(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種子を原料として酸処理により得られた繊維材料を含む繊維生産物(fiber product)。
前記酸処理は、１１０℃〜１４０℃の温度で、２．５未満のｐＨで、３０〜６０分間行われ、前記酸処理された繊維材料は、酸処理されていない繊維材料と比較して、リグニン含量が低下している。ただし、下記の性質を有する。
セルロース含有量が少なくとも５０％であり、ヘミセルロース含有量が少なくとも５％であり、２３％未満である。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、セルロース含有量のヘミセルロース含有量に対する比が少なくとも２：１である。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、酸処理済みトウモロコシ繊維を含み、そして、
（ｂ）  前記酸処理済みトウモロコシ繊維は、セルロース含有量が少なくとも６０％である。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記酸処理済みトウモロコシ繊維材料は、ヘミセルロース含有量が少なくとも５％であり、そして、
（ｂ）  前記酸処理済みトウモロコシ繊維材料は、セルロース含有量のヘミセルロース含有量に対する比が少なくとも５：１である。
【請求項５】
請求項１または２に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、酸処理済み大豆繊維を含み、そして、
（ｂ）  前記酸処理済み大豆繊維は、セルロース含有量が少なくとも５０％である。
【請求項６】
請求項５に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記酸処理済み大豆繊維材料は、セルロース含有量のヘミセルロース含有量に対する比が少なくとも２：１である。
【請求項７】
請求項１または２に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、酸処理済みオート麦繊維を含み、そして、
（ｂ）  前記酸処理済みオート麦繊維は、セルロース含有量が少なくとも６０％である。
【請求項８】
請求項７に記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記酸処理済みオート麦繊維は、ヘミセルロース含有量が少なくとも５％であり、そして、
（ｂ）  前記酸処理済みオート麦繊維は、セルロース含有量のヘミセルロース含有量に対する比が少なくとも４：１である。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、酸処理済みトウモロコシ繊維、酸処理済みオート麦繊維、酸処理済み大豆繊維およびそれらの混合物から本質的になる群から選択される酸処理済み材料を含む。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の繊維生産物。ただし、
（ａ）  前記繊維材料は、下記ステップを含む工程により生成される繊維材料を含む。
（ｉ）  種子由来繊維を、その種子由来繊維の乾燥重量の少なくとも約０．１％の酸を含む希酸溶液で洗浄し、
（ii）  ステップ１０（ａ）（ｉ）により生成された材料を酸クロライト(acid chlorite)で処理し、そして、
（iii）  ステップ１０（ａ）（ii）により生成された材料をペルオキシドで処理する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
対応する米国出願は、1999年10月１５日出願の米国出願09/419,438の継続である。USSN09/419,438の完全な開示は、参考文献によってここに組込んでいる。
【０００２】
（発明の分野）
この開示は、改良型繊維添加物（ＥＦＡ）を得るための、植物種子を原料とする繊維の加工方法に関し、好ましくはＥＦＡ、およびその使用に関する。
【０００３】
（背景）
トウモロコシや大豆のような穀類は、タンパク質、油、デンプンおよび種子繊維のような有用な成分を分離するために加工される。前記デンプンは、一般的に、食品や産業への適用に使用される生産物を作るために変性される。前記油は、一般的に、精製され、料理用および／またはベーキングオイルとして使用される。トウモロコシグルテンタンパク質は、一般的に、養鶏業において飼料成分として使用される。前記種子繊維は、一般的に、多くのペット用飼料およびウシの飼料に試料成分として使用される。しかしながら、例えば、製紙および／または人が消費する食品添加物として、他の用途にも適している加工種子繊維を得ることが望まれている。
【０００４】
（要約）
この開示は、特に、改良型繊維添加物を得るために種子を原料とする繊維の加工についての方法を提供する。主用途において、前記方法は、希酸溶液と共に、種子原料繊維を処理することを含む。一般的な希酸溶液は、強酸または弱酸、および水溶液または水を含む。前記酸としては、塩酸や硫酸のような強酸が特に好ましい。前記種子原料繊維は、前記種子原料繊維のリグニン含有量を減少するために十分な量の前記希酸溶液と共に処理されることが好ましい。結果として得られる繊維は、時々この明細書において酸処理された繊維と呼ぶ。前記酸処理繊維を、残存する酸と不純物を除くために洗浄し、乾燥させることによって改良型繊維添加物を形成できる。ここにおいて、“改良型繊維添加物”という単語は、他の改良を行うか否かにかかわらず、この明細書において特徴付けられた手法において、改良された種子原料繊維を言う。
【０００５】
前記加工工程において、前記方法が、変性剤と共に酸処理繊維を処理する工程を含むことが好ましい。前記変性剤は、酸性亜塩素酸溶液または過酸化水素溶液を含むことが好ましい。一般的に酸性亜塩素酸溶液は、水溶液、硫酸および塩酸および亜塩素酸塩からなる群から選択された強酸を含むことが好ましい。前記亜塩素酸としては、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸マグネシウムおよび亜塩素酸カルシウムからなる群から選択されたものがあげられる。一般的な過酸化水素溶液としては、少なくとも一つの過酸化水素および水溶液または水を含むことが好ましい。前記酸処理繊維は、一般的に、前記繊維の白色度（brightness）を向上するために十分な時間、前記変性剤と共に処理する。その結果得られる白色度が向上した繊維もまた、改良型繊維添加物として、または変性型繊維として言及する。前記変性された繊維は、一般に、残存化学薬品や不純物を除去するために洗浄し、乾燥することによって、好ましい明るい改良型繊維添加物が形成される。また、他の例において、前記処理は、リグニン含有量（％）の減少も導く。
【０００６】
この開示は、製紙および紙製品の製造方法も提供する。前記紙は、木材パルプを作るために木材を加工し、変性型パルプを形成するために前記木材パルプに前記改良型繊維添加物を結合させ、前記変性型パルプをスクリーンに配置し、前記変性型パルプの水を除去し、前記変性型パルプをプレスし、前記変性型パルプを乾燥させることによって行われる。前記木材パルプは、化学パルプ化または機械パルプ化のいずれかによって調製できる。この明細書は、また、木材パルプおよび改良型繊維添加物を含む製紙製品を提供する。木材由来の代替繊維を含む代替紙は、前記ＥＦＡと共に製造することもできる。
【０００７】
この開示は、食品産物の調製方法およびその結果をしての食品産物も提供し、前記食品産物は、一種の原料（多種の原料）を前記改良型繊維添加物と結合させることによって形成できる。
【０００８】
（詳細な説明）
Ｉ．一般的なコメント
この開示は、改良型繊維添加物を得るために、トウモロコシ、オート麦、小麦、大豆およびコメのような穀物から得られた繊維を加工する方法を提供する。前記改良型繊維添加物は、製紙添加物として、または食品添加物としての利用等、これらには限定されないが、様々な用途に適している。
【０００９】
ここでいう「種子を原料とする繊維」または「ＳＢＦ」という単語は、植物から得られた非木材繊維を示す。種子を原料とする繊維は、セルロース、ヘミセルロースやリグニンを含む様々なポリマーを含有する。「セルロース」は、繊維の骨格構造を形成するグルコースの直鎖ポリマーである。セルロースポリマー間の水素結合は、セルロース繊維に高い強度を与える。「ヘミセルロース」は、六炭糖マンノース、ガラクトース、グルコース、および4-O-メチル-D-グルクロン酸および五炭糖キシロースおよびアラビノースを含む糖のポリマーの種類をいう。ヘミセルロースポリマーは、本質的に、単糖の側鎖やアセチル置換基を除いて、直鎖状である。ヘミセルロースポリマーは、セルロースに比べて、より可溶性であって変化し易く、また、水酸化ナトリウムのようなアルカリを用いて、植物細胞壁から溶解できる。「ホロセルロース」は、全セルロースおよび繊維のヘミセルロース含有量を示す。「リグニン」は、アモルファスを有する、フェノキシプロパノールをユニットとする三次元構造の複合体ポリマーである。リグニンは、繊維同士を保持する粘着剤またはバインダーである。
【００１０】
実施例として、一般的なトウモロコシの穀粒は、約３９−４０％ヘミセルロース（高ヘミセルロース含量、商業用パルプにとって良いサプリメント）、１１−３０％セルロース（低セルロース含量、製紙にとって良くない）、３−６％のリグニン（低い、良い）、＜１％灰分（低い、良い）、２２−２３％デンプン、３−４％脂肪、および１０−１２％タンパク質を含む（重量％）。
【００１１】
II．改良型繊維添加物（ＥＦＡ）
II．Ａ．加工工程
この開示は、改良型繊維添加物（ＥＦＡ）を形成するために、種子を原料とする繊維材料（ＳＢＦ）を加工する方法を提供する。この工程は、酸処理された繊維または変性された種子を原料とする繊維を形成するために、前記ＳＢＦを酸で処理することを含む（酸処理工程）。この内容において「変性された」とは、前記ＳＢＦはもはや未処理形状ではないことを意味する。前記酸処理繊維は、洗浄し、改良型繊維添加物として使用できる。この工程において、変性型繊維を形成するために、前記酸処理繊維は、変性剤で処理することが好ましい（表面変性工程）。前記変性型繊維は、それから洗浄し、より好ましい改良型繊維添加物（ＥＦＡ）として使用できる。好ましい過程と、いくつかの選択されたバリエーションのフローチャートを図１に示す。一般的に、前記ＳＢＦは、前記酸処理工程に先立って、洗浄やその他の処理を行う事が好ましい。ここで、「ＳＢＦ」という用語は、前述のような洗浄やその他の処理を行う否かに拘わらず、通常、酸処理より前の前記繊維原料を意味する。
【００１２】
II．Ａ．１．酸処理
前記酸処理工程において、ＳＢＦは、変性のために酸で処理する。前記変性により、前記繊維を軟らかく、ばらばらにすることが観察される。前記酸処理工程において、前記ＳＢＦは、酸スラリーを形成するために、希酸溶液と混合される。前記酸スラリーは、前記繊維を軟らかく、ばらばらにするために十分な時間反応させておく。好ましくは、前記反応は、例えば、８０℃以上、一般に１００℃から１４０℃の高い温度で行う。
【００１３】
「希酸溶液」という用語は、少量の酸に多量の水を結合させた溶液のことを言う。前記水と結合した酸の量は、酸強度、処理された前記繊維、および改良型繊維添加物の所望の特性に依存して変化できる。前記酸の量は、前記ＳＢＦの乾燥重量の重量％を基礎として計算できる。前記希酸溶液は、強酸または弱酸と水との結合によって調製できる。通常、弱酸を用いて調製された希酸溶液は、強酸を用いて調製された希酸溶液よりも、より多くのモル量の弱酸を含む傾向にある。一般的に利用し易い希酸溶液は、塩酸、硫酸、酢酸、過塩素酸およびリン酸組成である。通常、希酸溶液の酸は、乾燥ＳＢＦの重量に対し約０．００１％〜５％の量で含まれ（例えば、繊維の乾燥重量１００ｇ当たり約０．００１〜５グラムの酸はが使用される）、より好ましくは乾燥ＳＢＦの重量当たり約１％〜約４％であり、特に好ましくは乾燥ＳＢＦ当たり約２％〜約３％である。好ましくは、希酸溶液は、前記ＳＢＦと１０：１の割合で結合することが好ましく、より好ましくは約６：１であり、特に好ましくは約３：１である。
【００１４】
前記希酸溶液は、ｐＨが５以下であることが好ましく、一般に、約０．５〜約３の範囲内であり、好ましくは約１〜３であり、特に好ましくは約１〜約２である。
【００１５】
前記酸処理工程は、前記繊維への酸の侵食を促進し、また、完全に反応するために必要な時間を減少させるために、高い温度（２１℃以上、一般的に８０℃より高い）、かつ、大気圧から５００ｐｓｉの圧力範囲以上で行うことが好ましく、一般的に１０ｐｓｉ〜３０ｐｓｉである。反応温度が高すぎると、収率の面で望ましくない減少がおきるおそれがある。そのため、反応は、約１００℃〜約１４０の範囲内で行うことが好ましく、より好ましくは約１１０℃〜約１３０℃であり、最も好ましくは約１１５℃〜約１２０℃である。前記酸処理工程は、１００℃より高い温度で、観察可能な密封した圧力容器内で行うことが好ましい。好ましい圧力容器の例は、循環反応器（例えば、マサチューセッツ州ダンヴァーズのＭ／Ｋ  Ｓｙｓｔｅｍｓ製のDigester（圧力釜））やカバーした混合反応器（ニューハンプシャー州ナシュアのBeloit  Corporation製Pandia digester）を含む。反応器の一般的な圧力は、１０−５０ｐｓｉである。前記反応器は、空気を清浄する必要がない。
【００１６】
所望の温度が得られた後、反応は、適当な時間続け、一般的に、前記繊維が十分に軟らかく緩くなるのを観察できるのに十分な時間である。一般に。前記酸処理反応は、２．５時間未満で実施され、例えば、約０．５時間〜約２時間が一般的に十分である。一般に好ましい処理は、約１時間〜約２時間であり、例えば、約１時間〜約１．２５時間である。前記反応を所望の時間続けた後、前記反応容器を室温に冷却し、気圧を抜く。代りに、熱い廃酸溶液を、圧力下でコンデンサーを介して吹き出すこともでき、固定物を冷水で冷却する。それから、前記酸処理された繊維を反応容器から除去する。
【００１７】
前記酸処理された繊維は、廃酸溶液を除去するために洗浄してもよい。ここで、「廃酸溶液」とは、酸処理工程後の希酸溶液を言う。前記廃酸溶液は、一般的に前記希酸溶液には見られない、抽出されたリグニン、デンプン、残存化学薬剤やその他の不純物を含む。前記酸処理された繊維は、水で洗浄することが好ましい。もじ前記酸処理繊維が、改良型繊維添加物として使用されるならば、前記洗浄工程は、ろ液が中性ｐＨ（例えば、ｐＨ約６．０〜８．０、好ましくはｐＨ約７．０）になるまで行うことがより好ましい。一般的に、中性ｐＨのろ液は、前記廃酸溶液の３〜４倍の水と交換することによって得ることができる。それから、前記洗浄された酸処理繊維は、改良型繊維添加物として使用できる。任意で前記洗浄された酸処理繊維は乾燥してもよい。
【００１８】
好ましい過程において、前記酸処理された繊維は、洗浄され、さらに表面変性工程において変性されることが好ましい。前記酸処理された繊維は、さらに表面変性工程において変性することになっている場合、前記表面変性工程の間、酸性ｐＨを維持するために、前記酸処理工程からの残存酸が、前記酸処理繊維に残っていることが好ましい。このように前記酸処理繊維がさらに表面変性工程で変性されることになっている場合、前記洗浄は、抽出されたリグニン、デンプンおよびその他の微粒子物質の大部分を除去するが、廃酸溶液の少量が残ることが好ましい。これは、一般的に、約１〜２倍量の水と前記酸溶液を交換することによって達成することができる。前記表面変性工程がマイルドな酸性亜塩素酸処理を含む場合、前記酸処理工程からの残存酸は、前記酸処理繊維に残ることが特に望まれている。
【００１９】
II．Ａ．２．表面変性
前記酸処理繊維は、１以上の表面変性工程を用いて処理されることが好ましい。前記表面変性工程の目的は、結果として得られた改良型繊維添加物の白色度を向上させること、および、ＥＦＡの親水性を向上させることである。表面変性工程の例としては、漂白工程がある。ＳＢＦは、先に酸処理工程を行うことなしに、表面処理工程において処理してもよいが、前記表面変性工程は、ＳＢＦに酸処理工程を施した後に行うことが好ましい。
【００２０】
前記表面変性工程において、前記酸処理繊維は、好ましい改良型繊維添加物を形成するために、変性剤を接触させてもよい。ここで使用する「変性剤」は、繊維の疎水性、親水性、および／または白色度を変化することのできる組成または溶液を言う。前記変性剤は、より多くの親水性基（少ない疎水基）が曝露するように、繊維の親水性を増加（または疎水性を減少）することが好ましく、これは、例えば、親水性基を添加し、または繊維から疎水性基を除去することによって、または繊維の表面箇所を変化させることによって行うことができる。前記表面変性剤は、前記繊維の白色度を増加してもよく、これは、例えば、リグニンを除去することによって行われる。表面変性剤としては、例えば、漂白剤があげられる。漂白剤としては、木材パルプ化産業において使用されるものが使用できる。マイルドな酸性亜塩素酸溶液は、漂白剤として好ましい。他にも、過酸化物（一般に過酸化水素）は、有効な漂白剤である。酸処理繊維は、マイルドな酸性亜塩素酸溶液、過酸化物溶液、またはこれらの組合わせを使用することによって処理することができる。漂白剤として、過酸化物と組合わせた酸性亜塩素酸溶液の使用は（分離した工程）、好ましい。両方の処理を行った場合、繊維の白色度および親水性は、一般的に改良される。
