KR20010108052A - 전분 입자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계; b) 제2 액체 상 중의 제1 상의 분산액 또는 현탁액을 제조하는 단계(단, 제2 액체 상은 물이 아님); c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및 d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2상 시스템으로 전분 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 제1 양태에 따르면, 제2 상은 소수성 액체로 구성되며, 단계 b)는 수중유 에멀션을 형성한 다음, 유중수 에멀션으로 반전시키는 단계로 이루어진다. 본 발명의 제2 양태에 따르면, 제2 상은 전분에 대한 수혼화성 비용매로 구성된다. 매우 작은 입도를 가진 전분 입자는 이 방법에 의해 제어된 방식으로 생성할 수 있다.
Description
지금까지, 이 유형의 소형 입자는 출발 물질로서 중합체를 사용하여 (다중) 에멀션 가교 결합 또는 용매 증발, 분무 건조 및 기타 방법[Jiugao, Y. 등, Starch 46(1994) 252; Arshady, R. Pol. Eng. Sci. 29 (1989), 1747]에 의해 제조하였다. 다수의 방법은 PCT/GB/01735, PCT/GB95/00686, PCT/GB92/01692, PCT/GB93/01421 및 EP 0 213 303B1에 기재되어 있다. EP 0 213 303B1에서는 두 가지 불혼화성 수성 액상을 출발 물질로 사용한다. 에멀션 가교 결합 방법의 경우, 기계적 에너지가 상당량 요구되며, 입자를 분리하여 정제하기가 매우 어려우므로 제조 비용이 많이 든다(예를 들면, PCT/GB93/01692). 증발 및 분무 건조 방법도 다량의(보통, 유기 휘발성) 용매의 사용을 요하는 비용이 많이 드는 기술이다. 항상 물에 용해시킨 중합체 또는 전분을 출발 물질로서 사용한다. PCT/GB95/00686에서는 수용성 및 불수용성 중합체의 배합물을 출발 물질로서 사용한다. 그러나, 이 둘은 두 가지 상이한 용제에 용해시킨다.
본 발명은 입도가 50 nm 내지 수 mm인 소형 전분 입자를 간단한 방식으로 얻을 수 있는 전분 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 입도가 50 nm 내지 100 ㎛인 소형 전분 입자는 여러 가지 응용 분야에 매우 바람직하다. 소형 전분 입자는 약품, 화장품, 식품, 도료, 코팅, 종이, 잉크 및 다수의 기타 응용 분야에 사용될 수 있다.
본 발명은 전분을 제3 주성분으로 하는 2상 시스템을 사용하여 전분 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 적어도:
a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계;
b) 제2 액상 중의 제1 상의 분산액 또는 에멀션을 제조하는 단계(단, 제2 액상은 물이 아님);
c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및
d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전분은 천연 전분, 과립 전분, 전분의 분획, 전분 유도체, 및 전분이 풍부한(80%(wt./wt.) 이상의 전분을 함유함) 미가공 농산물, 예컨대 밀가루인 것으로 이해한다. 전분은 밀, 옥수수, 아밀로콘, 왁스 콘, 감자, 퀴노아, 쌀 등과 같은 여러 가지 천연 자원으로부터 기원할 수 있다.
전분은 천연 또는 변성, 예를 들면 물리적, 화학적 또는 효소적으로 변성될 수 있는 과립 전분인 것이 바람직하다. 전분은 냉수에 가용성일 필요는 없다. 필요에 따라서, 전분은 완전히 또는 부분적으로 젤라틴화 또는 용융될 수도 있다. 여러 가지 유형의 전분의 혼합물도 사용할 수 있다. 예를 들면, 부분적인 가용성, (예비) 젤라틴화 또는 변성 전분을 천연 전분에 첨가할 수 있다.
