JP6653311B2 - 分散剤、該分散剤を含む組成物、及び、該分散剤の製造方法 - Google Patents
分散剤、該分散剤を含む組成物、及び、該分散剤の製造方法 Download PDFInfo
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Description
なお、後述する乾燥工程を経ない、水に分散した状態の分散剤における繊維化パラミロンの水中沈定体積は、通常、70mL/g以上200mL/g以下である。一方、後述する乾燥工程を経て、いったん固形物の状態になった分散剤における繊維化パラミロンの水中沈定体積は、通常、35mL/g以上200mL/g以下である。後者の繊維化パラミロンの水中沈定体積は、固形物となった分散剤における繊維化パラミロンを水に加え、スターラー等を利用して撹拌して再分散した繊維化パラミロンを用いて測定される。水中沈定体積の測定方法については、実施例で詳細に説明する。
上記の分散剤に含まれる繊維化パラミロンの水中沈定体積が上記の数値範囲であることにより、上記の繊維化パラミロンは、水などの溶液を網目構造中に十分に保持することができる。
なお、パラミロン顆粒に上記の解繊処理を施す前に、パラミロン顆粒に化学的な処理を施してもよい。この化学的な処理においては、パラミロン顆粒が完全溶解しない条件での処理(例えば0.25M NaOH水溶液による処理)をおこなうことができ、続いて、塩酸水溶液による中和処理を行うことができる。
本実施形態の分散剤の製造方法は、固形物の分散剤を製造するために、せん断工程で得られた分散剤に乾燥処理を施す乾燥処理工程と、乾燥処理が施された分散剤に粉砕処理を施して、固形物の状態の分散剤を得る粉砕処理工程と、をさらに備える。
さらに、乾燥処理工程にて液状の分散剤を乾燥処理し、続いて、粉砕処理工程にて粉砕処理することによって、固形物の状態となった分散剤を製造する。
上記のごとく製造された分散剤は、アルカリや酸を用いた化学的な処理を行わなくても、物理的な処理によって、比較的簡便に製造することができる。本実施形態の上記分散剤は、化学処理のみによって繊維化されたパラミロンを含まず、せん断力などによる物理的な処理によって繊維化された繊維化パラミロンを含む。なお、せん断工程は、通常、水の存在下で行うが、水以外の溶媒の存在下で行ってもよい。
上記の装置として、市販されているものが採用され得る。市販されている斯かる装置としては、例えば、増幸産業社製の石臼式摩砕機 製品名「スーパーマスコロイダー」等が挙げられる。
斯かる装置として市販されているものを用いることができる。市販されている斯かる装置としては、例えば、スギノマシン社製の「スターバースト」、みずほ工業社製の「マイクロフルイダイザー」等が挙げられる。
前記Euglena gracilisとしては、例えば、Euglena gracilis NIES-48やEuglena gracilis EOD-1(後述する独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設における保管株)などが挙げられる。
上述したスーパーマスコロイダーを用いてせん断工程を行う場合、第1部材Y1及び第2部材Y2の回転数としては、例えば500〜3000rpm、より好ましくは1000〜2500rpmが採用される。また、第1部材及び第2部材(例えば砥石)の隙間は、特に制限されないが、スーパーマスコロイダーを利用する場合、砥石同士が軽接する隙間の状態を基準として(砥石の先端同士がわずかに接触した状態を基準として)、例えば−10μm〜−800μm、好ましくは−50μm〜−500μmである。
被分散物を混合するときに、水含有溶媒が、水以外の1価アルコールや多価アルコールなどの水溶性有機溶媒を含んでもよい。1価アルコールとしては、例えばエタノール等が挙げられ、多価アルコールとしては、例えばグリセリン等が挙げられる。
水を含む分散剤に被分散物を加えて混合し、水に被分散物を分散させた後に、上記の水溶性有機溶媒をさらに加えて、組成物を製造してもよい。
また、一般の分散剤、組成物において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
培養後のユーグレナ属微細藻類が細胞内に貯めたパラミロン顆粒を単離した。単離したパラミロンの濃度が5質量%となるように、パラミロン顆粒と水とを混合して、パラミロン顆粒を含む原材料液を調製した。
