JP7763564B2 - Dough composition and bakery food composition - Google Patents
Dough composition and bakery food compositionInfo
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Description
本発明は、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含有するドウ組成物およびベーカリー食品組成物に関するものである。 The present invention relates to a dough composition and a bakery food composition containing carboxymethylated cellulose nanofibers.
パン、スポンジケーキ、クッキー、ドーナッツ、おかき、そば、うどんなどの製造工程においては、まずドウ組成物を製造し、これを一定の重量、形状に成型し、その後焙焼、油揚、茹で上げなどの加熱工程により製品を得る、という手順で進められる。 The manufacturing process for bread, sponge cake, cookies, donuts, rice crackers, soba noodles, and udon noodles involves first preparing a dough composition, molding it into a specific weight and shape, and then obtaining the finished product through a heating process such as roasting, frying, or boiling.
この様なドウ組成物は、グリアジンやグルテニンを含む小麦粉などの澱粉含有穀物粉を加水した後、捏ねることにより、グルテンが生成し、ドウ組成物に特有の弾性や伸展性が得られることが知られている。 It is known that such dough compositions are made by adding water to starch-containing grain flour, such as wheat flour, which contains gliadin and glutenin, and then kneading the mixture, which produces gluten and gives the dough compositions their characteristic elasticity and extensibility.
特にパン等のイーストを添加して発酵工程を行うものについては、発酵による炭酸ガスによりドウ組成物が膨張する。その後、熱を加えることでドウ組成物がさらに膨張し、焼き上げたのちもグルテンの網目状組織が熱変性で硬化する。その為、焼き上げ後の成型を維持できることが知られている。 In particular, when yeast is added to bread and other breads to undergo a fermentation process, the dough composition expands due to the carbon dioxide produced by fermentation. The dough composition then expands further when heat is applied, and the gluten network hardens due to thermal denaturation even after baking. Therefore, it is known that the dough can maintain its shape after baking.
ドウ組成物については、パン等の最終製品に対して、柔らかさやしっとり感を与えるため、加水量を増やす(以下、「多加水」ともいう)試みが行われてきた。 With regard to dough compositions, attempts have been made to increase the amount of water added (hereinafter referred to as "high hydration") in order to impart softness and moistness to final products such as bread.
しかし、小麦粉等の澱粉含有穀物粉が持つ吸水限界を超える水分を単に添加した場合は、澱粉が水和できずに離水して、ドウ組成物の混捏が困難となる場合があった。そのため、ドウ組成物を多加水とする際に、保水性の高い原料などを配合することにより、生地の水分量を増加させる方法が用いられている。 However, simply adding water in excess of the water absorption limit of starch-containing grain flour such as wheat flour can sometimes result in the starch not being able to hydrate, resulting in water separation and making it difficult to knead the dough composition. For this reason, when adding a large amount of water to a dough composition, a method is used in which the moisture content of the dough is increased by adding ingredients with high water retention.
例えばこんにゃく粉と澱粉と水とを、アルカリ性凝固剤とこんにゃく粉のグルコマンナンによる水和ゲル反応によってゼリー状固体に形成し、かつ酸溶液に浸漬してpHを中性から酸性の範囲に調整した多加水パン用有形水を製パン配合水の一部として用いる多加水パンの製造方法(特許文献1)が提案されている。 For example, a method for producing high-hydration bread (Patent Document 1) has been proposed in which konjac flour, starch, and water are formed into a jelly-like solid by a hydration gel reaction with an alkaline coagulant and the glucomannan in the konjac flour, and the resulting tangible water for high-hydration bread, which has been immersed in an acid solution to adjust the pH to a neutral to acidic range, is used as part of the bread-making water mixture.
しかし、特許文献1の方法は、こんにゃく粉の保水力が十分でないため、多加水にするほど、生地(ドウ組成物)にべたつきが生じ、作業性に劣るものであった。また、生地がべたつく結果、生地のまとまりが悪かった。さらに、そのような生地を焼成して得られるパンは、膨らみが十分でなく、柔らかさについても満足できるものではなかった。また、焼成後に得られる製品は、数日経過した後でも、柔らかさを保つこと(老化の抑制)が求められる。 However, with the method of Patent Document 1, the water retention capacity of konjac flour is insufficient, and the more water is added, the stickier the dough (dough composition) becomes, resulting in poor workability. Furthermore, as a result of the dough becoming sticky, it becomes difficult to hold together. Furthermore, the bread obtained by baking such dough does not rise sufficiently and is not satisfactory in terms of softness. Furthermore, it is required that the product obtained after baking maintain its softness even after several days have passed (suppression of aging).
そこで本発明は、多加水とした場合であっても、作業性に優れ、膨らみが向上し、柔らかで、老化が抑制された製品を得ることができるドウ組成物およびこのドウ組成物からなるベーカリー食品組成物を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a dough composition that, even when a large amount of water is added, can produce a product that is easy to work with, has improved leavening, is soft, and has inhibited staling, as well as a bakery food composition comprising this dough composition.
本発明は、以下を提供する。
(1) 澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、水成分を80~150重量%、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを0.05~5重量%、含むドウ組成物。
(2) 前記カルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01~0.50であり、セルロースI型の結晶化度が40%以上であることを特徴とする、(1)に記載のドウ組成物。
(3) さらにカルボキシメチルセルロースを含有する、(1)または(2)に記載のドウ組成物。
(4) 前記澱粉含有穀物粉末として、小麦粉、スターチ類、米粉、そば粉のうちの一種又は数種を混合して使用することを特徴とする(1)~(3)いずれかに記載のドウ組成物。
(5) (1)~(4)いずれかに記載のドウ組成物からなるベーカリー食品組成物。
The present invention provides the following:
(1) A dough composition comprising 100% by weight of starch-containing grain powder, 80 to 150% by weight of water, and 0.05 to 5% by weight of carboxymethylated cellulose nanofibers.
(2) The dough composition according to (1), wherein the carboxymethylated cellulose nanofiber has a degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of the cellulose nanofiber of 0.01 to 0.50 and a degree of crystallinity of cellulose type I of 40% or more.
(3) The dough composition according to (1) or (2), further comprising carboxymethyl cellulose.
(4) The dough composition according to any one of (1) to (3), characterized in that the starch-containing grain powder is a mixture of one or more of wheat flour, starches, rice flour, and buckwheat flour.
(5) A bakery food composition comprising the dough composition according to any one of (1) to (4).
本発明によれば、多加水とした場合であっても、作業性に優れ、膨らみが向上し、柔らかで、老化が抑制された製品を得ることができるドウ組成物およびこのドウ組成物からなるベーカリー食品組成物を提供することができる。 The present invention provides a dough composition that can produce a product with excellent workability, improved rise, softness, and suppressed staling, even when a large amount of water is added, and a bakery food composition comprising this dough composition.
以下、本発明のドウ組成物について説明する。本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値X及びYを含む。 The dough composition of the present invention will be described below. In the present invention, "to" includes the extreme values. In other words, "X to Y" includes the values X and Y at both ends.
本発明のドウ組成物は、澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、水成分を80~150重量%、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを0.05~5重量%含む。 The dough composition of the present invention contains 100% by weight of starch-containing grain flour, 80 to 150% by weight of water, and 0.05 to 5% by weight of carboxymethylated cellulose nanofibers.
(澱粉含有穀物粉末)
本発明では、澱粉含有穀物粉末(主原料)として、通常、製パン等に用いる小麦粉のいずれもが使用できる。このような小麦粉として、例えば、強力粉、準強力粉、中力粉、薄力粉、デュラム小麦粉を挙げることができる。中でも、強力粉、準強力粉、デュラム小麦粉が好ましい。さらに小麦粉以外の穀粉として、ライ麦粉、ライ小麦粉、コーンフラワー、スターチ類、米粉、そば粉、各種澱粉類、それらの混合粉など目的とするパン等のドウ組成物の種類などに応じて適宜選択して使用することができる。
(Starch-containing grain powder)
In the present invention, any wheat flour typically used in bread making can be used as the starch-containing grain flour (main ingredient). Examples of such wheat flour include strong flour, semi-strong flour, medium-strength flour, weak flour, and durum wheat flour. Of these, strong flour, semi-strong flour, and durum wheat flour are preferred. Furthermore, grain flours other than wheat flour include rye flour, rye wheat flour, corn flour, starches, rice flour, buckwheat flour, various starches, and mixtures thereof, which can be appropriately selected and used depending on the type of dough composition of the desired bread or the like.
これらは、一種または数種を混合して使用することができる。 These can be used alone or in combination.
(発酵成分)
発酵成分とは、通常ドウ組成物に用いられるものであれば特に制限されない。発酵成分としては、例えば、サワー種、ルバン種等の各種発酵種やイースト(生イースト、ドライイースト等)などを挙げることができる。
(Fermented ingredients)
The fermented ingredients are not particularly limited as long as they are those typically used in dough compositions, and examples of the fermented ingredients include various fermented starters such as sourdough and levain, and yeast (fresh yeast, dry yeast, etc.).
発酵成分は、澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、0.1~10重量%含むことが好ましく、0.5~5重量%含むことがより好ましく、1~5重量%含むことがさらに好ましい。 The fermented component is preferably contained in an amount of 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight, and even more preferably 1 to 5% by weight, based on 100% by weight of the starch-containing grain powder.
(水成分)
水成分とは、水及び卵などに含まれる水成分の総量をいう。その様な水成分は、澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、80~150重量%の範囲で含むことが重要であり、好ましくは80~120重量%、より好ましくは80~100重量%である。水成分が80重量%以上であると、このようなドウ組成物を加熱して得られる製品は、柔らかで老化が抑制されたものとなる。また、水成分が150重量%以下であると、過度のベタツキを抑制し、作業性を確保し得る。
(Water component)
The water component refers to the total amount of water contained in water, eggs, etc. It is important that the water component is contained in the range of 80 to 150% by weight, preferably 80 to 120% by weight, and more preferably 80 to 100% by weight, relative to 100% by weight of the starch-containing grain powder. When the water component is 80% by weight or more, the product obtained by heating such a dough composition is soft and has suppressed aging. Furthermore, when the water component is 150% by weight or less, excessive stickiness is suppressed, and workability can be ensured.
