JP2007308637A - 生分解性材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】澱粉及び食用天然素材のみを用いて澱粉及び寒天のみからなる生分解性材料の欠点である耐水性及び／又は強度を改善する。
【解決手段】澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が７０重量％以上であり、かつ、高分子タンニンで表面処理されている生分解性材料；澱粉、寒天及びゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天及びゼラチンの合計含有率が７０重量％以上である生分解性材料；並びにそれらの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、澱粉を用いた生分解性材料及びその製造方法に関する。

石油から得られるモノマーを原料とするプラスチックは様々な方面で利用されてきているが、現在その廃棄処理の問題が生じている。これを解決する手段として生分解性プラスチックの開発が行われているが、これらの生分解性プラスチックも厳密にいえば完全に二酸化炭素と水にまで分解するものは少なく、また製造過程では化学反応を伴っているものもあり、必ずしも生体系に対して全く安全であるという保証はない。

澱粉は天然に豊富に存在し、また毒性もないため、これを原料とするプラスチックが開発できれば理想的な生分解性プラスチックとなるが、澱粉自体は強度が低く、材料として利用することは容易ではない。澱粉を主原料あるいは原料の一部として用いるプラスチックの開発研究も行われているが、強度又は耐水性を持たせるために合成ポリマー又は合成品を若干でも混合する必要があるのが現状である（例えば、特許文献１及び２）。

特許文献３には、澱粉等の多糖類からなる成形体の表面に、プロラミンを化学的に結合させて、多糖類成形体に耐水性を付与する方法が開示されているが、化学的な結合を用いるため、構造自体が変化してしまう。

非特許文献１には、澱粉及び寒天からなるゲルをα−アミラーゼ処理した後、凍結乾燥することにより、細胞構造を有するスポンジが得られることが記載されている。

しかしながら、澱粉及び寒天のみでは、十分な耐水性及び強度が得られず、生分解性材料としての適用範囲が限られる。

特開２００１−２６６６８号公報 特開２０００−３１９６３０号公報 特開平１１−１８９６６６号公報 Food Hydrocolloids, 12, 105 (1998)

本発明は、澱粉及び食用天然素材のみを用いて澱粉及び寒天のみからなる生分解性材料の欠点である耐水性及び／又は強度を改善することを課題とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が７０重量％以上であり、かつ、高分子タンニンで表面処理されている生分解性材料。
（２）生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が９０重量％以上である前記（１）に記載の生分解性材料。
（３）前記混合物が澱粉１００重量部に対して寒天８０〜１５０重量部並びにコラーゲン及び／又はゼラチン１〜２５重量部を含む前記（１）又は（２）に記載の生分解性材料。
（４）澱粉、寒天及びゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天及びゼラチンの合計含有率が７０重量％以上である生分解性材料。
（５）前記混合物が澱粉１００重量部に対して寒天８０〜１５０重量部及びゼラチン１〜２５重量部を含む前記（４）に記載の生分解性材料。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の生分解性材料からなる成形品。
（７）澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を加熱プレス成形し、かつ成形の途中又は成形後に高分子タンニンで表面処理することを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の生分解性材料の製造方法。
（８）澱粉、寒天及びゼラチンを含む混合物を加熱プレス成形することを特徴とする、前記（４）又は（５）に記載の生分解性材料の製造方法。

本発明によれば、澱粉及び食用天然素材のみを用いて澱粉及び寒天のみからなる生分解性材料の欠点である耐水性及び／又は強度を改善することができる。

本発明の生分解性材料は、澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を複合化させてなるものである。

本発明に用いる澱粉としては、コーンスターチ、小麦澱粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉、甘藷澱粉、米澱粉、サゴ澱粉等の生澱粉、又はこれらの混合物が挙げられるが、澱粉を含むものであれば制限はない。

