(57)【要約】【課題】  セルロース繊維をより有効に活用し得る方法を見出し、新たな用途を開拓する。【解決手段】  植物体または微生物に由来するセルロース繊維含有材料を、平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるよう解繊してなるナノ化セルロース繊維が提供される。本発明ではさらに、ナノ化セルロース繊維と樹脂を含有する組成物を成形してなる成形体、ナノ化セルロース繊維と木質原料とを含有する組成物を成形してなる木質ボード、および、ナノ化セルロース繊維を添加した飲食品も提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物体または微生物に由来するセルロース繊維含有材料を、平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるよう解繊してなるナノ化セルロース繊維。
【請求項２】
前記セルロース繊維含有材料が飲料製造残渣である、請求項１に記載のナノ化セルロース繊維。
【請求項３】
前記飲料製造残渣が茶殻である、請求項２に記載のナノ化セルロース繊維。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノ化セルロース繊維と、樹脂とを含有する組成物を成形してなる樹脂含有成形体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノ化セルロース繊維と、木質原料とを含有する組成物を成形してなる木質ボード。
【請求項６】
請求項４に記載の樹脂含有成形体または請求項５に記載の木質ボードから形成されるパレット。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のナノ化セルロース繊維を添加してなる飲食品。
【請求項８】
液状飲食品である、請求項７に記載の飲食品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物体または微生物由来のセルロース繊維含有材料を、解繊してなるナノ化セルロース繊維に関するものである。また、本発明は、ナノ化セルロース繊維と樹脂を含有する組成物を成形してなる成形体、ナノ化セルロース繊維と木質原料とを含有する組成物を成形してなる木質ボード、および、ナノ化セルロース繊維を添加した飲食品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロースは、豊富に存在する生体由来の高分子であり、その活用が大きく期待されている。例えば、木材は植物由来のセルロースを豊富に含有するカーボンニュートラルな材料であって、再生産かつ持続利用が可能であるため、その有効活用は極めて重要な課題である。
【０００３】
ところで、セルロース繊維を豊富に含有するものとして、植物体から飲料成分を抽出あるいは搾汁した後の残渣（以下、「飲料製造残渣」と総称することがある）が挙げられる。茶殻、コーヒー粕や野菜粕等の飲料製造残渣は、近年増加の一途をたどっており、従来は産業廃棄物として処理されていたが、再利用の方法も提案されている。
例えば、茶殻やコーヒーの抽出残渣等を微粉砕して熱可塑性樹脂または生分解性樹脂等のバインダ材料と混合し、ペレット状、シート状等の包装材料に成形することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２８１９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セルロース繊維を含有上記の材料を、その利用性の観点から検討すると、木材は寸法安定性が十分でなく、また自由な成形が難しいという問題がある。
一方、茶殻などの飲料製造残渣は、他の材料と混合して利用されることが多いが、分散性が問題となる場合がある。
このように、セルロース繊維を含む材料については、その有効活用が依然として課題となっている。
【０００６】
本発明は、セルロース繊維をより有効に活用し得る方法を見出し、新たな用途を開拓することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく検討したところ、平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるようにセルロース繊維含有材料を解繊することで、分散性に優れ、樹脂や木質原料に添加する形態での利用が容易になるとともに、飲食品などに添加してその性状を調整できることを見出し、本発明が完成されるに至った。具体的には、本発明は以下のとおりである。