아밀로즈가 풍부한 전분, 또는 이와 반대로 아밀로펙틴이 풍부한 전분과 같이, 부분적으로 또는 완전히 분별 증류된 전분도 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 유도체로는 말토덱스트린과 같이 부분적으로 또는 완전히 가수 분해된 전분, 산화 전분(카르복시, 디알데히드 등), 카르복실화, 염화 또는 황산화 전분, 소수성이 부여된(에스테르, 예컨대 아세테이트, 숙시네이트, 반에스테르, 인산 에스테르) 및 인산화 전분, 전분 에테르(히드록시알킬) 등이 있으며, 여기서 상기 가수 분해는 가열 또는 산, 염기 또는 효소 가수 분해에 의해 수행될 수 있다. 더욱이, 전술한 변성물의 조합을 가진 전분, 즉 이작용성 또는 다작용성 전분도 사용할 수 있다. 또한, 유도체는 과립일 수도 있다.
다른 탄수화물 또는 중합체를 보조제로서 사용할 수 있다. 이들 보조제는 15% 이하, 바람직하게는 1 내지 10%로 산정된다(전분 고형분 wt./wt.을 기준으로 함). 고형 보조제로는, 특히 탄수화물, 예컨대 알기네이트, 펙틴 및 카르복시메틸셀룰로스 등이 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 제2 상은 소수성 상이다. 상기 제2 상은 수중유(O/W) 에멀션을 생성하는 방식(단계 b)i))으로 제1 상(수중전분)에 분산 또는 유화시킨다. 그 다음, O/W 에멀션을 유중수(W/O) 에멀션으로 반전시킨다(단계 b)ii)). 이 방법을 본원에서 "상 반전"이라고 한다. W/O 에멀션에서, 수상은 제1 전분중수 상으로 이루어진다. 본원에서, 전분은 과립, 부분 젤라틴화 또는 용해된 것일 수 있다. 상 반전 단계 후에, 전분 입자는 가교 결합되어 분리된다.
가교 결합 반응은 상 반전 전 또는 도중에 이미 시작될 수 있다. 특히, 가교결합 반응을 위한 조건이 가교 결합 반응을 서서히 진행되도록 하는 것이라면, 이 방법을 사용할 수 있다. 일반적으로, 완전 가교 결합은 상 반전 후에 일어난다.
전분은 본 발명의 방법의 개시 단계에서 완전히 젤라틴화될 필요는 없다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 과립 전분의 추가의 부분 또는 완전 젤라틴화는 상 반전 도중 또는 전, 후에 일어난다. 전분은 가교 결합 중에 부분적인 과립으로 남아있을 수 있다. 젤라틴화는 온도를 상승시킴으로써, 또는 수산화물과 같은 염을 첨가함으로써, 또는 이들의 조합에 의해 실행할 수 있다.
단계 b)에서, O/W 에멀션 중의 소수성 상:물의 비율이 80:20 내지 20:80 정도라면 유리하다. O/W 에멀션 중의 소수성 상:물의 비율이 60:40 내지 40:60(V/V)인 것이 바람직하다.
물과 불혼화성인 모든 액체가 소수성 상으로서 적절하다. 이들의 예로는 탄화수소(알칸, 시클로알칸), 에테르, 에스테르, 할로겐화 탄화수소, 디글리세리드, 트리글리세리드, 지방, 왁스 및 오일 등이 있다. 오일 또는 지방의 예로는 야자유, 커넬유, 해바라기유 및 샐러드유 등이 있다. 다수의 비극성 액체로는 옥탄, 도데칸, 톨루엔, 데칼린, 크실렌, 고급 알콜, 예컨대 펜탄올 및 옥탄올, 또는 이들의 혼합물이 있다. 파라핀 오일, 헥산 또는 시클로헥산을 사용하는 것이 바람직하다. 소수성 상의 점도는 전분/물 상의 점도에 가까운 것이 바람직하다. 소수성 상에 대한 물/전분 상의 혼화성은 가능한한 낮아야 하는 것이 바람직하다.
O/W 에멀션은 계면활성제로 안정화시키는 것이 바람직하다. 상 반전, 즉 O/W 에멀션에서 W/O 에멀션으로의 반전(단계 b)ii))은 여러 가지 방법으로 일어날 수있다. 1) 감온성 계면활성제를 사용하는 경우, 상 반전은 온도를 상승시킴으로써 유도될 수 있다. 2) O/W 에멀션은 다른 계면활성제를 가함으로써 탈안정화시킬 수 있다. 이 계면활성제는 W/O 에멀션을 안정화시킨다. 3) 상 반전은 소수성 액체를 가함으로써 얻을 수 있다. 4) 또한, 상 반전은 염을 첨가하여 얻을 수 있다.
