溶液ブロー紡糸（SBS）によるマンゴー果皮廃ペクチンベースのナノファイバーの作製

Preparation of mango peel-waste pectin-based nanofibers by solution blow spinning (SBS).

抄録

溶液ブロー紡糸（SBS）を成功させるための必須条件は、溶液中のポリマーの効果的な分子もつれ合いの存在である。しかし、バイオポリマー繊維の製造は、合成ポリマーほど簡単ではありません。特にペクチンなどの生体高分子では、分子同士の絡み合いは必須であるが、SBS製造法による紡糸を成功させるためには不十分である。このような課題は、生体高分子の複雑な性質によるものである。しかし、ポリアクリロニトリル（PAN）のような紡糸しやすいポリマー前駆体をペクチンに組み込むことで、SBS法による繊維の製造が効果的に行えるようになった。このプロセスでは、供給流量5 mL/hr、空気圧3 bar、シリンジ先端からコレクターまでの距離30 cm、紡糸時間10分で、平均直径410.75 ± 3.73 nmから477.09 ± 6.60 nmのPAN添加ペクチンナノファイバーを製造することができた。DMSO溶媒中のPANの体積比（すなわち、35％〜55％v/v）が、ペクチンのナノファイバー生成を補助するのに重要であった。高分子量ポリマーであるPANをペクチンに添加することで、溶液の粘弾性が向上し、最終的にSBSプロセスの成功に貢献した。さらに、得られた複合SBS紡糸繊維は、その形成が濃度依存的であることを示唆している。

An essential prerequisite for successful solution blow spinning (SBS) is the presence of effective molecular entanglements of polymers in the solution. However, the fabrication of biopolymer fibers is not as straightforward as synthetic polymers. Particularly for biopolymers such as pectin, molecular entanglements are essential but insufficient for successful spinning through the SBS production method. Such a challenge is due to the biopolymer's complex nature. However, incorporating an easily spinnable polymer precursor, such as polyacrylonitrile (PAN), to pectin effectively enabled the production of fibers from the SBS process. In this process, PAN-assisted pectin nanofibers are produced with average diameters ranging from 410.75 ± 3.73 nm to 477.09 ± 6.60 nm using a feed flow rate of 5 mL/hr, air pressure of 3 bars, syringe tip to collector distance at 30 cm, and spinning time of 10 minutes. PAN in DMSO solvent at different volume ratios (i.e., 35% - 55% v/v) was critical in assisting pectin to produce nanofibers. The addition of a high molecular weight polymer, PAN, to pectin also improved the viscoelasticity of the solution, eventually contributing to its successful SBS process. Furthermore, the composite SBS-spun fibers obtained suggest that its formation is concentration-dependent.