DE3143082A1 - "CELLULOSE PRODUCT" - Google Patents
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Abstract
Description
Celluloseprodukt Cellulose product
Die Erfindung betrifft ein Celluloseprodukt aus pulverförmiger bzw. mikrokristalliner Cellulose sowie Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a cellulose product made from powdered or microcrystalline cellulose and process for its production.
Es ist bekannt, daß pulverförmige Cellulose zur Nährwertreduzierung und Erhöhung des Rohfasergehaltes Nahrungsmitteln zugesetzt werden kann. Sie ist geruch- und geschmacklos, bewirkt als Nahrungsmittel aufgenommen ein Sättigungsgefühl und wird vom menschlichen Organismus unverändert wieder ausgeschieden.It is known that powdered cellulose can be used to reduce nutritional value and increasing the crude fiber content can be added to foods. she is odorless and tasteless, when consumed as food causes a feeling of satiety and is excreted unchanged by the human organism.
Aus ernährungsmedizinischer Sicht werden jedoch gegen den langfristigen Verzehr von größeren Mengen an mikrokristalliner bzw.From a nutritional point of view, however, be against the long-term Consumption of larger amounts of microcrystalline or
pulverförmiger Cellulose Bedenken erhoben. Begründet werden diese Bedenken damit, daß wegen der Größe der Teilchen der mikrokristallinen bzw. Pulver-Cellulose eine Persorption möglich ist, darunter wird der mechanische Durchtritt von festen Bestandteilen in strukturell unveränderter Form aus dem Verdauungstrakt in die Blut- und Lymphbahn verstanden. Daher ist die Verwendung von größeren Mengen Pulver-Cellulose sowie mikrokristalliner Cellulose in nährwertreduzierten Lebensmitteln sowie von pharmazeutischen Zubereitungen umstritten. In der Bundesrepublik Deutschland sind alle Zusätze von Pulver-Cellulose bzw. mikrokristalliner Cellulose zu Nahrungsmitteln verboten. Erlaubt sind wasserlösliche Cellulosederivate, wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose als Dickungsmittel und Äthylcellulose als Trägerstoff für Lebensmittelfarben.powdered cellulose raised concerns. These are justified Keep in mind that because of the size of the particles of microcrystalline or powder cellulose a persorption is possible, including the mechanical passage of solid Components in a structurally unchanged form from the Digestive tract understood in the blood and lymphatic system. Hence the use of larger quantities Powdered cellulose and microcrystalline cellulose in nutritionally reduced foods as well as of pharmaceutical preparations are controversial. In the Federal Republic of Germany are all additives of powder cellulose or microcrystalline cellulose to food forbidden. Water-soluble cellulose derivatives such as methyl cellulose and Carboxymethyl cellulose as a thickener and ethyl cellulose as a carrier for Food coloring.
Wasserlösliche und durch nachträgliche Vernetzung wieder unlöslich gemachte Cellulosemodifikationen werden in Hygieneartikeln, Windeln, Tampons, als Zusatz für Ackerböden zur Verbesserung des Feuchtegehaltes, zur Herstellung von Folien und als Lebensmitteladditives z . B für Backprodukte, Wursthäute, Diätmittel und dergleichen verwendet. Diese Modifikationen weisen jedoch die eingangs aufgezählten Vorteile der Pulver-Cellulose nicht auf.Water-soluble and insoluble again through subsequent crosslinking Cellulose modifications made are used in hygiene articles, diapers, tampons, as Additive for arable soils to improve the moisture content, for the production of Films and as food additives z. B for baked products, sausage skins, diet products and the like are used. However, these modifications have those listed at the outset Advantages of powder cellulose do not appear.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Celluloseprodukte mit vorteilhaften Eigenschaften der Cellulose-Pulver bzw mikrokristallinen Cellulose bereitzustellen. Insbesondere sollte ein Celluloseprodukt geschaffen werden, das sich als Nahrungsmitteladditiv eignet und keine Persorption verursacht.The present invention is based on the object of cellulose products with advantageous properties of cellulose powder or microcrystalline cellulose provide. In particular, a cellulose product should be created that is suitable as a food additive and does not cause persorption.
Es hat sich gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit einem Celluloseprodukt lösen läßt, das in Wasser unlösliche Partikel umfaßt, die im Inneren aus reiner Cellulose und im Oberflächenbereich aus in Wasser quellbaren Cellulosederivaten bestehen.It has been shown that this problem can be achieved with a cellulose product can dissolve, which comprises water-insoluble particles that are pure inside Cellulose and, in the surface area, from cellulose derivatives that swell in water exist.
