JPS6228697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ゲルクロマトグラフイー、イオン交
換クロマトグラフイー、アフイニイテイクロマト
グラフイー用の充填材或いは透析材、イオン交換
体等として有用な球状のキチン成形体の製造法に
係る。更に詳しくは、キチンを脱Ｎ−アセチル化
したキトサンを原料とし、懸濁剤を含む分散媒浴
中に、必要に応じ懸濁剤を含む該原料溶液を添加
分散し、粒状化、アシル化することを特徴とする
球状キチン成形体の製造法に係る。 自然界に存在する多糖類の繊維成分は、高等動
物におけるコラーゲン、節足動物や下等動物にお
けるキチン、高等植物におけるセルロースに大別
され、各々にアパタイト、炭酸カルシウム、リグ
ニンなどが沈積することにより形体を作つてい
る。 この中で、キチンはＮ−アセチル−Ｄ−グルコ
サミンの１，４−β結合よりなる高分子物質であ
り、セルロースに匹敵する量が存在する。しかし
ながら、キチンは極めて高結晶性且つアミノアセ
チル基の結合が強固である為、セルロースにおけ
るアルカリの如く、良好に溶解、分散或いは膨潤
させる適当な溶媒をもたない。この為、キチン資
源の利用に関する開発はセルロースやその他の多
糖に比べ極めて遅れている。 その中にあつて、特公昭48−19213号は、キチ
ンの脱Ｎ−アセチル化物であるキトサンが希酸に
溶解する性質を利用して、キトサンのフイルムを
作り、該キトサンフイルムを固相アセチル化する
ことでキチンフイルムを得る方法を開示してい
る。この方法は、キトサンフイルムを水に膨潤さ
せた後、エタノール、アセトン、ピリジン等の溶
媒に浸漬し、ジシクロヘキシルカルボイミド等の
アミド基形成用の脱水縮合剤を用いてＮ−アシル
化し、キチフイルム化することからなる。しか
し、この方法では、後記の実施例に見られる如
く、アシル化に要する時間が極めて長い。また、
この方法はキチンのフイルム状物を得ることを目
的としており、しかも該フイルム状物の用途も音
響振動板への適用を示唆しているにすぎず、キチ
ン資源の有効利用という点でなお不満を残すもの
である。 本発明者は、上述した現状に鑑み、キチンの用
途開発、並びその用途に適用可能な形体の工業的
な製造法等について鋭意研究の結果、水系溶媒に
可溶性のキチンの脱Ｎ−アセチル化物、即ちキト
サンを有機アシル化剤と反応させると容易にアシ
ル化反応が起こり、水、酸、アルカリ或いは有機
溶剤に不溶のアシル化物となること、また、この
反応を利用して得られる成形材が分離材、透析
材、固定化酵素の基材或いは吸着剤として有効で
あることの知見を得て、本発明に到達したもので
ある。 即ち、上記知見に基づく本発明は、キチンの脱
Ｎ−アセチル化物の水溶液を有機アシル化剤で処
理することを特徴とする球状キチン成形体の製造
法を提供するものである。 本発明の特徴の１つは、アシル化反応が水の存
在下でも極めて短時間に生起することであるが、
未だこの理論的な根拠は明らかでない。しかしな
がら、この効果によつて、本発明の成形材は球
状、繊維状、フイルム状等の任意の形態または必
要に応じてそれらの中空状の形態に極めて容易且
つ短時間に成形され得る。特に、本発明の球状成
形材はゲルクロマトグラフイー、イオン交換クロ
マトグラフイー、アフイニイテイクロマトグラフ
イー用の充填材或いはイオン交換体の基材等とし
て広範な分野に利用可能である。 以下、本発明を詳述する。 本発明に係る出発原料は、水系溶媒、即ち酢
酸、塩酸等の酸の希薄水溶液に可溶のキチンの脱
Ｎ−アセチル化物である。該キチンの脱Ｎ−アセ
チル化物は市販品でも良く、或いはカニ、エビ等
の節足動物の甲殻類から常法によつて分離精製し
て得られるキチンを水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム等のアルカリ水溶液中で加熱することによ
