(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022191822
(43)【公開日】2022-12-28
(54)【発明の名称】酸化多糖及びその製造方法、並びに酸化多糖分散体
(51)【国際特許分類】
C08B 15/02 20060101AFI20221221BHJP
C08B 37/08 20060101ALI20221221BHJP
C08B 15/04 20060101ALI20221221BHJP
【FI】
C08B15/02
C08B37/08 A
C08B15/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021100279
(22)【出願日】2021-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000002820
【氏名又は名称】大日精化工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098707
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 利英子
(74)【代理人】
【識別番号】100135987
【弁理士】
【氏名又は名称】菅野 重慶
(74)【代理人】
【識別番号】100168033
【弁理士】
【氏名又は名称】竹山 圭太
(74)【代理人】
【識別番号】100161377
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 薫
(72)【発明者】
【氏名】一宮 洋介
(72)【発明者】
【氏名】小林 誠幸
【テーマコード(参考)】
4C090
【Fターム(参考)】
4C090AA02
4C090AA05
4C090BA34
4C090BA46
4C090BB52
4C090BB65
4C090BD05
4C090CA34
4C090DA31
(57)【要約】
【課題】製造時のハンドリング性が良好であるとともに、分散・解繊性に優れた分散体を調製しうる酸化多糖、及びその簡便な製造方法を提供する。
【解決手段】アルデヒド基及びカルボキシ基が多糖に導入された分子構造を有し、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比が、0.5以上の酸化多糖である。また、次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を含有する反応液中で多糖を酸化して酸化多糖を形成する工程を有し、反応液の20℃におけるpHが3.0~7.5であり、15~100kPaに加圧して多糖を酸化する酸化多糖の製造方法である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルデヒド基及びカルボキシ基が多糖に導入された分子構造を有し、
前記カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、前記アルデヒド基の量(mmol/g)の比が、0.5以上である酸化多糖。
【請求項2】
前記多糖が、キチン及びセルロースからなる群より選択される少なくとも一種である請求項1に記載の酸化多糖。
【請求項3】
下記式(1)により算出される保水値(WRV(%))が、2.0~5.0である請求項1又は2に記載の酸化多糖。
WRV(%)=100×(Ww-Wd)/Wd ・・・(1)
Ww:20℃におけるpHが6.8の含水緩衝液で膨潤後に遠心分離及びろ過して得た、膨潤した酸化多糖の質量(g)
Wd:凍結乾燥した酸化多糖の質量(g)
【請求項4】
前記カルボキシ基の量と前記アルデヒド基の量の合計が、0.2~0.7mmol/gである請求項1~3のいずれか一項に記載の酸化多糖。
【請求項5】
請求項1~4のいずれか一項に記載の酸化多糖の製造方法であって、
次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を含有する反応液中で多糖を酸化して酸化多糖を形成する工程を有し、
前記反応液の20℃におけるpHが3.0~7.5であり、
15~100kPaに加圧して前記多糖を酸化する酸化多糖の製造方法。
【請求項6】
前記反応液が、N-オキシル化合物をさらに含有する請求項5に記載の酸化多糖の製造方法。
【請求項7】