【００２１】
一般の酸性亜塩素酸処理の間、酸処理繊維は、酸性亜塩素酸溶液と化合させ、熱する。ここで使用する「酸性亜塩素酸溶液」という用語は、亜塩素酸塩、強酸または弱酸、および任意で水性キャリアーを含む。前記酸性亜塩素酸溶液は、ｐＨ５以下であることが好ましく、一般的に、ｐＨ約２〜約５の範囲内であり、好ましくは約２〜約４であり、特に好ましくは約２．５〜約３である。
【００２２】
酸性亜塩素酸溶液は、繊維スラリーを形成するために酸処理繊維と化合させる。水は、結果として得られる繊維スラリーが約１重量％〜約２０重量％の固形分を含むように、より好ましくは約１重量％〜約１０重量％の固形分を含むように、一般的に酸性亜塩素酸溶液に添加すればよい。一般的に、前記スラリーは、重量当たり約１％〜約５％の亜塩素酸を含み、より好ましくは重量あたり約１％〜約２％である。これらの重量％は、乾燥繊維の重量に関係する。例えば、前記スラリーは、繊維１００グラム（乾燥重量）当たり約１〜２グラムの亜塩素酸を含んでもよい。
【００２３】
変性工程は、室温で行うことができるが、反応速度を増加するために高い温度（＞２１℃）で行うことが好ましい。温度が高すぎると、収率の望ましくない減少が観察される。一般的に、漂白工程は、約５０℃〜約８０℃の範囲内で行われ、より好ましくは約５５℃〜約７５℃であり、特に好ましくは約６５℃〜約７５℃である。前記反応は、一般的に密封された容器内で、空気雰囲気下、成分を不連続に混合することによって行う。前記反応は、約０．５時間〜約２時間で行い、好ましくは約１時間〜約２時間、特に好ましくは約１時間〜約１．５時間である。
【００２４】
酸性亜塩素酸処理を完全に行った後、前記変性された繊維は、抽出された物質と過剰な化学薬剤を除去するために水で洗浄してもよく、それからさらに処理を行うことなく改良型繊維添加物（ＥＦＡ）として使用することもできる。
【００２５】
変性工程は、過酸化物処理工程を含むことを選択することもできる。行う場合は、過酸化物は過酸化水素であり、また乾燥繊維の重量当たり約１％〜約１０％の量で繊維と化合させ、好ましくは、重量当たり約２％〜約７％であり、特に好ましくは重量当たり約３％〜約６％である。好ましくは、前記過酸化物が、過酸化物および水のような水性溶媒を含む溶液に含まれていることが好ましい。一般的に、過酸化物溶液は少なくともｐＨ９であり、例えば、９〜１１．５の間、好ましくはｐＨ約９．５〜１１の間、特に好ましくは約１０〜１０．５の間である。前記過酸化物は、所望のｐＨを得るために、漂白溶液に塩基を添加することにより、マイルドなアルカリ溶液として調製される。
【００２６】
酸性亜塩素酸処理として、過酸化物処理は室温で行ってもよい。しかしながら、反応速度を増加させ、反応時間を減少させるために、高い温度（＞２１℃）で反応を行うことが望まれる。しかしながら、温度が高すぎると、反応が長時間かかったり、または収率が望ましくない減少を示す。前記過酸化物処理工程は、一般的に約５０℃〜８０℃の温度、しばしば５５℃〜７５℃、好ましくは約５５℃〜約６５℃、約０．５〜約２時間、一般的に１〜２時間、好ましくは約１〜約１．５時間で行う。過酸化物処理後、繊維は、一般的に過剰の化学薬剤および残存抽出物を除去するために約７．０のｐＨまで水で洗浄し、改良型繊維添加物（ＥＦＡ）として使用することができる。
【００２７】
酸性亜塩素酸処理および過酸化物処理の両方が表面変性に使用される場合、前記酸性亜塩素酸処理は過酸化物処理に先立ち行うことが好ましい。これはｐＨの調整を最小限にするためである。
【００２８】
II．Ａ．３．付加加工工程
上述のように調整した前記改良型繊維添加物（ＥＦＡ）は、乾燥して、パウダーを形成するためにひいてもよい。ＥＦＡは乾燥時間を短縮するために高い温度で乾燥することが好ましい。しかしながら、温度が高すぎると、明るさが減少する。通常、加工されたＥＦＡは、少なくとも３５℃の温度に繊維を曝すことによって、一般に４０℃〜７０℃の間、好ましくは４５℃〜６５℃の間、最も好ましくは約５５℃〜６０℃で、８時間まで、または繊維の水分含量が６重量％より小さくなるまで、乾燥させる。乾燥ＥＦＡは、所望の使用に応じて、適当なサイズの粉にすることができる。例えば、デンプン様パウダー添加物を提供するために、１００−メッシュ（Ｕ．Ｓ．基準）にひいてもよい（１００メッシュにひくことによって、材料がひかれることを意味し、１００メッシュＵ．Ｓ．基準スクリーンを通った分画が使用される）。製粉機（Retsch  mill）または他のタイプの砕解機が使用できる。製粉の間、焦げたり焼けないように注意するべきである。
【００２９】
II．Ｂ．加工に使用する材料
II．Ｂ．１．酸処理工程
強酸または弱酸のいずれも酸処理工程に使用できる。適した強酸は、塩酸、硝酸および硫酸を含む。酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、クエン酸、亜硫酸および炭酸（Ｈ2ＣＯ3）は、適した弱酸の例である。前記酸としては強酸が好ましい。前記酸は、硫酸または塩酸が最も好ましい。
【００３０】
II．Ｂ．２．表面処理工程
漂白剤は、公知のものである。TAPPI(1989)により公表されたG.A.Smookによる「Handbook  for  Pulp＆Paper  Technologists,」では、多種の漂白プロトコールの件等を提供しており、これらは有用であって、ここで述べた参考文献によって組込まれている。適した漂白処理の例としては、酸性媒体中において繊維に単体塩素を反応させること、水酸化ナトリウムによる反応生産物のアルカリ抽出、酸性媒体中において繊維に二酸化塩素を反応させること、アルカリ媒体中において高圧で単体酸素を反応させること、および繊維にオゾンを反応させることを含む。
【００３１】
マイルドな酸性亜塩素酸溶液が、変性剤として好ましい。適した亜塩素酸としては、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸マグネシウムおよび亜塩素酸カリウム等が含まれる。好ましい亜塩素酸塩は亜塩素酸ナトリウムである。前記亜塩素酸塩は、塩酸または硫酸のような強酸および水のような水性キャリアーと化合することが好ましい。例えば、酸性亜塩素酸溶液は、亜塩素酸ナトリウムと塩酸とをモル比１：１の割合で含む。また、酸性亜塩素酸溶液は、亜塩素酸カリウムと硫酸とをモル比２：１で含んでもよい。
【００３２】
他の好ましい変性剤としては、過酸化物があげられる。過酸化水素は、適した過酸化物の一例である。前記過酸化物は、過酸化物を水性キャリアー（水）および塩基性材料と化合することによってマイルドなアルカリ溶液として調製される。水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムは、適した塩基性材料の例である。
【００３３】
過酸化物溶液には、任意にキレート剤が含まれていてもよい。キレート剤としては公知のものが使用できる。適したキレート剤の例としては、メタケイ酸ナトリウムがあげられる。キレート剤は、システムにおいて様々な金属イオンと結合する。
【００３４】
III.  改良型繊維添加物（ＥＦＡ）の選択された特性
前記加工は、変性され、加工された繊維を提供する。この繊維を、改良型繊維添加物（ＥＦＡ）という。ＥＦＡは、漂白によって変性されていない場合、一般に出発原料と同じ白色度を有している。好ましいＥＦＡは、概して白色から淡い黄褐色であり、一般に、約５０ＩＳＯ以上、好ましくは約７０ＩＳＯ以上の白色度を有し、ライトニングの結果、最も好ましくは約８０ＩＳＯ以上となる。繊維の白色度（brightness）または白色度（whiteness）は、酸化マグネシウムの既知基準と比較した、特定の波長および反射角における青色光の反射能によって、評価することができる（ＴＡＰＰＴ試験法Ｔ ４５２ オム−８７（TAPPI Test Methods T 452 om-87））。
【００３５】
ＥＦＡは、ＡＡＣＣ（米国穀物化学者学会：Americam Association of Cereal Chemists）メソッド５６−２０の変形により測定される、有効な保水力および保油力によって、その特性を表すことができる。この方法は、実施例７に記載する。ＥＦＡは、一般に２００質量％以上、通常は約３００質量％以上の保水力（water holding capacity）を有し、ここに記載した好ましい加工によって調製された場合は約５００質量％の保水力を有する。ＥＦＡの保油力（oil holding capacity）は、一般に１５０質量％以上、通常は２００質量％以上であり、ここに記載した好ましい加工によって調製された場合は約３００質量％である。
【００３６】
ＥＦＡは、高せん断または均質化条件下の水溶液において粘性ビルディング特性（viscosity building character）を示す。１．５質量％のＥＦＡを含む均質水溶液は、ブルックフィールド粘度計を用いて、一般に１０ｃＰ以上、通常は１００ｃＰ以上の粘度を示し、ここに記載した好ましい加工によって調製された場合は約４００ｃＰの粘度を有する。
【００３７】
ＥＦＡは、トウモロコシから調製された場合、一般に約７０質量％〜１００質量％、更に一般的には約８０質量％〜約９５質量％、ある場合には約８５質量％〜約９５質量％が炭水化物（セルロースおよびヘミセルロースを含む。）である。炭水化物分の大部分、約７５質量％〜約９５質量％は不溶性の食物繊維である。更に一般的には、トウモロコシから調製された場合、ＥＦＡは約８５質量％〜約９０質量％が食物繊維である。
【００３８】
オート麦由来のＥＦＡは、一般に８０質量％〜１００質量％、更に一般的には８０質量％〜９０質量％、ある場合には約８５質量％〜９５質量％が炭水化物（セルロースおよびヘミセルロースを含む。）である。大豆由来のＥＦＡは、一般に７０質量％〜１００質量％、更に一般的には約８０質量％〜９５質量％、ある場合には約８０質量％〜８５質量％が炭水化物（セルロースおよびヘミセルロースを含む。）である。
【００３９】
改良型繊維添加物の望ましい特性は、原料のホロセルロース、ヘミセルロースおよびセルロースの性質に変化をもたらす化学変性の結果として生じるものと考えらる。これは、後のセクションVIIIに記述する。概して前記加工は、（加工前後の繊維物質を比較した場合）繊維物質においてヘミセルロース特性に対して大きなセルロース特性をもたらすと認められる。更に、構造、色およびセルロース特性の露出に関する多くの観察が、物理的および化学的変性の結果としての、少なくとも表面のリグニン変性に関すると考えられる。
【００４０】
走査型電子顕微鏡を用いて調べると、碾いた改良型繊維添加物（ＥＦＡ）は、碾いたトウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）のような未加工の繊維と比較したとき、増大した表面積を有する傾向がある。ＳＢＦ−Ｃは、一般に、構造化された鋸歯のような岩石状の外観を有するが、ＥＦＡは、軽い羽毛のような乳白化された外観を有する傾向がある。増大した表面は、ＥＦＡの多くの所望の特性に部分的に応えるものと思われる。
【００４１】
IV.  ＥＦＡの使用
IV.A.  使用についての一般的な説明
ＥＦＡは、様々な市販品の粘着性またはレオロジー性を変えるために使用することができる。例えば、ＥＦＡは、紙塗工剤および塗料に使用できる。ＥＦＡは、食品調製品にも使用できる。更に、ＥＦＡは、紙の強度的性質を増強するのに適している。
【００４２】
IV.B.  製紙
製紙産業においては、紙の性質を変えるために添加物がしばしば使用される。例えば、ウエットエンドデンプンは、内部サイジングのために添加され、無機フィラー（例えば、炭酸カルシウム、二酸化チタン、白土）は、視覚上の特性増強のために、また繊維代替物質として添加される。その他の合成強度増強添加物も知られている。
【００４３】
ＥＦＡは、製紙において、好ましくは繊維代替物質としての使用に適している。ＥＦＡは天然物であり、灰分が低く、軽量である。無機フィラーに比べて、ＥＦＡは、紙シートの重量を大きく増加させることなく、使用することができる。実際に、ここに記載されたようにして作製されたＥＦＡは、紙の坪量を１０％から例えば３３％まで減少させるような適用で、紙の強度的特性を維持または増大させることが分かった。付随した坪量増大のない適用で、紙の強度を増大させるというＥＦＡの能力は、製紙設備および買手の両方にとって魅力的である。製紙業者は、低い材料費および運転費を達成するような適用により利益を得ることができ、一方、紙の買手は、低い輸送費および郵送料を達成するような適用から利益を得ることができる。特に、新聞用紙およびＬＷＣ（低重量コート）紙は、ＥＦＡの使用による紙の坪量の低減によって大きな恩恵を受け得る。
【００４４】
幾つかの製紙適用にとって、木材繊維の低減にはさほど関心がないが、紙の強度増強には大きな関心がよせられる。ＥＦＡは、触媒的な添加レベルであっても、紙の強度的特性を増強させることが分かった。ここで、「触媒的な添加レベル」という用語は、ＥＦＡが、紙に副成分としての量で添加されることを意味し、製紙パルプ含有量を基準にして、一般に１０質量％以下の濃度、通常は０．１質量％〜１０質量％の濃度で添加されることを意味し、更に一般的には約０．５質量％〜３０質量％、好ましくは約０．５質量％〜２０質量％で添加されることを意味する。強度増強により恩恵を受ける市場は、液体パッケージ、漂白板紙、上質紙、ライナーボードおよび段ボールを含む。
【００４５】
更に、ＥＦＡは、環境に優しい製紙添加物である。ＦＥＡを僅か触媒的な量で使用すると、木材繊維の使用を５％〜３３％（質量％）削減することができる。木材繊維消費の削減は、木材繊維の供給を維持するだけでなく、パルプ化および／または漂白用化学薬品の量、下水のＢ.Ｏ.Ｄ.（生物学的酸素要求量）、エネルギー消費量（例えば、電力および／または化石燃料力）および製品輸送／運送費を実質的に削減する。
【００４６】
IV.B.1.  製紙プロセス
紙は、基本的にパルプ繊維のウェブで形成される。パルプは、製紙のための繊維状の原料であり、通常は植物由来である。しかしながら、動物、鉱物または合成繊維を含んでいてもよい。製紙に使用されるパルプは、最も一般的には木材原料から得られる。穀物の藁またはリンネル／亜麻、大麻などの材料および合成繊維（例えば、ポリエチレン繊維）などの、粗い混合物に使用し得る非木材原料を用いることも可能である。紙の製造における、これらの原料の結果物を、ここでは「紙繊維」という。一般に、このような非木材原料は、かなり少ない量で使用される。パルプはまた、二次または再生繊維から得てもよい。
【００４７】
紙は、一般に、パルプまたは他の繊維の水性スラリーを金網またはスクリーンを通して漉し、乾燥させて形成される。製紙業者は、一般に、木材チップ、板、藁、ジュート、布または再生紙などの原料から、前記原料を濡らし、叩解して紙繊維を分離し、繊維スラリーを形成することによって、パルプを得る。そして、繊維スラリーを精製装置で精製し、繊維表面を更に粗くする。
【００４８】
パルプが得られたら、手または機械で紙を形成することができる。手すき紙および機械すき紙のいずれであっても同じ基本工程を含む：（１）形成；パルプスラリーをスクリーンに塗布する；（２）水切り；水柱により発現した圧力差または重力などの力によって水を切る；（３）圧縮；シートから水をしぼり、更に脱水する；（４）乾燥；シートを高温面上で乾燥または風乾する。重要なことに、繊維の均一な分布および紙の均質性を得るため、パルプは、低い濃度（consistency）（例えば、約０．１％〜１．０％の固体分）でスクリーンに塗布されるべきである（G.A.Smook; 2nd Edition Handbook for Pulp and Paper Technologists; Angus  Wild Publications Inc. 1994）。
【００４９】
パルプ作製工程は、所望のリグニン除取量に応じて、化学的であっても、機械的であっても、化学機械的（chemi-mechanical）であってもよい。化学的手段を用いて製造されたパルプは、一般に強く、容易に漂白されて白色度を増す。一方、メカニカルパルプは、より多くのリグニンを保有している傾向がある。そのためメカニカルパルプは弱く、漂白がより困難な傾向がある。ケミメカニカルパルプは、一般に、ケミカルパルプとメカニカルパルプの中間の強度特性を有している。様々なグレードの紙が、様々な種類のパルプで作製される。例えば、新聞用紙グレードには、一般に、メカニカルパルプが使用される。上質筆記用紙および印刷用紙クレードには、一般に、漂白ケミカルパルプが使用される。