(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、カルボキシメチル化セルロースを、ナノスケールの繊維径を有するナノファイバーへと変換したものをいう。カルボキシメチル化セルロースは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基の一部がカルボキシメチル基とエーテル結合した構造を有するものである。カルボキシメチル化セルロースは、例えばカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩などの金属塩といった塩の形態をとる場合もあり、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーも塩の形態をとっていてもよい。
(Carboxymethylated cellulose nanofiber)
Carboxymethylated cellulose nanofibers are nanofibers obtained by converting carboxymethylated cellulose into nanofibers with a nanoscale fiber diameter. Carboxymethylated cellulose has a structure in which some of the hydroxyl groups in the glucose residues that constitute cellulose are ether-bonded to carboxymethyl groups. Carboxymethylated cellulose may take the form of a salt, for example, a metal salt such as sodium carboxymethylated cellulose, and the carboxymethylated cellulose nanofibers may also take the form of a salt.
(カルボキシメチル置換度)
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.50以下であることが好ましい。カルボキシメチル置換度が0.50を超えると水へ溶解し、繊維形状を維持できなくなると考えられる。また、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.01以上であることが好ましい。カルボキシメチル置換度が0.01未満であるとカルボキシメチル化セルロースナノファイバーへと解繊するためには多大なエネルギーが必要になると考えられる。操業性の観点から、当該置換度は0.02~0.50であることがより好ましく、0.05~0.50であることがさらに好ましく、0.10~0.40であることがさらに好ましい。セルロースにカルボキシメチル基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発するため、ナノファイバーへと解繊することができるようになる。カルボキシメチル置換度は、反応させるカルボキシメチル化剤の添加量、マーセル化剤の量、水と有機溶媒の組成比率をコントロールすること等によって調整することができる。
(Carboxymethyl Substitution Degree)
The carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention preferably have a degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of cellulose of 0.50 or less. A degree of carboxymethyl substitution exceeding 0.50 is thought to dissolve in water and make it impossible to maintain the fiber shape. Furthermore, the degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of cellulose is preferably 0.01 or more. A degree of carboxymethyl substitution less than 0.01 is thought to require a great deal of energy to defibrate into carboxymethylated cellulose nanofibers. From the viewpoint of operability, the degree of substitution is more preferably 0.02 to 0.50, even more preferably 0.05 to 0.50, and even more preferably 0.10 to 0.40. Introducing carboxymethyl groups into cellulose causes electrical repulsion between cellulose molecules, enabling defibration into nanofibers. The degree of carboxymethyl substitution can be adjusted by controlling the amount of carboxymethylating agent added to the reaction, the amount of mercerizing agent, the composition ratio of water to organic solvent, and the like.
本発明において無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味する。また、カルボキシメチル置換度(エーテル化度ともいう。)とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基のうちカルボキシメチルエーテル基に置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシメチルエーテル基の数)を示す。なお、カルボキシメチル置換度はDSと略すことがある。 In the present invention, anhydroglucose units refer to the individual anhydroglucose (glucose residues) that make up cellulose. Furthermore, the degree of carboxymethyl substitution (also referred to as the degree of etherification) refers to the proportion of hydroxyl groups in the glucose residues that make up cellulose that have been substituted with carboxymethyl ether groups (the number of carboxymethyl ether groups per glucose residue). The degree of carboxymethyl substitution is sometimes abbreviated as DS.
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものである。すなわち、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーをX線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるものである。 The carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention maintain at least a portion of their fibrous shape even when dispersed in water. In other words, when an aqueous dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers is observed under an electron microscope, a fibrous substance can be observed. Furthermore, when the carboxymethylated cellulose nanofibers are measured by X-ray diffraction, a peak corresponding to cellulose type I crystals can be observed.
(セルロースI型の結晶化度)
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーにおけるセルロースI型の結晶化度は、40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。セルロースI型の結晶化度が40%以上と高いと、水等の溶媒中で溶解せずに結晶構造を維持するセルロースの割合が高いため、チキソ性が高くなり(チキソトロピー)、増粘剤等の粘度調整用途に適するようになる。また、ドウ組成物に添加した際に、ドウ生地がまとまり易くなり多加水でも作業性が良好であるという利点が得られる。セルロースの結晶性は、マーセル化剤の濃度と処理時の温度、並びにカルボキシメチル化の度合によって制御できる。マーセル化及びカルボキシメチル化においては高濃度のアルカリが使用されるために、セルロースのI型結晶がII型に変換されやすいが、アルカリ(マーセル化剤)の使用量を調整するなどして変性の度合いを調整することによって、所望の結晶性を維持させることができる。セルロースI型の結晶化度の上限は特に限定されない。現実的には90%程度が上限となると考えられる。
(Crystallization degree of cellulose type I)
The crystallinity of cellulose type I in the carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention is preferably 40% or more, and more preferably 50% or more. When the crystallinity of cellulose type I is as high as 40% or more, a high proportion of cellulose maintains its crystalline structure without dissolving in solvents such as water, resulting in high thixotropy and making it suitable for viscosity-adjusting applications such as thickeners. Furthermore, when added to a dough composition, it provides the advantage of making the dough easier to combine and providing good workability even with high water content. The crystallinity of cellulose can be controlled by the concentration of the mercerizing agent, the treatment temperature, and the degree of carboxymethylation. Because high concentrations of alkali are used in mercerization and carboxymethylation, cellulose type I crystals are likely to be converted to type II. However, the desired crystallinity can be maintained by adjusting the degree of modification, such as by adjusting the amount of alkali (mercerizing agent) used. The upper limit of the crystallinity of cellulose type I is not particularly limited. In practice, the upper limit is thought to be approximately 90%.
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのセルロースI型の結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD-6000、島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10°~30°の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6°の002面の回折強度と2θ=18.5°のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
The method for measuring the crystallinity of cellulose type I of carboxymethylated cellulose nanofiber is as follows:
The sample is placed in a glass cell and measured using an X-ray diffraction measurement device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The degree of crystallinity is calculated using the method of Segal et al., where the diffraction intensity at 2θ = 10° to 30° in the X-ray diffraction pattern is used as a baseline, and the degree of crystallinity is calculated using the diffraction intensity of the 002 plane at 2θ = 22.6° and the diffraction intensity of the amorphous portion at 2θ = 18.5° according to the following formula:
Xc=(I002c―Ia)/I002c×100
Xc=セルロースI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6°、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5°、アモルファス部分の回折強度。
Xc=(I002c−Ia)/I002c×100
Xc = Crystallinity of cellulose type I (%)
I002c: 2θ=22.6°, diffraction intensity of the 002 plane Ia: 2θ=18.5°, diffraction intensity of the amorphous portion
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーにおけるI型結晶の割合は、ナノファイバーとする前のカルボキシメチル化セルロースにおけるものと、通常、同じである。 The proportion of type I crystals in carboxymethylated cellulose nanofibers is typically the same as that in the carboxymethyl cellulose before it is made into nanofibers.
(繊維径、アスペクト比)
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、ナノスケールの繊維径を有するものである。平均繊維径は、3nm~500nm、好ましくは3nm~150nm、より好ましくは3nm~20nm、さらに好ましくは5nm~19nm、さらに好ましくは5nm~15nmである。
(fiber diameter, aspect ratio)
The carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention have a nanoscale fiber diameter of 3 nm to 500 nm, preferably 3 nm to 150 nm, more preferably 3 nm to 20 nm, even more preferably 5 nm to 19 nm, and even more preferably 5 nm to 15 nm.
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのアスペクト比は、特に限定されないが、350以下であることが好ましく、300以下であることがさらに好ましく、200以下であることがさらに好ましく、120以下であることがさらに好ましく、100以下であることがさらに好ましく、80以下であることがさらに好ましい。アスペクト比の下限は、特に限定されないが、好ましくは25以上であり、さらに好ましくは30以上である。アスペクト比が25以上であると、その繊維状の形状から、チキソ性の向上といった効果が得られる。カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのアスペクト比は、カルボキシメチル化時の溶媒と水の混合比、薬品添加量、及びカルボキシメチル化の度合によって制御できる。また、上記範囲のアスペクト比を有するカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、例えば、後述する製法により製造することができる。 The aspect ratio of the carboxymethylated cellulose nanofiber is not particularly limited, but is preferably 350 or less, more preferably 300 or less, even more preferably 200 or less, even more preferably 120 or less, even more preferably 100 or less, and even more preferably 80 or less. The lower limit of the aspect ratio is not particularly limited, but is preferably 25 or more, even more preferably 30 or more. An aspect ratio of 25 or more provides the effect of improved thixotropy due to the fibrous shape. The aspect ratio of the carboxymethylated cellulose nanofiber can be controlled by the mixing ratio of solvent and water during carboxymethylation, the amount of chemicals added, and the degree of carboxymethylation. Furthermore, carboxymethylated cellulose nanofibers having an aspect ratio within the above range can be produced, for example, by the production method described below.
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの平均繊維径及び平均繊維長は、径が20nm以下の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することにより、測定することができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
The average fiber diameter and average fiber length of carboxymethylated cellulose nanofibers can be measured by analyzing 200 randomly selected fibers using an atomic force microscope (AFM) if the diameter is 20 nm or less, or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) if the diameter is 20 nm or more, and calculating the average. The aspect ratio can be calculated using the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter.
(カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造方法)
本発明で用いるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、特に限定されないが、以下の方法により製造したカルボキシメチル化セルロースを解繊することにより、製造することができる。
(Method for producing carboxymethylated cellulose nanofibers)
The carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention are not particularly limited, but can be produced by defibrating carboxymethylated cellulose produced by the following method.