【０００８】
〔１〕  植物体または微生物に由来するセルロース繊維含有材料を、平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるよう解繊してなるナノ化セルロース繊維。
〔２〕  前記セルロース繊維含有材料が飲料製造残渣である、〔１〕に記載のナノ化セルロース繊維。
〔３〕  前記飲料製造残渣が茶殻である、〔２〕に記載のナノ化セルロース繊維。
〔４〕  〔１〕〜〔３〕に記載のナノ化セルロース繊維と、樹脂とを含有する組成物を成形してなる樹脂含有成形体。
〔５〕  〔１〕〜〔３〕に記載のナノ化セルロース繊維と、木質原料とを含有する組成物を成形してなる木質ボード。
〔６〕  〔４〕に記載の樹脂含有成形体または〔５〕に記載の木質ボードから形成されるパレット。
〔７〕  〔１〕〜〔３〕に記載のナノ化セルロース繊維を添加してなる飲食品。
〔８〕  液状飲食品である、〔７〕に記載の飲食品。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セルロース繊維含有材料を平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるよう解繊してなるナノ化セルロース繊維により、セルロース繊維をより有効に活用することができ、新たな用途が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
〔ナノ化セルロース繊維〕
本実施形態に係るセルロース繊維は、植物体または微生物に由来するセルロース繊維含有材料を、平均繊維径が４〜３０００ｎｍとなるよう解繊してなるものである。以下、かかるセルロース繊維を「ナノ化セルロース繊維」と称する。
【００１２】
ナノ化セルロース繊維の原料としてのセルロース繊維含有材料としては、植物体（例えば木材、竹、麻、これらから得られるパルプ、再生パルプなど）が挙げられる。また、大豆、菜種、ヤシ等から植物油を搾油した後の搾油粕、テンサイ、トウキビ等から糖分を搾汁した後の搾糖粕などを用いてもよい。
さらに、セルロース繊維含有材料としては、酢酸菌（アセトバクター）等の微生物が生合成するセルロース繊維を用いることもできる。
【００１３】
本実施形態においては、原料となるセルロース繊維含有材料として、植物体から飲料成分を抽出あるいは搾汁した後の残渣（以下、「飲料製造残渣」と総称することがある）を用いてもよい。
抽出原料としての植物体としては、例えば、茶葉、コーヒー豆、大麦の種子、そばの実等が挙げられる。また、搾汁原料としての植物体としては、各種果実や野菜などが挙げられる。
中でも、茶葉から茶成分を抽出した後の残渣である茶殻は、セルロース繊維の他にカテキンなどの機能性成分を含んでおり、これらはナノ化したセルロース繊維とともに利用することができる。そのため、茶殻から得られるナノ化セルロース繊維を添加して後述する樹脂含有成形体、木質ボード、飲食品などを製造することで、これらに茶殻由来の機能を付与することができ、特に好適である。
【００１４】
本実施形態においては、化学修飾されたセルロース繊維を用いてもよい。化学修飾されたセルロース繊維としては、カルボキシメチル化セルロース、カルボキシル化セルロースなどを挙げることができる。
【００１５】
以上述べたセルロース繊維含有材料は、１種を単独で用いてもよく、また２種以上を併用してもよい。
【００１６】
上記のセルロース繊維含有材料をナノ化する処理としては、例えば、機械的処理、酸化処理、酵素処理、酸処理などが挙げられる。機械的処理としては、例えば、リファイナー、高圧ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、グラインダー、二軸混錬機等により磨砕・叩解する処理が挙げられる。
酸化処理としては、TEMPO法が挙げられる。2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy radical（TEMPO）を触媒に用い、セルロース繊維の非晶領域にある６位の水酸基を選択的に酸化（カルボキシル化）することで、セルロース繊維相互の反発性を高める方法である。また、酵素（セルラーゼ）や酸（硫酸、塩酸等）を処理してセルロース繊維を加水分解してもよい。これらの処理が行われたセルロース繊維は、超音波処理や撹拌などにより容易に解繊し、ナノ化したセルロースを容易に得ることができる。