図1に示すような装置(具体的には、増幸産業社製の石臼式摩砕機 製品名「スーパーマスコロイダー」)を用いて、第1部材(砥石)と第2部材(砥石)との間に原材料液を入れて、第1部材と第2部材とを互いに摺動させることによって、パラミロン顆粒にせん断力を加え、パラミロン顆粒を繊維化し、繊維化パラミロンを含む液状の分散剤(スラリー)を製造した。
分散剤の製造において、上記の石臼式摩砕機を用いたせん断工程における湿式解繊処理は、下記条件にて行った。
(解繊処理)
・グラインダー種類:MKGCタイプ
・クリアランス(砥石の隙間): −100μm
・砥石回転数 : 1200 rpm
石臼式摩砕機で得られるスラリーを回収し、回収したスラリーに再度解繊処理を施す操作を同様にして合計20回繰り返すこと(20パス)によって、繊維化パラミロンを含むスラリーを得た。
上述した解繊処理の繰り返し回数を20回(20パス)でなく、10回(10パス)に変更した点以外は、実施例1と同様にして、繊維化パラミロンを含むスラリー状の分散剤(液状の分散剤)を製造した。
上述した解繊処理の繰り返し回数を20回(20パス)でなく、5回(5パス)に変更した点以外は、実施例1と同様にして、繊維化パラミロンを含むスラリー状の分散剤(液状の分散剤)を製造した。
上述した解繊処理の繰り返し回数を20回(20パス)でなく、15回(15パス)に変更した点以外は、実施例1と同様にして、繊維化パラミロンを含むスラリー状の分散剤(液状の分散剤)を製造した。
実施例1で用いたパラミロン顆粒に対して、ビーズミルによってせん断力を加え、パラミロン顆粒を繊維化し、繊維化パラミロンを含むスラリー(液状の分散剤)を製造した。ビーズミルによる解繊処理は、サブミクロン粉砕に使用される一般的な運転条件でおこなった。パラミロン顆粒を10質量%含む原材料液に対してビーズミルによる解繊処理をおこなった。実施例5における繊維化パラミロンを走査型電子顕微鏡で観察した観察像を図7に示す。図7から把握されるように、実施例5の分散剤における繊維化パラミロンの形状は、実施例1の繊維化パラミロンの形状と同様であった。
繊維化パラミロンを含有する実施例1の分散剤と、油分と、水とを混合することによって、水に油分が分散された組成物を調製した。評価方法の詳細は、下記の通りである。
油分:ナタネ油及び大豆油を含む植物油
水と油分との比:1対1[質量比]
組成物における繊維化パラミロンの濃度[質量%]:
0.25/0.5/1.0/1.5
繊維化パラミロンの濃度が上記に示す濃度となるように、ボルテックスミキサーによって、分散剤と油分と水とを試験管内で混合し、均一な分散液(組成物)を調製した。その後、試験管を室温で静置し、所定時間が経過(24時間まで)した後に、下側に分離した水相の高さを測定した。液全体の高さに対する、水相の高さの割合を求め、斯かる割合を分散安定性の指標とした。斯かる割合が低いほど、分散安定性に優れていることとなる。1条件につき6回の測定を行い、平均値によって分散安定性を評価した。
なお、上記分散剤の比較対象物として、下記のものを用いた。
・卵由来レシチン
・大豆由来サポニン
・繊維化される前の粒状パラミロン(パラミロン顆粒)
・繊維状セルロースの水分散液(スラリー)
(スギノマシン社製 製品名「BiNFi−s WMa−10002」)
0.5質量%以上の濃度で繊維化パラミロンを含む組成物では、24時間静置した後でも、相分離が観察されず、高い分散(乳化)安定性が示された。0.5〜1.5質量%の濃度で繊維化パラミロンを含む組成物は、0.25質量%の濃度で繊維化パラミロンを含む組成物よりも、分散(乳化)安定性が良好であった。一方で、同濃度(0.25質量%)であれば、繊維化パラミロンを含む組成物の方が、繊維状セルロースを含む組成物よりも、分散(乳化)安定性が高かった。
繊維化パラミロンを含む組成物は、レシチンやサポニンを含む組成物よりも、分散(乳化)安定性が高かった。
実施例1において解繊処理を行う前のパラミロン顆粒を用いた。なお、以後、単に「PM顆粒」ともいう。
実施例1においてせん断工程を行う前のパラミロン顆粒を準備した。このパラミロン顆粒を特開2011−184592号公報に記載の方法を用いて化学的に処理した。具体的には、パラミロン顆粒を1M NaOH水溶液に溶解させ、溶解後に、塩酸水溶液を加えることにより、中和処理を行った。中和処理によってゲル状物が生じた。遠心分離による分離処理によって得られた上澄み液を除去し、固形分を得た。固形分は、中和処理による塩(NaCl)を含んでいるため、得られた固形分に対して、多量の水を加えて、固形分を分散させてゲル状物を生じさせ、同様に遠心分離で分離処理を行うことにより、ゲル状物に含まれる塩類の除去処理を行った。塩類の除去処理を、ゲル状物に含まれるNaCl乾燥質量が、1M NaOH水溶液に溶解させたパラミロン顆粒の乾燥質量あたり0.1質量%以下となるまで繰り返し行い、化学処理パラミロンを製造した。ゲル状物に含まれるNaClの乾燥質量は、遠心分離後の上澄み液のNaCl濃度を、上澄み液の電気伝導度より算出することで求めた。なお、下記文献によると、この化学処理パラミロンは、電子顕微鏡によって観察した結果、繊維状ではなく、形や大きさが不定形の塊であった。