カルボキシメチル化セルロースは、一般に、セルロースをアルカリで処理(マーセル化)した後、得られたマーセル化セルロース(アルカリセルロースともいう。)を、カルボキシメチル化剤(エーテル化剤ともいう。)と反応させることにより製造することができる。本発明の上記特徴を有するナノファイバーを形成することができるカルボキシメチル化セルロースは、マーセル化(セルロースのアルカリ処理)を水を主とする溶媒下で行い、その後、カルボキシメチル化(エーテル化ともいう。)を水と有機溶媒との混合溶媒下で行うことにより、製造することができる。 Carboxymethylated cellulose can generally be produced by treating cellulose with alkali (mercerization) and then reacting the resulting mercerized cellulose (also known as alkali cellulose) with a carboxymethylating agent (also known as an etherifying agent). Carboxymethylated cellulose capable of forming nanofibers having the above-described characteristics of the present invention can be produced by carrying out mercerization (alkali treatment of cellulose) in a solvent primarily containing water, followed by carboxymethylation (also known as etherification) in a mixed solvent of water and an organic solvent.
(セルロース)
本発明においてセルロースとは、D-グルコピラノース(単に「グルコース残基」、「無水グルコース」ともいう。)がβ-1,4結合で連なった構造の多糖を意味する。セルロースは、一般に起源、製法等から、天然セルロース、再生セルロース、微細セルロース、非結晶領域を除いた微結晶セルロース等に分類される。本発明では、これらのセルロースのいずれも、マーセル化セルロースの原料として用いることができるが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーにおいて好ましくは40%以上のセルロースI型の結晶化度を維持するためには、セルロースI型の結晶化度が高いセルロースを原料として用いることが好ましい。原料となるセルロースのセルロースI型の結晶化度は、好ましくは、70%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。セルロースI型の結晶化度の測定方法は、上述した通りである。
(cellulose)
In the present invention, cellulose refers to a polysaccharide having a structure in which D-glucopyranose (also simply referred to as "glucose residues" or "anhydroglucose") units are linked together via β-1,4 bonds. Cellulose is generally classified into native cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, microcrystalline cellulose (presumably cellulose without amorphous regions) and the like, based on factors such as its origin and production method. In the present invention, any of these celluloses can be used as a raw material for mercerized cellulose. However, in order to maintain a crystallinity of cellulose type I of preferably 40% or more in the carboxymethylated cellulose nanofibers, it is preferable to use cellulose with a high degree of crystallinity of cellulose type I as the raw material. The crystallinity of cellulose type I of the raw cellulose is preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. The method for measuring the crystallinity of cellulose type I is as described above.
天然セルロースとしては、晒パルプまたは未晒パルプ(晒木材パルプまたは未晒木材パルプ);リンター、精製リンター;酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等が例示される。晒パルプ又は未晒パルプの原料は特に限定されず、例えば、木材、木綿、わら、竹、麻、ジュート、ケナフ等が挙げられる。また、晒パルプ又は未晒パルプの製造方法も特に限定されず、機械的方法、化学的方法、あるいはその中間で二つを組み合せた方法でもよい。製造方法により分類される晒パルプ又は未晒パルプとしては例えば、メカニカルパルプ(サーモメカニカルパルプ(TMP)、砕木パルプ)、ケミカルパルプ(針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)等の亜硫酸パルプ、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)等のクラフトパルプ)等が挙げられる。さらに、製紙用パルプの他に溶解パルプを用いてもよい。溶解パルプとは、化学的に精製されたパルプであり、主として薬品に溶解して使用され、人造繊維、セロハンなどの主原料となる。 Examples of natural cellulose include bleached or unbleached pulp (bleached or unbleached wood pulp); linters, refined linters; and cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. The raw materials for bleached or unbleached pulp are not particularly limited, and examples include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, and kenaf. The manufacturing method for bleached or unbleached pulp is also not particularly limited, and may be mechanical, chemical, or a combination of the two. Examples of bleached or unbleached pulp classified by production method include mechanical pulp (thermomechanical pulp (TMP) and groundwood pulp), chemical pulp (sulfite pulp such as softwood unbleached sulfite pulp (NUSP) and softwood bleached sulfite pulp (NBSP), and kraft pulp such as softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), and hardwood bleached kraft pulp (LBKP)). In addition to papermaking pulp, dissolving pulp may also be used. Dissolving pulp is chemically refined pulp that is primarily dissolved in chemicals and is used as the main raw material for artificial fibers, cellophane, and the like.
再生セルロースとしては、セルロースを銅アンモニア溶液、セルロースザンテート溶液、モルフォリン誘導体など何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸されたものが例示される。
微細セルロースとしては、上記天然セルロースや再生セルロースをはじめとする、セルロース系素材を、解重合処理(例えば、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等)して得られるものや、前記セルロース系素材を、機械的に処理して得られるものが例示される。
Examples of regenerated cellulose include cellulose dissolved in a certain solvent such as a cuprammonium solution, a cellulose xanthate solution, or a morpholine derivative, and then spun again.
Examples of fine cellulose include those obtained by depolymerizing cellulosic materials, including the above-mentioned natural cellulose and regenerated cellulose (e.g., acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, enzymatic decomposition, crushing treatment, vibrating ball mill treatment, etc.), and those obtained by mechanically treating the above-mentioned cellulosic materials.
(マーセル化)
原料として前述のセルロースを用い、マーセル化剤(アルカリ)を添加することによりマーセル化セルロース(アルカリセルロースともいう。)を得る。
(mercerization)
Mercerized cellulose (also called alkali cellulose) is obtained by using the above-mentioned cellulose as a raw material and adding a mercerizing agent (alkali).
溶媒に水を主として用いる(水を主とする溶媒)とは、水を50重量%より高い割合で含む溶媒をいう。水を主とする溶媒中の水は、好ましくは55重量%以上であり、より好ましくは60重量%以上であり、より好ましくは70重量%以上であり、より好ましくは80重量%以上であり、さらに好ましくは90重量%以上であり、さらに好ましくは95重量%以上である。特に好ましくは水を主とする溶媒は、水が100重量%(すなわち、水)である。 A solvent that uses water primarily (a water-based solvent) refers to a solvent that contains more than 50% water by weight. The water content in a water-based solvent is preferably 55% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, even more preferably 90% by weight or more, and even more preferably 95% by weight or more. A particularly preferred water-based solvent is one that is 100% by weight (i.e., water).
水を主とする溶媒中の水以外の(水と混合して用いられる)溶媒としては、後段のカルボキシメチル化の際の溶媒として用いられる有機溶媒が挙げられる。例えば、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等のアルコールや、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン、ならびに、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタンなどを挙げることができ、これらの単独または2種以上の混合物を水に50重量%未満の量で添加してマーセル化の際の溶媒として用いることができる。水を主とする溶媒中の有機溶媒は、好ましくは45重量%以下であり、さらに好ましくは40重量%以下であり、さらに好ましくは30重量%以下であり、さらに好ましくは20重量%以下であり、さらに好ましくは10重量%以下であり、さらに好ましくは5重量%以下であり、より好ましくは0重量%である。 Solvents other than water (used in a mixture with water) in a water-based solvent include organic solvents used as solvents in the subsequent carboxymethylation step. Examples include alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, isobutanol, and tertiary butanol; ketones such as acetone, diethyl ketone, and methyl ethyl ketone; and dioxane, diethyl ether, benzene, and dichloromethane. These can be used alone or in combination with two or more of these in an amount of less than 50% by weight to be used as solvents in the mercerization step. The content of the organic solvent in a water-based solvent is preferably 45% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, even more preferably 30% by weight or less, even more preferably 20% by weight or less, even more preferably 10% by weight or less, even more preferably 5% by weight or less, and even more preferably 0% by weight.
マーセル化剤としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物が挙げられ、これらのうちいずれか1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。マーセル化剤は、これに限定されないが、これらのアルカリ金属水酸化物を、例えば、1~60重量%、好ましくは2~45重量%、より好ましくは3~25重量%の水溶液として反応器に添加することができる。 Examples of mercerizing agents include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and any one or more of these can be used in combination. While the mercerizing agent is not limited to these, these alkali metal hydroxides can be added to the reactor as an aqueous solution, for example, at a concentration of 1 to 60% by weight, preferably 2 to 45% by weight, and more preferably 3 to 25% by weight.
マーセル化剤の使用量は特に限定されないが、一実施形態において、セルロース100g(絶乾)に対して0.1モル以上2.5モル以下であることが好ましく、0.3モル以上2.0モル以下であることがより好ましく、0.4モル以上1.5モル以下であることがさらに好ましい。 The amount of mercerizing agent used is not particularly limited, but in one embodiment, it is preferably 0.1 mol or more and 2.5 mol or less, more preferably 0.3 mol or more and 2.0 mol or less, and even more preferably 0.4 mol or more and 1.5 mol or less, per 100 g (bone dry) of cellulose.
マーセル化の際の水を主とする溶媒の量は、セルロース原料に対し、1.5~20重量倍が好ましく、2~10重量倍であることがより好ましい。このような量とすることにより、原料の撹拌混合が容易になり、原料に均一に反応を生じさせることができるようになる。 The amount of solvent, primarily water, used during mercerization is preferably 1.5 to 20 times by weight, and more preferably 2 to 10 times by weight, relative to the cellulose raw material. Using such an amount makes it easier to stir and mix the raw materials, allowing the reaction to occur uniformly throughout the raw materials.
マーセル化処理は、発底原料(セルロース)と水を主とする溶媒とを混合し、反応器の温度を0~70℃、好ましくは10~60℃、より好ましくは10~40℃に調整して、マーセル化剤の水溶液を添加し、15分~8時間、好ましくは30分~7時間、より好ましくは30分~3時間撹拌することにより行う。これによりマーセル化セルロース(アルカリセルロース)を得る。 The mercerization process involves mixing the raw material (cellulose) with a solvent primarily consisting of water, adjusting the temperature of the reactor to 0-70°C, preferably 10-60°C, and more preferably 10-40°C, adding an aqueous solution of the mercerizing agent, and stirring for 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours, and more preferably 30 minutes to 3 hours. This produces mercerized cellulose (alkali cellulose).
