(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽と、水槽内に配置されたセラミック製の隔膜と、隔膜の内側に配置された陰極と、水槽の内側であって隔膜の外側に配置された陽極とによって構成され、
隔膜の内側に、ｐＨ１１〜１３の強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液が投入され、
水槽の内側であって隔膜の外側に、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液が投入されていることを特徴とするキトサン溶液の製造装置。
【請求項２】
塩化ナトリウム水溶液として、ｐＨ１１〜１３の強アルカリ性の電解アルカリイオン水に、塩化ナトリウムを添加して、溶解させたものを使用し、
塩化ナトリウムの添加量を、塩化ナトリウム水溶液の総量の５〜２４重量％とすることを特徴とする、請求項１に記載のキトサン溶液の製造装置。
【請求項３】
乳酸ナトリウム−乳酸水溶液として、０．５〜５％乳酸ナトリウム水溶液に乳酸水溶液を加えることによって、ｐＨ４．０〜５．５となるように調整したものを使用することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のキトサン溶液の製造装置。
【請求項４】
水槽と、水槽内に配置されたセラミック製の隔膜と、隔膜の内側に配置された陰極と、水槽の内側であって隔膜の外側に配置された陽極とによって構成される装置を用意し、
隔膜の内側に、ｐＨ１１〜１３の強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液を投入し、
水槽の内側であって隔膜の外側に、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液を投入し、
陰極と陽極の間に１５〜１８Ｖの電圧を印加して直流電流を通電し、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液中に投入したキトサンを溶解させることを特徴とするキトサン溶液の製造方法。
【請求項５】
塩化ナトリウム水溶液として、ｐＨ１１〜１３の強アルカリ性の電解アルカリイオン水に、塩化ナトリウムを添加して、溶解させたものを使用し、
塩化ナトリウムの添加量を、塩化ナトリウム水溶液の総量の５〜２４重量％とすることを特徴とする、請求項４に記載のキトサン溶液の製造方法。
【請求項６】
乳酸ナトリウム−乳酸水溶液として、０．５〜５％乳酸ナトリウム水溶液に乳酸水溶液を加えることによって、ｐＨ４．０〜５．５となるように調整したものを使用することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載のキトサン溶液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キトサンが均一に溶解したキトサン溶液を製造する装置、及び、製造方法に関し、特に、強酸を用いずにキトサンを溶解させることができるキトサン溶液の製造装置、及び、製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キトサンは、食品、食品包装材、医療品、包帯、絆創膏、紙おむつ、農業用資材などの各種の製品に利用できることが知られている。キトサンをそれらの製品に利用する場合には、素材としてのキトサンを溶解して溶液化或いはゲル化することが必要であり、キトサンを溶解するための溶剤としては、一般的にｐＨ２以下の強酸（酢酸、乳酸、クエン酸等の水溶液）が使用されている。
【０００３】
但し、強酸を用いて溶解させたキトサン水溶液或いはキトサンゲルで食品を処理すると、その食品の味や風味を損なうことになる。そこで、強酸を使用することなくキトサン溶液を製造する方法として、キトサン原粉末を非平衡低温プラズマに接触させる方法が提案されている（特開平５−２０７８６７号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０７８６７号公報
【特許文献２】特開平６−２３７７１２号公報
