CN113272377A - 细菌纤维素配制品、方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种粉状可再水化的细菌纤维素配制品,包括其生产方法和用途。特别是所述配制品作为胶体稳定剂、泡沫稳定剂或作为增稠剂、作为增强剂材料(作为填料)、膳食纤维、食品、化妆品或药物组合物、复合材料等的用途。本发明主题的一个方面公开了一种粉状的配制品,其包含细菌纤维素和选自以下列表中的附加组分(或第三组分):羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、黄原胶、甲基纤维素、甲基‑纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基‑纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基‑甲基纤维素、tylose、甘油、蔗糖或它们的混合物;其中所述粉状配制品在20℃下使用低剪切混合可分散在水性介质中。
Description
技术领域
本公开涉及一种湿的、粉状可再水化(rehydratable)的细菌纤维素配制品,包含其生产方法和用途。
本公开的湿的、粉状的细菌纤维素配制品可用于医药、化妆品、食品、洗涤剂、聚合物和复合材料行业等。
背景技术
细菌纤维素(BC)是由某些革兰氏阴性专性好氧乙酸细菌合成的胞外多糖,由于获得的高纤维素收率,驹形杆菌属(Komagataeibacter genus)是最重要的。从形态上讲,BC由小于100nm宽的随机组装的带状原纤维组成,并由基本纳米原纤维的聚集束组成;这些原纤维的横向尺寸为7-8nm且长度为数微米。由于驹形杆菌微生物是强制性需氧菌,因此在静态条件下,在培养基的气/液界面处合成BC[1-18]。
对于大量商业应用,干燥的BC配制品相对于水性悬浮液具有许多优势,诸如尺寸和质量减小,从而降低了存储空间和运输成本、提高了存储稳定性、降低了污染风险。众所周知,与植物纤维素一样,BC的特性在干燥后大部分丧失。随着水蒸发,来自BC的细纤维会聚集,形成当重新悬浮于水中时不易断裂的氢键[19]。已经进行了多次尝试来制备干燥的BC配制品,其中一些解决了水性分散后纤维素性能的修复问题,下面将对此进行综述。
文献US 4960763 A[20]涉及BC作为膳食纤维来吸收/结合胆固醇(在体外)的用途。将单独或与蔗糖组合的BC冻干或者冷冻并冷冻研磨。虽然在防止纤维素纤维之间的氢键结合方面相当有效,但对于工业实施而言,这些是相当昂贵的解决方案。在该文献中,仅在对胆固醇吸附的作用方面比较了干燥前后的BC特性。此外,作者认识到,与从未干燥的BC悬浮液相比,不管干燥方法如何,仅干燥BC都会大大降低BC的胆固醇吸附特性。蔗糖的添加仅部分减轻了这种局限性。
文献US 5962676 A[21]描述了一种BC的干燥方法。为了均质化BC,研究了高压均质化和薄螺杆挤出,在两种情况下均进行温度处理。然后通过滚筒干燥、喷雾干燥、挤出干燥、烘箱干燥和在油中油炸来干燥BC。还以片材的形式干燥BC并且进行研磨。无论采用哪种干燥方法,最大的BC溶胀需要30分钟至最长达18小时。这对于工业应用是不切实际的;此外,该文献也没有确定溶胀后的BC的特性是否等同于从未干燥过的BC的特性。
文献JP 2873927 B2[22]提出在通过多种方法(例如烘箱干燥、鼓式干燥、红外干燥)干燥之前,将第三组分添加到BC水性悬浮液中。在该文献中,在干燥之前,使用捏合机挤出机以最大速度分解BC最长达15分钟。被测试的第三组分的例子包括碳酸钙,其质量为BC的50倍,以获得可分散的产物(在30秒内,用刮铲搅拌)。将BC与5倍于BC量的碳酸钙的混合物使用刮铲在水中混合后加热处理(120℃,20min),得到可分散的悬浮液。当使用甘油作为第三组分时,在BC:甘油的质量比为1:2下,也可以通过首先将水性混合物加热至100℃ 1小时来获得分散体。在不加热的情况下,需要甘油的量为BC的50倍,才能获得可分散的产品。