生分解性材料としてのキトサンフィルムの物性と抗菌活性
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(2) 中島 照夫. 緒. 言. 手法 で組 み合 わせ た 物質 に分 類 す る こ とが で き る2'4)。キ チ ン、 キ トサ ン は 、 カ ニ 、 エ ビお よび ロ. 新 合 成 高 分 子 を 設 計 す る 場 合 、 人 為 的 に 造 られ. ブ ス タ ー な どの 殻 か ら生 産 さ れ た動 物 由 来 の 天 然. て きた今 ま での 合 成高 分 子材 料 の 開発 設 計 思 想. 高 分 子 で 、1)に. は 、 一 般 に 使 用 時 の 強 度 、 軽 量 お よ び耐 腐 食 性 な. の 殻 は 有 効 に 利 用 さ れ て な い。 そ の 原 材 料 の カ. ど、 そ の製 品 が 持 つ 機 能 性 に最 重 点 が 置 か れ て 生. ニ 、 エ ビ の 生 産 量 は、 セ ル ロ ー ス に 次 い で 多 く、. 産 販 売 さ れ て き た 。 こ れ らの 合 成 高 分 子 材 料 は 現. 年 間1千 億 ∼1万 億 ト ン と推 定 さ れ て い る2'5'6)。. 代 社 会 の 一 端 を 築 い て き た 反 面 、 そ の 大 部 分 は、. しか し、 原 材 料 と して 使 用 す る こ とが で き る 殆 ど. 使 用 後 再 利 用(リ. 全 て が 現 在 破 棄 され て い る。 し た が っ て 、 これ ら. ユ ー ス(reuse、. 新 たに部 品 な. ど を 再 使 用)、 リサ イ ク ル(recycle))1)さ. れ ず、. 該 当 す る が 、 現 状 で は、 そ れ ら. の 廃 棄 物 を 再 利 用 し、 経 済 的 効 果 を 向 上 させ て 未. 主 に 放 棄 さ れ て い る。 そ の 廃 棄 物 量 は 多 量 で 、20. 利 用 天 然 資 源 の キ チ ン ・キ トサ ン を 有 効 活 用 す る. 年 間 以 上 分 解 しな い で 残 存 す る 。 これ らの 廃 棄 物. ことは、廃棄物 処理上 非常 に有意義 で大い に興味. は 当 時 、 自然 環 境 に 対 す る 負 荷 の 影 響 を 十 分 考 慮. があ る。. せ ず に 開発 され た た め 、 汚 染 の 重 大 さ が 最 近 ま で. ま た 、 キ トサ ン は抗 菌 活 性 に 基 づ く高 分 子 複 合. 明 確 に 認 識 され て い な か っ た。 この た め 自然 環 境. 材 料 と して も 使 用 さ れ て い る 。 しか し、 純 粋 な キ. に 対 し て高 負 荷 を 与 え、 重 大 な 環 境 問題 を 引 き 起. トサ ン 製 品 は 日常 生 活 で 大 規 模 に利 用 され て い な. こ す 原 因 に な っ て い る。. い 。 そ の 原 因 は キ トサ ンの 原 材 料 価 格 が ま だ 高 価. 具 体 的 に は20世 紀 の 初 頭 以 来 、 我 々 の 日常 生. で 、 力 学 的 性 質 や 抗 菌 活 性 な ど総 合 的 な 特 性 に 関. 活 に おい て密接 に関与 した合成 繊維 が 開発 され、. す る研 究 が 殆 ど行 わ れ て い な い た め と考 え られ る。. 我 が 国 の生 活 環 境 中 に 多 量 に使 用 され た に も か か. 更 に 、 最 近 の 抗 菌 防 臭 加 工 繊 維 製 品 は 、 表1に. わ ら ず 、 そ の 再 利 用 は 考 慮 に 入 れ て い な か っ た。 例 えば、合 成高分 子材料 の廃棄 物量 は、海 中およ び そ の 周 辺 に 年 間10万. トン 以 上 も蓄 積 し、 そ の. 廃 棄 物 の 多 くが 河 川 ・湖 沼 や 海 洋 中 お よ び そ の 周 辺 に 放 置 さ れ 、 生 態 系 の 均 衡 を 乱 し て 多 大 な被 害. Amino grucoside,. を 与 え て い る。 これ が 原 因 で 各 種 の 公 害 が 発 生 し. 1,5-Diamino-4-0-(2-6-dideoxy-. て い る2β)。. glucopyranosyl)-2-3-cyclohexanediol. 1-L-(1,3,5/2,4)rx -D-. 近 年 、 地 球 環 境 問 題 は 世 界 中 で か な り注 目 を 受 け、 自然 環 境 で 分 解 可 能 な 高 分 子 材 料 の 研 究 開 発 が要望 されて きた。微生物 の作 用に よって分解 す る 生 分 解 性 高 分 子 や 太 陽 光 線 に よ っ て分 解 す る 光 分 解 性 高分 子 の 製 品 化 が 益 々注 目さ れ始 め て き た 。. Chitosan,. 理想的 な生分解 性高分 子材料 は、製 品の使用 期. -. 1,4-Polyglucosamine). 間中にお いて は、優れ た機能性 を長期 間持続 的に 発 揮 し、 使 用 済 み で 破 棄 後 は、 速 や か に 微 生 物 や 太 陽 光 線 の 作 用 に よ っ て 分 解 さ れ 、 最 終 的 に炭 酸 ガ ス と水 に 戻 る物 質 循 環 可 能 な 製 品 の 開 発 が 望 ま しい 。 一 方 、 高 分 子 は 、1)動 天 然 高 分 子 、2)微 成 高 分 子 、4)合. 植 物 、海 洋生 物 由来 の. 生 物 が 生 産 す る 高 分 子 、3)合. Hinokitiol, (4-Isopropy1-2-hydroxycyclohepta-2,4,6-triene-I-one) Fig.. 成 高分 子 を化 学 的 または物 理 的 一2一. 1. Structural antimicrobial. formula agents.. of typical. natural.
(3) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. Table. 1. Typical. Antimicrobial agents. Amino. grucoside. natural Typical. antimicrobial processed. Seiketsujiman Fukusuke Co., Ltd. Chitogreen. New Tafel Mitsubishi. antibacterial. mechanisms.. Processing. Antibacterial. Amino glucosidal treated with 2% padding was adhered to the surface of fibers and heat-treated at 130°C for 90s. After-finishing method. Inc.. Pre-finishing method. Mixing chitosan. Inc.. Pre-finishing method. Mixing fibers. Pre-finishing method. Adding chitosan corpuscle matrix and mixing during manufacturing of acrylic fiber. Chitopoly. Fuji Bo Holdings. and. Finishing method. products. Fuji Bo Holdings. agents. Par clean rayon. the viscose rayon with derivate corpuscle. chitosan. into. Biotoron Komatsu Seiren Ltd.. Co.,. The action of the cell ribosome subunit for 30s can hamper the biosyntheses of the protein.. the. polynosic. to the. Chitosan Chito Silky Daiwabo Inc.. mechanism. After-finishing method. Chitosan was linkage with liquid collagen by peptide bond to form chitosan-collagen derivate and fixed to the cellulose fibers.. After-finishing method. Chitosan and collagen obtained from natural were bonded polyester. The amino groups of the chitosan molecule adsorb the bacillus and are bonded with the negative ion of the cell wall, thus hampering the biosyntheses of the cell wall and restraining the material transportation between the inside and outside of cell wall. derivate protein by graft. polymerization Riken Resin RMC-HOL Mikiriken Kogiyou Inc.. After-finishing method. Treating. After-finishing method. Wrapping the hinokitiol by the microcapsule of silica, and addedon it to the fibers by the resin binder.. Hinokitiol Hinokichi Toho Tenax. Inc.. fibers. with. the. spraying. method and the soaking method by using 0.5-3% of hinokitiol microcapsule combined with Riken Sol A-605 (binder). Principal ingredients are sesquiterpenes and phenol. The former is a smell element, and the latter is antibacterial Which can destroy the cell and react with the protein and denature.. 示 す 代 表 的 な 天 然 物 系 抗 菌 剤 が 利 用 さ れ 始 め,安. ル ム を 調 製 した 。 今 回 は そ の フ ィル ム の 力 学 的 特. 全 性 面 か ら再 認 識 さ れ て き た。 この 理 由 は 、 加 工. 性 お よ び 抗 菌 活 性 の 向 上 に 関 して 検 討 し た。. 製 品 の 抗 菌 効 果 を 殺 菌 活 性 域 で な く静 菌 活 性 域 (マ イ ル ドな 抗 菌 活 性)で. 実験方法. の 効 果 に 重 点 を 置 く傾. 向 が 強 くな っ た こ と に よ る 。 そ の 代 表 的 な 天 然 物 系 抗 菌 加 工 薬 剤 の 構 造 式 を 図1に 示 した 。 上 記 で指 摘 した よ うに 、 天 然 資 源 の枯 渇 が 叫 ば. 1.四. 級 化 キ ト サ ン の 調 製 方 法7). キ ト サ ン 粉 末20gは. 、80%のisopropylalcoho1. れ て い る に も拘 わ らず 、 近 年 、 高 度 な社 会 構 造 を. 水 溶 液140gに. 維 持 し発 展 させ る た め 、 産 業 界 で は 新 合 成 高 分 子. す る ま で 加 熱 し た 。 次 に 、 図28)に. 材 料 の 生 産 量 を増 大 させ 、 生 態 系 の 自 己 制 御 作 用. Glycidyltrimethylammonium塩. の 限 界 を大 き く超 え た環 境 形 成 能 力 に よ っ て現 代. し な が ら 溶 液 中 に 滴 下 し て 加 え 、 さ ら に5時. 社 会 の 構 築 を 維 持 して き た 。 そ の 反 面 、 今 ま で 増. 拝 し た 。 こ の 混 合 物 溶 液 を ガ ラ ス フ ィ ル タ ーGl. 加 え 、 水 浴 中 で60±5℃. に 到 達. 示 す よ うに. 化 物20gを. 撹 拝 間撹. え続け てきた膨大 な産業 廃棄物 は、現代 社会 が抱 え る 地 球 規 模 で の 環 境 汚 染 物 質 と し て 多 量 に放 出 さ れ 、 重 大 な 社 会 問 題 に発 展 して き た。 本研 究 は、 上 記 に提 起 した各 種 の 問題 点 を 解 決 す る ため 、 地 球 規 模 の環 境 保 全 を 考 慮 して生 態 系 に 最 重 点 を 置 き、物 質 循 環 が 可 能 で 、 しか も未 利 用 天 然 資 源 の 有 効 活 用 も 同時 に解 決 で き る 甲殻 類 の カ ニ、 エ ビか ら得 た キ トサ ン に着 目 した 。 そ して 生 活 環 境 中 で 適 切 に 使 用 す る た め に数 種 の キ トサ ン フ ィ. Fig. 2. Reaction of chitosan and glycidyl trimethylammonium chloride (GTMAC)8)..
