JP3262917B2

JP3262917B2 - 微細セルロース及びその製法

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Publication number: JP3262917B2
Application number: JP24496793A
Authority: JP
Inventors: 義信南
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH07102073A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品、医薬品、化粧
品、塗料、セラミックス、樹脂、触媒、その他工業用品
等広い分野において、懸濁安定剤、乳化安定剤、増粘安
定剤、等の安定剤、組織付与剤、クラウディー剤、研磨
剤、食物繊維、油脂代替物等として利用可能な、滑らか
で高い粘性を有する微細セルロース及びその製法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりセルロースの微細化については
種々の方法が試みられている。例えば、特公昭６２−３
０２２０号公報には微結晶セルロース懸濁液を高圧用均
質化装置によって均質化する方法の開示があるが、充分
に微細化するためには何回も繰り返し処理を行う必要が
あり実用的な方法とは言えない。また、特開平３−１６
３１３５号公報には、積算体積５０％の粒径が０．３〜
６μｍの微粒化セルロース及びセルロース系素材を媒体
ミルによって微粒子化する方法の開示がある。

【０００３】しかしながら、この方法では高い粘性を有
する微細セルロースを得ることは困難である。また、こ
の方法では、６ｍｍ以下、通常は３ｍｍ以下の金属製、
セラミック製等の小粒径のビーズを強制撹拌させること
によってセルロース系素材の微粒化が行われるが、セル
ロース濃度を高めたり、微粒化の進行に伴う粘度の上昇
によってビーズの運動が制限され生産性が低下するとい
う問題がある。また、得られた微粒セルロースは、個々
の粒子の長径と短径の比即ちアスペクト比が大きく、こ
のため、滑らかさに欠ける。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、懸濁、分散、乳
化等の安定剤としては、ますます高い性能が要求され、
また、保形性付与剤、食物繊維素材、油脂代替物等にお
いては、ボディ感の付与と共にざらつきのない滑らかな
素材が求められている。しかしながら、従来の技術では
これらの要求を充分に満足する微細セルロースは得られ
ていない。

【０００５】本発明は、これらの課題を解決し食品、医
薬品、化粧品、工業用品等の広い分野にわたり利用可能
な高度の懸濁・分散・乳化等の安定剤、高度の保形性付
与剤、組織付与剤、クラウディー剤、油脂代替物等に用
いることが出来る微細セルロースを提供すると共に、実
用的に効率よく製造出来る微細セルロースの製法を提供
する事を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、これらの従
来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果
本発明に到達した。即ち、本発明は、積算体積５０％の
粒径が８μｍ以下であり、２重量％の水分散液の２０℃
における粘度が５０ｃｐｓ以上であることを特徴とする
微細セルロースに関するものである。更に、セルロース
系素材を超高圧ホモジナイザーと媒体ミルを併用して磨
砕することを特徴とする前記微細セルロースの製法に関
するものである。

【０００７】本発明の微細セルロースは、積算体積５０
％の粒径、即ち平均粒径が８μｍ以下であることが必要
である。平均粒径が８μｍを超えると粗大粒子の割合が
増加して、ざらつきが感じられるようになる。また、平
均粒径が８μｍを超えると、本発明の目的とする高粘度
の微細セルロースを得ることが出来ない。平均粒径の下
限は特に限定する必要はないが、実用的な生産性を達成
出来るのは平均粒径で０．３μｍ程度までである。

【０００８】本発明の効果をより高めるためには、積算
体積５０％の粒径は６μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の微細セルロースは、２重量％の水分散液
の２０℃における粘度を指標とした場合、５０ｃｐｓ以
上であることが必要である。この粘度が５０ｃｐｓ未満
では粘性が不足し、増粘安定剤、組織付与剤、油脂代替
物等の用途に用いる場合、充分な粘性やボディ感を付与
するためには高い添加量が必要となる。

