JP2800067B2 - コロイド状微結晶質セルロース及びバリヤー分散剤及び製造方法 - Google Patents

コロイド状微結晶質セルロース及びバリヤー分散剤及び製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ベータ−１、４グルカンの粒子、さらに特
にアルギン酸カルシウム／ナトリウム塩コンプレックス
を含む食品グレードバリヤー分散剤により少なくとも部
分的に被覆された又は吸蔵された、食品グレードの摩擦
された非誘導化微結晶質セルロース（MCC）粒子を含む
組成物に関する。バリヤー分散剤は、乾燥且つ摩擦され
たMCC粒子をしてアグロメレーションなしで形成させ、
次に水性媒体中でコロイド状のタイプの懸濁物へ再分散
させる。本発明は、又組成物の製造方法、並びにその用
途の方法に関する。
背景技術 微結晶質セルロース（MCC）は、部分的に加水分解さ
れたセルロース（ベータ−１、４グルカン）の小さい棒
状の微結晶からなる。コロイド状のMCCは、ボディイン
グ剤及び冷凍デザートにおける結晶成長の遅延剤として
使用される。油中水エマルションでは、MCC固体粒子
は、油の小滴を被覆し、そして又水性媒体を濃くする。
コロイド状のMCCの他の用途は、通気食品系の泡安定剤
としてである。（Food Theory and Applications、P
aul ＆ Palmer、４章、199ページ、E.Osmanによる「S
tarch and Other Polysaccharides」Wiley ＆ Son
s、NY（発行）1972）。
ベータ−１、４グルカンは、選択されたセルロース材
料へ適用される任意の所望の化学分解法から由来でき
る。所望の分解が完了すると、残留物は、濾過ケーキと
して集められ、そして十分に洗浄されて不溶性の不純物
を除く。洗浄されたケーキは、好ましくは約40％の固体
を含むが、次に機械的分解にかけられる。化学的分解処
理及び次の洗浄では、微結晶質セルロースは、無定形領
域のセルロース鎖を開裂することにより自由になる。個
々の結晶子は、次に処理されたファイバー又はフラグメ
ントから分離又は剥がされなければならない。分解中、
新しく生じた表面は、微結晶が分解された物質から分離
されるとき形成され、そして個々の微結晶が分離される
条件で維持されない限り、それらは再び結合するだろ
う。能率的な剪断を得るために、分解にかけられる集ま
りの固体含量は、剪断力の能率的な移動を提供するほど
十分に高くなければならない。一方、固体含量は、微結
晶の新しく生じた表面により水和するために存在する不
十分な水により分離された微結晶をして合体させそして
大きな凝集物を形成させるほど十分に高くてはならな
い。
機械的な摩擦は、種々の標準的な装置例えばキッチン
ミキサー、プラネタリーミキサー、ポールミル、摩擦ミ
ル、高速剪断装置例えばワーリングブレンダーなどの使
用により行うことができる。さらに、好ましくは水性媒
体中の加水分解処理の残留物は、剪断作用並びに有孔の
ブレートに見いだされるような制限された断面の通路に
残留物及び水性媒体の混合物を強制的に通すことによる
粒子間の擦る作用にかけられる。摩擦は、少なくとも約
１重量％そして好ましくは少なくとも30重量％の粒子
が、電子顕微鏡の検査により測定して1.0ミクロンより
小さい平均の長さを有する、集まりを生成するのに十分
でなければならない。この集まりの粒子の或るものは、
ミクロンの数百分の一のように小さい長さ又は最大のデ
ィメンジョンを有することができる。
貯蔵及び輸送の能率性を達成するために、摩擦された
物質を乾燥することが望ましい。しかし、乾燥された生
成物は、恐らく乾燥中の水素結合力により互いに結合す
るようになる多数の小さい粒子のアグロメレーションに
より、角化しだす。これらの力は、一次原子価結合に次
いで強さで二番目であり、従って乾燥された生成物が水
性の媒体に再分布するとき、実質的な量のエネルギー
が、水素結合を破壊するのに必要とされる。
この水素結合を破壊するために、米国特許第3539365
号（Durandら）は、バリヤー物質によりベータ−１、４
グルカン粒子を被覆することを示唆しており、そして特
許は、この目的に有用な種々の物質を述べ、そして最も
有効なものとしてナトリウムカルボキシメチルセルロー
ス（CMC）を指示している。この特許は、メチルセルロ
ース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、グアガ
ム、アルギネート、砂糖、界面活性剤及び他のヒドロコ
ロイドが、かなり多い割合で添加されるとき、僅かなバ
リヤー作用を有することを述べている（５欄）。ナトリ
ウムカルボキシメチルセルロースは、食品製品に一般に
許容されていない。
米国特許第4263334号（McGinley）は、同じ問題を認
め、炭水化物甘味料例えばスクロース、デキストロース
又は加水分解された穀物固体である第一の成分、並びに
ビドロコロイドガム例えばグアガム、ローカストビーン
ガム、アラビアガム、アルギン酸ナトリウム、アルギン
酸プロピレングリコール、カラギーナン、カラヤガム又
はキサンタンガムである第二の成分からなる添加物の組
み合わせを教示することにより、CMCの使用を避ける。
米国特許第3573058号（Tiemstra）は、種々のヒドロ
コロイドと混合されそして次に噴霧乾燥を含む種々の方
法によりともに乾燥された摩擦されたMCCの組成物を開
示している。アルギン酸ナトリウム及びアルギン酸プロ
ピレングリコールは、多くの他のものの中で、有用なヒ
ドロコロイドとして開示されている。組成物は、乾燥後
追加の摩擦の必要なしに、乾燥貯蔵及び再水和を可能に
することを主張している。
米国特許第4311717号（McGinley）は、乾燥ミックス
食品製品の安定化剤を開示し、それは、MCC、ナトリウ
ムカルボキシメチルセルロース、及びホエー又はミルク
固体からなる。この場合では、ホエー及びミルク固体と
組み合わされたナトリウムカルボキシメチルセルロース
は、乾燥セルロース粒子間のバリヤーとして作用し、バ
リヤー分散剤として機能する。
米国特許第4980193号（Tuasonら）は、摩擦されたセ
ルロース、澱粉、非濃厚化水溶性希釈剤例えばマルトデ
キストリン、並びにホエー又はノンファット乾燥ミルク
からなるセルロースに基づく安定剤系を開示する。
アルギネート：アルギン酸は、水に非常に僅かに可溶
である海草から得られる親水性のコロイド状の多糖類と
してThe Merck Index、９版、Merck ＆ Co.Rahwa
y、New Jersey（発行）1976のNo.230に明らかにされて
いる。しかし、それがそのナトリウム塩の形にあると
き、それは、水に容易に可溶になり、粘度のあるコロイ
ド状の溶液を形成する（The Merck Index、上記、No.
