JPH0790182A - 保存安定性に優れた絹フィブロイン及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高品質で水溶液の透明性に優れ、しかも保存
安定性の良好な絹フィブロイン水溶液と水溶性絹フィブ
ロイン粉末を提供すること、及びそれを工業的有利に製
造する方法を提供する。 【構成】 本発明の絹フィブロイン水溶液又は水溶性絹
フィブロイン粉末は尿素及び／又はチオ尿素を含有する
ことを特徴とする。またその製法としては、水系媒体に
溶解して得た絹フィブロイン水溶液に尿素及び／又はチ
オ尿素を混合し、さらに必要に応じてこれをフリーズド
ライ又はスプレードライすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高品質でしかも保存安
定性に優れた絹フィブロイン水溶液又はそれの乾燥品で
ある水溶性絹フィブロイン粉末及びその製造法に係り、
特に産業資材用途に好適な絹フィブロイン水溶液又は水
溶性絹フィブロイン粉末及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】絹フィブロイン（シルク蛋白）は、その
適度な吸湿性や保湿性、皮膚や毛髪に対する優れた親和
性や保護作用等の特性を有しているために、従来から絹
フィブロイン水溶液や絹フィブロイン粉末が化粧料基剤
等の用途に使用されてきた。又、最近これを産業資材や
医療基剤等の用途に応用する研究が進められている。

【０００３】一般に、絹フィブロイン水溶液は特公昭５
７−４７２３号公報に提案されているように、銅−エチ
レンジアミン水溶液、水酸化銅−アンモニア水溶液、水
酸化銅−アルカリ−グリセリン水溶液、臭化リチウム水
溶液、カルシウム或いはマグネシウム又は亜鉛の塩酸塩
或いは硝酸塩又はチオシアン酸塩の水溶液、チオシアン
酸ナトリウム水溶液よりなる群から選ばれた少なくとも
一種の溶媒に精練絹原料を溶解後透析する方法で製造す
る。又、特公昭５９−３１５２０号公報には、かくして
得られた０．５〜２０重量％の絹フィブロイン水溶液を
酵素或いは酸又はアルカリにより加水分解することを特
徴とする絹フィブロインペプチドの製造法が提案されて
いる。

【０００４】これらの方法の場合、強酸や強アルカリ水
溶液を溶媒とするのと異なり溶媒が穏やかなものである
ため、絹フィブロインの有用な蛋白質構造を損傷するこ
とが無く、又透析を 膜表面積（cm² ) ／プライミング容量（cm³ ）≧１０ を満足する多層膜構造物又は中空糸束構造物を使用して
いるため、透明で均一な高品質の絹フィブロイン水溶液
を安定して製造することができる。

【０００５】ところで、これ等の絹フィブロイン水溶液
の長期保存の品質安定性はやや不充分であって、種々の
問題点や使用上の制約がある。例えば１ケ月間以内の保
存で濃褐色に変色したり、濁りが生じたり、著しい場合
はゲル状物が大量に沈澱する。

【０００６】この対策として、本発明者等はこれまで該
水溶液にキレート化剤（特開昭６３−９２６７１号公
報）、多価アルコール（特開平２−１１３０６６号公
報）、有機アミド化合物（特開平２−２４０１６５号公
報）、水溶性異種蛋白質（特開平２−２８１０７９号公
報）を混合する方法を提案して来た。

【０００７】一方、絹フィブロインや絹フィブロインペ
プチド粉末として、特公昭４０−２４９２０号公報、特
公昭２６−４９４７号公報並びに特公昭５８−３８４４
９号公報には、絹糸をそのまま或いは化学的処理で脆化
させたものを粉砕した繊維状の絹フィブロインパウダ
ー、絹フィブロインを適当な濃厚中性塩等に溶解透析し
得られたコロイド溶液を粉霧乾燥して製造したゲル状絹
フィブロインを粉砕した粒状の絹フィブロインパウダ
ー、並びに絹フィブロインを適当な無機中性塩或いはア
ルカリ性水溶液に溶解後透析し或いはしないで得られた
コロイド溶液から、凝固性塩の添加、空気吹込み、等電
点凝固、超音波処理或いは高ずり変形速度での攪拌等で
絹フィブロインを凝固析出せしめ、脱水、乾燥後粉砕し
た微粉末状絹フィブロインが開示されている。

