JP2004250649A - 低分子化キトサンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キトサンの水分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理することにより低分子化キトサンを得る。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬品、化粧品、食品添加剤、農園芸用肥料、バイオ農薬などの用途に極めて好適な低分子化キトサンの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
キトサンの製造方法として、従来より種々のものが知られており、例えば特公昭56−33401号公報には高分子量のキトサンを過酸化水素で処理する方法が、また特開昭61−40303号公報には高分子量のキトサンを過ほう酸ナトリウムで処理する方法が開示されている。しかしながらこれらの製造方法では、キトサンの水分散液に任意量の過酸化水素或いは過ほう酸ナトリウムを加えて低分子化反応を行った後、低分子化キトサンを分離、洗浄、乾燥する工程が必要になりその結果、歩留まりの低下は避けられず工業的には非常に高価となる。また、これらの製造方法では水溶性の低分子化キトサンを得ることができないという難点を有する。
一方、本発明者はキトサンの水分散液にアスコルビン酸を添加してキトサンを溶解させ、得られるキトサンのアスコルビン酸塩水溶液を20〜120℃の温度で処理する事により水溶性の低分子量キトサンを製造する方法を提案した(特開昭63−63701)。この方法は1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で5〜15mPa・sの範囲でアルカリ性領域でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサンを工業的に有利に得ることができるという点で満足すべきものであるが、キトサンの低分子化が進む事により1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で15〜100mPa・sの範囲で任意の粘度を有する経日粘度変化の少ない低分子量キトサン水溶液が工業的に安価で得られないという問題点があった
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の有する欠点を克服し、キトサンを低分子化し、1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で15〜100mPa・sの範囲で任意の粘度を有する経日粘度変化の少ない低分子量キトサン水溶液および1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で5〜15mPa・s、しかもアルカリ性領域でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサンを工業的に有利に製造する方法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべき検討した結果、キトサンの水分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理することにより上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明の方法による低分子化機構を調べた結果、キトサンの溶解と共にキトサンの低分子化が始まりキトサンの溶解が終了した時点で粘度が大きく下がることを見出し、この現象を利用する事によって高濃度キトサン水溶液を工業的に容易かつ安価に製造できることが判った。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低分子化キトサンの製造法に関して、詳しく説明する。
本発明において原料と使用されるキトサンは従来公知のものが適用でき、例えば市販されているキチンまたは天然に存在するキチンを常法により脱アセチル化して得られるキトサン等が挙げられる。後者の例として、たとえば、カニ殻を脱灰、脱タンパクして得られるキチンを、濃度30〜50%の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、50〜130℃で反応させた後、アルカリを除去し次いで水洗乾燥して得られたフレーク状、又はさらに粉砕工程を経た粉末状の乾燥物がある。
また、原料キトサンは脱アセチル化率が70%未満のものでは溶解性に乏しい事から少なくとも脱アセチル化率が70%以上のものを用いることが望ましい。
また、本発明においては鉱酸,酸化剤、または亜硝酸塩などを作用させて得られる低分子量のキトサンを原料として用いることもできる。原料として低分子量キトサンを用いる場合は1%酢酸水溶液中に1%濃度で溶解したキトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で5〜100mPa・s、好ましくは7〜50mPa・sの低分子量キトサンが使用される。
【0006】
本発明において処理剤として使用されるアスコルビン酸はL−アスコルビン酸およびイソアスコルビン酸である。このアスコルビン酸の使用形態は、特に制約されないが、粉末あるいは水溶液として用いることが好ましい。
【0007】
本発明においてアスコルビン酸と併用して使用される有機酸は水溶性の有機酸でその例として酢酸、ヒドロキシ酢酸、乳酸、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸などが挙げられる。
【0008】
本発明において低分子量キトサンを得るにはまず、前記した如きキトサンを水に分散させ、ついで得られるキトサンの水分散液を20〜80℃に加熱し、次いでアスコルビン酸の粉末又はアスコルビン酸の水溶液と有機酸を添加し、攪拌することによってキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を形成させる。