【００５０】
前述したように、一般に、リグニンを除去するために、パルプ化の間に化学薬品が添加される。しかしながら、前記化学薬品はまた、繊維からヘミセルロースを除去する傾向がある。ヘミセルロースは天然のバインダーであり、紙パルプに更なる引張強さおよび破裂強さを付与するため、一般に、幾らかのヘミセルロース分を保有していることが望ましい。それゆえ、ここに記載された加工により作製されたＥＦＡ（改良型繊維添加物）などのヘミセルロース含有添加物で、損失したヘミセルロースを補充することが望ましい。
【００５１】
IV.B.2  製紙におけるＥＦＡの使用  ――  一般的な説明
製紙用繊維添加物は、脂肪、タンパク質、リグニンおよび灰分が低く、ヘミセルロースを含めてホロセルロース分が高いことが好ましい。ヘミセルロースは親水性であり、個々の紙繊維間の水素結合を促進する。よって、ヘミセルロースはバインダーとして機能し、紙の強度を増大させる。リグニンは疎水性であり、得られる紙に黄色がかった色を付与するため、一般に、製紙用添加物におけるリグニン量は最小限とすることが望ましい。リグニンはのりとして機能し、個々の繊維を拘束する。これに対して、個々の繊維は容易に分散し得ることが好ましい。
他の繊維（より高いリグニン含有量を有する。）を強度添加物として使用することもできるが、トウモロコシ繊維は十分なヘミセルロース含有量と、比較的低いリグニン含有量および灰分とを有しているため、トウモロコシ繊維は特に製紙用添加物として興味深い。例えば、トウモロコシ繊維は約３〜６％のリグニンを有するのに対して、軟質木材は約２５〜３０％のリグニンを含み、硬質木材は約１６〜２４％のリグニンを含む。
【００５２】
本発明による加工は、後のセクションVIIIにおける検討から明らかなように、その材料であるＳＢＦ原料に対して、ホロセルロース特性、ヘミセルロース特性およびセルロース特性に関する特性の特に望ましい変化を有する、変性または改良型繊維添加物を導くよう実施することができる。比較的高いセルロース特性は、その繊維物質が、紙における分散性およびアライメントに関して、木材繊維と同様に振る舞うことを意味する。特定のヘミセルロース特性は、部分的に、望ましい強度増強を起こすことを意味する。総体的な全ホロセルロース含有量は、その他の望ましくない作用を許容できるレベルに低減させることを意味する。更に、表面特性およびリグニン特性の変性は、製紙用添加物である物質の効力を促進すると考えられる。
【００５３】
IV.B.3.  加工
ＥＦＡは、製紙工程の精製または叩解段階の前またはその間に、製紙パルプスラリーに添加することができる（図８）。ＥＦＡと製紙パルプ繊維との間の接触および混合を増強させるため、ＥＦＡは製紙パルプスラリーと一緒に精製されることが好ましい。ＥＦＡは、得られる紙の特性を増強するのに十分な量ではあるが、製紙パルプの流れを望ましくなく阻止したり、逆に装置の運転に影響を及ぼす程には多くない量で添加されることが好ましい。ＥＦＡは、製紙パルプに、製紙パルプ量を基準として約０．１質量％〜約１０質量％の濃度で添加されることが好ましく、更に好ましくは約０．５質量％〜約３．０質量％、最も好ましくは約０．５質量％〜約２．０質量％の濃度で添加される。
【００５４】
繊維を凝集させ、水切りを助け、繊維およびフィラー物質を保持させるため、随意、ＥＦＡに加えて、紙スラリーシステムにカチオン性デンプンを添加してもよい。カチオン性デンプンは、アミノ基、イミノ基、アンモニウム基、スルホニウム基またはホスホニウム基（全て正電荷を帯び得る。）を含む試薬とデンプンとの化学反応により製造される。現在、市販の重要な誘導体は、第三級アミノおよび第四級アンモニウムデンプンエーテルである。これらの物質の有用性のかぎとなる要素は、負電荷を帯びた物質に対する親和性である（O.B.Wurzburg; Modified Starches: Properties and Uses; CRC Press Inc.,1986）。
【００５５】
ＥＦＡは、紙の破裂および引張り強度特性を保ちながら、製紙パルプの例えば３３％までの任意の削減をもたらす。更に、ＥＦＡは、湿潤強度および製紙工程中の運転性を向上させ、マシンスピードを増大させ、軽量紙グレードのウェブ破壊を低減させることができる。
【００５６】
図８Ａを参照して、ロウカルダー（Lou Calder）製紙装置操作を示す。このような装置を用いて、マシンスピード６ｆｍｐ〜１５０ｆｍｐでの製造を達成し、坪量１８ｌｂｓ〜４００ｌｂｓの紙を１時間当たり７５ｌｂｓ〜２００ｌｂｓ製造することができる。
【００５７】
参照番号１は、オランダ式フィーダーを示す。マシンチェストは２、ビーターチェストは３、バックチェストは４に示す。トレイウォーターボックスは５、ｐｈコントロールは６、テーブルロールは７、ダンディロールは８、第１のプレスは９、第２のプレスは１０、サイズプレスは１１、第１のドライヤーは１２、第２のドライヤーは１３、巻取りロールは１４に示す。吸収カウチは１５に示す。
【００５８】
このような装置は標準的な製紙装置であり、ここに記載された製紙工程に有用である。
【００５９】
IV.B.4  製品
本開示は、ＥＦＡを含む紙製品をも提供する。紙の多くの特性、例えば、破裂、スコット結合（Scott bond）、引張などの紙の内部結合強度、並びに、かさ密度などのバルキング／パッケージング特性を改善するために、ＥＦＡを使用することができる。これらの紙の特性はすべて、公知のＴＡＰＰＩ試験法を用いて測定できる。
【００６０】
ＥＦＡは、様々な紙材への使用に適している。紙材は、紙（新聞用紙、文房具、ティッシュ、袋、タオル、ナプキンなど）または板紙（ライナーボード、波形中心原紙（corrugated media）、チューブ、ドラム、牛乳パック、靴およびシリアルの箱に使用される再生ボール紙、ルーフィング原紙、繊維板など）に分類される。産業では、一般に、紙に使用される繊維の種類および紙の質量に基づいて、紙を大まかなカテゴリーに分類する。ＥＦＡは、紙の全ての類への使用に適している。しかしながら、これは、一般に、ボンド紙などの高品質紙、上質紙、ライナーボードまたは波形中心原紙などの板紙の特性を増強するために使用される。
【００６１】
ボンド紙は、高品質の印刷用紙または筆記用紙という大まかなカテゴリーに属す。これらは、漂白されたケミカルパルプおよび綿繊維から作製され、抄き入れさている。上質紙は、筆記、タイピングおよび印刷目的を意図している。これらは白色または着色されており、漂白されたクラフトまたは亜硫酸塩軟質木材パルプで作製され、平滑度および不透明度のために硬質木材パルプを含んでいてもよい。ライナーボードは、様々な質量で作製された、サザンパイン材またはダグラスファー材の無漂白クラフト軟質木材シートである。ライナーボードはしばしば二重シートである。ライナーボードの圧縮強度および破裂強度は重要である。波形中心原紙は、無漂白セミケミカルパルプから作製される。これは、波状構造（wavy structure）に形成され、ライナーボードの層間に挟まれて、波形構造（corrugated structure）を形成する。波形中心原紙は、通常、箱の作製に使用される。
【００６２】
IV.B.5.  更なる考察
一般に、物質が、添加物として使用されるＥＦＡのように、製紙用添加物として良好な特性を有するためには、前記物質は、
（Ａ）ヘミセルロースの良好な親水性
（Ｂ）セルロースに類似の繊維特性、および
（Ｃ）紙においてミクロフィブリルの橋架けの形成し得るような繊維構造
を与えるべきである。
【００６３】
ヘミセルロース親水性は、パルプ中のセルロース物質への水素結合と、前記物質の分散性を助長する。セルロースに類似の繊維特性は、パルプ中の他のセルロース繊維との良好な混ぜ合わせのためである。適当な微小繊維構造は、パルプ（セルロース）繊維間の橋架けネットワークの形成により、総体的な紙強度を加え得る、ミクロフィブリルの形成のためである。
【００６４】
前述し、後の試験を通して示されるように、本発明により作製される改良型繊維添加物（ＥＦＡ）は、このような物質を提供する。一般に、変性の結果として、（ａ）全繊維物質におけるセルロース特性パーセントが、一般に、処理前に比べて高い；（ｂ）ヘミセルロース特性に対するセルロース特性の比率が、一般に、出発繊維と比較して増大する；（ｃ）ホロセルロース特性が一般に増大する。後述の実施例に示され、図１９と図２０との比較に示されるように、前記物質は独特で観察可能なミクロ構造を有し、紙製品においてミクロフィブリル構造を形成させる。実施例に関連して後述するように、観察可能なセルロース類似の構造は、前記物質をセルロースパルプ物質と相結ばせる。
【００６５】
IV.C.  ＥＦＡの食品添加物としての使用
食物繊維は、消化プロセスにとって重要であり、結腸癌などの疾患防止に役立つ。また、食物繊維は、血清コレステロール濃度を下げると考えられ、これは、心臓疾患の防止において重要なことである。「食物繊維」は、ヒトの消化管の内因性（非細菌性）酵素によって消化されない、植物細胞壁の可溶性および不溶性成分を含む。食物繊維は、小腸で吸収されず、そのため大腸（結腸）に入る。「不溶性繊維」は、セルロースおよびヘミセルロースなどのオリゴ糖および多糖を含む。「可溶性繊維」は、L.Prosky et al.,J.Assoc.Off.Anal.Chem.,71,1017-1023(1988)に記載の方法により、少なくとも５０％溶解し得る繊維を示すものとして使用される。可溶性繊維の例には、ペクチン、β−グルカン（小セルロース型分枝グルコースポリマー）、キサンタンガムなどのガムが含まれる。食品における繊維添加物の使用は、１９９０年の栄養表示教育法令（Nutrition Labeling and Education Act（NLEA））下において、食物繊維として報告される。
【００６６】
食品製造業者にとって、食品調製品において、不溶性および可溶性繊維を組み合わせて使用することはよく知られている。不溶性繊維製品は主として強化のために使用され、可溶性繊維製品は機能性のために使用される。機能性には、外観、粘性ビルディング能、保水力および保油力が含まれる。
【００６７】
ＥＦＡは、有効な保水力（すなわち、親水特性）および有効な保油力（すなわち、親油特性）の両方を有するため、乳化剤、粘性ビルダーとして使用できるだけでなく、同様の理由から、他の物質で増強または強化されて、例えばニュートラシューティカルを輸送する、デリバリーベヒクルの一部として使用され得る。よって、食品製品に入れられる前または直接摂取される前に、様々な栄養素、ダイエタリーサプリメントなどで強化され得る。
【００６８】
ＥＦＡは、食物繊維サプリメントとしての使用に好適である。多くの商業的に入手可能な繊維添加物とは異なり、ＥＦＡは、強化および機能性の両方を付与する。更に詳しくは、その吸収性のため、テクスチャー、稠度および口当たり（mouthfeel）が改善される。
【００６９】
一般に、ＥＦＡは、加工前の食品調製混合物の全量の少なくとも０．５質量％、例えば約１質量％の量で使用される。加工前の食品調製混合物は、固体または液体であり、これから食品が調製されるものである。焼成食品においては、粉末成分を基準として、少なくとも０．５質量％、例えば１質量％以上、一般に少なくとも３質量％が有用である。
【００７０】
IV.C.1.  加工
ＥＦＡは、食品調製品または栄養補助剤に含有され得る。不溶性繊維が組み入れられた従来のあらゆる食品調製品に使用でき、その粘性ビルディング特性のため、従来の食品調製品において可溶性繊維製品を、全部または部分的に、置換してもよい。
【００７１】
IV.C.2  食品製品
本開示はまた、ＥＦＡを含む食品製品を提供する。ＥＦＡは、その粘性ビルディング特性のため、栄養飲料において、濃密でクリーミーな口当たりを付与し、ココアパウダーおよびミネラルのような微細固体の懸濁を助け、乳濁液の安定化を助けるための使用に好適である。ジュースにおける曇り剤（clouding agent）として使用することもできる。ＥＦＡは、その粘性ビルディング特性のため、サラダドレッシングまたは同様のドレッシング、ソースおよびフィリングにおいて、所望のテクスチャーおよび密着性を達成するための使用にも好適である。
【００７２】
ＥＦＡの保水力は、ＥＦＡを、パンおよびベーグルなどの焼成製品が堅くなるのを防止する添加物としての使用に好適なものとする。有利なことに、ＥＦＡは、一般に繊維強化のために消費される焼成製品およびパン製品への使用に好適である。更に、ＥＦＡの保水力は、ＥＦＡを、冷凍食品に冷凍／解凍安定性を付与し、牛挽肉のような食肉における調理収量を上げるための成分としての使用に好適なものとする。
【００７３】
概して、粉末を含む食品製品にとって、ＥＦＡは一般にあらゆる許容量で使用できる。例えば、粉末成分の少なくとも０．５質量％以上である。概して飲料および固体食品混合物を含む食品調製品において、ＥＦＡは一般にあらゆる許容量で使用でき、例えば、あらゆる調理などの加工前の全成分量を基準として、少なくとも０．５質量％で使用できる。
【００７４】
IV.D.  ＥＦＡのその他の使用
ＥＦＡは、接着調製品において、結合強度および保水力を向上させるために使用することもできる。ＥＦＡは、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の寄与なしに、塗料調製品のレオロジー特性を改善するために使用することができる。紙塗工調製品は、しばしば、塗工剤の保水力を変えるための化合物（例えば、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース））を含む。ＥＦＡは、その高い保水力のため、紙塗工適用に有用である。
【００７５】
５．実施例
実施例１．  酸処理
ＥＦＡはトウモロコシ繊維、例えば湿式粉砕作業によって得られたＳＢＦを使用して調整することができる。トウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）は、Cargill Corn Milling（Cedar Rapids、Iowa）から得た。微粉繊維およびフリーなデンプンやタンパク質を取り除くため、70-meshスクリーン上で微細な霧状にした水を使用してトウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）を洗浄した。洗浄後の繊維の水分含有量は５０％であると測定された。次に、約１２００ｇ（乾燥時６００ｇ）の繊維を、ふるい付きバスケット（底に100-meshスクリーンがはってある）に詰め込み、M/Kダイジェスターの圧力容器の中にいれた。
【００７６】
繊維の乾燥重量を基準に２％の硫酸を含む希釈酸性溶液とＳＢＦとを、希釈酸性溶液とＳＢＦの重量比１０：１の割合で混合した。希釈酸性溶液は１００％の硫酸を１２ｇ（濃度９６％のものを購入した場合は１２．５ｇ）含み、水を５３８７．５ｇ含む。希釈酸性溶液中の硫酸と水の量は以下のように決められた。
希釈酸性溶液の全体重量：６００ｇ×１０＝６０００ｇ
必要な水の量：          ６０００−６００ｇ（ウェット繊維から）−１２．５ｇのH2SO4
＝５３８７．５ｇの水
【００７７】
希釈酸性溶液をダイジェスターの中のトウモロコシ繊維にゆっくりと加え、循環ポンプをオンにした。リアクター内で希釈酸性溶液が循環しているのを確認した後、リアクターの蓋を密閉した。反応温度は１２０℃に設定した。設定温度に到達するまで４５分かかり、それから１時間温度を維持した。反応容器のヒーターはオンにした。目標温度１２０℃に到達したあと、反応を１時間続けた。１時間後、リアクターの中身を冷やすため、リアクターに供給される冷却水の栓を開けた。使用後の希釈酸性溶液はリアクターにある排水弁を開けてリアクターから排水した。リアクターバスケットの繊維を注意深く移動させ、それぞれ水が６Ｌある２つの洗浄用バッチで洗浄した。洗浄は洗浄水が中性のｐＨ（例えば、６．０から８.０の間。典型的には約７．０）を示すまでさらに行った。
【００７８】
実施例２．  最初の表面修飾：酸性亜塩素酸塩処理
次に、実施例１で酸処理した繊維に表面修飾の処理をした。酸処理した繊維と酸性亜塩素酸塩水溶液とを混合し、繊維が１０％であり酸性亜塩素酸水溶液が９０％である繊維の懸濁液を形成させた。酸性亜塩素酸水溶液は乾燥繊維重量を基準として１．５％の亜塩素酸ナトリウムと０．６％の塩酸を含んでいた。反応は、温度が６５℃から７５℃、時間が１時間、ｐＨが約２から３という条件で、密閉したプラスチック製バッグの中で行った。酸性亜塩素酸塩水溶液の処理の後、繊維懸濁液を２Ｌの水で希釈し、ブフナー型ろうとでろ過した。この処理はろ液が透明になり、そのｐＨが中性（例えば、６．０から８.０の間。典型的には約７．０）になるまで繰り返した。
