JP4077026B1 - 生分解性組成物及び食品容器等の生分解性加工品並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐水性及び剛性に優れた食品用の容器として使用できる生分解性の加工品及びその製造に必要な生分解性組成物を提供する。
【解決手段】
デンプン１５〜７５質量％、タンパク質５〜５０質量％、セルロース繊維３〜５０質量％、ポリフェノール類０．５〜２０質量％、塩化ナトリウム０〜５質量％となるように各成分を混合し、その混合物１００質量部に対して水１０〜１００質量部を加え、ミキサー等を使用してよくこねる。その後、コップや皿など所定の形状にプレス加工し、１２０〜１８０℃で加熱処理をして、生分解性に優れた加工品を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は生分解性組成物及び食品容器等の生分解性加工品並びにその製造方法に関する。

これまでにポリ乳酸や脂肪酸ポリエステルなどの生分解性樹脂やデンプンなどの天然素材を主成分とした数多くの生分解性樹脂や生分解性の組成物が提案され、これらの生分解性樹脂や生分解性組成物を用いた生分解性加工品が提供されている。

例えば、特開平７−１７５７１号公報（特許文献１）には、デンプンを主たる成分とし、植物性繊維及び／又はタンパク質を加えて発泡成形した生分解性の緩衝材が開示されている。また、特開２００５−１１９７０８号公報（特許文献２）には、デンプン及びポリオール、単糖若しくはオリゴ糖、タンパク質を配合した生分解性樹脂組成物が開示されている。特開平５−３２０４０１号（特許文献３）には小麦粉とデンプン、セルロースなどを配合し、発泡焼成した生分解性成形品が開示されている。

しかしながら、デンプンなどの天然素材を用いた場合には耐水性が十分でない場合が多く、強度的にも不足する傾向にあった。このため、例えば特開平５−２７８７３８号公報（特許文献４）や特開平５−５７８３３公報（特許文献５）、特開２００２−３５５９３２公報（特許文献６）にはそれぞれ生分解性組成物から成形した加工品の表面に、耐水用の樹脂をコーティングする方法が開示されているが、この方法ではコーティングを改めて施さなければならず、工程数が多くなってしまう。

一方、耐衝撃性や耐熱性を向上させた生分解性組成物として、例えば、特開平６−２４８０４０号公報（特許文献７）には、フェノール類と砂糖、デンプンとからなる組成物が開示されている。この組成物はフェノール類と砂糖の反応による樹脂形成を応用したものである。また、特開２００４−１３７７２６号公報（特許文献８）には、デンプンとタンニン又はポリフェノール、さらにはタンパク質並びに鉱物粉砕末にタンニン又はポリフェノールとキレート媒染効果を有する二価金属末とからなる生分解性砂利製品用の組成物が開示されている。しかしながら、この組成物は金属塩とポリフェノールの縮合化合物をデンプンに担持させたものであって、二価の金属塩が用いられているので食器などの用途には好ましくない。また、ここで用いられているタンニン、ポリフェノール類は、柿しぶやお茶のタンニン、樹皮タンニンなどの縮合型タンニンであって、砂利の代替品には適しているが、縮合型タンニンと二価の金属塩を用いているために強度が高くなりすぎて食器などの加工品には適さない。そして、金属塩が用いられているため、分解された後にこれらの金属が残り、環境に悪影響を与える可能性も考えられた。

特開２００５−２３２６２号公報（特許文献９）には、トウモロコシなどの穀類、雑草等の食物繊維、砂糖キビ等の１００％天然素材を微細化した主材と、柿渋やコンニャク粉などの天然バインダーを用いた生分解性組成物が開示されている。しかしながら、具体的な組成比が不明であり、現実に製品として製造できるのかどうか不明である。また、この組成物は穀物などの天然素材のみで構成されているため、出来上がった成形品の品質が担保されず、工業製品としては不適当なものであった。

さらに特表平９−５００９２４号公報（特許文献１０）には、デンプンとタンパク質、セルロース、フェノール及びタンニン、トール油やワックスを含む生分解性組成物が開示されている。しかしながら、この組成物はトール油やワックスを含むものであるため、ワックス等の滲出が懸念される。従って、木工品などの製作には適しているとしても、食器などの加工品に適用した場合には安全性の観点から好ましくない問題を生じる可能性がある。
特開平７−１７５７１号公報 特開２００５−１１９７０８号公報 特開平５−３２０４０１号 特開平５−２７８７３８号公報 特開平５−５７８３３公報 特開２００２−３５５９３２公報 特開平６−２４８０４０号公報 特開２００４−１３７７２６号公報 特開２００５−２３２６２号公報 特表平９−５００９２４号公報