【０００９】微細セルロースの粘度が極端に高過ぎる場
合は、製造時の磨砕濃度を高めることが出来ず、使用時
においても取扱いが難しくなり、また用途によっては、
添加量が制限される等の不都合が生じてくる。従って、
微細セルロースの好ましい粘度の範囲は５０〜５００ｃ
ｐｓである。また、本発明の微細セルロースは微細セル
ロースを構成する粒子の長径と短径の比、即ちアスペク
ト比が小さく丸みを帯びた粒子形状となっており、粒度
分布においては１μｍ以下の粒子の割合が増加してい
る。アスペクト比は３以下とすることが好ましく、１μ
ｍ以下の粒子の割合は微細化の進行と共に増加するが、
例えば平均粒径が４μｍ以下では１５％以上となる。

【００１０】また、本発明の微細セルロースは、キサン
タンガム、カラヤガム、カラギーナン、ペクチン、繊維
素グリコール酸ナトリウム等の水溶性のガム類、澱粉加
水分解物、デキストリン類等の親水性物質等を適宜配合
しても構わない。また、これらを２種以上添加配合して
もよい。これにより滑らかさ、安定性等の性能が向上す
る。

【００１１】これに対して、特公昭６２−３０２２０号
公報に記載されているような従来技術では、微結晶セル
ロースを高圧用均質化装置で繰り返し処理することで、
高粘度の微結晶セルロース懸濁液を得ているが、例え
ば、同公報の実施例１でえられているものは、５８０ｃ
ｐｓ（２重量％固形分濃度）もの高い粘度を示すもので
ある。この場合、粒度に関する記載はないが、実施例に
従って、微結晶セルロース「アビセル」〈登録商標〉Ｆ
Ｄ−１０１（旭化成工業（株）製）を用いて確認試験を
行った結果、８μｍ以下に微細化することは困難であっ
た。また、特開平３−１６３１３５号公報には、積算体
積５０％の粒径が０．３〜６μｍの微粒化セルロースが
開示されているが、この媒体ミルによる微粒化では５０
ｃｐｓ以上の粘度を有する微細化セルロースを得ること
は出来ない。また、微粒化セルロース粒子はその多くが
アスペクト比５〜１０であり、このため特有の刺激があ
る。

【００１２】以上の様に、本発明の微細セルロースは、
従来の技術では得られない微細化と高粘度化を達成する
と共に、粒子形状とその分布においてアスペクト比が小
さく、１μｍ以下の粒子の割合が増加しているという特
徴を有する。このため、増粘安定剤、組織付与剤、食物
繊維、油脂代替物等の用途においては、食感を改善し、
外観においても肌理の良い滑らかな組織を与え、低添加
量でソフトなゲル感を与えるボディ付与剤として効果を
発揮する。また、１μｍ以下の微粒子の割合が増加し
て、コロイダル特性が向上しているため、懸濁安定剤、
乳化安定剤、クラウディー剤等の用途において、長期安
定性等の性能の向上を図ることが可能となる。

【００１３】本発明の微細セルロースは、セルロース系
素材を超高圧ホモジナイザーと媒体ミルを併用して磨砕
することによって得られる。微細化に供されるセルロー
ス系素材としては、木材パルプ、精製リンター等のセル
ロース系素材を酸加水分解、アルカリ酸化分解、酵素分
解、スチームエクスプロージョン分解等により解重合処
理した後精製した平均重合度３０〜３７５の水湿セルロ
ース及びこれを乾燥したセルロースを用いることができ
る。また、パルプ等を鉱酸等により軽度に加水分解した
後粉砕したセルロースを用いることが出来る。