(4) 中島 照夫. で 濾 過 後 、80%のisopropylalcohol水. た11)。各4mlの. 溶 液200ml. 溶 媒 を キ トサ ン水 溶 液 中 に 加 え 、. を 用 い 、 繰 り 返 し5回 洗 浄 し た 。 そ の 後 、 室 温 で. 24時 間 撹 拝 後 、 そ の 溶 液 を ペ ト リ皿 に 注 入 し た 。. 風 乾 し て 溶 媒 を 蒸 発 さ せ 、40±2℃. キ トサ ン フ ィ ル ム の 溶 媒 は 、 室 温 の 循 環 気 流 中. で48時. 間乾 燥. で 蒸 発 させ た。 次 に 、 キ トサ ン フ ィル ム の 中和 は 、. し、 四 級 化 キ トサ ンを 調 製 し た 。. 4%の 水 酸 化 ナ ト リ ウム 水 溶 液 中 に24時 間 浸 漬 後 、 2.フ. ィル ム の 成 形 加 工 法. 取 り出 して 蒸 留 水 で よ く洗 浄 し、 循 環 気 流 中 で 水 品. 分 を 蒸 発 さ せ て2週 間 乾 燥 した 。 四 級 化 キ トサ ン. 殻 か ら 調 製 し た。 キ. フ ィル ム は 、 酢 酸 溶 媒 を 使 用 して 同 じ方 法 で 調 製. 使 用 し た キ チ ン 粉 末 は 、 キ ミ カ(株)製 で 、 甲 殻 類 の カ ニ100%の. チ ン フ ィ ル ム の 調 製 は 、 キ チ ン 粉 末1gを dimethylacetamide50ml、 pyrolidone50mlの. した 。 ま た、 中和 は上 記 の 方 法 で 同 様 に 行 っ た。. 以N-. こ う し て 調 製 し た 乾 燥 フ ィ ル ム は、 長 さ. お よ びN-methyl-2-. 30mm、. 混合 溶 液 中 に分 散 後、 そ の 反. 応 混 合 物 に 対 し 、LiCl5gを こ の 溶 液 は24時. 間isopropylalcoholで. 試 験 片 に 切 断 した 。 この 試 験. 片 を 手 動 式 の 一 軸 延 伸 装 置(前. ゆ っ く り 加 え た 黛10)。. 間 混 合 後 、 ペ ト リ皿 に 注 入 し た。. 次 に 、 こ れ を2時. 幅10mmの. 照)を. 用 い 、 延 伸 す る た め の 長 さ20mmに. (前 報12)の 図1のaとb間. 処 理 して. 報12)の 図1を 参. に 固 定)し. 固定. た。 こ の試. 凝 固 させ 、 キ チ ン フ ィル ム を 調 製 し た。 こ の フ ィ. 料 を 蒸 気 下 で2倍 ま で 延 伸 した 。 し か し、2倍 以. ル ム を 蒸 留 水 で よ く洗 浄 し た 。 作 成 し た キ チ ン. 上 の 延 伸 は 残 念 な が らで き な か っ た 。 キ チ ン ・キ トサ ン フ ィル ム は で き る 限 り厚 さ を. フィル ムは収縮 を避 けるため、 リングには めて固 定 し 、80℃. の 温 水 中 に2時. 一 定 に 調 製 す る た め 、 注 入 溶 液 量 を 制 御 した 。 調. 間処理 後、 循環 気流 中. 製 し た フ ィル ム を 実 測 し た結 果 、 キ チ ン ・キ トサ. で 溶 媒 を 蒸 発 させ て 乾 燥 し た。 一 方. 、 粘 度5-20cp、. ア セ チ ル 化 度85%の. サ ン 粉 末 は 、 キ ミ カ(株)製. ン フ ィ ル ム の 厚 さ は0.18∼0.24mmの. キ ト. 範囲であっ. た 。 こ れ ら の試 験 試 料 を 表2に 示 し た。. 品 で 、 カ ニ100%の. 殻 か ら 調 製 し た 。 キ トサ ン フ ィ ル ム の 調 製 は 、 キ トサ ン4gを. 蒸 留 水100m1中. せ る た め30分. 間撹 拝 した。蟻 酸 、酢 酸、 プ ロ ピ. オ ン 酸 、 お よ び 酪 酸 の4種. Table. 2. Preparation. Sample code Control. 3.試. に 加 え、 よ く膨 潤 さ. films. used. Neutralization status. Solvent. キ チ ン ・キ トサ ン フ ィ ル ム の 形 態 学 的 特 徴 は 、 広 角X線. を 溶 媒 と して 使 用 し. of chitosan. Untreated film (Polyethylene film). 料 の 形 態 学 的観 察 と力 学 的性 質 の測 定. for the. antibacterial. Quaternary ammonium chitosan. /. /. 回 折(WAXD)と. activity. Species. 走 査 型 電 子顕 微 鏡. test.. Deacetylation degree (%). of chitosan. /. /. 1. Formic. acid. +. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 2. Acetic. acid. +. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 2A. Acetic. acid. +. Y. Koyo. 2B. Acetic. acid. +. Y. Kimika. 2C. Acetic. acid. +. Y. Koyo. +. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 85.0. +. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 85.0. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 85.0. Co., Ltd.,. K-03. Co., Ltd.,. Co., Ltd., Chemical. 85.0 SK-03. K-03. Co., Ltd.,. 86.9 85.0. FM-80. 94.2. 3. Propionic. 4. Butyric. acid. 1. Formic. acid. 2. Acetic. acid. N. Kimika. 2A. Acetic. acid. Y. Koyo. 2B. Acetic. acid. Y. Kimika. 2C. Acetic. acid. Y. Koyo. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 85.0. N. Kimika. Co., Ltd.,. K-03. 85.0. 3. Propionic. 4. Butyric. + : Neutralized,. acid. Chemical. 85.0. acid acid. — : Non—neutralized. . N: No, Y: Yes.. 4. Chemical. Co., Ltd.,. Co., Ltd., Chemical. 85.0 SK-03. K-03. Co., Ltd.,. 86.9 85.0. FM-80. 94.2.