この他、水分散液同士を衝突させる、水中カウンターコリジョン法を採用してもよい。
【００１７】
以上のようにして得られたナノ化セルロース繊維は、平均繊維径が３０００ｎｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、平均繊維径は、１００ｎｍ以下であってよく、３０ｎｍ以下であってよい。平均繊維径の上限が上記範囲であると、分散性に優れたものとなる。
一方、ナノ化セルロース繊維の平均繊維径は、４ｎｍ以上であってよく、１０ｎｍ以上であってよい。
【００１８】
以上のナノ化セルロース繊維は、分散性に優れ、樹脂や木質原料に添加する形態での利用が容易になる。また、その優れた分散性により、添加した飲食品の性状を調整することができる。
【００１９】
〔樹脂含有成形体〕
本実施形態に係る樹脂含有成形体は、上記ナノ化セルロース繊維と、樹脂とを含有する組成物を成形してなるものである。
【００２０】
本実施形態で用いる樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられ、いずれを用いてもよい。
熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂；塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、塩素化塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリ乳酸系樹脂などが挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン等が挙げられる。
【００２１】
上記組成物において、ナノ化セルロース繊維の含有量は、ナノ化セルロース繊維の効果を損なわない範囲であれば特に限定されないが、例えば、上記樹脂１００質量部に対し、１〜１００質量部であってよく、３〜５０質量部であってよく、５〜２０質量部であってよい。
【００２２】
上記組成物は、ナノ化セルロース繊維および樹脂に加え、顔料、染料、難燃剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤、フィラー等の各種添加剤を含んでいてもよい。顔料としては、例えば、二酸化チタン、カーボンブラック等が挙げられる。また、フィラーとして、メラミン樹脂のような有機系材料、ヒュームドシリカのような無機系材料およびニッケル粒子のような金属系材料が例示される。
【００２３】
上記樹脂組成物は、上記各成分を混合することにより製造することができる。一般的には、機械的（溶融）混練法により（熱可塑性樹脂においては溶融および混練）、単軸押出機、二軸押出機、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、各種ニーダー、ブラベンダー、カレンダーロール等が用いられる。
【００２４】
本実施形態に係る樹脂含有成形体は、上記樹脂組成物を（溶融）混錬し、成形機を用いて成形することにより製造することができる。成形方法は、公知の方法が使用できる。例えば、押出成形、射出成形、ブロー成形、プレス成形、カレンダー成形、Ｔダイ成形、インフレーション成形、圧縮成形、パイプ押出成形、ラミネート成形、および真空成形などが挙げられる。
【００２５】
以上のようにして得られる樹脂含有成形体は、ナノ化セルロース繊維が配合されていることにより、強度に優れている。また、ナノ化セルロース繊維が植物体から得られたものである場合には、植物体に由来する機能性成分（カテキン等のポリフェノールが例示される）もともに配合されるため、機能性成分に由来する消臭機能・抗菌機能等の各種機能を樹脂含有成形体に付与することができる。
【００２６】
そのため、本実施形態の樹脂含有成形体は、例えば、運搬材料用途、建築材料用途、筐体用途などに好適に利用することができる。
運搬材料用途としては、例えば、パレット、コンテナ、フレキシブルコンテナ、台車、トレー等の搬送材などが挙げられる。
