鳥取大学 大学院工学研究科 江草真由美 …...（[email protected] ）...
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天然の多糖：キチン・キトサン
キチン
・アセチルグルコサミンが連なった直鎖構造・甲殻類や昆虫の外皮を構成する多糖類・年間合成量は 1×１０９～１０１１トン
・高い親水性・高い反応性・ポリカチオン性・抗菌性キトサン
脱アセチル化
エビ・カニ殻の階層的な組織構造
*D. Raabe et al., Mater. Sci. Engin. A, 421 (2006) 143.
キチンナノファイバー、タンパク質、炭酸カルシウムが階層的な組織化によりカニ殻を構成
ナノファイバー
繊維幅が1から100 nm，アスペクト比が100倍以上の繊維状の物質
ナノファイバー３大効果
超比表面積効果 表面積の拡大による分子認識性、吸着特性
ナノサイズ効果 ナノサイズによる光学特性、流体力学特性
超分子配列効果 高分子鎖の配列効果による力学的特性、電気的特性、熱的特性
乾燥カニ殻 (100 g)
除タンパク質（2M NaOH，2days, reflux）
（1M HCl，2days，r.t.）脱カルシウム
脱脂, 脱⾊素 （ethanol, 6h, reflux）
解繊処理 (making nanofibers)
（MKCA6-3; Masko Sangyo Co., Ltd.）
1% キチンスラリー
酢酸 (pH 3)
キチンナノファイバー製造方法
キチンナノファイバーの特徴
紙漉で作成したキチンナノファイバー紙
キチンナノファイバー⽔中に均⼀に分散配合・成形が容易に操作性が向上
従来のキチン⽔に対して不溶、沈殿を⽣じる
SEM写真
キチン・キトサン利用の利点
キチンは豊富な天然資源であり、安定的に供給できる
高い生体適合性・生分解性によるヒト・環境に対する安全性
例）鳥取県境港 カニの水揚げ量 約8,000 tカニ殻量（カニ廃棄率50-70％） 4,000-5,600 tキチンナノファイバー量 1,200-1,680 t（カニ殻中キチン 30％）ナノファイバー（１％）分散液 120,000-168,000 L
農業：土壌改良剤、成長促進剤食品：健康食品、添加剤・防腐剤医療：手術用糸、創傷治療
新技術の特徴
従来技術・キチン・キトサンは一般の溶媒に不融・不溶・溶解する場合、低分子化・誘導体化
新技術・ナノファイバー化により、溶媒に均一に分散できる・高分子のキチン・キトサンをそのまま利用できる
アグリビジネス関連市場
市場分野2011年市場
規模2020年市場規模予測
伸長率
養液栽培関連プラント・システム市場
植物工場・湛液型栽培プラント ・NTF栽培プラント ・固形培地栽培プラント
73億3,000万円 151億5,000万円 206.7％
栽培関連IT・ネットワーク技術市場
環境制御装置 ・農業用フィールドサーバ
17億4,000万円 44億2,000万円 254.0％
養液・施設栽培関連装置・機器・資材市場
潅水／給液管理装置 ・栽培用空調機器 ・植物育成用光
源 ・固形培地 ・ガラス／フィルムハウス
321億1,000万円
387億円 120.5％
高付加価値型アグリ資材市場
天敵農薬 ・微生物農薬 ・フェ
ロモン剤 ・抵抗性誘導剤 ・
被覆（コーティング）肥料 ・生分解性マルチフィルム
281億8,800万円
303億4,500万円 107.7％
収穫・貯蔵関連市場 栽培／収穫ロボット ・貯蔵／鮮度保持機器システム
3億円 10億5,000万円 350.0％
「アグリビジネスの現状と将来展望 2012」富士経済
キチン・キトサンナノファイバーの適用例
ロックウール育苗、培養培地ポット、セルトレー
シードペーパー
梱包資材
包装資材
生分解性マルチフィルム
果実袋
葉面散布土壌散布灌水すき込み
１、植物病原菌（カビ）に対する抗菌活性について
２、植物への影響について～免疫力の活性化
植物病害の病原体
カビ（菌類・糸状菌） ・・80％
細菌 ・・10％
ウイルス ・・10％
日本ナシ黒斑病菌（カビ）
矢印：胞子矢頭：菌糸
表面キトサン化キチンナノファイバー
中心：キチン→強度
表面：キトサン→抗菌性
キトサンの抗菌性は既知であるがキトサンシートは強度が弱い
表面キトサン化キチンナノファイバーの利用キトサンの抗菌性を損なわずに強度を付与したシートの作成
ナノファイバー混合シートの植物病原菌（カビ）胞子発芽に対する抗菌性検定
材料：試験シート
セルロース膜（対照区）
表面キトサン化キチンナノファイバー ： キトサンシート
配合割合 0：10 （キトサンシート）
2： 8
5： 5
8： 2
10: 0 （ナノファイバーシート）
・スライドガラス上に表面キトサン化キチンナノファイバー（NF） 混合キトサンシート、対照区としてセルロース膜を置き、胞子懸濁液を滴下した。