229）。Merckによれば、アルギン酸ナトリウムは、それ
が安定化コロイドとして働くアイスクリームの製造、掘
削用マッド、コーティング、水処理における固体の浮
遊、サイジング剤、シックナー、エマルション安定剤、
ソフトドリンクの沈殿防止剤、歯科印象の製造、並びに
沈殿防止剤としての医薬品製造において周知の用途を有
する。カルシウム塩の添加による水不溶性のアルギン酸
カルシウムへの水溶性のアルギン酸ナトリウムの転換
は、周知である。アルギン酸塩の濃厚化性は一般に周知
であるが、水へ添加される乾燥生成物へのバリヤー分散
剤としてのアルギン酸塩の使用と、存在する水性系にお
けるアルギン酸塩の使用との間を区別することが重要で
ある。
多価カチオン特にカルシウムによるアルギン重合体の
ゲル化は、周知であり、そしてGlicksmanによるGum Te
chnology in the Food Industry、Academic Pres
s、NY（1969）245−246ページ、並びにCottrell ＆ K
ovacsによるHandbook of Water−Soluble Gums and
Resins、２章、McGraw−Hill Book Co.NY（1980）
２−10から２−15ページに論じられている。
米国特許第3012892号（Marcus）は、そのpHが４又は
それ以下である酸性の塩化カルシウム溶液へのアルギン
酸塩溶液の添加によるアルギン酸ナトリウムからアルギ
ン酸の沈殿を開示している。
米国特許第5082684号（Fung）は、塩化カルシウムを
含むカルシウム塩によるアルギン酸ナトリウムの橋かけ
結合を開示している。
米国特許第3060032号（Glicksman）は、燐酸三カルシ
ウム、燐酸二カルシウム、炭酸カルシウム、酒石酸カル
シウム、又は硫酸カルシウムによるアルギン酸ナトリウ
ムのゲル化を開示しており、遅延剤例えばナトリウムヘ
キサメタホスフェート、燐酸三ナトリウム、ピロ燐酸四
ナトリウム、四燐酸ナトリウム、三ポリ燐酸ナトリウ
ム、又はカルシウムコンプレックス剤例えば炭酸ナトリ
ウム又はクエン酸ナトリウムの使用によりゲル化をコン
トロールする。カルシウム塩は、アルギンの10−50、好
ましくは25重量％のレベルで使用される。
米国特許第4216242及び4264637号（Braverman）は、
澱粉及び／又はキサンタンガム及び／又はナトリウムカ
ルボキシメチルセルロースも含むことができる水性の冷
凍可能なゲル組成物中のMCCと組み合わされた安定剤と
してのアルギン酸塩の使用を開示している。これらの特
許の両者は、カルシウムが、アルギン酸塩により非可逆
的ゲルを形成し勝ちであることを述べている。
米国特許第4192900号（Cheng）は、従来技術のその記
述において、二つの米国特許第2403547及び3093483号を
引用して、アルギン酸ナトリウムが水に溶解されるとき
粘度の高い集まりとなり、そして塩化カルシウムにより
固体化できることが知られていることを開示している。
この特許は、澱粉とゲル化ヒドロコロイド（好ましくは
アルギン酸ナトリウム）及び／又はメチルセルロースと
の混合を開示し、ヒドロコロイドがアルギン酸ナトリウ
ムであるとき、それとカルシウムイオン（特に塩化カル
シウム）との接触によりそれをゲル化し、次に粒子を乾
燥することを開示している。
米国特許第4624856号（Vanderveerら）は、砕かれう
るゲルを形成するためにアルギン酸ナトリウムへカルシ
ウム源を添加することを開示している。
発明の開示 本発明は、アルギン酸カルシウム／ナトリウム塩コン
プレックスから本質的になる食品グレードバリヤー分散
剤により少なくとも部分的に被覆された又は吸蔵され
た、食品グレードのコロイド状MCC粒子を含む組成物を
提供する。「コロイド状」MCC粒子の粒子のサイズは、
当業者に周知であり、そしてそれらがMCC粒子をして特
に水性系においてコロイドのように機能させるまで十分
に小さい点まで摩擦されたMCC粒子として規定できる。
本発明の組成物の被覆部分は、二重の機能、（１）バリ
ヤー−摩擦されたMCC粒子をして不当なアグロメレーシ
ョンなしに湿ったケーキから乾燥せしめられるもの、及
び（２）分散剤−乾燥粒子をして水性系へ添加されると
き再分散せしめるものを果たす。上記の理由について、
バリヤー分散剤は、バリヤー有効量及び分散剤有効量の
両者で存在しなければならない。MCCは、MCC/アルギン
酸塩コンプレックス組成物の65−95重量％、好ましくは
70−90重量％、最も好ましくは80−90重量％を占め、10
0重量％への残りは、アルギン酸塩コンプレックスであ
る。アルギン酸塩コンプレックス内で、カルシウム：ナ
トリウムの重量比は、.43−2.33:1、好ましくは１−2:
1、最も好ましくは1.3−1.7:1であり、1.5:1が最適であ
る。
アルギン酸カルシウム／ナトリウム塩コンプレックス
バリヤー分散剤の存在は、重要な二重の機能を果たす。
（１）摩擦されたMCCの被覆された粒子をして、所望に
より、角化又は他のアグロメレーションなしに水性の湿
ったケーキから乾燥させ、貯蔵させそして取り扱わせ
る。次に（２）被覆された粒子をして水性媒体に容易に
再分散させる。本発明の再分散された摩擦されたMCC
は、コロイド状のMCCの望ましいチキソトロピー及び他
の性質を示す。特に、本発明によるMCC:アルギン酸塩組
