JP2020524709A - コロイド状微結晶セルロース組成物、それらの調製、及び製品 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加水分解微結晶セルロースを利用する。微結晶セルロース(MCC)は、有機及び無機汚染物質を実質的に含まない、白色、無臭、無味で、比較的自由に流動する結晶性粉末である。それは、繊維質の植物材料からパルプとして得られるアルファセルロースを、通常、鉱酸で加水分解することによって得られる、精製され、部分的に解重合されたセルロースである。それは、セルロース原線維の非晶質領域(又は準結晶領域)を除去することによって得られる、主として結晶性凝集体からなる結晶性の高い粒子状セルロースである。MCCは、食品、栄養補助食品、医薬品及び化粧品などの様々な用途に使用される。
本発明の一態様では、加水分解MCCは、少なくとも1種の多糖と共摩砕される。本発明において有用な多糖類は、酸の存在下、例えばpH4.5以下で、ウェットケーキへのエネルギー移動を増加させる。本発明において好ましいのは、酸性糖残基、例えばガラクツロン酸、グルクロン酸、マンヌロン酸及び/又はグルロン酸残基を含有する多糖類である。これらの残基が多糖中の主ポリマー鎖上に存在する場合、特に好ましい。本発明の多糖類は、例えば、アラビアガム、ガティガム、カラヤガム、トラガカントガムなどの多様な植物滲出物;デンプン、ローカストビーンガム、グアガム、サイリウムシードガム、クインスシードガムなどの植物種子;コンニャクなどの植物根;海藻多糖類(例えば、寒天、カラギーナン、ファーセレラン、アルギン酸塩、及びその誘導体(アルギン酸プロピレングリコール及びアルギン酸塩の一価の塩など))、デキストラン、キサンタンガムなどの微生物産物及び/又は発酵産物、並びにこれらの組み合わせから単離することができる。
本発明は、共摩砕プロセスにおいて酸を使用する。好適な酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、酒石酸、カプロン酸、シュウ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸、炭酸、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸、及び臭化水素酸が挙げられるが、これらに限定されない。本発明において好ましいのは、有機酸及び無機酸である。このような酸は、ウェットケーキのpHを4.5以下に低下させることができ、そうでなければ、例えば、一般に、摂取可能な製品にとって安全であると認められるなど、目的の製品に適合する。好ましい酸としては、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、HCl、硝酸、リン酸が挙げられ、より好ましいのは、クエン酸、HCl、硝酸、リン酸、及びこれらの混合物である。
加水分解MCC及び多糖は典型的には酸の存在下で共磨砕されて、MCC粒子が多糖によって少なくとも部分的に被覆された共磨砕組成物を形成する。摩擦方法は当該技術分野で一般的であり、よく知られている(例えば、米国特許出願公開第2013/0090391号明細書及び米国特許第9828493号明細書(これらは、参照により本明細書に組み込まれる)を参照されたい)。これらの方法は、約25重量%〜60重量%の固形分を含む凝集微結晶セルロースを調製することを含み;さらに、多糖、及び酸又はその塩(ここで、塩は多価イオンを実質的に含まない)を含む摩砕剤を含み;MCC粒子の少なくとも19体積%のD50は約0.110ミクロンである。組成は、MCC 40〜91.99重量%、多糖8〜50重量%、及び摩耗剤0.01〜10重量%である。
本発明についていかなる特定の理論にも作用機構にも拘束されることを望むものではないが、酸は摩砕中の多糖の溶解度を低下させ、これがウェットケーキへの機械的エネルギーの移動を増加させ、摩滅をより有効にし、その結果、MCC粒子がより効率的にコロイドサイズに細分され、多価金属塩又はカルボキシメチルセルロースの使用なしに少なくとも部分的にコーティングされると考えられる。得られるコロイド状MCCは、水性系に容易に分散され、水性媒体、例えば冷乳中を含む懸濁液を有効に安定化する。