【００１４】また、セルロース系素材にキサンタンガ
ム、カラヤガム、カラギーナン、ペクチン、繊維素グリ
コール酸ナトリウム等の水溶性のガム類、澱粉加水分解
物、デキストリン類等の親水性物質等を適宜配合するこ
とができる。これらの水溶性のガム類、親水性物質は磨
砕後の微細セルロースに添加配合してもよい。超高圧ホ
モジナイザーとは加速された高流速によるせん断力、急
激な圧力降下（キャビテーション）および高流速の粒子
同士が微細オリフィス内で対面衝突することによる衝撃
力によって磨砕を行う装置であり、この場合の圧力は約
６００Ｋｇ／ｃｍ²以上が好ましい。市販されている装
置としては、ナノマイザー（ナノマイザー株式会社
製）、マイクロフルイダイザー（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ
ｉｃｓ社製）等を用いることが出来る。

【００１５】媒体ミルは湿式振動ミル、湿式遊星振動ミ
ル、湿式ボールミル、湿式ロールミル、湿式コボールミ
ル、湿式ビーズミル、湿式ペイントシェーカー等であ
る。これらの中で例えば湿式ビーズミルとは、金属製、
セラミック製等の媒体を容器に内蔵し、これを強制撹拌
することによって湿式磨砕する装置であるが、例えば市
販されている装置としては、アペックスミル（コトブキ
技研工業株式会社製）、パールミル（アシザワ株式会社
製）、ダイノーミル（株式会社シンマルエンタープライ
ゼス製）等を用いることが出来る。

【００１６】本発明の製法は、超高圧ホモジナイザーと
媒体ミルを併用してセルロース系素材を微細化するもの
である。媒体ミルを単独で用いた場合、平均粒径を低下
させることには効果があるが、粘度の低いものしか得ら
れず、実用的な磨砕濃度は固形分で概ね１３％が限界で
ある。これに対して超高圧ホモジナイザーは媒体ミルに
比べて積算体積５０％の粒径、即ち平均粒径を低下させ
る効果はやや低いが、得られる微細セルロースの特性に
ついては１μｍ以下の粒子の割合が高く、丸みを帯びた
アスペクト比の小さい粒子形状のものが得られ、粘度の
高いものが得られるという特徴がある。また、実用的な
磨砕濃度は固形分で概ね２０％まで可能である。本発明
の微細セルロースは超高圧ホモジナイザーと媒体ミルと
併用することによって得られ、それぞれの装置の特徴を
生かすことが出来る。

【００１７】特に、予め媒体ミルで磨砕処理したセルロ
ース系素材は超高圧ホモジナイザーでの磨砕性が著しく
高まり併用効果があることを見出した。粘性が高く、し
かもより平均粒径が小さい微細セルロースを、実用的に
効率よく製造するためにはこの方式が好ましい。また、
微細セルロースの粘性は磨砕時の固形分濃度によって調
整出来ることが見出された。即ち、磨砕時の固形分濃度
を低くすることによって、より高い粘度の微細セルロー
スを得ることが出来る。

【００１８】更に、媒体ミルと超高圧ホモジナイザーを
効果的に併用することによって、本発明の範囲において
微細セルロースの粘度を調整することが可能である。粘
度の高い微細セルロースを得るためには、例えば、１パ
ス目の粉砕に媒体ミルを用い、２パス目以後に超高圧ホ
モジナイザーを用いるのが良い。また、粘度の低い微細
セルロースを得るためには、例えば、１パス目に超高圧
ホモジナイザーを用い、２パス目以後に媒体ミルを用い
るのが良い。いずれの場合も１μｍ以下の粒子の割合が
高く、アスペクト比の小さい滑らかな微細セルロースが
得られる。

【００１９】併用方式において、前後の装置の選定およ
びパス回数をそれぞれ何回に設定するかは、磨砕時の固
形分濃度や目的とする微細セルロースの粒子径、粘度及
び経済性等の観点から任意に決定することが出来る。ま
た、磨砕においては熱水を用いることも効果的である。
本発明における磨砕時の水に分散した固形分濃度は２〜
２０％、好ましくは５〜１５％である。得られた微細セ
ルロースはそのまま、もしくは水系の媒体で適宜希釈、
分散して用いることが出来る。