本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであって、本発明は耐水性及び強度を十分に備えた生分解性のある加工品を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意努力したところ、デンプン、タンパク質、セルロース繊維及びポリフェノール類の４成分系、さらには必要に応じて塩化ナトリウムを加えた組成物を用いることにより、上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成するに至った。

本発明によると、耐水性及び強度を十分に備えた生分解性加工品を得ることができる。従って、カップや皿、ボウル、ボトル、食品用容器など耐水性を必要とする数々の日用品が提供される。

本発明の生分解性組成物は、１５〜７５質量％のデンプンと５〜５０質量％のタンパク質と３〜５０質量％のセルロース繊維と０．５〜２０質量％のポリフェノール類と０〜５質量％の塩化ナトリウムとからなる。

本発明において用いられるデンプンは、天然物由来によるデンプン（天然デンプン）のみならず、天然デンプンを化学的に処理し、化学修飾を行った化学修飾デンプンのいずれでもよく、また、これらを適宜混合して用いることもできる。

天然デンプンとは、トウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン、サツマイモデンプン、小麦デンプン、米デンプン、タピオカデンプン、ソルガムデンプンなど各種植物から得られるデンプンであって、起源となる植物は限定されない。また、デンプン中に含まれるアミロース、アミロペクチン含量も特に問われるものでもなく、高アミローストウモロコシデンプンのようにアミロース含量を高めたデンプンを用いてもよい。また、本発明においては単一のデンプンのみならず、２種以上の天然デンプンを用いてもよい。

化学修飾デンプンは、デンプンを構成するグルコースの水酸基に置換基を導入したものである。置換基は特に限定されるものではなく、被修飾デンプンである天然デンプンの種類も限定されるものではない。化学修飾デンプンとしては、例えば、ヒドロキシプロピルデンプン、カルボキシメチルデンプン、アセチル化高アミロースデンプン、酢酸デンプン、マレイン酸デンプン、オクテニルコハク酸デンプン、コハク酸デンプン、フタル酸デンプン、ヒドロキシプロピル高アミロースデンプン、架橋デンプン、リン酸デンプン、リン酸ヒドロキシプロピルジデンプンが例示される。これらの化学修飾デンプンも、単一種に限られず、２種以上を混合して用いても差し支えない。ここにいう架橋デンプンとは、リン酸塩化物、エピクロルヒドリン、リン酸誘導体等の種々の架橋剤によりデンプン分子を架橋したものをいう。

本発明において用いられるタンパク質は、植物由来のタンパク質や動物由来のタンパク質のいずれでもよく、合成タンパク質であってもよい。植物由来のタンパク質（植物性タンパク質）には、例えば、大豆タンパク、小麦タンパク、米タンパクなどの各種豆類や穀類から得られるタンパク質が例示される。また、動物由来のタンパク質（動物性タンパク質）には、例えば、乳タンパクなど各種動物、鳥類、魚類由来のタンパク質が例示される。また、これらのタンパク質は抽出しただけで精製していない粗タンパク質のみならず、濃縮した濃縮タンパク質であってもよい。例えば、植物由来のタンパクであれば、大豆濃縮タンパク、動物由来のタンパクであれば、濃縮乳タンパクが例示される。一方、粗タンパク質を精製したタンパク質であってもよく、植物由来のタンパク質としてグルテン、ゼイン、ホルデイン、アベニン、カフィリンなどが例示され、動物由来のタンパク質としてカゼイン、アルブミン、コラーゲン、ゼラチン、ケラチンなどが例示される。これらのタンパク質は１種若しくは２種以上を用いることができる。

本発明において用いられるセルロース繊維は、天然若しくは人工のセルロース繊維のいずれでもよい。天然由来のセルロール繊維には、各種の植物、例えば籾殻などの穀類の種皮、草、木材、わら、さとうきび、綿、葉、トウモロコシの皮やさとうきびの絞り滓から得られたガバス、新聞紙などの加工品が例示される。これらのセルロース繊維は、わらや穀類の種皮などを乾燥させた後繊維状にほぐし、それを任意に適当な長さに切断して用いられる。用いることのできるセルロース繊維は、太さが１〜１００μｍ程度、長さが１０μｍ〜３０ｍｍ程度であるが、加工品の用途や要求される強度などに応じて適宜決定される。