本発明のコロイド状MCC組成物は、化粧品、パーソナルケア製品、消費者製品、農業製品、又は化学製剤及び塗料、ポリマー製剤を含む、多種多様な食品用途、医薬品用途、栄養補助食品用途、及び工業用途に使用され得、好適である。
これらの実施例で使用したMCCウェットケーキは、予備加水分解した硬質木材パルプ(Sulfatate(商標)、Rayonier Inc.から入手可能)の塩酸加水分解によって得た。固形分43.05重量%の凝集MCCを、以下のように、多糖及び酸と混合することによって、摩砕のためのウェットケーキを調製する。
初期及び24時間粘度測定のための試料分散液を、ガラス4カップボウルサイズを有するWaring Commercialによる700G Waringブレンダー(WF2212112型)で調製した。回転ブレードの速度を、単巻変圧器によって調節した。各分散液試料サイズを600gに設定した。試料を約30ボルトでdi水の渦の中心に導入した。試料を投入した後、蓋をボウル上に置いた。約15秒、予備混合した。次いで、単巻変圧器の電圧を2分間、115ボルトに上昇させた。調製した試料分散液の粘度を、Brookfield RV粘度計を用いて20rpmで迅速に測定した。この粘度測定は初期粘度と呼ばれる。初期粘度測定の後、分散液を、閉鎖したジャー中で24時間、妨害なしにベンチ上に置き、その後、粘度を再び測定した。
TA−Instruments ARES−RFS3により、20℃で1.8mmのギャップサイズを有する50mmのパラレルジオメトリを使用して、動的弾性率を測定した。0.1〜100%歪み、1Hz、5分間の平衡で、歪み試験は行った。測定試料は、24時間粘度測定に使用したものと同じ分散液であった。
評価に使用したフレーバーミルクは、以下の表に示す試験処方を有するチョコレート低脂肪ミルクである。
乾燥安定剤及びココアパウダーを糖と共にブレンドし、次いで、中剪断プロペラミキサー(例えば、Heidolph RZR 2020型、又は同等物)を使用して、フレッシュミルク中で約30分間混合した。
処理したミルク溶液を、第1段階で2500psi、続いて第2段階で500psiの2段階圧力を有するNiro Soaviホモジナイザー(又は同等物)に通した。
均質化後、溶液の一部をオートクレーブ処理可能なボトルに充填し、121℃で1分間レトルト処理した。レトルト処理が完了したなら直ちに、チョコレートミルクを氷浴中で20〜25℃に冷却した(レトルト処理)。
レトルト処理からの瓶詰めされた試料は室温で貯蔵し、低温殺菌処理からの瓶詰めされた試料は冷蔵温度(4℃)で貯蔵した。
試料のpH及び粘度を測定した。1週間後、冷蔵温度及び周囲温度で保存したサンプルについて目視検査を行った。
試料(6Lバッチサイズ)を以下のように調製した:
i.安定剤試料をココアパウダー及び糖と乾式ブレンドした。
ii.乾式ブレンド物をミルクに添加し、プロペラミキサーを用いて中剪断で混合して、約30分間視覚的に均一な混合物とした。
iii.チョコレートミルク溶液を第1段階予備加熱管中で185゜F(85℃)に予備加熱し、次いで、284゜F(140℃)のUHT温度に加熱し、6秒間保持した。
iv.下流均質化を全圧2500psi(2000psi、次いで500psi)で行った。
v.次に、チョコレートミルクを直ちに<20℃に冷却し、清潔な充填フード中で滅菌Nalgeneボトルに充填した。
試料を、周囲条件(20〜25℃)及び冷蔵条件(4℃)の両方で3ヶ月間貯蔵した後に評価した。粘度、pH、相分離、流動特性、凝集及びダスティングレベルを測定及び/又は特徴付けした。