分散媒体と、前記分散媒体中に分散した請求項1~4のいずれか一項に記載の酸化多糖と、を含む酸化多糖分散体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化多糖及びその製造方法、並びに酸化多糖分散体に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の環境に対する意識の高まりとともに、環境資源の使用量削減、二酸化炭素削減、及び循環型社会の構築等を目指す一環として、バイオマス原料の有効活用が求められている。化石燃料と異なり、バイオマス原料の使用は環境中の炭素循環量に対して中立である。そして、生物生産量と使用量とのバランスが取れている限り、バイオマス原料は人類にとって持続的な材料であると言える。
【0003】
キチンは地球上で2番目に多いバイオマスであり、産業用資材として普及している。キチンは、甲殻類や節足動物の外骨格、無脊椎動物の体表、及びキノコ等の菌類の細胞壁に多く含まれる生物資源由来の物質であり、枯渇の恐れがほとんどない。キチンは、結晶型によってα型とβ型に分類される。結晶内の隣接する分子鎖が逆平行構造をとるα型のキチン(αキチン)が自然界に圧倒的に多く存在しており、分子鎖が平行構造をとるβ型のキチン(βキチン)の存在量は比較的少ない。キチンは生体内で容易に分解するために安全性が高く、免疫強化や高脂血症の改善等に効果があると報告されている。工業的には、水産物として漁獲される甲殻類の殻を塩酸にて脱灰処理した後、アルカリ類にて脱タンパク処理し、次いで、アルコール抽出や漂白処理することで製造される。なお、バイオマス原料としては、植物細胞壁に多く存在するセルロースも知られている。
【0004】
キチンやセルロース等の多糖の酸化には、N-オキシル化合物の一種である2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)が広く使用されている。多糖にTEMPO等を作用させると、繊維表面の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基を経てカルボキシ基へと変化する。これにより、繊維表面にマイナス電荷が高密度に生成されることになる。一般的には、TEMPO/次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)/亜塩素酸ナトリウム(NaClO2)の構成で多糖を酸化させることが多い。
【0005】
多糖のTEMPO酸化は、ナノファイバー化のための化学的な前処理と位置付ける場合が多く、TEMPO酸化した多糖(酸化多糖)は低解繊エネルギーで結晶性のミクロフィブリルにまで分散することができる点で注目を集めている(特許文献2)。また、ミクロフィブリル内部の結晶構造、結晶化度、及び結晶幅サイズの変化を伴わない点、並びに有機溶媒を使用せず水系反応が可能であるとともに常温常圧で反応が進行するグリーンケミストリープロセスである点でも注目されている。
【0006】
関連する従来技術としては、例えば、キチンを酸化する方法(特許文献1)や、セルロースを酸化する方法(特許文献2)等が提案されている。また、天然セルロースを加圧脱水する工程を含む酸化方法も提案されている(特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2009-68014号公報
【特許文献2】特開2008-1728号公報
【特許文献3】特開2017-160396号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1~3で提案された酸化方法の場合、反応の進行によって原料、中間体、及び生成物等の一部が膨潤状態となる。このため、生成物である酸化多糖を反応系から回収する際のハンドリング性が低下するといった課題があった。また、前述のTEMPO/NaClO/NaClO2の構成で多糖を酸化する場合、膨潤しにくくなるものの、酸化の程度を高めることが困難であるゆえ、得られる酸化多糖の分散性(解繊性)がさほど良好ではないといった課題があった。
【0009】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、製造時のハンドリング性が良好であるとともに、分散・解繊性に優れた分散体を調製しうる酸化多糖を提供することにある。また、本発明の課題とするところは、上記の酸化多糖の簡便な製造方法、及び上記の酸化多糖を用いた、分散・解繊性に優れた酸化多糖分散体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
すなわち、本発明によれば、以下に示す酸化多糖が提供される。