【０００８】以上の絹フィブロイン粉末は本質的に水不
溶性であるが、一方水溶性絹フィブロイン粉末として
は、絹糸を適当な無機中性塩或いはアルカリ性溶媒に溶
解することによって得られたコロイド溶液を加水分解後
スプレードライする方法（特開昭５６−４０６９５号公
報）、絹フィブロインの平均重合度が３〜６００のコロ
イド溶液をフリーズドライする方法（特開昭６１−１８
０８００号公報）、平均重合度が６５０以上の絹フィブ
ロイン水溶液をフリーズドライする薄片状シルクパウダ
ーの製造法（特願平５−１４７０８０号）が提案されて
いる。

【０００９】さて、前述の絹フィブロイン水溶液の安定
化剤として混合する物質の内、キレート化剤は絹フィブ
ロインの平均重合度が６００以上の場合効果がないし、
水溶性異種蛋白質はそれ自体の水溶液がおおむね半透明
であるため混合した場合、絹フィブロイン水溶液の透明
度を落とす。又、有機アミドは化粧料基剤としては使用
できないし、使用を誤るとむしろ該水溶液を不安定化す
る。多価アルコールも本質的には絹フィブロイン水溶液
のゲル化剤であるため使用には慎重を要する。

【００１０】以上のことは、絹フィブロインや絹フィブ
ロインペプチドの粉末の場合も同様であって、これを水
に溶かしただけの水溶液の保存安定性は良く無く、特に
平均重合度６５０以上の場合、再溶解性そのものが低下
し完全溶解に長時間必要となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、絹フィ
ブロインの製品性状や品質の改良について鋭意研究した
結果、本発明を完成したものである。本発明の目的は、
高品質で水溶液の透明性に優れ、しかも保存安定性の良
好な絹フィブロイン水溶液と水溶性絹フィブロイン粉末
を提供するにある。他の目的は、斯かる絹フィブロイン
水溶液と水溶性絹フィブロイン粉末を工業的に有利に製
造する方法を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は尿素及び／又は
チオ尿素を含有することを特徴とする絹フィブロイン水
溶液又は水溶性絹フィブロイン粉末に係わるものであ
り、本発明方法は水系媒体に溶解して得られた絹フィブ
ロイン水溶液に尿素及び／又はチオ尿素を混合し、さら
には必要に応じてこれをフリーズドライ又はスプレード
ライすることを特徴とする。

【００１３】本発明の絹フィブロイン水溶液及び水溶性
絹フィブロイン粉末に対する尿素及び／又はチオ尿素の
添加効果は顕著であって、絹フィブロイン水溶液にあっ
ては、液の透明性を格段に改善し、該液を白濁やゲル状
物の発生することなく数ヶ月以上保存することができ
る。尿素及び／又はチオ尿素の保存安定剤として特に優
れた点は水溶液の透明性を改善し、混合濃度を高くして
も絹フィブロインがゲル化することが無く、特に尿素は
化粧品基剤として使用に制限が無く、容易に使用できる
ことにある。一方、水溶性絹フィブロイン粉末への添加
効果も良好で、特に平均重合度６５０以上の絹フィブロ
イン粉末の再溶解性の改善は顕著なものがある。もちろ
ん該粉末を溶解して得た水溶液の保存安定性、透明性改
善効果も優れている。

【００１４】本発明は平均量体数２以上の絹フィブロイ
ン水溶液に有効であって、特に平均量体数６００を上廻
る場合に顕著な効果がある（参考資料、特開昭６３−９
２６７１号公報）。

【００１５】本発明に使用する絹フィブロイン原料はま
ゆ、生糸、まゆ屑、生糸屑、ビス、揚り綿、絹布屑、ブ
ーレット等を常法に従い必要に応じて活性剤の存在下、
温水中で又は酵素の存在下温水中でセンシンを除去し乾
燥したものを使用する。

【００１６】本発明に適用する絹フィブロインの溶媒
は、銅−エチレンジアミン水溶液、水酸化銅−アンモニ
ア水溶液（シュワイサー試薬）、水酸化銅−アルカリ−
グリセリン水溶液（ローエ試薬）、臭化リチウム水溶
液、カルシウム或いはマグネシウム又は亜鉛の塩酸塩或
いは硝酸塩又はチオシアン酸塩の水溶液、チオシアン酸
ナトリウム水溶液が挙げられるが、コスト及び使用上の
点からカルシウム又はマグネシウムの塩酸塩又は硝酸塩
が好ましい。又、これ等の水溶液の濃度は使用する溶媒
の種類、温度等により異なるが、金属塩等の濃度は通常
１０から８０％（重量）、好ましくは２０〜４０％（重
量）である。８０％（重量）以上でも溶解するが、生成
する絹フィブロイン水溶液に実質的な差異が無く経済性
の点で問題である。