온도의 상승에 의한 상 반전을 먼저 설명하기로 한다. 온도를 상승시키면, O/W 계면에서의 계면활성제 분자가 오일 상으로 이동하게 된다. 그 결과, 극성 헤드를 소수성 상의 유착으로부터 보호하는 것이 감소하게 된다. 예를 들면, 소수성 상, 계면활성제의 종류, 수상 내 전분의 종류 및 농도에 의존하는 소정의 온도에서, 모든 오일 액적이 유착하고 에멀션이 변하거나, 또는 O/W에서 W/O로 반전되도록 하는 정도로 보호가 감소한다.
상 반전 온도(PIT)는 선택된 (물/전분)/오일(소수성 상)/계면활성제 시스템에 의존한다. 관여하는 계면활성제는 물과 소수성 상, 예를 들면 오일에 대해 동일한 친화도를 가져야 하는 것이 바람직하다. 이것은 HLB(친수 친유 평형) 값으로 나타낸다. HLB 값이 8 내지 20, 보다 바람직하게는 10 내지 15인 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. HLB 값이 더 높을수록 수상에 대한 계면활성제의 친화도는 더욱 크다. 이 값이 너무 높아지면, 상 반전을 가능하게 하기 위하여 훨씬 더 큰 온도 상승(또는 계면활성제, 소수성 액체 또는 염의 첨가)이 필요하거나, 또는 더 이상 상 반전이 일어나지 않는다.
대체로, 지방산 모노글리세리드, 예컨대 디모단, 아시단(증류 모노글리세리드) 및 글리세롤 모노스테아레이트, 지방산의 시트르산, 락트산 및 아세트산 에스테르(세토단, 락토단, 파노단, 프로모단), 지방산의 프로필렌 글리콜 에스테르(트리오단), 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 스테아르산 칼슘, 에톡시화 및 숙신일화 모노글리세리드, 글루코스 및 수크로스 에스테르; 또한, 지방산 알콜(세탄올, 팔미톨, 스테아릴 알콜), 유리 지방산, 지질, 인지질, 레시틴, 당지질 및 글리콜과 같은 여러 가지 계면활성제 또는 유화제를 사용할 수 있다. 매우 적절한 계면활성제의 예로는 극성 폴리옥시에틸렌 헤드를 가진 것이 있다. 그러한 계면활성제로는, 특히 상표명 트윈으로 시판되는 것이 있다. 트윈-85(폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 트리올레에이트, HLB = 11 ±1)를 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 상 반전이 일어나는 온도는 계면활성제의 종류 및, 어느 정도까지는 농도와 같은 여러 가지 인자에 의존한다. PIT는, 예를 들면 다음에 의해 저하시킬 수 있다:
* 에멀션 내 염 농도의 증가;
* 물:오일 비율 감소;
* 알콜의 첨가;
* 계면활성제의 종류에 따른 pH의 상승 또는 저하.
물/오일(소수성 상)/계면활성제 시스템은 단지 20℃, 바람직하게는 단지 10℃의 온도 상승이 상 반전을 실행하는 데 충분하도록 선택하는 것이 바람직하다. 상 반전은 0 내지 80℃에서 일어나는 것이 바람직하며, 실온보다 다소 높은 온도(대략 25 내지 40℃)에서 일어나는 것이 보다 바람직하다.
상 반전이 일어나도록 하는 제2 방법은 제2 계면 활성제를 첨가하는 것이다. 상기 제2 계면활성제는 O/W 에멀션을 안정화시키는 데 사용되는 계면활성제와 다르다. O/W 에멀션을 트윈 80으로 안정화시킨 경우, 예를 들면 스판 80을 첨가할 수 있다.
더욱이, O/W 에멀션에서 W/O 에멀션으로의 전환은 소수성 액체 또는 염을 O/W 에멀션에 첨가함으로써 얻을 수 있다. 전환 또는 반전은 수상과 오일상의 부피 분율을 변화시키거나, 또는 각기 계면에서의 표면 장력을 변화시킴으로써 일어난다. 실제로, 소수성 액체 또는 염을 O/W 에멀션에 첨가하는 것도 상 반전 온도를 저하시키는 것으로 간주할 수 있다.
