JP4449028B2

JP4449028B2 - 低分子化キトサンの製造方法

Info

Publication number: JP4449028B2
Application number: JP2003079026A
Authority: JP
Inventors: 由一浅尾
Original assignee: 有限会社グリーン化学
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP2004250649A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬品、化粧品、食品添加剤、農園芸用肥料、バイオ農薬などの用途に極めて好適な低分子化キトサンの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
キトサンの製造方法として、従来より種々のものが知られており、例えば特公昭５６−３３４０１号公報には高分子量のキトサンを過酸化水素で処理する方法が、また特開昭６１−４０３０３号公報には高分子量のキトサンを過ほう酸ナトリウムで処理する方法が開示されている。しかしながらこれらの製造方法では、キトサンの水分散液に任意量の過酸化水素或いは過ほう酸ナトリウムを加えて低分子化反応を行った後、低分子化キトサンを分離、洗浄、乾燥する工程が必要になりその結果、歩留まりの低下は避けられず工業的には非常に高価となる。また、これらの製造方法では水溶性の低分子化キトサンを得ることができないという難点を有する。
一方、本発明者はキトサンの水分散液にアスコルビン酸を添加してキトサンを溶解させ、得られるキトサンのアスコルビン酸塩水溶液を２０〜１２０℃の温度で処理する事により水溶性の低分子量キトサンを製造する方法を提案した（特開昭６３−６３７０１）。この方法は１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で５〜１５ｍＰａ・ｓの範囲でアルカリ性領域でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサンを工業的に有利に得ることができるという点で満足すべきものであるが、キトサンの低分子化が進む事により１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で１５〜１００ｍＰａ・ｓの範囲で任意の粘度を有する経日粘度変化の少ない低分子量キトサン水溶液が工業的に安価で得られないという問題点があった
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の有する欠点を克服し、キトサンを低分子化し、１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で１５〜１００ｍＰａ・ｓの範囲で任意の粘度を有する経日粘度変化の少ない低分子量キトサン水溶液および１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で５〜１５ｍＰａ・ｓ、しかもアルカリ性領域でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサンを工業的に有利に製造する方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべき検討した結果、キトサンの水分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理することにより上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明の方法による低分子化機構を調べた結果、キトサンの溶解と共にキトサンの低分子化が始まりキトサンの溶解が終了した時点で粘度が大きく下がることを見出し、この現象を利用する事によって高濃度キトサン水溶液を工業的に容易かつ安価に製造できることが判った。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低分子化キトサンの製造法に関して、詳しく説明する。
本発明において原料と使用されるキトサンは従来公知のものが適用でき、例えば市販されているキチンまたは天然に存在するキチンを常法により脱アセチル化して得られるキトサン等が挙げられる。後者の例として、たとえば、カニ殻を脱灰、脱タンパクして得られるキチンを、濃度３０〜５０％の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、５０〜１３０℃で反応させた後、アルカリを除去し次いで水洗乾燥して得られたフレーク状、又はさらに粉砕工程を経た粉末状の乾燥物がある。