但是,仅当添加甘油的量为BC的500倍时(或如果使用先前的加热,则为200倍),才可以恢复初始产品粘度的近80%。在所有这些情况下,分散产品的稳定性(通过离心后的沉淀度评估)均较低。还将BC与羧甲基纤维素(CMC)混合并干燥。由1:5质量比的BC:CMC组成的混合物是可分散的,具有71%的初始产品粘度恢复率和100%的稳定性恢复率。作为要在干燥前添加到BC水性悬浮液中的“第三”组分,测试了其它多糖(例如糊精、黄原胶、可溶性淀粉)以及多糖与甘油或多糖与CMC的组合。除为1:1质量比的BC:糊精外,所有混合物均需要过量的第三组分,以允许在水分散后获得几乎完全的粘度和稳定性恢复。该文献的一个示例涉及BC/糊精混合物的制备,解决将干燥产品研磨至400μm或更小的最终颗粒尺寸的问题。与未干燥的混合物相比,在磁力搅拌下,0.2%粉末的水性分散需要30秒来完全恢复粘度。分散时间定义为直至肉眼不再观察到大宏观块体的时间。然而,没有提供关于这种特定混合物中BC和糊精的质量比的细节。在所有这些情况下,在水中搅拌后,将干燥的物料在120℃的温度下进行10分钟的热处理。显然,为了获得可分散的产品,需要进行热处理(工业实施时耗时且昂贵的解决方案)和过量的第三组分(实际上导致最终产品中BC量较少)。
文献US 6153413A[24]提议了多种单独的BC干燥方法(即不需要向BC水性悬浮液中添加第三组分),允许恢复其特性。根据该文献,在BC纤维的干燥和脱水过程中,拉伸应力作用于纤维的结晶部分和无定形部分。由于结晶部分的弹性高于无定形部分的弹性,因此无定形部分的拉伸应力应变程度较高。由于纤维素纤维无定形部分中的键由纤维素分子之间和之内的氢键组成,氢键之间的距离将由于高应变程度而扩大,从而允许使水分子渗透。结果,在添加水时,具有高应变程度的BC原纤维之间的氢键将容易断裂,并且在脱水和干燥之前存在的BC与水分子之间的氢键将易于重新形成。在该文献中,“干燥”状态是指基于干燥的BC质量,水的存在量为约25%或更低的状态。为了展示干燥的BC的分散性,通过将BC匀浆倒入托盘中并且使用空气干燥、烘箱干燥或红外干燥将BC匀浆(用混合机在18000Rpm下混合2分钟)进行干燥;还将BC匀浆冷冻干燥和在真空下或在鼓式干燥机中干燥。然后,通过使用ultraturrax(Physcotron)在最大速度(30000Rpm)下将干燥的BC进一步均质化1分钟,制备BC水性悬浮液。在这样的转速下,ultraturrax施加相当大的剪切应力,因此最有可能引起广泛的BC纤维分解和/或去原纤化。与仅使用混合机研磨的BC(对照)相比,先前经过Ultraturrax处理的干燥BC片材的机械性能显著下降进一步增强了这一点。此外,作者声称干燥的BC的分散性和粘度具有良好的恢复性(喷雾干燥除外),但是从未干燥的BC样品(对照)仅在18000Rpm下均质化2分钟,而不是Ultraturrax。因此,获得的结果是不可比较。综上所述,不管干燥方法如何,高剪切力最有可能是造成BC纤维分散的原因。对于工业应用,这意味着增加了资本投资(需要高剪切混合设备)和运营成本。
文献US 20100016575 A1和US 8053216 B2[25,26]描述了在干燥之前将多糖水胶体作为助剂添加到BC中。干燥材料的分散可以在添加或不添加附加助剂的条件下通过高剪切混合来进行(例如在2500psi下高压均质[25]或使用Silverson混合器在8000rpm下10分钟,使用外延均质器在1500psi下进行2次通过,和在2500rpm下进行10分钟[26])。这些文献提议使用酒精溶液来共沉积BC-水胶体混合物;然后进行浓缩、干燥和研磨。但是,对于大规模实施,共沉淀需要非常高的酒精量。因此,酒精的使用、不可避免的产物损失(来自非沉淀材料)、对酒精回收设备的需求都显著地提高了生产总成本。使用此类有机溶剂还会带来额外的安全和环境问题。在这些文献中,用次氯酸盐,糖苷酶和蛋白酶处理含有BC的发酵肉汤(以裂解细胞)。混合水胶体,然后加入有机溶剂。但是,也会发生培养基组分和细菌细胞水解产物的共沉淀,从而限制了最终产品的纯度(并因此限制了品质)。由于离子相互作用,带电荷的水胶体的使用进一步加剧了有害物质的共沉淀。
