再生可能資源を用いた高機能性材料の創製
“食品；ナタデココの機能性材料化”
教授（退職） 坂口 真人 (Prof. Masato Sakaguchi)反応化学研究室
１．はじめに
エネルギー・物質の大量消費・廃棄による資源の枯渇と汚染が顕著となり、多種多様な環境問題が顕在化してきている。長期的地球環境的視野に立てば、今後は環境に排出された汚染物質を浄化するのではなく、汚染物質を排出しない“環境にやさしいものづくりの化学”という視点にたち、環境との共生を図ることが重要課題となる。更には、有限な化石燃料を原料とする現在の大量消費社会からバイオマス等の再生可能資源を原料とする持続可能な環境循環型社会へのシフトが不可欠であろう。しかしながら再生可能資源を用いたモノの機能、生産は限定されているのが現状である。再生可能資源に基づくモノづくりは、基礎研究も含めこれから長期的に取り組んで行かなければならない重要課題の一つである。
セルロースは、地球上に最も多く存在するバイオマス資源であり、我々人類にとって古くから利用されてきた再生可能資源である。しかし、成形加工の難しさからその利用分野は限られている。また、静岡県は林産業が多いことから木材チップ廃材の有効利活用が望まれている。今後、セルロースを更に多くの分野で利用できるようにするためには、従来とは異なる新しい視点から高機能化セルロース材料創製の研究を推進する必要がある。これらのことからセルロース系バイオマス新規機能性材料の創製は、基礎および応用の両面から緊急且つ重要な研究課題であると考えられる。
２．再生可能資源；木質セルロースの高機能化
木質系セルロースの有効利活用には、その化学修飾が大きなテーマになっている。しかし、現状は、セルロースを構成しているグルコピラノース環上のOH基の修飾、即ち、側鎖の修飾である。これは、主鎖を構成しているβ-1,4グリコシド結合が困難であることから用途が制限されてきた。
当研究室での木質セルロースの化学修飾においては、β-1,4グリコシド結合の切断により生成するラジカルを重合開始剤とし、セルロースブロック共重合体を合成するものである。これは、従来とは全く異なるセルロース主鎖の化学修飾であり、重金属を用いないため生体にやさしく、食品にそのまま利用できる製品の創製が期待できる。また、モノマーを適切に選択することにより生体適合性化学修飾セルロースの創製が可能となり、化粧品基材、医用基材等広く展開できることが期待される。
３．バクテリアセルロース（ナタデココ）の高機能化
そこで我々は、バクテリアセルロースを木質セルロースのモデル化合物として用いることにした。
バクテリアセルロースは、酢酸菌が産生し、菌体外に排出されるものである。これは、別名“ナタデココ”として知られている食品でもある。我々の食するナタデココはバクテリアセルロースが1％程度で他は水からなるゲルであるとともに安全な食物である。水分が抜けたナタデココ、即ち、バクテリアセルロースは、微小繊維であるが純度が高く結晶化度も高いため機械的強度は非常に高いことが知られている(図1)。また、バクテリアセルロースをセルロースのモデル化合物としてその特性を明らかにし、その高機能化を図ることは、従来からのパルプに代表されるセルロースの新規機能性材料創製へ新たな展開が期待される。
当研究室では、今まで培ってきた環境にやさしい無溶媒固相反応の技術を駆使し、再生可能資源であるバクテリアセルロースの高機能化を図り、もって持続可能な社会の構築に資する新規高機能化セルロース材料の創製を目指している。
酢酸菌によりナタデココを産生させ、精製しバクテリアセルロースを得る。ラジカル重合性モノマー存在下バクテリアセルロースを真空中低温で破壊することによるメカノケミカル重合によりバクテリアセルロース末端からモノマーが成長し、セルロースブロック共重合体が合成されるとともにセルロース表面の化学修飾がなされる。この化学修飾セルロースは従来と全く異なるものであり、新規機能性材料としての展開が期待される。
４．おわりに
モノマーを適切に選択することにより様々な機能性材料の創製が期待される。また、バクテリアセルロースに限るものではなく、様々なセルロースへの応用も期待できる。今後も、我々は、セルロースを中心に新規機能性材料の創製を目指し、持続可能社会の構築に資することを期待している。
（以上）
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