(5) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. (SEM)を. 用 い て 観 察 し た 。X線 回 折 は 、12Kw. の 回 転 陽 極X線 RAD-rAを. 装 置RigakuElectric(株)製. 用 い て 測 定 し た(前. 照)。 広 角X線 下 で 、CuKα. の. 間 の 試 料 片 長(前. 報13)の 図5を 参. 回 折 図 形 は 、200mA、40kVの 照 射(波. た 。 応 力 ・歪 み 曲 線 と動 的 粘 弾 性 を 測 定 した 掴 み. 長0.154nm)カ. 40mm、. 条件. 試 料 幅 を 約1.5mmに. 掴 み 間 は10mm以. 約. 設 定 した。最終 的 な. 上 の 長 さ に 固 定 した 。 調 製 し た. これ らの キ チ ン ・キ トサ ン フ ィ ル ム の 特 徴 を 表3. メラを 用. い、 点 収 束 法 に よ って 測 定 し た。 本 条 件 で 付 随 し て い る電 子 線 は 、 直 径2mmの. 報12)の 図4中 のaとb間)は. に 示 した 。. 平衡 器 を 用 い て平. 行 に 設 定 し、 回 折 ビー ム は0.9mm×0.9mmの. 4.培. 隙間. に 調 整 し て検 出 した 。X線 回 折 は 湾 曲 黒 鉛 モ ノ ク. 地. 前 培 養 に は 普 通 寒 天 培 地(NutrientAgar(NA). ロ メ ー タ ー に よ りモ ノ ク ロ 化 した 。 小 角X線 散 乱. 培 地)、 接 種 菌 液 用 に は 普 通 ブ イ ヨ ン 培 地(NB. (SAXS)図. 培 地)、 菌 洗 い 出 し 用 に はSoybean-CaseinDigest. 形 は 、3ピ ン ホ ー ル コ リメ ー タ ー 方 式. に よ る ポ イ ン トフ ォー カス 法 に よ っ て測 定 した 。 走 査 型 電 子 顕 微 鏡(SEM)写 製 のS-2100Bを. BrothwithLecithin&Polysorbate(SCDLP)培. 真 は 、 日立(株). 地 、. 生 菌 数 測 定 用 に は 標 準 寒 天 培 地(SA(Standard agar)培. 用 い 、 白 金 蒸 着 し た 試 料 を1.5kv. 地)を. そ れ ぞ れ 本 実 験 に 用 い た14-16)。. の加 速 電 圧 下 で 測 定 した(前 報12)の 図3を 参 照)。 5.試. 応 力 歪 み 曲 線 は 、 ヤ ン グ 率 と引 張 強 度 を 得 る 目 的 で 、ToyoBaldwin(株)製. のイ ンス トロ ン. 験 菌. 試 験 菌 は 、 「繊 維 抗 菌 加 工 製 品 一抗 菌 性 試 験 方. 引 張 試 験 機STM-H500BPを. 用い、 最 小 ク ロス ・. 法 ・抗 菌 効 果JISZ2801:20°2」. ヘ ッ ドス ピ ー ドが10mm/分. にな る よ うに設 定 し. に 規 定 さ れ て い る グ ラ ム 陽 性 菌 の8診qρ んッZOCOCCμ8 αμr側8NBRC12732(ATCC6538P)と. て 記 録 した(前 報12)の 図2を 参 照)。 動 的 粘 弾 性 は 、 岩 本 機 械(株)製 (VES-F)を. 用 い 、-150∼150℃. を 周 波 数10Hzに. 通 称 フ ィル ム 密 着 法. の粘 弾 性 装 置. 性 菌 のEscんer`c配. の温 度 範 囲 内. を 用 い た14-16)。. グ ラ ム 陰. αcoZ`NBRC3972(ATCC8739). 調 整 して 繰 り返 し測 定 した(前 6.試. 報13)の 図4を 参 照)。 動 的 粘 弾 性 の 測 定 中 、 フ ィ ル ム は 軸 方 向 に最 大 変 形 率 が0.0025%の. ピー ク 変. 験 菌 の培 養 と接 種 菌 液 の 調 製. 保 存 機 関 か ら 入 手 し た 分 譲 菌 株1白 金 耳 を. 形 を 保 持 さ せ て正 弦 波 長 振 動 を 与 え 、 試 験 片 に 張. NutrientAgar(NA)斜. 力 を 付 与 しな が ら静 的 引 張 張 力 下 に 設 置 し た。 動. 37℃ で16∼24時. 的粘 弾 性 は、 試験 片 に線形 粘 弾 性 挙動 を与 える. 菌 株1白 金 耳 を 用 い て 同 様 の 培 地 を 用 い,同. た め 、 わ ず か に 動 的 張 力 を 付 与 し な が ら測 定 し. 度 で16∼20時. Table. prepared.. 3. Characterization. Films. of chitin. Solvents. pH of solution. Chitin. Chitosan. and. 4.8. chitosan. films. Moisture content (%). Density (g/cm3). 面 培 地 に 移 植 し、35∼. 間 培 養 し た 。 さ ら に,こ. Tensile. strength GPa. Young's. modulus GPa. 18.7. 1.400. 0.10. 1.87. acid. 3.8. 9.5. 1.422. 0.14. 2.68. Acetic. acid. 4.0. 16.2. 1.420. 0.16. 2.39. 4.4. 12.8. 1.424. 0.16. 2.53. 4.3. 8.9. 1.423. 0.14. 2.61. Butyric. acid acid. Reference data: Moisture content (Standard state; 20°C , 65% RH) Natural fibers: Cotton 7%, Wool 16%, Silk 11%, Flax 7-10%, Synthetic fibers: Polyester 0.4-0.5%, Acrylic 1.2-2%, Polyethylene 5. 一温. 間 培 養 し た試 験 菌 を 前 培 養 と した 。. Formic. Propionic. の培 養. 0%..
(6) 中島 照夫. ピ ン セ ッ トで ス トマ ッ カ ー 袋 内 に 入 れ 、SCDLP (Soybean-CaseinDigestBrothwithLecithin& Polysorbate)液. 体 培 地10mlを. 微 生 物 試 験 用 抽 出 装 置(ス. 加 え、 手 動 又 は ト マ ッ カ ー な ど)で. よ く も み 、 接 種 後 培 養 した 試 験 菌 を 完 全 に 洗 い 出 し た 。 こ の 洗 い 出 し 液1ml中 (Standardagar)培 (35±1℃. Fig.. 3. Dropping to test. method piece. and. of bacterial cover. 次 に 、Nutrientbroth(NB)培 で500倍. 8.評. で40∼48時. 計 測 した 。. 調 製 し た1/500. 地 に 、 前 培 養 した 試 験. 生 菌 数 値 か ら、 次 式 を 用 い て 増 減 値 差 を 算 出 し、 そ れ らの 抗 菌 活 性 を評 価 した 。 抗 菌 活 性 値=Log(B/A)-Log(C/A) =1、09(B/C). コ ロ ニ ー 形 成 単 位)/mlに. 調 整 し. A:無. 加 工 試 験 片 の 接 種 直 後(0時. た 試 験 菌 を 接 種 用 菌 液 と し た。. 間)の1. plate当 た りの 生 菌 数 の平 均 値 B:無. 7.抗. 間 培 養)で. 価法. 菌 を 均 一 に 分 散 さ せ 、2.5∼10×105cfu(colony formingunits、. 地 を 用 い て寒 天 平 板 希 釈 法. 24時 間 培 養 後 の 無 加 工 試 験 片 と加 工 試 験 片 の. 地 を 滅 菌 精 製 水. に 希 釈 し 、pH7.0±0.2に. Nutrientbroth(NB))培. suspension. of film.. の 生 菌 数 を 、SA. 菌力試験法. 加 工 試 験 片 の24時 間 培 養 後 の1plate当 た りの 生 菌 数 の 平 均 値. 抗 菌 力 試 験 は 、 「繊 維 抗 菌 加 工 製 品 一抗 菌 性 試 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISZ2801:2°. C:加. °2」 通称 フ ィルム. 工 試 験 片 の24時 間 培 養 後 の1plate当. た. りの 生 菌 数 の 平 均 値. 密 着 法 に準 じ て行 っ た14-16)。. 結果及び考察. 本 法 は 図3に 示 す よ うに 、 平 らな 部 分 か ら50± 2mm(厚. さ10mm以. 内)の. 正 方 形 に 裁 断 した 無. 加 工 試 験 片 と加 工 試 験 片(各. 試 料 は、 同 一 試 験. 片 に つ き 、 無 加 工 試 験 片6検 体 、 加 工 試 験 片3検 体 を 用 い た)を 採 取 し、 試 験 片 の 全 面 を、 エ タ ノ ー ル を 吸 収 させ た局 方 ガ ー ゼ 又 は 脱 脂 綿 で 軽 く2∼3. 1.試. 作 フ ィル ム の 物 性. 表3は. 未 延 伸 の キ チ ン ・キ トサ ン フ ィ ル ム の 特. 性を整 理 してま とめた。 フ ィ ル ム 調 製 時 の 酸 溶 液pHは. 異 な った。 蟻酸. 回 拭 い た後 、 十 分 乾 燥 した 。 こ れ らの 各 試 験 片 を. 溶 液 はpH3.8で. そ れ ぞ れ 滅 菌 ペ トリ皿 に 入 れ 、 試 験 片 上 に 実 験 方. 液 は4.0∼4.4の. 法6で 調 整 した 接 種 用 菌 液(2.5∼10×105cfu/ml). 値 を 示 し た 。 そ の キ トサ ン フ ィ ル ム の 含 水 率 は 、. 0.4m1を 接 種 し、 そ の試 験 片 上 に被 覆 フ ィ ル ム を 被. 8.9∼16.2%で. せ 、 試 験 菌 液 が フ ィ ル ム の 端 か ら漏 れ な い よ うに. 態(20℃. 注 意 し て フ ィル ム 全 体 に 行 き渡 る よ うに 軽 く押 さ. で 、 天 然 繊 維 の 水 分 率(毛16%、. え、 ペ ト リ皿 の 蓋 を した。 これ を プ ラ ス チ ッ ク 製. 10%お. 蓋 付 き密 閉 容 器 内17)に 入 れ 、35±1℃. や ポ リエ チ レ ン テ レ フ タ レ ー トの よ う な 合 成 繊. 90%以. 、相対湿 度. 上 の条 件 下 で24時 間 静 置 培 養 し た。. 次 に 、 接 種 直 後 と35±1℃. で24時 間 培 養 後 の. 維(ポ. 酸 性 が 最 も 強 く、 他 の 三 種 の 溶 範 囲 内 のpHで. 、 殆 ど同 一 の酸 性. あ っ た。 こ れ ら の 数 値 は 、 標 準 状. 、65%RH.(relativehumidity相. よ び 絹ll%)と. リ エ チ レ ン0%、. エ ス テ ル0.4∼0.5%、. 対 湿 度)) 綿7%、. 麻7∼. 殆 ど等 し く、 ポ リエ チ レ ン. ポ リ 塩 化 ビ ニ ル0%、 ア ク リ ル1.2∼2.0%お. ポ リ よび ポ. 無 加 工 試験 片 と加 工試 験 片 の上 に被 覆 した フ ィ. リ ウ レ タ ン0.4∼1.3%な. ル ム に 付 着 して い る 生 菌 を,被. た 。 キ チ ン フ ィル ム に 関 す る 密 度 と引 張 強 度 は 、. 覆 フ ィル ム と試. 験 片 か ら菌 液 が こ ぼ れ な い よ う に 注 意 し、 滅 菌. ど)よ. り も遙 か に 高 か っ. キ トサ ン フ ィ ル ム よ り も 少 し 低 か っ た 。 更 に 、 異.