VoTzugsweise enthalten die Partikel im Oberflächenbereich die folgenden Cellulosederivate: R1, wobei R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 C-Atomen vorzu -C-Atomen, vorzugsweise eine Methylgruppe bedeutet oder CHR2-COOH, wobei R2 ein Wasserstoffatom oder eine Gruppe mit 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 15 C-Atomen, z.The particles preferably contain the following cellulose derivatives in the surface area: R1, where R1 is an alkyl group with 1 to 3 carbon atoms in front of -C atoms, preferably a methyl group, or CHR2-COOH, where R2 is a hydrogen atom or a group with 1 to 20, preferably 2 to 15, carbon atoms, e.g.
B. eine Alkyl-, Alkoxy- oder Alkylengruppe bedeutet, die mit Cycloalkyl- oder Arylgruppen substituiert sein können, sowie deren Salze oder NR4-R5, wobei R3 und R4 eine Doppelbindung bilden oder jeweils für ein Wasserstoffatom stehen und R5 eine Alkylgruppe mit 2 bis 6 C-Atomen bedeutet und mit NH2- oder OH-Gruppen substituiert sein kann.B. denotes an alkyl, alkoxy or alkylene group which can be substituted with cycloalkyl or aryl groups, and their salts or NR4-R5, where R3 and R4 form a double bond or each represent a hydrogen atom and R5 denotes an alkyl group with 2 to 6 carbon atoms and can be substituted with NH2 or OH groups.
Für Lebensmittelzwecke weisen die Cellulosepartikel vorzugsweise an Größe von mindestens 180,um , vorzugsweise mindestens 200/um, auf. In den Unteransprüchen 4 bis 11 werden Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Celluloseprodukte beschrieben.For food purposes, the cellulose particles preferably indicate Size of at least 180 μm, preferably at least 200 μm. In the subclaims 4 to 11 are processes for the production of the cellulose products according to the invention described.
Das erfindungsgemäße Celluloseprodukt besteht aus pulverförmiger bzw. mikrokristalliner Cellulose, die lediglich auf der Partikeloberfläche modifiziert ist. Es hat sich gezeigt, daß für Lebensmittelzwecke nur dann eine Persorption auszuschließen ist, wenn die Partikelgröße mindestens 180/um, vorzugsweise mindestens 200/um, beträgt. Für andere Verwendungszwecke ist die Größe der verwendeten Partikel nicht ausschlaggebend.The cellulose product according to the invention consists of powdery or microcrystalline cellulose that only modifies the particle surface is. It has been shown that only then can persorption be excluded for food purposes is when the particle size is at least 180 μm, preferably at least 200 μm. For other purposes, the size of the particles used is not decisive.
Eine Modifikation lediglich an der Oberfläche der Cellulosepartikel läßt sich erfindungsgemäß erzielen, wenn die Aktivierung der Cellulose bzw. weitere Umsetzung in Suspension durchgeführt wird.A modification only on the surface of the cellulose particles can be achieved according to the invention if the activation of the cellulose or other Implementation is carried out in suspension.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Suspensionsmittel Ammoniak oder eine Mischung von Ammoniak mit einem organischen Lösungsmittel verwendet. Das Mischungsverhältnis von Ammoniak zum organischen Lösungsmittel beträgt 0,5:1,5 bis 2:0. Das Cellulose-Pulver wird vor der Suspension vorzugsweise getrocknet und dann in der Suspension mit metallischem Natriums Kalium oder mit Natrumhydrid unter Bildung von Alkalicellulose aktiviert. Die Menge an Natrium, Kalium oder Natriumhydrid beträgt 5 bis 15 Gew.-t, vorzugsweise 10 Gew.-t, bezogen auf das Gewicht der Cellulose. Die erhaltene Alkalicellulose kann anschließend zur Bildung von queilfähigen Derivaten, z.B. mit Alkylhalogeniden mit 1 bis 3 C-Atomen, vorzugsweise mit Methyljodids umgesetzt werden. Die Reaktion wird in der Suspension durchgeführt und somit wird eine Oberflächenmodifikation der Partikel ermöglicht.According to a preferred embodiment of the method according to the invention is used as suspending agent ammonia or a mixture of ammonia with an organic one Solvent used. The mixing ratio of ammonia to the organic solvent is 0.5: 1.5 to 2: 0. The cellulose powder is preferred before suspension dried and then in suspension with metallic sodium or potassium with Sodium hydride activated to form alkali cellulose. The amount of sodium Potassium or sodium hydride is 5 to 15% by weight, preferably 10% by weight, based on on the weight of the cellulose. The alkali cellulose obtained can then be used for Formation of swellable derivatives, e.g. with alkyl halides with 1 to 3 carbon atoms, are preferably reacted with methyl iodide. The reaction will be in suspension carried out and thus a surface modification of the particles is made possible.