另一文献WO 2001005838 A1[27]公开了一种在没有助剂的情况下干燥网状(交联的)BC的方法:这包括使用高剪切混合和研磨将BC悬浮液分散在有机溶剂中,浓缩分散液以基本上除去溶剂,和干燥。任选地,可以磨碎干燥的材料。可用于该公开的示例性有机溶剂包括烃、烷基醇、烷基亚砜、其混合物或它们的水性混合物。优选地,使用包括交替干燥和研磨过程的多步骤工艺来干燥纤维素材料。与前一文献相同,此处一样,在使用有机溶剂方面存在很大的局限性。所提议的方法还提出了在工业规模上使用的多余不切实际的步骤,即先添加有机溶剂,随后去除有机溶剂,以及进行多阶段干燥和研磨。此外,在所有例子中,在进行水性分散之前,将黄原胶、CMC、蔗糖等助剂(一种或多种)与干燥的BC混合。另外,没有关于干燥材料的粒度、分散所需时间和能量要求的详细信息(此文献仅一个实施例描述了将干燥的BC研磨至20目尺寸(<850μm))。最后,没有提供干燥前后BC特性的比较。
综上所述,已经考虑了多种获得可再分散的BC配制品的方法,与从未干燥的配制品相比,其中一些声称恢复了其特性。然而,所述再分散方法涉及使用高能量混合和/或高温和/或长分散时间和/或使用过量的第三组分,但是在恢复原始材料的特性方面仍然结果有限。此外,在考虑工业应用时,这些能量和时间密集型过程代表了高昂的资金和运营成本。
大部分提到的文献并没有完全论证再分散后BC技术性能的恢复,而是主要聚集于展示BC的再分散性,这不一定意味着恢复从未干燥过的材料的技术特性。文献US006069136A[28]也是如此,代替干燥的产品,其提供了一种生产浓缩BC的方法,该浓缩BC其具有改善的性质,例如分散性、悬浮性和粘度,包括BC的均质化(湿磨)和浓缩。如从其它文件中看到的,所声称的BC特性的恢复限于展示通过不同的浓缩方法、不同的目标BC最终浓度和不同的再分散方法获得的可再分散性。没有提供关于研磨材料的粒径范围的信息,也没有提供关于再分散的材料的功能特性的信息。
如可在本公开中观察到的,明显的(宏观)BC再分散或与从未干燥的样品相似的粘度恢复(在处理非均相体系时具有复杂和潜在误导的特性)不能完全证明其特性的恢复。BC的技术特性,即功能特性(例如多相体系的稳定化)提供了更详细的信息。
公开这些事实是为了说明本公开解决的技术问题。
发明内容
本公开涉及一种干燥粉状且可再水化的细菌纤维素(BC)配制品,包含其生产方法和用途。特别是所述配制品作为胶体稳定剂、泡沫稳定剂或增稠剂、增强剂材料(作为填料)、膳食纤维、食品、化妆品或药物组合物、复合材料等的用途。
本公开涉及这样的条件,通过该条件可以获得干燥粉状的BC配制品,其能够在室温下使用低剪切混合在5分钟内分散在水性介质中。此配制品保留了非干燥材料的技术性能,特别是但不仅是作为胶体稳定剂。
本公开还涉及湿BC配制品、其生产方法和用途。本公开的湿BC可以用作胶体稳定剂、泡沫稳定剂、增稠剂、增强剂材料(作为填料)、膳食纤维、食品、化妆品或药物组合物、复合材料等。
本公开涉及这样的条件,通过该条件可以获得干燥粉状的BC配制品,其能够在室温(20-25℃)下使用低剪切混合(至多1500rpm,1000rpm)在5分钟内分散在水性介质中。这种配制品保留了非干燥材料的技术特性,特别是便不限于其作为胶体稳定剂的性能。更具体地,必须控制BC配制品加工过程中涉及的研磨水平,其方式是使其完全分散,同时又不损害功能特性。粒径越小,再分散性越好。但是,可以在有关再分散的非最佳条件下达到最佳恢复BC技术特性所需的粉碎条件。
在一个实施方式中,完全恢复BC技术特性需要添加第三组分,但无论使用何种干燥技术或干燥配制品中的残留水量如何,均可实现完全恢复。
在一个实施方式中,由于天然BC功能特性的变化,可能并不总是希望存在第三组分(或附加组分)。然而,干燥的BC(未添加第三组分)不能再分散在水性介质中。替代地,可以制备浓缩的BC悬浮液,也可以提供完全再分散和恢复功能特性;但是,在浓缩步骤之前进行的BC湿法粉碎也必须以不损害BC技术特性能方式进行控制。