(7) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィ ル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. 唆 して い る。 キ チ ン フ ィ ル ム 図 形(a)の. 回折 弧. ア ー ク は 、 キ トサ ン フ ィ ル ム 図 形(b)の. それよ. り も鮮 明 で 、 キ チ ン フ ィル ム の 結 晶 化 度 と配 向 性 が 高 い こ と を示 唆 して い る。 この 結 果 は 、 キ チ ン. Fig. 4. WAXDpatterns (end view) for (a) Chitin film (b) Chitosan film prepared with acetic acid.. か ら キ トサ ン を 調 製 す る 時 、 脱 ア セ チ ル 化 の 過 程 で 非 結 晶 領 域 が 増 加 し,結 晶 化 度 が 減 少 した と考 え ら れ る 。 同様 の 傾 向 は 、 異 種 の 溶 媒 に よ っ て 調 製 した4種 の キ トサ ン フ ィル ム に お い て も 同 様 に 確 認 した 。 図5は2倍. Fig. 5. WAXD patterns (though view) forChitosan films ( A= 2) heat treated at 120°Cfor 2 h after being prepared with different solvents. (a) formic acid, (b) acetic acid, (c) propionic acid, (d) butyric acid.. 延 伸 し た キ トサ ン フ ィ ル ム の 広 角X. 線 パ タ ー ン を示 し た。 結 晶 の 優 先 配 向 性 を 示 す 図 形 は、 延 伸 方 向 に 関 与 して い た 。4つ の 図 形 中 に お い て 、 酢 酸 溶 液 に. 種 溶 媒 に よ っ て調 製 した キ トサ ン フ ィ ル ム に 関 す. よ っ て 調 製 し た フ ィ ル ム(b)の. 回折 強 度 は 、 蟻. る 密 度 と 引 張 強 度 は 溶 媒 間 で 殆 ど違 わ な か っ た。. 酸 、 プ ロ ピオ ン酸 お よ び 酪 酸 溶 液 に よ っ て調 製 し. こ れ とは 対 照 的 に、5つ の 測 定 値 の 平 均 か ら入 手. た キ ャ ス ト フ ィ ル ム(a)、(c)、. した ヤ ン グ 率 は 、 キ トサ ンチ ェ ー ン の分 子 移 動 性. フ ィル ム よ りも観 察 した 回折 弧 アー クが 弱 か っ. を示 す 含 水 量 に非 常 に敏 感 で あ っ た 。. た 。 こ れ は 、 キ ャ ス トフ ィル ム の 結 品 化 度 が 溶 媒. お よ び(d)の. の 種 類 に 少 な か らず 依 存 して い る こ とを 示 唆 し て い る。. 図4は 未 延 伸 の キ チ ン ・キ トサ ン フ ィル ム の 側 面 か ら検 出 し た広 角X線 パ タ ー ン を示 し た。 この 図 は,キ. 表3に 戻 っ て 、4種 の 溶 媒 で 調 製 し た キ トサ ン. チ ン ・キ トサ ン フ ィル ム 中 の結 晶. フ ィ ル ム の 引 張 強 度 は 、0.14∼0.16GPaで. 、ヤン. 軸 が 、 フ ィ ル ム表 面 に対 して 平 行 に 配 向 し、 ピラ. グ率 は2.39∼2.68GPaで. ノ ー ズ 環 が 同 一 平 面 上 に 配 向 し て い る こ とを 示. に も か か わ らず 、 引 張 強 度 は 、 大 き く違 わ な か っ. -100. 0. 100. 200. 300. -100. 0. 100. 200. 300 -100. 0. 100. 200. 300. -100. あ っ た 。 異 な っ た含 水 率. 0. 100. 200. 300'. Temperature(°C) Fig.. 6.. Temperature dependence of the storage and loss moduli of chitosan films with the indicated draw ratios. The films were heat-treated at 120°C for 2 h. Solvent were (a) formic acid, (b) acetic acid, (c) propionic acid, (d) butyric acid.. 7.