り得ることができる。なお、本発明におけるキチ
ンの脱Ｎ−アセチル化物は水系溶媒への溶解性及
び溶液の粘度の関係から、脱Ｎ−アセチル化度が
50〜100％好ましくは50〜90％である。該脱Ｎ−
アセチル化度が高い場合は、後述のアシル化剤と
の反応が遅くなる傾向を示すが水系溶媒に溶解し
易く且つ溶液としての粘度も小さいので高濃度の
溶液として用いることができる。このことは後述
の如く、広範な大きさの分子に対する分子篩効果
を有する成形材を得ることを可能とするもので注
目すべきものである。 本発明におけるキチンの脱Ｎ−アセチル化物の
不溶化（アシル化）は極めて簡単である。即ち、
キチンの脱Ｎ−アセチル化物の水系溶液を有機ア
シル化剤と接触させるだけで、既述の如く極めて
短時間でアシル化反応が起こりキチン質を形成す
るものである。この反応のメカニズムについては
未だ明らかでないが、反応は該可溶性キトサン誘
導体の水系溶液が有機アシル化剤に接触すると瞬
間的に起こり、該水系溶液の表面から進行するこ
とからみて、まず該水系溶液表面にアシル化によ
るキチン質からなる皮膜が形成され、該水系溶液
の形態を維持し、次いでやや遅れて有機アシル化
剤が最初に形成された不溶性キチン質皮膜を通じ
て内部に拡散するに従い逐次内部に反応が進行
し、内部での不溶化を進めるものと推定される。
この際の反応生成物は、キチン、Ｎ−アシル化キ
トサン、Ｏ−アシル化キチン、Ｎ−、Ｏ−アシル
化キトサンの１種もしくはそれらの混合物であ
る。また、内部は反応の進行度合にもよるが未反
応の可溶性キトサンの構造単位が残存する。かく
して、前記した反応によつて得られる本発明のキ
チン系成形材は、キチンの脱Ｎ−アセチル化物の
１部又は全部をアシル化処理したものとなる。 なお、本発明で用いる該キチンの脱Ｎ−アセチ
ル化物の水系溶液濃度は、得られる成形材の細孔
容積、細孔直径、強度或いは密度に影響し、濃い
方がよい強固で緻密且つ不溶化繊維間隔の大きな
不溶性キチン誘導体を生成し、より大きな分子に
対する分子篩効果を発現する。通常、該水系溶液
濃度は１〜10wt％で良い。しかし、これは、本
発明の成形材の用途及び性質により適宜調節され
るべきものであつて、必ずしもこの範囲に限定さ
れるものでない。 本発明で用いる有機アシル化剤は酢酸、プロピ
オン酸、酪酸、吉草酸及びその無水物が好適であ
る。これらを単独もしくは２種以上の混合物とし
て使用し得る。該有機アシル化剤は希釈せずその
まま用いても良く、又、反応速度を調節したり、
反応物の処理を容易にする目的等から、有機アシ
ル化剤と反応しない有機溶剤、例えばベンゼン、
トルエン、キシレンまたはピリジン等で希釈して
も良い。 アシル化反応温度は５〜80℃好ましくは５〜60
℃であるが、前述の如く脱Ｎ−アセチル化度60％
以上の可溶性キチン誘導体を用いる場合はより高
温度が望ましい。また有機アシル化剤のガスと反
応させる場合には更に高温度であつても良い。 次に、可溶性キチン誘導体水溶液と有機アシル
化剤とを接触させる態様であるが、これは本発明
のキチン系成形体の用途、形態に応じて適宜選ぶ
ことが出来る。 例えば、１つの接触態様として、キチンの脱Ｎ
−アセチル化物の水溶液を懸濁剤を含む有機アシ
ル化剤中に撹拌しながら滴下分散させる方法を例
示し得る。 水溶液濃度は前述の如く、0.1〜10wt％で良い
が、該水溶液の粘度が高いため、小粒径或いは多
孔性の球状物を得難い場合は該水溶液中にエチレ
ングライコール、グリセリン、アルコール等の粘
度降下剤を加えることもできる。 有機アシル化剤の使用量は、特に限定するもの
でないが通常キチンの脱Ｎ−アセチル化度に対し
て１〜100倍モル好ましくは５〜20倍モルで良
い。 また、有機アシル化剤中におけるキチンの脱Ｎ
−アセチル化物の分散造粒状態を調節するために
は、有機溶媒を該可溶性キトサン誘導体の水系溶