【特許文献３】特開平８−２４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開平５−２０７８６７号公報に記載されているキトサン水溶液の製造方法は、非平衡プラズマを発生させる装置や減圧装置などが必要になるほか、工程数も多く、製造に長時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術における問題を解決しようとするものであって、ｐＨ４．０〜５．５の弱酸の溶媒中にキトサンを均一に溶解させて、キトサン溶液を製造することができる装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るキトサン溶液の製造装置は、水槽と、水槽内に配置されたセラミック製の隔膜と、隔膜の内側に配置された陰極と、水槽の内側であって隔膜の外側に配置された陽極とによって構成され、隔膜の内側に、強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液が投入され、水槽の内側であって隔膜の外側に、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液が投入されていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係るキトサン溶液の製造方法は、水槽と、水槽内に配置されたセラミック製の隔膜と、隔膜の内側に配置された陰極と、水槽の内側であって隔膜の外側に配置された陽極とによって構成されるキトサン溶液の製造装置を用意し、隔膜の内側に、強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液を投入し、水槽の内側であって隔膜の外側に、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液を投入し、陰極と陽極の間に１５〜１８Ｖの電圧を印加して直流電流を通電し、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液中に投入したキトサンを溶解させることを特徴としている。
【０００９】
尚、塩化ナトリウム水溶液としては、ｐＨ１１〜１３の強アルカリ性の電解アルカリイオン水９５〜７６重量％に、塩化ナトリウム５〜２４重量％を添加して溶解させたものを使用することが好ましく、また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液としては、０．５〜５％乳酸ナトリウム水溶液に乳酸水溶液を加えることによって、ｐＨ４．０〜５．５となるように調整したものを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るキトサン溶液の製造装置及び製造方法によれば、弱酸性の溶媒によってキトサンを溶解させることができ、製造されたキトサン溶液は、食品に使用しても、味や風味を損なうことがないという効果を期待することができ、従って、食品被膜剤、食品混合剤として好適に利用することができる。また、本発明に係るキトサン溶液の製造装置及び製造方法においては、溶媒（乳酸ナトリウム−乳酸水溶液）に使用する乳酸ナトリウム水溶液中の乳酸ナトリウムの濃度（０．５〜５％）を調整することにより、製造されるキトサン溶液の粘度を調整することができる。更に、本発明に係るキトサン溶液の製造装置及び製造方法によれば、従来装置及び従来方法よりも、安価に、かつ、短時間で簡単にキトサン溶液を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係るキトサン溶液の製造方法に使用する製造装置１の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明「キトサン溶液の製造方法」を実施するための形態について説明する。まず、図１に示すようなキトサン溶液の製造装置１を用意する。この製造装置１は、図示されているように、プラスチック製の水槽２と、この水槽２内に配置されたセラミック製の隔膜３と、隔膜３の内側に配置された陰極４（電極）と、水槽２の内側であって隔膜３の外側に配置された陽極５（電極）とによって構成されている。
【００１３】
これらのうち、隔膜３は、上面が開放され、底面が閉塞された円筒状（有底円筒状）に形成されており、容積は１．５Ｌ、厚さ寸法は７ｍｍに設定されている。本実施形態においては、隔膜３として、電気抵抗が小さいセラミック製の多孔質体によって形成され、一般に水溶液の電解や電解水の製造等に用いられる電解隔膜（特開平８−２４８６５号公報に記載されている電解隔膜等）が使用される。尚、隔膜３の形状は、有底円筒状には限定されず、また、上面は全面的に開放されていなくともよい。
【００１４】