(8) 中島 照夫. c読 を 接 種 し、24時 間 培 養 し た 後 の 生 菌 数 を 示 し た 。. た 。 しか し、 図6に 示 す よ う に 引 張 試 験 機 に よ っ. 5×5cmに. て 測 定 した ヤ ン グ 率 が 、 室 温 に お け る貯 蔵 弾 性 率 (E')の. 結 果 か ら 得 ら れ た 数 値 よ り も 低 か っ た。. 裁 断 し、 中 和 した キ トサ ン フ ィ ル ム. と 中 和 し な か っ た(無. こ の 原 因 は 、 フ ィ ル ム の水 分 率 が 影 響 した と考 え. 上 に 、 試 験 菌&α. られ る。 す な わ ち 、 引 張 試 験 機 に よ っ て 測 定 した. cfu/mlと. フィル ムは、測定 中熱処 理 されてい ないが、粘 弾. ン トBrothの. 性 の 測 定 フ ィ ル ム は、 測 定 中120℃ で2時 間 予 熱. ±1℃. さ れ 、 フ ィ ル ム 中 の 水 分 が 蒸 発 し、 水 分 の 影 響 が. 以 上 の 条 件 下 で24時. な か っ た か ら で あ る 。 延 伸 フ ィ ル ム の低 温 度 領 域. ム(ポ. に お け る 貯 蔵 弾 性 率(Eり. 収(Otime)し. 値 は、 延 伸 倍 率 に殆 ど. 中 和)キ. μr飢sの. トサ ン フ ィ ル ム. 接 種 菌 数 が2.36×105. な る よ う に 調 整 し た1/500ニ 懸 濁 試 験 菌 液0.4mlを. ュ ト リエ. 、R.H.(relativehumidity相. 接 種 し 、35 対 湿 度)90%. 間培 養 した。無 加 工 フ ィル. リ エ チ レ ン フ ィ ル ム)に. 接 種 した 直 後 に 回. た 生 菌 数 は2.36×105cfu/plateで. 依 存 しな か った が 、 高 温 領 域 で は 高 い 値 を 示 した。 Table. 低 温 度 領 域 の 貯 蔵 弾 性 率(E')値. 4.. Cell counts for chitosan. は 、 そ の よ うな. after films. Staphylococcus. 小 さ い 影 響 が チ ェ ー ン の 方 向性 に 対 して 優 位 に 働. aureus. Escherichia. 12732. 、. code. Neutralization. lA 2A 3A 4A 1B 2B 3B 4B. ル ム の 特 徴 は 、 キ ャ ス トフ ィル ム の 調 製 に 用 い た 溶 媒 の 種 類 に非 常 に 敏 感 で あ っ た 。 こ の 結 果 とは 対 照 的 に、 延 伸 フ ィル ム の 特 徴 は 、 殆 ど同 様 の 傾 向 を 示 した 。 す な わ ち、 そ の ピ ー ク は、 無 定 形 の チ ェー ン セ グ メ ン トの 局 部 動 作 に 関 与 し、 お よ そ. E. coli. Cell counts (cfu/plate). Cell counts (cfu/plate). +. 7.80 X 10'. 2.87 X 105. +. < 10*. 1.83 X 105. +. 1.00 X 10'. 5.60 X 103. +. 1.22 X 10'. 5.50 X 104. < 10*. 1.50 X 10'. < 10*. < 10*. < 10*. < 10*. < 10*. < 10*. 2.23 X 105. 2.69 X 105. Untreated film (Polyethylenefilm). 一100℃ で 出 現 した 。100℃ 周 辺 に 出 現 した ピー ク. or. 3972.. S. aureus Sample. 2あ る い は3種 の 分 散 ピー ク を 示 し、 未 延 伸 フ ィ. Initial cell counts of S. aureus on untreated film was 2.36 X 105cfu/plate. Initial cell counts of E. coli on untreated film was 2.85 X 105cfu/plate. ± : Neutralization, —: Non–neutralization. *: N . D. ; Not detected (Detection limit: < 10). は、 水 に よ る 可 塑 性 に お け る無 定 形 の チ ェー ン セ グ メ ン トが 大 き く移 動 した と考 え られ る。. 2.キ. NBRC. coli NBRC. き、 キ トサ ンチ ェ ー ン 自体 の 剛性 の 抜 本 的 な増 加 を 促 進 す る結 果 と な っ た 。 損 失 弾 性 率(E")は. 24 h incubation inoculated with. トサ ン フ ィ ル ム の 抗 菌 活 性. キ トサ ンの 抗 菌 メ カ ニ ズ ム は 、 次 の よ う に言 わ れ て い る。1)カ. チ オ ン 性 高 分 子 の キ トサ ンが 細. 胞 壁 を 構 成 す る リ ン脂 質 や シ ア ル 酸 な どの ア ニ オ ン とイ オ ン的 に 引 き 合 う結 果 、 細 胞 の 自由 度 が 阻 害 さ れ る18)。2)分 子 中 の ア ミ ノ 基 が 細 胞 膜 や 細 胞 壁 を 破 壊 す る19・2°)。3)細胞 壁 の 酸 性 基 とキ ト a. サ ンの ア ミ ノ基 間 の 高 分 子 電 解 質 複 合 体 形 成 と リ ゾ チ ー ム誘 導 体 の 作 用21)。. た 力 学 的 特 性 を 有 す る キ トサ ン フ ィ ル ム を 用 い に 対 す る 抗 菌 活 性 を 「繊 維. 抗 菌 加 工 製 品 一抗 菌 性 試 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISZ 2801:2000」、 通 称 「フ ィ ル ム 密 着 法 」 で調 べ た。. 表4と. 図7は. キ トサ ン フ ィ ル ム にSα μr2認 とE. 一. 1. 2. 3. 4 Sample. a b code. 1. 2. 3. 4. Fig. 7. Bacterial numbers after 24 h incubation for chitosan films inoculated with the test organisms. S. A: aureus, B: E. coli. a: Bacterial numbers untreated film just after inoculated, b: Bacterial numbers untreated film after 18 h incubation. ^: Neutralization films, E: Non-neutralization films. Chitosan films were treated with formic acid (Sample code 1), acetic acid (Sample code 2), propionic acid (Sample code 3), butyric acid (Sample code 4).. 次 に、 こ う し た 抗 菌 メ カ ニ ズ ム と上 記 に 示 し. て8.α 岬 飢8とEc罐. b. ε.
(9) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. あ っ た 。 こ れ を24時 105cfu/platと. 間 培 養 し た 生 菌 数 は2.40×. な り、 接 種 菌 は 殆 ど増 殖 し な か っ. た(図7A)。. こ の 原 因 は 、 「繊 維 製 品 の 抗 菌 性 試. 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISL1902:2002」22)の 培 地 の 濃 度1/20ニ. 接 種 菌 液. ュ ト リ エ ン トBroth(着. 用実 験. か ら 付 着 汚 れ 量 を 測 定 し 、 算 出 し た23))と. は 異. な り、 本 試 験 法 の 接 種 菌 液 培 地 濃 度 が1/500ニ ト リ エ ン トBrothで. ュ. あ っ た 。 この た め 接 種 菌 液 培. 地 濃 度 は 、 「繊 維 製 品 の 抗 菌 性 試 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISL1902'2002」 度 が 薄 い)な. と 比 較 し て 希 薄(1/25培. た め,試. 地 濃. 験 菌 が 増 殖 す る た め の栄 養. 分 が 不 足 し て い る か ら で あ る。 従 っ て 本 試 験 法 は 、 「シ ェ ー ク フ ラ ス コ 法 」24)(800倍 に 希 釈 し た リ ン 酸 緩 衝 溶 液)と 殖 で き な い 系(汚. 同様 に 、 接 種 し た試 験 菌 が 増 れ が 付 着 し て い な い 系23))で. Fig. 8. Antibacterial activity test of chitosan films against S. aureus or E. coli using Film-adhering method. A: S. aureus, B: E. coli. :Neutralized films, E: Non-neutralized films. Chitosan films were treated with formic acid (Sample code 1), acetic acid (Sample code 2), propionic acid (Sample code 3), butyric acid (Sample code 4), respectively. 1): Log (C/D), C: Bacterial numbers after 24 h incubation for untreated film inoculated with test bacteria, D: Bacterial numbers after 24 h incubation for chitosan films inoculated with test bacteria.. 抗 菌 活 性 を 評 価 して い る 。 実 際 に は 、 製 品 を使 用 す る と各 種 の 汚 れ が 付 着 す る。 この た め 本 試 験 法 は 、 実 際 の 製 品 使 用 条 件 と は 異 な り、 試 験 法 の. . NH2. 改 正 が 望 ま れ る 。 し か し 、Lim,S.,H.ら25・26)も シ ェ ー ク フ ラ ス コ 法 と 同 様 に 、0.3mmolの. アルガ拠 理]ヤH吉CH. キ トサ ン. 希 薄. Fig. 9. Reaction. 3COσ. キ トサ ン酢酸 塩 of chitosan. and. organic. acid. 8).. 図7A)。. この場 合. な リ ン 酸 緩 衝 溶 液(ASTME2149-01,American SocietyforTestingandMaterials:2001)を. 用 いて. 1,000∼1/1万. 減 少 し た(表4と. 抗 菌 活 性 を 評 価 して い る 。 こ の よ う に本 試 験 法 は. の 抗 菌 活 性 値 は 、 実 験 方 法8の 式 を 用 い て 算 出 す. 栄 養 分(貧. る と、 図8Aに. 栄 養)に. 問題 はあ るが、現在 フィルム. の 抗 菌 力 試 験 は 、 本JIS法(「. 繊 維 抗 菌加 工 製 品. 一抗 菌 性 試 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISZ2801:2°. 示 す よ う に1.80∼ 〈5.38の 数 値 に. な った。 一 方 、 無 中和 キ トサ ン フイ ル ム の 生 菌 数 は 、 い. ° ° 」)で. 抗 菌 活 性 を評 価 す る よ うに規 定 され て い る。 ま. ず れ の 溶 媒 フ イ ル ム で も く10cfu/platの. た 、 生 菌 数 を 計 測 す る 定 量 法 で な く、OD(optical. し、1/1万 減 少 し た 。 こ の 場 合 の 抗 菌 活 性 値 は 、. density,光. 同 じ く 実 験 方 法8の 式 を 用 い て 算 出 す る と、 図. 学 濃 度)評. 価 や 阻 止 帯(Halo)の. 直 径. な どに よ る 定 性 法 で 抗 菌 活 性 を 評 価 し て い る 報 告 が 多 い27-35)。 し か し本 実 験 で は 、 定 量 法 で 生 菌 数 を計 測す る. 「繊 維 抗 菌 加 工 製 品 一抗 菌 性 試 験 方. 法 ・抗 菌 効 果JISZ2801:2000」. に よ っ て抗 菌 活 性. 同 様 に キ トサ ン フ ィ ル ム に 対 し て 同 数 の 試 験 菌 間培 養 した 場合 の生 菌 数 は、 中. 無 中 和 キ トサ ン フ イ ル ム よ り も、 中 和 した キ ト サ ンフイル ムは抗菌 力の低下 が顕著 であ った。 こ れ は 図9に 示 し た よ う に 四 級 塩 化 し た キ トサ ン は. 酢 酸 溶 媒 フ イ ル ム で く10cfu/plat、. 成 し た キ トサ ン塩 か ら酸 が 離 脱 し、 遊 離 型 キ トサ ン(遊 離 ア ミ ノ 基)に. 変 化 し、 抗 菌 活 性 値 が 低 下. し た と考 え られ る7'34'35)。. 和 し た フ イ ル ム が 蟻 酸 溶 媒 フ イ ル ム で7.40×101 cfu/plat、. 8Aに 示 す よ うに く5.35の 数 値 に な っ た 。. 中 和 処 理 、 水 洗 い の操 作 に よ って 造 塩 結 合 して 形. を 評 価 した 。. を 接 種 し 、24時. 値 を示. プ. Tsurugaietal.絃36)お. よ び 細 川 ら37)は 、 有 機 酸. ロ ピ オ ン 酸 溶 媒 フ イ ル ム で1.00×101cfu/plat、. で キ トサ ン を処 理 して 得 た 四 級 塩 化 キ トサ ンが 抗. 酪 酸 溶 媒 フ イ ル ム が9.85×102cfu/platの. 菌 作 用 を 示 す と報 告 して い る 。 し か し、 幾 つ か の. 数 値 を. 四 級 塩 化 キ トサ ン は 、 水 酸 化 ナ ト リウ ム 水 溶 液 を. 示 し、 無 加 工 フ イ ル ム と 比 較 し て 接 種 菌 数 が1/ 一9.