이 방법(상 반전)을 사용하는 한 가지 이점은 W/O 에멀션의 형성이 자발적인 과정이므로, 시스템을 유화시키는 데 적은 기계적 에너지가 필요하다는 것이다. 이러한 점은 또한, 시스템의 규모를 증가시킬 때 이점을 제공한다. 특히, PIT 방법을 사용할 경우, 다수의 경우에서 입자를 분리시키가 간단하다. 이러한 점은 W/O 에멀션을 탈안정화시킨 결과로서 온도를 저하시킴으로써 실행될 수 있다. 또한, 비극성 용매, 바람직하게는 비극성 알콜, 보다 바람직하게는 시클로헥산올 또는 시클로옥탄올을 첨가함으로써 분리시킬 수 있다.
이 시스템의 다른 이점은 공정 조건을 조정함으로써, 예컨대 시스템 성분의 적절한 선택에 의하여 소정의 크기로 입도를 조정할 수 있다.
상 반전 후에, 수상에 분산되거나, 또는 임의로 부분적으로 용해시킨 전분을 가교 결합한다. 가교 결합 반응은 상 반전 전, 후 또는 도중에 시작할 수 있다. 이반응의 결과로, 분리된 전분 입자가 생성된다. 그 다음 이들 입자를 분리 제거할 수 있다.
가교 결합은, 바람직하게는 전분/물 상에 첨가되는 가교 결합제에 의해 실행할 수 있다. 이것은 상 반전 전 또는 상 반전 도중이나 직후에 일어날 수 있으며, 주로 반응 속도에 의해 결정된다. 가교 결합제에 따라서, 가교 결합 반응은 염기, 산 또는 염과 같은 촉매를 첨가함으로써 개시할 수 있다.
가교 결합 반응은 0 내지 80℃, 바람직하게는 10 내지 60℃에서 일어나는 것이 바람직하다. 가교 결합이 상 반전 온도 이상, 바람직하게는 상 반전 온도의 10℃ 이상, 보다 바람직하게는 20℃ 이상의 온도에서 일어나는 것은 자명하다.
무수 글루코스 유니트 몰당 바람직하게는 5 내지 1000 mmol, 보다 바람직하게는 20 내지 500 mmol의 가교 결합제를 사용한다.
사용할 수 있는 가교 결합제는 가장 통상적인 이작용성 또는 다작용성 시약이다. 가교 결합제의 예로는 에피클로로히드린, 글리옥살, 트리메타인산 삼나트륨, 염화포스포릴, 또는 이가 염기 또는 다가 염기 카르복실산의 무수물과 같은 통상의 가교 결합제가 있다. 그러나, 가교 결합제로서 트리메타인산 삼나트륨과 같은 인산염을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이들의 경우에서, 촉매는 수산화나트륨과 같은 염기일 수 있다.
여러 가지 다른 가교 결합제도 변성 전분을 사용할 때 가능하다. 디알데히드 전분의 경우, 가교 결합제는, 예를 들면 디아민 또는 디아미드, 예컨대 우레아, 테트라메틸렌디아민 또는 헥사메틸렌디아민일 수 있으며, 이러한 경우에서 산을 촉매로 사용할 수 있다.
또한, 가교 결합은, 예를 들면 카르복시메틸전분 또는 디카르복시전분의 경우에서 디아민 또는 디올을 사용하여 실행할 수 있다. 그러나, 가교 결합은 내부 에스테르 형성에 의해 유리하게 달성될 수 있으며, 다가 금속 이온, 예컨대 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 아연 또는 철, 바람직하게는 칼슘에 의해 촉매 작용될 수 있다. 다른 가능한 출발 물질로는 양이온 또는 아미노알킬 전분이 있으며, 디카르복실산 또는 디알데히드를 사용하여 계내 가교 결합시킬 수 있다.
또 다른 가교 결합제로는 작용성 에폭시드, 예컨대 디에폭시부탄, 디글리시딜 에테르 및 알킬렌 비스-글리시딜 에테르, 디클로로히드린, 디브로모히드린, 무수 아디프산, 글루타르알데히드, 아미노산 및 보락스 등이 있다.