【００７９】
実施例３．  第二の表面修飾：過酸化物処理
次に、実施例２.で酸性亜塩素酸処理した繊維をアルカリ性の過酸化物水溶液で処理した。繊維と、繊維の乾燥重量に対して３％から８％の過酸化水素および繊維の乾燥重量を基準にして２％の水酸化ナトリウムとを混合し、ｐＨを約１０から１０．５の間にして、また固形濃度を１０％から２０％にした。繊維の乾燥重量を基準として３％のメタケイ酸ナトリウムをキレート剤として加えた。過酸化物処理のステップは密閉したプラスチック製バッグの中、６０℃から６５℃の温度で１時間行われた。反応の後、繊維懸濁液を２Ｌの水で希釈し、ブフナー型ろうとでろ過した。この処理はろ液が透明になり、そのｐＨが中性になるまで繰り返した。漂白加工された繊維を空気循環型のオーブン中、３５℃から６０℃の温度で乾燥させた後、Retsch millを使用して100-mesh（例えば、１５０μｍから２５０μｍ）の大きさまでグラインドした。
【００８０】
実施例４．  構造：走査型電子顕微鏡
トウモロコシの湿式粉砕法によるグラウンドトウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）の構造と、実施例３で得た、グラウンド強化繊維添加剤(enhanced fiber additive)（ＥＦＡ−Ｃ）の構造を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して１００倍の倍率で調べた。試料は乾燥させ、標準的なＳＥＭ試料の調整技術を使用して調整した。図２および図３はそれぞれグラウンドトウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）と強化繊維添加剤（ＥＦＡ−Ｃ）の走査型電子顕微鏡写真を示す。グラウンドトウモロコシ繊維（ＳＢＦ−Ｃ）はギザギザしてゴツゴツしている。加工されていない繊維はとても（塊になって）組織化されている。グラウンド強化繊維添加剤の構造はＳＢＦ−Ｃと比べると本質的に異なっている。ＳＢＦ−Ｃがギザギザ・ゴツゴツであるのに対して、ＥＦＡ−Ｃは明るくよりほっそりしていて、羽毛のようなまたはコーティングしてあるかのようである。結果として、ＥＦＡ−Ｃは処理していない繊維に比べると表面積に増加が見られた。
【００８１】
ここに、１００倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察されるＥＦＡの構造、すなわち、図３で（図２と比較して）例示される構造を、羽毛のようなコーティングされた構造と呼ぶ。上記のような特徴のある実験に従って見てみると、粒子の少なくとも一部にそのような様子が顕著であることが、本発明による典型的な強化繊維添加剤の特徴である。概して、試料が大きな粒子であるほど、特にＳＥＭにおいて粒子の寸法が１００μｍかそれより大きいと、その様子がもっとも顕著になる。
【００８２】
実施例５．  組成：ラマンスペクトル
ＳＢＦ−ＣとＥＦＡ−Ｃのラマン分散スペクトルを比較した。図４では、２つの繊維について、フーリエ変換したラマンスペクトルを比較している。最も顕著な違いは、１６００ｃｍ-1と１６３０ｃｍ-1に位置する、リグニンに由来するバンドが消えたことである(U.P. Agarwal and Sally A. Ralph, Appl. Spectrosc, 51,1648, 1997)。
【００８３】
実施例６．  組成：リグニン含有量に対する効果
ＳＢＦ−ＣとＥＦＡ−ＣについてのKappa numberと% Klasonを文献に記述された方法（Tappi Test method T236 cm-85, Tappi；ここに参照とする）で測定した。その結果を表１に示す。修飾工程によってＳＢＦ−Ｃからほぼ９０％のリグニンが取り除かれたことが表１からわかる。このことは、実施例５におけるFT-Raman反射率解析のデータを確証するものである。
【表１】
0004803936.tif 000002
【００８４】
本実施例のＥＦＡ−Ｃは、実施例１および２・３に従って、すなわち酸処理および亜塩化物処理・過酸化物処理により調製された。
【００８５】
実施例７．  化学および食物繊維解析
ＥＦＡ−Ｃ試料の工業化学分析とNLEA(Nutritional Labeling and Education Act)法に合致する食物繊維解析をMedallion Labs(Minneapolis, MN)に委託した。漂白加工繊維の工業化学解析と栄養学解析の結果を表２にまとめる。また、AOAC Internationalが公表している公式手法への引用も表２に含めた。
【表２】
0004803936.tif 000003
【００８６】
この解析によると、強化繊維添加剤の大部分が不溶性繊維であり、NLEAのガイドラインに従うとその大部分が食物繊維である。強化繊維添加剤は繊維食物添加剤として望ましい成分である。
【００８７】
繊維の水分保持容量（ＷＨＣ）パーセントはAACC(American Association of Cereal Chemists) Method 56-20の方法を一部変改して使用し測定した。水分保持容量テストは、あらかじめ重さを量った５０ｍｌの遠心チューブの中で、１．２５ｇの繊維を過剰の水（１２．５ｍｌ）と混ぜた。混合液のｐＨを７．０に調整し、室温で６０分間、断続的に混合しながら水和させた。その後、試料を６０００×ｇで２５分遠心した。チューブを３０秒間、４５度の角度で逆さにすることで過剰の水を取り除いた。ＷＨＣパーセントは最終的なチューブ内の重さを最初の繊維の重さで割り、１００倍して決定した。ＷＨＣパーセントは１グラムの繊維が低速度の遠心下で維持できる水の最大量を表す。
【００８８】
油分保持容量（ＯＨＣ）は、ｐＨを調整しない点と脱イオン水の替わりにトウモロコシオイルを使用する点を除いて、水分保持容量とおなじアプローチで測定した。
【００８９】
実施例８．製紙：ＥＦＡ−Ｃの研究室実験
製紙用完成紙料(furnish)の調製：
硬木製および軟木製の漂白済みクラフト紙用（Kraft)市販パルプ(commercially available market pulp)を、Georgia Pacificから入手した。硬木製５０％と軟木製５０％のブレンドを、５ガロン（１９リットル）コンテナ中、蒸留水とともに、１．２重量％濃度(consistency)となるまでスラリー化させた。０．５重量％のＥＦＡ−Ｃ（トウモロコシ繊維製改良型繊維添加物、Enhanced Fiber Additive made from Corn Fiber）を、１．２％濃度の硬木／軟木製紙スラリーに加えた。
【００９０】
精製(refining)：
Tappi法T-200は、バレービーター(valley beater)を使用した実験室でのパルプ叩解(beating)のために用いる工程について記述している。前記ＥＦＡ−Ｃを含む硬木／軟木製紙用パルプ完成紙料を、バレービーターを用いて精製した。前記完成紙料は、４５０ｍＬ ＣＳＦ（Canadian Standard Freeness）まで精製した。前記パルプの濾水度(freeness)は、TAPPI試験法T-227を用いて決定した。いったん４５０ｍＬ ＣＳＦを得た後、前記完成紙料を、蒸留水で０．３％濃度まで希釈し、ライトニングミキサー(Lightning mixer)で穏やかに攪拌し、前記製紙用完成紙料中の繊維を懸濁状態に保った。
【００９１】
ハンドシート(handsheet)の作製：
TAPPI試験法T-205による下記のハンドシート工程を用いて紙を作製した。坪量１．２グラムのハンドシート（４０ｌｂシートまたは４０ｌｂ／３３００ｆｔ2または６０ｇ／ｍ2）および１．８グラムのハンドシート（６０ｌｂシートまたは６０ｌｂ／３３００ｆｔ2または９０ｇ／ｍ2）を比較した。いくつかの例では、排水性(drainage)および保持性(retention)を助けるため、２０ｌｂ／トン（０．９重量％）のカチオン性デントコーンスターチ（dent corn starch、カーギル(Cargill)より入手、Charge+110）をハンドシート型に加えた。
【００９２】
ハンドシート試験：
前記紙のハンドシートは、Integrated Paper Service（IPS、ウィスコンシン州アップルトン）に付託した。前記紙のハンドシートは、TAPPI試験法T-220によるパルプハンドシート物理試験に従い、条件を整えて試験した。使用した機器は、キャリパ(Caliper)についてはEmveco Electronic Microguage 200A、バースト（断裂）についてはMullen Burst Test Model "C"、ティアー（裂け）についてはElmendorf Tear Tester、テンシル（引張）についてはSin Techである。
【００９３】
結果：
表３に、ＥＦＡ−Ｃを含む、および含まないハンドシートの評価による紙質を示す。
【００９４】
【表３】
0004803936.tif 000004
Control＝コントロール、
Handsheet＝ハンドシート、
Caliper＝キャリパー、
Basis Wt＝坪量、
Burst Index＝バースト指数（比破裂強さ）、
Tear Index＝比ティアー力（比引裂強さ）、
Tensile Index＝比テンシル力（比引張り強さ）、
No Starch＝デンプンなし、
mil＝ミル＝１０００分の１インチ＝０．００２５４ｃｍ
２０ｌｂ／ｔ＝０．９重量％、
４０ｌｂ＝６０ｇ／ｍ2、
６０ｌｂ＝９０ｇ／ｍ2
【００９５】
ＥＦＡ−Ｃを含む、および含まない紙ハンドシートのバースト（断裂）力(burst strength)を、図５に示す。この図もまた、２０ｌｂ／トン（０．９重量％）のカチオン性デンプン添加によりバースト力が向上したことを表している。ＥＦＡ−Ｃを含まない６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）シート（コントロール）は、０．５％ＥＦＡ−Ｃを含む４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートと同等のバースト力を有することにご注目いただきたい。
【００９６】
ＥＦＡ−Ｃを含む、および含まない紙ハンドシートが示したテンシル（引張）力(tensile strength)を、図６に示す。この図もまた、２０ｌｂ／トン（０．９重量％）のカチオン性デンプン添加によりテンシル力が向上したことを表している。ＥＦＡ−Ｃを含まない６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）シート（コントロール）は、０．５％ＥＦＡ−Ｃを含む４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートと少なくとも同等のテンシル力を有することにご注目いただきたい。
【００９７】
結論：
研究室で作製された、０．５％ＥＦＡ−Ｃを含む４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートは、ＥＦＡ−Ｃを含まない６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）シートと同等のバーストおよびテンシル力を保有する。触媒量のＥＦＡ−Ｃ（０．５％）は、バーストおよびテンシル力を犠牲にすることなく、標準６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）中のクラフト紙用木質繊維(Kraft wood fiber)の３３％を代替した。２０ｌｂ／トン（０．９重量％）のカチオン性デンプンの添加もまた、バーストおよびテンシル特性を向上させた。
【００９８】
実施例９．製紙：ＥＦＡ−Ｓｏｙ（大豆）およびＥＦＡ−Ｗｈｅａｔ（小麦）の研究室実験
製紙用完成紙料(furnish)の調製：
硬木製および軟木製の漂白済みクラフト紙用（Kraft)市販パルプ(commercially available market pulp)を、Georgia Pacificから入手した。硬木製５０％と軟木製５０％のブレンドを、５ガロン（１９リットル）コンテナ中、蒸留水とともに、１．２重量％濃度(consistency)となるまでスラリー化させた。０．５重量％のＥＦＡ−Ｓ（大豆繊維製改良型繊維添加物、Enhanced Fiber Additive made from Soy Hulls）を、前記硬木／軟木製紙スラリーに加えた。０．５重量％のＥＦＡ−Ｗ（小麦繊維製改良型繊維添加物、Enhanced Fiber Additive made from wheat midds）を用い、上記と同様にして、さらに別の硬木／軟木ブレンドを調製した。
【００９９】
精製(refining)：
Tappi法T-200は、バレービーター(valley beater)を使用した実験室でのパルプ叩解(beating)のために用いる工程について記述している。前記ＥＦＡ−ＳおよびＥＦＡ−Ｗを含む硬木／軟木製紙用パルプ完成紙料を、バレービーターを用いて精製した。前記完成紙料は、４５０ｍＬ ＣＳＦ（Canadian Standard Freeness）まで精製した。前記パルプの濾水度(freeness)は、TAPPI試験法T-227を用いて決定した。いったん４５０ｍＬ ＣＳＦを得た後、前記完成紙料を、蒸留水で０．３％濃度まで希釈し、ライトニングミキサー(Lightning mixer)で穏やかに攪拌し、前記製紙用完成紙料中の繊維を懸濁状態に保った。
【０１００】
ハンドシート(handsheet)の作製：
TAPPI試験法T-205による下記のハンドシート工程を用いて紙を作製した。坪量１．２グラムのハンドシート（４０ｌｂシートまたは４０ｌｂ／３３００ｆｔ2または６０ｇ／ｍ2）および１．８グラムのハンドシート（６０ｌｂシートまたは６０ｌｂ／３３００ｆｔ2または９０ｇ／ｍ2）を、比較のために選択した。いくつかの例では、排水性(drainage)および保持性(retention)を助けるため、２０ｌｂ／トン（０．９重量％）のカチオン性ウェットエンドスターチ（wet end starch、カーギル(Cargill)より入手、Altra Charge+130）をハンドシート型に加えた。
【０１０１】
ハンドシート試験：
前記紙のハンドシートは、Integrated Paper Service（IPS、ウィスコンシン州アップルトン）に付託した。前記紙のハンドシートは、TAPPI試験法T-220によるパルプハンドシート物理試験に従い、条件を整えて試験した。使用した機器は、キャリパ(Caliper)についてはEmveco Electronic Microguage 200A、バースト（断裂）についてはMullen Burst Test Model "C"、ティアー（裂け）についてはElmendorf Tear Tester、テンシル（引張）についてはSin Techである。
【０１０２】
結果：
表４に、ＥＦＡ−ＳおよびＥＦＡ−Ｗを含む、および含まないハンドシートの評価結果を記録する。
【０１０３】
【表４】
0004803936.tif 000005
Control＝コントロール、
Target Basis Wt＝目標坪量、
Basis Wt＝坪量、
Burst Index＝バースト指数（比破裂強さ）、
Tear Index＝比ティアー力（比引裂強さ）、
Tensile Index＝比テンシル力（比引張り強さ）、
１ｌｂ／３３００ｆｔ2＝１．５ｇ／ｍ2
【０１０４】
ＥＦＡ−ＳおよびＥＦＡ−Ｗを含む、および含まない紙ハンドシートのバースト（断裂）力(burst strength)を、図７に示す。ＥＦＡ−ＳまたはＥＦＡ−Ｗを含まない６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）シート（コントロール）は、０．５％ＥＦＡ−ＳまたはＥＦＡ−Ｗを含む４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートと同等のバースト力を有することにご注目いただきたい。
【０１０５】
結論：
研究室で作製された、０．５％ＥＦＡ−ＳおよびＥＦＡ−Ｗを含む４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートは、ＥＦＡ−ＳまたはＥＦＡ−Ｗを含まない６０ｌｂ（９０ｇ／ｍ2）シートと同等のバースト力を保有する。研究室内では、上記ＥＦＡ−Ｃで見られたようなテンシルの向上は、ＥＦＡ−ＳおよびＥＦＡ−Ｗでは測定されなかった。
【０１０６】
実施例１０．製紙：ＥＦＡ−Ｃのパイロット抄紙機(pilot paper machine)実験