次に、隔膜３の内側に強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液Ａを適量（例えば１Ｌ）投入し、水槽２の内側であって隔膜３の外側に乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ（溶媒）を適量（例えば３Ｌ）投入する。そして、原料となるキトサンＣ（粉末状）を溶媒（水槽２内の乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ）中に投入する。尚、キトサンＣの投入量は、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂの２重量％程度とし、塩化ナトリウム水溶液Ａの投入量は、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂの１／３程度（或いは１／３以上）とする。
【００１５】
塩化ナトリウム水溶液Ａとしては、強アルカリ性（ｐＨ１１〜１３）の電解アルカリイオン水に、塩化ナトリウムを添加して、溶解させたものを使用する。尚、塩化ナトリウムの添加量は、塩化ナトリウム水溶液Ａの総量の５〜２４重量％（塩化ナトリウム５〜２４重量％、電解アルカリイオン水９５〜７６重量％）とする。５重量％よりも低いと、図１の製造装置１の隔膜３にに投入して通電を行った場合に、反応が低調となってしまい、溶媒中に投入したキトサンＣの全量（２重量％）を溶解させることができないという問題があり、また、２４重量％を越えて、塩化ナトリウムを電解アルカリイオン水中に溶解させることはできない（水溶液中に沈殿する）からである。
【００１６】
また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂとしては、０．５〜５％乳酸ナトリウム水溶液（乳酸ナトリウム０．５〜５重量％、水９９．５〜９５重量％、ｐＨ７〜８程度）に、乳酸（乳酸水溶液）を適宜加えることによって、ｐＨ４．０〜５．５となるように調整したものを使用する。
【００１７】
乳酸ナトリウム−乳酸水溶液ＢのｐＨを４．０〜５．５に調整する理由は、ｐＨが４．０よりも低いと、製造されたキトサン溶液を用いて食品を処理した場合に、その食品の味や風味を損なってしまうことになるからである。また、ｐＨが５．５よりも高いと、溶媒中に投入したキトサンＣの全量（２重量％）を溶解させることができないからである。
【００１８】
また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂに使用する乳酸ナトリウム水溶液中に含まれる乳酸ナトリウムの量を０．５〜５重量％の範囲としているのは、乳酸ナトリウムが０．５重量％以下であると、図１の製造装置１の水槽２内（隔膜３外）に投入して通電を行った場合に、反応が低調となってしまい、溶媒中に投入したキトサンＣの全量（２重量％）を溶解させることができないという問題があり、５重量％を越えると、乳酸ナトリウム水溶液がｐＨ４以下となってしまい、乳酸水溶液（ｐＨ１）を加えることによっては、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液ＢのｐＨを４．０〜５．５の範囲に調整することができなくなってしまうからである。
【００１９】
次に、陰極４と陽極５の間に１５〜１８Ｖの電圧を印加し、電源６から直流電流（０．１〜５Ａ）を通電する。このような条件で、６時間程度通電を継続することにより、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ中において、キトサンＣを、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂの２重量％程度溶解させることができる。
【００２０】
尚、ｐＨ４．０〜５．５の乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ中に粉末状のキトサンＣを投入し、単に撹拌しただけでは、キトサンＣは殆ど溶解しないが、上記のような条件で通電を行うと、溶媒中におけるキトサンＣの溶解が可能になる。この点について具体的に説明すると、図１に示すキトサン溶液の製造装置１において、陰極４と陽極５の間に電圧を印加して通電すると、水溶液中の酸化されやすい物質が陽極５に電子を放出し、還元されやすい物質が陰極４から電子を受け取ることになるところ、隔膜３の内側に投入された塩化ナトリウム水溶液Ａ中の塩素イオン（Ｃｌ−）が隔膜３を通過して、隔膜３の外側に配置されている陽極５に電子を放出し、隔膜３の外側に投入された乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）は、隔膜３を通過して、隔膜３の内側に配置されている陰極４から電子を受け取ることになる。
【００２１】