本発明において用いられるポリフェノール類は、フェノール性の水酸基を化合物内に有する化合物であればよく、分子量百〜千程度の低分子ポリフェノールや、それ以上の高分子ポリフェノールのいずれであってもよい。例えば、ピロガロールや没食子酸、タンニンなどが例示され、１種若しくは２種以上のポリフェノール類が用いられる。タンニンは大きく柿渋やお茶タンニンに代表される縮合型タンニンと可溶性タンニン（加水分解性タンニン）とに分かれるが、本発明においては加水分解により没食子酸又はエラグ酸を生成する可溶性タンニンが好ましい。また、品質を均一に保つためには、可溶性のタンニンを加水分解して得られるピロガロールや没食子酸などの低分子ポリフェノールが好ましく用いられる。これらの低分子ポリフェノールは化学的に単一で、安定な品質のものを利用できるからである。

本発明の生分解性組成物は、デンプンとタンパク質、セルロース繊維及びポリフェノール類を必須の成分とし、デンプンを１５〜７５質量％、タンパク質を５〜５０質量％、セルロース繊維を３〜５０質量％、ポリフェノール類を０．５〜２０質量％含む。

本発明の生分解性組成物は、これらの４成分からなるが、これに塩化ナトリウムが配合される場合がある。塩化ナトリウムを配合することにより、うどんなどを製麺する際にいういわゆる「腰」が得られ、加工品の厚みが薄い場合であってもより強度（剛性）のある生分解性加工品を得ることができる。塩化ナトリウムを配合する場合には組成物中に５質量％以下で配合される。

本発明の生分解性組成物は、デンプンとタンパク質をベースとする組成物であって、このベースに対してセルロース繊維とポリフェノール類を配合することが重要となる。ポリフェノール類が０．５質量％未満であれば、十分な混練（捏ね）ができなかったり、成形が困難になる。ポリフェノール類が２０質量％よりも多くなっても成形性が悪くなる。また、セルロース繊維が３質量％未満であるか５０質量％を超えると成形ができなくなる。

本発明においては、好ましくはデンプン／タンパク質の質量比が１以上１２以下、さらに望ましくは１以上３以下の範囲である。例えば小麦デンプンと小麦タンパクなどのように、由来植物が同一のデンプンとタンパク質を用いる場合には、デンプンとタンパクの質量比（デンプン／タンパク質）を３以上とすることもできるが、このときタンパク質が５質量％未満では成形性が悪くなる。デンプンとタンパクの質量比が３よりも超えてデンプンが多くなると十分なこねができなかったり、成形性が悪くなる傾向がある。従って、こねができなかったり、成形性が悪い場合には、タンパク質の配合量を多くするのがよい。また、デンプンとタンパクの質量比が１以上３以下の範囲では、タンパク質の配合量を１５質量％以上、望ましくは２０質量％以上とすることにより成形性を確保できる。一方、タンパク質が５０質量％を越えると、プレスによる成形性が悪くなる傾向にある。

一方で、セルロース繊維の量がタンパク質の量に比べて多くなると柔軟性が失われ、成形性に悪影響を及ぼすことにもなる。従って、デンプンとタンパク質の質量比を大きくするにつれ、セルロース繊維の配合量を減らすようにするのが好ましい。具体的には、デンプン／タンパク質の質量比が２を越える場合にはセルロース繊維の配合量を３０質量％以下に、デンプン／タンパク質の質量比が１を越えて２以下の場合にはセルロース繊維の配合量を４０質量％以下に、デンプン／タンパク質の質量比が１の場合にはセルロース繊維の配合量を５０質量％以下にするのが望ましい。もっとも、セルロース繊維とポリフェノール類の配合量によっては、この範囲外においても良好な耐水性と強度を得ることができる場合があるのは言うまでもない。

本発明の生分解性組成物は、デンプン、タンパク質、セルロース繊維及びポリフェノール類並びに必要な塩化ナトリウムを必須の構成成分とし、この他にいわゆる可塑剤や軟化剤、金属塩（但しナトリウム塩を除く）を配合する必要はない。もっとも、本発明の加工品の強度、柔軟性等の物性を本質的に変えない限りにおいて、着色料や熱着色防止用の安定剤などの添加剤を配合することは可能である。