パイロット抄紙機による試験(trial)は、西部ミシガン大学紙科学およびエンジニアリング学科(Western Michigan University in the Paper Science & Engineering Department)で行った。生産能力は以下の通りであった。すなわち、生産速度は７５ｌｂ／ｈｒから２００ｌｂ／ｈｒ（３４ｋｇ／ｈｒから９０ｋｇ／ｈｒ）であり、取幅坪量(trim basis weight)は１８ｌｂ／３３００ｆｔ2から４００ｌｂ／３３００ｆｔ2（２７ｇ／ｍ2から６００ｇ／ｍ2）であり、送り速度(machine speed)は６ｆｐｍから１５０ｆｐｍ（１．８ｍ／分から４５ｍ／分）であった。図８Ａに、そのパイロット製紙プラントの概略図を示す。
【０１０７】
図８Ａを参照すると、粘稠な原料流(thick stockflow)を３０で示しており、坪量コントロールバルブは３１であり、混合および添加槽は３２および３３であり、ヘットボックスシステム(head box system)は３５であり、ダンディーロールは３６であり、クーチロール３７は排水槽３８とともに存在し、下水管への排水は３９である。この装置は、約１６０ｌｂｓ毎時（約７２ｋｇ毎時）の生産物を得るために使用することができる。
【０１０８】
製紙用完成紙料(furnish)の調製：
硬木製および軟木製の漂白済みクラフト紙用（Kraft)市販パルプ(commercially available market pulp)は、西部ミシガン大学から供給された。研究のために、硬木製６０％と軟木製４０％による完成紙料のバッチを二つ、別々に調製した。一つのバッチはＥＦＡ−Ｃを含まず、「コントロール」と名づけた。他のバッチは０．５％ＥＦＡ−Ｃを含み、「ＥＦＡ−Ｃ」バッチと名づけた。各バッチは以下のようにして調製した。すなわち、まず、５重量％濃度の６０％硬木および４０％軟木をブレンドし、オランダビーター(Hollander Beater)中で共に混合した。５％濃度を達成するために、水道水を使用した。いったん前記パルプをブレンドし、水で再水和させると、そのパルプスラリーをバックチェスト(Back Chest)に移し、そして、水道水で１．５重量％濃度まで希釈した。そのスラリーのｐＨを、Ｈ2ＳＯ4の添加により７．５に調製した。前記バックチェストから前記スラリーを送り出し、シングルディスクジョルダンリファイナ(single disc Jordan refiner)を通して、４５０ｍＬ ＣＳＦの濾水度を達成した。前記濾水度は、TAPPI試験法T-227により決定した。装填重量(load weight)４０ｌｂｓ（１８ｋｇ）および流速６０ｇｐｍを、前記ジョルダンリファイナの操作パラメータとした。各バッチの精製時間は、一定（１２分間）に保った。ＥＦＡ−Ｃ原料は、精製前に、前記バックチェストに、０．５重量％の用量レベルで加えた。いったん精製が完了すると、前記パルプスラリーをマシンチェスト(Machine Chest)に移し、０．５重量％濃度まで希釈した。
【０１０９】
製紙：
二通りの異なる坪量、すなわち３６ｌｂ／３３００ｆｔ2（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ／３３００ｆｔ2（１０９ｇ／ｍ2）の紙を目標とした。坪量は、送り速度をコントロールすることにより達成した。実験中、必要であれば、１０ｌｂ／トン（０．５重量％）のカチオン性デンプン（Charge+110）をスタッフボックス(Stuffbox)に加えた。前記０．５重量％のスラリーを、前記マシンチェストからヘッドボックス(Headbox)に移した。前記スラリーを、前記ヘッドボックスから長網抄紙機(Fourdrinier)に移し、そこで脱水の第一段階を行った。ウェット状態のペーパーウェブは、前記ダンディーロールおよびサクションボックス(suction boxes)を通過させ、そこで前記ウェブからさらに水を除去した。そのウェブを前記クーチロールへと進め、そこでフェルトおよび第一のプレスセクション内へと移した。前記ウェブを、前記第一のプレスセクションから、第二のプレスセクション内における他のフェルトのセットへと移し、そこから第一のドライヤセクション内へと移した。サイズプレスおよび第二のドライヤセクションは省略した。前記ウェブの最終段階は、カレンダ(Calender Stack)を通過させ、リール上へと移した。
【０１１０】
紙質試験：
全ての紙質試験は、西部ミシガン大学紙科学およびエンジニアリングにて行った。表５は、参照したTAPPI試験手順および各試験において行った再現実験の回数を表す。
【０１１１】
【表５】
0004803936.tif 000006
【０１１２】
結果：
前記紙質試験の結果を表６に示す。
【０１１３】
【表６】
0004803936.tif 000007
Control＝コントロール、
Grade＝坪量、
Actual B.W.＝真の坪量、
Bulk＝かさ密度、
Gurley Porosity＝ガーレイ空孔率、
Caliper＝キャリパー、
Tensile Strength＝テンシル力、
Scott Bond＝スコットボンド、
Tensile Index＝比テンシル力（比引張り強さ）、
Folding Endurance＝折り畳み耐久力、
Opacity＝不透明度、
Tearing Force＝ティアー力、
１ｌｂ／３３００ｆｔ2＝１．５ｇ／ｍ2
mil＝ミル＝１０００分の１インチ＝０．００２５４ｃｍ
１ｆｔ ｌｂ／１０００ｉｎ2＝０．２ｋｇ・ｍ／ｍ2
１ｇｆ＝９．８ｍＮ
【０１１４】
図９に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙のバースト力を示す。３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）のシートでは、統計学上顕著な向上が観測されたが、７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）のシートではそれがなかった。
【０１１５】
図１０に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙のテンシル力を示す。送り方向(machine direction)では、３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著なテンシル力の向上が観測されたが、送り方向と垂直方向(cross-machine direction)では、７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）のシートでのみ観測された。
【０１１６】
図１１に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙のティアー（裂け）力を示す。３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著なティアー力の向上が観測された。
【０１１７】
図１２は、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙のスコットボンド(Scott Bond)力を表す。３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著なスコットボンド力の向上が起こった。
【０１１８】
図１３に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙の空孔率を示す。３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著な空孔率の向上が起こった。
【０１１９】
図１４に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙のかさ密度を示す。３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著なかさ密度の向上が起こった。
【０１２０】
図１５に、ＥＦＡ−Ｃを加えておよび加えずに作製した二つの異なる坪量の紙の折り畳み耐久力(fold endurance strength)を示す。７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）シートにおける送り方向と垂直方向を除き、３６ｌｂ（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ（１０９ｇ／ｍ2）の両方のシートで、統計学上顕著な向上が起こった。
【０１２１】
結論：
西部ミシガン大学（Western Michigan University, WMU）におけるパイロット抄紙機による試験は、研究室での観測において、０．５％のＥＦＡ−Ｃが紙質のバーストおよびテンシル力を統計的に向上させたことを統計的に確認した。それに加え、このパイロットスタディは、標準の硬木軟木混合漂白済製紙用完成紙料に０．５％のＥＦＡ−Ｃを加えた場合、下記の紙質が向上したことをも統計的に確認した。それは、すなわちスコットボンド、ティアー（裂け）、折り畳み、空孔率およびかさ高さである。
【０１２２】
実施例１１．製紙：ＥＦＡおよびカチオン性デンプンのパイロット実験(Pilot Investigation)
パイロット抄紙機による試験(trial)は、西部ミシガン大学紙科学およびエンジニアリング学科(Western Michigan University in the Paper Science & Engineering Department)で行った。この試験の目的は、ＥＦＡ−Ｃにおける紙の強度特性の向上が、カチオン性デンプンの添加により変化するかどうかを確認することであった。
【０１２３】
製紙用完成紙料(furnish)の調製：
硬木製および軟木製の漂白済みクラフト紙用（Kraft)市販パルプ(commercially available market pulp)は、西部ミシガン大学から供給された。研究のために、硬木製６０％と軟木製４０％による完成紙料のバッチを二つ、別々に調製した。一つのバッチはＥＦＡ−Ｃを含まず、「コントロール」と名づけた。他のバッチは２．０％ＥＦＡ−Ｃを含み、「ＥＦＡ−Ｃ」バッチと名づけた。各バッチは以下のようにして調製した。すなわち、まず、５重量％濃度の６０％硬木および４０％軟木をブレンドし、オランダビーター(Hollander Beater)中で共に混合した。５％濃度を達成するために、水道水を使用した。いったん前記パルプをブレンドし、水で再水和させると、そのパルプスラリーをバックチェスト(Back Chest)に移し、そして、水道水で１．５重量％濃度まで希釈した。そのスラリーのｐＨを、Ｈ2ＳＯ4の添加により７．５に調製した。前記バックチェストから前記スラリーを送り出し、シングルディスクジョルダンリファイナ(single disc Jordan refiner)を通して、４５０ｍＬ ＣＳＦの濾水度を達成した。前記濾水度は、TAPPI試験法T-227により決定した。装填重量(load weight)４０ｌｂｓ（１８ｋｇ）および流速６０ｇｐｍを、前記ジョルダンリファイナの操作パラメータとした。各バッチの精製時間は、一定（１２分間）に保った。ＥＦＡ−Ｃ原料は、精製前に、前記バックチェストに、２．０重量％の用量レベルで加えた。いったん精製が完了すると、前記パルプスラリーをマシンチェスト(Machine Chest)に移し、０．５％濃度まで希釈した。
【０１２４】
製紙：
二通りの異なる坪量、すなわち３６ｌｂ／３３００ｆｔ2（５４ｇ／ｍ2）および７３ｌｂ／３３００ｆｔ2（１０９ｇ／ｍ2）の紙を目標とした。坪量は、送り速度をコントロールすることにより達成した。実験中、必要であれば、１０ｌｂ／トン（０．５重量％）のカチオン性デンプン（Charge+110）をスタッフボックス(Stuffbox)に加えた。前記０．５％のスラリーを、前記マシンチェストからヘッドボックス(Headbox)に移した。前記スラリーを、前記ヘッドボックスから長網抄紙機(Fourdrinier)に移し、前述と同様のことを行った。サイズプレスおよび第二のドライヤセクションは省略した。前記ウェブの最終段階は、カレンダ(Calender Stack)を通過させ、リール上へと移した。
【０１２５】
紙質試験：
全ての紙質試験は、西部ミシガン大学紙科学およびエンジニアリングにて行った。表７は、参照したTAPPI試験手順および各試験において行った再現実験の回数を表す。
【０１２６】
【表７】
0004803936.tif 000008
【０１２７】
結果：
前記紙質試験の結果を表８に示す。
【０１２８】
【表８】
0004803936.tif 000009
Grade＝坪量、
Cationic Starch＝カチオン性デンプン、
Actual Basis Weight＝真の坪量、
Bulk＝かさ密度、
Gurley Porosity＝ガーレイ空孔率、
Caliper＝キャリパー、
Tensile Index＝比テンシル力（比引張り強さ）、
Opacity＝不透明度、
Tearing Force＝ティアー力、
Scott Bond＝スコットボンド、
Burst Index＝バースト指数（比破裂強さ）、
Gurley Stiffness＝ガーレイ硬さ、
Folding Endurance＝折り畳み耐久力、
Sheffield Roughness＝シェフィールド粗さ
１ｌｂ／３３００ｆｔ2＝１．５ｇ／ｍ2、
１ｌｂ／ｔｏｎ＝０．０４５重量％、
mil＝ミル＝１０００分の１インチ＝０．００２５４ｃｍ
１ｇｆ＝９．８ｍＮ
１ｆｔ ｌｂ／１０００ｉｎ2＝０．２ｋｇ・ｍ／ｍ2
【０１２９】
図１６に、２．０％ＥＦＡ−Ｃの添加によるスコットボンド紙内部強度(Scott Bond internal paper strength)の向上を示す。１０ｌｂ／トンのカチオン性デンプンを添加した場合は、さらなる増加が観測された。
【０１３０】
図１７に、ＥＦＡ−Ｃがシートの空孔率を小さくする能力を示す。空孔率、すなわちTAPPI試験法により測定するガーレイ空孔率(Gurley Porosity)は、シートの一定面積を１００ｍＬの空気が通過するのにかかる時間により測定した。空気がシートを通過するのにかかる時間が長いほどシートの空孔率は低い。ガーレイ空孔率が高いほどコーティング抵抗性(coating holdout)が大きい。
【０１３１】
図１８に、２．０％ＥＦＡ−Ｃの添加による紙の密度上昇(densification)を示す。
【０１３２】
結論：
２．０％ＥＦＡ−Ｃの添加により、スコットボンドTAPPI試験法により測定する紙の内部結合力(internal bond strength)が上昇した。２．０％ＥＦＡ−Ｃを紙内部に組み込んだ場合、そのシートの空孔率は小さくなった。２．０％ＥＦＡ−Ｃの添加により、紙のかさ密度は上昇した。２．０％ＥＦＡ−Ｃとともにカチオン性デンプンを紙中に組み込むと、上述の特性が向上した。パイロット抄紙機を用いたこの研究は、ＥＦＡとカチオン性デンプンとを同時に使用すると、排水性(drainage)と保持性(retention)のマシン操業性パラメータ(machine runnability parameter)に関して相乗効果があることをも示した。
【０１３３】
実施例１２．製紙：紙生産物中におけるＥＦＡ−Ｃの分析
この試験の目的は、紙生産物中におけるＥＦＡテクノロジーを明らかにするための試験法を、顕微鏡的(microscopic)および／または分光学的(spectroscopic)技術の使用により開発することができるかどうかを確認することであった。紙は、種々のＥＦＡ−Ｃ濃度で、パイロット抄紙機を用い、西部ミシガン大学紙科学およびエンジニアリング学科(Western Michigan University in the Paper Science & Engineering Department)で作製した。
【０１３４】
製紙用完成紙料(furnish)の調製：
硬木製および軟木製の漂白済みクラフト紙用（Kraft)市販パルプ(commercially available market pulp)は、西部ミシガン大学から供給された。研究のために、硬木製６０％と軟木製４０％による完成紙料のバッチを、別々に調製した。それぞれのバッチは、下記のうち一つのレベルのＥＦＡ−Ｃを含んでいた。すなわち、０％、０．５％、１．０％および２．０％である。各バッチは以下のようにして調製した。すなわち、まず、５重量％濃度の６０％硬木および４０％軟木をブレンドし、オランダビーター(Hollander Beater)中で共に混合した。５％濃度を達成するために、水道水を使用した。いったん前記パルプをブレンドし、水で再水和させると、そのパルプスラリーをバックチェスト(Back Chest)に移し、そして、水道水で１．５％まで希釈した。そのスラリーのｐＨを、Ｈ2ＳＯ4の添加により７．５に調製した。前記バックチェストから前記スラリーを送り出し、シングルディスクジョルダンリファイナ(single disc Jordan refiner)を３回通した。４８０ｍＬ ＣＳＦの濾水度（TAPPI試験法T-227）が観測された。装填重量(load weight)２０ｌｂｓ（９ｋｇ）および流速６０ｇｐｍを、前記ジョルダンリファイナの操作パラメータとした。各バッチの精製時間は、一定に保った。完成紙料は、バックチェストから引き出し、シングルディスクジョルダンリファイナを通過させ、そして、マシンチェスト上に移した。いったんバックチェストの内容物を引き出して空にすると、前記ジョルダンリファイナを停止した。つぎに、前記バッチを、マシンチェストから移動させ、バックチェストに戻した。異なるレベルのＥＦＡ−Ｃを含む各バッチについて、このプロセスを３回ずつ繰り返した。いったん精製が完了すると、前記パルプスラリーを前記マシンチェストに移し、０．５％濃度に希釈した。