液に対し10〜1000倍量好ましくは10〜500倍量加
えると良い。 本発明で用いる懸濁剤は、通常のものでも良い
が、特に非イオン系のものが好ましく、例えばポ
リオキシエチレンソルビトール、ポリオキシエチ
レンステアレート、ポリオキシエチレンアルキル
エーテル或いはソルビタンモノラウリレート等を
挙げることが出来る。該懸濁剤の量は、通常、可
溶性キトサン水溶液に対し、0.001〜10wt％の範
囲で任意に選択すれば良い。 また分散、造粒に供する分散造粒機は一般的な
撹拌羽根を有する撹拌機或いはスタテイツクミキ
サー、ホモジナイザー類を用いれば良い。 また、上述の球状成形材の製造において、用い
るキチンの脱Ｎ−アセチル化物溶液中に予め
0.001〜10wt％の懸濁剤を添加しておくと、ア
シル化が均一に行なわれること、懸濁剤の添加
量によつて成形材の細孔分布が調節されること或
いは多孔性の成形材であつても強度的にすぐれ
ること等の利点を有する。 以上、この接触態様においては、該水溶液滴の
表面から瞬間的に反応して不溶化し、本発明のキ
チンの脱Ｎ−アセチル化物のアシル化物の皮膜を
形成して球形のカプセル状物が得られる。そして
該反応を接続させると有機アシル化剤が内部にま
で拡散し任意の不溶化膜厚を形成することができ
る。所定時間反応後、分離、水洗により未反応の
有機アシル化剤を除去すれば、本発明のキチン系
成形材よりなる球体が得られる。得られる球体
は、滴下する液滴の大きさを調節することによ
り、約10〜10000μに及ぶ広範囲の直径のものと
なり得る。 表面被膜としての不溶性キチン質の膜厚及び緻
密度或いは中空状とするには、用いるキチンの脱
アセチル化物の水溶液濃度、反応時間、反応温度
等を変えることにより調節可能であり、厚みとし
ては通常１〜1000μ、緻密度は分子量500〜
400000にわたる透過限界を有するものが得られ
る。又、キチンの脱Ｎ−アセチル化物の水溶液を
有機アシル化剤の気相中にスプレーすることによ
り、瞬時に表面層をアシル化して不溶性皮膜を形
成することによつて、キチン成形材より成る微小
の球状カプセルを得ることが出来る。 別の接触態様として、キチンの脱Ｎ−アセチル
化物の水溶液をノズルを通して有機アシル化剤を
含む液中に紡糸することを例示し得る。この態様
においては表面層から一部不溶性となつた系が得
られ、これを水洗することによりキチン質成形材
より成る繊維状物を得ることが出来る。 又、上記ノズルとしてスリツト状のものを用い
れば、キチン系成形材よりなるフイルム状物を得
ることも出来る。 繊維状、フイルム状いずれの場合においても、
内部を中空にしたり膜厚、緻密度を必要に応じて
調節可能なことは球状物の場合と同様である。 上記した接触態様に限らず、その他種々の接触
態様をとり得ることは当然である。 このようにして得られる本発明の球状キチン成
形体を、必要に応じて架橋化処理する。 本発明の球状キチン成形体は、例えば、エチレ
ンオキシドやモノクロル酢酸等のエーテル化剤を
用いて化学修飾すれば水溶性の球状変性キチン成
形体とし得るが、この際、本発明の球状キチン成
形体を予め架橋化処理しておけば水不溶性の球状
変性キチン成形体を得ることができる。 架橋化は、例えば以下の方法によつて行うこと
ができる。 まず、球状キチン系成形体の水分含有量を遠心
分離等で乾燥状態での重量（乾燥重量）に対し２
〜３倍量とする。次いで、該成形体を乾燥重量の
２倍量以上、好ましくは４〜30倍量のNaOH水溶
液（濃度40wt％以上）に浸漬する。該浸漬は15
℃以下の温度下、１〜５時間行う。 浸漬終了後、過剰のNaOH水溶液を除去し、乾
燥重量に対して３〜６倍量程度のNaOH水溶液の
浸漬状態として更に10〜０℃の温度で１〜24時間
放置し、アルカリ前処理物を得る。なお、放置後
は必要に応じ０〜−30℃で１〜24時間で凍結処理
