JP2521764B2 - 低分子化キトサンの製造方法 - Google Patents

低分子化キトサンの製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は天然に存在する甲殻類の殻等のキチン含有組
成物を脱灰、脱蛋白、更に脱アセチル化して得られる高
分子量のキトサンから、任意の分子量を有する低分子化
キトサンを製造する方法に関する。
〔従来技術〕
キトサンは、2−アミノ−2−デオキシ−D−グルコ
ースがβ−1,4でグルコシド結合した塩基性多糖類で、
通常はキチンのアセトアミド基を脱アセチル化すること
により得られるアミノ多糖類である。
この天然キチンを脱アセチル化処理して得られたキト
サンは、キチン含有組成物の種類、脱灰、脱蛋白、脱ア
セチル化反応の条件により異なるものであるが、概略3
×105〜6×105の分子量を有する高分子であり、希酸に
溶解しても得られる溶液の粘度が高い為、高濃度でしか
も低粘度のキトサン溶液を得ることが出来なかった。
キトサンの用途として、近年積極的に応用開発が図ら
れている化粧品、医薬品、成型体などのファインケミカ
ルの分野では、それぞれの用途に応じた分子量を有する
比較的低分子化されたキトサンの需要が活発になりつつ
ある。この場合には、高濃度で且つ低粘度の溶液が調製
できる点で、低分子化されたキトサン及びその製造技術
は今後益々要望されることになるであろう。
従来、低分子化キトサンを得るためには、キチンを45
〜50%の高濃度アルカリで処理して脱アセチル化を行う
ときに処理温度を高めて脱アセチル化と共にグルコシド
結合を切断する方法、あるいはキチン含有組成物を脱灰
するときに、酸の濃度あるいは処理温度を高めてグルコ
シド結合を切断してから、脱アセチル化する方法がある
が、いずれも過酷な条件を必要とする割には低分子化が
不充分であり、しかも副反応により、製品の着色、アミ
ノ基の離脱など製品の品質に難点を生ずることになる。
キトサンを低分子化する他の方法としては、特公昭56
−33401号公報に開示されている過酸化水素水溶液によ
りキトサンを処理する方法、特開昭60−186504号公報に
開示されている塩素ガスとキトサンを接触させる方法、
特開昭61−40303号公報に開示されている過硼酸ソーダ
水溶液によりキトサンを処理する方法等がある。この場
合、過酸化水素水溶液あるいは、過硼酸ソーダの結晶を
水に溶解して生成する過酸化水素により処理する方法
は、処理時間の経過と共に過酸化水素の濃度が著しく低
下する為、アミノ基含量の低下や着色のない任意の分子
量を有する低分子化キトサンを再現性よく得るには、処
理濃度、pH、温度条件の選定に充分な注意が必要であ
る。一方、塩素ガスにより処理する方法は、中性の水に
も溶解可能な低分子化キトサンが得られるが、塩素ガス
の取扱い、装置の腐食性に難点がある。
〔目的〕
本発明の目的は、キトサンから任意の分子量を有する
低分子化されたキトサンを得る方法において、アミノ基
含量の低下や着色のない任意の分子量のキトサンを容易
に、しかも再現性よく得る為の新規な処理方法を提供す
ることである。
〔構成〕
そこで本発明者等は、天然に存在する甲殻類の殻等の
キチン含有組成物を常法により脱灰、脱蛋白、更に脱ア
セチル化して得られる高分子量のキトサンから、任意の
分子量を有する低分子化キトサンを製造する方法を検討
した結果、二酸化塩素を含む溶液で処理した場合、目的
とする任意の分子量を有する低分子化キトサンを製造し
得ることを見出し、本発明を完成するに到った。
本発明に用いられる二酸化塩素を含む溶液には、二酸
化塩素水、亜塩素酸塩溶液、安定化二酸化塩素液又はそ
れらの混合液が包含される。この場合二酸化塩素水は、
亜塩素酸塩や塩素酸塩を分解して生成する二酸化塩素を
水に吸収させることによって得ることができる。安定化
二酸化塩素液は、二酸化塩素を水に安定化剤の存在下で
溶解させた液で市販されている。
本発明で用いるキトサンは、天然に存在する甲殻類の
殻等のキチン含有組成物から常法により得られたキトサ
ンであり、乾燥して得られたフレーク状、さらにこれを
粉砕した粉末状のキトサンばかりでなく、脱アセチル化
反応終了後のアルカリ液を除去し、水洗した後のキトサ
ンでも差しつかえなく使用することができる。
本発明では、低分子化キトサンを得るために、キトサ
ンを二酸化塩素を含む溶液で処理する。この場合、処理
液中の二酸化塩素濃度としては、通常0.05〜2重量%が
採用され、処理温度としては、通常30〜90℃、好ましく
は40〜80℃であり、処理pHは6〜11、好ましくは7〜10
であるが、特にこの範囲に限定されるものでなく、二酸
化塩素が適正に活性化される条件であればよい。本発明
を好ましく実施するには、先ず、キトサンを粉末状ない
しフレーク状で水中に撹拌分散させ、液温度を30〜90℃