そして、通電を継続することで、隔膜３の外側の乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂがゆっくりと酸化していく（ｐＨが下がっていく）ことになり、これに伴って、キトサンＣが溶解し始める。キトサンＣの溶解が始まると、その後通電を継続しても、酸化があまり進行しない状態となり、その代わりにキトサンＣの溶解が進行し、通電開始から６時間程度経過すると、投入したキトサンＣ（乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂの２重量％程度）がすべて溶解する。
【００２２】
以下、本発明「キトサン溶液の製造方法」に関し、本発明の発明者らが行った実験の結果を実施例として説明する。
【実施例】
【００２３】
図１に示すキトサン溶液の製造装置１を用意し、隔膜３の内側に強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液Ａ（又は中性の塩化ナトリウム水溶液Ａ’）を１Ｌ投入し、水槽２の内側であって隔膜３の外側に乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ（又は乳酸ナトリウム水溶液Ｂ’）（溶媒）を３Ｌ投入し、陰極４と陽極５の間に１８Ｖの電圧を印加し、電源６から直流電流（０．１〜５Ａ）を通電し、溶媒中にキトサンＣ（粉末状）を、溶媒の２重量％（６０ｇ）投入して溶解させる実験を５回（実験１〜５）実施した。
【００２４】
（実験１／条件）（本発明）
塩化ナトリウム水溶液Ａとして、ｐＨ１２．１の強アルカリ性の電解アルカリイオン水７６重量％に、塩化ナトリウム２４重量％を添加して溶解させたもの１Ｌ（ｐＨ１２．１）を使用した。また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂとして、５．０％乳酸ナトリウム水溶液（乳酸ナトリウム５重量％、水９５重量％、ｐＨ７．５）に、５０％乳酸水溶液（乳酸５０重量％、水５０重量％、ｐＨ１）を７０ｇ加えることによって、ｐＨ４．１となったもの３Ｌを使用した。
【００２５】
（実験２／条件）（本発明）
塩化ナトリウム水溶液Ａとして、ｐＨ１１．８の強アルカリ性の電解アルカリイオン水７６重量％に、塩化ナトリウム２４重量％を添加して溶解させたもの１Ｌ（ｐＨ１１．８）を使用した。また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂとして、０．５％乳酸ナトリウム水溶液（乳酸ナトリウム０．５重量％、水９９．５重量％、ｐＨ８．０）に、５０％乳酸水溶液（乳酸５０重量％、水５０重量％、ｐＨ１）を２０ｇ加えることによって、ｐＨ４．６となったもの３Ｌを使用した。
【００２６】
（実験３／条件）（比較例）
塩化ナトリウム水溶液Ａ’として、ｐＨ７．８の弱アルカリ性の水道水９５重量％に、塩化ナトリウム５重量％を添加して溶解させたもの１Ｌ（ｐＨ７．２）を使用した。また、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂとして、５．０％乳酸ナトリウム水溶液（乳酸ナトリウム５重量％、水９５重量％、ｐＨ７．５）に、５０％乳酸水溶液（乳酸５０重量％、水５０重量％、ｐＨ１）を６０ｇ加えることによって、ｐＨ４．１となったもの３Ｌを使用した。
【００２７】
（実験４／条件）（比較例）
塩化ナトリウム水溶液Ａとして、ｐＨ１１．５の強アルカリ性の電解アルカリイオン水７６重量％に、塩化ナトリウム２４重量％を添加して溶解させたもの１Ｌ（ｐＨ１１．５）を使用した。また、溶媒として、乳酸（乳酸水溶液）を加えず、ｐＨの調整を行っていない０．５％乳酸ナトリウム水溶液Ｂ’（乳酸ナトリウム０．５重量％、水９５．５重量％、ｐＨ７．７）３Ｌを使用した。
【００２８】
（実験５／条件）（比較例）
塩化ナトリウム水溶液Ａとして、ｐＨ１１．６の強アルカリ性の電解アルカリイオン水７６重量％に、塩化ナトリウム２４重量％を添加して溶解させたもの１Ｌ（ｐＨ１１．６）を使用した。また、溶媒として、乳酸（乳酸水溶液）を加えず、ｐＨの調整を行っていない５．０％乳酸ナトリウム水溶液Ｂ’（乳酸ナトリウム５重量％、水９５重量％、ｐＨ７．１）３Ｌを使用した。
【００２９】
（実験１〜５／条件小括）
・塩化ナトリウム水溶液Ａ
実験１：  ２４％塩化ナトリウム水溶液Ａ    ｐＨ１２．１
実験２：  ２４％塩化ナトリウム水溶液Ａ    ｐＨ１１．８
実験３：    ５％塩化ナトリウム水溶液Ａ’  ｐＨ  ７．２
実験４：  ２４％塩化ナトリウム水溶液Ａ    ｐＨ１１．５
実験５：  ２４％塩化ナトリウム水溶液Ａ    ｐＨ１１．６
・乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ
実験１：  ５．０％乳酸Ｎａ水溶液＋５０％乳酸水溶液（７０ｇ）Ｂ    ｐＨ４．１