【０１３５】
製紙：
三通りの異なる坪量等級、すなわち２０、４０および６０／３３００ｆｔ2（３０、６０および９０ｇ／ｍ2）の紙を目標とした。坪量は、送り速度をコントロールすることにより達成した。操業性(runability)の目的のために、１０ｌｂ／トン（０．５重量％）のカチオン性デンプン（Charge+110）をスタッフボックス(Stuffbox)に加えた。前記０．５％のスラリーを、前記マシンチェストからヘッドボックス(Headbox)に移した。前記スラリーを、前記ヘッドボックスから長網抄紙機(Fourdrinier)に移し、前述と同様のことを行った。サイズプレスおよび第二のドライヤセクションは前記と同様に省略した。前記ウェブの最終段階は、カレンダ(Calender Stack)を通過させ、リール上へと移した。
【０１３６】
実施例１３．紙の特性：顕微鏡試験(microscopic examination)
製紙工程におけるＥＦＡ−Ｃの使用の結果として何らかの構造変化が起こっているかどうか確認するために、実施例１２による紙のサンプルを標準の走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy)試験にかけた。図１９に、上述の方法で作製した４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートの８００倍ＳＥＭ画像を示す。繊維を結合する微少なミクロフィブリルが、前記繊維間の隙間(void space)とともに紙表面を覆っていることにご注目いただきたい。ミクロフィブリルの存在は、紙シートの強度を上昇させることが知られている(T.E. Conners および S. Banerjee、 Surface Analysis of Paper, CRC Press, 1995)。図２０に、精製ステップ前に１％ＥＦＡを添加して作製した４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートの８００倍ＳＥＭ画像を示す。この試料中でミクロフィブリルの生成量が増加していることにご注目いただきたい。さらに、図１９で観測された隙間が減少しており、より良好な紙シート形成を示している。
【０１３７】
全体では、上記ペーパーシートでミクロフィブリル生成量の２３％増加が記録された。計算は、ＥＦＡを加えない紙の２０ＳＥＭフィールド画像および１％ＥＦＡ−Ｃを添加した紙の２０ＳＥＭフィールド画像に基づいて行った。ＥＦＡを含まない紙は、顕微鏡写真図の１領域(micrograph field)当たり平均１３のミクロフィブリルを有し、１％ＥＦＡ−Ｃを含む紙は、顕微鏡写真図の１領域当たり平均１６．５のミクロフィブリルを有するので、したがって、ＥＦＡなしの紙と比較して２３％の増加となる。
【０１３８】
実施例１４．紙の特性：フーリエ変換赤外スペクトル分析
紙ハンドシートの赤外スペクトル分析は、紙中へのＥＦＡ使用を検出する方法が開発できるかどうか確認するために行った。ＥＦＡ−Ｃ無添加の４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートおよび１％ＥＦＡ−Ｃ添加の４０ｌｂ（６０ｇ／ｍ2）シートについて、フーリエ変換赤外反射スペクトル(Fourier transform infrared reflectance spectra)を調べた。図２１にその試験結果を示す。上段のスペクトルはＥＦＡ−Ｃ無添加紙からのものであり、中段のスペクトルは１％添加紙のものであり、そして、下段のスペクトルは、１：１比係数(ratio factor)を用いたスペクトル引き算後の結果である。前記二つのスペクトルの最も相違する領域を、図中に円で示す。
【０１３９】
実施例１５．紙の特性：近赤外反射分析(Near Infrared Reflectance Analysis)
FTIR反射分析は定性的作業には好適であるが、定量、特に水分含有量が高いかまたは変化しやすい試料に対してはさほど好適ではない。FTIR分析により相違する領域の存在することが示されたが、近赤外反射分析は、定量的研究のために使用した。
【０１４０】
紙ハンドシートのセットを近赤外反射分析にかけた。全体では、６つの異なるハンドシートのセットを使用した。すなわち、ＥＦＡ−Ｃ無添加の２０ｌｂ、４０ｌｂおよび６０ｌｂ（３０、６０および９０ｇ／ｍ2）シート、ならびに１％ＥＦＡ−Ｃ添加の２０ｌｂ、４０ｌｂおよび６０ｌｂ（３０、６０および９０ｇ／ｍ2）シートである。複数のハンドシートから代表試料(representative samples)を切り出し、近赤外反射スペクトルを測定した。それぞれの紙において三つの領域を使用し、全体で１８個の試料を分析した。
【０１４１】
図２２は、定量分析のために近赤外データを考察する一般的方法である単純相関解析を使用して作成した。各波長における単純相関係数（直線性の程度）を求めた。このことは、どの波長が定量測定モデルを開発するのにより好適であるか決定するために有用である。
【０１４２】
最も高い相関を示す二つの領域にご注目いただきたい。このデータに多重線形回帰アルゴリズム(multiple linear regression algorithm)を適用すれば、これら二つの波長を使用することにより、直線関係が開発できる。このデータから開発された直線関係は、０．９６の相関係数と、９５％確率で０．１４の標準誤差を有する。これは、紙中のＥＦＡ含有量が独立の分析により決定できるという確実な証拠である。
【０１４３】
実施例１６．ＥＦＡ−Ｃと市販の繊維添加物との比較
ＥＦＡを、その他の市販の食物繊維源と比較した。それは、すなわち、ソルカフロック(solka floc)、微結晶セルロース、オート麦繊維、トウモロコシ外皮(corn bran)および小麦外皮(wheat bran)を含む。表９に比較結果を示す。
【０１４４】
【表９】
0004803936.tif 000010
【０１４５】
市販生産物の総食物繊維（ＴＤＦ、total dietary fiber）含有量は、小麦外皮が３８〜５０％ＴＤＦしか含んでいないことを除けば、約８１から１００％の範囲であった。これらの生産物の全ては、高濃度食物繊維源として、食物の栄養強化に使用される。実施例７で記述した近似分析によれば、ＥＦＡ−Ｃは、その他の市販の繊維生産物と比肩し得る約８７．２％の不溶性食物繊維を含むことが確かめられた。
【０１４６】
実施例１７．機能性
食品生産者にとっては、食物製品(food formulation)中に不溶性および可溶性の繊維を組み合せて使用することは一般的である。不溶性繊維生産物は主として強化のために、そして、可溶性繊維生産物は機能性のために使用される。基本的(basic)な機能性試験を、種々の生産物の粘性発現力(viscosity building)、保水力(water holding capacity)および保油力(oil holding capacity)を評価するために行った。試験計画(test protocol)は、実施例７で記述した通りである。
【０１４７】
予備的スクリーニング(preliminary screening)により、ＥＦＡが、微結晶セルロース、ソルカフロック、およびトウモロコシ外皮を含むいくつかの他の市販の不溶性繊維生産物よりも大きい粘性発現力、保水力および保油力を有することが明らかになった。前記により観測されたＥＦＡの機能性は、それが、進歩した官能特性(organoleptic properties)を示すことができることを支持する。前記官能特性とは、例えば、口当たり(mouthfeel)と、それに加え、望ましい製品特性、例えばエマルジョン安定化(emulsion stabilization)、粘着性(cling)、曇り(clouding)、アンチステーリング(anti-staling)、凍結／融解安定性(freeze/thaw stability)、および食物中の可食率(cook yield)等である。表１０に、前記機能性試験の結果を要約する。
【０１４８】
【表１０】
0004803936.tif 000011
* 同じ文字の数値は、信頼限度９５％において顕著な差はない。
@同じ文字の数値は、信頼限度９５％において顕著な差はない。
【０１４９】
実施例１８．粘性発現力
粘性発現力分析のために、３ｇの繊維を２００ｇの脱イオン水中に分散させて試料を調製し、下記の三つの工程のうち一つに使用した。
１．  マグネチックスターラプレート上で１分間攪拌
（「攪拌(stirred)」）
２．  ウォーリングブレンダー(Warring blender)で１分間剪断(shearing)
（「剪断(sheared)」）
３．  ガウリンホモジナイザー(Gaulin Homogenizer)により５０００ｐｓｉ
（３．４×１０7Ｐａ）でシングルパスホモジナイゼーション(single pass
homogenization)
（「ホモジナイズ(homogenized)」）
【０１５０】
２４時間後、２５０ｍＬビーカー中の試料の粘度を、室温で、Brookfield RV viscometer, Spindle #2を用いて、２０ｒｐｍで測定した。
【０１５１】
アビセルＭＣＣ生産物(Avicel MCC products)のうち二つは、全ての繊維の中で最も大きい粘性発現能力を示した。Avicel RC581Fは１０００ｃＰ以上に達し、そして、Avicel CL-611Fは、高剪断力(high shear)で１３０ｃＰに達した。しかしながら、これらの生産物は、５９％のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をさらに含んでいる。カルボキシメチルセルロースは可溶性繊維であり、粘性発現力の原因となり得る。これらの試料は、乳白色不透明の懸濁状態を呈し、２４時間後までに徐々に沈殿を生じた。Avicel FD-100、ソルカフロックおよびトウモロコシ外皮は、可溶性繊維を含まず、攪拌／剪断のいずれの条件下でも粘度を発現せず、そして、ビーカーの底に急速に沈殿した。
【０１５２】
ＥＦＡ−Ｃの粘度は、ホモジナイゼーションにより４００ｃＰ以上に達し、そして、白色で半透明(translucent)で懸濁および凝集状態(suspended flocked)の外観を呈し、沈殿により溶液と分離しなかった。このことは、完全に不溶性(purely insoluble)の繊維生産物のためには良好な機能性である。ＥＦＡは、粘性発現力特性により、栄養飲料に対するとろみおよびクリーミーな口当たりの付与、ココアパウダーおよびミネラル(mineral)等の微細固体の懸濁補助、およびエマルション安定化補助への使用に好適である。前記添加物の凝集状態の外観は、フルーツパルプに似る。したがって、前記添加物は、ジュースドリンクまたはスポーツ飲料中の曇り剤(clouding agent)として使用することができる。
【０１５３】
実施例１９．ＥＦＡの保水力に関する食物への適用実験
ＥＦＡがそれ自身の５倍までの重量の水を結合する能力は、ベーカリー製品の保存寿命(shelf life)の顕著な向上、およびそのような製品の不溶性繊維を低いレベルから適度なレベルへと強化する機会につながる。
【０１５４】
本実施例では、５個の自家製パン(home made bread)を、下記成分により調製した。
0004803936.tif 000012
【０１５５】
イーストは、水に溶かし、しばらく置いた。水気のある成分を混合し、乾燥成分に加え、ホバートミキサー(Hobart mixer)および生パンフック(dough hook)を用いて１分間混合した。生地(dough)は、焼く前に二度発酵させ(allowed to rise)、３７５°Ｆ（１９０℃）で５０分間焼いた。
【０１５６】
試料Ａは、１％ＥＦＡ（小麦粉に対し）をパンミックス(bread mix)に加えた。試料Ｂ、ＣおよびＤは、３％、５％および７％のＥＦＡ（小麦粉に対し）をそれぞれ含んでいた。５番目の試料は、ＥＦＡを含まず、これをコントロールとして供した。これらの製品(formulation)には、追加の水もその他の成分も加えず、さらに、どのパンにも工程変更は加えなかった。最終生産物は、メダリオンラボラトリー(Medallion Laboratories)で含水パーセンテージ(percent moisture)ならびに可溶性、不溶性および総食物繊維量を分析した。結果は下記の通りである。
【０１５７】
【表１１】
0004803936.tif 000013
【０１５８】
上記表から分かる通り、含水率レベルは３〜７％ＥＦＡを含むパンにおいてより高かった。このデータは、比較的少量のＥＦＡを加えることにより、パンの不溶性繊維含有率を適度に増加させることが可能であることをも示している。同様の観測は、イエローケーキ(yellow cake)およびソフトタイプのオートミールクッキーにおいても見られた。
【０１５９】
ＥＦＡの水結合特性をさらに示すため、実施例２の下記の成分によりバター(batter)を調製した。
0004803936.tif 000014
【０１６０】
バターの全重量に基づき、試料Ａは１％のＥＦＡを含み、試料Ｂは１．５％のＥＦＡを含み、そして試料Ｃは２％のＥＦＡを含んでいた。それぞれのバターはスムースになるまで混合し、１０分間休ませた。タマネギ、マッシュルーム、ズッキーニおよびチキンをバターで包み、液状植物油を用いて３７５°Ｆ（１９０℃）で４分間揚げた。揚げた生産物を熱した油から引き上げ、ペーパータオル上に置いて冷ました。つぎに、揚げたバターを除去し、脂質のパーセンテージ（酸による加水分解）および水分のパーセンテージ（バキュームオーブン）を分析した。図２９および３０に、マッシュルームおよびズッキーニの結果を示す。
【０１６１】
ＥＦＡは親油性であるよりは親水性であるので、ＥＦＡを含む揚げ食物生産物は、脂質含有量の減少が見られた。その上、ＥＦＡの添加は、その繊維としての性質ゆえに、揚げた生産物にさらなる力を与える。すなわち、結果として、揚げて泳がせて(shipping)いる最中に、より壊れにくい。
【０１６２】
実施例２０．  ＥＦＡの油分保持特性を利用した食品応用例
ＥＦＡは、それ自身の３倍の重さの油分を、また５倍の重さの水分を保持することができるので、加工肉製品にＥＦＡを、混ぜた肉全体の重さを基準にして１％から３％存在するように添加すると調理収率が直接増加し、そのような製品の水分と脂肪含有量も向上する。
【０１６３】
８０％の赤身のグラウンドチャック(ground chuck)を使用し、一切の添加物・防腐剤が加えられていない４つの試料を本実施例のテストを行ううえでの基礎として用いた。試料Ａには５００グラムのグラウンドチャックに対してちょうど１重量％のグラウンドＥＦＡを添加した。同様に、２重量％と３重量％のグラウンドＥＦＡをグラウンドチャックに添加したものがそれぞれ試料Ｂ・試料Ｃである。４番目の試料にはＥＦＡを加えず、コントロールとして使用した。Hobartミキサーとその付属パドルですべての混合試料を低速で１０分間ブレンドし、各試料を確実によく混ぜた。いっさいの水もその他の材料もその混合試料には加えなかった。そして、その混合肉で１２５グラムのパティを作った。すべての試料を調理するときの最初の温度を同じにするためパティは冷蔵した。それぞれの種類の４つの肉パティの両面を華氏３５０度（約１７７℃）で６分間炒めた。炒めたパティは金網台で室温まで冷まし、その後それぞれのパティを計量し、調理収率の変化を決定した。また、試料の水分(AOAC method 960.39)および脂肪分(AOAC method 950.46)についても分析した。分析結果を下に示す。
【表１２】
0004803936.tif 000015
【０１６４】
上記の結果からわかるようにグラウンドチャックにＥＦＡを添加することで調理収率が向上した。ＥＦＡの添加はまた、パティの脂質および水分の含有量を増加した。さらに、ＥＦＡを含むすべてのパティはコントロールに比べてよりジューシーであり魅力的に思われた。
【０１６５】
６．製紙における強化繊維添加剤の作用形態