【００１７】精練後の絹原料を前記水溶液よりなる溶媒
に添加し、温度６０〜９５℃、好ましくは７０〜８５℃
でニーダの如き装置内で均一に溶解するが、液比は通常
２〜５０、好ましくは３〜３０である。

【００１８】得られた絹フィブロイン溶解液から高純度
の絹フィブロイン水溶液を得るためには、引き続いて透
析する。透析はセロファン膜に代表される透析膜や中空
繊維を使用した透析器を用い、前記の塩類等をほぼ完全
に除去する。この場合目的とする絹フィブロインの分子
量分布を極力狭くするためと、α構造の絹フィブロイン
の割合を５０重量％以上に調製するためには、透析量と
透析膜面積を特定する必要がある。即ち下記式を満足す
る多層膜構造物又は中空糸集束構造物を使用して脱塩を
行う。 膜表面積（cm² ) ／プライミング容量（cm³ ）≧１０ （ここで、プライミング容量とは透析チューブ又は膜間
の内容積を示す）

【００１９】上記数値が１０未満の場合、膜分離が迅速
に行われないため透析器中での滞留時間が長くなり、得
られるフィブロイン水溶液は、既に腐敗が始まっている
事が多い。その場合、フィブロイン蛋白は腐敗による変
性で水不溶（β構造）化し、これを再び冷水易溶性化す
ることは困難である。特に本発明を円滑に且つ経済的に
行うために、上記数値は３０以上が好ましく、５０以上
が特に好ましい。該条件を満足させる為には、例えば中
空糸集束構造物の場合中空糸の直径４ｍｍ以下にする必
要がある。

【００２０】本発明方法に於いて得られた透析液は、残
留塩濃度が０．００３〜０．０６％（重量）と極めて少
なく、特に中空糸の径が０．２ｍｍ程度になると、 膜表面積（cm² ) ／プライミング容量（cm³ ）≒２００ となり透析器中での滞留時間数１０分で、これを達成す
ることができ、これより極めて高品質の絹フィブロイン
水溶液を得ることができる。

【００２１】本発明に於いて絹フィブロイン水溶液の蛋
白質濃度は本質的なものではないが、通常１〜３０％
（重量）、好ましくは２〜２０％（重量）で、必要に応
じて濃縮される。１％（重量）以下では後工程で濃縮の
必要があり不経済であるし、３０％（重量）以上では粘
性が高くなって反応や操作に無理がある。

【００２２】絹フィブロインの平均分子量が数百〜数千
のものを得ようとする場合、これを酵素或いは酸又はア
ルカリを用いて加水分解を行う。

【００２３】本発明に適用される加水分解酵素としては
通常の蛋白質分解酵素、例えば放線菌から得られるプロ
ナーゼ、パパイヤから得られるプロラーゼ等の数種のプ
ロテイアーゼ混合物と考えられる酵素群、プロメリン等
が挙げられ、これらを単独或いは２種以上混合して使用
することができる。使用する酵素の量は酵素の種類、純
度、反応条件、或いは目的とする絹フィブロインの平均
重合度等により異なるが、通常絹フィブロインに対して
０．０１〜１０．０％（重量）、好ましくは０．０２〜
５．０％（重量）である。この場合の加水分解の条件は
使用する酵素の種類、濃度等により異なるが通常ｐＨは
５〜９、好ましくは６〜８．５、温度は２０〜７０℃、
好ましくは３０〜４５℃で０．１〜７２時間、好ましく
は０．５〜１２時間行う。

【００２４】加水分解に用いる酸としては塩酸、硫酸等
の無機酸又はくえん酸、酒石酸、マロン酸、こはく酸及
びマレイン酸等の有機酸が挙げられる。またアルカリと
しては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチ
ウム、アンモニア水等の無機アルカリ、メチルアミン等
の有機アルカリが使用し得られるが、反応性、経済性、
安定性の面から、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが
好ましい。

【００２５】酸又はアルカリによる加水分解の条件は使
用する酸又はアルカリの種類、目的とするペプチドの平
均重合度及び重合度分布により異なるが、通常０．０３
〜３．０Ｎ、好ましくは０．３Ｎ以下の濃度で温度は２
０〜１１０℃、好ましくは３０〜１００℃で、０．５〜
４８時間、好ましくは１〜２４時間反応を行い、その後
アルカリ又は酸を加えて中和する。