・湿室条件下に静置し、24時間後の胞子発芽について顕微鏡下で観察した。・100個あたりの発芽胞子を計測し、胞子発芽率を算出した。
方法
病原菌胞子懸濁液滴下
試験シート
キトサン：ＮＦ, 8:2
キトサン：ＮＦ, 0:10
セルロース膜（対照区）
キトサン：ＮＦ, 2:8
キトサン：ＮＦ, 10:0
キトサン：ＮＦ, 5:5
日本ナシ黒斑病菌
100 μm
供試菌
表面キトサン化キチンナノファイバー：キトサン 配合割合
セルロース膜（対照区）
0：10キトサンシート
2：8 5：5 8：2 10：0NFシート
Alternaria alternate Japanese pear pathotypeニホンナシ黒斑病菌 98.5±0.3 a 1.0±0.6 b 0.3±0.3 b 0 b 0.5±0.5 b 62.3±8.5 c
A. brassicicolaアブラナ科植物黒すす病菌 92.3±1.7 a 0.3±0.3 b 0 b 0 b 1.8±1.2 b 0.3±0.3 b
A. brassicaeアブラナ科植物黒斑病菌 87.0±0.7a 2.0±0.5b 0.5±0.4b 0b 8.3±2.0b 29.0±2.0b
Bipolaris oryzaeイネごま葉枯病菌 95.0±1.0a 22.3±1.0b 2.3±0.4c 2.7±0.8c 9.3±1.1d 39.0±1.4e
B. sorokianaイネ科斑点病菌 98.0±0.5 a 3.3±0.6 b 3.8±0.6 b 4.5±1.8 b 1.3±0.6 b 16.5±2.3 c
Botrytis cinerea灰色かび病菌 99.8±0.4a 2.8±0.8b 1.0±0.6b 8.0±1.5b 23.0±2.0c 90.5±1.5a
Chalara spp.にんじん黒すす病菌
65.8±4.8a 0b 0b 0b 0.5±0.5b 0b
Colletortichum orbiculareウリ類炭疽病菌 86.3±1.8a 0.8±0.8b 0.3±0.3b 2.8±2.1b 10.0±3.5b 32.8±6.5c
Corynespora cassiicolaトマト褐色輪紋病菌 93.0±1.2 a 3.5±1.2 b 6.8±2.8 b 3.0±0.6 b 1.8±0.9 b 31.3±6.2 c
Fusarium oxysporum f. sp. lycoperisiciトマト萎凋病菌 91.7±1.4 a 0 b 0 b 0 b 0 b 0 b
Penicillium sp.カンキツ緑かび病菌、青かび病菌
98.3±0.9a 1.0±0.4b 0.25±0.25b 0b 0b 1.8±1.2b
Pyricularia oryzaeイネいもち病菌 99.5±0.5a 2.0±1.5b 97.5±0.9b 99.3±0.5b 94.5±1.9b 94.8±1.0b
各種植物病原菌の胞子発芽率(%)
表中のアルファベットはTukeyの多重比較検定により同菌系の異符号間に5％レベルで有意差があることを示す
金属ナノ粒子の足場
AgNO3
ナノファイバーの利用：
金属ナノ粒子の足場としてのキチンナノファイバー
紫外線照射還元反応
キチンナノファイバー
キチ
ン膜
セル
ロー
ス膜
銀ナ
ノ粒
子担
持キ
チン
NF
キチ
ンN
F
100 μm
トマト褐色輪紋病菌日本ナシ黒斑病菌 イネ科斑点病菌
葉面へ散布土壌へ混合
ナノファイバー処理による病害防除試験（植物の免疫力活性化）
ナノファイバー処理
・植物にキチンあるいはキトサンナノファイバー、蒸留水（対照区）を処理した。・24時間後に各病原菌胞子を接種した。・一定時間後に病徴を観察した。
方法
ナノファイバー
水処理（対照区）
キチンナノファイバー 0.1% キトサンナノファイバー 0.1%
トマト萎凋病（菌接種３週間後）
水処理（対照区）
キチンNF0.1％
キトサンNF 0.01％
キトサンNF0.1％
キチンNF0.01％
イネいもち病 （菌接種1週間後）
実用化に向けた課題
・被覆資材・養液栽培資材・防除資材・播種・育苗資材・天然性農薬
メーカーとの共同研究開発 （試作品作製）
調査抗菌性病害防除効果植物生長
ナノファイバーの量産化
鳥取大学による大量生産系の構築キチン（パウダー）グレード、処理回数、時間、消費エネルギーを考慮した効率的な製造方法の検討
低コスト化
関連特許
ナノファイバー化したキチン・キトサンによる植物の病害抵抗性誘導技術 (特願2013-227282)
キチンナノファイバーの製造方法 (特許第5186694号)
鳥取大学 産学・地域連携推進機構
担当コーディネーター 山岸 大輔
ＴＥＬ 0857-31-6094
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