또한, 다수의 경우에서, 전분의 화학 변성, 예컨대 카르복시메틸화 반응 또는 양이온화 반응이 가교 결합 반응 중에 자발적으로 일어나도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제2 상은 넓은 농도 범위에 걸쳐서 물과 용이하게(또는 완전히) 혼화성인 전분에 대한 비용매로 구성된다. 비용매와 물 간의 임의의 비율에서, 시스템은 더 이상 완전 혼화성이 아니고, 상 분리가 일어나서 전분 수상의 소액적이 연속 비용매 상에 존재한다.
이 구체예에 따르면, 본 발명은 제2 상이 전분에 대한 수혼화성 비용매인 2상 시스템 내 전분 입자의 제조 방법을 포함하며, 상기 방법은:
a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계;
b) 상 분리가 일어나도록 제2 상을 제1 상에 첨가하는 단계;
c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및
d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계
를 포함한다.
물과 혼화성이고, 전분이 용해되지 않는 임의의 액체를 전분에 대한 비용매로서 사용할 수 있다. 그러한 비용매의 예로는 아세톤, 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올 등이 있다.
에탄올을 사용하는 것이 바람직하다. 반응 중의 에탄올의 양은 제1 수중전분 상의 양에 대하여 20 내지 75%가 바람직하고, 45 내지 55%가 보다 바람직하다. 상기 조건은 상 분리 시스템이 얻어지는 것이다. 상기 양은 다른 성분, 예컨대 전분에 의존한다.
상기 제조 방법은 0 내지 80℃에서 실행하는 것이 바람직하며, 10 내지 60℃가 보다 바람직하다.
이 방법에 관련된 가교 결합 방법은 전술한 방법에 해당한다. 무수 글루코스 단위당, 바람직하게는 5 내지 1000 mmol, 보다 바람직하게는 20 내지 500 mmol의 가교 결합제를 사용한다.
이 방법에서도 전분은 이 방법의 개시 단계에서 완전히 젤라틴화될 필요가 없다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 과립 전분의 추가의 부분 또는 완전 젤라틴화는 비용매를 제1 상에 첨가하는 도중 또는 전, 후에 실행된다. 전분은 가교 결합 중에 부분 과립으로 남아 있을 수 있다.
이들 입자의 입도는 50 nm 내지 100 ㎛이다. 입도는, 그 중에서도 특히, 가교 결합제 종류 및 농도, 비용매의 반응 시간 및 종류에 의존한다. 이 방법도 여러 가지 성분을 비롯한 반응 조건을 조정함으로써 입도를 조정할 수 있는 이점을 제공한다.
가교 결합 후에, 입자는 원심 분리 또는 여과 및 건조에 의한 매우 간단한 방법으로 분리될 수 있다. 필요에 따라서, 약간의 비용매를 추가적으로 가하여 시스템을 탈안정화시킨다. 입자는 부분 건조 후, 즉시 현탁액 중에 사용할 수 있다. 입자를 공기 중에 건조시키기 전에 임의로 물, 에탄올 또는 아세톤 등으로 세척하거나, 또는 현 건조 기술, 예컨대 롤러 건조, 동결 건조 또는 분무 건조를 사용한다.
본 발명의 입자의 제조 방법의 다른 이점은 계면활성제가 필요하지 않으며, 입자를 분리할 수 있도록 하기 위하여 산 또는 염이 필요하지 않다는 점이다. 결론적으로, 비용매의 재사용도 간단한 방식으로 가능하다.
전분 입자는 그 중에서도 특히, 종이, 직물, 폭약, 발포체, 접착제, 핫 멜트, 세제, 하이드로겔, 비료, 식품, 인공 향 및 향료, 약품 및 화장품, 티슈, 토양 개선제, 살충제, 코팅, 예를 들면 효소 또는 온수에 의한 경처리에 의해 제거 가능한 코팅, 도료, 잉크, 토너, 유기 반응, 촉매 작용, 세라믹 및 진단제에 사용할 수 있다. 사용하고자 하는 양은 해당 용도에 대한 통상적인 양이다.
