多糖類の種類
セルロース
セルロースは植物の主成分で、乾燥重量として植物の約40％を占めることから、地球上で最も多量に生産-蓄積されている生物資源（バイオマス）であり、年間生産量は1,000億トン以上と考えられています。また、植物由来のセルロース以外にもセルロースを生産する生物がおり、体内でセルロースを生成する動物としてホヤが挙げられ、酢酸菌の一種が作ったセルロースはナタデココとしてよく知られています。
セルロースは簡単に言ってしまえばβ-グルコースがグリコシド結合により直鎖状に重合した高分子です。セルロースは高強度な繊維状で、水には溶けませんが水により膨潤し、親油性がある他、化学的に比較的安定、生物分解性、生体安全性、光学活性を有するなど様々な特性が報告されています。今後の材料設計において、環境への低負荷、資源の有効利用という価値を導入する意味でも、セルロースは天然に存在する素材として、応用の範囲が広がる可能性を秘めていると言えます。
セルロースは水、油、アルコール等に通常は溶けませんが、精製や粉末化するなどの工程を経て、多くの分野で活用されています。その特徴から、セルロースを原料とする製品は非常に多岐に渡っており、パルプを直接利用する紙製品をはじめ、セロハンフィルム、コットン繊維、キュプラ繊維やレーヨン繊維といった衣類にも使用されますし、食品や化粧品、医薬品であれば人工透析用中空糸や有効成分を含む錠剤が体内で崩壊するための成形剤としても広く使用されています。
また、化学的反応を用いて木材から作られる純度の高い溶解パルプを原料とするセルロース誘導体は水に溶解するようになり、溶けない状態のセルロースとは異なる機能を発揮します。セルロース誘導体が溶解した溶液は、側鎖の状態や分子量の違いにより多岐に渡る粘度を示し、食品、医薬品、化粧品はもとより、リチウムイオン電池や電子部品原料として様々な先端材料分野で使用されています。
セルロース誘導体のように化学修飾を行わずに利用されるセルロースとしては、発酵セルロースや粉末セルロース、結晶セルロースが挙げられます。その一例として、結晶セルロースをご紹介します。
結晶セルロースは、植物パルプを原料に解重合・精製・乾燥したもので、水への分散が困難なパウダータイプと、水に分散して機能を発揮するコロイダルタイプの2種類があります。コロイダルタイプは、加水分解・精製後にCMC等の多糖類と混合して湿式粉砕したもので、多彩な機能を発揮します。 パウダータイプとコロイダルタイプで、その特性や活用方法が異なります。 水には溶解しませんが、表面が多孔質となっていることから、水分や油分を吸着することができます。主に打錠することで成型する錠剤の賦形剤として利用されるほか、固結防止目的やサプリメントの崩壊剤、保水(保油)性等、様々な分野で利用されています。 水に加える際にはホモジナイザーなどで攪拌を行うなど、十分な分散が必要となります。十分に分散した結晶セルロースが三次元の網目構造を形成することで、懸濁安定効果を始めとした多彩な機能を発揮します。食品分野でココアやドレッシング等の懸濁安定や脂肪感の付与を目的に活用されます。2-1. 結晶セルロース（MCC）
製法
特性
セルロース誘導体はその側鎖の違いにより性質が異なり、水溶性であったり、難水溶性であったりします。ここでは一般的な誘導体を6種紹介します。各製法はアルカリ条件下でパルプを晒したアルカリセルロースに様々なエーテル化剤を反応させることで得られます。
カルボキシメチルセルロースはセルロースを水酸化ナトリウムで処理することで得られるアルカリセルロースをモノクロロ酢酸と反応させることで生成されます。
純度や粘度、置換度（DS）により品目が分類されており、食品、医薬・化粧品、農水産、建材、セラミックスなどの幅広い分野で使用されています。主な機能として、増粘、乳化安定、保水、結合、等があります。
ヒドロキシエチルセルロースはアルカリセルロースと酸化エチレンを反応させることで生成されます。
水溶性のポリマーであり、冷水、温水に可溶で、比較的広範囲のpH域で粘度の変化が小さく安定です。増粘、保水、懸濁安定、保護コロイド等の性質が優れているため、パーソナルケアや塗料、建材、エマルション、接着剤などの成分として使用されています。
エチルセルロースはアルカリセルロースと塩化エチルを反応させることで生成されます。
今回紹介する誘導体で唯一の非水溶性ポリマーであり、非常に広範囲の有機溶媒への溶解性を有しています。また、柔軟なシートを成形する点もユニークでありエレクトロニクス、インク等の成分として使用されています。
ヒドロキシプロピルセルロースはアルカリセルロースと酸化プロピレンを反応させることで生成されます。
置換されている側鎖(ヒドロキシプロピル基)により、冷水および極性有機溶媒に可溶なセルロースエーテルです。両親媒性であり、生理的にも無害であることから医薬品の結合剤として使用されています。また、可塑剤を添加しなくても柔軟性に優れた膜を形成し、押出成形や射出成形が可能な熱可塑性ポリマーでもあります。食品分野への使用も許可されており、ホイップクリームへの気泡安定等の効果や菓子の艶出しなどへ利用されています。
メチルセルロースはアルカリセルロースと塩化メチルを反応させることで生成されます。加えて、ヒドロキシプロピルメチルセルロースはメチル基だけではなく、ヒドロキシプロピル基も置換させたものです。
メトキシ基とヒドロキシプロポキシ基の置換度により⽔と有機溶媒のどちらに溶解するかが変わる他、特徴的な性質である可逆的な熱ゲル化特性のゲル化温度も変動し、置換度により40〜90℃程度の範囲でゲル化し、冷却すると元の粘性溶液に戻ります。保水性、増粘、結合性、接着性、界面活性作⽤としての⽤途で用いられ、CMC同様、医薬・化粧品、食品、建材、接着など幅広い分野に使用されています。
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