実験２：  ０．５％乳酸Ｎａ水溶液＋５０％乳酸水溶液（２０ｇ）Ｂ    ｐＨ４．６
実験３：  ５．０％乳酸Ｎａ水溶液＋５０％乳酸水溶液（６０ｇ）Ｂ    ｐＨ４．１
実験４：  ０．５％乳酸Ｎａ水溶液                            Ｂ’  ｐＨ７．７
実験５：  ５．０％乳酸Ｎａ水溶液                            Ｂ’  ｐＨ７．１
【００３０】
通電開始から３０分経過毎に隔膜３の内側（塩化ナトリウム水溶液Ａ又は塩化ナトリウム水溶液Ａ’）と外側（乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂ又は乳酸ナトリウム水溶液Ｂ’（溶媒））のｐＨを測定するとともに、通電による化学反応の状況、及び、溶媒中のキトサンＣの溶解の状況を目視により観察した。その結果を次に示す。尚、ｐＨの測定は、株式会社カスタム製のｐＨ計「ＰＨ−６０１１Ａ」を使用して行った。
【００３１】
（実験１／結果）
【表１】
0006034320.tif 000002
【００３２】
（実験２／結果）
【表２】
0006034320.tif 000003
【００３３】
（実験３／結果）
【表３】
0006034320.tif 000004
【００３４】
（実験４／結果）
【表４】
0006034320.tif 000005
【００３５】
（実験５／結果）
【表５】
0006034320.tif 000006
【００３６】
実験１及び実験２（本発明）により、隔膜３の内側に強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液Ａを投入し、隔膜３の外側にキトサンＣの溶媒として、０．５〜５％乳酸ナトリウム水溶液（乳酸ナトリウム０．５〜５重量％、水９９．５〜９５重量％）に、乳酸（乳酸水溶液）を適宜加えてｐＨを調整した乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂを投入して通電を行った場合、開始から６時間で、溶媒の２重量％（６０ｇ）のキトサンＣを溶媒中に全て溶解させることができるということが確認された。
【００３７】
尚、溶媒として５％乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂを使用した場合（実験１）、０．５％乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂを使用した場合（実験２）と比べて、製造されるキトサン溶液の粘度が高くなった。具体的には、実験１の結果得られたキトサン溶液は、ペースト状となり、実験２の結果得られたキトサン溶液は、中濃ソース或いは黒蜜ほどの粘度となった。これらの結果から、乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂに使用する乳酸ナトリウム水溶液中の乳酸ナトリウムの濃度が高いほど、得られるキトサン溶液の粘度が高くなると考えられ、また、乳酸ナトリウムの濃度を０．５〜５．０重量％の範囲内で調整することにより、得られるキトサン溶液の粘度を適宜調整することができる、と考えられる。
【００３８】
また、実験３（比較例）により、隔膜３の内側に、強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液Ａの代わりに、弱アルカリ性の水道水を使用した塩化ナトリウム水溶液Ａ’を投入した場合、９時間にわたって通電を行っても、溶媒中に投入したキトサンＣ（溶媒の２重量％、６０ｇ）のうち、半分以下の量しか溶解させることができない、ということが確認され、強アルカリ性の塩化ナトリウム水溶液Ａを使用した場合（実験１、及び、実験２）と比べ、生産効率が悪いという問題があることが確認された。従って、隔膜３の内側には、強アルカリ性の電解アルカリイオン水を使用した塩化ナトリウム水溶液Ａを投入すべきであることが分かった。
【００３９】
また、実験４及び実験５（比較例）により、溶媒として、乳酸を加えず、ｐＨの調整を行っていない乳酸ナトリウム水溶液Ｂ’を使用した場合、６時間、或いは、９時間にわたって通電を行っても、溶媒中に投入したキトサンＣを溶解させることはできない、ということが確認された。従って、溶媒としては、乳酸ナトリウム水溶液に乳酸を加えてｐＨを調整した乳酸ナトリウム−乳酸水溶液Ｂを使用すべきであることが分かった。
【符号の説明】
【００４０】
１：製造装置、
２：水槽、
３：隔膜、
４：陰極、
５：陽極、
６：電源、
Ａ：塩化ナトリウム水溶液、
Ｂ：乳酸ナトリウム−乳酸水溶液、
Ｃ：キトサン
【図１】
0006034320.tif 000007