成物の水性分散物は、それらはより強いがより弾性的で
ないことを除いて、現存するコロイド状MCCの生成物単
独のそれらにやや類似の擬似プラスティック、チキソト
ロピック、剪断力の低いゲルを生成した。
それらが現存するコロイド状MCC生成物に一般に見い
だされない望ましい性質例えばミルク系における分散性
及びミルク系を形成する能力を示すことが、本発明のと
もに処理されたMCC:アルギン酸塩コンプレックス組成物
の他の利点である。
冷凍デザート及びサラダドレッシングを含む、コロイ
ド状のグレードのMCCが使用される或る主な応用におけ
る本発明の組成物の有用性の外に、それは、又インスタ
ントココアミックス、乾燥ブレンドソース、グラビー及
びインスタントミルクプディングに使用できる。
本発明は、又本発明の組成物を製造する方法を含む。
方法は、水溶性アルギン酸塩の水性混合物から少なくと
も部分的に水不溶性のアルギン酸塩コンプレックスのコ
ロイド状タイプ水性懸濁物中の摩擦されたMCC粒子上へ
のコントロールされた沈殿と考えられる。本発明の実施
可能性は、工業上の利用可能性、及びカルシウム／ナト
リウム塩コンプレックスが食品グレードであるという重
要な事実の組み合わせにより支配される。
本発明方法では、唯一の有用な水溶性アルギン塩は、
アルギン酸ナトリウムである。
本発明の方法で形成されるアルギン酸カルシウム／ナ
トリウム塩コンプレックスへカルシウムイオンを与える
のに有用なカルシウム塩は、水中で少なくとも或る程度
まで解離しそして食品の用途に承認されていない残留物
を残さない全てのものである。たとえ不溶性から僅かに
溶解（水中）するカルシウム塩であっても、遅い反応が
望まれる場合には使用できるが、より可溶性の塩が好ま
しい。カルシウムイオンのより遅い放出は、又水性系の
酸性化により達成できる。有用なカルシウム塩は、カル
シウム：酢酸塩、炭酸塩、塩化物、クエン酸塩、フッ化
物、グルコン酸塩、水酸化物、ヨウ化物、乳酸塩；硫酸
塩（二水和物）、及び酒石酸塩、並びに酸燐酸カルシウ
ム、二燐酸カルシウム、燐酸カルシウム（一塩基）、燐
酸二カルシウム二水和物、燐酸一カルシウム（無水）、
燐酸一カルシウム（一水和物）、第一燐酸カルシウム及
び燐酸三カルシウムを含むカルシウム／燐の塩を含む
が、これらに限定されない。好ましいカルシウム塩は、
塩化カルシウム、乳酸カルシウム、燐酸一カルシウム
（無水）、及び燐酸一カルシウム（一水和物）である。
塩化カルシウムが最も好ましいカルシウム塩である。
本発明は、特に、添加の任意の順序で水性媒体中にお
いて分散待つ摩擦されたMCC及び溶解したアルギン酸ナ
トリウムをともに処理し、次に少なくともバリヤー分散
剤有効量の水不溶性アルギン酸カルシウム／ナトリウム
コンプレックスがその場で形成され、MCC粒子の上に吸
着され又はさもなければそれを被覆又は吸蔵するまで、
ナトリウムイオンを置換するためにカルシウムイオンを
導入することからなる。MCC及びアルギン酸塩コンプレ
ックスは、乾燥前に高い剪断条件にかけることは、本発
明の方法の重要な局面である。この文書において、用語
「高い剪断条件」は、ワーリングブレンダー又はGiffor
d Woodコロイドミル又は2500−6000psi（175−420kg/cm
2）のホモゲナイザーにより与えられるような従来の食
品処理条件を意味するものと理解すべきである。MCC:ア
ルギン酸塩の共処理スラリーの高い剪断処理は、アルギ
ン酸塩コンプレックスによる微細なMCCの有効な表面被
覆を達成する好ましい方法である。
MCC及びアルギン酸塩コンプレックスは、次に被覆さ
れた粒子を乾燥することによりさらにともに処理され
る。共処理粒子の乾燥は、噴霧乾燥及びバルク乾燥を含
む、MCC粒子上にバリヤー分散剤コーティングを維持す
る周知のやり方で達成できる。
さらに詳細には、本発明の組成物の製造方法は、以下
の段階からなる。
（ａ）水及び摩擦された微結晶質セルロースの水性分散
物を形成する段階。
（ｂ）MCC及びアルギン酸ナトリウム水性混合物を形成
するのに有効な量でアルギン酸ナトリウムと分散剤との
混合段階。
（ｃ）十分なアルギン酸塩コンプレックスがMCC粒子上
に沈殿して、アルギン酸塩コンプレックスにより少なく
とも部分的に被覆されるMCCのスラリーを与えるまで、
カルシウムイオンをMCC及びアルギン酸ナトリウム水性
混合物中へ導入することによりアルギン酸塩コンプレッ
クスを形成する段階。
（ｄ）スラリーを高い剪断条件にかける段階。
（ｅ）スラリーを乾燥して、アルギン酸塩コンプレック
スバリヤー分散剤コーティングを有するMCC粒子を形成
する段階。
アルギン酸ナトリウムのみを有するMCCの噴霧乾燥
は、水中で分散せずそして粘度又はゲル化性にビルド−
アップを有しないセルロース凝集物の形成を生じた。水
不溶性の塩のみの形成は、本発明の目的に有効でないこ
とを示した。それは、完全に水不溶性のバリヤー分散剤
コーティングが、水中の被覆且つ摩擦されたMCC粒子の
再分散を行わさないからである。アルギン酸カルシウム
は、親水性であるが、水中で解離（溶解）せず、従って
本発明のバリヤー分散剤塩コンプレックスを形成しな
い。この理由のため、水溶性の塩（アルギン酸ナトリウ
ム）及び水不溶性の塩（アルギン酸カルシウム）の単純
な混合物は、好ましくなかった。即ち、水性系でこれら
の塩を有効に組み合わすことができない。アルギン酸塩