Anstelle von Alkylhalogeniden können auch CC-Halogencarbonsäuren verwendet werden, wobei man Carboxymethylcellulose bzw.Instead of alkyl halides, CC halocarboxylic acids can also be used be carboxymethyl cellulose or
deren Derivate der Formel (Cellulose-O-f CHR2-COOS erhält.their derivatives of the formula (Cellulose-O-f CHR2-COOS.
In dieser Formel kann R2 ein Wasserstoffatom bedeuten oder für eine Alkyl-, Alkoxy- oder Alkylengruppe mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 15 C-Atomen, stehen. Die R2-Gruppe kann gegebenenfalls auch weitere Substituenten wie Cycloalkyl oder Aryl tragen. Aus den zuerst gebildeten Natrium- und Kaliumsalzen kann durch Ansäuern die freie Säure erhalten werden. Als i-Halogencarbonsäure werden vorzugsweise Chloressigsäure,GC-Brombúttersäure und d -Bromhexadecansäure verwendet. Diese Verbindungen werden in äquivalenter Menge zu den zur Aktivierung verwendeten Substanzen eingesetzt.In this formula R2 can mean a hydrogen atom or for one Alkyl, alkoxy or alkylene group with 1 to 20, preferably 1 to 15 carbon atoms, stand. The R2 group can optionally also have further substituents such as cycloalkyl or wear aryl. From the sodium and potassium salts formed first, can through Acidify the free acid can be obtained. As i-halocarboxylic acid are preferred Chloracetic acid, GC-bromobutic acid and d-bromohexadecanoic acid are used. These connections are used in an amount equivalent to the substances used for activation.
Nach einer weiteren Ausführungsform zur Herstellung der erfindungsgemäßen Celluloseprodukte wird als Suspensionsmedium Wasser verwendet und die Aktivierung mit Oxidationsmitteln durchgeführt. Bei Verwendung von Natriumperjodat als Oxidationsmittel erfolgt eine Ringöffnung und es entsteht Aldehydcellulose. Das erhaltene Dialdehyd wird dann anschließend mit einem Amin der Formel (NH2)nR5 umgesetzt, wobei n eine ganze Zahl von 1 oder 2 und R5 eine Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppe mit 2 bis 6 C-Atomen bedeutet. Geeignete Amine sind z.B. Diaminoäthan oder Diaminoäthanol.According to a further embodiment for the production of the invention Cellulose products is used as a suspension medium Water used and the activation is carried out with oxidizing agents. When using sodium periodate a ring opening takes place as an oxidizing agent and aldehyde cellulose is formed. The dialdehyde obtained is then subsequently treated with an amine of the formula (NH2) nR5 implemented, where n is an integer of 1 or 2 and R5 is an alkyl or hydroxyalkyl group with 2 to 6 carbon atoms means. Suitable amines are, for example, diaminoethane or diaminoethanol.
Die Umsetzung mit Aminen wird ebenfalls in einem Suspensionsmedium durchgeführt, das gegenüber den Reaktionsteilnehmern inert ist, vorzugsweise in Dioxan. Bei Verwendung von flüssigen Aminen kann das Dialdehyd auch in dem Amin selbst suspendiert werden. Bei dieser Herstellungsmethode beträgt das Molverhältnis von Cellulose zu Oxidationsmittel 10:1 und die Amine werden in äquivalenter Menge zum Oxidationsmittel zugegeben. Anschließend an die Umsetzung mit Aminen erfolgt eine Reduktion vorzugsweise mit Natriumborhydrid.The reaction with amines is also carried out in a suspension medium carried out, which is inert to the reactants, preferably in Dioxane. If liquid amines are used, the dialdehyde can also be present in the amine be suspended yourself. In this production method, the molar ratio is from cellulose to oxidizer 10: 1 and the amines are in equivalent amount added to the oxidizing agent. This is followed by the reaction with amines a reduction, preferably with sodium borohydride.
Beide Herstellungsmethoden ergeben in Wasser quellfähige, nicht lösliche Celluloseprodukte, deren Partikelcharakter jedoch erhalten geblieben ist. Dadurch wird relativ großen Partikeln von mehr als 200/um der sandige und holzige Geschmack genommen. Wesentlich ist, daß durch die Wahl des schonenden Verfahrens und des Umsetzungsgrades der letztendlich vorhandene Vernetzungsgrad aus der natürlichen Vernetzung der Cellulose herrührt.Both production methods result in water swellable, insoluble Cellulose products, but their particle character has been retained. Through this becomes relatively large particles of more than 200 / µm of sandy and woody taste taken. It is essential that through the choice of the gentle process and the degree of implementation the ultimate degree of crosslinking from the natural crosslinking of the cellulose originates.