本公开涵盖可以获得干燥BC配制品(优选含有0%(w/w)至30%(w/w)的水)的条件。另外,本公开涉及可以获得浓缩湿BC配制品的条件。在两种情况下,所述BC配制品在室温下在低剪切应力下快速地分散在水性介质中。一旦分散,干燥的材料的特性就等同于从未干燥过的材料的性能。
出于本发明的目的,可以由细菌生产BC。细菌的属可以是醋杆菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter)、固氮菌属(Azotobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、沙门氏菌属(Salmonella)、埃希氏菌属(Escherichia)和八联球菌属(Sarcina)。优选地,使用属于醋杆菌属或驹形杆菌属(Komagataeibacter)(原名葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter))的纯菌株来获得BC,因为它们是最有生产力的,但是可以使用任何其它天然或突变的纤维素生产性微生物菌株。BC的有氧发酵可以通过任何已知的静态或搅动/充气条件进行。可以使用任何已知的培养发酵方法,例如分批、补料分批、重复分批或连续发酵。多种原料(feed stock)可用于细菌生长和纤维素生产,只要它们不含污染物(外源微生物或有毒物质)即可。例如,碳源可以是单个糖或其混合物,诸如葡萄糖和果糖、二糖(例如蔗糖)以及单糖和二糖的混合物。另外,碳源可以糖的复杂混合物形式供应,例如糖蜜,或者植物生物质水解产物,例如木材水解物、稻草水解物、玉米秸秆水解物、高粱水解物或其它生物质废物。也可以单独或与前面提到替代性碳原,诸如乙醇、甘油或其它糖醇组合使用。另外,可以单独或组合使用多种有机或无机的氮源,诸如但不限于硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、尿素、硝酸钠、酵母提取物、玉米浆、乳清水解物、蛋白胨、酪蛋白水解物。可以进一步添加痕量有机营养素,包括氨基酸、维生素、脂肪酸、核酸、2,7,9-三羧基-1H吡咯并[2,3,5]-喹啉-4,5-二酮、乙醇、亚硫酸盐纸浆废液、木质素磺酸等。优选地,培养基的有效pH范围为4-6。任选地,在发酵过程中,可以使用缓冲溶液(例如但不限于柠檬酸盐或3,3-二甲基戊二酸)或向培养基中添加足够量的碱或酸来控制pH,以将pH维持在所需范围。优选地,接种物发育和发酵的温度在27-32℃的范围内。发酵后,可以通过多种方案去除发酵培养基中的细菌和残留物。这些包括用水、稀酸和/或碱洗涤,用次氯酸钠或过氧化氢漂白,用诸如溶菌酶等裂解酶裂解细菌,用月桂基硫酸钠或脱氧胆酸钠等表面活性剂处理。洗涤程序可以在室温至200℃之间的温度范围内进行,并可以采用上述处理的任意组合。本领域技术人员可以任选地选择其它发酵和纯化条件。
在一个实施方式中,使通过任何上述方式获得的浓度为0.5%(m/v)至10%固体(BC)(优选0.5%至5%固体)的BC经历下列顺序步骤,以得到湿的浓缩的配制品或干燥粉状的配制品:
·BC的湿粉碎(此后称为“研磨的”),其获得方法诸如但不限于机械剪切应力、湿研磨机、压碎、切割、磨碎、水性反碰撞、超声、高压均质化、用酸或酶进行水解、或漂白、或它们的组合。本领域技术人员可以可选地选择其它方法和条件。令人惊讶地观察到,粉碎程度在通过进一步加工获得的浓缩或干燥材料的最终特性上起着重要作用:粗磨的BC产生长的原纤维聚集体(束);过于广泛的粉碎会产生大量单根BC纤维和/或大量纤维破裂。因此,必须实现最佳粒径或最佳粒径范围以完全保留PC特性。
·将研磨的BC浓缩至5%(w/v)至70%(w/v)的最终固体浓度,优选10%(w/v)至30%(w/v)(湿BC配制品)。出于本发明的目的,BC的浓缩可以通过任何固液分离方法来实现,诸如但不限于离心、压滤、沉积和沉降、螺旋压、辊压、果汁铰刀,它们可以单独使用或在多步骤工艺中组合使用,并且可以与反渗透组合使用。本领域技术人员可以任选地选择其它浓缩方法和条件。
