JP2002530487A - 澱粉の酸化方法 - Google Patents

澱粉の酸化方法

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JP2002530487A JP2000583969A JP2000583969A JP2002530487A JP 2002530487 A JP2002530487 A JP 2002530487A JP 2000583969 A JP2000583969 A JP 2000583969A JP 2000583969 A JP2000583969 A JP 2000583969A JP 2002530487 A JP2002530487 A JP 2002530487A
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starch
catalyst
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シバスリギル,ドガン・サヒン
ボゲルト,ピエト・マルク・パウル
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インステイテユート・フール・アグロテクノロギツシユ・オンデルツエク(エイテイオー−デイエルオー)
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    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
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Abstract

(57)【要約】 澱粉および他の炭水化物に過酸化水素と触媒、特に有機酸または酸無水物を用いた処理を受けさせることでそれらの粘度を安価かつ迅速に残存流れ無しに下げることができる。炭水化物と過酸化水素と触媒を一緒にした後、この材料を必要ならば60℃未満の温度で前以て乾燥させておいた後、この乾燥させた材料を80−140℃の温度で処理する。このようにして低下させた粘度は安定である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は炭水化物の粘度を酸化減成(oxidative degradat
ion)で低くする方法に関する。
【0002】 澱粉を産業で用いることができるようにする前に澱粉に処理を受けさせて粘度
を低くしておく必要がある。この目的で、一般に、澱粉に酸化処理を高温(40
−60℃)のアルカリ性媒体中で受けさせることが行われている。例えば、次亜
塩素酸塩を酸化剤として40℃で用いた時の反応は4−15時間要する。このよ
うな方法の欠点は、生じる塩の量と澱粉が過度の減成を受けることに加えて塩素
の取り込みが起こる点にある。DE 738909によれば、実質的に乾燥して
いるジャガイモ澱粉に過酸化水素による処理を45℃で6時間受けさせると澱粉
のゲル化が起こり得る。そのような処理はブラマンジュを調製する時には適切で
あるが、粘度があまりにも高くなり過ぎかつ他の用途では安定でない。
【0003】 別の方法によれば、過酸化水素を触媒としての遷移金属と一緒に用いることが
行われている。しかしながら、そのような触媒は一般に毒性がありかつEDTA
などの如き化合物を用いたとしても後で除去するのが困難である。さらなる欠点
は製品が変色する点にある。
【0004】 米国特許第5,362,868号には、(ヒドロキシエチル)澱粉の粘度を過
酸による酸化で下げる方法が開示されている。用いられた過酸は例えばペルオキ
シ硫酸(H2SO5)または過酢酸である。ペルオキシ硫酸の場合、それを過酸化
水素と硫酸からインサイチューで生じさせる必要がある。過酢酸の場合、それの
反応性は低いことから反応時間がより長くなってしまう。また米国特許第5,3
62,868号にも過酸化水素を用いた反応は結果として反応時間が容認されな
くなることが記述されている。
【0005】 WO 97/31951によれば、澱粉および他の炭水化物に過酸化水素によ
る処理をアシル化(acylated)炭水化物の存在下で受けさせることでそ
れらの粘度を低くすることができる。
【0006】 本発明の目的は、重金属も塩を生じる反応体も用いることなく、簡単な反応体
を用いて澱粉および他の炭水化物の粘度を有機副生成物の生成なしに下げる方法
を提供することにある。これに関連して、安定な粘度を得る、即ち粘度のさらな
る上昇が周囲温度で起こらない安定性を得るのが望ましい。
