５ｋｇ／ｃｍ²、 ５分の条件下で処理）を行いシートを
作製した。

【００２０】該シートのダイヤモンド重量比は熱重量分
析計（ＴＧ８１１０−Ｄ、理学機器社）により測定し
た。

【００２１】また、引張強度は引張試験機（イントロン
社）により測定した。

【００２２】更に、シート厚さはマイクロメータ Peac
ockＧ−６型で測定した。

【００２３】これらのシート状微生物セルロース混合物
の物性の結果を表１に示した。

【００２４】［比較例］微細結晶の添加法が「一括添
加」である以外は実施例１と同様にしてシート状微生物
セルロース混合物を得た。得られた物性の結果を表１に
示した。

【００２５】

【表１】 （註）比較例における培地重量あたりの微細結晶添加量
はそれぞれ０．４、０．２、０．１％とした。

【００２６】

【発明の効果】 本発明の微生物セルロース混合物は微
細結晶の分散性に優れ、工業材料として極めて有用な技
術である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微生物セルロース生産下に平均粒径３０
   ０ミクロン以下の微細結晶を連続的叉は断続的に噴霧状
   添加しながら静置培養して得られる微生物セルロース混
   合物。
2. 【請求項２】 微生物セルロース生産下に平均粒径３０
   ０ミクロン以下の微細結晶を連続的叉は断続的に噴霧状
   添加しながら静置培養して得られる微生物セルロース混
   合物を乾燥せしめて、得られるシート状微生物セルロー
   ス混合物。