使用したアルギン酸塩は、低ゲル強度アルギン酸塩の生成物である、FMCから入手可能なManucol DMであった。これは、Brookfield LV粘度計による20℃、60rpmでの測定で、150〜300cPの1重量%溶液粘度を有する。アルギン酸塩に対するMCCの比は、固形分で85/15であった。各試料の酸の量は、MCCウェットケーキの含水量に基づいて5重量%であった。例えば、1000gのMCCウェットケーキを使用した場合、75.97gのManucol DMは、混合物中で(=(15/85)×1000×43.05重量%)であり、28.48gの酸は(=5重量%×1000×(100重量%〜43.05重量%))であった。MCC/アルギン酸塩及び酸のウェットケーキの混合物の3回の通過をReadco押出機により行った。
実施例番号1〜6と同じMCC/アルギン酸塩の組み合わせを使用した。酸の代わりに、一価及び二価の金属塩を使用した。
分散液粘度の測定を、乾燥せずに押出物の2.6重量%分散液について行った。これらの実施例において、多糖のManucol LDは、Brookfield LV粘度計による20℃、60rpmでの測定で、4〜12cPの1重量%溶液粘度を有するFMCからの低ゲル強度アルギン酸塩である。Alginate Zはレッソニア・ニグレッセンス(Lessonia nigrescens)を供給源とするアルギン酸塩であり、Brookfield LV粘度計による20℃、60rpmでの測定で、520cPの1重量%溶液粘度を有する。
実施例は、5重量%のリンゴ酸又はクエン酸を含むMCC/Manucol DM=85/15である。分散液は、Silverson L4RT高剪断ミキサーを用い、8500rpm、5分間で調製した。動的弾性率は、ベンチ上で2週間貯蔵した分散液について測定した。
コロイド状MCC/Manucol DMの2つの中性粉末試料A及びBを、Readco押出機で以下のように作製した:
A.クエン酸を1重量%含むMCC/Manucol DM=89/11、及び
B.クエン酸を含まないMCC/Manucol DM=89/11。
クエン酸4重量%を含むMCC/Manucol DM=85/15をReadco押出機で製造した(実施例番号20を参照されたい)。
この実施例では、他の化学物質なしでMCC/アルギン酸(多糖)を使用した。Readcoによる摩砕の間、押出物は、保湿された混合物フレークとして形成された。di水中に直接分散させることによって、混合物は分散され、pH=3.69の薄い分散液を形成することができる。2度目の分散では、4重量%のNaOH溶液によりpHを5.74に調整した。両方の分散液で、24時間後に相分離を示すことが観察された。
この実施例では、FMCからの高ゲル強度アルギン酸塩、Manugel GHBを試験した。アルギン酸塩に対するMCCの比は85/15である。5重量%のクエン酸を摩砕助剤として使用した。Readco押出機の電流量の読み取り値は、クエン酸なしでの4.3に対して、3回目の通過で5.2であった。
実施例番号33〜36 カラヤゴム
いくつかの異なる粘度グレードのカラヤゴムを、5重量%クエン酸のMCC/カラヤ=85/15で試験した。クエン酸は、低粘度グレードのカラヤガムによる効果的な摩砕の促進に非常に良好に作用した。カラヤガムの粘度が増加するにつれて、クエン酸の共摩砕を補助する効果は減少した。MCC/カラヤ分散液の粘度を2.6重量%で測定した。
実施例は、1329cPの1重量%溶液粘度のカラヤゴムを用いて作製した。MCC/カラヤ比=85/15。種々の酸を5重量%の使用濃度で試験した。MCC/カラヤ分散液の粘度を2.6重量%で測定した。
MCC/CMC 12M31=85/15の共摩砕に関する初期の研究は軟らかく滑りやすい塊を明らかにした。ここで、CMC 12M31は、Ashlandからの、D.S=1.2で、2重量%溶液粘度が800〜3,100cPのカルボキシメチルセルロースである。クエン酸の3つの使用濃度6重量%、8重量%及び10重量%をMCC/CMC 12M31で試験した。10重量%で、MCC/CMC 12M31の軟らかい混合物がHobartミキサーボウル中で認められた。この混合物をReadco押出機で押出し、電流量の読み取り値のベースライン4.0から変化を示さなかった。この混合物は、約16時間後、周囲条件下の密閉容器中で強靭で、且つ堅くなった。それを再びReadco押出機で押出したところ、電流量の読み取り値は直ちに6.0より上に上昇した。