この塩形成工程における水分散液中のキトサン濃度は使用するキトサンの種類によって決まり1%酢酸水溶液中に1%濃度で溶解したキトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で100mPa・s未満の場合は1.0〜10重量%、100mPa・sを超える場合は0.5〜3重量%の範囲とするのが良い。
【0009】
本発明においてアスコルビン酸と有機酸の添加量は原料キトサンを溶解させるのに必要な量で十分であり、添加するアスコルビン酸と有機酸のトータルモル数がキトサンのアミノ基に対して0.80〜2.7倍モル、好ましくは0.9〜2.3倍モルで使用される。アスコルビン酸と有機酸のトータル添加量が0.8倍モル未満ではキトサンの溶解性が低下するので好ましくない
【0010】
更に、本発明においてはアスコルビン酸と有機酸の使用割合が規定される。
即ち、アスコルビン酸と有機酸のモル比に基づいてアスコルビン酸/有機酸=0.005/1.0〜1.2/1.0好ましくは0.01/1〜1.0/1.0とするのが良い。アスコルビン酸と有機酸のモル比率が0.005/1.0以下或いは1.2/1.0を超えるとキトサンの低分子化反応が緩慢になることから好ましくない。
【0011】
次に本発明はこのキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を10〜120℃、好ましくは20〜80℃の温度で1〜10時間、攪拌して低分子化反応を行う。温度が10℃以下では低分子化反応が緩慢となり、また温度が120℃を超えるとアスコルビン酸の分解を生じるので好ましくない。更に、必要に応じてこのキトサン水溶液を室温〜50℃で5〜60日間放置し低分子化する事によって任意の粘度を有する低分子化キトサン水溶液、或いはアルカリ性でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサを得る事ができる。
【0012】
反応終了後、1%キトサン水溶液の粘度がB型粘度計で15〜100mPa・sの範囲である低分子化キトサン水溶液を得る事を目的とする場合は、キトサン水溶液の経日粘度低下を抑える為に一種類或いは二種類以上の有機酸を添加することが望まれる。有機酸としてはヒドロキシ酢酸、酢酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸などの水溶性有機酸が挙げられる。有機酸の添加量は低分子化後のキトサン水溶液に対して1〜15重量%、好ましくは2〜10重量%である。
【0013】
また、反応終了後1%キトサン水溶液の粘度がB型粘度計で5〜15mPa・s、アルカリ性領域でもキトサンが不溶化しない水溶性低分子化キトサンを得る事を目的とする場合は、反応液のPHを中和すれば良い。更に、本発明においては、この水溶性低分子化キトサン水溶液を目的に応じて乾燥するか、または、イオン交換膜、半透膜よりアスコルビン酸ナトリウム、有機酸ナトリウムなどの低分子化合物を除去するか、または、更に乾燥することによって粉末状の水溶性低分子化キトサンとすることもできる。
【0014】
【実施例】
以下、実施例、比較例を示すことによって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
実施例1
キトサン(純分92%、脱アセチル化度88モル%、1%酢酸水溶液に1%キトサン濃度で溶解させた25℃、B型粘度計での粘度700mPa・s)251gを水19.45kgに分散させ30℃に加熱したのち、L−アスコルビン酸84.0g、70%ヒドロキシ酢酸121.5gを添加し30〜40℃の温度で5時間攪拌した。L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンのアミノ基に対して1.48倍モル、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/ヒドロキシ酢酸=0.43/1.0であった。次にこのキトサン水溶液を室温で2週間放置したのち90%乳酸1.6kg、クエン酸−水和物1.6kgを添加溶解して1%のキトサン有機酸水溶液を調製した。この水溶液の粘度は25℃、B型粘度計で30mPa・s、室温で3ヶ月間放置した後の粘度は同条件で28mPa・sと殆ど粘度変化は見られなかった。
【0015】
実施例2
実施例1と同様のキトサン251gを水19.45kgに分散させ40℃に加熱した後、L−アスコルビン酸19.34g、クエン酸−水和物207.67gを添加し40〜60℃で7時間攪拌して低分子化反応を行った。L−アスコルビン酸とクエン酸のトータル使用量はキトサンのアミノ基に対して1倍モル、L−アスコルビン酸とクエン酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/クエン酸=0.10/1.0であった。反応後、70%ヒドロキシ酢酸3.17kgを添加混合して1%のキトサン有機酸水溶液を調製した。この水溶液の粘度は25℃、B型粘度計で50mPa・s、室温で3ヶ月間放置後の粘度は同条件で48mPa・sと殆ど粘度変化は見られなかった。
【0016】
実施例3
株式会社 共和テクノス製低分子化キトサン(製品名;フローナックC、純分94.5%、脱アセチル化度90モル%、1%酢酸水溶液に1%キトサン濃度で溶解させた25℃、B型粘度計での粘度10mPa・s)1.46kgを水16.98kgに分散させ60℃に加熱した後L−アスコルビン酸100g、70%ヒドロキシ酢酸1.48kgを添加し50〜60℃で6時間攪拌して低粘度化を行った。キトサン濃度は6.9%、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して2.1倍モル、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/ヒドロキシ酢酸=0.04/1.0であった。次に、水1.6kg、酢酸、D,L−リンゴ酸、90%乳酸、クエン酸−水和物それぞれ350gを添加溶解して6.0%のキトサン水溶液を得た。この水溶液の25℃、B型粘度計での粘度は2000mPa・sで、室温で3ヶ月間放置したあとの粘度は同条件で1980mPa・sと殆ど粘度変化は見られなかった。