マーセル化の際のpHは、9以上が好ましく、これによりマーセル化反応を進めることができる。該pHは、より好ましくは11以上であり、更に好ましくは12以上であり、13以上でもよい。pHの上限は特に限定されない。 The pH during mercerization is preferably 9 or higher, which allows the mercerization reaction to proceed. The pH is more preferably 11 or higher, even more preferably 12 or higher, and may be 13 or higher. There is no particular upper limit to the pH.
マーセル化は、温度制御しつつ上記各成分を混合撹拌することができる反応機を用いて行うことができ、従来からマーセル化反応に用いられている各種の反応機を用いることができる。例えば、2本の軸が撹拌し、上記各成分を混合するようなバッチ型撹拌装置は、均一混合性と生産性の両観点から好ましい。 Mercerization can be carried out using a reactor capable of mixing and stirring the above components while controlling the temperature, and various reactors conventionally used for mercerization reactions can be used. For example, a batch-type mixing device with two shafts that mixes the above components is preferred from the standpoints of both uniform mixing and productivity.
(カルボキシメチル化)
マーセル化セルロースに対し、カルボキシメチル化剤(エーテル化剤ともいう。)を添加することにより、カルボキシメチル化セルロースを得る。
(carboxymethylation)
Carboxymethylated cellulose is obtained by adding a carboxymethylating agent (also called an etherifying agent) to mercerized cellulose.
カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、モノクロロ酢酸メチル、モノクロロ酢酸エチル、モノクロロ酢酸イソプロピルなどが挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさという点でモノクロロ酢酸、またはモノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。 Carboxymethylating agents include monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, methyl monochloroacetate, ethyl monochloroacetate, and isopropyl monochloroacetate. Of these, monochloroacetic acid and sodium monochloroacetate are preferred due to the ease of raw material availability.
カルボキシメチル化剤の使用量は特に限定されないが、一実施形態において、セルロースの無水グルコース単位当たり、0.5~1.5モルの範囲で添加することが好ましい。上記範囲の下限はより好ましくは0.6モル以上、さらに好ましくは0.7モル以上であり、上限はより好ましくは1.3モル以下、さらに好ましくは1.1モル以下である。カルボキシメチル化剤は、これに限定されないが、例えば、5~80重量%、より好ましくは30~60重量%の水溶液として反応器に添加することができるし、溶解せず、粉末状態で添加することもできる。 The amount of carboxymethylating agent used is not particularly limited, but in one embodiment, it is preferably added in the range of 0.5 to 1.5 moles per anhydroglucose unit of cellulose. The lower limit of this range is more preferably 0.6 moles or more, even more preferably 0.7 moles or more, and the upper limit is more preferably 1.3 moles or less, even more preferably 1.1 moles or less. The carboxymethylating agent can be added to the reactor as an aqueous solution of, for example, 5 to 80% by weight, more preferably 30 to 60% by weight, but is not limited thereto, or it can be added in powder form without dissolving.
マーセル化剤とカルボキシメチル化剤のモル比(マーセル化剤/カルボキシメチル化剤)は、カルボキシメチル化剤としてモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムを使用する場合では、0.9~2.45が一般的に採用される。その理由は、0.9未満であるとカルボキシメチル化反応が不十分となる可能性があり、未反応のモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムが残って無駄が生じる可能性があること、及び2.45を超えると過剰のマーセル化剤とモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムによる副反応が進行してグリコール酸アルカリ金属塩が生成する恐れがあるため、不経済となる可能性があることにある。 When using monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate as the carboxymethylating agent, the molar ratio of mercerizing agent to carboxymethylating agent (mercerizing agent/carboxymethylating agent) is generally 0.9 to 2.45. This is because if it is less than 0.9, the carboxymethylation reaction may be insufficient, leaving unreacted monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate, which may result in waste; and if it exceeds 2.45, a side reaction between the excess mercerizing agent and monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate may proceed, resulting in the production of alkali metal glycolate, which may be uneconomical.
カルボキシメチル化反応におけるセルロース原料の濃度は、特に限定されないが、1~40%(w/v)であることが好ましい。 The concentration of the cellulose raw material in the carboxymethylation reaction is not particularly limited, but is preferably 1 to 40% (w/v).
カルボキシメチル化剤を添加するのと同時に、あるいはカルボキシメチル化剤の添加の前または直後に、反応器に有機溶媒または有機溶媒の水溶液を適宜添加し、又は減圧などによりマーセル化処理時の水以外の有機溶媒等を適宜削減して、水と有機溶媒との混合溶媒を形成し、この水と有機溶媒との混合溶媒下で、カルボキシメチル化反応を進行させる。有機溶媒の添加または削減のタイミングは、マーセル化反応の終了後からカルボキシメチル化剤を添加した直後までの間であればよく、特に限定されないが、例えば、カルボキシメチル化剤を添加する前後30分以内が好ましい。 Simultaneously with the addition of the carboxymethylating agent, or before or immediately after the addition of the carboxymethylating agent, an organic solvent or an aqueous solution of an organic solvent is appropriately added to the reactor, or the organic solvent other than water used during the mercerization treatment is appropriately reduced by reducing the pressure, etc., to form a mixed solvent of water and an organic solvent, and the carboxymethylation reaction is allowed to proceed in this mixed solvent of water and an organic solvent. The timing of the addition or reduction of the organic solvent may be any time between the end of the mercerization reaction and immediately after the addition of the carboxymethylating agent, and is not particularly limited; however, it is preferable, for example, to add or reduce the organic solvent within 30 minutes before or after the addition of the carboxymethylating agent.
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等のアルコールや、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン、ならびに、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタンなどを挙げることができ、これらの単独または2種以上の混合物を水に添加してカルボキシメチル化の際の溶媒として用いることができる。これらのうち、水との相溶性が優れることから、炭素数1~4の一価アルコールが好ましく、炭素数1~3の一価アルコールがさらに好ましい。 Examples of organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, and tertiary butanol; ketones such as acetone, diethyl ketone, and methyl ethyl ketone; and dioxane, diethyl ether, benzene, and dichloromethane. These can be added alone or in mixtures of two or more to water and used as solvents for carboxymethylation. Of these, monohydric alcohols with 1 to 4 carbon atoms are preferred due to their excellent compatibility with water, and monohydric alcohols with 1 to 3 carbon atoms are even more preferred.
カルボキシメチル化の際の混合溶媒中の有機溶媒の割合は、水と有機溶媒との総和に対して有機溶媒が20重量%以上であることが好ましく、30重量%以上であることがより好ましく、40重量%以上であることがさらに好ましく、45重量%以上であることがさらに好ましく、50重量%以上であることが特に好ましい。有機溶媒の割合の上限は限定されず、例えば、99重量%以下であってよい。添加する有機溶媒のコストを考慮すると、好ましくは90重量%以下であり、更に好ましくは85重量%以下であり、更に好ましくは80重量%以下であり、更に好ましくは70重量%以下である。 The proportion of organic solvent in the mixed solvent used for carboxymethylation is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, even more preferably 40% by weight or more, even more preferably 45% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more, based on the total weight of water and organic solvent. There is no upper limit to the proportion of organic solvent, and it may be, for example, 99% by weight or less. Considering the cost of the organic solvent to be added, it is preferably 90% by weight or less, even more preferably 85% by weight or less, even more preferably 80% by weight or less, and even more preferably 70% by weight or less.
カルボキシメチル化の際の反応媒(セルロースを含まない、水と有機溶媒等との混合溶媒)は、マーセル化の際の反応媒よりも、水の割合が少ない(言い換えれば、有機溶媒の割合が多い)ことが好ましい。本範囲を満たすことで、得られるカルボキシメチル化セルロースの結晶化度を維持しながらカルボキシメチル置換度を高くしやすくなる。また、カルボキシメチル化の際の反応媒が、マーセル化の際の反応媒よりも水の割合が少ない(有機溶媒の割合が多い)場合、マーセル化反応からカルボキシメチル化反応に移行する際に、マーセル化反応終了後の反応系に所望の量の有機溶媒を添加するという簡便な手段でカルボキシメチル化反応用の混合溶媒を形成させることができるという利点も得られる。 The reaction medium for carboxymethylation (a cellulose-free mixed solvent of water, organic solvent, etc.) preferably has a lower water content (in other words, a higher organic solvent content) than the reaction medium for mercerization. By satisfying this range, it becomes easier to increase the degree of carboxymethyl substitution while maintaining the crystallinity of the resulting carboxymethylated cellulose. Furthermore, when the reaction medium for carboxymethylation has a lower water content (a higher organic solvent content) than the reaction medium for mercerization, there is also the advantage that, when transitioning from the mercerization reaction to the carboxymethylation reaction, a mixed solvent for the carboxymethylation reaction can be formed by the simple means of adding the desired amount of organic solvent to the reaction system after the mercerization reaction is completed.
水と有機溶媒との混合溶媒を形成し、マーセル化セルロースにカルボキシメチル化剤を投入した後、温度を好ましくは10~40℃の範囲で一定に保ったまま15分~4時間、好ましくは15分~1時間程度撹拌する。マーセル化セルロースを含む液とカルボキシメチル化剤との混合は、反応混合物が高温になることを防止するために、複数回に分けて、または、滴下により行うことが好ましい。カルボキシメチル化剤を投入して一定時間撹拌した後、必要であれば昇温して、反応温度を30~90℃、好ましくは40~90℃、さらに好ましくは60~80℃として、30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化(カルボキシメチル化)反応を行い、カルボキシメチル化セルロースを得る。 A mixed solvent of water and an organic solvent is formed, and the carboxymethylating agent is added to the mercerized cellulose. The mixture is stirred for 15 minutes to 4 hours, preferably 15 minutes to 1 hour, while maintaining a constant temperature, preferably in the range of 10 to 40°C. Mixing of the mercerized cellulose-containing liquid with the carboxymethylating agent is preferably carried out in multiple batches or by dropwise addition to prevent the reaction mixture from becoming too hot. After adding the carboxymethylating agent and stirring for a certain period of time, the temperature is raised if necessary to 30 to 90°C, preferably 40 to 90°C, and more preferably 60 to 80°C, and the etherification (carboxymethylation) reaction is carried out for 30 minutes to 10 hours, preferably 1 to 4 hours, to obtain carboxymethylated cellulose.