【0007】 炭水化物に過酸化水素による酸化を触媒の存在下で受けさせそして前記炭水化
物を過酸化水素に接触させた後、必要ならば、60℃未満の温度で乾燥させ、そ
して次に80−140℃の温度で処理を行う方法を用いて、前記目的を達成する
【0008】 本発明に従う方法は、反応時間が短くかつ過酸化水素の消費量が低い(WO
97/31951に従う方法に比較して消費量が約5倍低い)安価な方法である
。また、塩の負担も他の廃棄流れの負担もないと言ったことを述べるのは価値の
あることである。本方法を用いると可溶もしくは分散し得る炭水化物がほとんど
損失なしに高い収率でもたらされかつこれの溶液も分散液も粘度が低くかつ粘度
が安定である。
【0009】 本発明に従う方法に従って処理を受けさせることができる炭水化物として、水
に完全またはある程度溶解し得る如何なる多糖類も使用可能である。そのような
多糖類には、1番目として澱粉およびそれの画分および誘導体、例えばアミロー
ス、エトキシル化(ethoxylated)澱粉およびカルボキシメチル澱粉
などが含まれる。その上、本発明に従う方法を用いると、セルロースおよびキチ
ンおよびそれらの誘導体の溶解度を向上させることができるか或はそれらの粘度
を下げることができる。
【0010】 使用すべき過酸化水素の量はもっぱら所望の酸化度に依存する。本発明に従う
方法はより高い効率を示すことから過酸化水素を限定した量で用いることで充分
であり得る。一般的には過酸化水素が0.1−20%(m/m)、好適には1−
10%(m/m)入っている溶液を用いる。用いる過酸化水素の量および濃度は
、好適には、炭水化物が有意な度合では溶解しないような量および濃度であり、
澱粉の場合には、それが粒状形態のままであるような量および濃度である。前記
触媒は有機酸、例えば酢酸、蟻酸、プロピオン酸、乳酸、しゅう酸、クエン酸、
こはく酸など、または無水物、例えば酢酸無水物など、特にジカルボン酸の環状
無水物、例えばこはく酸無水物、マレイン酸無水物またはシトラコン酸無水物な
ど、または恐らくはラクトンまたはラクチドであってもよい。また燐酸を用いる
ことも可能である。このような触媒の量は炭水化物を基準にして例えば0.1−
4%(m/m)、特に0.5−2%(m/m)である。
【0011】 過酸化水素と触媒を添加して混合した後、溶解しなかった炭水化物を必要なら
ば濾過で除去する。水の含有量を次の段階に適するようにあまり高くすべきでな
い。水含有量が20もしくは25%(炭水化物と水の質量を基準)を越える時に
は炭水化物を乾燥させる。乾燥を高くて60℃の温度、特に55℃未満の温度か
ら例えば周囲温度で実施することで水含有量が炭水化物を基準にして多くて25
%(m/m)、特に15−20%(m/m)になるようにする。澱粉の場合には
乾燥を澱粉がゼラチン状にならないか或はほとんどゼラチン状にならないような
条件下で実施すべきである。大規模乾燥の場合には場合により乾燥用ドラムを用
いることも可能である。
【0012】 次に、その乾燥させた炭水化物を80℃を越える温度、特に100℃を越える
温度から約140℃以下の温度に少なくとも10分間、特に1−10時間保持し
、この時間の間に実際の酸化が起こる。温度を高い方の温度、例えば120℃に
する時には流動床、マイクロ波オーブンなどを用いることができる。いくらか残
存する水が放出されて容易に除去され得るように開放型の反応槽を用いることが
重要である。残存水の除去が充分でないと炭水化物がゼラチン状になる可能性が
ある(澱粉の場合)。
【0013】 本発明に従う方法を用いて得た低粘度の炭水化物が示す粘度をブラベンダー(
Brabender)粘度計で測定することができる。この測定方法に従い、2
5%(m/m)の溶液または懸濁液を40℃から1.5℃/分の速度で加熱し、
この加熱中に粘度が最初に最大値(頂点粘度)にまで高くなり、更に加熱を行う
と粘度が再び降下し、90℃になった時点で温度のさらなる上昇を止め、90℃
で30分後に粘度が最小値(低点粘度)に到達し、冷却を再び1.5℃/分の冷
却速度で実施して最終温度である40℃に到達させ、この最終地点における粘度
を最終粘度と呼ぶ。本発明に従う製品が示す頂点、低点および最終粘度はそれぞ
れ好適には4,000、200および2,000ブラベンダー単位であり、それ
ぞれ2,000、100および500ブラベンダー単位が最も好適であり、分子
量が低下する度合は最小限である。このような低下した粘度を示す本製品はいろ
いろな用途の基材として使用可能である。1つの重要な用途は製紙用途であり、