(10) 中島 照夫. 使 用 し て 中 和 反 応 さ せ る と遊 離 ア ミ ノ 基 を 形 成. mlを 接 種 す る と、 酪 酸 と プ ロ ピオ ン酸 溶 媒 フ ィ. し、 抗 菌 活 性 が 低 下 す る原 因 に な る。. ル ム が 膨 潤 し、 蟻 酸 と酢 酸 溶 媒 フ ィ ル ム が 一 部 溶 解 した 。 こ の 接 種 時 と同 一 条 件 下(50±2mmの. 表4と. 図7Bに. 示 す よ う にSα. 様 に 、5×5cmに. μr甜8の 場 合 と 同. 裁 断 し 、 中 和 し た キ トサ ン フ ィ. 正 方 形 で 接 種 菌 液0.4ml)でpHを. 測定すること. は 、 溶 液 量 が 非 常 に少 な い た め 残 念 な が ら再 現 で. ル ム と 無 中 和 キ ト サ ン フ ィ ル ム 上 に 、 試 験 菌E. き な か っ た 。 しか し、 条 件 は 異 な る が 、 予 備 実 験. coZ`の 接 種 菌 数 が2.85×105cfu/platと. に お い て 、 蒸 留 水30ml中. に 調 整 し た1/500ニ 菌 液0.4mlを. ュ ト リ エ ン トBrothの. 接 種 し 、35±1℃. の 条 件 下 で24時. な る よ う 懸 濁. 、R.H.90%以. 上. 間培 養 した。無 加 工 フィル ム に. に キ トサ ン フ ィ ル ム3g. を 入 れ 、24時 間 放 置 し た 条 件 下 で 調 べ た 溶 液 の pHは. 、 蟻 酸 溶液 フ ィル ム、 酢 酸 溶 液 フ ィル ム、. プ ロ ピ オ ン酸 溶 液 フ ィ ル ム お よ び 酪 酸 溶 液 フ ィル. 接 種 し た 直 後 に 回 収 し た 生 菌 数 は2.85×105cfu. ム が 、 そ れ ぞ れ5.1、5.7、6.0お よ び5.9で あ っ た 。. /plateで. キ トサ ン フ ィ ル ム の 抗 菌 性 測 定 時 のpHは. あ っ た 。 こ れ を24時. は2.91×105cfu/platと. 間培 養 後 の 生 菌 数. な り殆 ど 増 殖 し な か っ た 。. ル ム 作 成 時 のpH(表3を. 参 照)よ. 、フィ. り も高 く、 そ. 同 様 に キ トサ ン フ ィ ル ム に 対 し て 同 数 の 試 験 菌. の 格 差 も小 さ い 。 こ の こ とは 、 懸 濁 菌 溶 液 の 接 種. を 接 種 し 、24時. 時 に遊 離 し た酸 や キ トサ ン フ ィル ム の 非 結 品 領 域. 間培 養 した 場合 の生 菌 数 は、 中. 和 フ イ ル ム で 蟻 酸 溶 媒 フ イ ル ム が2.87×105cfu. に お け る ア ミ ノ 基 が 酸 と造 塩 結 合 して 四 級 化 し た. /plat、. 酢 酸 溶 媒 フ イ ル ム が1.83×105cfu/plat、. こ と26)や 、 キ トサ ン の ア ン モ ン ウ ム イ オ ン が イ. プ ロ ピ オ ン 酸 溶 媒 フ イ ル ム が5.55×103cfu/plat、. オ ン 化 し た 影 響45)が 抗 菌 活 性 に 関 与 し た と推 察. 酪 酸 溶 媒 フ イ ル ム が5.50x104cfu/platの. され る。. 数 値 を. 示 し 、 無 加 工 フ イ ル ム と 比 べ て 接 種 菌 が1∼1/ 100減 少 し た(表4と. 図7B)。. 性 値 は 、 実 験 方 法8の. 式 を 用 い て 算 出 す る と、 図. 8Bに. 示 す よ う に1.00∼1.46の. 一方. この 場 合 の 抗 菌 活. 数 値 に な っ た。. 、 無 中 和 キ トサ ン フ イ ル ム の 生 菌 数 は 、 蟻. 酸 溶 媒 フ イ ル ム が1.50×101cfu/plat、 溶 媒 フ イ ル ム は い ず れ も く10の. その 他 の. 値 を 示 し 、1/1万. 次 に 四 級 化 キ トサ ン フ ィ ル ム の 細 菌 に 対 す る 抗 菌 活 性 を 表5と. 図10に. 示 した 。. 四 級 化 し て い な い フ ィ ル ム と 同 様 に 、5×5cm に 裁 断 し た フ ィ ル ム(中 ル ム)上. 和 フ ィル ム と無 中和 フ ィ. に 、 試 験 菌&α. ×105cfu/mlと. μr側sの 接 種 菌 数 が4.75. な る よ う に 調 整 し た1/500ニ. ュ ト. 減 少 し た 。 こ の 場 合 の 抗 菌 活 性 値 は 、 実 験 方 法8 Table の 式 を 用 い て 算 出 す る と 、 図8Bに ∼<5. 5. Bacterial. 示 す よ う4.65. on films. .46の 数 値 に な っ た 。 以 上 の よ う にEcoZ`に. 対 す る キ トサ ン フ イ ル ム の 抗 菌 活 性 の 向 上 は 、S α醐 側8に 対 す る よ り も 低 い 。 こ の 傾 向 は 、 中 和. Sample. の場 合 は ア ミノ. 基 酢酸塩 な どによる四級 塩化 の効果以外 に、 キ ト サ ン フ ィ ル ム か ら直 接 遊 離 し た 酢 酸 な どの 有 機 酸 の 抗 菌 作 用 も 加 わ る 。 し か し 、Ec罐. の場合 は前. 者 の 効 果 しか 期 待 で き な い と考 え られ る 。 こ う し た傾 向 は 、 加 工 薬 剤 や 効 力 評 価 法 が 異 な っ て も 同 様 に 認 め ら れ た37-43)。. 無 中 和 キ トサ ン フ ィ ル ム は 、 接 種 懸 濁 菌 液0.4. inoculated. aureus. NBRC. NBRC. 3972.. code. Neutralize status. し た キ トサ ン フ イ ル ム で 顕 著 に 現 れ た 。 こ れ は キ トサ ン の 抗 菌 活 性 が 、S側re醐. numbers. quaternary. 2A 2B 2C 2A 2B 2C Untreated film (Polyethylenefilm). after. 24 h incubation. ammonium with 12732. chitosan. Staphylococcus. or Escherichia. coli. S. aureus. E. coli. Bacterial numbers (cfu/plate). Bacterial numbers (cfu/plate). +. < 10*. 2.94 X 105. +. < 10*. 1.55 X 104. +. 2.86 X 102. 1.02 X 105. < 10*. 8.43 X 102. < 10*. < 10*. 2.33 x 102. 1.95 x 103. 5.60 X 105. 5.68 X 105. Initial bacterial numbers of S. aureus on untreated film (control) was 4.75 X 105cfu/plate. Initial bacterial numbers of E. coli on untreated film (control) was 4.80 X 105cfu/plate. ± : Neutralize, — : Un—neutralize. *: N . D. ; Not detected (Detection limit: <10).
