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キチン・キトサン開発技術

(2004年『キチン・キトサンの開発と応用』普及版)

商品コード: B0872

  • 監修: 平野茂博
  • 発行日: 2009年4月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判、284ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0065-8

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刊行にあたって

 キチンは、(1→4)N-アセチル-β-D-グルコサミナン、キトサンはキチンの脱N-アセチル化物で、いずれも、明確な直鎖の化学構造を示す。キチンとキトサンは、カニ、エビなど甲殻類の殻、昆虫の表皮、イカ、オキアミなど軟体動物の骨格や殻、キノコ、病原菌など細菌細胞壁に広く分布し、地球上にて毎年推定一千億トンも生合成され、同時に生分解されている。この生合成と生分解の循環が地球の環境と生態系を保全していると言っても過言でない。1970年以前は、キチンやキトサンの基礎研究は、取扱いが難しく、国際的にも一部の研究者により行われていたに過ぎず、遅々として進んでいなかった。従って、その実用的な応用は皆無であった。しかし、1970年頃より地球上での未利用資源の有効利用の観点から、キチンやキトサンが注目されるようになった。この動きに呼応して、1975年に、第1回国際キチン・キトサン会議が米国ボストン市で開催され、その会議で7論文がわが国から報告されている。これを契機にキチン・キトサン及び関連酵素の研究が、わが国のみならず国際的に急速に進んだ。
 四方海に囲まれ、カニなどの水産資源の豊富なわが国で、1981年にキチン・キトサン研究会が結成された。これが現在の日本キチン・キトサン学会の前身である。わが国で、1977年から水産加工場から廃棄されるカニ殻キチンを原料にキトサンの工業生産が始まり、キトサンの高分子電解質複合体形成と金属錯体形成の両機能を利用した環境に優しい天然凝集剤が開発された、この我が国で開発されたキトサンカチオン凝集剤は、広く食品工場や、し尿処理の廃液の浄化に利用され、キトサン応用の国際的な第一号となった。
 1982年に第2回国際キチン・キトサン会議がわが国の札幌市で開催された。この会議は定期的に世界各国を巡回し、2000年に第8回国際キチン・キトサン会議が再度わが国の山口市で、2003年に第9回国際キチン・キトサン会議がカナダのモントリオール市で開催された。また、2002年に第5回アジア太平洋キチン・キトサンシンポジウムがタイ国のバンコク市、第5回国際ヨーロッパキチン会議がノルウエーのトロンヘイム市、第2回ラテンアメリカキチン・キトサンシンポジウムがメキシコのアカプルコ市で、2003年に第17回日本キチン・キトサンシンポジウムが秋田市で、それぞれ開催されている。
 その後、基礎研究を土台として、食品分野での安全性、抗菌性、食品保存、医用分野で止血剤、人工皮膚、生態吸収性縫合糸、人工腱、人工靭帯、化粧品分野で皮膚や毛髪の保護、食品分野で血清コレステロールの降下、高血圧の抑制、腸内有用ビフィズス菌の生育促進、乳糖の代謝促進、成形品分野で膜、繊維、スポンジ、生分解性プラスチック、ビーズ、酵素分野でキチナーゼ阻害剤であるアロサミジン、農業分野で生育促進、増収、耐病性、品質向上、廃水処理分野で高分子電解質複合体形成、金属錯体形成など数々の応用が進展した。
 「このボールを壁に向かって投げる力(基礎研究)が強い程、壁からのボールの跳ね返りの力(応用)が大きくなる」
 この様な現状に於て、最近のキチン・キトサン基礎研究を基に、現在、開発されつつある新しい応用、基礎研究の段階で将来の開発可能性ある応用を展望することは意義深い。そこで本書「キチン・キトサンの開発と応用」では、分子機能、溶媒、分解、化学修飾、酵素、遺伝子、農林業、医薬・医療、食、化粧および工業のそれぞれの分野の開発と新しい応用について、これらの分野の第一線で現在国際的にご活躍の方々に、将来を展望していただくこととした。
 本書籍の発刊に際して、株式会社シーエムシー出版の編集部の和多田史朗氏及び関連の方々に、いろいろご迷惑をおかけしたこと、お詫びと共に深くお礼申し上げます。