は、天然の源の物質として分類されるヒドロコロイドで
あることも、特に有用である。これらの理由のために、
本発明のアルギン酸カルシウム／ナトリウム塩コンプレ
ックスが最適であった。
本発明の塩コンプレックスに現存するアルギン酸カル
シウムの最低の有用な量は、摩擦されたMCC粒子が、湿
ったケーキから乾燥すると互いにアグロメレーションす
ることを防ぐのに有効であるそれである。本発明の塩コ
ンプレックス中のアルギン酸カルシウムの最低の有用な
量は、アグロメレーションすることなく、水性系に乾燥
したMCC粒子をして再分散させるのに有効な量である。
操作例における、又はさもなければ指示されている場
合以外に、ここで使用されている成分の量、パラメー
タ、又は反応条件を表示する全ての数は、用語「約」に
より、全ての場合において修飾されるものとして理解さ
れるべきである。
80:20のMCC:アルギン酸塩コンプレックスの重量％比
は、以下の実施例の殆どにおいて使用された。それが特
に有用であることが分ったが、80:20の比は、最適より
むしろ代表的なものであった。比は、好ましい場合は何
時でも維持されて、他の変数例えばアルギン酸塩コンプ
レックス内のカルシウム：ナトリウムの重量比を比較さ
せ、そして水性系に再分散するとき本発明の組成物によ
り示される性質の比較を行わせる。
本発明による所望のバリヤー及び分散剤姓を達成する
ためのアルギン酸塩コンプレックス濃度の最大の有用な
範囲は、全組成物の５−25重量％であり、アルギン酸塩
コンプレックス濃度の好ましい範囲は、10−25重量％で
あり、10−20重量％が最も好ましく、100重量％への残
りは、摩擦されたMCC粒子からなる。組成の変化に関す
る実験は、10％のアルギン酸塩コンプレックスのレベル
が好ましいMCC再分散可能性を生ずるのに必要な最低の
アルギン酸塩濃度であったが、低いレベル（５重量％）
のアルギン酸塩コンプレックスも、アルギン酸塩コンプ
レックスのカルシウム対ナトリウムの比に応じて、なお
有効であろうことを確かにしている。
カルシウムによるナトリウムの100％又はそれ以上の
化学量論的置換では（アルギン酸カルシウムへのアルギ
ン酸ナトリウムの完全又は殆ど完全な転換を生ずる）、
やや球状の形状及び非常に減少された水性系への再分散
可能性を有する凝集された粒子が生成される。この結果
は、このやり方で生成した凝集された粒子がシミュレー
トされた水に基づく食品処理条件下でそのままであるの
で、本発明の主な態様外であるが、これらの粒子は、そ
れら自身有用である。これは、さらに、本発明のバリヤ
ー分散剤性を生ずるアルギン酸塩コンプレックス内に有
効なカルシウム：ナトリウムの重量比が存在することを
立証している。事実、乾燥したMCC粒子を有するバリヤ
ー分散剤は、従来現存するコロイド状のタイプのMCC生
成物と同じ（又はそれより良い）所望の水分散可能性を
有する組成物を生ずる。
系が機能する正確なメカニズムは、十分に理解されて
いない。コンプレックス中でその場で形成されるアルギ
ン酸カルシウムが少なくとも部分的に微細なMCC粒子の
表面を被覆し、それにより乾燥中にバリヤー効果を提供
し、そしてコンプレックスに存在したままの量の可溶性
アルギン酸ナトリウムの膨張容量が、水中のMCC粒子の
分散可能性を助け、さらに得られるコロイド状の分散物
の安定化を助けることにより、分散剤効果を提供するも
のと推測される。生成物及び方法の両者の再現可能性
は、実験例の数に基づいて確かめられた。
実 施 例 最初の実験は、直径３フィート（91.4cm）のBowenド
ライヤーでの種々の比（５−20％のアルギン酸塩レベ
ル）のMCC:アルギン酸ナトリウムの３％スラリーの噴霧
乾燥を含んだ。カルシウム塩を、アルギン酸ナトリウム
との完全な反応に必要な化学量論的量の40％で使用し
た。2.5gのアルギン酸ナトリウムと化学量論的に反応さ
せるためには、約0.18gのカルシウムを要する（Calcium
Salts In Algin Gel Systems:Technical Supple
ment No.2、Kelco Company）。使用される物質は、ア
ルギン酸ナトリウム（Kelcoからの「Kelgin HV」）、
塩化カルシウム、ナトリウムヘキサメタホスフェート、
ピロ燐酸四ナトリウム、85％H3PO4（燐酸）及び摩擦さ
れたMCCの湿ったケーキであった。
噴霧乾燥の例は、設定された条件で本発明の組成物を
乾燥するのに出会う困難さが存在しなかったので、機械
的に成功したものと思われた。粉末の収量において有意
な差が、組成の変化とともに示されなかった。ウエット
エンド処理に関して、高い剪断処理が、アルギン酸塩の
ゲル化を行い、そしてアルギン酸カルシウム／ナトリウ
ム塩コンプレックスによる個々の摩擦されたMCC粒子の
有効な表面の被覆を提供するのに必要であった。
５重量％のアルギン酸塩のレベルで、80:20のMCC:ア
ルギン酸塩の粉末は、水中に分散しなかった、即ちセル
ロース凝集物は、中程度の撹拌で30分間の混合後でその
ままであった。高い剪断条件下では、改良は示されなか
った。再溶解された系は、粘度を発現せず、そして一晩
の貯蔵後濃い密にパックされた沈殿を示した。しかし、
アルギン酸塩コンプレックス内のカルシウム対ナトリウ
ムの比を変えることにより、５重量％のアルギン酸塩が
有効であろうと考えられる。