[1]アルデヒド基及びカルボキシ基が多糖に導入された分子構造を有し、前記カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、前記アルデヒド基の量(mmol/g)の比が、0.5以上である酸化多糖。
[2]前記多糖が、キチン及びセルロースからなる群より選択される少なくとも一種である前記[1]に記載の酸化多糖。
[3]下記式(1)により算出される保水値(WRV(%))が、2.0~5.0である前記[1]又は[2]に記載の酸化多糖。
WRV(%)=100×(Ww-Wd)/Wd ・・・(1)
Ww:20℃におけるpHが6.8の含水緩衝液で膨潤後に遠心分離及びろ過して得た、膨潤した酸化多糖の質量(g)
Wd:凍結乾燥した酸化多糖の質量(g)
[4]前記カルボキシ基の量と前記アルデヒド基の量の合計が、0.2~0.7mmol/gである前記[1]~[3]のいずれかに記載の酸化多糖。
【0011】
また、本発明によれば、以下に示す酸化多糖の製造方法が提供される。
[5]前記[1]~[4]のいずれかに記載の酸化多糖の製造方法であって、次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を含有する反応液中で多糖を酸化して酸化多糖を形成する工程を有し、前記反応液の20℃におけるpHが3.0~7.5であり、15~100kPaに加圧して前記多糖を酸化する酸化多糖の製造方法。
[6]前記反応液が、N-オキシル化合物をさらに含有する前記[5]に記載の酸化多糖の製造方法。
【0012】
さらに、本発明によれば、以下に示す酸化多糖分散体が提供される。
[7]分散媒体と、前記分散媒体中に分散した前記[1]~[4]のいずれかに記載の酸化多糖と、を含む酸化多糖分散体。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、製造時のハンドリング性が良好であるとともに、分散・解繊性に優れた分散体を調製しうる酸化多糖を提供するができる。また、本発明によれば、上記の酸化多糖の簡便な製造方法、及び上記の酸化多糖を用いた、分散・解繊性に優れた酸化多糖分散体を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
<酸化多糖>
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明の酸化多糖の一実施形態は、アルデヒド基及びカルボキシ基が多糖に導入された分子構造を有するとともに、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比が0.5以上である。
【0015】
(多糖)
原料として用いられる多糖としては、αキチン、βキチン、部分脱アセチル化キチン、キトサン、天然セルロース、マーセル化セルロース、及び再生セルロース等を挙げることができる。αキチンとしては、例えば、カニ殻由来のαキチン等を用いることができる。βキチンとしては、例えば、イカ甲由来のβキチン等を用いることができる。αキチンを部分的に脱アセチル化した部分脱アセチル化キチンも使用できる。セルロースは、植物、動物、及びバクテリアのいずれに由来するセルロースであってもよい。多糖はそのまま用いてもよく、乾式粉砕処理、湿式粉砕処理、及び化学処理等を施したものを用いてもよい。さらには、叩解等の表面積を高める処理を施したものを用いることもできる。多糖のなかでも、キチン及びセルロースが好ましく、αキチン及び天然セルロースがさらに好ましい。
【0016】
(酸化多糖)
本実施形態の酸化多糖は、アルデヒド基及びカルボキシ基が多糖に導入された分子構造を有する。そして、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比が、0.5以上である。従来、多糖を酸化して酸化多糖を製造する場合には、アルデヒド基(-CHO)の形成を可能な限り抑制しつつ、カルボキシ基(-COOH)の形成を促進することが一般的であった。これに対して、本発明者らは、原料となる多糖にアルデヒド基を積極的に導入すること、具体的には、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比を0.5以上とすることで、水等の極性液媒体中への分散性がかえって良好になるなるとともに、製造時のハンドリング性も向上することを見出し、本発明に至った。
【0017】