平成15年12月吉日 平野茂博

※本書を監修いただきました平野茂博先生は、平成16年1月8日にご逝去されました。ここに心よりご冥福をお祈り申し上げます。
シーエムシー出版 編集部

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『キチン・キトサンの開発と応用』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2009年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

平野茂博   キチン・キトサンR&Dセンター;鳥取大学 名誉教授
金成正和   東京農工大学 工学研究科 生命工学専攻
奥山健二   東京農工大学 工学部 生命工学科 教授
         (現)大阪大学 大学院理学研究科 教授
斎藤幸恵   (現)東京大学 大学院農学生命科学研究科 准教授
戸倉清一   (現)関西大学 社会連携推進本部 特別顧問
田村 裕   (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
吉田 敬(※)   京都大学 大学院エネルギー科学研究科 エネルギー社会・環境科学専攻 
江原克信   京都大学 大学院エネルギー科学研究科 エネルギー社会・環境科学専攻 博士研究員
坂 志朗   (現)京都大学 大学院エネルギー科学研究科 エネルギー社会・環境科学専攻 教授
佐藤公彦   鳥取県産業技術センター 技術開発部 有機材料科 有機材料科長
相羽誠一   (現)(独)産業技術総合研究所 生物機能工学研究部門 環境保存型物質開発・評価研究グループ 研究グループ長
光富 勝   (現)佐賀大学 生命機能科学科 教授
加藤友美子   (現)凸版印刷(株) 総合研究所 次世代商品研究所 主任研究員
磯貝 明   (現)東京大学 大学院農学生命科学研究科 教授
栗田恵輔   成蹊大学 工学部 応用化学科 教授
指輪仁之   (独)産業技術総合研究所 関西センター 人間系特別研究体 グリーンバイオ研究グループ
         (現)(株)カネカ 先端材料開発研究所  
安達 渉   東京工業大学 大学院生命理工学研究科
中村 聡   東京工業大学 大学院生命理工学研究科
竹中章郎   (現)いわき明星大学 薬学部 教授
         東京工業大学 大学院生命理工学研究科 GCOE 特任教授
渡邉剛志   (現)新潟大学 農学部 教授
高橋砂織   (現)秋田県農林水産技術センター総合食品研究所 主席研究員
作田庄平   (現)東京大学 大学院農学生命科学研究科 准教授
下坂 誠   (現)信州大学 繊維学部 応用生物学系 教授
古賀大三   山口大学 農学部 生物機能科学科 環境生化学講座 教授
辻坊 裕   (現)大阪薬科大学 薬学部 微生物学研究室 教授
内田 泰   佐賀大学 農学部 応用生物科学科 生物資源利用化学講座 教授
         (現)西九州大学短期大学部 くらし環境学科 学科長 教授
松田英幸   島根大学 生物資源科学部 教授
         (現)松田バイオサイエンスラボ代表;島根大学名誉教授
小村洋司   (現)山陰建設工業(株) 代表取締役社長
吉川貞樹   (現)山陰建設工業(株) バイオ事業部 次長
山本一成   山陰建設工業(株) バイオ事業部 主任研究員
伊藤充雄   (現)松本歯科大学 歯科理工学講座 教授
福田幸蔵   日本キレート(株) 代表取締役
情野治良   (現)ピアス(株) 中央研究所 主査
濱田和彦   (現)ピアス(株) 中央研究所 取締役 中央研究所長
平林靖彦   (独)森林総合研究所 成分利用研究領域 セルロース利用研究室長 
大村善彦   大村塗料(株) 代表取締役社長
森本 稔   (現)鳥取大学 生命機能研究支援センター 准教授
斎本博之   (現)鳥取大学 大学院工学研究科 化学・生物応用工学専攻 教授
重政好弘   (現)鳥取大学 学生部 学長補佐
  ※吉田敬先生の「吉」の正しい表記は、「土」に「口」となります。

執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

第1章 緒論
1. はじめに
2. キチンとキトサン
3. 分子機能と生物機能の開発と応用
(1) 分子・成形分野
(2) 獣・医薬材料分野
(3) バイオテクノロジー分野
(4) 化粧品分野
(5) 食品分野
(6) 農林水産分野
(7) 工業分野
4. おわりに