【００２６】本発明に於いて、絹フィブロイン水溶液に
長期間の保存安定性を付与するためには、透析上がりの
液又は加水分解上がりの液に尿素又はチオ尿素又は混合
物を添加し、さらに必要に応じて防カビ・防腐剤さらに
はキレート化剤を添加する。

【００２７】尿素又はチオ尿素の添加量は水溶液中の絹
フィブロイン純分に対して１〜２００％（重量）が好ま
しく、１０〜１００％がより好ましい。１％以下では添
加効果がほとんど認められないし、一方２００％を越え
て添加しても２００％以下と効果は変わらず経済的でな
い。

【００２８】防カビ・防腐剤及びキレート化剤の添加は
絹フィブロイン水溶液をさらに安定に保存する為に好ま
しく、その添加量は防カビ・防腐剤が０．０１〜１．０
％（重量）、キレート化剤が０．０１〜１．０％（重
量）である。防カビ・防腐剤は特に限定されるものでは
無いが、安息香酸、ソルビン酸、デヒドロ酢酸、プロピ
オン酸、及びこれ等の塩、Ｐ−オキシ安息香酸エステル
等である。又、キレート化剤は、通常のキレート化剤が
絹フィブロインの用途で問題がなければすべて適用でき
るが、経済性の点でＥＤＴＡ又はトリポリ燐酸ソーダ或
いはヘキサメタ燐酸ソーダが望ましい。ＥＤＴＡはｐＨ
との関係で２Ｎａ塩又は３Ｎａ塩がより望ましい。

【００２９】本発明に於いて、尿素又はチオ尿素を含有
することを特徴とする水溶性絹フィブロイン粉末を得よ
うとする場合、前記の尿素又はチオ尿素を含有する絹フ
ィブロイン水溶液をフリーズドライ又はスプレードライ
する。

【００３０】フリーズドライは通常の凍結乾燥機により
実施し得るが、水溶液中の絹フィブロイン濃度が２％
（重量）未満の場合、得られた乾燥物の収量が仕掛水溶
液量に比して極端に少なく実用的でない。

【００３１】フリーズドライの処理は例えば、まず、絹
フィブロイン水溶液を浅いバット状の容器に深さ５〜１
０ｍｍになるように注入し、全体を一旦−２０〜−４０
℃に急冷して凍結させる。これを凍結乾燥機のチヤンバ
ー中の棚に複数段挿入し、初期は０．５ｔｏｒｒ程度、
終了時には０．０５ｔｏｒｒ程度の減圧下乾燥する。減
圧乾燥中は棚に埋め込んだヒーターで気化熱を補給し、
凍結物の温度を適当な範囲（共晶点）に調節する。

【００３２】スプレードライの処理は例えば、高速回転
するノズルを用いる方法、或いは高速気流による方法等
が挙げられる。そして、絹フィブロイン水溶液は、通常
４０〜１５０℃、好ましくは７０〜１２０℃の零囲気中
短時間にて乾燥粉末化せしめる。目的とする性能を有す
る絹フィブロイン粉末を得るためにスプレードライ条件
を適宜選ぶことができる。

【００３３】フリーズドライ又はスプレードライにて得
られた乾燥物は、これを粉砕機で所望の大きさに粉砕す
る。粉砕物はキラキラと輝く絹光沢のやわらかい粉末
で、嵩比重が粉体の大きさにもよるが０．０５〜０．５
ｇ／cm³ の非常に軽い粉体である。

【００３４】

【実施例】以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
尚、実施例中の透視度はＪＩＳＫ−０１０２（工業排水
試験法）で測定した。

【００３５】実施例１ 絹フィブロイン原料として生糸屑を用いて、これの１０
０部をマルセル石けん３０部、水３０００部の溶液で９
５〜９８℃において３時間攪拌精練し、残膠を０．１％
以下にまで減少させ、水洗後８０℃で熱風乾燥した。一
方、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ）１００部
に水１００部を混合して３８重量％塩化カルシウム水溶
液２００部を調製して１１０℃に加熱した。これに精練
ずみの生糸屑４０部をニーダを用いて５分間で攪拌しな
がら投入後、さらに３０分間攪拌し完全に溶解させた。