Die Erfindung wird anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of the following examples.
Beispiel 1 .Example 1 .
486 g Cellulose-Pulver wird bei 70 C über P205 im Vakuum getrocknet und in absolutem Diäthyläther (1 1 Äther pro 160 g Cellulose) dispergiert. Die Dispersion wird dann auf -450C abgekühlt und Ammoniak (500 cm3/100 g Cellulose) einkondensiert.486 g of cellulose powder are dried at 70 ° C. over P205 in a vacuum and dispersed in absolute diethyl ether (1 liter of ether per 160 g of cellulose). The dispersion is then cooled to -450C and ammonia (500 cm3 / 100 g cellulose) is condensed in.
Danach werden 45 g Natrium stückchenweise zugegeben.Then 45 g of sodium are added in pieces.
Nach Verschwinden der Blaufärbung wird mit 277 g Methyljodid durch Zugabe der Lösung in absolutem Diäthyläther umgesetzt.After the blue color has disappeared, 277 g of methyl iodide are added Addition of the solution implemented in absolute diethyl ether.
Die Reaktionszeit beträgt 20 Stunden, wobei 8 Stunden bei -400C gearbeitet wird. Danach steigt die Temperatur langsam auf +100C an.The reaction time is 20 hours, with 8 hours worked at -400C will. Then the temperature rises slowly to + 100C.
Das erhaltene Produkt wird mit Diäthyläther und Aceton gewaschen und abgesaugt. Danach wird das Produkt in Wasser aufgenommen, auf pH 3 eingestellt, abgesaugt und mit Wasser bis pH 5 gewaschen. Zum Schluß wird nochmals mit Aceton gewaschen, abgesaugt, luftgetrocknet und über P205 im Vakuum getrocknet.The product obtained is washed with diethyl ether and acetone and sucked off. The product is then taken up in water, adjusted to pH 3, suctioned off and washed with water to pH 5. Finally, acetone is used again washed, filtered off with suction, air-dried and dried over P205 in a vacuum.
Beispiele 2 bis 4 Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederholt, wobei jedoch anstelle von Methyljodid 390 g 2-Brombuttersäure-Natriumsalz, 210 g Chloressigsäure-Natriumsalz oder 697 g 2-Bromhexadecansäure-Natriumsalz zugegeben werden.Examples 2 to 4 The procedure of Example 1 is repeated, wherein however, instead of methyl iodide, 390 g of 2-bromobutyric acid, sodium salt, 210 g of chloroacetic acid, sodium salt or 697 g of 2-bromohexadecanoic acid sodium salt are added.
Beispiel 5 3300 g Cellulose werden in 1,6 1 Wasser suspendiert und mit einer Lösung von 413 g Natriumperjodat versetzt. Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur wird das Produkt abgesaugt und gründlich mit Wasser gewaschen. Zuletzt wird mit Aceton gespült und trockengesaugt und das Produkt über P205 bei 60C im Vakuum getrocknet.Example 5 3300 g of cellulose are suspended in 1.6 l of water and mixed with a solution of 413 g of sodium periodate. After 24 hours at room temperature the product is suctioned off and washed thoroughly with water. Last is with Rinsed acetone and sucked dry and the product dried over P205 at 60C in a vacuum.
Beispiel 6 486 g Aldehydcellulose werden in einem Lösungsmittelgemisch aus 3 1 Dioxan und 120 g Diaminoäthan suspendiert. Nach ca.Example 6 486 g of aldehyde cellulose are in a mixed solvent suspended from 3 l of dioxane and 120 g of diaminoethane. After approx.
1 Stunde bei 950C werden 15 g Natriumborhydrid zugegeben.15 g of sodium borohydride are added for 1 hour at 950.degree.
Nach 12 Stunden wird bezogen auf Dioxan 50 Oo Wasser zugegeben.After 12 hours, 50,000 water, based on dioxane, is added.
Nach weiteren 3 Stunden wird zur Aufarbeitung mit Wasser sauer, alkalisch und neutral gewaschen und mit Aceton gespült. Das Produkt wird über P205 im Vakuum bei 600 G getrocknet.After a further 3 hours, it is acidic, alkaline for working up with water and washed neutral and rinsed with acetone. The product is vacuumed over P205 dried at 600 g.
Beispiel 7 Das Verfahren des Beispiels 6 wird wiederholt, wobei jedoch diesmal ein Lösungsmittelgemisch aus 3 1 Dioxan und 122 g Aminoäthanol verwendet wird.Example 7 The procedure of Example 6 is repeated except that this time a solvent mixture of 3 l of dioxane and 122 g of aminoethanol was used will.
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