結果は、10重量％のアルギン酸塩レベル（即ち、90:1
0のMCC:アルギン酸塩の重量比）が、アルギン酸塩コン
プレックス中の所定のカルシウム：ナトリウムの比につ
いて有効なMCC再分散可能性を生ずるのに必要とされる
最低のアルギン酸塩の濃度であったことを示した。90:1
0のMCC:アルギン酸塩の比の本発明の組成物は、水中に
容易に分散し、粘度を発現し、そしてコロイド状MCCに
類似の、静置して安定なゲル（３％濃度で）を形成し
た。
実験の次のセットは、MCC分散可能性／最大の粘度の
性質に関する可溶性のカルシウム塩の最適なレベルを決
めることであった。実験は、アルギン酸塩との完全な反
応のために必要なカルシウム塩の化学量論的量の20−80
％を使用して、本発明による80:20のMCC:アルギン酸塩
の３％スラリーの噴霧乾燥を含んだ。MCCの存在下アル
ギン酸ナトリウムをそのカルシウムの形に完全に沈殿さ
せる効果を測定するために、80:20のMCC:アルギン酸塩
の噴霧乾燥の例も、カルシウム塩の化学量論的量の過剰
（150％）で製造した。塩化カルシウム（冷水中で40
％、熱水中で59％の溶解度）は、カルシウムイオン及び
ゲル化剤の源として使用された可溶性のカルシウム塩で
あった。アルギン酸ナトリウムの工業上の処理は、酸処
理段階前に粗製アルギン酸溶液からアルギン酸カルシウ
ムを沈殿させるための塩化カルシウムの使用を含むが、
沈殿の目的及び結果は本発明の方法に無関係であること
に注意すべきである。
処理は、最初に５分間90の加減抵抗器電圧設定でGiff
ord Woodコロイドミル中で利用可能な水中に摩擦され
たMCCの湿ったケーキ（グレードパルプを溶解−42.4％
固体）を分散することからなった。必要量の高粘度アル
ギン酸ナトリウム（「Kelgin HV」−12％水分）を加
え、そして約20分間混合した。必要量の塩化カルシウム
を加えそして10分間混合した。スラリーを、噴霧乾燥前
に2500psi（175kg/cm2）でホモゲナイズした。それら
を、170℃の入り口温度設定及び95℃の出口温度で乾燥
した。噴霧化は、90psi（6.3kg/cm2）の噴霧空気圧で0.
1インチ（.25cm）の開口のノズルにより達成された。粉
末を、５分間ワーリングブレンダーの条件（90の加減抵
抗器電圧設定）下で３％の固体濃度で再溶解した。再溶
解した分散物の粘度は、一晩の貯蔵後0.5rpm及び25℃で
「ブルックフィールド RVF」、＃４スピンドルにより
測定された。MCC分散物の状態は、顕微鏡分析により評
価された。
本発明の方法で必要な有効な化学量論的量のカルシウ
ムは、本発明の組成物において所望の性質を生ずるため
に、30−60％に及ぶものとして確かめられた。有効なMC
Cの再分散可能性を生ずるのに必要なカルシウムの最低
の量は、化学量論的量の30％であった。中程度の剪断下
水中に分散された共処理の本発明の粉末組成物は、適切
な粘度を発現し、そして高剪断下での再溶解後安定なゲ
ルを形成した。最適な反応は、最大の粘度がこのレベル
で達したので、化学量論的量の60％で得られた。
化学量論的量のレベルの60％より上で、本発明の共処
理粉末組成物は、特に中程度の条件下で、分散させるの
が急速に困難になる。化学量論的量の80％で、本発明の
共処理粉末組成物は、容易に分散せず、そいて中程度の
剪断下で粘度を発現するが、高剪断再溶解後の30％レベ
ルのそれに似た安定なゲルを形成した。全ての場合に、
完全なMCC分散可能性及び十分な粘度が、高剪断ワーリ
ングブレンダー条件下で達成された。
化学量論的量の150％で（アルギン酸ナトリウムのそ
のカルシウムの形への完全な沈殿）、やや球状の形状の
凝集物が生成された。それらは、たとえワーリングブレ
ンダー中の15分間の混合でも、そのままであった。再溶
解された系は、粘度を発現せず、そして一晩の貯蔵後二
相の分離を示した。
機能性の点において、最初の実験から製造された共処
理されたMCC:アルギン酸塩粉末は、ミルクのゲル化（イ
ンスタントミルクプディング／パイ充填処方、アルギン
酸塩が一般に使用される冷却処理された食品生成物）並
びに懸濁性（乾燥ココアミックス中のココア懸濁物）に
ついて評価された。
ミルクゲル系は、以下の処方に従って製造された。２
−４重量％の本発明の粉末、14重量％の砂糖、0.4重量
％のTSPP、及び残りがホールミルク。本発明の乾燥粉末
組成物は、最初に冷ミルクに分散され、そして15分間中
程度の撹拌下混合された。TSPPを加え、５分間混合し
た。粉末状コンフェクショナリー（ファイン10×）砂糖
を加え、そして３分間混合した。混合物をゲル皿に注
ぎ、冷凍約２時間前室温で硬化させた。系を24時間−20
゜F（−29℃）で冷凍し、そして評価５時間前に77゜F
（25℃）で解凍した。ゲルの強さ、テクスチャ、及び離
液の量を、肉眼による観察により測定した。ミルクのゲ
ル系では、均一且つ連続的な不透明なゲルが２重量％の
本発明の粉末濃度で形成された。ミルクゲルは、それら
がそれらのゲル構造を維持しそして離液に対して感受性
を示さないので、冷凍／解凍に安定であった。
本発明の共処理粉末は、又乾燥ココアミックス中のコ
コア懸濁物について評価された。粉末を、予め処方され
たココアドリンクミックス（8.1％スクロース、1.6％合
成クリーマー、及び１％ココア）と乾燥ブレンドし（１