pHの調整なしで、押出物は2.6重量%の固形分濃度でdi水中に分散可能であり、pH=3.36であった。2度目の分散試験では、まず、希NaOH溶液を用いてdi水のpHを塩基性に調整した。次いで、押出物をdi水中に分散させ、pH=6.24を得た。中和した分散液は、212.5cPの初期粘度及び271cPの24時間粘度を示した。6重量%及び8重量%のクエン酸では、混合物は周囲温度で24時間後、軟らかく粘着性のままであった。しかし、高温では、軟らかい粘着性の塊から強靭で堅固なテクスチャーへの転移が促進されることがわかった。例えば、40℃では、8重量%のクエン酸を含むMCC/CMC 12M31の転移に約24時間を要した。Hobartミキサーを用いて製造し、次いで、密閉容器中で24時間、40℃で温めた10重量%のクエン酸を含むMCC/CMC 12M31の別の混合物も強靭で堅くなった。しかしながら、6重量%クエン酸を含む混合物では、40℃で24時間の加温は、強靭で堅固になるのに十分ではなかった。最終的に、この特定の混合物は、数週間後に、冷温(約4℃)貯蔵で数週間後に強靭で堅くなった。
MCC/ダイズ多糖=85/15の混合物は、5重量%のクエン酸で良好に共摩砕された。3回目の通過で、電流量の読み取り値は4.9であった。これに対し、Readco押出機による1回目の通過時の電流量の読み取り値は4.3であった。
約10重量%までのクエン酸では、MCC/キサンタン=85/15の混合物は効果的に共摩砕されなかった。混合物は軟らかく粘着性のままであった。
使用したアルギン酸塩はManucol DMであった。アルギン酸塩に対するMCCの比は固形分で86/14であった。クエン酸の量は、ウェットケーキの含水量に基づいて2.5重量%であった。凝集体MCC、アルギン酸塩及びクエン酸の混合物の3回の通過をReadco押出機により行った。ベースラインの電流量は3.9であった。3回目の通過で、電流量の読み取り値は4.2であった。噴霧乾燥した中和粉末の2.6%分散液は、初期粘度1088cP及び24時間粘度1127cPで、pH=6.29であった。
1.ガラス製4カップボウル内で700G Waringブレンダーを単巻変圧器の電圧115ボルトで2分間使用することにより、592.8gのdi水中に粉末を1.2%分散させる
2.この1.2%分散液をdi水で0.286%まで希釈する
3.希釈した分散液30gを重量ボートに秤量し、ボートAと記す
4.希釈した分散液30gを50mL遠心管に秤量する
5.第4工程を5回繰り返す
6.第4工程〜第5工程の分散液を含有する6本の遠心管を、8857rcfのG力に相当する8300rpmで15分間遠心分離する(Eppendorf遠心機5804R、Eppendorf AG,Hamburg,Germany製)
7.6本の遠心管から上清を集め、第3工程と同じ量を別の重量ボートに秤量し、ボートBと記す
8.ボートA及びBを57℃で約24時間、又は完全に乾燥するまで乾燥させる
9.ボートBの風袋重量とボートAの風袋重量の重量比としてコロイド含有量を算出する。
実施例50のクエン酸と同じモル濃度で、代わりにリン酸を使用した。使用したアルギン酸塩はManucol DMであった。アルギン酸塩に対するMCCの比は固形分で86/14であった。リン酸の量は、MCCウェットケーキの含水量に基づいて1.5重量%であった。MCCウェットケーキ、アルギン酸塩及びリン酸の混合物の3回の通過をReadco押出機により行った。ベースラインの電流量は3.9であった。摩砕の電流量は、それぞれ、4.0(1回目の通過)、4.0(2回目の通過)及び4.1(3回目の通過)と記録された。4%NaOH溶液で中和した後の噴霧乾燥粉末の2.6%分散液は、初期粘度1040cP及び24時間粘度1120cPで、pH=6.21であった。
Claims (19)
- a)MCC粒子、
b)酸及び塩からなる群から選択される摩砕剤(ここで、前記塩は多価イオンを実質的に含まない)
を含むコロイド状MCC組成物であって;
前記MCC粒子は少なくとも1種の多糖で少なくとも部分的に被覆されており;且つ