本発明に用いる寒天としては、例えば８０〜１００℃の水に可溶であるものが好ましいが、少なくとも沸騰水に溶解が可能であればよい。

澱粉と寒天とを複合化させることにより、強度が高くかつ柔軟性を有する生分解性材料を得ることができる。更に、本発明の生分解性材料の原料にゼラチンを含有させることにより、強度が増加し、コラーゲン及び／又はゼラチン、特にコラーゲンを含有させることにより、高分子タンニンとの親和性が増加する。

澱粉と寒天とコラーゲン及び／又はゼラチンとの割合は、澱粉１００重量部に対して、寒天８０〜１５０重量部並びにコラーゲン及び／又はゼラチン１〜２５重量部であることが好ましく、寒天９０〜１２０重量部並びにコラーゲン及び／又はゼラチン５〜２０重量部であることが更に好ましい。

本発明の生分解性材料の原料には、澱粉、寒天、コラーゲン及びゼラチン以外に、アルギン酸、カラゲナン、フコイダン等の海洋性多糖類；コラーゲン及びゼラチン以外の蛋白質を含有させてもよいが、生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が７０重量％以上であることが必要であり、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることが更に好ましい。

本発明の生分解性材料は、高分子タンニンで表面処理することにより、耐水性が向上する。

タンニンは、植物の幹、皮、葉、実等から抽出される天然物であり、環境に優しい物質である。タンニンには、ピロガロール系の加水分解型タンニンとカテコール系の縮合型タンニンがある。

本発明に用いる高分子タンニンとは、植物の幹、皮、葉、実等から熱水やアルコールで抽出されるポリフェノール重縮合体であり、渋みを呈し、多くの蛋白質と強く結合して沈殿を生じるものをいい、通常分子量は約２千〜約１００万であり、好ましくは分子量１万以上のものを用いる。本発明においては、加水分解型及びカテコール系の縮合型のいずれの高分子タンニンを用いてもよいが、カテコール系の縮合型タンニンが好ましい。高分子タンニンとしては、例えばカキタンニン、ケブラチョタンニン、ミモザタンニン、ブドウ種子タンニン、リンゴ未成熟タンニンが挙げられる。

本発明の生分解性材料は、好ましくは、澱粉と寒天とコラーゲン及び／又はゼラチン並びに水、必要に応じてその他の成分を含む混合物を加熱下（好ましくは８０〜９５℃）撹拌し、得られた混合物を加熱プレス成形することにより製造することができる。

澱粉と寒天とコラーゲン及び／又はゼラチン並びに水の割合は、澱粉１ｇ当たり、寒天０．８〜１．５ｇ、コラーゲン及び／又はゼラチン０．０１〜０．２５ｇ並びに水５〜２０ｍＬであることが好ましく、寒天０．９〜１．２ｇ、コラーゲン及び／又はゼラチン０．０５〜０．２０ｇ並びに水８〜１５ｍＬであることが更に好ましい。加熱プレス成形の条件は、好ましくは１１０〜１５０℃、１５〜３０ＭＰａ、０．５〜１．５時間である。成形の途中で、高分子タンニン水溶液を材料表面に塗布し、更に熱プレス機で完全に成形することにより、耐水性を向上させることができる。また、高分子タンニンによる表面処理は、成形後に高分子タンニン水溶液を材料表面に塗布した後、乾燥することにより行ってもよい。高分子タンニン水溶液の濃度は、好ましくは１０〜６０ｗ／ｖ％、更に好ましくは３０〜５０ｗ／ｖ％である。
本発明の生分解性材料は、例えばフィルム状等の各種成形品とすることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

（比較例１）澱粉及び寒天のブレンド化物の調製
甘藷澱粉５ｇ及び寒天５ｇを水５０ｍＬ中、加熱条件下（９０℃）で、撹拌機を用いて撹拌しながら均一に混合し、室温まで冷却することによって、水を含んだ混合物を得た。得られた混合物を縦６５ｍｍ、横１６０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金型に入れ、熱プレス機により１２０℃から１４０℃に徐々に昇温しながら、２０ＭＰａ、１時間の条件で成形し、試験片を作製した。