しても良い。次いで、乾燥重量に対して0.1〜３
倍モル好ましくは0.5〜２倍モルの架橋化剤を含
む水又は有機溶媒中に前記アルカリ前処理物を分
散させ、15℃以下の温度で５〜48時間反応させ
る。反応終了後、洗浄中和工程を経れば水に不溶
な多孔性の球状キチン成形体となる。 架橋剤としては、エピクロルヒドリン、エピブ
ロムヒドリン、２，３−ジブロムプロパノール、
２，３−ジクロルプロパノールの様なエポキシタ
イプが好適である。なお、架橋化度は元素分析値
より算出し、ピラノース環１単位当り0.01〜0.3
で良い。 以上の説明で明らかな如く、本発明は球状、繊
維状、フイルム状等の任意の形体として、更に必
要に応じてこれらの中空体のキチン系成形材を容
易に製造可能であり、しかも該キチン系成形材は
多孔性で物質透過性を有する化学的、生体的に安
定且つ安全なキチンの脱Ｎ−アセチル化物のアシ
ル化物で構成されているため、広範な用途に適用
可能である。 特に、本発明の球状成形材において、若干NH₂
基を残せばイオン交換体として利用できる。 その他生体に対して極めて安定且つ安全である
ので生体関連分野での使用が可能であり例えば血
液潅流用或いは服用して胃腸内の毒素を吸着除去
する吸着剤或いは吸着剤等の被覆材としても利用
出来る。 なお、血液と接触させる用途に用いる場合はア
シル化反応を調整し若干アミノ基を残しておき、
該アミノ基とヘパリン、キトサン硫酸エステル、
キチン硫酸エステル等の抗血栓性物質とポリイオ
ンを作つておくと更に好ましいものとなる。 以上、本発明は従来、利用が限られていた資源
であつたキチンを有効利用可能にした画期的なも
のであり、しかも用途面に関しても無数の展開が
考えられるものである。 実施例 １ キチンの脱アセチル化物（増脱アセチル化度80
％）５ｇを２％酢酸水溶液200cm³に溶解した。次
に、これを２等分し、一方にはソルビタンモノオ
レート〔スパン（Span）＃80〕を1wt％及びエタ
ノールを20wt％加え、他方にはエタノールのみ
20wt％加えて２種の溶液（前者をＡ液、後者を
Ｂ液とする）を調整した。別に、トルエン２に
ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート〔ト
ウイン（Tween）＃80〕５ｇ及びアシル化剤と
して無水酢酸10ｇを弓形撹拌羽根付き分散槽中で
溶解した分散媒浴を２組作つた。次いで、各々の
分散媒浴中に先のＡ及びＢ液をそれぞれ加え、毎
分1000回転で室温下撹拌七分散し、アシル化せし
めた。１時間反応させた後、エタノール１を撹
拌しながら加えるといずれも透明な球形の成形体
が沈澱した。この分散液から過分離後、更にエ
タノール洗浄して得られた沈澱物を蒸留水１中
に分散後、分散液の水素イオン濃度（PH）を8.0
とした。次いで、この分散液から過分離、更に
付着している酢酸ナトリウム及び水酸化ナトリウ
ムを水洗除去し、直径50〜150μの本発明の球状
ゲル状物を得た。 この球形ゲル状物はいずれも5wt％酢酸水溶液
に溶けず、水を含んだ弾力性を有するものであつ
た。前記ゲル状物の乾燥物は、いずれも赤外分光
分析において、1500〜1530cm^-1のアミノ基の吸収
バンドが観測されず、また元素分析値もＣ：
46.5、46.3wt％、Ｈ：6.4、6.5wt％、Ｏ：40.4、
40.3wt％、Ｎ：6.8、6.7wt％であり、ほぼキチン
の元素分析値と一致した。 実施例 ２ 実施例１で得られたゲル状成形体２種類を直径
２cmのカラムに150c.c.充填し、以下の如き物質分
離能試験に供した。 試験方法は上記カラムに溶質としてブルーデキ
ストラン（分子量200万）、デキストラン（分子量
10万、１万）及びグルコース各20mgを溶解した２
cm²の蒸留水溶液を展開後、蒸留水を１cm³／分の流
速で流し、その流出液中の溶質物質の確認によつ
た。その結果を第１表に示す。 表中、成形体ＡとはＡ液を原料として作られた