실시예 1
파셀리 SA2(아베베) 13 g을, NaCl 10 g을 함유하는 물 80 g에 분산시켰다.분산액을 7 g의 트윈 85를 함유하는 파라핀유 110 g에 가하였다. O/W 에멀션을 22℃가 되게 하였다. 그 다음, 물 2 ㎖ 중의 NaOH 0.21 g 및 에피클로로히드린(ECH) 1.2 ㎖을 가하고, 전체를 50℃로 가열하였다. 에멀션의 상 반전 온도 PIT2(알칼리 첨가 후, 따라서 가교 결합 중)는 25℃였다. 반응 시간은 수 시간이었다.
분리를 개시하기 위하여, 37% HCl 0.52 ㎖ 및 물 50 ㎖를 가하였다. 온도는 21℃가 되게 하였다. 이 온도는 에멀션의 중화 후 상 반전 온도(PIT3)이다. 산 첨가 전 상 반전 온도, PIT2는 통상적으로 PIT3보다 다소 높다. 입자를 용이하고 신속하게 원심 분리하거나 여과 분리할 수 있었다. 입도(<600 nm)는 광 현미경 검사법으로 평가하였다. 입자는 구형이다.
실시예 2
파셀리 SA2(아베베) 60 g을, NaCl 45 g을 함유하는 물 400 g에 분산시켰다. 분산액을 35 g의 트윈 85를 함유하는 파라핀유 500 g에 가하였다. O/W 에멀션을 20℃가 되게 하였다. 물 2 ㎖ 중의 NaOH 0.21 g 및 에피클로로히드린(ECH) 1.2 ㎖를 가하고, 전체를 50℃로 가열하였다. W/O 에멀션의 PIT2는 25℃였다. 반응 시간은 16 시간이었다.
분리를 개시하기 위하여, 물 200 ㎖ 중의 37% HCl 5 g을 가하였다. 온도는 20℃가 되게 하였다. 입자를 용이하고 신속하게 원심 분리하거나 여과 분리할 수 있었다. 입도(<600 nm)는 광 현미경 검사법으로 평가하였다. 입자는 구형이다.
실시예 3
파셀리 SA2(아베베) 60 g을, NaCl 10 g을 함유하는 물 400 g에 분산시켰다.분산액을 35 g의 트윈 85를 함유하는 파라핀유 500 g에 가하였다. O/W 에멀션을 20℃가 되게 하였다. 이 에멀션의 가교 결합 전 상 반전 온도 PIT1은 25℃이다. NaOH 0.95 g, 물 3 ㎖ 및 트리메타인산 삼나트륨(TSTP) 30 g을 가하고, 전체를 55℃로 가열하였다. 상 반전은 25℃에서 일어났다. 반응 시간은 3.5 시간이었다.
분리를 개시하기 위하여, 물 200 ㎖ 중의 37% HCl 2.4 g을 가하였다. 온도는 25℃(즉, PIT3) 이하로 감온하였다. 약 20℃(중화 후 상 반전 온도, 즉 PIT3)의 온도에서 교대로 가열 및 냉각시켜서 입자를 분리하였다. 입도(<600 nm)는 광 현미경 검사법으로 평가하였다.
실시예 4
파셀리 SA2(아베베) 200 g을, TSTP 70 g을 함유하는 물 1 ℓ에 분산시켰다. 분산액을 40 g의 트윈 85를 함유하는 파라핀유 1000 ㎖에 가하였다. O/W 에멀션을 20℃가 되게 하였다. 상 반전은 25℃(PIT2; PIT1은 24℃이다)에서 일어났다. 물 10 ㎖ 중의 NaOH 2.5 g을 가하고, 전체를 50℃로 가열하였다. 반응 시간은 16 시간이었다.
분리를 개시하기 위하여, 물 500 ㎖ 중의 37% HCl 6.25 g을 가하였다. 온도는 22℃(PIT3) 이하로 감온하였다. 약 22℃(중화 후 상 반전 온도, 즉 PIT3)의 온도에서 교대로 가열 및 냉각시켜서 입자를 분리하였다. 입도(<600 nm)는 광 현미경 검사법으로 평가하였다. 입자는 구형이다.