に保持しながら、二酸化塩素を含む溶液を、全溶液中の
二酸化塩素濃度が0.05〜2重量%になるように添加し、
pHを6〜11に調整して撹拌下一定時間処理する。
本発明の処理条件において、溶液のpHは、通常6〜11
の範囲であるが、このpHが6より小さくなると、キトサ
ンが塩を形成して水溶性となり、収率の低下をきたし、
糊状となって製造上の難点となるばかりか、淡黄色に着
色して品質の良い低分子化されたキトサンを得ることが
出来にくい。一方pHが11より大きくなると二酸化塩素が
強固に安定化される為、反応がきわめて緩慢であり、低
分子化しにくくなる。pH6〜11の範囲では二酸化塩素の
活性化が適正に行われるので、キトサンの低分子化反応
の速度が調整出来、処理時間をあらかじめ選択すること
により、一定の条件下で任意の分子量を有するキトサン
を得ることが出来る。二酸化塩素の濃度は、目的とする
キトサンの分子量と処理条件の温度、pH、処理時間との
関係より適宜選択されるものであるが、通常、0.05〜2
重量%の範囲から決定される。二酸化塩素の濃度がこの
範囲より少ないと、低分化反応が充分に進行せず、この
範囲より多いと低分子化の反応は速やかであるが、二酸
化塩素の利用出来る比率が低下するばかりでなく、低分
子化したキトサンのアミノ基含量が低下したり、着色を
生ずることがある。処理温度は通常30〜90℃の範囲内に
おいて、処理pH及び二酸化塩素の添加濃度との関係よ
り、目的とする低分子量のキトサンが品質低下なく、し
かも比較的短い時間で得られるように選択する。処理終
了後、キトサンを溶液から分離し、製品として回収す
る。
〔効果〕
本発明によれば高分子量キトサンのアミノ基に影響す
ることなく、選択的にグルコシド結合のみを切断して着
色のない品質の良好な任意の分子量を有する低分子化さ
れたキトサンを得ることが出来る。
本発明においては、低分子化されたキトサンを分離し
た後の溶液は、これを再び次の処理液として使用するこ
とができる。本発明の場合、工業上有利なことには、使
用する二酸化塩素を含む溶液の処理前後における二酸化
塩素濃度が大きく変動せず、二酸化塩素は効率よくキト
サンの低分子化反応に消費される。また、処理前後にお
けるpH変動も小さいので再現性のよい低分子化処理が可
能になる。従って、本発明では、キトサンを分離した後
の二酸化塩素を含む溶液は、これに少量の二酸化塩素を
補充するだけで次の処理液として使用することができ
る。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
なお、以下に示したキトサンの分子量は粘度を測定
し、キトサンの粘度と分子量の相関関係を用いて、測定
された粘度から極限粘度を求め、シュタウジンガーの粘
度式により重合度を算出し、キトサンの単位量を乗じて
分子量とした。また、キトサンの粘度はキトサンを分離
し、水洗、乾燥して1%溶液となるまで水中に分散させ
た後、キトサンと同量の酢酸を加えて溶解し、回転粘度
計で20℃で測定した。アミノ基含量は、粘度を測定した
液の一部をメチレンブルーを指示薬として既知濃度のポ
リビニル硫酸カリウム溶液でコロイド滴定して求めた。
また、以下の実施例においては安定化二酸化塩素液とし
て助川化学株式会社製のビオトークを使用した。
実施例1 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度4,600cp、平均
分子量360,000、アミノ基含量8.3%)37.5gを0.7の水
に撹拌しながら分散させ、60℃に加温した後、二酸化塩
素の濃度として0.05%となるように二酸化塩素水(二酸
化塩素濃度0.75%)を添加し、液量を0.75に調整し
て、このスラリーのpHを測定したところ7.3であった。
次いで60℃に保持しつつ4時間処理し、二酸化塩素濃度
及びpHを測定した結果、二酸化塩素濃度は0.018%で、p
Hは処理前後を通して7.3に保たれたことを確認した。処
理後、キトサンを分離し、水洗、乾燥して1%酢酸溶液
の粘度20cp、平均分子量60,000、アミノ基含量8.3%で
無着色のキトサン粉末35gを得た。
実施例2 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度1200cp、平均分
子量250,000、アミノ基含量9.0%)37.5gを0.65の水
に撹拌しながら分散させ、60℃に加温した後、二酸化塩
素の濃度として0.1%となるように二酸化塩素水(二酸
化塩素濃度0.75%)を添加し、液量を0.75に調整し
て、このスラリーのpHを測定したところ7.0であった。
次いで60℃に保持しつつ4時間処理し、二酸化塩素濃度
及びpHを測定した結果、二酸化塩素濃度は0.035%で、p
Hは処理前後を通して7.0に保たれたことを確認した。
処理後、キトサンを分離し、水洗、乾燥して1%酢酸