【0017】
比較例1
実施例3で使用した株式会社 共和テクノス製キトサン146gを水1.7kgに分散させ60℃に加熱した後70%ヒドロキシ酢酸148gを添加攪拌したがキトサンの溶解と共に増粘、その結果、撹拌が不可能となり高粘度キトサン水溶液(キトサン濃度6.9%)を調製することはできなかった。
実施例3と比較例1から本発明の方法は高濃度キトサン水溶液の製造に優れている事が判る。
【0018】
実施例4
実施例1と同様のキトサン5.38gを純水489.82gに分散させ30℃に加熱した後L−アスコルビン酸2.90g、70%ヒドロキシ酢酸1.90gを添加し25〜35℃で2時間攪拌した。キトサン濃度は1%、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して1.43倍モル、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/ヒドロキシ酢酸=0.94/1.0であった。次に、このキトサン水溶液を40℃の恒温槽に放置したところ18日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は25℃、B型粘度計で8mPa・sであった。
【0019】
実施例5
実施例1と同様のキトサン5.38gを純水490.27gに分散させ30℃に加熱した後L−アスコルビン酸1.75g、70%ヒドロキシ酢酸2.60g添加し25〜35℃で2時間攪拌した。キトサン濃度は1%、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して1.44倍モル、L−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/ヒドロキシ酢酸=0.41/1.0であった。次に、このキトサン水溶液を40℃の恒温槽に放置したところ14日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は25℃、B型粘度計で8mPa・sであった。
【0020】
実施例6
実施例1と同様のキトサン5.38gを純水483.87gに分散させ30℃に加熱した後L−アスコルビン酸1.75g、90%乳酸3.96gを添加し25〜35℃で2時間攪拌した。キトサン濃度は1%、L−アスコルビン酸と乳酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して2.12倍モル、L−アスコルビン酸と乳酸の使用割合はモル比率でL−アスコルビン酸/乳酸=0.25/1.0であった。次に、このキトサン水溶液を40℃の恒温槽に放置したところ10日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は25℃、B型粘度計で7mPa・sであった
【0021】
比較例2
実施例1と同様のキトサン5.38gを純水487.63gに分散させ30℃に加熱した後L−アスコルビン酸6.99gを添加し25〜35℃で2時間攪拌してキトサンを溶解させた。キトサン濃度は1%、L−アスコルビン酸の使用量はキトサンのアミノ基に対して1.7倍モルであった。このキトサン水溶液を40℃の恒温槽に放置したところ40日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は25℃,B型粘度計で9mPa・sであった。
実施例4,5、6及び比較例2からキトサン分散液をアスコルビン酸単独で処理する従来技術よりキトサン分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理する本発明の方法がキトサンの低分子化速度が大きく短期間で水溶性低分子化キトサンが得られる点で優れていることが判る。
【0022】
【発明の効果】
本発明は、キトサンの水分散液にアスコルビン酸と有機酸を添加してキトサンを溶解させ、得られるキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を加温処理するか、或いは更に、必要に応じて室温〜50℃で放置する方法を採用した事から
▲1▼1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で15〜100mPa・sの範囲で任意の粘度を有する低分子量キトサンを容易かつ高収率でしかも工業的に極めて簡単な方法で製造する事ができる、
▲2▼従来来技術では容易に得られなかった3〜10%の高濃度キトサン水溶液を容易かつ高収率でしかも極めて簡単な方法で製造する事がきる、
▲3▼1%キトサン水溶液の25℃での粘度がB型粘度計で5〜15mPa・s、しかもアルカリ性領域においてもキトサンが不溶化しない水溶性低分子化キトサンを従来技術と比較して短時間で、容易かつ高収率で製造することができる、
など工業的に極めて有利な製造方法ということができる。
従って、本発明の方法で得られる低分子化キトサンは医薬品、化粧品などのファインケミカルズ分野で有用であるが、特に、低分子化後、得られるキトサン水溶液を100〜2000倍に水で希釈し葉面或いは土壌散布する事によって植物の成長促進、植物および土壌の病原菌発生抑制を狙った農園芸用資材として有効である。
Claims (1)
- キトサンの水分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理することにより低分子量キトサンを得る事を特徴とする低分子化キトサンの製造方法。
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