前記MCC粒子の少なくとも19体積%のD50は約0.110ミクロンであり;且つ
前記MCC組成物は多価イオンを含有する塩を実質的に含まない組成物。 - a)前記MCC粒子は当該組成物の約40〜91.99重量%を構成し;且つ
b)前記少なくとも1種の多糖は当該組成物の約8〜50重量%を構成し;且つ
c)前記摩砕剤は当該組成物の約0.01〜10重量%を構成する、請求項1に記載の組成物。 - 前記少なくとも1種の多糖は酸性糖残基を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記少なくとも1種の多糖は、前記酸性糖残基を含有する主ポリマー鎖を含む、請求項3に記載の組成物。
- 前記酸残基は、ガラクツロン酸、グルクロン酸、マンヌロン酸及びグルロン酸の少なくとも1種からなる群から選択される、請求項4に記載の組成物。
- 前記少なくとも1種の多糖は、植物滲出物、植物種子、植物根、海藻多糖類、微生物産物及び発酵産物、並びにこれらの組み合わせに由来する、請求項1に記載の組成物。
- 前記少なくとも1種の多糖は、アルギン酸塩、カラヤ及びカルボキシメチルセルロースの少なくとも1種からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記酸は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、酒石酸、カプロン酸、シュウ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸、炭酸、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸、及び臭化水素酸からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記MCC粒子の少なくとも25体積%のD50は約0.110ミクロンである、請求項1に記載の組成物。
- 前記MCC粒子の少なくとも40体積%のD50は約0.110ミクロンである、請求項1に記載の組成物。
- 前記MCC粒子の少なくとも70体積%のD50は約0.110ミクロンである、請求項1に記載の組成物。
- a)MCC粒子を供給する工程;
b)酸を供給する工程;
c)少なくとも1種の多糖を供給する工程;
前記MCC粒子、前記酸及び前記多糖を共磨砕して、磨砕MCC組成物を生成する工程を含む磨砕MCC組成物を調製する方法であって、前記酸は前記組成物のpHを4.5以下に低下させるのに有効な量で供給され、且つ前記MCC粒子は前記多糖で少なくとも部分的に被覆され;且つ前記MCC粒子の少なくとも19体積%のD50は約0.110ミクロンである方法。 - 前記共摩砕は、精製機、遊星型ミキサー、コロイドミル、ビートミル、ニーダー、及び粉砕機からなる群から選択される装置によって達成される、請求項12に記載の方法。
- 前記酸は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、酒石酸、カプロン酸、シュウ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸、炭酸、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸、及び臭化水素酸からなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
- 前記多糖は、植物滲出物、植物種子、植物根、海藻多糖類、微生物産物及び発酵産物、並びにこれらの組み合わせに由来する、請求項12に記載の方法。
- 請求項1に記載の組成物を含む消費製品。
- 前記製品は、食品、栄養補助食品、医薬品及び化粧品からなる群から選択される、請求項16に記載の消費製品。
- 前記MCC粒子は懸濁安定性を達成する、請求項17に記載の消費製品。
- 前記MCC粒子は分散安定性を達成する、請求項17に記載の消費製品。
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