(11) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. 方 法8の 式 を 用 い て 算 出 す る と2.43∼<5.75の. 数. 値 に な った 。 四 級 化 した 試 料 は 、 四級 化 の 効 力 が 出 現 し、 中和 して も しな くて も同 様 の 結 果 を 得 た。. 表5と. 図10Bに. 示 す よ う に8.α μreμ8の 場 合 と. 同 様 に 、5×5cmに. 裁 断 し、 中 和 四 級 化 キ トサ ン. フ ィ ル ム と 無 中 和 キ トサ ン フ ィ ル ム 上 に 、 試 験 Fig.. 10.. Bacterial numbers after 24 h incubation for quaternary ammonium chitosan films inoculated with the test organisms. A: S. aureus, B: E. coli. a: Bacterial numbers for untreated film just after being inoculated, b: Bacterial numbers for untreated film after 18 h incubation. ^: Neutralized films, ^: Non-neutralized films.. 菌EcoZ`の. 接 種 菌 数 が4.80×105cfu/plateと. る よ う に 調 整 し た1/500ニ 接 種 懸 濁 菌 液0.4mlを 度90%以. 35±1℃. 接 種 懸 濁 菌 液0.4mlを. 、 相 対 湿 度90%以. 接 種 し 、35±1℃. 、相 対 湿. 間培 養 した。無 加 工. フ ィ ル ム に 接 種 し た 直 後 に 回 収 し た 生 菌 数 は4.80. 接 種 し、. 上 の 条 件 下 で24時. ュ ト リ エ ン トBrothの. 上 の 条 件 下 で24時. ×105cfu/plateで リ エ ン トBrothの. な. あ っ た 。 こ れ を24時. 間培 養 し. た 後 の 生 菌 数 は5.68×105cfu/plateと. 間培. な った。 同. 様 に 四 級 化 キ トサ ン フ ィ ル ム に 対 し て 同 数 の 試. 養 した 。 無 加 工 フ ィル ム に 接 種 した 直 後 に 回収 し. 験 菌 を 同 様 に 接 種 し 、24時. た 生 菌 数 は4.75×105cfu/plateで. 数 は 、 中 和 フ イ ル ム で は 試 料2Aが2.94×104cfu/. あ った。 これを. 間 培 養 した 後 の 生 菌. 24時 間 培 養 し た 後 の 生 菌 数 は5.60×105cfu/plate. plate、 試 料2Bが1.55×103cfu/plate、. と な っ た 。 同 様 に 四 級 化 キ トサ ン フ ィ ル ム に 対 し. 1.02×104cfu/plateの. て 同 数 の 試 験 菌 を 接 種 し 、24時. ム と 比 較 し て 接 種 菌 数 が1/10∼1/100減. 間 培養 した場 合. 試 料2Cが. 数 値 を示 し、 無 加 工 フ イ ル 少 した。. の 生 菌 数 は 、 中 和 フ イ ル ム で は 試 料2Aと2Bが. く. こ の 場 合 の 抗 菌 活 性 値 は 、 実 験 方 法8の. 10cfu/plate、. 数. て 算 出 す る と 図10Bに. 試 料2Cが2.86×102cfu/plateの. 値 を 示 し 、 無 加 工 フ イ ル ム と 比 べ て 接 種 菌 数 が1 /1,000∼1/1万. 示 す よ う に 実 験 方 法8の. 算 出 す る と2.34∼<5.75の 一 方. 2.33×102cfu/plateの. 式を 用 いて. く10cfu/plate、. 6. Antibacterial Escherichia. activity coli NBRC. no.. Ratio and bacterial. numbers'. and bacterial. 示 す よ うに. 数 値 に な っ た 。EcoZ`の. 場合 は 中. 和 す る と四 級 化 し て い な い 試 料 と 同様 の 傾 向 を 示. films against Staphylococcus Adhering Method.. films. Ratio of. 式 を 用 い て 算 出 す る と 図10Bに. 1.75∼<5.75の. aureus. Non-neutralized E. coli. of increase decrease. 法8の. 示 す よ う に実 験. test of chitosan 3972 using Film. 数 値 を示. 1万 減 少 し た 。 こ の 場 合 の 抗 菌 活 性 値 は 、 実 験 方. 減 少 し た。 こ. S. aureus Sample. く10cfu/. し 、 無 加 工 フ イ ル ム と 比 べ て 接 種 菌 が1/100∼1/. 試 料2Cが. Neutralized. 試 料2Bが. plate、 試 料2Cが1.95×103cfu/plateの. 数 値 を 示 し、 無 加 工 フ イ ル. の 場 合 の 抗 菌 活 性 値 は 、 図10Aに. 数. 、 無 中 和 キ トサ ン フ イ ル ム の 生 菌 数 は 、 試. 料2Aが8.43×102cfu/plate、. 数 値 に な った 。. ム と 比 べ て 接 種 菌 が1/1,000∼1/1万. Table. 一方. 、 無 中 和 四 級 化 キ トサ ン フ イ ル ム の 生 菌. 数 は 、 試 料2Aと2Bが. 示 す よ う に1.29∼1.80の. 値 になった。. 減 少 し た 。 この 場 合 の 抗 菌 活 性 値. は 、 図10Aに. 式 を用い. decrease. films. S. aureus. of increase. Ratio of. numbers'. bacterial. E. coli. of increase. and decrease. 12732. NBRC. Ratio of. numbers'. and bacterial. of increase decrease. 2a. 5.38. 1.04. 5.38. 5.46. 2b. 5.75. 1.80. 5.75. 5.75. a: Chito san film, b: Quaternary ammonium chitosan film. ' : Log (C/D), C: Bacterial numbers after 24 h incubation for untreated film (polyethylene film) inoculated with test bacteria, D: Bacterial numbers after 24 h incubation for chitosan film inoculated with test bacteria. 11. of. numbers'. or.
(12) 中島 照夫. 結. 論. キ トサ ン フ ィ ル ム の 成 形 加 工 を 行 い 、 そ の フ ィ ルム の力学的特 性お よび抗菌 活性 の向上 に関 して 検 討 し、 以 下 の 結 果 を 得 た。 引 っ張 り強 度 は 、4種 の 溶 媒 間 で 大 差 が な か っ Fig.. 11. Antibacterial activity test of quaternary ammonium chitosan films against S. aureus or E. coli using Film-adhering method. A: S. aureus, B: E. coli. ^:Neutralized films, ^: Non-neutralized films.. た。 貯 蔵 弾 性 率(E')の. 値 は 、 フ ィル ム 中 の 水 分 が. 大 き く影 響 し、 フ ィ ル ム に水 分 が 含 ま れ る と0℃ 付 近 で 急 激 に 低 下 し、 再 び 水 分 の 蒸 発 に よ っ て 上 昇 し た 。 し か し、 粘 弾 性 の 結 果 か ら、 熱 処 理. した 。. を 施 した 同 一 溶 媒 の フ ィル ム に 比 べ 、 貯 蔵 弾 性 率. 同 一 原 材 料 か ら得 た 四 級 化 キ トサ ン フ ィル ム と. (Eり は 低 か っ た 。 延 伸 試 料 は 常 温 か ら高 温 域 に. キ トサ ン フ ィル ム の 細 菌 に 対 す る 抗 菌 性 を 比 較 し. か け て 未 延 伸 試 料 と比 べ 、 貯 蔵 弾 性 率(Eり. た 結 果 を 表6と 図11に 示 した 。. くな る 傾 向 が 認 め ら れ た 。. ε αμreμ8の場 合 は 中 和 し て も し な くて も 抗 菌. が高. キ トサ ン フ イ ル ム の 抗 菌 活 性 は、 中 和 フ ィ ル ム. 力 が 非 常 に 強 く、 これ 以 上 の 抗 菌 活 性 値 の 向上 が. よ りも 中 和 を して い な い(無. 望 め な か っ た 。 しか し、Ecoあ. が 接 種 し た 菌 数 が 少 な く、 優 れ て い た 。 こ れ は 、. の抗菌活 性 は、図. 中 和)フ. ィル ム の 方. 11Bに 示 す よ う に 無 中 和 フ ィ ル ム で は8.α 醐 側s. 中 和 フ ィ ル ム は 、 フ ィ ル ム 表 面 の キ トサ ン しか 作. と同 様 の傾 向 を示 し た。 しか し、 中 和 フ ィル ム の. 用 しな い が 、 無 中 和 フ ィ ル ム は 、 フ イ ル ム のpH. 