カルボキシメチル化の際には、マーセル化の際に用いた反応器をそのまま用いてもよく、あるいは、温度制御しつつ上記各成分を混合撹拌することが可能な別の反応器を用いてもよい。 For carboxymethylation, the reactor used for mercerization may be used as is, or a separate reactor capable of mixing and stirring the above components while controlling the temperature may be used.
反応終了後、残存するアルカリ金属塩を鉱酸または有機酸で中和してもよい。また、必要に応じて、副生する無機塩、有機酸塩等を含水メタノールで洗浄して除去し、乾燥、粉砕、分級してカルボキシメチル化セルロース又はその塩としてもよい。副生物除去のために洗浄する際は、予め酸型にして洗浄し、洗浄後に塩型に戻しても良い。乾式粉砕で用いる装置としてはハンマーミル、ピンミル等の衝撃式ミル、ボールミル、タワーミル等の媒体ミル、ジェットミル等が例示される。湿式粉砕で用いる装置としてはホモジナイザー、マスコロイダー、パールミル等の装置が例示される。 After the reaction is complete, the remaining alkali metal salts may be neutralized with a mineral acid or organic acid. If necessary, by-products such as inorganic salts and organic acid salts may be removed by washing with aqueous methanol, followed by drying, pulverization, and classification to obtain carboxymethyl cellulose or its salts. When washing to remove by-products, the product may be converted into the acid form beforehand and then returned to the salt form after washing. Examples of equipment used for dry pulverization include impact mills such as hammer mills and pin mills, media mills such as ball mills and tower mills, and jet mills. Examples of equipment used for wet pulverization include homogenizers, mass colloiders, and pearl mills.
(ナノファイバーへの解繊)
上記の方法により得たカルボキシメチル化セルロースを解繊することにより、ナノスケールの繊維径を有するセルロースナノファイバーへと変換することができる。
(Defibrillation into nanofibers)
By defibrating the carboxymethyl cellulose obtained by the above method, it can be converted into cellulose nanofibers with nanoscale fiber diameters.
解繊の際には、上記の方法で得られたカルボキシメチル化セルロースの分散体を準備する。分散媒は、取扱いの容易性から、水が好ましい。解繊時の分散体におけるカルボキシメチル化セルロースの濃度は、解繊、分散の効率を考慮すると、0.01~10%(w/v)であることが好ましい。 For defibration, a dispersion of carboxymethyl cellulose obtained by the method described above is prepared. Water is the preferred dispersion medium for ease of handling. Considering the efficiency of defibration and dispersion, the concentration of carboxymethyl cellulose in the dispersion at the time of defibration is preferably 0.01 to 10% (w/v).
カルボキシメチル化セルロースを解繊する際に用いる装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いることができる。解繊の際にはカルボキシメチル化セルロースの分散体に強力な剪断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力な剪断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊及び分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて、前記分散体に予備処理をほどこしてもよい。 The equipment used to defibrate carboxymethyl cellulose is not particularly limited, but can be a high-speed rotary type, colloid mill type, high-pressure type, roll mill type, ultrasonic type, or other type. It is preferable to apply a strong shear force to the carboxymethyl cellulose dispersion during defibration. For particularly efficient defibration, it is preferable to apply a pressure of 50 MPa or more to the dispersion and to use a wet high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer capable of applying a strong shear force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, and even more preferably 140 MPa or more. Furthermore, prior to defibration and dispersion treatment using a high-pressure homogenizer, the dispersion may be pre-treated, if necessary, using a known mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer.
高圧ホモジナイザーとは、ポンプにより流体に加圧(高圧)し、流路に設けた非常に繊細な間隙より噴出させることにより、粒子間の衝突、圧力差による剪断力等の総合エネルギーによって乳化、分散、解細、粉砕、及び超微細化を行う装置である。 A high-pressure homogenizer is a device that uses a pump to pressurize (high pressure) a fluid and eject it from extremely fine gaps in the flow path, thereby emulsifying, dispersing, breaking down, pulverizing, and ultra-fine-graining particles through the combined energy of collisions between particles and shear forces caused by pressure differences.
本発明においては、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを分散体の状態で用いても良いし、乾燥(分散媒の除去)、粉砕、分級を行い、粉末として用いても良い。 In the present invention, carboxymethylated cellulose nanofibers may be used in the form of a dispersion, or may be used as a powder after drying (removal of the dispersion medium), pulverization, and classification.
本発明に用いるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを粉末として用いる場合は、必要に応じて、他の成分を含んでいても良い。例えば、粉末を製造する際、乾燥前に、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの分散体に水溶性高分子を共存させると、再分散性が向上するので、好ましい。水溶性高分子により再分散性が向上する理由は、明らかではないが、水溶性高分子がカルボキシメチル化セルロースナノファイバー表面の電荷密度の低い部分をカバーし、水素結合の形成を抑制して乾燥時のナノファイバー同士の凝集を防止するためであると推測される。 When the carboxymethylated cellulose nanofibers used in the present invention are used as a powder, they may contain other components as necessary. For example, when producing the powder, it is preferable to add a water-soluble polymer to the carboxymethylated cellulose nanofiber dispersion before drying, as this improves redispersibility. The reason why the water-soluble polymer improves redispersibility is not clear, but it is thought that this is because the water-soluble polymer covers areas of the carboxymethyl cellulose nanofiber surface with low charge density, suppressing the formation of hydrogen bonds and preventing aggregation of the nanofibers during drying.
(水溶性高分子)
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを粉末として用いる場合に、粉末の製造時に共存させることができる水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、加工澱粉(カチオン化澱粉、燐酸化澱粉、燐酸架橋澱粉、燐酸モノエステル化燐酸架橋澱粉、ヒドロキシプロピル澱粉、ヒドロキシプロピル化燐酸架橋澱粉、アセチル化アジピン酸架橋澱粉、アセチル化燐酸架橋澱粉、アセチル化酸化澱粉、オクテニルコハク酸澱粉ナトリウム、酢酸澱粉、酸化澱粉)、コーンスターチ、アラビアガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら1つ以上の混合物が挙げられる。この中でも、セルロース誘導体は、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーとの親和性の点から好ましく、カルボキシメチルセルロース及びその塩は特に好ましい。カルボキシメチルセルロース及びその塩のような水溶性高分子は、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー同士の間に入りこみ、ナノファイバー間の距離を広げることで、再分散性を向上させると考えられる。
(Water-soluble polymer)
When carboxymethylated cellulose nanofibers are used as a powder, examples of water-soluble polymers that can be present during the production of the powder include cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, ethyl cellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginates, pullulan, starch, potato starch, arrowroot flour, modified starch (cationized starch, phosphorylated starch, phosphate cross-linked starch, phosphate monoesterified phosphate cross-linked starch, hydroxypropyl starch, hydroxypropylated phosphate cross-linked starch, acetylated adipate cross-linked starch, acetylated phosphate cross-linked starch, acetylated oxidized starch, sodium octenyl succinate starch, acetate starch, oxidized starch), cocoa, and the like. Examples of suitable cellulose nanofibers include starch, gum arabic, locust bean gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein lysate, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acids, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin-based sizing agents, petroleum resin-based sizing agents, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide-polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic crosslinked polymers, polyacrylates, starch-polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, and colloidal silica, as well as mixtures of one or more thereof. Among these, cellulose derivatives are preferred in terms of their affinity with carboxymethylated cellulose nanofibers, and carboxymethyl cellulose and its salts are particularly preferred. It is thought that water-soluble polymers such as carboxymethyl cellulose and its salts penetrate between the carboxymethylated cellulose nanofibers and increase the distance between the nanofibers, thereby improving redispersibility.
水溶性高分子として、カルボキシメチルセルロース又はその塩を用いる場合には、無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が0.55~1.6のカルボキシメチルセルロースを用いることが好ましく、0.55~1.1のものがより好ましく、0.65~1.1のものがさらに好ましい。また、分子が長い(粘度が高い)ものの方が、ナノファイバー間の距離を広げる効果が高いので好ましい。また、カルボキシメチルセルロースの1重量%水溶液における25℃、60rpmでのB型粘度は、3mPa・s~14000mPa・sが好ましく、7mPa・s~14000mPa・sがより好ましく、1000mPa・s~8000mPa・sがさらに好ましい。なお、ここでいう水溶性高分子としての「カルボキシメチルセルロース又はその塩」とは、水に完全に溶解するものであることから、上述の水中で繊維形状を確認することができるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーとは区別される。 When carboxymethyl cellulose or a salt thereof is used as the water-soluble polymer, it is preferable to use a carboxymethyl cellulose with a degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit of 0.55 to 1.6, more preferably 0.55 to 1.1, and even more preferably 0.65 to 1.1. Furthermore, carboxymethyl cellulose with longer molecules (higher viscosity) is preferred because it is more effective at increasing the distance between nanofibers. Furthermore, the Brookfield viscosity of a 1 wt% aqueous solution of carboxymethyl cellulose at 25°C and 60 rpm is preferably 3 mPa·s to 14,000 mPa·s, more preferably 7 mPa·s to 14,000 mPa·s, and even more preferably 1,000 mPa·s to 8,000 mPa·s. Note that the "carboxymethyl cellulose or a salt thereof" referred to here as the water-soluble polymer is completely soluble in water, and is therefore distinct from the carboxymethyl cellulose nanofibers described above, the fiber shape of which can be confirmed in water.