本製品を製紙用途で用いて紙の初期湿潤強度(initial wet str
ength)を高くすることができかつ印刷性の向上、カチオン性作用剤のより
良好な接着および接着剤受け入れ性の向上を得ることができる。
【0014】 実施例1 水に過酸化水素が5%または2.5%入っている溶液にジャガイモ澱粉をある
量(100−1000g)で懸濁させる。場合により酢酸またはマレイン酸無水
物を添加してもよい。濾過で濾別した材料は水を30−40%含有しており、従
って、過酸化水素の含有量は、H22が2.5%の時には約1%(m/m)であ
る。そのフィルターケーキを空気中で3日間乾燥させる。これの代わりにまた乾
燥を約50℃の空気流下で数時間行うことも可能である。次に、その得た粉末を
オーブンに入れて120℃に数時間(反応時間)保持する。この得た材料は白色
で粒状構造を保持していた。カルボン酸基の数は無水グルコース単位57当たり
約1である。前記材料(水中25%)がpH7.0の時に示すブラベンダー曲線
を記録した。その結果を以下の表に要約する。
【0015】
【表1】
【0016】 実施例2 ある量(100−1000g)のジャガイモ澱粉を水分含有量が多くて10%
になるまで乾燥させる。次に、この澱粉にH22を2.5%[乾燥澱粉(100
%固体)100g当たり2.5グラム]、酢酸を1%もしくは0.5%もしくは
0.25%(乾燥澱粉を基準)およびマレイン酸無水物を1.0%もしくは0.
5%(乾燥澱粉を基準)加える。前記過酸化水素も酢酸もマレイン酸無水物も全
部水に溶解する。しかしながら、水の総量(澱粉に既に存在している水と化学品
を通して添加された水)は20%以下である(固体含有量は80%である)。次
に、この全体を充分に混合しながら反応を120℃で3時間起こさせる。得た材
料は白色で粒状構造を保持していた。この材料(水中25%)がpH7.0の時
に示すブラベンダー曲線を記録した。その結果を以下の表2に示す。
【0017】
【表2】
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年9月21日(2000.9.21)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項8
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】 WO 97/31951号によれば、澱粉および他の炭水化物に過酸化水素に
よる処理をアシル化(acylated)炭水化物の存在下で受けさせることで
それらの粘度を低くすることができる。 チェコスロバキア特許第143708号(CA 77:166487)には、 澱粉に塩酸水溶液を0.1−0.3%、過酸化水素(40%)を0.2−0.5 %および水を約2%用いた処理を70−90℃で4−7時間受けさせると結果と して織物用サイズおよび仕上げ剤として用いるに適した解重合生成物がもたらさ れることが開示されている。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】 過酸化水素と触媒を添加して混合した後、溶解しなかった炭水化物を必要なら
ば濾過で除去する。水の含有量を次の段階に適するようにあまり高くすべきでな
い。水含有量が20もしくは25%(炭水化物と水の質量を基準)を越える時に
は炭水化物を炭水化物と水の質量を基準にした水含有量が25%以下、特に10 −20%になるまで 乾燥させる。乾燥を高くて60℃の温度、特に55℃未満の
温度から例えば周囲温度、好適には20℃以上の温度で実施することで水含有量
が炭水化物を基準にして好適には多くて25%(m/m)、特に15−20%(
m/m)になるようにするが、これらはそれぞれ炭水化物と水の総質量を基準に して多くて20%、および13−17%であることに相当する。 澱粉の場合には
乾燥を澱粉がゼラチン状にならないか或はほとんどゼラチン状にならないような
条件下で実施すべきである。大規模乾燥の場合には場合により乾燥用ドラムを用
いることも可能である。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】 次に、その乾燥させた炭水化物を80℃を越える温度、特に100℃を越える
温度から約140℃以下、好適には100から130℃の範囲の温度に少なくと
も10分間、特に1−10時間保持し、この時間の間に実際の酸化が起こる。温
度を高い方の温度、例えば120℃にする時には流動床、マイクロ波オーブンな
どを用いることができる。いくらか残存する水が放出されて容易に除去され得る