・文献名
「平成26年度戦略的基板技術高度化支援事業 多糖類パラミロンの高度培養生産技術及び利用に関する研究開発(研究開発成果等報告書 平成27年3月)」
なお、比較例2は、以後、単に「化学処理PM」ともいう。
上記のようにして製造した、繊維化パラミロンを含有する各実施例の分散剤と、粉体(ココアパウダー)と、水とを混合することによって、水に粉体が分散された組成物を調製した。組成物を調製したあと、24時間後の外観を観察することによって、分散安定性を評価した。評価方法の詳細は、下記の通りである。
ガラス製の瓶のなかで、10mLの純水または試験サンプルの液体に、ココアパウダー385mgを懸濁させた。懸濁は、室温にて、ガラス製の瓶を手で激しく振ることによって行った。なお、各試験サンプルにおけるココアパウダーを除いた固形分を1.0[質量%]に統一した。
なお、比較対象物として、上記比較例1及び2以外に、下記のものを用意した。
・繊維状セルロース(セルロースナノファイバー CNFと略す):
スギノマシン社製 分散液 製品名「BiNFi−s WMa−10005」
「日本食物繊維学会監修、日本食物繊維学会編集委員会編(2008)食物繊維 ‐基礎と応用‐ 第3版, p.111 第一出版, 東京」に記載されている方法に準じて測定を行った。
詳しくは、スラリー状の各試験試料を、25mL容積のプラスチックチューブに、乾燥質量換算で250mg計り取り、プラスチックチューブを手で激しく振って、内容物を撹拌した。その後、25mL容積のメスシリンダーに内容物を移し、25mLになるまで純水を加えた。メスシリンダー内の液体を撹拌した後、37℃で24時間静置した。なお、実施例1のスラリー状の試験試料では、界面が見えない状態であったため、界面を測定するために乾燥質量換算で125mg計り取り、上記の方法と同じ方法で分散性の評価を行った。
(撹拌)
・撹拌子:PTFE製、全長15mm×直径1.5mm
・回転速度:300〜1000rpm(スターラー表示値)
水中沈定体積の結果は、保水力とも関係があると考えられている。水中沈定体積の結果からも、実施例の分散剤の繊維化パラミロンは、パラミロン顆粒に比べて大きな保水力を有することが確認できる。
実施例1、並びに、比較例1及び2の各試験サンプルを用いて、下記のようにして保水力の評価を行った。
ガラス製遠沈管(50mL)の恒量を測定した。このガラス製遠沈管に乾燥質量換算で0.5gの各試験サンプルを入れ、さらに40mLの純水を添加した。これをよく撹拌した後、12時間以上静置した。その後、遠心分離(1000G,5分間)を2回行い、上澄みを除去してペレットを得た。このペレット中の水分を105℃で24時間以上乾燥することで除去した。乾燥処理前後の質量変化から、乾燥質量あたりの水の保水量(保水力[g water/g])を求めた。保水力を下記式によって求めた。
保水力(g water/g)=(乾燥処理前後の質量変化量(g)/各サンプルの乾燥質量(g))
なお、独立した試験を3回実施し、それぞれの測定値を平均することによって保水力を求めた。ただし、比較例1を用いた評価では、1回だけ試験を実施した。
各分散剤を、乾燥物換算でそれぞれ0.1〜0.2質量%となるように水で希釈してから超音波照射によって分散させた後、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製、LS200)を用いて粒度分布を測定した。体積基準でのメジアン径(D50)及び平均径を求めた。結果を表2に示す。
表2の結果より、分散剤の繊維化パラミロンのメジアン径は4μm以下であり、パラミロン顆粒のメジアン径に対する繊維化パラミロンのメジアン径の比(解繊処理物のメジアン径/パラミロン顆粒のメジアン径)は1.2以下であることが確認された。
実施例1で製造した分散剤の繊維化パラミロンと、比較例1のパラミロン顆粒とについて、X線回折(XRD)による結晶性の測定をおこなった。測定条件は、下記の通りである。
測定用機器:PANalytical X'Pert3 Powder
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