また、原料キトサンは脱アセチル化率が７０％未満のものでは溶解性に乏しい事から少なくとも脱アセチル化率が７０％以上のものを用いることが望ましい。
また、本発明においては鉱酸，酸化剤、または亜硝酸塩などを作用させて得られる低分子量のキトサンを原料として用いることもできる。原料として低分子量キトサンを用いる場合は１％酢酸水溶液中に１％濃度で溶解したキトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で５〜１００ｍＰａ・ｓ、好ましくは７〜５０ｍＰａ・ｓの低分子量キトサンが使用される。
【０００６】
本発明において処理剤として使用されるアスコルビン酸はＬ−アスコルビン酸およびイソアスコルビン酸である。このアスコルビン酸の使用形態は、特に制約されないが、粉末あるいは水溶液として用いることが好ましい。
【０００７】
本発明においてアスコルビン酸と併用して使用される有機酸は水溶性の有機酸でその例として酢酸、ヒドロキシ酢酸、乳酸、クエン酸、グルコン酸、リンゴ酸などが挙げられる。
【０００８】
本発明において低分子量キトサンを得るにはまず、前記した如きキトサンを水に分散させ、ついで得られるキトサンの水分散液を２０〜８０℃に加熱し、次いでアスコルビン酸の粉末又はアスコルビン酸の水溶液と有機酸を添加し、攪拌することによってキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を形成させる。
この塩形成工程における水分散液中のキトサン濃度は使用するキトサンの種類によって決まり１％酢酸水溶液中に１％濃度で溶解したキトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で１００ｍＰａ・ｓ未満の場合は１．０〜１０重量％、１００ｍＰａ・ｓを超える場合は０．５〜３重量％の範囲とするのが良い。
【０００９】
本発明においてアスコルビン酸と有機酸の添加量は原料キトサンを溶解させるのに必要な量で十分であり、添加するアスコルビン酸と有機酸のトータルモル数がキトサンのアミノ基に対して０．８０〜２．７倍モル、好ましくは０．９〜２．３倍モルで使用される。アスコルビン酸と有機酸のトータル添加量が０．８倍モル未満ではキトサンの溶解性が低下するので好ましくない
【００１０】
更に、本発明においてはアスコルビン酸と有機酸の使用割合が規定される。
即ち、アスコルビン酸と有機酸のモル比に基づいてアスコルビン酸／有機酸＝０．００５／１．０〜１．２／１．０好ましくは０．０１／１〜１．０／１．０とするのが良い。アスコルビン酸と有機酸のモル比率が０．００５／１．０以下或いは１．２／１．０を超えるとキトサンの低分子化反応が緩慢になることから好ましくない。
【００１１】
次に本発明はこのキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を１０〜１２０℃、好ましくは２０〜８０℃の温度で１〜１０時間、攪拌して低分子化反応を行う。温度が１０℃以下では低分子化反応が緩慢となり、また温度が１２０℃を超えるとアスコルビン酸の分解を生じるので好ましくない。更に、必要に応じてこのキトサン水溶液を室温〜５０℃で５〜６０日間放置し低分子化する事によって任意の粘度を有する低分子化キトサン水溶液、或いはアルカリ性でもキトサンが不溶化してこない水溶性低分子化キトサを得る事ができる。
【００１２】
反応終了後、１％キトサン水溶液の粘度がＢ型粘度計で１５〜１００ｍＰａ・ｓの範囲である低分子化キトサン水溶液を得る事を目的とする場合は、キトサン水溶液の経日粘度低下を抑える為に一種類或いは二種類以上の有機酸を添加することが望まれる。有機酸としてはヒドロキシ酢酸、酢酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸などの水溶性有機酸が挙げられる。有機酸の添加量は低分子化後のキトサン水溶液に対して１〜１５重量％、好ましくは２〜１０重量％である。
【００１３】