·可替代地,可以通过任何现有的机械剪切工艺和设备将未浓缩的研磨BC与第三组分混合,该第三组分涵盖任何亲水性液体、任何水溶性物质或任何水不溶性物质或多于一种任何这些物质的混合物。此类物质的例子包括但不限于甘油、乙二醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乳酸、葡萄糖酸和δ葡萄糖酸内酯、低分子质量糖(例如葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖,帕拉金糖、麦芽糖,龙胆二糖、海藻糖、鼠李糖、异麦芽低聚糖、大豆低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、乳糖蔗糖、偶联糖、液态糖、环糊精、糖醇、山梨糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、甘露糖醇、卫矛醇(dulcit))、盐(硫酸钠、硫酸铵、氯化钠、氯化钙、碳酸氢钠、碳酸钠、罗素(Rossel)盐)、氨基酸、氨基酸盐、酸性酸、有机酸、核酸、核酸盐、高分子质量多糖(例如黄原胶、木葡聚糖、糊精、右旋糖酐、角叉菜胶、槐树豆胶、罗望子树胶、藻酸、藻酸盐、普鲁兰多糖、淀粉、淀粉、CMC、甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、玉米淀粉、阿拉伯胶、瓜尔胶、吉兰糖胶、聚右旋糖、果胶)、甲壳素、壳聚糖、酪蛋白、阿皮胺(alpimine)、大豆蛋白裂解物、蛋白胨、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰胺或聚酰胺亚胺或多胺树脂、聚环氧乙烷、亲水性交联聚合物、聚丙烯酸共聚物、胶体二氧化硅。
·取决于所添加物质的性质,可以在室温至80℃的温度范围内进行研磨的BC和第三组分的混合。可以将第三组分以干燥形式添加到研磨的BC中;可替代地,可以制备储备溶液,然后与研磨的BC混合。取决于材料的种类等,本领域技术人员可以任选地确定要添加的第三组分的量,通常为BC的2重量%至1000重量%,优选BC的50%至200重量%(或质量%)。优选地,第三组分是水溶性多糖或这些物质的混合物。
·通过任何可用的干燥工艺和设备干燥具有第三组分的BC混合物,包括喷雾干燥、鼓式干燥、烘箱干燥、真空干燥、隧道干燥、红外干燥、冷冻干燥。本领域技术人员可以选择任何其它适当的干燥工艺和/或方法的组合。与先前文献中观察到的相反,“干燥”状态可以是完全干燥的BC配制品,其中没有残留水。完全干燥的BC配制品的特性可以恢复到其原始湿态的特性。
·可以使用本领域技术人员熟知的设备对干燥的BC配制品进行研磨,例如辊式破碎机、辊磨机、盘磨机、应变器(strainer)、锤磨机、锤式破碎机、销盘(pin disk)、胶体磨、粉碎机、旋转式研磨机、叶轮磨擦机、喷射磨机。如采用BC的湿粉碎观察到的,干燥粉状材料的粒径(此后定义为研磨的干BC配制品)是恢复其原始技术特性(从未干燥的粗粉碎的材料的特性)的决定因素,为了实现这种恢复,需要最佳粒径或范围。
在一个实施方式中,必须以可实现完全再分散且同时不损害功能特性的方式控制湿法和干法粉碎。因此,可以在与再分散有关的非最佳条件下实现BC技术特性的恢复。事实上,粒径越小,再分散性越好,但这并不适用于技术特性。
本公开的一个方面涉及粉状配制品,包含:在20℃下使用低剪切混合可分散在水溶液中的BC;和附加(第三)组分,其选自以下列表:羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、黄原胶、甲基纤维素、甲基-纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基-纤维素,羟丙基甲基纤维素、羟丙基-甲基纤维素、tylose(侵填体)、甘油、蔗糖或它们的混合物。
本发明主题的一个方面公开了一种粉状配制品,包含:
粉状细菌纤维素
和附加组分(或第三组分),其选自以下列表:羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、黄原胶、甲基纤维素、甲基-纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基-纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基-甲基纤维素、tylose、甘油、蔗糖或它们的混合物;
其中,所述粉状配制品在20℃下使用低剪切混合可分散在水性介质中。特别地,该低剪切混合为至多1500rpm,优选至多1000rpm。
可以各种方式进行BC粉状配制品的分散性的测量。在本公开中,在室温下(即在20℃的范围内)在水中制备0.5%(m/v)的样品。为此,使用磁力搅拌器板(Stuart SD162)在900Rpm下进行至多10分钟的低机械剪切分散。将分散的材料散布在陪替氏培养皿(petridish)上并且用肉眼观察。配制品的分散性分类如下:1-样品是均质的,没有可见的颗粒或聚集体;2-样品中含有一些非常小的颗粒或聚集体;3-样品中含有一些较大的颗粒或聚集体;4-水保持透明,并观察到分离良好的颗粒或聚集体。
在一个实施方式中,为了更好的结果,可以在至多10分钟内;优选在至多6分钟内;更优选在至多4分钟内将粉状BC配制品分散在水性介质中。
在一个实施方式中,为了更好的结果,在至多2分钟内;优选在至多1分钟内将粉状BC配制品分散在水性介质中。特别地,可以使用至少100μm的颗粒。
在一个实施方式中,为了更好的结果,所述颗粒包含的尺寸可以为5-500μm,优选80-400μm,更优选100-300μm。这些尺寸特别适合用于食品或更特别地用作饮料、乳制品饮料,特别是巧克力奶。
在一个实施方式中,为了更好的结果,所述颗粒的D50为50-300μm,优选颗粒的D50为80-300μm,更优选颗粒的D50为100-200μm。这些尺寸特别适合用于食品或更特别是用作饮料、乳制品饮料,尤其是巧克力奶。
在一个实施方式中,为了更好的结果,在至多2分钟内将粉状BC配制品分散在水性介质中并且其中所述颗粒包含的尺寸为5-100μm;更优选10-60μm。这些尺寸特别适合于复合材料增强。
在一个实施方式中,为了更好的结果,所述颗粒的D50为10-90μm,优选颗粒的D50为20-80μm,更优选颗粒的D50为30-60μm。这些尺寸特别适合于复合材料增强。
可以各种方式进行颗粒尺寸的测量,在本公开中,测量是基于标准粒度分析通过机械筛分进行的。特别是关于通过指定的筛子获得的颗粒的尺寸:Mat.Mesh:AISI:1/2871/1,具有0.300mm的开口,Endecotts,Ltd,孔径212μm和Endecotts,Ltd,孔径106μm。
在一个实施方式中,为了更好的结果,其中BC和附加组分的质量比为1:5至1:0.2,优选1:2至1:0.5。
在一个实施方式中,为了更好的结果,所述附加组分(第三组分)可以选自以下列表:羧甲基纤维素、羧甲基纤维素和黄原胶;羧甲基纤维素和羟乙基纤维素、以及羧甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素,或它们的混合物。
在一个实施方式中,所述粉状BC配制品获自下列细菌:醋杆菌属、土壤杆菌属、葡糖醋杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属、沙门氏菌属、埃希氏杆菌属、八联球菌属,驹形杆菌或它们的组合。优选醋杆菌属、驹形杆菌、葡糖醋杆菌属或它们的组合。
本公开的另一方面涉及一种湿BC配制品,包含:
5-70%(wt./v)细菌纤维素,
其中所述BC分散成束;
其中,所述细菌纤维素束尺寸为20μm至2mm。
可以各种方式来测量BC束尺寸。在本公开中,通过以下方式来实现:将BC水稀释至最终浓度0.01%(w/v);将悬浮液在轻微搅拌下(100rpm的定轨摇床(orbital shaker))放置2小时,然后涡旋1分钟,然后用Calcofluor染色。如在本公开中表达的束的尺寸涉及如通过荧光显微镜观察到的较长的尺寸。