建築材料用途としては、例えば、机、椅子等の家具；内・外壁材、屋根材、タイル、ドア等の住宅用建材；などが挙げられる。
筐体用途としては、例えば、電子機器・家電などの電気製品の筐体；食料品や雑貨等の容器・包装材；などが挙げられる。
中でも、パレットは特に好適な態様の一つである。
【００２７】
〔木質ボード〕
本実施形態の木質ボードは、上記ナノ化セルロース繊維と、木質原料とを含有する組成物を成形してなるものである。
【００２８】
本実施形態における木質ボードとは、繊維板、パーティクルボード、木毛セメント板、木片セメント板等が挙げられる。
【００２９】
木質原料としては、一般的に建材や構造材料などとして使用される、いわゆる木材を用いることができる。繊維板の原料とする場合には、スラリーや調製可能な繊維状又は粉末状の形態であればよく、またパーティクルボードの原料とする場合には、木材の小片であれば良い。
木質原料の樹種としては、例えば、杉、桧、ヒバ、カラマツ、松等の針葉樹や、クリ、カバ、カシ、シイ、ポプラ、柳等の広葉樹、ラワン等の南洋材などが挙げられるが、特に樹種は問わない、またそれら樹種から得られるパルプなどが挙げられる。工業廃材や建築廃材などの木質廃材は、安価であるため、木質原料として好適に利用することができる。また古紙も安価であるため木質原料として好適に利用することができる。
【００３０】
繊維板は、木質原料（例えば、木質チップ等の木質廃材など）を蒸煮・解繊して木質繊維のスラリーを得たのち、これを成形（フォーミング）して得られるものであり、成形時の熱圧の有無や程度などにより、ハードボード（硬質繊維板）、ミディアムデンシティファイバーボード（ＭＤＦ，中質繊維板）、インシュレーションボード（軟質繊維板）などに分類することができる。またパルプを成形して得られる紙材も挙げられる。
本実施形態においては、成形時に木質繊維に対し上記ナノ化セルロース繊維を添加することにより、強度の向上した繊維板を得ることができる。
【００３１】
パーティクルボードは、木材小片（パーティクル，チップ，木材切削片，破砕片等）に接着剤等を添加し、これを所定の形に堆積した後，熱圧して成形して得られる。本実施形態においては、ナノ化セルロース繊維が添加されるところ、接着剤に予め混合したうえで接着剤との混合物を木材小片に添加してもよく、また接着剤とは別に木材小片に添加されてもよい。
【００３２】
以上のようにして得られる木質ボードは、ナノ化セルロース繊維が配合されていることにより、強度に優れている。また、ナノ化セルロース繊維が植物体から得られたものである場合には、植物体に由来する機能性成分（カテキン等のポリフェノールが例示される）もともに配合されるため、機能性成分に由来する消臭機能・抗菌機能等の各種機能を木質ボードに付与することができる。
【００３３】
そのため、本実施形態の木質ボードは、例えば、運搬材料用途、建築材料用途、筐体用途などに好適に利用することができる。
運搬材料用途としては、例えば、パレット、コンテナ、フレキシブルコンテナ、台車、トレー等の搬送材などが挙げられる。
建築材料用途としては、例えば、机、椅子等の家具；内・外壁材、屋根材、タイル、ドア等の住宅用建材；などが挙げられる。
筐体用途としては、例えば、食料品や雑貨等の容器・包装材などが挙げられる。
中でも、木質ボードがハードボード、パーティクルボード等である場合には、パレットは特に好適な態様の一つである。
また木質ボードに各種機能が付与されている場合には、建築材料用途や筐体用途も好適な態様となる。
【００３４】
〔飲食品〕
本実施形態に係る飲食品は、上記実施形態に係るナノ化セルロース繊維を添加してなるものである。
【００３５】
本実施形態に係る飲食品は、分散性に優れたナノ化セルロース繊維を配合することにより、添加した飲食品の粘度や保形性といった性状を調整することができる。また、ナノ化セルロース繊維が植物体から得られたものである場合には、植物体に由来する機能性成分（カテキン等のポリフェノールが例示される）もともに配合されるため、機能性成分に由来する各種生理活性を飲食品に付与することができる。
【００３６】
ナノ化セルロース繊維は、分散性に優れるとともに粘度を調整することができ、また保形性を向上させることができるため、ヨーグルト、ゼリー、プディング及びムース等のデザート類；アイスクリームやシャーベット等の冷菓並びに氷菓；ケーキや饅頭等といった洋菓子および和菓子を含む焼菓子や蒸菓子等の製菓；バタークリームや生クリーム等のクリーム類；イチゴジャムやマーマレード等のジャム；など、固形状または半固形状の飲食品に広く適用することができる。