本実施形態の酸化多糖は、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比(アルデヒド基/カルボキシ基(A/C値))が、0.5以上であり、好ましくは0.5~1.0、さらに好ましくは0.55~0.8、特に好ましくは0.6~0.75である。A/C値が大きすぎると、アルデヒド基が、多糖中のヒドロキシ基と経時的に反応してアセタール構造(架橋構造)を形成しやすくなり、保管性が低下することがある。カルボキシ基の量に対する、アルデヒド基の量の比の値を上記の範囲内とすることで、液媒体中への分散性及び製造時のハンドリング性が向上した酸化多糖とすることができる。また、この所定の比率で導入されたアルデヒド基を、カルボキシ基以外の別の官能基に置換することで、酸化多糖の変性体を容易に得ることもできる。
【0018】
酸化多糖中のカルボキシ基の量とアルデヒド基の量の合計は、0.2~0.7mmol/gであることが好ましく、0.25~0.6mmol/gであることがさらに好ましく、0.30~0.5mmol/gであることが特に好ましい。酸化多糖中のカルボキシ基の量とアルデヒド基の量の合計が0.2mmol/g未満であると、液媒体中への分散性がやや低下することがある。一方、カルボキシ基の量とアルデヒド基の量の合計が0.7mmol/g超であると、水で膨潤しやすくなるため、製造時のハンドリング性がやや低下することがある。なお、酸化多糖中のアルデヒド基の量は、0.05~0.17mmol/gであることが好ましく、0.1~0.15mmol/gであることがさらに好ましい。
【0019】
下記式(1)により算出される酸化多糖の保水値(WRV(%))は、好ましくは2.0~5.0であり、さらに好ましくは2.5~4.7である。この保水値(WRV(%))は、酸化多糖の膨潤の程度を示す物性値である。本実施形態の酸化多糖の保水値(WRV(%))は、好ましくは上記の範囲内であることから、製造時に膨潤しにくく、ハンドリング性により優れている。
WRV(%)=100×(Ww-Wd)/Wd ・・・(1)
Ww:20℃におけるpHが6.8の含水緩衝液で膨潤後に遠心分離及びろ過して得た、膨潤した酸化多糖の質量(g)
Wd:凍結乾燥した酸化多糖の質量(g)
【0020】
<酸化多糖の製造方法>
本発明の酸化多糖の製造方法の一実施形態は、前述の酸化多糖を製造する方法であり、次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を含有する反応液中で多糖を酸化して酸化多糖を形成する工程(酸化工程)を有する。そして、反応液の20℃におけるpHが5~7であり、15~100kPaに加圧して多糖を酸化する。
【0021】
(酸化工程)
酸化工程は、反応液中で多糖を酸化して酸化多糖を形成する工程である。この反応液は、次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を酸化剤として含有する。次亜塩素酸塩としては、生産コスト等の観点から、次亜塩素酸ナトリウムを用いることが好ましい。次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩を含有する反応液中で多糖を酸化することで、アルデヒド基及びカルボキシ基が所定の比率で導入された酸化多糖を得ることができる。なお、次亜塩素酸や次亜塩素酸塩に代えて、亜塩素酸や亜塩素酸塩等のその他の酸化剤を用いると、アルデヒド基を多糖に導入することが困難になり、カルボキシ基の量に対する、アルデヒド基の量の比が0.5以上である酸化多糖を得ることができない。
【0022】
反応液中の酸化剤(次亜塩素酸又は次亜塩素酸塩)の含有量は、酸化反応の程度を考慮して適正な範囲内で選択すればよい。具体的には、多糖(乾燥質量)1gに対して、0.1~100mmolとすることが好ましく、0.5~50.0mmolとすることがさらに好ましい。
【0023】
20℃における反応液のpHは3.0~7.5であり、好ましくは4.0~7.5、さらに好ましくは4.9~6.9である。反応液のpHを上記範囲内とすることで、次亜塩素酸と次亜塩素酸塩との存在比(バランス)が適切に保たれ、アルデヒド基及びカルボキシ基が所定の比率で導入された酸化多糖を得ることができる。なお、反応液のpHが高すぎると、アルデヒド基の導入量を増加させることが困難になるとともに、得られる酸化多糖が膨潤しやすくなり、回収時のハンドリング性が低下する。一方、pHが低すぎると、塩素系の酸化剤の分解が進みやすくなるので、酸化反応効率が低下することがある。
【0024】
酸化工程では、15~100kPaに加圧して多糖を酸化する。所定の加圧条件下で多糖を酸化することで、所定量のアルデヒド基を多糖に導入することが容易となり、液媒体中への分散性に優れた酸化多糖を得ることができる。圧力が不足すると、アルデヒド基/カルボキシ基を0.5以上にすることが困難になりやすい。