【００２０】以上の、本発明の微細セルロースは、積算
体積５０％の粒径が８μｍ以下であり、２重量％の水分
散液の２０℃における粘度が５０ｃｐｓ以上である特徴
を有する。これにより、食品、医薬品、化粧品、工業用
品等の分野において懸濁安定剤、乳化安定剤、増粘安定
剤等の安定剤、組織付与剤、クラウディー剤、研磨剤、
食物繊維、油脂代替物等として利用出来、食感や外観の
肌理、安定性等が向上した製品を得ることが可能とな
る。

【００２１】また、本発明の超高圧ホモジナイザーと媒
体ミルを併用する製法によれば、セルロース系素材を実
用的な少ないパス回数で微細化することが可能となる。
なお、粒度の測定は、ＨＯＲＩＢＡレーザー回折式粒度
分布測定装置（ＬＡ−５００型、株式会社堀場製作所
製）を用い、粘度はＢ型粘度計を用い、２重量％水分散
液の、６０ｒｐｍにおける粘度を測定した。

【００２２】

【実施例】次に、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明する。

【００２３】

【実施例１】市販ＤＰパルプを細断後、１０％塩酸中で
１０５℃、２０分間加水分解して得られた酸不溶性残渣
をろ過、洗浄、精製した後、固形分１０％のセルロース
分散液を調製した。このセルロース分散液を媒体撹拌湿
式粉砕装置（コトブキ技研工業株式会社製アペックスミ
ル、ＡＭ−１型）で、媒体として直径１ｍｍφのジルコ
ニアビーズを用いて、撹拌翼回転数１８００ｒｐｍ、セ
ルロース分散液の供給量０．４ｌ／ｍｉｎの条件で１回
通過で粉砕処理を行いペースト状のセルロースを得た
（１パス目）。このペースト状のセルロースを高圧破
砕装置（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ社製マイクロフル
イダイザーＭ−１１０Ｙ）で１２００Ｋｇ／ｃｍ²の条
件で２回通過して微細セルロースを得た（２〜３パス
目）。この微細セルロースの積算体積５０％の粒径、粘
度を表１に示す。

【００２４】

【実施例２】原料として実施例１で得られた固形分１０
％のセルロース分散液を高圧破砕装置（Ｍｉｃｒｏｆｌ
ｕｉｄｉｃｓ社製マイクロフルイダイザーＭ−６１０）
で１２００Ｋｇ／ｃｍ²の条件で１回通過して微細セル
ロースを得た（１パス目）。この微細セルロース分散液
を媒体撹拌湿式粉砕装置（コトブキ技研工業株式会社製
アペックスミル、ＡＭ−１型）で、媒体として直径１ｍ
ｍφのジルコニアビーズを用いて、撹拌翼回転数１８０
０ｒｐｍ、セルロース分散液の供給量０．４ｌ／ｍｉｎ
の条件で２回通過で粉砕処理を行い微細セルロースを得
た（２〜３パス目）。この微細セルロースの積算体積５
０％の粒径、粘度を表１に示す。

【００２５】

【実施例３】市販ＤＰパルプを加水分解して、固形分６
％のセルロース分散液とした他は、実施例１と同様にし
て微細セルロースを得た。この微細セルロースの積算体
積５０％の粒径、粘度を表１に示す。

【００２６】

【比較例１】原料として実施例１で得られた固形分１０
％のセルロース分散液を媒体撹拌湿式粉砕装置（コトブ
キ技研工業株式会社製アペックスミル、ＡＭ−１型）
で、媒体として直径１ｍｍφのジルコニアビーズを用い
て、撹拌翼回転数１８００ｒｐｍ、セルロース分散液の
供給量０．４ｌ／ｍｉｎの条件で３回通過で粉砕処理を
行いペースト状のセルロースを得た。このセルロースの
積算体積５０％の粒径、粘度を表１に示す。