第2章 分子構造分野
1. キトサンおよびキトサン複合体の結晶構造
1.1 はじめに
1.2 キトサンの結晶構造
1.3 キトサン複合体
1.3.1 TypeI複合体
1.3.2 TypeII複合体
1.3.3 TypeIII複合体
1.4 おわりに

2. βキチンの成層化合物形成とナノ複合材料創製の可能性
2.1 キチンの結晶構造
2.2 βキチン成層化合物
2.2.1 βキチンからの種々の成層化合物の生成
2.2.2 βキチン成層化合物における分子層構造保持の機構
2.2.3 挿入化合物を形成するその他の多糖類
2.2.4 βキチンの成層化合物形成の応用

3. アルカリキトサンハイドロゲルとその分子機能の応用
3.1 はじめに
3.2 アルカリキチン
3.3 水溶性のN-部分脱アセチル誘導体
3.4 N-部分脱アセチル化キチン繊維
3.5 アルカリキトサンハイドロゲル
3.6 キトサンと酢酸ナトリウム・一水和物
3.7 ハイドロゲルとその成形品
3.8 おわりに

第3章 溶媒分野
1. 温和な溶媒を使ったキチンの溶解とその応用
1.1 はじめに
1.2 キチンとキトサンの概要
1.2.1 キチン
1.2.2 キトサン
1.3 キチンの溶解とその成形
1.3.1 これまで報告されたキチンの溶媒
1.3.2 温和で毒性の低い溶媒系を使ったキチン溶液
1.3.3 キチンの成形法
(1) キチン溶液からの直接紡糸
(2) キチン溶液からキチンヒドロゲルの調製
(3) キチンヒドロゲルおよびスラリーからキチン不織布の調製
1.4 キトサンの成形
1.5 医用材料あるいは化粧品へのキチンとキトサンの応用
1.5.1 キチンおよびキチン誘導体の医用材料その他への応用

第4章 分解分野
1. 超臨界水分解
1.1 はじめに
1.2 超臨界水バイオマス変換装置
1.3 キチンおよびキトサンの分解挙動
1.4 水不溶残渣の結晶構造の変化
1.5 水可溶成分
1.6 今後の展望

2. キチンキトサンの水熱分解
2.1 はじめに
2.2 実験
2.2.1 試料及び試薬
2.2.2 試料調製
(1) 非晶質キチン、非晶質キトサンの調製
(2) 均一系部分脱アセチル化キチンの調製
(3) カルボキシメチルキチンの調製
2.2.3 水熱処理
2.2.4 還元末端基の定量
2.2.5 分子量測定
2.3 結果と考察
2.3.1 X線回折
2.3.2 水熱処理による還元末端基の増大
(1) 水熱処理における結晶性キチンと非晶性キチンにおける還元末端基の増大
(2) 水熱処理によるカルボキシメチルキチンの分子量低下
(3) 水熱処理による均一系脱アセチル化キチン、キトサンの還元末端基量及び分子量
2.4 おわりに

3. 酵素分解によるキチンからのN-アセチル-D-グルコサミンの生産
3.1 はじめに
3.2 工業用粗酵素を用いてキチンの分解
3.3 新規微生物由来の粗酵素を用いてのキチンの分解
3.4 将来への展望

4. 還元末端基にN-アセチル基を持つモノN-アセチルキトサンオリゴ糖
4.1 はじめに
4.2 キチン質分解酵素の切断特異性
4.3 モノN-アセチルキトサンオリゴ糖の調製
4.4 部分N-アセチルキトサンの調整法がオリゴ糖生成に及ぼす影響
4.5 おわりに

第5章 化学修飾分野
1. キチンのTEMPO酸化による6-オキシキチン(キトウロン酸)の調製
1.1 はじめに
1.2 TEMPO酸化について
1.3 酸化原料と結晶性
1.4 キチンのTEMPO酸化
1.5 6-オキシキチン(キトウロン酸)の構造
1.6 6-オキシキチン(キトウロン酸)の物性
1.7 ポリイオンコンプレックス
1.8 おわりに