抗 菌 活 性 は キ トサ ン の 四 級 化 に よ っ て 効 力 が 約. とイ オ ン化 した キ トサ ンの ア ンモ ニ ウ ム イ オ ン の. 1.7倍 向 上 し た(表6)。. 相 互 作 用 が 抗 菌 力 に 関 与 した と推 察 さ れ る。. これ は 四 級 化 キ トサ ン が. 中 和 作 用 に よ っ て 酸 が 離 脱 し、 非 結 晶領 域 に お け. キ トサ ン フ イ ル ム の 抗 菌 活 性 は、E8C舵r`C配 α. る ア ミ ノ基 の 酢 酸 塩 が 殆 ど遊 離 の 形 態 に 変 化 しな. coZ`の 方 が8雄 ρ加ZOCOCCμSαμr側Sよ り も 低 か っ. か っ た た め と考 え られ る46)。. た。 この傾 向は中和 フイル ムで顕著 であ った。. 酢 酸 溶 液 で 調 製 し た キ トサ ン フ ィル ム は 、 素 晴. 四 級 化 キ トサ ン フ ィ ル ム の 細 菌 に 対 す る抗 菌 活. ら しい 抗 菌 活 性 値 を 示 した 。 こ の 調 製 した フ ィ ル. 性 は、Sα μre醐の 場 合 に は 殆 ど変 化 が な か っ た 。. ム は 、 高 い 含 水 率(16.2%、. しか し、Ec罐. 毛 に 相 当)に. も関わ. らず 、 ヤ ン グ 率 と引 張 強 度 が 他 の3種 の 酸 溶 液 で. の 場 合 の 抗 菌 活 性 は 、 中 和 した 場. 合 に効 力 が 約L7倍. 向 上 した 。. 調 製 し た フ ィル ム と 同等 で あ っ た 。 従 っ て 、 この 特 殊 な 性 能 を 持 つ 保 水 性 は 吸 湿 性 や 吸 水 性 を必 要 とす る場 所 で 使 用 す る製 品(例. えば紙 おむつ や水. 本 報 告 は 、 平 成16年 度 ∼ 平 成17年 度 科 学 研 究 費 補 助 金(基. 盤 研 究B、 課 題 番 号16300234)「. 未. 中 で 使 用 す る フ ィ ル ター な ど)の 用 途 に 役 立 つ と. 利 用 天 然 資 源 の 有 効 活 用 に よ る 地 球 環 境 に優 しい. 考 え られ る 。 そ して キ トサ ン の 抗 菌 活 性 は 、 有 機. ア パ レル 加 工 製 品 の 開 発 」 基 金 に よ り研 究 した 報. 抗 菌 剤 の よ う に 速 効 性 で な く、 マ イ ル ドで 弱 く、. 告 書 の 一 部 で 、 筆 者 がB`ocoη 彦roZ8c`e几ce(2006). しか も不 要 に な っ て 破 棄 し た場 合 、 容 易 に 生 分 解. に お い て 発 表 し た 内 容 を も と に、 和 訳 し未 発 表. し、 地 球 環 境 に優 しい 抗 菌 剤 と言 え る。 な お 、 こ. デ ー タ を 加 筆 ・修 正 した 原 稿 を 整 理 して ま と め 、. う した 特 性 を 有 す る キ トサ ン フ ィ ル ム の 生 分 解 特. 一 括 掲 載 し た もの で あ る 。. 性 に 関 して は 、 引 き 続 き 次 報 で 詳 細 に報 告 す る 。.
(13) 生 分 解 性 材 料 と して の キ トサ ンフ ィル ム の 物 性 と抗 菌 活 性. 引用文献. レ ン と澱 粉 複 合 フ ィ ル ム の 力 学 的 性 質 と生 分 解 特 性 、 近 畿 大 学 資 源 再 生 研 究 所 報 告 、4,1. 1)中. 島 照 夫:介. -18. 護 か ら見 た 高 機 能 繊 維 と抗 菌 防. 臭 ・制 菌 ・消 臭 加 工 、 そ の4:介. 護 用繊 維 製. 14)通. 品 の 廃 棄 物 対 策 、 加 工 技 術 、38,11,746-749, 15)鈴. 肥 義 治 監 修:分. 解 プ ラ ス チ ッ ク 、(株). 藤 光 實:生. -477. 分 解 性 高 分 子 、 防 菌 防 徽20,2,. 16)日. 95-101,1992. 4)土. 6)土. 肥 義 治:生. 分 解 性 ポ リマ ー 分 野 、 高 分 子 、 17)高. 団 法 人 高 分 子 素 材 セ ン タ ー:平. ィ ル ム 密 着 法)、 繊 消 誌 、41,5,472. ,2000.. 本 規 格 協 会:繊. 維 抗 菌 加 工製 品 一 抗菌 性. 成4年. 度 高. 麗 寛 紀:国. 際 規 格ISO20743「. 転 写 法(Transfermethod)、. 書 、 一 分 解 性 プ ラ ス チ ッ ク ー 、3-4,1993.. 139-142,2008.. 肥 義 治 編 者:生. 分解 高分子 材料、 工業調 査. 抗菌 加工 繊. 維 製 品 の 抗 菌 性 試 験 方 法 」 の 概 要 、 そ の3:. 分 子 系 新 素 材 の 試 験 ・評 価 等 補 助 事 業 報 告. 18)キ. 加 工 技 術,43,2,. チ ン ・キ トサ ン 研 究 会:キ. チ ン ・キ トサ ン. ハ ン ドブ ッ ク 、 技 報 堂 出 版 、1995.. イ オ ン 株 式 会 社:特. 開 昭61-60701、. カ. 19) Morimoto, M., and Shigemasa, Y.: Applications of. チ オ ン 性 キ ト サ ン 誘 導 体 の 製 造 方 法 、1-4,. chitin and chitosan as biomass (in Japanese),. 1986.. Kobunshi. 8)Tsurugai,K,andAkaba,T.:四. (High polymers). 20) M. Shimojoh, M., Masaki, K., and Kurita, K.:. 125-127,1996.. Bactericidal. Aiba, S., Izume, M., Minoura, N., and Fujiwara,. pens on oral streptococci. Y.: Studies. Nippon Nogeikagaku. properties. on chitin.. 2. Preparation. of chitin membranes,. and. 10) Uragami, Studies. and permeation membranes, 11) Sakurai,. parameters,. of. chitosan (in Japanese), Foods Food Ingredients J. of chitin. M., and Takahashi,. of chitosan.. 22)日. Sen-i gakkaishi. (J. Soc. Fiber. 延 伸 並 び に 一 軸 延 伸 した 超 高 分. 本 規 格 協 会:繊. 維 製品 の抗菌性 試験方 法 ・. 抗 菌 効 果JISLI902:2° 23)中. 1. Unit cell. Sci. Technol. Jpn), 40, 7, 246-253, 1984. 12)中 島 照 夫:未. Jpn., No.159, 65-71, 1994.. Polymer, 22, 9, 1155-1156, 1981.. T.: Crystalstructute. Kaishi, 70, 7, 787-792,. preparation of oligosaccharides from chitin and. 35. Preparation. characteristics. K., Takagi,. (in Japanese),. M.:. and permeabilities. special polymer membranes:. from squid. 21) Ohtakara, A., and Mitsutomi, M.: Enzymatic. T., Ohsumi, Y., and Sugihara, on syntheses. effects of chitosan. 1996.. Carbohydr.. Polym., 5, 4, 285-295, 1985.. 50, 4, 236-239,. 2001.. 級 塩化 キ ト. サ ン に よ る 繊 維 の 抗 菌 加 工 、 加 工 技 術 、31,2,. 9). ラ ス チ ッ ク製 品 等 の 抗 菌 性 試 験. 200.. 会 、 東 京 、177-197,1990. 7)ラ. 菌加 工製 品ガイ. 試 験 方 法 ・抗 菌 効 果JISZ2801;2002、1-19,. 54,4,256,2005. 5)財. 木 昌 二:プ 方 法(フ. シ ー エ ム シ ー 、 東 京 、1-2,107-117,1990 3)斉. 商 産 業 省 生 活 産 業 局 編:抗. ド ラ イ ン 、 大 蔵 省 印 刷 局 、73-75,1999.. 2003. 2)土. ,2006.. 島 照 夫:繊. °2、1-30,2002.. 維製 品の抗菌 防臭加 工の効 力評. 価 法 、 防 菌 防 徽 誌 、16,5,249-260,1988. 24)繊. 維 製 品 衛 生 加 工 議 会:ShakeFlask法 1985.. 25) Lim, S., H., and Hudson, S., M.: Application. 子 量 ポ リエ チ レ ン ー 澱 粉 複 合 フ ィ ル ム の 力. of a Fiber-reactive. 学 的 性 質 と生 分 解 特 性 、 近 畿 大 学 資 源 再 生 研. Cotton Fabric as an Antimicrobial. 究 所 報 告 、5,1-19,2007.. Finish, Carbohydrate. 13)中 島 照 夫:二. 軸 延 伸 した 超 高 分 子 量 ポ リ エ チ. 、1-5,. 2004.. Chitosan. Derivative. to. Textile. Polym., 56, 2, 227-234,.
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