酢酸菌のつくるセルロースはバクテリアセルロースと呼ばれ、古くから結晶性で純粋なセルロースの一つとして注目され、セルロース自体の研究、またセルロース生合成経路の研究などに利用されてきた。しかしそれらの研究を経た今日でも未だに基本材料であるセルロースに解明されていない点は多く残されている。私たちはほぼ総てのセルロース源を森林資源に依存しているが、地球環境保全の視点から必ずしも好ましい状況ではない。森林資源に大きく依存しないセルロース生産の可能性を探索した場合、酢酸菌のセルロースが大いに注目を浴びるようになる。そこから導きだされるセルロース生合成と高次構造形成機構に関する知見は、セルロース素材の工業生産の道を開くキーポイントになるだけでなく、植物細胞における同機構の理解にもつながることから、国内外を問わず、工学や生物学など広い分野の多くの研究者の関心をひいている。本研究においては、まず第一に酢酸菌の基礎的な性状およびそれにより産生されるセルロースの性質を分析することを目的とし、微細構造の検討、重合度測定、酵素分解性などの評価を試みた。またバクテリアセルロースの高次構造形成機構、とりわけその発生期構造に対する理解を深める上で、直接染料存在下での酢酸菌培養で得た生成物の構造とその性質を分析することは非常に興味深い示唆を与えると思われる。そこで未だ明かされないセルロース構造への理解の一助となるべく、染料や水溶性高分子存在下で得られるセルロース・染料錯体を化学量論的な見地から分析を試みた。さらにバクテリアセルロースに関して興味深いことのひとつに、変異した酢酸菌株によって合成される帯状セルロースがある。この材料は通常の繊維状バクテリアセルロースとは異なり、生合成時からセルロースIIの結晶型を持っており、S.Kugaらの分析からセルロース分子鎖が規則的に折り畳まれた構造を持っていることが推測されている。この材料の固体構造および成因を明らかにすることにより、セルロースI、IIの結晶型についての新たな知見が得られるばかりでなく、それらをin vitro合成ひいては工業生産する際の制御の可能性にもつながる。そこでこの材料の酸および酵素による加水分解挙動を重合度の見地から調べ、他のセルロース材料との比較検討を行った。

　バクテリアセルロースは兼ねてから従来の素材とは異なる優れた特性を有することが知られているが、単独あるいは他のセルロース系および非セルロース系材料と組み合わせることにより、高度な機能を持った材料を与えることが期待される。そこで、基本材料としての物理特性を分析すると同時に、その応用分野を探求した。本研究においては製紙用機能化材料への応用と分離膜材料への応用に関して物理的な側面から検討を進めた。

　本研究によって以下の知見が得られた。

　セルロースは再生産が可能で、環境調和性が高いために、地球環境保全が強く求められる現在および将来において特に重要な材料である。しかし現在のように原料を森林資源に依存しすぎるのは問題で、新たなセルロース生産の方法が強く求められている。

　最近酢酸菌によるセルロース生産が注目されており、バイオリアクターによる工業生産も小規模ながらすでに始まっている。しかし基本的な問題としてセルロースの生合成経路の解明や高次構造形成の機構に関する諸問題は未解決のままであり、本格的な工業生産に移行させるには未解決な問題が多い。

　本論文は、まず酢酸菌の基礎的な性状と生産されるセルロースの性質を明らかにし、更に高次構造形成機構への洞察を深める目的で酢酸菌の培地の条件を種々に変化させ、生成されるセルロースの特性の検討をめざした。更に固体構造としてのセルロースの諸特性を調べ、セルロースの微細構造に関する情報を得ることをめざした。またバクテリアセルロースの応用実験から実用化の応用の可能性を検討した。

　第1章は序論であり、バクテリアセルロースに関する従来の知見、その研究の歴史、更に本研究の目的を総括している。

　第2章(本論I)は本論文の中心で酢酸菌を用いた基礎研究を扱っており、8部より構成されている。

　第1部は酢酸菌の培養について記述しており、酢酸菌は培養中の物理的刺激に敏感であり、回転培養により気液界面を増大させることによりセルロース生産の最適化を図れることが示唆され、工業化への基本的な問題を解明した。

　第2部は溶質排除クロマトグラフィーによるセルロースの分子量評価について記述しているが、誘導体化したセルロースのクロマトグラムからセルロース分子量の分布を評価する手法を確立した。

　第3部は酢酸菌培地への試薬添加について記述しているが、セルロース・染料錯体を透過電顕により観察し、染料分子がフィブリル凝集を阻害し、また錯体は酵素分解性が減少し、錯体内での強い分子間力の作用が示唆された。

　第4部はバクテリアセルロース・染料錯体の組成分析について記述しており、熱分解ガスクロマトグラフィーによると、セルロースの高次構造内の染料分子の不均一熱分解またはセルロース・染料間の二次的な熱分解作用が示唆された。

　第5部はバクテリアセルロースの酸加水分解挙動について記述しており、残査重合度に相当する周期性が存在する可能性があり、特に酢酸菌の作る帯状セルロースでは折り畳み構造の存在が強く示唆された。

　第6部はバクテリアセルロースの酵素加水分解挙動について記述しており、帯状セルロースは難分解性を示し、折り畳み鎖によって形成される逆平行鎖構造の非能率的分解または折れ曲がり部分を酵素が認識できない可能性を示唆した。

　第7部はバクテリアセルロースのマーセル化について記述しているが、アルカリ処理により酸加水分解挙動が異なり、微結晶長が減少し、マーセル化の際の収縮と膨潤挙動から分子鎖が折り畳まれる可能性が示唆された。

　第8部は帯状セルロースの固体構造について記述しているが、シャドウィング法によりミクロフィブリル厚さの測定の結果、リボン状バクテリアセルロースでは6〜9nm、帯状セルロースでは9〜12nmの出現頻度が高いことが分かった。

　第3章(本論II)はバクテリアセルロースの応用を扱っており、今後の実用化の可能性を検討したもので、2部より構成されている。

　第9部は透析用分離膜への応用を記述しており、水系でのバクテリアセルロース膜の検討結果を扱っているが、緻密な分離膜の形成が可能で、アルカリ処理条件より溶質の最大透過分子量を制御可能なことが示された。

　第10部は製紙用機能化材料への応用を記述しており、木材パルプヘバクテリアセルロースまたはシオグサセルロースを混抄してシート特性を調べた結果、シート弾性率や紙力強度の向上には特に微細繊維の形状や柔軟性が重要であり、結晶性のみが制御因子ではないことが示唆された。

　第4章では本論文の総括を行っている。

　以上本論文は多様な条件下で酢酸菌を用いたバクテリアセルロースの構造や組成の分析を行い、また実用化のための諸条件を明らかにしたもので、バクテリアセルロースの新たな応用可能性を開いたといえる。よって審査員一同は、本論文が博士(農学)論文として価値あるものと認めた。