2. 糖側鎖をもつキチン・キトサン誘導体
2.1 はじめに
2.2 枝分かれ型キチン・キトサン誘導体
2.2.1 フタロイル化キトサンを用いるグリコシル化反応
2.2.2 シリル化キチンを用いるグリコシル化反応
2.3 アミノ基に糖側鎖をもつ誘導体
2.3.1 N-アルキル化反応
2.3.2 N-アシル化反応
2.4 おわりに

3. キトサンとデンドリマーとのハイブリッド化

第6章 酵素分野
1. キトサナーゼの基質特異性と構造
1.1 はじめに
1.2 ChoKの立体構造
1.3 活性部位構造
1.4 基質特異性
1.5 ファミリーGH-8のサブファミリー
1.6 サブクラスによる立体構造の違いと基質特異性
1.7 キトサナーゼの立体構造から見たオリゴ糖関連タンパク質の世界
1.8 リゾチーム型立体構造王国
1.9 (β/α)8バレル型立体構造王国
1.10 キトサナーゼ活性を有するタンパク質の構造基盤王国
1.11 おわりに

2. 微生物のファミリー19キチナーゼ
2.1 ファミリー18キチナーゼとファミリー19キチナーゼ
2.2 微生物のファミリー19キチナーゼ
2.3 微生物のファミリー19キチナーゼの分布
2.4 微生物のファミリー19キチナーゼの抗真菌活性とその利用

3. N-アセチルグルコサミン2-エピメラーゼ(レニン結合タンパク質)
3.1 はじめに
3.2 レニン・アンギオテンシン系による血圧調節機構
3.3 RnBPのクローニングと構造特性
3.4 RnBPはGlcNAc 2-EP活性を持つ
3.5 GlcNAc 2-エピメラーゼ活性発現に重要な領域
3.6 レニンはGlcNAc 2-EP活性を阻害する
3.7 GlcNAc 2-EP活性に及ぼすヌクレオチドの影響
3.8 おわりに

4. アロサミジンとキチナーゼ
4.1 アロサミジンの単離と化学
4.2 アロサミジンおよびアロサミジン誘導体の生物活性
4.3 アロサミジンの阻害機構
4.4 アロサミジンの機能

第7章 遺伝子分野
1. キトサナーゼ遺伝子のクローニングと解析
1.1 はじめに
1.2 細菌キトサナーゼ遺伝子の構造と分類
1.2.1 遺伝子のクローニング
1.2.2 細菌キトサナーゼ遺伝子の配列解析
1.2.3 活性中心と反応機構
1.3 菌類キトサナーゼ遺伝子の構造
1.4 おわりに

2. 昆虫キチナーゼと植物キチナーゼの遺伝子
2.1 昆虫キチナーゼの遺伝子
2.1.1 はじめに
2.1.2 選択的スプライシング(Alternative splicing)
2.1.3 キチナーゼの遺伝子数と酵素数
2.1.4 酵素反応に関わるアミノ酸の同定
2.2 植物キチナーゼ遺伝子
2.2.1 はじめに
2.2.2 植物キチナーゼ
2.2.3 分泌型キチナーゼと液胞型キチナーゼ
2.2.4 成熟キチナーゼのN末端アミノ酸

3. 海洋細菌のキチン分解機構とその遺伝子
3.1 はじめに
3.2 キチンの認識および定着
3.3 キチナーゼ
3.4 β-N-アセチルグルコサミニダーゼ
3.5 プロテアーゼ
3.6 今後の展望

4. キチナーゼによる結晶性キチン分解の分子機構
4.1 結晶性キチン分解機構解明の重要性
4.2 微生物キチナーゼの結晶性キチン分解活性
4.3 結晶性キチン分解におけるキチン吸着ドメインの重要性
4.4 結晶性キチンを分解するキチナーゼの活性ドメインの構造的特徴
4.4.1 深い基質結合クレフト
4.4.2 活性ドメイン表面の芳香族アミノ酸残基
4.5 活性クレフト内部の芳香族アミノ酸残基の機能
4.6 β-キチン微小繊維分解のモルフォロジーと分解方向性
4.7 Serratia marcescensキチナーゼAの結晶性キチン分解モデル