もので界面活性剤を含むもの、又成形体Ｂとは原
料Ｂ液を用いて作られた界面活性剤を含まないも
のである。 第１表の結果で明らかな如く、本発明の成形体
は、各種物質に対する分離能を有し、クロマトグ
ラフイー充填剤として有効であることが明らかと
なつた。特に、成形体Ａは分子量10万のデキスト
ランに対して分離能を有するものとして注目され
た。

【表】 実施例 ３ 脱アセチル化度が50，70及び90％であるキチン
を原料とし、アシル化反応時間を変えた以外は実
施例１に準じて、本発明の球形ゲル状物を得た。
アシル化反応時間と成形体のアニオン交換能の関
係を第１図に示した。 この結果、アシル化時間を任意に調節すること
で、本発明の成形体は、イオン交換体或いはクロ
マトグラフイー充填剤として利用可能であること
が明らかとなつた。なお、イオン交換能はバツチ
法で測定した。 実施例 ４ 実施例１で得られた球形ゲル状物50ｇをナイロ
ン網を装着したバスケツト型遠心管に入れ、吸水
量を乾燥重量１ｇ当り２ｇとなるまで水を除去し
た。このものを10℃にて２万重量倍量の45％の水
酸化ナトリウム水溶液中に入れ、３時間混合し
た。これを更に乾燥重量に対して３倍量となるま
で過剰のアルカリを除去した。更にこのものを０
℃で２時間放置後、−25℃で１時間凍結し、アル
カリ前処理物を得た。 50倍重量のイソプロパノールに乾燥重量に対し
て２倍モルのエピブロムヒドリンを溶解したもの
を０〜５℃に保持した撹拌機付フラスコ中に入
れ、凍結したアルカリ前処理物を加え、５時間反
応させた後に、更に20℃で５時間反応させた。反
応終了後、過分離し、エタノールで洗浄後、蒸
留水中に分散させ、1N−塩酸水溶液で冷却しな
がら中和した。このものを過、水洗すると球状
体が得られた。 このものは1R分析より、脱アセチル化はおこ
つていなかつた。架橋度は元素分析値からピラノ
ース環当り0.15であつた。 実施例 ５ 実施例１で得られた架橋なしの球状キチンを20
％水酸化ナトリウム水溶液に重量比１：４になる
ように含浸後、モノクロル酢酸をキチンに対して
４倍モル量になるようにイソプロパノールに加
え、０〜10℃で１時間カルボキシメチル化反応を
行つた。反応終了後、エタノールで洗浄し、球状
のカルボキシメチルキチンを得た。この球状カル
ボキシメチルキチンは中性の水に溶解した。 一方、実施例４で得られた球状架橋化キチンを
前記と同様な方法でカルボキシメチル化処理して
得られた球状の架橋化カルボキシメチルキチンは
中性の水に溶解しなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はアシル化反応時間によるイオン交換能
の変化を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キチンの脱Ｎ−アセチル化物の水溶液を有機
   アシル化剤で処理することを特徴とする球状キチ
   ン成形体の製造法。 ２ キチンの脱Ｎ−アセチル化物の水溶液が更に
   懸濁剤を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の製造法。 ３ キチンの脱Ｎ−アセチル化物の脱Ｎ−アセチ
   ル化度が50〜100％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の製造法。 ４ 有機アシル化剤が酢酸、プロピオン酸、酪
   酸、吉草酸の無水物の単独もしくはそれらの混合
   物、または該酸無水物と該酸との混合物であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかに記載の製造法。 ５ キチンの脱Ｎ−アセチル化物の水溶液を有機
   アシル化剤で処理し、次いで架橋化処理すること
   を特徴とする球状キチン成形体の製造法。