本発明の生分解性加工品は、次のようにして製造できる。すなわち、上記の生分解性組成物に対して水を混合し、ミキサー等を用いて十分に撹拌混練する。このとき、各成分と水が混合するだけでは不十分であって、おおよそ耳たぶ程度の硬さ、好ましくはいわゆる麺の腰が出る程度まで混練するのがよい。

水と組成物との混合比は、組成物１００質量部に対して、水１０〜１００質量部、好ましくは水３０〜８５質量部であるが、適宜、上記硬さが得られるように調整される。水が１０質量部よりも少ないと粉っぽくなって十分にこねることができず、また、１００質量部よりも多いと水が多すぎて、適度な堅さが得られないことが多い。

水と混練した組成物は、カップや皿、箸、フォーク、スプーン、ボトルなど所望する形状に型取りされる。型取りの方法は特に限定されるものではなく、例えばシート状に延伸した後プレスによる型取り法が例示される。型取り後の厚みは、所望する加工品によって異なるが、カップや皿では、約０．５〜１ｍｍ程度である。この程度の厚みで成形すれば実用上問題なく使用できる。

こうして型取りした成形品は、その後、１２０〜１８０℃、好ましくは１２０〜１６０℃の温度にて加熱処理される。この加熱処理により、十分な強度と耐水性が得られる。温度が低い場合には強度、耐水性が出ず、１８０℃を超える温度でも十分な強度のものが得られるが、焦げたように茶色く着色して商品価値が低下するおそれが高い。

得られた生分解性加工品は熱水にも耐え、コーヒーカップなどの耐熱耐水性が要求される食器として用いることができる。また、少なくとも６ＭＰａ、約１０ＭＰａ以上の引張強度や約２５ＭＰａ以上の引張強度を有し、箸やフォーク、ナイフ、スプーンなどの食卓用器具にも適用できる。そして、オイルやワックス、可塑剤が使用されていないので、オイルやワックスなどの滲み出しもなく、安全性にも優れた食器類が得られる。また、タンニン等のポリフェノールと金属塩とを組み合わせたものではないので、分解によって金属塩が排出されることがなく、環境汚染の心配もない。

もっとも、本発明の組成物は、カップや皿など上記した食器類に限られず、弁当箱、いわゆるタッパーウェア（登録商標）に代表されるような食品用容器、持ち帰り用の包装容器、筆箱や下敷き、小物入れなどの日用品に使用しても差し支えない。また、必要に応じて耐水用の樹脂をコーティングすることも可能である。

次に本発明について下記の実施例に基づきさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されないのは言うまでもない。

まず、デンプン、タンパク、セルロース繊維、ポリフェノール並びに塩化ナトリウムを用いて、組成物の混合・プレス性、金型成形性について評価を行った。

トウモロコシデンプン（ワコー純薬（株）社製「コーンスターチ」）、コムギタンパク（長田産業（株）社製 「フメリットＡ」）、セルロースファイバー（日本製紙ケミカル（株）製ＫＣフロック＃１００メッシュ又は＃２００）、ピロガロール（岩手ケミカル（株）社製「ピロガロール粉末」）、没食子酸（岩手ケミカル（株）社製「没食子酸粉末」）、塩化ナトリウム（（財）塩事業センター「食塩」）を表１、表２の通りに配合し、所定量の水を加え、自転公転ミキサーを用いて常温で、いわゆる腰がでるまで混合混練した。この混練物を２軸プレス機により約３ｍｍ厚のシート状に延伸して、温度１５０℃にて金型プレスを用いて厚み１ｍｍのカップ状に成形した。このときの混合・プレス性及び金型成形性について評価した。その結果を表１−１〜表２−３に示した。表１−１〜１−３はセルロースファイバーの配合量で評価したもの、表２−１〜２−３はポリフェノールの配合量で評価したものである。混合・プレス性は、組成物と水で十分に捏ねることができたかどうかで評価し、金型成形性はプレス成形が良好であったかどうかで評価した。