水溶性高分子の配合量は、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー(絶乾固形分)に対して、5重量%~300重量%であることが好ましく、20重量%~300%重量がさらに好ましく、25重量%~200重量%がさらに好ましく、25重量%~60重量%がさらに好ましい。水溶性高分子を5重量%以上配合すると再分散性の向上効果が得られるようになる。一方、水溶性高分子の配合量が300重量%を超えるとカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの特徴であるチキソトロピー性などの粘度特性や、分散安定性の低下などの問題が生じることがある。水溶性高分子の配合量が、25重量%以上であると、特に優れた再分散性を得ることができるので好ましい。また、チキソトロピー性を考慮すると200重量%以下であることが好ましく、60重量%以下が特に好ましい。 The amount of water-soluble polymer blended is preferably 5% to 300% by weight, more preferably 20% to 300% by weight, even more preferably 25% to 200% by weight, and even more preferably 25% to 60% by weight, based on the carboxymethyl cellulose nanofiber (bone dry solids). Blending 5% or more by weight of water-soluble polymer improves redispersibility. On the other hand, blending more than 300% by weight can cause problems such as reduced viscosity characteristics, such as thixotropy, which is a characteristic of carboxymethyl cellulose nanofiber, and reduced dispersion stability. Blending 25% or more by weight of water-soluble polymer is preferable, as it can achieve particularly excellent redispersibility. Furthermore, taking thixotropy into consideration, a blending amount of 200% by weight or less is preferable, with 60% or less by weight being particularly preferable.
(乾燥)
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの分散体、または、場合により水溶性高分子を混合したカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの分散体を乾燥(分散媒の除去)させることで、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含む乾燥固形物を得る。この際、分散体のpHを9~11に調整した後に、乾燥させると、再分散性がさらに良好となるので好ましい。
(Drying)
A dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers, or a dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers optionally mixed with a water-soluble polymer, is dried (to remove the dispersion medium) to obtain a dry solid containing carboxymethylated cellulose nanofibers. In this case, it is preferable to adjust the pH of the dispersion to 9 to 11 before drying, as this further improves redispersibility.
乾燥方法としては、公知のものを用いることができ、特に限定されない。例えば、スプレイドライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、及び真空乾燥を挙げることができる。乾燥装置は、特に限定されないが、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、ベルト乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等を単独で又は2つ以上組み合わせて用いることができる。 Drying methods can be any known method, and are not particularly limited. Examples include spray drying, squeezing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Drying equipment is not particularly limited, and includes continuous tunnel dryers, band dryers, vertical dryers, vertical turbo dryers, multi-stage disk dryers, through-flow dryers, rotary dryers, flash dryers, spray dryers, atomized dryers, cylindrical dryers, drum dryers, belt dryers, screw conveyor dryers, rotary dryers with heating tubes, vibrating transport dryers, batch-type box dryers, through-flow dryers, vacuum box dryers, and agitator dryers, which can be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、薄膜を形成させて乾燥を行う装置を用いることが、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給でき、乾燥処理をより効率的に、短時間で行うことができるためエネルギー効率の点から好ましい。また、薄膜を形成させて乾燥を行う装置は、薄膜を掻き取る等の簡便な手段で直ちに乾燥物を回収できる点からも好ましい。さらに、薄膜を形成させてから乾燥させた場合には、再分散性がさらに向上することも見出された。薄膜を形成させて乾燥を行う装置としては、例えば、ドラムやベルトにブレードやダイ等により薄膜を形成させて乾燥させるドラム乾燥装置やベルト乾燥装置が挙げられる。薄膜を形成させて乾燥させる際の薄膜の膜厚としては、50μm~1000μmが好ましく、100μm~300μmがさらに好ましい。50μm以上であると、乾燥後の掻き取りが容易であり、また、1000μm以下であると再分散性のさらなる向上効果がみられる。 Among these, the use of an apparatus for drying by forming a thin film is preferred from the standpoint of energy efficiency, as it can supply heat energy directly and uniformly to the material to be dried, allowing for more efficient drying in a shorter time. An apparatus for drying by forming a thin film is also preferred because the dried material can be immediately recovered by simple means such as scraping off the thin film. It has also been found that redispersibility is further improved when a thin film is formed and then dried. Examples of apparatus for drying by forming a thin film include drum dryers and belt dryers, which form a thin film on a drum or belt using a blade or die, and then dry the resulting thin film. The thickness of the thin film when forming and drying a thin film is preferably 50 μm to 1000 μm, and more preferably 100 μm to 300 μm. A thickness of 50 μm or more makes it easy to scrape off the material after drying, and a thickness of 1000 μm or less further improves redispersibility.
乾燥後の残留水分量は、乾燥物全体に対して2重量%~15重量%が好ましい。 The residual moisture content after drying is preferably 2% to 15% by weight of the total dried material.
(粉砕)
粉砕方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、粉体の状態で処理する乾式粉砕法と、液体に分散あるいは溶解させた状態で処理する湿式粉砕法を例示することができる。湿式粉砕を行う場合には、上記の乾燥の前に行ってもよい。
(Crushing)
The pulverization method is not particularly limited, and known methods can be used, including a dry pulverization method in which the material is treated in a powder state and a wet pulverization method in which the material is treated in a dispersed or dissolved state in a liquid. When wet pulverization is performed, it may be performed before the above-mentioned drying.
乾式粉砕法で用いる装置としては、これらに限定されないが、カッティング式ミル、衝撃式ミル、気流式ミル、媒体ミルを例示することができる。これらは単独あるいは併用して、さらには同機種で数段処理することができる。これらの中で、気流式ミルは好ましい。カッティング式ミルとしては、メッシュミル((株)ホーライ製)、アトムズ((株)山本百馬製作所製)、ナイフミル(パルマン社製)、グラニュレータ(ヘルボルト製)、ロータリーカッターミル((株)奈良機械製作所製)、等が例示される。衝撃式ミルとしては、パルペライザ(ホソカワミクロン(株)製)、ファインイパクトミル(ホソカワミクロン(株)製)、スーパーミクロンミル(ホソカワミクロン(株)製)、サンプルミル((株)セイシン製)、バンタムミル((株)セイシン製)、アトマイザー((株)セイシン製)、トルネードミル(日機装(株))、ターボミル(ターボ工業(株))、ベベルインパクター(相川鉄工(株))等が例示される。気流式ミルとしては、CGS型ジェットミル(三井鉱山(株)製)、ジェットミル(三庄インダストリー(株)製)、エバラジェットマイクロナイザ((株)荏原製作所製)、セレンミラー(増幸産業(株)製)、超音速ジェットミル(日本ニューマチック工業(株)製)等が例示される。媒体ミルとしては、振動ボールミル等が例示される。湿式粉砕法で用いる装置としては、マスコロイダー(増幸産業(株)製)、高圧ホモジナイザー(三丸機械工業(株)製)、媒体ミルが例示される。媒体ミルとしては、ビーズミル(アイメックス(株)製)等を例示することができる。 Examples of equipment used in dry grinding include, but are not limited to, cutting mills, impact mills, airflow mills, and media mills. These can be used alone or in combination, and even in multiple stages using the same model. Of these, airflow mills are preferred. Examples of cutting mills include mesh mills (manufactured by Horai Co., Ltd.), Atoms (manufactured by Yamamoto Hyakuma Manufacturing Co., Ltd.), knife mills (manufactured by Parman), granulators (manufactured by Herbolt), and rotary cutter mills (manufactured by Nara Machinery Manufacturing Co., Ltd.). Examples of impact mills include Pulperizer (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), Fine Impact Mill (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), Super Micron Mill (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), Sample Mill (manufactured by Seishin Corporation), Bantam Mill (manufactured by Seishin Corporation), Atomizer (manufactured by Seishin Corporation), Tornado Mill (Nikkiso Co., Ltd.), Turbo Mill (Turbo Kogyo Co., Ltd.), and Bevel Impactor (Aikawa Iron Works Co., Ltd.). Examples of airflow mills include CGS-type jet mill (manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.), jet mill (manufactured by Sansho Industry Co., Ltd.), Ebara Jet Micronizer (manufactured by Ebara Corporation), Selenium Miller (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.), and supersonic jet mill (manufactured by Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd.). Examples of media mills include vibration ball mills. Examples of equipment used in wet grinding include a mass colloider (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.), a high-pressure homogenizer (manufactured by Sanmaru Kikai Kogyo Co., Ltd.), and a media mill. An example of a media mill is a bead mill (manufactured by Imex Co., Ltd.).
(分級)
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの粉砕後に、分級を行い、特定の粒度となるように調整する。分級の方法は特に限定されないが、例えば、所定の目開きを有するメッシュ(篩)を通過させることにより行うことができる。メッシュとしては、好ましくは20~400メッシュ、さらに好ましくは40~300メッシュ、さらに好ましくは60~200メッシュを用いることができ、これらを多段式で使用してもよい。最終的に得られる粉末のメディアン径を、10.0μm~150.0μm、好ましくは、30.0μm~130.0μm、さらに好ましくは50.0μm~120.0μmとする。
(classification)
After pulverization, the carboxymethylated cellulose nanofibers are classified to adjust the particle size to a specific value. The classification method is not particularly limited, but can be carried out, for example, by passing the nanofibers through a mesh (sieve) with a predetermined mesh size. The mesh used is preferably 20 to 400 mesh, more preferably 40 to 300 mesh, and even more preferably 60 to 200 mesh, and these may be used in a multi-stage manner. The median diameter of the powder finally obtained is 10.0 μm to 150.0 μm, preferably 30.0 μm to 130.0 μm, and even more preferably 50.0 μm to 120.0 μm.