【００３６】次に、内径２００μ、膜厚２０μ、長さ５
００ｍｍの再生セルロース系中空糸を２０００本束ね、
これの両端を中空穴を閉塞することなく集束固定（シー
ル）したホローファイバー型の透析装置を用いて、前記
溶解液を０．２ l／時間の割合で流入させて脱イオン水
を用いて透析し、絹フィブロイン水溶液を得た。該フィ
ブロイン水溶液のフィブロイン濃度は１０．０％（重
量）、平均重合度は１２００、残留塩化カルシウムは
０．００１％（重量）であった。

【００３７】得られた絹フィブロイン水溶液を２分し、
その一方に溶液濃度で尿素１．０％（重量）、ＥＤＴＡ
・２Ｎａ塩０．２％（重量）、安息香酸ナトリウム０．
３％（重量）を混合し、もう一方には他は同じで尿素の
みを混合しなかった。その結果を該水溶液の透視度で表
１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかな様に尿素添加が絹フィブ
ロイン水溶液の透明度改善に顕著に効果があり、又保存
安定性の改善にも優れた効果があることが判る。

【００４０】実施例２ 尿素をチオ尿素に交換したのみで、他は実施例１に準じ
て実施した。その結果を表２に示す。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２から明らかな様に、絹フィブロイン水
溶液に対するチオ尿素の透明度改善効果及び保存安定化
効果が顕著なものであることが判る。

【００４３】実施例３ 実施例１に準じ、尿素の添加濃度と透明度改善効果及び
保存安定効果を試験した。その効果を表３に示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】表３から明らかなように、尿素の添加量
１．０〜２００％の範囲で添加量が大きくなる程透視度
改善効果、保存安定効果は大きくなる。ただし２００％
を越えて添加しても効果は変わらず経済的でない。

【００４６】実施例４ 実施例１に準じて絹フィブロイン水溶液を製造した。絹
フィブロインの濃度は１０．０％（重量）、平均重合度
は１０００であった。これに尿素を溶液濃度で２．０％
（重量）、ＥＤＴＡ・２Ｎａ塩０．２％（重量）、安息
香酸ナトリウム０．３％（重量）を混合した。得られた
絹フィブロイン水溶液を−３０℃に急速に冷却して凍結
せしめた。これを乾燥初期は０．５ｔｏｒｒ、終了時点
では０．０５ｔｏｒｒ程度の通常の凍結乾燥法で乾燥
し、これをヘンシェルミキサーで粉砕し、積層雲母板状
の絹フィブロイン粉末を得た。該粉末は絹フィブロイン
純分に対して尿素が２０％である。

【００４７】次に得られた絹フィブロイン粉末１２５部
を８７５部の冷水に再溶解した。再溶解は極めて容易で
１０分以内に完全溶解した。再溶解で得た水溶液の透視
度は２２度であった。又、これを１ケ月間放置した時の
透視度は２０度であった。

【００４８】一方、比較例として尿素を添加しない以外
は実施例４に準じて絹フィブロイン水溶液を調整し、同
じく凍結乾燥した。得られた絹フィブロイン粉末１０５
部を８９５部の冷水に再溶解した。この場合２４時間攪
拌しても完全な再溶解は困難で約１０％の絹フィブロイ
ン粉末が未溶解のまま残った。又、再溶解で得た水溶液
の透視度は８度であった。又、これを１ケ月間放置した
ものは完全にゲル化していた。

【００４９】以上のように絹フィブロイン粉末に対する
尿素の添加効果は該粉末の再溶解性改善、再溶解液の透
視度改善、保存安定性改善の効果に顕著である。

【００５０】

【発明の効果】以上の如く、本発明の方法により得られ
た絹フィブロイン水溶液及び水溶性絹フィブロイン粉末
は、その添加された尿素の効果で長時間液の濁り或いは
ゲル状物の発生を抑えた状態で保存できる。又、特に水
溶性絹フィブロイン粉末は尿素を添加することで再溶解
性を顕著に改善できる。本発明で得られた絹フィブロイ
ン水溶液及び水溶性絹フィブロイン粉末はフィルム形成
剤、基礎化粧品，メイクアップ化粧品，浴用剤等の化粧
品基剤、繊維処理剤、医薬品基剤として有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 尿素及び／又はチオ尿素を含有すること
   を特徴とする絹フィブロイン水溶液又は水溶性絹フィブ
   ロイン粉末。
2. 【請求項２】 水系媒体に溶解して得られた絹フィブロ
   イン水溶液に尿素及び／又はチオ尿素を混合し、さらに
   は必要に応じてこれをフリーズドライ又はスプレードラ
   イすることを特徴とする絹フィブロイン水溶液又は水溶
   性絹フィブロイン粉末の製造法。