실시예 5
파셀리 SA2 6 g을, NaCl 3 g을 함유하는 물 40 g에 분산시켰다. 분산액을3.5 g의 트윈 85를 함유하는 파라핀유 55 g에 가하였다. O/W 에멀션을 20℃가 되게 하였다. 물 2 ㎖ 중의 NaOH 0.314 g을 가하였다. 그 다음, 물 2 ㎖ 중의 GMAC(양이온성 시약) 0.3 g을 ECH 1 ㎖와 함께 가하였다. 전체를 50℃로 가열하였다. 반응 시간은 6 시간이었다.
분리를 개시하기 위하여, 물 20 ㎖ 중의 37% HCl 0.79 g을 가하였다. 온도는 30℃ 이하로 감온하였다. PIT3는 30℃였다. 입도는 광 현미경 검사법으로 평가하였다. NaCl을 첨가함으로써 PIT3를 낮출 수 있었다.
실시예 6
천연 감자 전분(PN) 12 g을 상부 교반기를 갖춘 유리 비이커 내에서 탈염수(600 ㎖) 중에 분산시켰다. 덩어리없이 균질하고, 농축된 젤라틴성 물질이 얻어질 때까지 수산화나트륨(탈염수 25 ㎖ 중의 2 g)을 전분 분산액에 가하였다. 그 다음, (유백색) 2상 시스템이 형성될 때까지, 에탄올(EtOH, 450 ㎖)을 전분/물 상에 서서히 주입하였다. 안정한 상태가 얻어진 후, TSTP 4 g을 가하였다. 반응을 실온에서 24 시간 동안 실행하였다. 반응 후, 전분 입자를 함유하는 물의 침전물과 EtOH-물 상층이 형성될 때까지 에탄올(250 ㎖)을 가하였다. EtOH-물 층을 따라버렸다. 우선, 원심 분리(3000 rpm에서 3 분간)할 수 있다. 필요에 따라서, 전분 층도 모든 EtOH가 사실상 없어질 때까지 물로 수 회 세척한다. 광 현미경 검사법으로, 전분이 부분적으로 젤라틴화되고, 잔류 과립을 함유한다는 것을 알았다.
실시예 7
천연 감자 전분(PN) 500 g을 상부 교반기를 갖춘 유리 비이커 내에서탈염수(25 ℓ) 중에 분산시켰다. 덩어리없이 균질하고, 농축된 젤라틴성 물질이 얻어질 때까지 수산화나트륨(333 g)을 전분 분산액에 가하였다. 그 다음, (유백색) 2상 시스템이 형성될 때까지, 에탄올(EtOH, 10.4 ℓ)을 전분/물 상에 서서히 가하였다. 안정한 상태가 얻어진 후, TSTP 366.7 g을 가하였다. 반응을 실온에서 24 시간 동안 실행하였다. 입자가 침전물을 형성한 후, 가능한 한 EtOH-물 층을 따라버렸다. 니로 모빌 마이너 분무 건조기(150℃에서 2 번 위치)를 사용하여 물/전분 층을 분무 건조시켰다. 전자 현미경 검사법에 의해 측정한 입도는 대략 1 내지 10 ㎛였다.
실시예 8
천연 왁스 콘 전분(WCN) 18 g을 상부 교반기를 갖춘 유리 비이커 내에서 탈염수(600 ㎖) 중에 분산시켰다. 덩어리없이 균질하고, 농축된 젤라틴성 물질이 얻어질 때까지 수산화나트륨(탈염수 25 ㎖ 중의 6 g)을 전분 분산액에 가하였다. 그 다음, (유백색) 2 상 시스템이 형성될 때까지, 에탄올(EtOH, 250 ㎖)을 전분/물 상에 서서히 가하였다. 안정한 상태가 얻어진 후, TSTP 4 g을 가하였다. 반응을 실온에서 24 시간 동안 실행하였다. 반응 후, 전분 입자를 함유하는 물의 침전물과 EtOH-물 상층이 형성될 때까지 에탄올(156 ㎖)을 가하였다. 첨가 중에 초음파욕을 사용하였다. EtOH-물 층을 따라버렸다. 필요에 따라서, 원심 분리(3000 rpm에서 3 분)를 실행할 수 있다. 필요에 따라서, 전분 층도 모든 EtOH가 사실상 없어질 때까지 물로 수 회 세척한다.