【0025】
反応液中の多糖の含有量は、反応液中で多糖が流動しうる量であればよい。具体的には、反応液中の多糖の含有量は5質量%以下であることが好ましい。
【0026】
[N-オキシル化合物]
反応液は、N-オキシル化合物をさらに含有することが好ましい。N-オキシル化合物は、酸化反応の触媒として機能する成分である。このため、N-オキシル化合物を含有する反応液中で多糖を酸化することで、酸化反応をより効率的に進行させることができる。N-オキシル化合物としては、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)、4-ヒドロキシTEMPO、4-アセトアミドTEMPO、及び4-カルボキシTEMPO等を用いることが、常温での反応性が良好であるために好ましい。なかでも、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)が特に好ましい。
【0027】
反応液中のN-オキシル化合物の含有量は、酸化反応を進行しうる量であればよい。具体的には、多糖(乾燥質量)1gに対して、0.01~5.0mmolとすることが好ましく、0.01~1.0mmolとすることがさらに好ましい。
【0028】
[溶媒]
反応液は、通常、溶媒としての水を含有する。反応液は、水以外の極性溶媒をさらに含有してもよい。水以外の極性溶媒としては、アルコール類、エーテル類、ケトン類、酢酸エチル、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、N-メチル-2-ピロリドン等を挙げることができる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン等を挙げることができる。エーテル類としては、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン等を挙げることができる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等を挙げることができる。なお、反応液のpHを所定の範囲内に制御する観点から、20℃における反応液のpHが5~7となる緩衝液(バッファー)を用いることが好ましい。
【0029】
[酸化反応]
酸化工程では、反応液中、酸化反応によって多糖を酸化して酸化多糖を形成する。酸化反応は温和な条件にて進行させることができる。反応温度は、40~90℃とすることが好ましく、60~80℃とすることがさらに好ましい。酸化反応の進行速度やアルデヒド基の導入量等は、反応温度にさほど依存しないが、ある程度加熱することで、反応系内の圧力を所望とする範囲内に容易に制御することができる。
【0030】
酸化多糖のカルボキシ基量は、例えば、S.Ifuku, T.Hori, H.Izawa, M.Morimoto, H.Saimoto, 「Preparation of zwitterionically charged nanocrystals by surfaceTEMPO-mediated oxidation and partial deacetylation of α-chitin」, Carbohydrate Polymers, Vol.122, P1-4, 2015年に記載されている方法にしたがって定量することができる。また、酸化多糖のアルデヒド基量は以下のようにして測定及び算出することができる。まず、亜塩素酸ナトリウムによって測定対象である酸化多糖を追酸化処理して得た追酸化物のカルボキシ基量を定量する。そして、追酸化前の酸化多糖のカルボキシ基量と、追酸化物のカルボキシ基量との差分を、酸化多糖のアルデヒド基量とすることができる。
【0031】
(精製工程)
本実施形態の酸化多糖の製造方法は、上述の酸化工程で形成した酸化多糖を反応液から回収して精製する工程(精製工程)をさらに有してもよい。精製工程では、塩類、副生成物、及び未反応の再酸化剤等を反応液から除去して、目的とする酸化多糖を回収して精製する。具体的には、遠心分離を利用した連続デカント等の通常の方法によって実施することができる。また、フィルターろ過等によっても酸化多糖を回収及び精製することができる。
【0032】
<酸化多糖分散体>
本発明の酸化多糖分散体の一実施形態は、分散媒体と、この分散媒体中に分散した前述の酸化多糖とを含む。前述の通り、酸化多糖は、カルボキシ基の量(mmol/g)に対する、アルデヒド基の量(mmol/g)の比が0.5以上であるため、水をはじめとする極性液媒体等への分散性に優れている。したがって、本実施形態の酸化多糖分散体は、酸化多糖が分散媒体中に良好な状態で分散されており、分散性に優れている。