ように開放型の反応槽を用いることが重要である。残存水の除去が充分でないと
炭水化物がゼラチン状になる可能性がある(澱粉の場合)。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】 本発明に従う方法を用いて得た低粘度の炭水化物が示す粘度をブラベンダー(
Brabender)粘度計で測定することができる。この測定方法に従い、2
5%(m/m)の溶液または懸濁液を40℃から1.5℃/分の速度で加熱し、
この加熱中に粘度が最初に最大値(頂点粘度)にまで高くなり、更に加熱を行う
と粘度が再び降下し、90℃になった時点で温度のさらなる上昇を止め、90℃
で30分後に粘度が最小値(低点粘度)に到達し、冷却を再び1.5℃/分の冷
却速度で実施して最終温度である40℃に到達させ、この最終地点における粘度
を最終粘度と呼ぶ。本発明に従う製品が示す頂点、低点および最終粘度はそれぞ
れ好適には4,000、200および2,000ブラベンダー単位であり、それ
ぞれ2,000、100および500ブラベンダー単位が最も好適であり、分子
量が低下する度合は最小限である。前記処理を受けさせた澱粉製品が示す分子量 は好適には0.2から1Mdaでありそして前記処理が完了する1時間以内(o ne hour of completion of the treatme nt)に最終粘度が上昇する度合は40℃で100%未満、特に50%未満(ブ ラベンダー装置で)である。 このような低下した粘度を示す本製品はいろいろな
用途の基材として使用可能である。1つの重要な用途は製紙用途であり、本製品
を製紙用途で用いて紙の初期湿潤強度(initial wet streng
th)を高くすることができかつ印刷性の向上、カチオン性作用剤のより良好な
接着および接着剤受け入れ性の向上を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 スラゲク,テオドール・マキシミリアーン オランダ・エヌエル−3042エイチテイ ロ ツテルダム・シヤンスベーク35 Fターム(参考) 4C090 AA05 BA13 BD08 CA34 DA08 DA28

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子である炭水化物に過酸化水素を用いた処理を触媒の存
    在下で受けさせることで炭水化物の粘度を低くする方法であって、前記炭水化物
    を過酸化水素および触媒に接触させた後、必要ならば、水含有量が多くて25%
    になるまで60℃未満の温度で乾燥させ、そしてこの乾燥させた炭水化物を80
    −140℃の温度で処理することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記炭水化物を過酸化水素が0.1−20%(m/m)、特
    に1−10%(m/m)入っている溶液に接触させる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記触媒が有機酸、有機酸無水物または燐酸である請求項1
    または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記触媒が有機ジカルボン酸の無水物である請求項3記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 前記炭水化物を水含有量が炭水化物と水の総量を基準にして
    10−20%(m/m)になるまで乾燥させる請求項1−4の1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 乾燥を20−55℃の温度で実施した後、処理を100−1
    30℃の温度で実施する請求項1−5の1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記炭水化物が澱粉である請求項1−6の1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 平均分子量が0.2−1MDaである請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 ゼラチン化が完了する1時間以内に最終粘度が上昇する度合
    が40℃で100%未満、特に50%未満(ブラベンダー装置で)である請求項
    7または8記載の方法。
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