【００２７】

【比較例２】原料として実施例１で得られた固形分１０
％のセルロース分散液を高圧用均質化装置（ゴーリンホ
モジナイザー：１５Ｍ−８ＴＡ）を用いて５６０Ｋｇ／
ｃｍ ²の条件で３回通過で均質化処理を行いペースト状
のセルロースを得た。このセルロースの積算体積５０％
の粒径、粘度を表１に示す。

【００２８】

【試験例１】ほぼ同じ粒径を示す実施例１及び比較例１
の２パス目のサンプルについて、ＨＯＲＩＢＡレーザー
回折式粒度分布測定装置（ＬＡ−７００型、株式会社堀
場製作所製）を用いて、１μｍ以下の粒子の割合を求め
た。その結果、実施例１の２パス品は２９％、比較例１
の２パス品は１５％であり、本発明の微細セルロースは
１μｍ以下の粒子の割合が著しく増大していることが判
る。

【００２９】

【試験例２】粒子の形状を顕微鏡によって観察した結
果、実施例１〜３のサンプルは丸みのある形状を示す。
これに対して比較例１のサンプルは細長い形状を示す。
また、比較例２のサンプルはやや丸みがあるが粗大な粒
子である。これらのサンプルについて口中及び指による
官能テストを行った結果、本発明の微細セルロースはざ
らつきのない滑らかなものであった。これに対して比較
例１、比較例２のサンプルは肌理が粗く、ざらつきが感
じられ、粒子形状の観察結果と一致した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】本発明の微細セルロースは高い粘性を有
し、１μｍ以下の粒子の割合が著しく増大したものであ
り、粒子形状においては丸みのあるアスペクト比の小さ
いものとなっている。このため、懸濁安定性や乳化性等
の安定剤としての性能が著しく向上し、かつ、ざらつき
のない滑らかな組織を与える。このため本発明の微細セ
ルロースは、食品、医薬品、化粧品、塗料、セラミック
ス、樹脂、工業品等における懸濁安定剤、乳化安定剤、
増粘安定剤、クラウディー剤等均一な分散性及びその長
期な安定性が求められる分野において効果を発揮する。
更に、保形性付与剤、食物繊維素材、油脂代替物等ボデ
ィ感の付与と共にざらつきのない滑らかな組織が求めら
れる分野において効果を発揮すると共にその使用範囲を
拡大することが可能となる。

【００３２】例えば、食品分野における例を挙げれば、
ココア飲料、ジュース飲料、抹茶飲料、しる粉飲料等の
嗜好飲料、ミルクココア、ミルクコーヒー、乳酸菌飲
料、豆乳等の乳性飲料、アイスクリーム、ソフトクリー
ム、シャーベット等の氷菓類、プリン、ゼリー、ジャ
ム、水羊かん等のゲル状食品、ミルクセーキ、コーヒー
ホワイトナー、ホイップクリーム、マヨネーズ、ドレッ
シング類、スプレッド類、タレ、スープ、練りがらし、
フラワーペースト、調理缶詰、スプレッド、経管流動
食、練りがらし、パン・ケーキ用フィリング・トッピン
グ、あん製品、ホンザント、水産練製品、パン・ケーキ
類、和菓子、麺類、パスタ類、冷凍生地等、粉末油脂、
粉末香料、粉末スープ、粉末スパイス、クリームパウダ
ー等、において懸濁安定剤、乳化安定剤、増粘安定剤、
泡安定剤、クラウディー剤、組織付与剤、流動性改善
剤、保形剤、離水防止剤、生地改質剤、粉末化基剤とし
て使用でき、更に上記食品全般における食物繊維基剤、
油脂代替等の低カロリー化基剤等の用法がある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】積算体積５０％の粒径が８μｍ以下であ
り、２重量％の水分散液の２０℃における粘度が５０ｃ
ｐｓ以上であることを特徴とする微細セルロース。
【請求項２】セルロース系素材を超高圧ホモジナイザ
ーと媒体ミルを併用して磨砕することを特徴とする請求
項１記載の微細セルロースの製法。