【0033】
酸化多糖を水等の分散媒体中に分散させることで、分散性の良好な分散体を得ることができる。出発原料として用いる多糖の種類によって、分散体中の酸化多糖の繊維形状が異なる。例えば、カニ殻由来のαキチン、マーセル化セルロース、及び再生セルロースを酸化して得た酸化多糖の場合、得られる分散体中の酸化多糖の繊維形状はウィスカー状になりやすい。また、天然セルロースを酸化して得た酸化多糖の場合、得られる分散体中の酸化多糖の繊維形状はウィスカー状になりやすい。
【0034】
水等の分散媒体中に酸化多糖を分散させるための手段(分散手段)は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ディスパー型ミキサー、タービン型ミキサー、高速回転式ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、二重円筒型ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、水流対向衝突型分散機、コニカル型リファイナー、グラインダー、二軸混錬機、ボールミル、サンドミル等を使用することができる。なかでも、微細化効率の面で、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザーを使用することが好ましい。
【実施例0035】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
【0036】
<酸化多糖の製造>
(実施例1)
圧力ゲージ及び温度計をセットした密閉可能な反応容器を用意した。この反応容器内に、カニ殻由来のαキチン1.25g(乾燥質量)(6.2mmol)及びTEMPO0.016g(0.016mmol)を入れ、20℃に調整したpH6.8のリン酸バッファー100gを加えて撹拌した。12%次亜塩素酸ナトリウム水溶液6.25g(NaOCl 10mmol)を加えたところ、pHは6.9となった。反応容器を密閉し、60℃に加温して反応を開始させた。反応容器内の圧力(内圧)は30kPaであった。反応液の温度が60℃に達した時点を「0時」とし、60℃で4時間反応させた後に降温して反応を終了した。遠心分離機を使用した沈殿、デカント、及び水分散を5回繰り返して精製した。上澄み液に硝酸銀水溶液を数滴滴下しても白濁しなくなった時点を精製終了と判断し、酸化多糖を得た。得られた酸化多糖は遠心分離後の湿潤状態で保管し、官能基量及びWRVを測定する際、及び分散性を評価する際にその都度サンプリングした。
【0037】
(実施例2~12)
表1に示す配合及び反応条件としたこと以外は、前述の実施例1と同様にして、酸化多糖を得た。
【0038】
(比較例1)
圧力ゲージ及び温度計をセットした密閉可能な反応容器を用意した。この反応容器内に、カニ殻由来のαキチン1.25g(乾燥質量)(6.2mmol)及びTEMPO0.016g(0.016mmol)を入れ、20℃に調整したpH6.8のリン酸バッファー100gを加えて撹拌した。80%亜塩素酸ナトリウム1.13g(NaOCl2 10mmol)を加えたところ、pHは6.8となった。反応容器を密閉し、60℃に加温して反応を開始させた。反応容器内の圧力(内圧)は30kPaであった。反応液の温度が60℃に達した時点を「0時」とし、60℃で4時間反応させた後に降温して反応を終了した。遠心分離機を使用した沈殿、デカント、及び水分散を5回繰り返して精製した。上澄み液に硝酸銀水溶液を数滴滴下しても白濁しなくなった時点を精製終了と判断し、酸化多糖を得た。得られた酸化多糖は遠心分離後の湿潤状態で保管し、官能基量及びWRVを測定する際、及び分散性を評価する際にその都度サンプリングした。
【0039】
(比較例2)
圧力ゲージ及び温度計をセットした密閉可能な反応容器を用意した。この反応容器内に、カニ殻由来のαキチン1.25g(乾燥質量)(6.2mmol)及びTEMPO0.016g(0.016mmol)を入れ、20℃に調整したpH10.0炭酸-重炭酸バッファー100gを加えて撹拌した。12%次亜塩素酸ナトリウム水溶液6.25g(NaOCl 10mmol)を加えたところ、pHは10.9となった。反応容器を密閉し、60℃に加温して反応を開始させた。反応容器内の圧力(内圧)は30kPaであった。反応液の温度が60℃に達した時点を「0時」とし、60℃で4時間反応させた後に降温して反応を終了した。遠心分離機を使用した沈殿、デカント、及び水分散を5回繰り返して精製した。上澄み液に硝酸銀水溶液を数滴滴下しても白濁しなくなった時点を精製終了と判断し、酸化多糖を得た。得られた酸化多糖は遠心分離後の湿潤状態で保管し、官能基量及びWRVを測定する際、及び分散性を評価する際にその都度サンプリングした。