（実施例１）澱粉、寒天及びゼラチンのブレンド化物の調製
原料として、甘藷澱粉５ｇ、寒天５ｇ、ゼラチン０．２５ｇ及び水５０ｍＬの混合物を用いる以外は比較例１と同様に処理し、試験片を作製した。

（参考例１）澱粉、寒天及びコラーゲンのブレンド化物の調製
原料として、甘藷澱粉５ｇ、寒天５ｇ、コラーゲン０．２５ｇ又は１．０ｇ及び水５０ｍＬの混合物を用いる以外は比較例１と同様に処理し、試験片を作製した。

（比較例２）
原料として、甘藷澱粉５ｇ及び水２５ｍＬの混合物を用いる以外は比較例１と同様に処理し、試験片を作製した。

（比較例３）
原料として、寒天５ｇ及び水２５ｍＬの混合物を用いる以外は比較例１と同様に処理し、試験片を作製した。

（実施例２、３及び比較例４）
比較例１、実施例１及び参考例１において、プレス機で若干圧力をかけ平らにした後、高分子タンニン（カキタンニン）の５０ｗ／ｖ％水溶液を材料表面に塗布し、更に熱プレス機で完全に成形した。

（試験例１）引張試験
実施例１〜３、参考例１及び比較例１〜４と同様にして、図１に示す形状の試験片を作成した。これを小型卓上引張試験機にて、Ｌｏａｄ：１０．００Ｎ、Ｓｔｒｏｋｅ：１０．００ｍｍ、Ｔｉｍｅ：１２０．００ｓｅｃ、Ｒａｔｅ：０．５ｓｅｃの条件で引張試験を行って、応力−ひずみ曲線により強度、柔軟性を評価した。結果を図２及び３に示す。図２及び３から、本発明の生分解性材料は強度及び柔軟性のバランスがとれていることがわかる。

（試験例２）含水試験
実施例１〜３、参考例１及び比較例１〜４と同様にして作成した縦６５ｍｍ、横１６０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの成形品をカットして、縦１５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの試験片を作成した。１０ｍｌのサンプル管に水を加え、試験片を１０分間浸漬し、水から取り出し表面の水分をふき取った。重量を測定し、浸漬前後の重量を比較し、以下に示す含水率を求めた。
含水率＝（浸漬後の重量−浸漬前の重量）／浸漬前の重量
結果を図４に示す。

図４から、材料表面を高分子タンニンでコーティングすることにより、耐水性が向上することがわかる。

引張試験に供した試験片の形状を示す図である。 各試験片の応力−ひずみ曲線を示す図である。 各試験片の応力−ひずみ曲線を示す図である。 含水試験の結果を示す図である。

Claims (8)

1. 澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が７０重量％以上であり、かつ、高分子タンニンで表面処理されている生分解性材料。
2. 生分解性材料中の澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンの合計含有率が９０重量％以上である請求項１記載の生分解性材料。
3. 前記混合物が澱粉１００重量部に対して寒天８０〜１５０重量部並びにコラーゲン及び／又はゼラチン１〜２５重量部を含む請求項１又は２記載の生分解性材料。
4. 澱粉、寒天及びゼラチンを含む混合物を複合化させてなる生分解性材料であって、該生分解性材料中の澱粉、寒天及びゼラチンの合計含有率が７０重量％以上である生分解性材料。
5. 前記混合物が澱粉１００重量部に対して寒天８０〜１５０重量部及びゼラチン１〜２５重量部を含む請求項４記載の生分解性材料。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の生分解性材料からなる成形品。
7. 澱粉、寒天並びにコラーゲン及び／又はゼラチンを含む混合物を加熱プレス成形し、かつ成形の途中又は成形後に高分子タンニンで表面処理することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生分解性材料の製造方法。
8. 澱粉、寒天及びゼラチンを含む混合物を加熱プレス成形することを特徴とする、請求項４又は５記載の生分解性材料の製造方法。

Images