％本発明の粉末組成物）、そして30分間中程度の撹拌に
より水中に再溶解した。機能性は、懸濁物中に１％のコ
コア負荷を維持する本発明の粉末組成物の能力により測
定された。15重量％及び20重量％のアルギン酸塩のレベ
ルで本発明の組成物は、乾燥ココアミックス中のココア
沈殿防止剤として機能した。24時間の貯蔵後、粉末から
製造した飲料系は、安定なココア懸濁物を示した。評価
は、この２成分の本発明のMCCに基づく組成物が、MCCの
急速な再分散可能性を達成するための希釈剤例えばホエ
ー又はマルトデキストリンの必要性、そして乾燥ミック
スタイプの食品中で機能するためのそれの必要性を排除
した。
水中及びミルク系中のMCC分散可能性を決めるため
に、本発明による80:20のMCC:アルギン酸塩のサステイ
ンド（sustained）噴霧乾燥の例（化学量論的反応の60
％における塩化カルシウムを使用）は、直径３フィート
（91.4cm）のドライヤーで行われた。処理は、最初にGi
fford Woodコロイドミル（５分間90の加減抵抗器電圧
設定）中で利用可能な水中に摩擦されたMCCの湿ったケ
ーキ（グレードバルブを溶解）を分散することからなっ
た。必要量の高粘度アルギン酸ナトリウム（「Kelgin
HV」）を加え、そして約30分間混合した。このとき、塩
化カルシウムの５％溶液を調製した。これをMCC:アルギ
ン酸ナトリウムスラリーに加えそして約10分間混合し
た。スラリーを、噴霧乾燥前に2500psi（175kg/cm2）で
ホモゲナイズした。それを、170℃の入り口温度設定及
び95℃の出口温度で乾燥した。噴霧化は、90psi（6.3kg
/cm2）の噴霧空気圧で0.1インチ（.25cm）の開口のノズ
ルにより達成された。
本発明の共処理MCC:アルギン酸塩乾燥粉末（80:20の
重量比）は、物理的な特徴を調べられて、水中及びミル
ク中の分散性を確かめた。
共処理粉末（１−５％固体濃度）は、約72゜F（22
℃）の外界温度におけるよりも160−190゜F（71−88
℃）の高温度で一層容易に分散した。
本発明の一部を形成する以下の説明なしに、外界温度
の水分散物では、硬化反応に必要なカルシウムイオン
は、アルギン酸塩とともに既に溶液中にあり、その結
果、カルシウム誘導鎖相互結合は、直ぐに生じ、それに
より、長い混合時間又は高剪断の何れかが必要となっ
て、MCCを放出し分散するものと考えられる。加熱によ
り、増大した粘度の発現は、MCCの十分な分散可能性か
ら生ずる。アルギン酸塩−カルシウムの硬化は、アルギ
ン酸塩の鎖が、余りに大きな熱エネルギーを有するので
アラインメントを許さないために、高温度で生じないこ
とも考えられる。（Cottrell ＆ Kovacsによる「Hand
book of Water−Soluble Gums and Resins」Algin
atesの章参照）。粘度のプロフィルに基づいて、最大の
粘度は、高剪断条件下で得られる。剪断処理は、それ
故、十分な粘度の発現に関して熱よりも大きな影響を働
かす。
殆どの食品製品は、少なくとも製造中、中性から酸の
pHを有する。それ故、本発明の組成物を使用する再溶解
したMCC分散物が、４−4.5のように低いpHのみに良好な
分散可能性を示した、従来技術（CMCバリヤー分散剤を
有するMCC）に比べて、３のように低いpHに対してなお
良好なMCC分散可能性及び安定性を示したことは、本発
明の他の利点である。３のpHより低いと、アルギン酸は
沈殿し、そして本発明の組成物の分散物は、粘度におけ
る顕著な低下を伴う不安定さを示した。摩擦されたMCC
コロイド状懸濁物により予想されるように（「Microcry
stal Polymer Science、２章−Microcrystalline Ce
lluloses」O.A.Battista、McGrow Hill、NY（発行）19
75、17−57ページ参照）、カルシウム金属イオン封鎖剤
（例えば、制限なく、ナトリウムヘキサメタホスフェー
ト）の添加は、冷水中のMCCの分散性を改良するが、形
成されるMCCゲルの硬化速度の低下を生じた。予想され
ないように、塩（例えば塩化ナトリウム）と乾燥ブレン
ドされるとき、本発明の共処理粉末は、金属イオン封鎖
剤の存在下高温度で水中に容易に分散した。これは、イ
ンスタント乾燥ミックス例えば乾燥ブレンドソース及び
グラビーにおける安定剤としての本発明の組成物の応用
の可能性を示唆している。有利には、冷ミルクにおい
て、本発明の組成物は、ピロ燐酸四ナトリウム（TSPP）
の存在下容易に分散し、それは、存在するコロイド状MC
C製品では可能でない結果である。
共処理された本発明の80:20のMCC:アルギン酸塩粉末
は、４％バター脂肪冷凍デザート及びサラダドレッシン
グで評価され、そして現存するコロイド状MCC製品と直
接比較された。
冷凍デザート製品は、以下の処方に従って製造され
た。４％バター脂肪、13％脱脂ミルク固体、12％スクロ
ース、５％コーンシロップ固体、0.4％本発明の組成
物、0.10％高粘度カルボキシメチルセルロース、0.01％
カラギーナン（Seakem（商標）−FMC Corporationの製
品）、0.30％モノジグリセライド：ポリソルベート80組
成物（Tandem（商標）100k、Humko Chemicalsの製品）
及び残りは水。
サラダドレッシング処方では、本発明の組成物は、1.
