はじめに
ソルビトールは果物に含まれる糖アルコールで、甘味料として食品によく使用される。ソルビトールは4つの無水結晶相と水和物が存在する。この多形性がこの物質の特性に影響を及ぼしている：それぞれの結晶形は、融解や吸水に関して異なる挙動を示す[1]。
テスト条件
シグマアルドリッチ社製のソルビトール試料（質量：3.81 mg）をConcavus® るつぼに仕込み、DSC 204F1 Nevio を用いて測定した。最初の加熱は、-80℃～150℃の間で10K/分の加熱速度で行った。その後、試料を10 K/分で冷却し、同じ温度範囲で再度加熱した。その後、るつぼを室温で24時間保持した後、同じ条件で-80℃から150℃の間で3回目の測定を行った。DSC測定は、動的窒素雰囲気下で行った。
さらに、PXRD測定を2つの試料状態で行った：
- 受け取ったままの試料
- 150℃まで加熱後、室温で24時間放置した試料
これらの測定は、solid-chem GmbHのBruker D8 Advance回折計で行った。
テスト結果
図2は、3回の加熱におけるソルビトールのDSC曲線を示している。最初の加熱で検出された91℃の吸熱ピークは、試料の融解によるものです。この温度は、ガンマ型として知られる修飾の典型的なもので、最も安定であるため商業用途に最も適している。
10K/分で冷却した後、2回目の加熱では融解ピークは検出されなかった：試料はもはや結晶相を示さず、-1℃（中間温度）にガラス転移を示すアモルファス状態にある。
結晶化が起こるには室温で1日あれば十分である。しかし、57℃と81℃（ピーク温度）で検出されたピークは、最初の加熱時に検出されたものとは異なる結晶形であることを証明している。このDSC曲線は、結晶化メルトと呼ばれる改質の典型的なものである。この形態はガンマのものよりも吸湿性が高い。しかし、その透明でガラス質の外観から、例えばハードキャンディの製造に商業的に使用されている。
本研究で測定した結晶型の融解温度を、さまざまな文献資料と比較したのが表1である。
表1：結晶形のピーク温度：本研究と異なる供給源における結晶融液、α、γ、非晶質のガラス転移温度。
| 形態/温度 [°C］ | 本研究 | ソース [1］ | 出典 [3］ | ソース [4］ | ソース [5］ |
|---|---|---|---|---|---|
| 結晶化メルト（第1ピーク） | 56.9 | 54.5 | 55 | - | - |
| 結晶化メルト（第2ピーク） | 80.5 | 70.8 | 75 | - | - |
| アルファ | - | 85.9 | 86 | 88.5 | - |
| ガンマ | 100.4 | 98.0 | 97 | 100 | 101.7 |
| アモルファス | -1.3 | - | - | - | -0.4 |
図3は、受け取ったままの試料（下）と、150℃に加熱した後、室温で24時間放置した試料（上）のPXRD結果を示している。2つの曲線は大きく異なっている。受け取ったままの試料の測定で検出されたピークは、ソルビトールのガンマ形態に対応します（図4）。文献（[1]、図6 [ソルビトール結晶化融液多形の粉末X線回折パターン]）によると、150℃に加熱し、室温で1日放置した後の曲線は、確かにソルビトールの結晶化融液に分類できます。
結論
DSC 204F1 Nevio を用いて1回加熱するだけで、供給されたソルビトールの多形体を同定することができます。溶融状態から10K/分でガンマ形を冷却する間、ソルビトールは結晶化せず、非晶質相を形成する。このアモルファス構造は、結晶化融液と呼ばれる新たな改質として室温で結晶化することができる。これらの結果はPXRD測定によって確認された。
それぞれのソルビトール修飾物は、異なる物理的特性を有している。そのため、加工前に特性評価を行う必要がある。DSC 204F1 Nevio は、必要な結果を簡単、迅速かつ確実に提供します。
謝辞
NETZSCH PXRD測定と評価を実施してくれたドイツ、ボーフムのsolid-chem GmbHに感謝する。