〔強度試験〕
上記の各表において良好な混合・プレス性及び金型成形性がよかった試験番号２３及び２７について、金型成形したものを１５０℃で加熱処理し、得られた成形品の引張強度及び曲げ強度について測定した。その結果を、表３に示す。なお、図示はしないが、示差熱分析によると、デンプンは約５０〜１７０℃の範囲で加熱吸熱反応を生じ、コムギタンパクは約３０〜１４０℃の範囲で加熱吸熱反応を生じることがわかった。一方、両者ともに１８０℃を越えて加熱すると茶褐色に変色した。これらのことにより、加熱処理温度を１５０℃とした。

表３に示すように、ピロガロール及びセルロース繊維を用いた成形品では、いずれも１０ＭＰａ以上の引張強度及び２５ＭＰａ以上の曲げ強度が得られた。また、塩化ナトリウムが配合された場合には、さらに引張強度及び曲げ強度が増し、約１５ＭＰａ以上の引張強度及び約３０ＭＰａ以上の曲げ強度が得られた。

〔耐水性評価〕
次に強度が十分であった上記試験番号２３及び２７の組成物から得られた成形品の耐水性を評価した。試験番号２３については熱湯を成形品に入れ、常温に戻るまで放置することを繰り返したところ、４回の繰り返しを行った後も成形品が膨潤せずに元の形状が維持された。また、塩化ナトリウムを加えた試験番号２７については、常温水に浸漬した場合９６時間以上膨潤せずに元の形状が維持された。この結果、両者とも耐水性があり、水や熱湯にも耐えうる容器が得られることが確認された。また、これら以外の試験番号の組成物から得られた加工品についても、良好な強度と耐水性を有することが確認された。

〔耐熱性評価〕
上記試験番号２３の組成物から得られた成形品の耐熱性を評価した。耐熱性は、熱機械分析（ＴＭＡ）により評価した。ＴＭＡは、セイコーインスツルメント社製のＴＭＡ１２０（雰囲気：窒素 200mL/min，モード：圧縮，荷重：500mN）を用いて、ＪＩＳ・Ｋ−７１９６「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に準じて行った。その結果を図１に示す。その結果、２４０℃付近で急激な軟化を示し、２００℃前後の耐熱性を有することが確認された。

本発明によると、これまでにない強度と耐水性を有する生分解性の加工品を提供できる。特に厚みを薄くしても十分な強度が得られるので、コップや皿など口に触れても違和感のない食器類が提供される。また、本発明の組成物はデンプン、タンパク、セルロース繊維がそのほとんどを占めるので生分解性にも優れており、廃棄も容易で環境に対する悪影響も少ない。また、可塑剤を用いることもなく成形が可能なので、可塑剤の滲み出しもなく安全性に優れた生分解性の加工品が提供される。

本発明の実施例である成形品の軟化点を示すチャートである。

Claims (10)

1. デンプン １５〜７５質量％
   タンパク質 ５〜５０質量％
   セルロース繊維 ３〜５０質量％
   ポリフェノール類 ０．５〜２０質量％
   塩化ナトリウム ０〜５質量％
   からなる生分解性組成物。
2. デンプン／タンパク質の質量比が１以上１２以下である請求項１に記載の生分解性組成物。
3. デンプン／タンパク質の質量比が１以上３以下、タンパク質が１５質量％以上である請求項１に記載の生分解性組成物。
4. セルロース繊維が天然の植物繊維又は人工のセルロース繊維である請求項１〜３の何れか１項に記載の生分解性組成物。
5. ポリフェノール類が、ピロガロール、没食子酸の何れか１種又は２種である請求項１〜４の何れか１項に記載の生分解性組成物。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の生分解性組成物からなる生分解性加工品。
7. 前記生分解性加工品は、食品用容器、箸、スプーン、フォーク、ナイフ、ボトル、カップ、皿のいずれかである請求項６に記載の生分解性加工品。
8. 請求項１〜５の何れか１項に記載の生分解性組成物に加水してこねる工程、
   こねた前記生分解性組成物を成形加工する工程、
   前記成形物を加熱処理する工程を有する生分解性加工品の製造方法。
9. 前記成形物を１２０〜１８０℃で加熱処理する請求項８に記載の生分解性加工品の製造方法。
10. 前記生分解性加工品は、食品用容器、箸、スプーン、フォーク、ナイフ、ボトル、カップ、皿のいずれかである請求項８又は９に記載の生分解性加工品の製造方法。

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