第8章 バイオ農林業分野
1. バイオ農業新素材としてのキトサンとキトサナーゼ
1.1 はじめに
1.2 キトサンの抗菌性
1.2.1 キトサンの抗細菌性
1.2.2 キトサンの抗カビ性
1.3 キトサン分解物及びオリゴ糖の抗菌性
1.4 キトサンの農業分野への利用
1.5 キトサナーゼ及びイツリン生産細菌による微生物農薬への利用
1.5.1 キトサナーゼ生産細菌
1.5.2 UTKによるイツリンの生産と化学構造及び抗真菌活性
1.6 おわりに

2. 植物キチナーゼを用いたバイオ農薬の開発
2.1 はじめに
2.2 ヤマイモキチナーゼEの抗菌活性とその特性
2.3 ヤマイモキチナーゼE遺伝子の微生物細胞における大量発現
2.4 微生物生産ヤマイモキチナーゼEのイチゴ栽培への応用
2.5 おわりに

3. 人工樹皮:キチンによる樹木皮組織の創傷治癒
3.1 はじめに
3.2 樹木皮組織の創傷被覆材
3.3 樹木のキチナーゼ活性
3.4 樹木組織におけるキチナーゼ活性の賦活
3.5 樹皮下におけるキチン膜の消化
3.6 樹皮の創傷治癒

第9章 医薬・医療分野
1. キトサンを結合材とした自己硬化型骨形成材
1.1 はじめに
1.2 材料および方法
1.2.1 ゾルの作製
1.2.2 粉末の作製
1.2.3 硬化時間の測定
1.2.4 圧縮強さの測定
1.2.5  pHの測定
1.2.6 溶出元素量の測定
1.2.7 硬化体の表面および破断面の観察
1.2.8 生体反応
1.3 結果
1.3.1 硬化時間
1.3.2 圧縮強さ
1.3.3 pH
1.3.4 溶出元素量の測定
1.3.5 硬化体の表面および破断面の観察
1.3.6 生体反応
1.4 考察
1.5 結論

第10章 食分野
1. ヒトリンパ球を用いたキチンとキトサンのガン細胞障害活性テスト
1.1 はじめに
1.2 キチンオリゴ糖とキトサンオリゴ糖のマウス静脈注射によるin vivoガン細胞増殖阻害
1.3 動物リンパ球によるin vitroガン細胞障害活性
1.4 ヒトリンパ球によるin vitroガン細胞障害活性
1.5 おわりに

第11章 化粧品分野
1. 水溶性キトサン誘導体を利用した機能性化粧品の開発
1.1 はじめに
1.2 皮膚の構造
1.3 水溶性キトサン誘導体のスキンケア効果
1.3.1 角層バリアー機能の回復作用
1.3.2 老化に関連する皮膚粘弾性の向上作用
1.3.3 アトピー性皮膚炎に対するスキンケア効果
1.3.4 ケミカルピーリングにおけるスキンケア効果
1.4 カチオン性高分子乳化能を有する新規キトサン誘導体の開発と応用
1.4.1 低分子界面活性剤を含有しないエマルションの調製
1.4.2 耐水性O/W型サンスクリーン剤の開発
1.5 化粧品としての安全性
1.6 おわりに

第12章 工業分野
1. キトサンの水分透過性と応用
1.1 はじめに
1.2 キトサンおよびキチンをベースとする膜の膨潤挙動と選択透過性
1.3 キトサンおよびキチンをベースとする膜の吸湿性と蒸気透過

2. キトサンのコーティング剤への応用
2.1 はじめに
2.2 木工塗装用前処理剤
2.2.1 静電塗装用前処理剤
2.2.2 木工塗装用着色むら防止剤
2.3 無電解めっき用前処理剤
2.3.1 無電解めっき法
2.3.2 キトサンを利用したコーティング法による無電解めっき工程
2.4 シックハウス症候群対策用コーティング剤

3. キチン、キトサンを活用した生分解性材料
3.1 キチン、キトサン製材の生体内分解性
3.2 セルロース・キトサン系生分解性材料
3.3 キトサン・生分解性高分子複合材料
3.3.1 キトサン・ポリビニルアルコール複合フィルム
3.3.2 キトサン・ポリビニルアセタール複合フィルム
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