75重量％の使用レベルで評価された。これらの食品製品
を作るやり方は、現存のころいど状MCC製品について確
立されているのと同じであった。
本発明の組成物及び砂糖からなる水ゲル系も製造され
た。砂糖は、40％の固体系を生ずるレベルで添加され
た。本発明の共処理粉末は、２−５重量％で、最初にワ
ーリングブレンダーに分散され、そして十分なゲル化が
達成されるまで混合された。砂糖を次に加え、そしてさ
らに15分間混合した。ゲルを冷凍約２時間前に硬化させ
た。系を24時間−20゜F（−29℃）で冷凍し、そして評
価５時間前に77゜F（25℃）に解凍した。ゲルの強さ、
テクスチュア及び離液を、肉眼による観察によって決め
た。
冷凍デザート及びサラダドレッシングのコロイド状MC
Cの機能性を、本発明の共処理MCC:アルギン酸塩コンプ
レックス粉末と重複させた。４重量％のバター脂肪冷凍
デザート系では、本発明の80:20のMCC:アルギン酸塩組
成物を含むハードパックサンプルは、周知のコロイド状
MCC製品により作られたのと類似のボディー／テクスチ
ャ品質を有するものとして特徴づけられた。
有利には、そして既に知られているコロイド状のMCC
製品とは異なり、サラダドレッシングでは、本発明のMC
C:アルギン塩酸コンプレックス組成物は、機能するため
に保護的コロイド（例えばキサンタンガム）を要しなか
った。本発明の組成物は、又乾燥ココアミックスにおい
てココア沈殿防止剤として機能した。これらは、本発明
の共処理粉末の全て予想されない性質であった。それ
は、コロイド状のMCCが、乾燥ミックス食品としての急
速なMCCの再分散性及び機能を達成するために、他のタ
イプの成分例えばホエー又はマルトデキストリンを要す
ることを過去の作業が示しているからである。本発明の
80:20のMCC:アルギン酸塩組成物から生成される水ゲル
系は、それがそのゲル構造及びテクスチャを維持しそし
て離液に感受性を示さなかったので、冷凍／解凍に安定
であった。
実施例からの結論 アルギン酸ナトリウム単独によるMCC粒子の噴霧乾燥
は、ゲル化性を有せずしかも水中に分散しない分散でき
ないセルロース凝集物を生じる。アルギン酸カルシウム
単独によるMCC粒子のコーティングは、分散不可能なMCC
粒子を生ずる。しかし、カルシウム塩とアルギン酸ナト
リウムとの反応を利用することにより、コロイド状MCC
に類似の再分散可能性を有する本発明のMCC:アルギン塩
酸バリヤー分散剤組成物が生成できる。MCC:アルギン酸
塩共処理スラリーの高剪断処理は、本発明のバリヤー分
散剤による微細なMCC粒子の有効な表面の被覆に好まし
かった。
本発明のバリヤー分散剤組成物の重要な利点は、コロ
イド状のMCC中の水が排除でき、容積当たり低い重量の
安定な非凝集MCC乾燥粉末粒子を生ずることである。
さらに、本発明の組成物は、周知のコロイド状MCC製
品により示されない或る機械的な性質例えばミルク系に
おける分散可能性、ミルクのゲル化並びに低いpH安定性
を有する。
その上、本発明は、MCC:アルギン酸塩組成物が天然の
源の物質として分類され、そのため食品及び医療品の用
途に規制当局により容易に許されうるという重要な利点
を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マッギンレイ， エマニュエル ジョセ フ アメリカ合衆国ペンシルベニア州 19067 モーリスビル キルビー ドラ イブ 57 (56)参考文献 米国特許3573058（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A23L 1/05 - 1/09

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくともバリヤー有効且つ分散剤有効の
    量のアルギン酸カルシウム／ナトリウム塩コンプレック
    スバリヤー分散剤により少なくとも部分的に被覆され
    た、摩擦された微結晶質セルロース（MCC）粒子を特徴
    とする水性媒体中に分散可能な乾燥組成物。
  2. 【請求項２】アルギン酸塩コンプレックスが、全組成物
    の重量の５−25重量％を占めることを特徴とする請求項
    １の組成物。
  3. 【請求項３】アルギン酸塩コンプレックスが、全組成物
    の重量の10−25重量％を示めることを特徴とする請求項
    ２の組成物。
  4. 【請求項４】アルギン酸塩コンプレックスが、全組成物
    の重量の10−20重量％を占めることを特徴とする請求項
    ３の組成物。
  5. 【請求項５】アルギン酸塩コンプレックス内のカルシウ
    ム：ナトリウムの重量比が、0.43−2.33:1であることを
    特徴とする請求項１の組成物。
  6. 【請求項６】アルギン酸塩コンプレックス内のカルシウ
    ム：ナトリウムの重量比が、１−2:1であることを特徴
    とする請求項５の組成物。
  7. 【請求項７】アルギン酸塩コンプレックス内のカルシウ