また、反応終了後１％キトサン水溶液の粘度がＢ型粘度計で５〜１５ｍＰａ・ｓ、アルカリ性領域でもキトサンが不溶化しない水溶性低分子化キトサンを得る事を目的とする場合は、反応液のＰＨを中和すれば良い。更に、本発明においては、この水溶性低分子化キトサン水溶液を目的に応じて乾燥するか、または、イオン交換膜、半透膜よりアスコルビン酸ナトリウム、有機酸ナトリウムなどの低分子化合物を除去するか、または、更に乾燥することによって粉末状の水溶性低分子化キトサンとすることもできる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例、比較例を示すことによって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
実施例１
キトサン（純分９２％、脱アセチル化度８８モル％、１％酢酸水溶液に１％キトサン濃度で溶解させた２５℃、Ｂ型粘度計での粘度７００ｍＰａ・ｓ）２５１ｇを水１９．４５ｋｇに分散させ３０℃に加熱したのち、Ｌ−アスコルビン酸８４．０ｇ、７０％ヒドロキシ酢酸１２１．５ｇを添加し３０〜４０℃の温度で５時間攪拌した。Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンのアミノ基に対して１．４８倍モル、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／ヒドロキシ酢酸＝０．４３／１．０であった。次にこのキトサン水溶液を室温で２週間放置したのち９０％乳酸１．６ｋｇ、クエン酸−水和物１．６ｋｇを添加溶解して１％のキトサン有機酸水溶液を調製した。この水溶液の粘度は２５℃、Ｂ型粘度計で３０ｍＰａ・ｓ、室温で３ヶ月間放置した後の粘度は同条件で２８ｍＰａ・ｓと殆ど粘度変化は見られなかった。
【００１５】
実施例２
実施例１と同様のキトサン２５１ｇを水１９．４５ｋｇに分散させ４０℃に加熱した後、Ｌ−アスコルビン酸１９．３４ｇ、クエン酸−水和物２０７．６７ｇを添加し４０〜６０℃で７時間攪拌して低分子化反応を行った。Ｌ−アスコルビン酸とクエン酸のトータル使用量はキトサンのアミノ基に対して１倍モル、Ｌ−アスコルビン酸とクエン酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／クエン酸＝０．１０／１．０であった。反応後、７０％ヒドロキシ酢酸３．１７ｋｇを添加混合して１％のキトサン有機酸水溶液を調製した。この水溶液の粘度は２５℃、Ｂ型粘度計で５０ｍＰａ・ｓ、室温で３ヶ月間放置後の粘度は同条件で４８ｍＰａ・ｓと殆ど粘度変化は見られなかった。
【００１６】
実施例３
株式会社共和テクノス製低分子化キトサン（製品名；フローナックＣ、純分９４．５％、脱アセチル化度９０モル％、１％酢酸水溶液に１％キトサン濃度で溶解させた２５℃、Ｂ型粘度計での粘度１０ｍＰａ・ｓ）１．４６ｋｇを水１６．９８ｋｇに分散させ６０℃に加熱した後Ｌ−アスコルビン酸１００ｇ、７０％ヒドロキシ酢酸１．４８ｋｇを添加し５０〜６０℃で６時間攪拌して低粘度化を行った。キトサン濃度は６．９％、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して２．１倍モル、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／ヒドロキシ酢酸＝０．０４／１．０であった。次に、水１．６ｋｇ、酢酸、Ｄ，Ｌ−リンゴ酸、９０％乳酸、クエン酸−水和物それぞれ３５０ｇを添加溶解して６．０％のキトサン水溶液を得た。この水溶液の２５℃、Ｂ型粘度計での粘度は２０００ｍＰａ・ｓで、室温で３ヶ月間放置したあとの粘度は同条件で１９８０ｍＰａ・ｓと殆ど粘度変化は見られなかった。
【００１７】
比較例１
実施例３で使用した株式会社共和テクノス製キトサン１４６ｇを水１．７ｋｇに分散させ６０℃に加熱した後７０％ヒドロキシ酢酸１４８ｇを添加攪拌したがキトサンの溶解と共に増粘、その結果、撹拌が不可能となり高粘度キトサン水溶液（キトサン濃度６．９％）を調製することはできなかった。
実施例３と比較例１から本発明の方法は高濃度キトサン水溶液の製造に優れている事が判る。
【００１８】
実施例４
実施例１と同様のキトサン５．３８ｇを純水４８９．８２ｇに分散させ３０℃に加熱した後Ｌ−アスコルビン酸２．９０ｇ、７０％ヒドロキシ酢酸１．９０ｇを添加し２５〜３５℃で２時間攪拌した。キトサン濃度は１％、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して１．４３倍モル、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／ヒドロキシ酢酸＝０．９４／１．０であった。次に、このキトサン水溶液を４０℃の恒温槽に放置したところ１８日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は２５℃、Ｂ型粘度計で８ｍＰａ・ｓであった。