本発明において、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの含有量は、多加水とした場合であっても、加熱して得られる製品に対して十分な膨らみ向上効果を得る観点から、澱粉含有穀物粉末の絶乾重量に対して、0.05重量%以上であり、ドウ組成物の作業性や成形性、硬さの観点から5重量%以下であり、0.1~3重量%が好ましく、0.2~2重量%がより好ましい。 In the present invention, the content of carboxymethylated cellulose nanofibers is 0.05% by weight or more, based on the bone dry weight of the starch-containing grain flour, from the viewpoint of obtaining a sufficient swelling-enhancing effect in the product obtained by heating, even when a large amount of water is added, and is 5% by weight or less, preferably 0.1 to 3% by weight, and more preferably 0.2 to 2% by weight, from the viewpoint of the workability, moldability, and hardness of the dough composition.
(副原料)
本発明のドウ組成物は、上記原料成分以外の副原料を必要に応じて含有してもよい。その様な副原料としては、例えばイーストフード;砂糖、ブドウ糖、果糖、転化糖、水あめ、麦芽糖、乳糖、オリゴ糖等の糖類;卵または卵粉;脱脂粉乳、全脂粉乳、チーズ粉末、ヨーグルト粉末、ホエー粉末などの乳製品;ショートニングやバター、マーガリンやその他の動植物油等の油脂類;乳化剤;膨張剤;増粘剤;甘味料;香料;着色料;アスコルビン酸;食塩等の無機塩類;グルコシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、アミラーゼ、リパーゼ、ヘミセルラーゼ等の酵素類;食物繊維などを挙げることができる。
(auxiliary raw materials)
The dough composition of the present invention may contain auxiliary ingredients other than the above-mentioned raw ingredients, as necessary. Examples of such auxiliary ingredients include yeast food; sugars such as sugar, glucose, fructose, invert sugar, starch syrup, maltose, lactose, and oligosaccharides; eggs or egg powder; dairy products such as skim milk powder, whole milk powder, cheese powder, yogurt powder, and whey powder; fats and oils such as shortening, butter, margarine, and other animal and vegetable oils; emulsifiers; leavening agents; thickeners; sweeteners; flavorings; coloring agents; ascorbic acid; inorganic salts such as salt; enzymes such as glucosidase, glucose oxidase, amylase, lipase, and hemicellulase; and dietary fiber.
(実施形態)
本発明のドウ組成物は、パン、スポンジケーキ、クッキー、ドーナッツ等のベーカリー食品組成物;そば、うどん、パスタ、素麺、ラーメン等の麺類;春巻きの皮、餃子の皮、小龍包の皮等の中華料理の材料;おかき等に利用し得る。これらの中でも、多加水においても作業性に優れ(生地のまとまりがよく)、焼成後に柔らかで老化が抑制された製品を得ることができるという効果に鑑み、ベーカリー食品組成物として利用することが好ましい。
(Embodiment)
The dough composition of the present invention can be used for bakery food compositions such as bread, sponge cake, cookies, donuts, etc.; noodles such as soba, udon, pasta, somen, ramen, etc.; ingredients for Chinese cuisine such as spring roll wrappers, gyoza wrappers, and Xiaolongbao wrappers; rice crackers, etc. Among these, it is preferable to use it as a bakery food composition, in view of the effects of being able to obtain products that are excellent in workability even with a large amount of water added (good dough cohesion) and that are soft and have inhibited aging after baking.
本発明のベーカリー食品組成物は、本発明のドウ組成物からなるものである。より詳細には、ベーカリー食品組成物は、例えば、澱粉含有穀物粉末、及び砂糖や発酵成分、油脂、脱脂粉乳、食塩、必要に応じて添加されるオリゴ糖等の副原料を含む混合物に対し、水成分及びカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含む分散液を加え、均一になるようかき混ぜた生地(ドウ組成物)を、発酵させた後、焼成して得られる。なお、ベーカリー食品組成物の製造方法は、これに限定されるものではなく、適宣、変更してもよい。 The bakery food composition of the present invention comprises the dough composition of the present invention. More specifically, the bakery food composition is obtained by adding a water component and a dispersion liquid containing carboxymethylated cellulose nanofibers to a mixture containing starch-containing grain powder and secondary ingredients such as sugar, fermentation ingredients, oils and fats, skim milk powder, salt, and oligosaccharides added as needed, and stirring the mixture until homogeneous to form a dough (dough composition), followed by fermentation and baking. Note that the method for producing the bakery food composition is not limited to this and may be modified as appropriate.
本発明のドウ組成物は、澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、水成分を80~150重量%、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを0.05~5重量%含むため、このドウ組成物はまとまりがよく、これを用いて得られる製品は、膨らみに優れ、さらに、水分量が増えるため柔らかで老化(硬化)が抑制される。 The dough composition of the present invention contains 100% by weight of starch-containing grain powder, 80 to 150% by weight of water, and 0.05 to 5% by weight of carboxymethyl cellulose nanofibers. This dough composition is well-formed, and products obtained using it have excellent leavening properties. Furthermore, the increased moisture content makes the product soft and inhibits aging (hardening).
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
(カルボキシメチル置換度の測定方法)
1)カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。
2)硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースにした。
3)水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。
4)80%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうした。
5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定した。
6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出した:
A=[(100×F’-(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾重量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F’:0.1NのH2SO4のファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
(Method for measuring degree of carboxymethyl substitution)
1) Approximately 2.0 g of carboxymethylated cellulose fiber (bone dry) was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper.
2) 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special-grade concentrated nitric acid to 1000 mL of nitric acid methanol was added, and the mixture was shaken for 3 hours to convert the carboxymethyl cellulose salt (carboxymethyl cellulose) into hydrogen-type carboxymethyl cellulose.
3) 1.5 to 2.0 g of hydrogenated carboxymethyl cellulose (bone dry) was weighed out and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper.
4) The hydrogenated carboxymethyl cellulose was wetted with 15 mL of 80% methanol, and 100 mL of 0.1 N NaOH was added, followed by shaking at room temperature for 3 hours.
5) Excess NaOH was back - titrated with 0.1N H2SO4 using phenolphthalein as an indicator.
6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) was calculated by the following formula:
A = [(100 × F' - (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (bone dry weight (g) of hydrogenated carboxymethyl cellulose)
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A: Amount (mL) of 1 N NaOH required to neutralize 1 g of hydrogenated carboxymethyl cellulose
F': Factor of 0.1N H2SO4 F: Factor of 0.1N NaOH
(平均繊維径、アスペクト比の測定方法)
セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いてランダムに選んだ200本の繊維について解析した。アスペクト比は下記の式により算出した。
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
(Method for measuring average fiber diameter and aspect ratio)
The average fiber diameter and average fiber length of cellulose nanofibers were analyzed using an atomic force microscope (AFM) for 200 randomly selected fibers. The aspect ratio was calculated using the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter
(製造例1)
(カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造)
回転数を100rpmに調節した5L容の二軸ニーダーに、イソプロパノール(IPA)1089部と、水酸化ナトリウム31部を水121部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃で60分間乾燥した際の乾燥重量で200部仕込んだ。30℃で60分間撹拌、混合しマーセル化セルロースを調製した。更に撹拌しつつモノクロロ酢酸ナトリウム117部を添加し、30℃で30分間撹拌した後、30分かけて70℃に昇温し、70℃で60分間カルボキシメチル化反応をさせた。マーセル化反応時及びカルボキシメチル化反応時の反応媒中の水の割合は、10重量%である。反応終了後、中和し、65%含水メタノールで洗浄し、脱液、乾燥、粉砕して、カルボキシメチル置換度0.27、セルロースI型の結晶化度64%のカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。なお、カルボキシメチル置換度及びセルロースI型の結晶化度の測定方法は、先述の通りである。
(Production Example 1)
(Production of carboxymethylated cellulose nanofibers)
A 5-liter twin-screw kneader with the rotation speed adjusted to 100 rpm was charged with 1,089 parts of isopropanol (IPA) and a solution of 31 parts of sodium hydroxide dissolved in 121 parts of water, and 200 parts of hardwood pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) dried at 100°C for 60 minutes (dry weight). The mixture was stirred and mixed at 30°C for 60 minutes to prepare mercerized cellulose. Further, 117 parts of sodium monochloroacetate was added with stirring, and after stirring at 30°C for 30 minutes, the mixture was heated to 70°C over 30 minutes and allowed to undergo a carboxymethylation reaction at 70°C for 60 minutes. The proportion of water in the reaction medium during the mercerization reaction and the carboxymethylation reaction was 10% by weight. After completion of the reaction, the mixture was neutralized, washed with 65% aqueous methanol, deliquored, dried, and pulverized to obtain a sodium salt of carboxymethylated cellulose with a carboxymethyl substitution degree of 0.27 and a crystallinity of cellulose type I of 64%. The methods for measuring the degree of carboxymethyl substitution and the crystallinity of cellulose type I are as described above.
得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を水に分散し、1%(w/v)水分散体とした。これを、150MPaの高圧ホモジナイザーで3回処理し、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの分散体を得た。得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が3.2nm、アスペクト比が40であった。 The resulting sodium salt of carboxymethyl cellulose was dispersed in water to form a 1% (w/v) aqueous dispersion. This was then processed three times in a high-pressure homogenizer at 150 MPa to obtain a dispersion of carboxymethyl cellulose nanofibers. The resulting carboxymethyl cellulose nanofibers had an average fiber diameter of 3.2 nm and an aspect ratio of 40.
(CNF粉体1の製造)
得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを水で固形分0.7重量%の分散体とし、カルボキシメチルセルロース(日本製紙(株)製、商品名:F350HC-4、粘度(1重量%、25℃、60rpm)約3000mPa・s、カルボキシメチル置換度約0.90)を、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーに対して40重量%(すなわち、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの固形分を100重量部としたときにカルボキシメチルセルロースの固形分が40重量部となるように)添加し、TKホモミキサー(12,000rpm)で60分間撹拌した。
(Production of CNF powder 1)
The obtained carboxymethylated cellulose nanofibers were dispersed in water to a solid content of 0.7% by weight, and carboxymethyl cellulose (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., product name: F350HC-4, viscosity (1% by weight, 25°C, 60 rpm) approximately 3000 mPa s, degree of carboxymethyl substitution approximately 0.90) was added in an amount of 40% by weight relative to the carboxymethyl cellulose nanofibers (i.e., so that the solid content of carboxymethyl cellulose was 40 parts by weight when the solid content of the carboxymethyl cellulose nanofibers was 100 parts by weight), and the mixture was stirred for 60 minutes with a TK homomixer (12,000 rpm).