測定範囲 :5〜80°
解析ソフトウェア:HighScore(製品名)
測定によって得られたX線回折チャートを図12に示す。繊維化パラミロン及びパラミロン顆粒の各結晶化度は、2θ=5〜80°における非晶質部の強度(A)と、結晶部の強度(B)との比(B/A)を解析することによって求めた。解析において、各チャートのバックグラウンドを除去(バックグラウンド設定:Auto、ベンディングファクター:0、粒状度:100)した後、非晶質部を表す曲線を決定した。非晶質部を表す曲線は、2θ=14°、29°におけるチャートの接線を通るように決定した。非晶質部を表す曲線を決定するために採用したベンディングファクターと粒状度との値は、0/30(繊維化パラミロン)、0/20(パラミロン顆粒)とした。その結果、繊維化パラミロンの結晶化度は、51.0%であり、パラミロン顆粒の結晶化度は、66.2%であった。従って、パラミロン顆粒の結晶化度に対する、繊維化パラミロンの結晶化度の相対値(比)は、0.77であった。なお、比較例2の化学処理パラミロンの結晶化度は、37.6%であった。
実施例1、比較例1、および比較例2のサンプル(乾燥前のスラリー状のサンプル)を用いて、各サンプルのβ−1,3−グルカナーゼによる分解性(β−1,3−グルカナーゼに対する感受性)を確認した。なお、比較例1のサンプルとして、パラミロン顆粒と純水とを混合し、撹拌することでスラリー状としたものを用いた。下記のようにして、各サンプルを用いて反応液を調製し、β−1,3−グルカナーゼをパラミロンに作用させ、生成したグルコース量を測定した。
・反応液の組成(純水を加えて全量で10mLになるように調製)
緩衝液:5mL / 酵素:0.1mL / 各サンプル:乾燥質量換算で30mg
緩衝液
フタル酸水素カリウム−水酸化ナトリウムバッファー(pH4.0)(東京化成工業社製)
酵素(β−1,3−グルカナーゼ)
endo−1,3−β−Glucanase(酵素含有量:50units/mL)(日本バイオコン社製)
詳しくは、恒温振とう機を用いて、40℃、45rpmの条件で、調製した反応液を24時間振とうさせて、パラミロンを酵素と反応させた。その後、製品名「グルコースCII−テストワコー」(和光純薬工業社製)を用いて、上記の酵素反応をさせたサンプルと、酵素反応させていないサンプルとについて、それぞれグルコース濃度を測定した。これにより、実施例1、比較例1、比較例2のサンプルのグルコース生成量[mg/g(グルコース/パラミロン)]を算出した。
結果を図13に示す。なお、実施例1、比較例2について、乾燥後の固形物の状態のサンプルを上記と同様に試験に供した。実施例1、比較例2について、乾燥前と乾燥後とで、β−1,3−グルカナーゼ酵素による分解性試験の結果に、ほとんど差が見られなかった。
実施例1、比較例1、および比較例2のサンプル(固形物の状態)を用いて、アルカリ性水溶液への溶解性を確認した。なお、実施例1のサンプルとして、乾燥後の粉末状のものを用いた。比較例1のサンプルとして、解繊前のパラミロン顆粒を乾燥させたあとに粉砕して粉末状としたものを用いた。比較例2のサンプルとして、凍結乾燥させた後に粉砕して粉末状としたものを用いた。なお、乾燥質量換算で250mgの各サンプルを、10mLの純水または0.5MHCl水溶液にそれぞれ添加して混合したところ、何れのサンプルも純水やHCl水溶液に溶解しないことを事前に確認した。
250mgの乾燥質量の各サンプルを、0.3Mの水酸化ナトリウム水溶液10mLに添加し、激しく振ったあと、室温(20℃)において80rpmで1時間振とう撹拌した。
同様にして、各サンプルを10mLの純水や0.1M NaOH水溶液などに添加して、1時間撹拌した。溶解性試験の結果を表3および図14に示す。図14は、撹拌後の混合液の外観を表す写真である。
X1:第1配管、 X2:第2配管、 X3:噴射用配管、 X4:被衝突体、
Y1:第1部材、 Y2:第2部材。
Claims (3)
- ユーグレナ由来の繊維化パラミロンを含み、
前記繊維化パラミロンは、分岐した構造を有する複数の繊維状物を含有する、分散剤。 - 請求項1に記載の前記分散剤と、被分散物と、水とを含む、組成物。
- せん断力によってユーグレナのパラミロン顆粒を解繊処理することによって、分岐した構造を有する複数の繊維状物を含有する繊維化パラミロンを形成し、該繊維化パラミロンを含む分散剤を製造する、分散剤の製造方法。
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