【００１９】
実施例５
実施例１と同様のキトサン５．３８ｇを純水４９０．２７ｇに分散させ３０℃に加熱した後Ｌ−アスコルビン酸１．７５ｇ、７０％ヒドロキシ酢酸２．６０ｇ添加し２５〜３５℃で２時間攪拌した。キトサン濃度は１％、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して１．４４倍モル、Ｌ−アスコルビン酸とヒドロキシ酢酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／ヒドロキシ酢酸＝０．４１／１．０であった。次に、このキトサン水溶液を４０℃の恒温槽に放置したところ１４日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は２５℃、Ｂ型粘度計で８ｍＰａ・ｓであった。
【００２０】
実施例６
実施例１と同様のキトサン５．３８ｇを純水４８３．８７ｇに分散させ３０℃に加熱した後Ｌ−アスコルビン酸１．７５ｇ、９０％乳酸３．９６ｇを添加し２５〜３５℃で２時間攪拌した。キトサン濃度は１％、Ｌ−アスコルビン酸と乳酸のトータル使用量はキトサンアミノ基に対して２．１２倍モル、Ｌ−アスコルビン酸と乳酸の使用割合はモル比率でＬ−アスコルビン酸／乳酸＝０．２５／１．０であった。次に、このキトサン水溶液を４０℃の恒温槽に放置したところ１０日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は２５℃、Ｂ型粘度計で７ｍＰａ・ｓであった
【００２１】
比較例２
実施例１と同様のキトサン５．３８ｇを純水４８７．６３ｇに分散させ３０℃に加熱した後Ｌ−アスコルビン酸６．９９ｇを添加し２５〜３５℃で２時間攪拌してキトサンを溶解させた。キトサン濃度は１％、Ｌ−アスコルビン酸の使用量はキトサンのアミノ基に対して１．７倍モルであった。このキトサン水溶液を４０℃の恒温槽に放置したところ４０日後にアルカリ性領域でもキトサンの不溶化が見られない水溶性低分子化キトサンが得られた。また、このキトサン水溶液の粘度は２５℃，Ｂ型粘度計で９ｍＰａ・ｓであった。
実施例４，５、６及び比較例２からキトサン分散液をアスコルビン酸単独で処理する従来技術よりキトサン分散液をアスコルビン酸と有機酸で処理する本発明の方法がキトサンの低分子化速度が大きく短期間で水溶性低分子化キトサンが得られる点で優れていることが判る。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、キトサンの水分散液にアスコルビン酸と有機酸を添加してキトサンを溶解させ、得られるキトサンのアスコルビン酸、有機酸塩水溶液を加温処理するか、或いは更に、必要に応じて室温〜５０℃で放置する方法を採用した事から
▲１▼１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で１５〜１００ｍＰａ・ｓの範囲で任意の粘度を有する低分子量キトサンを容易かつ高収率でしかも工業的に極めて簡単な方法で製造する事ができる、
▲２▼従来来技術では容易に得られなかった３〜１０％の高濃度キトサン水溶液を容易かつ高収率でしかも極めて簡単な方法で製造する事がきる、
▲３▼１％キトサン水溶液の２５℃での粘度がＢ型粘度計で５〜１５ｍＰａ・ｓ、しかもアルカリ性領域においてもキトサンが不溶化しない水溶性低分子化キトサンを従来技術と比較して短時間で、容易かつ高収率で製造することができる、
など工業的に極めて有利な製造方法ということができる。
従って、本発明の方法で得られる低分子化キトサンは医薬品、化粧品などのファインケミカルズ分野で有用であるが、特に、低分子化後、得られるキトサン水溶液を１００〜２０００倍に水で希釈し葉面或いは土壌散布する事によって植物の成長促進、植物および土壌の病原菌発生抑制を狙った農園芸用資材として有効である。

Claims

キトサンの水分散液を、（Ａ）アスコルビン酸、及び（Ｂ）酢酸、ヒドロキシ酢酸、乳酸、クエン酸、グルコン酸又はリンゴ酸で処理すること（ただし、モル比で、（Ａ）／（Ｂ）＝０．００５／１．０〜１．２／１．０であり、キトサンのアミノ基に対して（Ａ）＋（Ｂ）が０．８０〜２．７倍モルである）により低分子量キトサンを得ることを特徴とする低分子キトサンの製造方法。