溶液の粘度8cp、平均分子量26,000、アミノ基含量9.0%
で無着色のキトサン粉末34gを得た。
実施例3 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度4,600cp、平均
分子量360,000、アミノ基含量8.3%)37.5gを0.7の水
に撹拌しながら分散させ、60℃に加温した後、処理液中
の二酸化塩素の濃度として1%となるように和光純薬
(株)製亜塩素酸ソーダ粉末試薬(亜塩素酸ソーダ88
%)11.5gを添加し、液量を0.75に調整して、このス
ラリーのpHを測定したところ9.5であった。次いで硫酸
(10%溶液)を添加してpHを7に調整し、60℃に保持し
つつ4時間処理し、二酸化塩素濃度及びpHを測定した結
果、二酸化塩素濃度は0.95%で、pHは処理前後を通して
7に保たれたことを確認した。処理後、キトサンを分離
し、水洗、乾燥して1%酢酸溶液の粘度50cp、平均分子
量92,000、アミノ基含量8.3%で無着色のキトサン粉末3
5gを得た。
実施例4 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度4,600cp、平均
分子量360,000、アミノ基含量8.3%)75gを計算量の水
に撹拌しながら分散させ、60℃に加温した後、第1表の
濃度となるように安定化二酸化塩素液(二酸化塩素濃度
5.0%)をそれぞれ添加し、液量を1.5に調整した。次
いで硫酸(10%溶液)を添加してpHをそれぞれ7に調整
し、60℃に保持しつつ1時間毎に処理スラリーを取り出
して4時間処理した。取り出したスラリーの二酸化塩素
濃度は、実施例3の結果と同様に濃度低下はきわめて少
なく、pHは処理前後を通して7に保たれたことを確認し
た。処理後、キトサンを分離し、水洗、乾燥して1%酢
酸溶液の粘度、平均分子量、アミノ基含量、色相を調べ
て、第1表の結果を得た。
本実施例によれば、任意の時間に処理を停止すること
によってアミノ基含量の低下や着色のない所望の低分子
化された分子量のキトサンが得られる。
実施例5 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度4,600cp、平均
分子量360,000、アミノ基含量8.3%)75gを0.9の水に
撹拌しながら分散させ、60℃に加温した後、処理液中の
二酸化塩素の濃度として2%になるように安定化二酸化
塩素液(二酸化塩素濃度5.0%)を添加し、液量を1.5
に調整した。次いで硫酸(10%溶液)もしくは苛性ソー
ダ(10%溶液)を添加して、第2表に示すそれぞれのpH
に調整し、60℃に保持しつつ1時間毎に処理スラリーを
取り出して4時間処理した。取り出したスラリーの二酸
化塩素濃度は、処理pHにより差異はあるものの、いずれ
も実施例3の結果と同様に濃度低下はきわめて少なく、
pHは処理前後を通して一定に保たれたことを確認した。
処理後、キトサンを分離し、水洗、乾燥して1%酢酸溶
液の粘度、平均分子量、アミノ基含量、色相を調べて、
第2表の結果を得た。
本実施例によれば、任意の時間に処理を停止すること
によってアミノ基含量の低下や着色のない所望の低分子
化された分子量のキトサンが得られる。
実施例6 粉末状キトサン(1%酢酸溶液の粘度4,600cp、平均
分子量360,000、アミノ基含量8.3%)75gを1.2の水に
撹拌しながら分散させ、第3表に示すそれぞれの温度に
加温した後、処理液中の二酸化塩素の濃度として1%と
なるように安定化二酸化塩素液(二酸化塩素濃度5.0
%)を添加して、液量を1.5に調整した。次いで硫酸
(10%溶液)を添加してpHを8に調整し、それぞれの温
度に保持しつつ1時間毎に処理スラリーを取り出して4
時間処理した。取り出したスラリーの二酸化塩素濃度
は、処理温度により差異はあるものの、いずれも実施例
3の結果と同様に濃度低下はきわめて少なく、pHは処理
前後を通して一定に保たれたことを確認した。処理後、
キトサンを分離し、水洗、乾燥した1%酢酸溶液の粘
度、平均分子量、アミノ基含量、色相を調べて、第3表
の結果を得た。
本実施例によれば、任意の時間に処理を停止すること
によってアミノ基含量の低下や着色のない所望の低分子
化された分子量のキトサンが得られる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キトサンを二酸化塩素を含む溶液中で処理
    し、低分子量のキトサンを得ることを特徴とする低分子
    化キトサンの製造方法。
  2. 【請求項2】二酸化塩素を含む溶液が、二酸化塩素水、
    亜塩素酸塩溶液、安定化二酸化塩素液又はそれらの混合
    液である特許請求の範囲第1項に記載の方法。
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