실시예 9
실시예 6, 7 및 8과 동일한 방식으로 입자를 플록-겔과 파셀리 SA2 전분(아베베)으로부터 제조하였다. 그러나, 분리를 위해 첨가한 EtOH의 양(제2 양)은 각기 230 및 255 ㎖였다.
실시예 10
양이온 전분(아베베, DS = 0.044) 100 g을 대략 300 ㎖ 물에 분산시켰다. ECH 20 g과 H2SO4150 mg을 이 분산액에 가하였다. 그 다음, 전분에 대한 ECH의 산 커플링을 달성하기 위하여 전분 현탁액을 70℃에서 4 시간 동안 유지시켰다. 전분은 동시에 젤라틴화되었다. 그 후, 전분 용액을 실온으로 냉각시켰다.
그 다음, 대략 300 ㎖의 에탄올을 가하였으며; 상 분리가 이 물/에탄올 비율에서 일어났음을 용액이 혼탁해지고 광 현미경으로 볼 수 있는 사실로 알 수 있었다. 상 분리가 일어나자마자 1:1 물/에탄올 혼합물 50 ㎖ 중의 NaOH 1 g 용액을 서서히 가하여 pH를 상승시켰다. 가교 결합 반응은 이 수단에 의해 시작하였다. 18 시간 후, 에탄올을 더 가한 후, 가교 결합된 전분 입자를 원심 분리에 의해 에탄올에서 제거하였다. 입자를 세척하고 농축시켜서 대략 30% 고형분을 함유하는 현탁액을 얻었다.
본 발명은 입도가 50 nm 내지 수 mm인 소형 전분 입자를 간단한 방식으로 얻을 수 있는 전분 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 입도가 50 nm 내지 100 ㎛인 소형 전분 입자는 여러 가지 응용 분야에 매우 바람직하다. 소형 전분 입자는 약품, 화장품, 식품, 도료, 코팅, 종이, 잉크 및 다수의 기타 응용 분야에 사용될수 있다.
Claims (15)
- a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계;b) 제2 액체 상 중의 제1 상의 분산액 또는 현탁액을 제조하는 단계(단, 제2 액체 상은 물이 아님);c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2상 시스템으로 전분 입자를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제2 상은 소수성 상이며,a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계;b) i) 수중유 에멀션이 얻어지도록, 제2 상을 제1 상 중에 분산 또는 유화시키는 단계;ii) 수중유 에멀션을 유중수 에멀션으로 반전시키는 단계;c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 전분은 단계 b) ii) 전, 후 또는 도중에 완전히 또는 부분적으로 젤라틴화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 단계 b) i)에서 소수성 상:물 비율이 80:20 내지 20:80, 바람직하게는 60:40 내지 40:60인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 수중유 에멀션은 계면활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항에 있어서, 계면활성제는 HLB 값이 8 내지 20, 바람직하게는 10 내지 15인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 단계 b) ii)는 반전이 일어날 때까지 수중유 에멀션의 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 단계 b) ii)는, 유중수 에멀션으로의 반전이 일어나도록, 제2 계면활성제를 수중유 에멀션에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 단계 b) ii)는, 유중수 에멀션으로의 반전이 일어나도록, 소수성 액체를 수중유 에멀션에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제2 상은 전분에 대한 수혼화성 비용매이고,a) 수중 전분의 분산액을 포함하는 제1 상을 제조하는 단계;b) 상 분리가 일어나도록 제2 상을 제1 상에 첨가하는 단계;c) 제1 상에 존재하는 전분을 가교 결합하는 단계; 및d) 이와 같이 형성된 전분 입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서, 전분에 대한 수혼화성 비용매는 에탄올 또는 아세톤, 바람직하게는 에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 전분은 단계 b) 또는 c) 전, 후 또는 도중에 완전히 또는 부분적으로 젤라틴화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 전분은 부분 변성 전분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 상 중의 전분 함량은 1 내지 50%(m/m), 바람직하게는 5 내지 25%(m/m)인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 가교 결합 반응은 가교 결합제를 사용하여 수행하며, 상기 가교 결합제는 바람직하게는 트리메타인산 삼나트륨 또는 에피클로로히드린인 것을 특징으로 하는 방법.
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