    ム：ナトリウムの重量比が、1.3−1.7:1であることを特
    徴とする請求項６の組成物。
  8. 【請求項８】アルギン酸塩コンプレックス内のカルシウ
    ム：ナトリウムの重量比が、1.5:1であることを特徴と
    する請求項７の組成物。
  9. 【請求項９】MCC及びアルギン酸塩コンプレックスの両
    者が、食品グレードであることを特徴とする請求項１の
    組成物。
  10. 【請求項１０】少なくともバリヤー有効且つ分散剤有効
    の量のアルギン酸塩コンプレックスにより少なくとも部
    分的に被覆された摩擦されたMCC粒子を含む乾燥組成物
    を製造する方法において、 （ａ）水及び摩擦された微結晶質セルロースの水性分散
    物を形成し、 （ｂ）MCC及びアルギン酸ナトリウム水性混合物を形成
    するのに有効な量でアルギン酸ナトリウムと分散剤とを
    混合し、 （ｃ）十分なアルギン酸塩コンプレックスがMCC粒子上
    に沈殿して、アルギン酸塩コンプレックスにより少なく
    とも部分的に被覆されるMCCのスラリーを与えるまで、
    カルシウムイオンをMCC及びアルギン酸ナトリウム水性
    混合物中へ導入することによりアルギン酸塩コンプレッ
    クスを形成し、 （ｄ）スラリーを高い剪断条件にかけ、 （ｅ）スラリーを乾燥して、アルギン酸塩コンプレック
    スバリヤー分散剤コーティングを有するMCC粒子を形成
    する ことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】カルシウムイオンが、カルシウム塩をMC
    C及びアルギン酸ナトリウム混合物へ添加することによ
    り導入されることを特徴とする請求項10の方法。
  12. 【請求項１２】カルシウムイオンが、水中で少なくとも
    或る程度へ解離し、そして食品の用途に承認されていな
    い残留物を残さない１種又はそれ以上のカルシウム塩で
    あることを特徴とする請求項11の方法。
  13. 【請求項１３】カルシウム塩は、１種又はそれ以上のカ
    ルシウム：酢酸塩、炭酸塩、塩化物、クエン酸塩、フッ
    化物、グルコン酸塩、水酸化物、ヨウ化物、乳酸塩；硫
    酸塩（二水和物）、及び酒石酸塩、並びに酸燐酸カルシ
    ウム、二燐酸カルシウム、燐酸カルシウム（一塩基）、
    燐酸二カルシウム二水和物、燐酸一カルシウム（無
    水）、燐酸一カルシウム（一水和物）、第一燐酸カルシ
    ウム及び燐酸三カルシウムを含むカルシウム／燐の塩で
    あることを特徴とする請求項12の方法。
  14. 【請求項１４】カルシウム塩は、１種又はそれ以上の塩
    化カルシウム、乳酸カルシウム、燐酸一カルシウム（無
    水）、及び燐酸一カルシウム（一水和物）であることを
    特徴とする請求項13の方法。
  15. 【請求項１５】カルシウム塩は、塩化カルシウムである
    ことを特徴とする請求項14の方法。
  16. 【請求項１６】アルギン酸塩コンプレックスが、0.43−
    2.33:1のカルシウム：ナトリウムの重量比を有するカル
    シウム：ナトリウムコンプレックスであることを特徴と
    する請求項10の方法。
  17. 【請求項１７】アルギン酸塩コンプレックスが、１−2:
    1のカルシウム：ナトリウムの重量比を有するカルシウ
    ム：ナトリウムコンプレックスであることを特徴とする
    請求項16の方法。
  18. 【請求項１８】アルギン酸塩コンプレックスが、1.3−
    1.7:1のカルシウム：ナトリウムの重量比を有するカル
    シウム：ナトリウムコンプレックスであることを特徴と
    する請求項16の方法。
  19. 【請求項１９】アルギン酸塩コンプレックスが、1.5:1
    のカルシウム：ナトリウムの重量比を有するカルシウ
    ム：ナトリウムコンプレックスであることを特徴とする
    請求項16の方法。
  20. 【請求項２０】アルギン酸塩コンプレックスバリヤー分
    散剤コーティングは、乾燥生成物の５−25重量％を占め
    ることを特徴とする請求項10の方法。
  21. 【請求項２１】アルギン酸塩コンプレックスバリヤー分
    散剤コーティングは、乾燥生成物の10−25重量％を占め
    ることを特徴とする請求項20の方法。
  22. 【請求項２２】アルギン酸塩コンプレックスバリヤー分
    散剤コーティングは、乾燥生成物の10−20重量％を占め
    ることを特徴とする請求項20の方法。
  23. 【請求項２３】ゲル形成に有効な量の請求項１の組成物
    を水と混合することを特徴とする水ゲルを形成する方
    法。
  24. 【請求項２４】ゲル形成に有効な量の請求項１の組成物
    をミルクと混合することを特徴とするミルクゲルを形成
    する方法。
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