【0040】
(比較例3)
カニ殻由来のαキチン1.25g(乾燥質量)(6.2mmol)及びTEMPO0.016g(0.016mmol)を200mLのビーカーに入れ、20℃に調整したpH6.8のリン酸バッファー100gを加えて撹拌した。12%次亜塩素酸ナトリウム水溶液6.25g(NaOCl 10mmol)を加えたところ、pHは6.9となった。その後、大気解放条件下で60℃に加温して反応を開始させた。反応液の温度が60℃に達した時点を「0時」とし、60℃で4時間反応させた後に降温して反応を終了した。遠心分離機を使用した沈殿、デカント、及び水分散を5回繰り返して精製した。上澄み液に硝酸銀水溶液を数滴滴下しても白濁しなくなった時点を精製終了と判断し、酸化多糖を得た。得られた酸化多糖は遠心分離後の湿潤状態で保管し、官能基量及びWRVを測定する際、及び分散性を評価する際にその都度サンプリングした。
【0041】
表1中、「天然セルロース」及び「マーセル化セルロース」の詳細を以下に示す。
・天然セルロース:針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP、大王製紙社製)
・マーセル化セルロース:カットメンを5mol/L水酸化ナトリウム水溶液で1日間膨潤させた後、徹底的に水洗してマーセル化したもの
【0042】
【0043】
<評価>
(官能基量の測定)
酸化多糖を用いて調製した1%スラリー50mLに0.1mol/L 塩酸を添加して、pH2.5の測定用試料を調製した。調製した測定用試料に0.05mol/L水酸化ナトリウム水溶液を滴下して電気伝導度を測定した。電気伝導度の測定は、測定用試料のpHが約11になるまで続けた。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸のpH域で消費された水酸化ナトリウム水溶液の体積(V)を測定し、下記式(2)よりカルボキシ基の量を算出した。結果を表2に示す。
カルボキシ基の量(mmol/g)
={V(mL)×0.05}/酸化多糖の質量(g) ・・・(2)
【0044】
また、酢酸を添加してpHを4に調整した2%亜塩素酸ナトリウム水溶液に酸化多糖を入れ、常温(20℃)で48時間酸化して追酸化物を得た。上記と同様の方法で追酸化物のカルボキシ基の量を測定及び算出し、酸化多糖(追酸化前)のカルボキシ基の量と、追酸化物(追酸化後)のカルボキシ基の量との差分を、酸化多糖のアルデヒド基の量として算出した。結果を表2に示す。
【0045】
(保水値(WRV(%))の測定)
凍結乾燥した酸化多糖0.1g及び含水溶媒(リン酸系バッファー(pH6.86))2mLを、PTFE膜(ポアサイズ0.45μm)を備えたフィルターユニット(商品名「ウルトラフリー-CL遠心式フィルターユニット」、merc社製)に入れ、30分間静置した。その後、高速冷却遠心機(商品名「コンパクトタイプ6000」、KUBOTA社製)を使用し、相対遠心力(RCF)3,000×gで30分間遠心分離処理して、フィルターを通過しなかった膨潤物(膨潤した酸化多糖)の質量を測定した。そして、測定した膨潤物の質量と、凍結乾燥した酸化多糖の質量とから、下記式(1)よりWRV(%)を算出した。結果を表2に示す。
WRV(%)=100×(Ww-Wd)/Wd ・・・(1)
Ww:20℃におけるpHが6.8の含水緩衝液で膨潤後に遠心分離及びろ過して得た、膨潤した酸化多糖の質量(g)
Wd:凍結乾燥した酸化多糖の質量(g)
【0046】
(分散性の評価)
湿潤状態で保管していた酸化多糖に水を加えて0.5%濃度に調整し、0.05mol/L水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8に調整した。超音波ホモジナイザー(商品名「UP100H」、ヒールッシャー社製、プローブチップ:10mm)を使用し、amplitude50で1分間超音波処理して分散液を得た。得られた分散液を目視にて観察し、以下に示す評価基準にしたがって分散性を評価した。結果を表2に示す。
○:沈殿がなく、少し青みを有する分散液であった。
△:濁りのある分散液であった。
×:沈殿が多い液体であった。
【0047】
本発明の酸化多糖は、分散性の良好な酸化多糖分散体を調製するための原料として有用であるとともに、アルデヒド基が積極的に導入されていることから、機能性を示す種々の官能基を導入しうる中間体としての利用も期待される。