実施例８および９で示したように、０．５％のＥＦＡを含む４０ポンド（６０g/m2、４０＃）ハンドシートは６０ポンド（９０g/m2、６０＃）ハンドシートと同じ引っ張り強度と破裂強度を持つ。そして、０．５％の強化トウモロコシ繊維は、おなじＣＳＦを使用する場合、強度を失うことなく、標準の６０＃シートにおける木繊維３３％分の替わりとなる潜在能力がある。このようにＥＦＡマテリアルには、付加価値の高い紙用添加剤として重要な将来性がもつ。この節では、強度強化特性についてＥＦＡマテリアルが持つだろう作用形態と、ＥＦＡマテリアルの考えられる紙繊維との相互作用について解析をした。
【０１６６】
６．Ａ．  表面特性
図２３はＥＦＡを含む強化紙とＦＥＡを含まない紙の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による像を示す。この研究で使用したすべの紙は、上記の実施例１０にあるように、Western Michigan Universityにおける行われた予備的な製紙機によるテストでできたものである。倍率１００倍では一見、表面形態には顕著な違いはない。
【０１６７】
しかし、さらに高倍率の場合、著しい特性が現れる。上記の実施例１３．で論じたように、図１９と図２０の比較からそれは明らかである。図１９はＥＦＡを含まない紙を倍率８００倍でみたＳＥＭの像を示す。微小繊維がいっしょになって大きな繊維を形成していることが観察された。このような繊維はよく知られ、製紙工程においても詳細に記録される。また、この繊維が強度特性を与えているものとされる。これらの微小繊維はシート形成中に形成され、水素結合の効果を高めている。
【０１６８】
図２０は１％ＥＦＡを含む強化紙のＳＥＭ像を示す。微小繊維形成が増加していることが観察される。この形成が一貫した効果であるか調べるため、多数のＳＥＭ像を多数の紙から撮り、微小繊維を数えた。ＥＦＡマテリアルとともに作られた紙は、ＥＦＡを含まない紙に比べて、微小繊維の産出が１０％よりおおく（典型的には１５％よりおおく、例えば２３％）の増加があった。この微小繊維産出における増加が、主により大きなパルプ（セルロース）繊維間を架橋する微小繊維のネットワークを提供することで、ＥＦＡの強度強化特性において重要な役割を担っている、と結論してもよい。
【０１６９】
６．Ｂ．深さの特性
ＳＥＭは強力な表面に関する技術であるが、構造の詳細、特に、表面上で見えない構造の詳細を決定する能力に関して制限がある。もうひとつの紙の解析技術にレーザー共焦点走査顕微鏡（ＣＬＳＭまたはＬＣＳＭ）がある。この技術では、表面を見ることができるのみならず、物質のＺ方向にスキャンすることができ、構造の３次元表示を再構築することができる。
【０１７０】
ＥＦＡを含まない紙と１％ＥＦＡを含む紙のＬＣＳＭ蛍光像を得る実験をした。２つの励起波長を使用した。一つ目は５４２ｎｍレーザーで、２つ目は４８８ｎｍレーザーである。二つの像をあわせて、合成像を作った。異なるナノメートル波長で得られた像を表すため異なる色を使用した。２０までのＺ方向連続スライス像をとり、合成像に加え、深みを強化した。
【０１７１】
これらの写真で形態の差異を調べたが、際立った特長はなかった。ＥＦＡを含む紙も含まない紙も、おなじような構造的特徴および繊維のパッキングと密度が観察された。つまり、この種類の観察法では差異が検出できないほど、ＥＦＡを含む紙と含まない紙の全体的な形態が似ているのだ。このことは、多くの紙の応用法にとって重要である。なぜなら、上記のように微小繊維の効果に影響を与えるけれど、ＥＦＡの添加は、紙の全体的な構造の変化を大きくは引き起こさないことを示しているからである。実際、次の節の記述であきらかであるが、形態変化の差異が観察されないのは、ＥＦＡが部分的にセルロース繊維をコーティングし（つまり、よりおおきなセルロース繊維と整列する）、そして、ＥＦＡに含まれるヘミセルロースが微小繊維の架橋を形成するからである。
【０１７２】
６．Ｃ．  化学的検出
ＥＦＡの添加が紙に大きな形態変化を引き起こすかどうかについては検出できない、という形態の特徴が決定的な観察結果であった。一方で、紙の中のＥＦＡを化学的に検出することは、ＥＦＡの存在や位置を測定するための機構を提供するのみならず、ＥＦＡの化学的相互作用を理解する上で重要である。
【０１７３】
紙を試料とした分光実験はＥＦＡを含む紙と含まない紙の化学的な相違点および相似点を測定する手段である。実施例１４の記述のように図２１は(a)ＥＦＡが添加された紙；(b)ＥＦＡが添加されていない紙のＦＴＩＲの反射スペクトルおよび図の一番下に二つのスペクトルの差を示す。一番下の線で示された一つの領域で２本のスペクトルがかなり異なっている。これは、１２００ｃｍ-1から１３００ｃｍ-1の領域である。この差異は単なる全体的な反射の差異ではなく、化学的な差異によるものだと思われる。
【０１７４】
図２１の一番下の線は差異をあらわしているのだが、その主要な周波帯は、１１３７ｃｍ-1と１２２０ｃｍ-1である。これらの差異はいろいろな方法に使うことができる。例えば、
１．  これらの波長と化学イメージングシステムとをあわせて使用する
ことで、紙上でＥＦＡ分布の化学マッピングができる。また、
２．  製造された紙のＥＦＡ含有量を直接測定する定量分析法を開発する
ことができる。
【０１７５】
６．Ｄ．  化学イメージング
化学イメージングとは、物質中の化学組成相互作用を可視化するために用いられる技術である。ラマンと赤外線の両イメージングシステムがある。紙の試料は高い蛍光バックグラウンドを持つ（それ故、ＣＬＳＭができるのである）ため、ラマンイメージングは実用的ではない。しかし、赤外線イメージングは表面の化学的形態に関するとても詳細なマップを作ることができる。
【０１７６】
図２４はＥＦＡを含まない紙の化学的赤外線イメージを示し、図２５はＥＦＡを含む紙の化学的赤外線イメージを示す。画像は主成分分析（ＰＣＡ）と呼ばれるケモメトリクス技術を利用して得られた。この技術は、試料中にある主成分のなかで変化があるものの化学的差異をさらに広げる技術である。図２４、２５の画像は紙の第三主成分についての画像である。化学イメージングでは、画像中のコントラストは形態というよりむしろ化学的な差異によって生じる。使用した測定法や画像解析はChemIcon, Inc.社 (Pittsburgh, PA)で、同社の設備とソフトウェア−を使用し、本願書の出願人(assignee)であるCargill, Inc.の監督の下、行われた。
【０１７７】
ＥＦＡを含まない試料の場合（図２４）はほとんど化学的形態のコントラストがないことに注目する。これは、きわめて均一な化学的構成であることを示唆する。しかし、ＥＦＡを含む紙の画像（図２５）では著しいコントラストがある。つまり、画像中に、局在による化学的な差異があるのである。実際、ＥＦＡ画像について精密な検査と行うと、ＥＦＡマテリアルの存在により起こった化学的変化が、個々の紙（本例ではパルプまたはセルロース）の繊維ストランドに従うように（または繊維ストランドに限定的に整列するように）局在していることまたは整っていることがわかる。つまり、ＥＦＡが様々な紙繊維（本例ではセルロースまたはパルプ繊維）を覆うように、または少なくとも部分的には覆うように配置されている。ＥＦＡマテリアルはホロセルロースの性質を多く持つため、ＥＡＦは容易に木（セルロース）の繊維と相互作用する。また、ヘミセルロースの性質ため、ＥＦＡは紙の製造において‘のり’として働く。よって、以下のように結論することができる。ＥＦＡ添加剤は、ヘミセルロースの‘のり’でできた薄いフィルムで、それぞれの紙（ホロセルロース）繊維を（またはその一部を）効率よくコートし、このようにして、紙に全体的な強度を付与している。
【０１７８】
PCA３の画像におけるコントラストがＥＦＡによるものであることを確認するため、小さくグラインドしたＥＦＡを紙の上におき、主成分スペースで画像化した。
【０１７９】
実験が行われた後、差異が研究者によってプロットされ、化学的差異がカラーでプロットされ、画像中の差異のコントラストが強められた。本図のなかに白黒の図を備えている。
【０１８０】
６．Ｅ．  定量解析
ＥＦＡがスペクトル法で検出可能であり、さらに画像化できることがわかるやいなや、定量的なスペクトルモデルが開発可能であるという結論になった。そのようなモデルでＥＦＡがその紙の中に存在しているかどうかわかるだけでなく、どれぐらいＥＦＡが存在しているか測定できるのである。
【０１８１】
定量性スペクトルモデルを開発できることを示すため、０％と１％ＥＦＡ添加物についての較正データのセットが統合された。各紙試料の近赤外スペクトルの反射率が記録され、スペクトル相関プロットができた。
【０１８２】
図２２は上記実施例１５．にあるように得られた相関プロットを示す。二つの領域でＥＦＡと高い相関を見せる。これら二つの波長は、図２１のＦＴＩＲスペクトルサブトラクションで異なる基音バンドの３倍音とまさに関係している。
【０１８３】
この近赤外スペクトルのデータと多重線回帰アルゴリズムを使用して、二波長を使用した一次関係を発見した。図２６はこの計算により得られた直線プロットを示す。
【０１８４】
６．Ｆ．  結論
以下に示すＥＦＡの紙への応用に関する結論は上記の実験と分析の基づいて作れられた；
１．ＥＦＡによる紙の強化の際、ＥＦＡを含む紙と含まない紙のバルク構造は視覚的（ＳＥＭで８００倍）にはほとんど変化がない。
２．統計学的に有効な関連が、微小繊維の産出とＥＦＡ含有量との間に存在する。この効果は少なくとも部分的には強度付与というＥＦＡの特性に寄与している。
３．赤外スペクトルに違いが観察たれた。このことは、ＥＦＡとセルロースとで、化学的に差異があることを示す。
４．ＦＴＩＲスペクトルにおける差異は本当である。なぜなら、これらのバンドの倍音がＮＩＲ相関検定でも存在するからである。
５．ＮＩＲイメージングは、ＥＦＡが形成された化学的差異として紙（セルロース）繊維をコーティングする様に局在していることを写実的に示した。この効果は強度付与というＥＦＡの特性に寄与している。
６．スペクトルの差異が十分に大きく、ＮＩＲを使用して紙中のＥＦＡの分析をする方法を開発できた。
【０１８５】
７．  化学的アフィニティープローブ
ＥＦＡの特性を査定することに関して実用的な査定ツールとして化学的アフィニティープローブもある。特に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）イメージングと共に使用する酵素アフィニティープローブがある。
【０１８６】
より一般的には、試料の化学的特性を識別するために細胞化学的アフィニティープローブを使用することができる。とりわけ、セルロース−金アフィニティープローブは選択的にセルロース性の物質に結合し、クチンなどの疎水性物質には結合しない。
【０１８７】
そのような研究をするための適当な前提は、切断面表面の基質に対するアフィニティー金プローブの結合がその壁の親水性によって影響されることである。このことは、スベリンやクチンを含む壁には、これらはセルロースを含むにも関わらず、セルロース−金プローブによって標識されないという観察事実によって裏付けられている。一方、木質部の成分のような木質化した壁はセルロース−金プローブによって標識される。ＳＢＦからＥＦＡへの実施例に挙げた変換処理がリグニンの存在を取り除きまたは修正したり、繊維の親水性に影響をおよぼしたりするという情報から、セルロース−金プローブを使用してその結合による差が検出できるかどうかを調べる実験をした。
【０１８８】
図２７はセルロース−コーン−金アフィニティープローブによって査定されたＳＢＦ−コーン試料のデジタルイメージを示している。図２８はＥＦＡ−コーン試料に対して同様の処置をしたデジタルイメージを示している。図２８のほうが標識の密度が高いということは、ＥＦＡはより標識を受けやすいように修飾されていることを示す。これは、その物質がより多くより接触可能なセルロースおよびホロセルロースの特性を持つように修飾されたと理論付けできる。これは８節における分析で裏付けされる。
【０１８９】
８．  高性能陰イオン交換クロマトグラフィーとパルス電流滴定検出（ＨＰＡＥ−ＰＡＤ）によるリグノセルロースマテリアル（つまり、ＳＢＦおよびＥＦＡ）に含まれる単糖の測定
この節では、植物のリグノセルロース成分に通常含まれる単糖類を分離し定量することができるアプローチについてその特性を記述する。これらの成分にはアラビナンおよびガラクタン・グルカン・キシラン・マンナンが含まれるが、これらに限られるわけではない。この方法は、硫酸でリグノセルロースマテリアルを加水分解して、できた単糖類を高性能陰イオン交換クロマトグラフィーとパルス電流滴定検出（ＨＰＡＥ−ＰＡＤ）によって直接分析することを含む。この方法は以前に文献で公表された手順を適合させたものである（参照；K.A. Garlab, L.D. Bourquin, G.C. Fahey, Jr., J. Agric. Food Chem., 37.........）。これらの文献の完全な明細はここに引用して取り込まれる。
【０１９０】
材料
塩化ナトリウムおよび５０％(w/w)硫酸・濃硫酸はFisher Scientificから購入した。脱イオン水（＞１８ＭΩ−ｃｍ）はBarnstead/Thermolyne NANOpure Infinity water purification systemから得た。Ｄ−アラビノースおよびＤ−ガラクトース・Ｄ−グルコース・Ｄ−キシロース・Ｄ−マンノースはSigma Chemical Co.から購入した。すべての炭水化物の純度は９９％を越えていた。
【０１９１】
試料とスタンダードの調製
すべての試料は乾燥され、40-meshのスクリーンを通過できるようにミルされた。それぞれの試料の水分はＮＩＲ水分バランスセットを使用して１３０℃で測定した。試料の加水分解はTAPPI method T249 cm-85 (Tappi Test Methods, Tappi Press, Atlanta, Ga, 1985)に従って行った。（この完全な明細はここに参照して取り込まれる。）まとめると、４０ｍｇから６０ｍｇの試料をガラスの試験管に量り取った。試験管の中の試料に、ちょうど１ｍｌの７２％硫酸を加えた。試料を３０℃の水槽で１時間維持した。このとき、試料の溶解を助けるためガラスのかき混ぜ棒で随時攪拌した。加水分解物を脱イオン水で４重量％の硫酸になるまで希釈し、１０３±７ｋＰａで１時間オートクレーブ中に置いた。加水分解の後、試料を容量測定用フラスコで１０００ｍｌまで希釈し、インジェクションの前に、０．４５μｍナイロンシリンジフィルターでろ過した。スタンダード水溶液も試料と同じ方法で加水分解した。
【０１９２】
クロマトグラフィーの条件
炭水化物は高性能陰イオン交換クロマトグラフィーとパルス電流滴定検出（ＨＰＡＥ−ＰＡＤ）を使用して分離、定量した。グラディエントポンプ(model GP50)およびRheodyneインジェクションバルブが装備されたオートサンプラー(model AS-50)・pH-Ag/AgClコンビネーションリファレンス電極を装備したパルス電流滴定検出をする電気化学検出器(model ED-40)が、DX-500クロマトグラフィーシステム(Dionex Corporation, Sunnyvale, CA)を構成した。CarboPac PA-1分析カラム(250 mm x 4 mm i.d.)およびガードカラム(50 mm x 4 mm i.d.)を炭水化物分離のために使用した。パルス電流の波形設定は、Ｅ１およびＥ２・Ｅ３・Ｅ４を+0.1および-0.2・+0.6・-0.1Ｖに、持続時間は合計500 msecを400および10・30・60 msecにそれぞれ設定した。設定は公表されているDionex Technical Note 21に従って行い、ここに参照する。溶離剤は、ろ過および脱気・脱イオンした高純度の水をもちいて調製し、加圧ヘリウム下で保存した。カラムを洗浄するために100 mM NaOHを1 ml/minで１０分間注入し、カラムを再平衡化するために脱イオン水を1 ml/minで１０分間注入した。また、炭水化物の溶出のために脱イオン水を1 ml/minで４０分間注入した。ベースラインを安定させ、検出器の感度を最適化するため、カラム後に300 mM NaOHを0.6 ml/minで注入した。この作業はDionex Technical Note20に従い、ここに参照する。サンプルあたりの合計運転時間は６０分であった。
【０１９３】
結果
各単糖類にたいするリスポンスファクター（ＲＦ）は、各炭水化物のピークエリアをそれぞれ対応する濃度で割ることで決定する。目的物質の濃度は試料の乾燥重量に基づき、外部計算技術を使用し２つの測定値の平均として０．１％までの数値で表した。すべての濃度は各炭水化物の無水物当量に基づいている。例えば、アラビノースおよびキシロースは０．８８であり、ガラクトースおよびグルコース・マンノースは０．９０である。％の値は試料全体の炭水化物にしての％である。
【表１３】
0004803936.tif 000016
【表１４】
0004803936.tif 000017
【０１９４】
分析に関する概説