【００３７】
また、本実施形態の飲食品は、液状飲食品であることも特に好ましい態様の一つである。液状飲食品とすることで、ナノ化セルロース繊維の優れた分散性により、液状飲食品の粘度や舌ざわりなどを調整することができ、また、ナノ化セルロース繊維の原料である植物体に由来する機能性成分も分散性良く配合されるため、機能性成分に由来する各種生理活性を飲食品に付与することができる。さらに、液状飲食品が、沈殿・凝集・分離などが生じやすい成分を含む場合においても、ナノ化セルロース繊維を配合することで分散性が良好なものとなる。さらには、沈殿・凝集・分離などが生じやすい成分が、植物体に由来する植物繊維などである場合には、これの一部または全部をナノ化セルロース繊維に置き換えることができ、液状飲食品原料の取り扱い性・ハンドリング性にも優れたものとなる。
【００３８】
液状飲食品としては、特に制限はされないが、例えば、柑橘果汁や野菜汁等を含む果実飲料または野菜飲料；スポーツドリンク等の清涼飲料水；コーヒー飲料；紅茶や抹茶等の茶系飲料；ココアや乳酸菌飲料等の乳飲料；スープ類；ソース、たれ等の調味料；などが挙げられる。
【００３９】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００４０】
以下、製造例・試験例等を示すことにより本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の製造例・試験例等に何ら限定されるものではない。
【００４１】
〔ナノ化セルロース繊維の製造〕
（実施例１−１）
パルプを原料とするセルロース繊維（セオラス，旭化成社製）を、高圧ホモジナイザーによりナノ化処理を行った。
（実施例１−２）
また、茶飲料の抽出残渣である茶殻（伊藤園社製）を、実施例１と同様に高圧ホモジナイザーによりナノ化処理を行った。
【００４２】
実施例１−１のナノ化セルロース繊維は、ナノ化処理を行わなかったセオラス（比較例１）と比べ、分散性が極めて良好であった。また、実施例１−２の茶殻由来ナノ化セルロース繊維は、実施例１−１と同様に、分散性が極めて良好であった。
【００４３】
〔樹脂含有成形体の製造および評価〕
（実施例２−１）
ポリプロピレン樹脂１００質量部と、実施例１−１のナノ化セルロース繊維１０質量部とを溶融混錬し、ペレット状に成形して、樹脂含有組成物を得た。かかる樹脂含有組成物を射出成形し、パレットを製造した。
（実施例２−２，比較例２）
実施例１−１のナノ化セルロース繊維に代えて、実施例１−２の茶殻由来ナノ化セルロース繊維、または比較例１のナノ化していないセルロース繊維をそれぞれ用いた以外は、実施例２−１と同様に行い、パレットを得た（実施例２−２，比較例２−１）。また、セルロース繊維を配合せずにポリプロピレン樹脂を射出成形し、パレットを製造した（比較例２−２）
【００４４】
得られた実施例および比較例のパレットについて、ＪＩＳ Ｚ ０６０２に準拠してひずみ量、たわみ率、残留たわみ率を測定した。実施例２−１、実施例２−２のパレットは、比較例２−１および２−２のパレットに比べて強度が向上していることが確認された。
【００４５】
〔容器詰茶飲料の製造および評価〕
（実施例３）
抽出液用緑茶葉（やぶきた種）２０ｇを７００ｍＬの熱水（８５℃）で５分３０秒間抽出後、遠心分離機により不溶物を除去し、緑茶葉抽出液を得た。また、碾茶を石臼挽きして粉末茶を得た。
緑茶葉抽出液９００ｇ、粉末茶５０ｇ、および実施例１−２の茶殻由来ナノ化セルロース繊維１０ｇを配合し、蒸留水で１０００ｍＬにメスアップした。得られた混合液をＵＨＴ殺菌（１３５℃、３０秒）し、プレート内で８５℃に冷却してから透明プラスチック容器（ＰＥＴボトル）に充填し、直ちに２０℃まで冷却することにより容器詰緑茶飲料を得た。
（比較例３）
実施例１−２の茶殻由来ナノ化セルロース繊維を配合せずにメスアップした以外は実施例３と同様にして、容器詰緑茶飲料を製造した。
【００４６】
得られた実施例３および比較例３の容器詰緑茶飲料について、４℃で２週間保持したところ、比較例３の容器詰緑茶飲料では粉末茶が容器の底に沈殿している様子が観察されたが、実施例３の容器詰緑茶飲料では粉末茶の沈殿が認められなかった。