この分散体に、水酸化ナトリウム水溶液0.5重量%を加え、pHを9に調整した後、ドラム乾燥機D0405(カツラギ工業社製)のドラム表面に塗布し、140℃で1分間乾燥した。得られた乾燥物を掻き取り、次いで、衝撃式ミルを用いて1時間あたり10kgの速さで乾燥物を粉砕し、水分量5重量%の乾燥粉砕物を得た。得られた粉砕物を、30メッシュを用いて分級し、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー及びカルボキシメチルセルロースを含む粉体(CNF粉体1)を得た。 0.5 wt% aqueous sodium hydroxide solution was added to this dispersion to adjust the pH to 9, and then it was applied to the drum surface of a drum dryer D0405 (manufactured by Katsuragi Kogyo Co., Ltd.) and dried at 140°C for 1 minute. The resulting dried product was scraped off and then pulverized using an impact mill at a rate of 10 kg per hour to obtain a dried pulverized product with a moisture content of 5 wt%. The pulverized product was classified using a 30 mesh to obtain a powder containing carboxymethylated cellulose nanofibers and carboxymethyl cellulose (CNF Powder 1).
(実施例1~3、比較例1~5)
(食パンの製造)
表1の原料の内、CNF粉体1を含む場合は、CNF粉体1と水とを、ホモディスパーを使用して回転数3000rpmで30分間撹拌することにより、CNF分散液を調製した。次に、表1の原料の内、CNF粉体1と水以外の原料を、調製したCNF分散液(もしくは水)とともに製パン機に投入した。次に、製パン機を食パンコース(ねり、ねかし、発酵、焼きの合計4時間)に設定し、食パンを製造した。
また比較例5では、CNF粉体1の代わりにカルボキシメチルセルロース(日本製紙社製、SLD-F1)を用いた。
なお、表1の原料の数値は、重量部を表す。
(Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 5)
(Bread production)
When the ingredients in Table 1 contained CNF powder 1, a CNF dispersion was prepared by stirring CNF powder 1 and water for 30 minutes at 3,000 rpm using a homodisper. Next, the ingredients in Table 1 other than CNF powder 1 and water were added to a bread maker together with the prepared CNF dispersion (or water). Next, the bread maker was set to the bread course (a total of 4 hours for kneading, resting, fermentation, and baking) to produce bread.
In Comparative Example 5, carboxymethyl cellulose (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., SLD-F1) was used in place of CNF powder 1.
The numerical values of the raw materials in Table 1 represent parts by weight.
(評価)
(製パン時の作業性)
実施例および比較例において、ねり工程後に製パン機の中を目視で確認し、生地の状態を下記の基準で評価した。
○:捏ねる際の生地のまとまりが良く、べたつきが小さく容器に付着しにくく作業性が良い。
△:捏ねる際の生地のまとまりが良いが、べたつきがあり容器に付着するが使用上は問題ない。
×:捏ねる際の生地のまとまりが不十分で、べたつきがあり容器に付着するため作業性が悪い。
(evaluation)
(Workability during bread making)
In the Examples and Comparative Examples, the inside of the bread machine was visually inspected after the kneading step, and the state of the dough was evaluated according to the following criteria.
◯: The dough holds together well when kneaded, is not sticky, does not stick to the container, and is easy to work with.
△: The dough holds together well when kneaded, but is sticky and sticks to the container, but this does not cause any problems in use.
×: The dough was not sufficiently united when kneaded, was sticky, and adhered to the container, making it difficult to work with.
(食パンの評価)
実施例および比較例で得られた食パンは、製造後2時間室温で放冷した後、パン用ナイフで中央部を厚さ20mmに切り出し、試験片とし、下記の測定を行った。
(Bread evaluation)
The bread obtained in the Examples and Comparative Examples was allowed to cool at room temperature for 2 hours after production, and then cut into test pieces 20 mm thick from the center with a bread knife to prepare test pieces, which were then subjected to the following measurements.
(高さ)
試験片について、パンの底部から頂点までを定規を用いて測定した。結果を表1に示した。高さが高いほど、膨らみが向上していることを示す。
(height)
The test pieces were measured from the bottom to the top of the pan using a ruler, and the results are shown in Table 1. A higher height indicates improved rise.
(水分率)
室温下(25℃/50%)に静置した試験片の内相部を1cm角に切り出し、その重量WAを測定した。その後、1cm角試験片を105℃の乾燥機にて3時間乾燥し、乾燥後重量WBを測定した。(WA-WB)/WA×100から水分率を得た。結果を表1に示す。なお、焼成当日の試験片の水分率を「水分率(0日)」の欄に、製造後にジッパー付きビニールバッグに入れて25℃の恒温室で3日間保存した試験片の水分率を「水分率(3日)」の欄に示し、3日後の水分率と、焼成当日の水分率の変化を求め、「Δ水分率」の欄に示した。本発明においてはΔ水分率が0に近いほど、乾燥が抑制されていると言える。
(Moisture percentage)
The inner phase of the test specimens, which had been left at room temperature (25°C/50%), was cut into 1 cm squares and their weights, WA, were measured. The 1 cm square test specimens were then dried in a 105°C dryer for 3 hours, and their post-drying weights, WB, were measured. The moisture content was calculated as (WA - WB) / WA x 100. The results are shown in Table 1. The moisture content of the test specimens on the day of firing is shown in the "Moisture Content (Day 0)" column, and the moisture content of the test specimens stored in a zippered vinyl bag in a constant temperature room at 25°C for 3 days after production is shown in the "Moisture Content (Day 3)" column. The change in moisture content between the moisture content after 3 days and the moisture content on the day of firing was calculated and shown in the "ΔMoisture Content" column. In the present invention, the closer the ΔMoisture Content is to 0, the more drying is suppressed.
(硬さ)
試験片について、レオメータ(イマダ製、フードレオロジーテスターFRTS-50N)を用いて硬さを測定した。具体的には、プランジャーとしてφ2.0cmのものを使用し、突入速度1mm/秒で1cm押し込んだ際の数値を記録した。5点以上を測定し、平均値を求め、結果を表1に示した。なお、焼成当日の試験片の硬さを「硬さ(0日)」の欄に、製造後にジッパー付きビニールバッグに入れて25℃の恒温室で3日間保存した試験片の硬さを「硬さ(3日)」の欄に、それぞれ示した。数値が小さいほど、試験片のパンが柔らかいことを示す。さらに、3日後の硬さと、焼成当日の硬さの変化を求め、「Δ硬さ」の欄に示した。数値が小さいほど、老化が抑制されていることを示す。本発明においては、Δ硬さが5未満であると、老化が抑制されているといえる。
(Hardness)
The hardness of the test pieces was measured using a rheometer (Food Rheology Tester FRTS-50N, manufactured by Imada). Specifically, a plunger with a diameter of 2.0 cm was used, and the value was recorded when the plunger was pushed 1 cm at a plunge rate of 1 mm/sec. Five or more points were measured, and the average value was calculated. The results are shown in Table 1. The hardness of the test pieces on the day of baking is shown in the "Hardness (0 days)" column, and the hardness of the test pieces stored in a zippered vinyl bag in a constant temperature room at 25°C for three days after production is shown in the "Hardness (3 days)" column. The smaller the value, the softer the bread of the test piece. Furthermore, the change in hardness after three days and the hardness on the day of baking was determined, and this is shown in the "ΔHardness" column. The smaller the value, the more suppressed aging. In the present invention, a ΔHardness of less than 5 can be said to suppress aging.
表1の結果から明らかなように、澱粉含有穀物粉末100重量%に対し、水成分を80~150重量%、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを0.05~5重量%含む実施例1~3のドウ組成物は加水量を増やしても生地のまとまりがあり作業性がよく、このドウ組成物を用いて得られた食パンは、膨らみが向上し、多加水であるがΔ水分率が0に近く乾燥が抑制されており、さらにΔ硬さが5未満であることから柔らかで、老化が抑制されていることがわかる。
As is clear from the results in Table 1, the dough compositions of Examples 1 to 3, which contain 80 to 150% by weight of water and 0.05 to 5% by weight of carboxymethylated cellulose nanofibers relative to 100% by weight of starch-containing grain powder, have good dough cohesion and workability even when the amount of water added is increased, and the bread obtained using this dough composition has improved rise, and although it contains a high amount of water, the Δ moisture content is close to 0, preventing drying, and the Δ hardness is less than 5, indicating that it is soft and aging is inhibited.
Claims (3)
さらにカルボキシメチルセルロース又はその塩を、該カルボキシメチル化セルロースナノファイバーに対して25~60重量%含むドウ組成物であって、
該カルボキシメチルセルロース又はその塩は、無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.55~1.6の範囲であり、
該カルボキシメチルセルロース又はその塩の1重量%水溶液における25℃60rpmでのB型粘度が1000~8000mPa・sの範囲にあることを特徴とする、ドウ組成物。 The dough contains 100% by weight of one or more wheat flours selected from strong flour, semi-strong flour, medium flour, weak flour, and durum wheat flour, 80 to 150% by weight of a water component, and 0.05 to 5% by weight of carboxymethylated cellulose nanofibers,
The dough composition further contains 25 to 60% by weight of carboxymethyl cellulose or a salt thereof relative to the carboxymethylated cellulose nanofibers,
The carboxymethyl cellulose or salt thereof has a degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit in the range of 0.55 to 1.6,
The dough composition is characterized in that the Brookfield viscosity of a 1 wt % aqueous solution of the carboxymethyl cellulose or a salt thereof at 25°C and 60 rpm is in the range of 1,000 to 8,000 mPa·s.
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