概して、上記の特徴を有する分析は、ここに記す技術に従って加工されているＥＦＡマテリアルと単なるＳＢＦマテリアルとを同定し区別することに使用することができる。特に、アラビナン・ガラクタン・グルカン・キシラン・マンナンのパーセントの値を記述および要約の方法で査定を行った場合、それは試料の‘ホロセルロースファクター’または‘ホロセルロース特性’と一致するものとみなされる。このファクターはおおむね、試料中のヘミセルロースとセルロースの存在量に相関する全試料中の全炭水化物の量に関係する。なぜなら、示された単糖類の値はセルロースおよびヘミセルロールの構成成分を反映するからである。
【０１９５】
グルカンの分析で得られた価は、一般にここでは‘セルロースファクター’または‘セルロース特性’として特徴付けられる。グルコース単糖はセルロースの存在ともっとも親密な相関関係があるからである。
【０１９６】
アラビナンおよびガラクタン・キシラン・マンナンの合計値は、ここでは‘ヘミセルロースファクター’または‘ヘミセルロース特性’として言及される。示した単糖類は一般に試料中のヘミセルロースの存在と相関関係にあるからである。
【０１９７】
上記のことは、試料中のセルロースの正確な百分率または、ヘミセルロースの正確な百分率が特に計測値と相関しているということを意味するものではない。むしろ、これらのファクターは主に、互いに対して、および試料中の他の炭水化物に対して、これらの物質の存在相対値を表している。
【０１９８】
上記の実験において、実施例１から３で示した原理にそって酸処理および酸性亜塩素酸塩処理・過酸化物処理を施したものと施してないものの間で比較ができる。とりわけ、シート由来繊維−トウモロコシ（ＳＢＦ−Ｃ）は一般的に酸処理も酸性亜塩素酸塩処理・過酸化物処理もされていないものである。強化繊維添加剤−トウモロコシ（ＥＦＡ−Ｃ）は同じ物質であるが、ここに記した原理、つまり実施例１から３に従って処理を行ったものである。本実験と同様にして、ＳＢＦ−ＳｏｙとＥＦＡ−Ｓｏｙとを比較をし、ＳＢＦ−ＯａｔｓとＥＦＡ−Ｏａｔｓとを比較した。
【０１９９】
実験からある一定の概説が容易に明らかになる。例えば、
１．  ＳＢＦからＥＦＡへの変換は概して、百分率として計測されるセルロースファクターを上昇させる。
２．  ＳＢＦマテリアルは一般に４５％以上のトータルセルロースファクターを示さない。典型的には２０％から４０％である；一方、ＥＦＡマテリアルは少なくとも５０％のトータルセルロースファクターを示し、典型的には５０％から８５％である。
３．  ＳＢＦマテリアルは概して関連ＥＦＡマテリアルよりも高いヘミセルロースファクターを示す。（この文脈で使用する‘関連’とは、同じ試料に関してＥＦＡに変換するためにここ（実施例１から３）に記す工程にしたがって処理をした後の同じ試料を意味する。）
４．  ＳＢＦマテリアルは概して２３％よりも高いトータルヘミセルロースファクターを示すが、ＥＦＡマテリアルは概して少なくとも５％のトータルヘミセルロースファクターを示すが２３％以上を示すことはなく典型的には２１％以上を示さない。
５．  ＳＢＦからＥＦＡへ変換する工程により概して、百分率として測定されるホロセルロースファクターの値が上昇する。
６．  トウモロコシに関して、ＳＢＦ−Ｃのトータルセルロース特性は典型的には３０％より小さいが、ＥＦＡ−Ｃのトータルセルロース特性は典型的には少なくとも６０％、すなわち６４％から８１％である。
７．  トウモロコシに関して、ＳＢＦ−Ｃのトータルヘミセルロース特性は典型的には少なくとも４０％、すなわち４３％から５３％であるが、ＥＦＡ−Ｃのトータルヘミセルロース特性は典型的には５％以上であり、１５％は越えない。すなわち、８％から９．２％である。
８．  トウモロコシに関して、ＳＢＦ−Ｃのトータルホロセルロース特性は典型的には６８％から７８％の範囲であるが、ＥＦＡ−Ｃのトータルホロセルロースは典型的には７３％から９０％の範囲である。
９．  ＳＢＦ−Ｓｏｙに関して、典型的なホロセルロース特性は７０％より下、例えば６３．８％であるが、ＥＦＡ−Ｓｏｙに関して、トータルホロセルロース含有量は典型的には少なくとも７０％で、例えば７５％から８５％である。
１０．ＥＦＡ−Ｓｏｙに関して、ヘミセルロース含有量は典型的には５％以上であって、例えば１８．５％から２０．４％である。
１１．大豆に関して、ＳＢＦからＥＦＡに変換する工程は、典型的には測定されるトータルセルロース特性を上昇させる。例えば、ＳＢＦ−Ｓｏｙのトータルセルロース特性は典型的には３５％から４５％の領域であるが、ＥＦＡ−Ｓｏｙのトータルセルロース特性は典型的には少なくとも５０％であり、５５％から６５％の領域内である。
１２．オート麦に関して、ＳＢＦ−Ｏａｔｓのトータルセルロース特性は概して４０％以上ではなく、典型的には３０％から３６％であるが、ＥＦＡ oats（ＥＦＡ−Ｏ）は典型的には少なくとも６０％で、６５％から７５％である。
１３．オート麦に関して、ＳＢＦからＥＦＡに変換する工程は、概してトータルヘミセルロース特性を減少させる。
１４．ＳＢＦ−Ｏａｔｓに関して、トータルヘミセルロース特性は典型的には２５％以下ではなく、つまり３０％から４０％であるが、ＥＦＡ oatsのトータルヘミセルロース特性は５％以上であり、典型的には２０％以上ではない。つまり、１０％から１７％である。
１５．オート麦繊維に関して、ＳＢＦオート麦繊維をＥＦＡオート麦繊維に変換する工程はトータルホロセルロース特性を上昇させる。典型的にはＳＢＦ−Ｏａｔｓのトータルホロセルロース特性は６５％から７５％であるが、ＥＦＡ oatsのトータルホロセルロース特性は少なくとも８０％であり典型的には８４％から８８％である。
【０２００】
上記の所見をさらに熟考すると、あるパターンがわかってくる。例えば、
Ａ．  典型的に、ＥＦＡはＳＢＦと比べると、トータルセルロースファクターのトータルヘミセルロースファクターに対する割合が上昇している。つまり、ＳＢＦ繊維マテリアルをＥＦＡ繊維マテリアルに変換する工程は、トータルセルロース特性/トータルヘミセルロース特性の比率を上昇させると同時に一方で、ヘミセルロース特性を少なくとも５％は残す。典型的には比率は少なくとも２：１に達する。
１．トウモロコシに関して、比率は１：１より少なかったものが、少なくとも５：１、典型的には少なくとも７：１に増加した。
２．大豆に関して、比率は約１．５：１から、少なくとも２：１、典型的には少なくとも２．５：１に増加した。
３．オート麦に関して、比率は約１：１から少なくとも４：１に増加した。
Ｂ．  ＳＢＦからＥＦＡの変換によって、トータルヘミセルロース特性を百分率でみると概して、トータルホロセルロース特性に対して減少している。
１．トウモロコシに関して、トータルヘミセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は、ＳＢＦでは０．５：１より大きい（典型的には０．６：１以上）が、典型的には０．２：１以下に減少する。
２．大豆に関して、比率は、０．３：１より大きかったものが、典型的には０．３：１以下に減少した。
３．オート麦に関して、典型的には少なくとも０．４５：１だったものが、０．３：１を越えない、典型的には０．２：１以下に減少した。
Ｃ．  本原理に従うＳＢＦからＥＦＡへの変換の工程は概してトータルセルロース特性の増加と、トータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率の増加を伴う。例えば、
１．トウモロコシに関して、ＳＢＦ−Ｃでは概して、トータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は０．５：１以上であることは無いが、ＥＦＡ cornではトータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は少なくとも０．７：１である。
２．大豆に関して、トータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は、ＳＢＦでは約０．６５：１以上はないが、ＥＦＡ soyでは典型的には約０．６９：１以上である。
３．オート麦に関して、トータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は、ＳＢＦ−Ｏでは典型的には約０．６：１以上ではないが、ＥＦＡ-oatsではトータルセルロース特性のトータルホロセルロース特性に対する比率は約０．７５：１以上である。
【０２０１】
８．  ＥＦＡを形成する際にＳＢＦに施す他の修飾
ＥＦＡを形成する前に繊維に存在する自然オイルのレベルを減少させる工程を行ってもよい。ひとつの方法として、ソレックス抽出器を用いて自然オイルを除く方法がある。ソレックス円筒ろ紙にＳＢＦマテリアルを充満させることができる。そして、溶媒をリザーバーに加え、還流を開始する。選択した溶媒に可溶な自然オイルを２４時間以上かけて溶媒分画に抽出することができる。様々な極性オイルを取り除くために用いられる手順で、同じＳＢＦマテリアルに対して一連の抽出を行うことができる。例えば、ペンタンやヘキサンといった無極性の溶媒を用いて無極性のオイルを取り除くことができる。２４時間抽出を行った後、ペンタンまたはヘキサン分画を除き、ジクロロメタンといったより極性のある溶媒でソレックスを満たす。２４時間後、この溶媒を取り除き、メタノールのようなさらに極性のある溶媒と取り替えることができる。２４時間の抽出工程の後、この溶媒を取り除き、ＳＢＦマテリアルを乾燥させる。３つの溶媒分画を蒸発させて、分画されたオイルを特定の溶媒系に特異化する。そして、ＳＢＦマテリアルは、残った自然オイルによる汚染なしに、ＥＦＡ製造工程に利用されることができる。
【０２０２】
また、その疎水性と親水性の性質から、ＥＦＡは使用前に添加剤によって効果が高められたり、強化されたりすることができる。たとえば、栄養補助食品と結合させることができる。
【０２０３】
ＥＦＡを形成するためにＳＢＦに対してさらに修飾を加えたり、または形成後のＥＦＡへのさらなる修飾を加えたりすることが望ましい場合があることが予想される。例えば、ＥＦＡを形成する前の工程に繊維に残る自然オイルのレベルを減少させることを含ませてもよい。そうでなければ、ＥＦＡを形成した後に、オイルのレベルを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の開示に一致する種子原料繊維の加工方法のフローチャートを示す。
【図２】  図２は、トウモロコシの湿式製粉加工における粉にしたトウモロコシの繊維組織（ＳＢＦ−Ｃ）を１００倍で撮った走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）のデジタルプリントを示す。
【図３】  図３は、本発明の開示に一致する、トウモロコシ繊維（ＥＦＡ−Ｃ）粉由来の粉にした改良型繊維添加物を１００倍で撮った走査電子顕微鏡写真のデジタルプリントを示す。
【図４】  図４は、ＳＢＦ−ＣおよびＥＦＡ−Ｃのフーリエ変換ラマンスペクトル比である。
【図５】  図５は、ＥＦＡ−Ｃ（トウモロコシ穀類の改良型繊維添加物）添加および無添加における、ペーパーハンドシートの破裂強度を示すグラフである。
【図６】  図６は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加における、ペーパーハンドシートによる引張り強度を示すグラフである。
【図７】  図７は、ＥＦＡ−Ｓ（大豆穀類由来の改良型繊維添加物）およびＥＦＡ−Ｗ（小麦由来の改良型繊維添加物）添加および無添加における、ペーパーハンドシートの破裂強度を示すグラフである。
【図８】  図８Ａは、ＷＭＵパイロット製紙機の図解である。図８Ｂは、一般的な製紙機を示す。
【図９】  図９は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙の破裂強度を示すグラフである。
【図１０】  図１０は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加における、二つの異なる坪量の紙の引張り強度を示すグラフである。
【図１１】  図１１は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙の引裂強度を示すグラフである。
【図１２】  図１２は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙のスコット結合強度（Scott  Bond  strength）を表わす。
【図１３】  図１３は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙の空孔率を表わす。
【図１４】  図１４は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙の緊度（Bulk  density）を示す。
【図１５】  図１５は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製した、二つの異なる坪量の紙の折り畳み耐性強度（Fold  Endurance  strength）を示す。
【図１６】  図１６は、２．０％ＥＦＡ−Ｃを添加した紙のスコット結合内部強度の増大を示す。
【図１７】  図１７は、ＥＦＡ−Ｃ添加および無添加で作製したシートの空孔率を示す。
【図１８】  図１８は、２．０％ＥＦＡ−Ｃを添加した紙の高密度化を示す。
【図１９】  図１９は、ＥＦＡ無添加の４０１ｂペーパーシートの８００倍のＳＥＭイメージを示す。
【図２０】  図２０は、精製工程前に１％ＥＦＡ−Ｃを添加して作製した４０１ｂシートの８００倍のＳＥＭイメージを示す
【図２１】  図２１は、ＥＦＡ添加および無添加の紙のフーリエ変換赤外線反射スペクトル比である。
【図２２】  図２２は、紙の近赤外相関スペクトルを示す。
【図２３】  図２３は、ＥＦＡで改良された紙とＥＦＡ無添加の紙の、走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）のデジタルプリントである。
【図２４】  図２４は、非ＥＦＡ紙の赤外線化学イメージの白黒デジタルプリントを示す。
【図２５】  図２５は、ＥＦＡ紙の赤外線化学イメージの白黒デジタルプリントを示す。
【図２６】  図２６は、紙の評価のための、ＥＦＡ添加量とＮＩＲ応答のプロットである。
【図２７】  図２７は、セルラーゼ−金イメージング後における、ＳＢＦサンプルのＴＥＭイメージのデジタルプリントである。
【図２８】  図２８は、セルラーゼ−金イメージング後における、ＥＦＡサンプルのＴＥＭイメージのデジタルプリントである。
【図２９】  図２９は、フライドマッシュルーム（揚げマッシュルーム）の脂肪含有量および水分含有量におけるＥＦＡの効果を評価するための研究の結果を示す。
【図３０】  図３０は、フライドズッキーニ（揚げズッキーニ）の脂肪含有量および水分含有量におけるＥＦＡの効果を評価するための研究の結果を示す。
【図１】
0004803936.tif 000018
【図２】
0004803936.tif 000019
【図３】
0004803936.tif 000020
【図４】
0004803936.tif 000021
【図５】
0004803936.tif 000022
【図６】
0004803936.tif 000023
【図７】
0004803936.tif 000024
【図８Ａ】
0004803936.tif 000025
【図８Ｂ】
0004803936.tif 000026
【図９】
0004803936.tif 000027
【図１０】
0004803936.tif 000028
【図１１】
0004803936.tif 000029
【図１２】
0004803936.tif 000030
【図１３】
0004803936.tif 000031
【図１４】
0004803936.tif 000032
【図１５】
0004803936.tif 000033
【図１６】
0004803936.tif 000034
【図１７】
0004803936.tif 000035
【図１８】
0004803936.tif 000036
【図１９】
0004803936.tif 000037
【図２０】
0004803936.tif 000038
【図２１】
0004803936.tif 000039
【図２２】
0004803936.tif 000040
【図２３】
0004803936.tif 000041
【図２４】
0004803936.tif 000042
【図２５】
0004803936.tif 000043
【図２６】
0004803936.tif 000044
【図２７】
0004803936.tif 000045
【図２８】
0004803936.tif 000046
【図２９】
0004803936.tif 000047
【図３０】
0004803936.tif 000048