在一个实施方式中,为了更好的结果,BC束尺寸可以为20μm至2mm。优选BC的束尺寸可以为200μm至1mm。这些尺寸特别适用于食品或更特别地用作冰沙(smoothy)和泡沫。
在一个实施方式中,为了更好的结果,BC束尺寸可以为20μm至400μm。优选BC的束尺寸可以为30μm至200μm。这些尺寸特别适合于纳米复合材料和填料增强。
在一个实施方式中,所述湿配制品可以包含0.3-70%(w/v)BC固体。优选地,水分散体可以包含5-40%(wt./v)BC固体。更优选地,所述水分散体可以包含10-30%(wt./v)BC固体。
本公开的另一方面涉及本公开所述的粉状BC配制品作为增稠剂的用途。特别地,所述颗粒包含的尺寸可以为5-500μm,优选80-400μm,更优选100-300μm。优选地,所述配制品可以用于食品中,更特别地用于饮料、乳制品饮料中,甚至更特别地用于巧克力奶中。
本公开的另一方面涉及本公开所述的粉状BC或湿BC作为增强剂材料(即填料)的用途。优选地,通过使用粉状BC配制品,其中颗粒的尺寸为5-100μm;更优选10-60μm。
本公开的另一方面涉及一种药物或化妆品组合物,包含至少一种活性成分和本公开所述的粉状BC配制品或湿BC。
本公开的另一方面涉及一种膳食纤维或食品,包含有效量本公开所述的粉状BC配制品或湿BC。
本公开的另一方面涉及一种复合材料,包含有效量本公开所述的粉状BC配制品或湿BC。
生产干燥粉末的BC配制品的方法包含下列步骤:
提供BC束在水中的悬浮液,其尺寸为20μm至2mm,优选100μm至1.5mm,更优选200μm至1mm;
在20-80℃的温度下添加第三组分;
干燥BC配制品直至获得至少60%的固体;
研磨所述BC配制品。
在一个实施方式中,提供BC束的悬浮液的步骤(i)包含湿粉碎。
在一个实施方式中,所述BC粉状配制品包含的尺寸为5-500μm,优选100-300μm。
在一个实施方式中,所述研磨的BC悬浮液中BC的浓度为0.3-10%(wt./v)。
在一个实施方式中,所述研磨的BC悬浮液中BC的浓度为0.5-5%(wt./v)。
在一个实施方式,所述附加(第三)组分可以选自以下列表:葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖、帕拉金糖、麦芽糖、龙胆二糖、海藻糖、鼠李糖、异麦芽低聚糖、大豆低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、乳糖蔗糖、偶联糖、液态糖、环糊精、糖醇、山梨糖醇、赤藓醇、乳糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、甘露糖醇、卫矛醇、黄原胶、木葡聚糖、糊精、右旋糖酐、角叉菜胶、槐树豆胶、罗望子树胶、藻酸、藻酸盐、普鲁兰多糖、淀粉、淀粉、羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、玉米淀粉、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、吉兰糖胶、聚右旋糖、果胶或其混合物。
本发明的另一方面涉及一种生产本公开所述BC粉状配制品的方法,包含下列步骤:
提供研磨的BC束的水性悬浮液,该BC束的尺寸为20μm至2mm,优选100μm至1.5mm,更优选200μm至1mm;
在20-80℃的温度下添加第三组分;
干燥BC配制品直至获得至少60%的固体;
研磨所述BC配制品直至获得5-500μm的颗粒尺寸。
在一个实施方式中,所述研磨的BC悬浮液中BC的浓度可以为0.3-10%(wt./v)。优选地,所述研磨的细菌纤维素悬浮液中BC的浓度为0.5-5%(wt./v)。
本发明的另一方面涉及一种生产湿BC配制品的方法,包含下列步骤:
提供研磨的BC束的水性悬浮液,其中所述束包含的尺寸为20μm至2mm,优选100μm至1.5mm,更优选200μm至1mm;
浓缩所述研磨的BC水性悬浮液直至浓度为10-70%,优选15-30%。
在一个实施方式中,使BC悬浮液均质的步骤可以包含湿粉碎。
在给出范围的情况下,包括端点。另外,应当理解的是,除非另外指出或根据上下文和/或本领域普通技术人员的理解是显而易见的,在本发明的不同实施方式中,表示为范围的值可以假定为所述范围内的任何特定值,直至该范围的下限单位的十分之一,除非上下文另有明确规定。还应理解的是,除非另外指出或根据上下文和/或本领域普通技术人员的理解是显而易见的,表示为范围的值可以假定给定范围内的任何子范围,其中子范围的端点表达精度与所述范围下限单位的十分之一的精度相同。
附图说明
以下附图提供了用于说明说明书的优选实施方式,并且不应视为限制本发明的范围。
图1–均质化后细菌纤维素水性悬浮液的陪替氏培养皿照片,所述均质化使用A)Sammic混合机,B)Comitrol处理器(2次通过),高压均质机,C1)1次通过后,C2)2次通过后和C3)6次通过后。白条刻度:1mm。
图2-A和图2-B–均质化后细菌纤维素水性悬浮液的荧光显微照片,所述均质化使用A)Sammic混合机,B)Comitrol处理器(2次通过),高压均质机,C1)1次通过后,C2)2次通过后和C3)6次通过后。使用Calcofluor白对BC染色并且在Olympus BX51显微镜中观察。刻度:100μm。
图3-添加细菌纤维素、植物纳米纤维素和水胶体对搅打过的蛋清溢流(overrun)的影响。
图4–使用Sammic混合机、Comitrol处理器(6次通过)和高压均质机均质化后细菌纤维素水性悬浮液的陪替氏培养皿照片。将样品浓缩至20%固体并且稀释并再分散在水中。白条刻度:1mm。
图5-A和图5-B–均质化、浓缩至20%固体并且分散在水中稀释后细菌纤维素水性悬浮液的荧光显微照片。使用Calcofluor白对BC染色并且在Olympus BX51显微镜下观察。刻度:100μm。
图6–通过添加使用Sammic混合机研磨的细菌纤维素(在0.1、0.2和0.3%下)、黄原胶或Bioplus制备的搅打蛋清的稳定性随时间的变化。
图7-BC和第三组分的从未干燥的混合物的分散性分类。1-样品均匀且分散良好;2-样品中包含一些非常小的BC聚集体;3-样品包含一些较大的BC聚集体。
图8–从未干燥的BC:CMC水性悬浮液在均质化后的荧光显微照片,所述均质化在A)Sammic混合机、B)Comitrol处理器(2次通过)和高压均质机,E)6次通过后中进行。混合后,使用I)磁力搅拌器或II)ultraturrax分散BC:CMC。使用Calcofluor白对样品进行染色并且在Olympus BX51显微镜中观察。刻度:50μm。
图9–使用I)ultraturrax和II)磁力搅拌器稀释和分散的0.5%(m/v)BC:CMC样品的流变曲线。
图10–使用I)ultraturrax处理II)磁力搅拌稀释和分散的0.5%(m/v)BC:CMC样品的流变曲线。
图11–研磨成不同粒径的0.5%(m/v)BC:CMC样品的流变曲线。
图12–%稳定性的示例。
具体实施方式
还特别地使用本公开的实施方式进一步描述了本公开。因此,本公开不限于所提供的描述和说明。使用这些是为了使本公开足够详细和全面。此外,附图的意图是用于说明性目的,而不是为了限制。
本公开涉及一种粉状的湿BC配制品、其生产方法和用途。
本发明的粉状BC配制品可用于医药、食品、化妆品等。
本公开涉及这样的条件,通过该条件可以获得能够在室温下使用低剪切混合在5分钟内分散在水性介质中的干燥粉状的BC配制品。此种配制品保留了未干燥材料的技术特性,特别是但不仅是作为胶体稳定剂的潜力。
本公开还涉及一种从未干燥的BC、其生产方法和用途。
在一个实施方式中,本公开所述的从未干燥的BC(或湿BC)可用于医药、食品、化妆品等。
本公开还涉及可以获得湿BC悬浮液的条件,该湿的BC悬浮液也能够快速且低能量分散,包含将BC粉碎至特定尺寸范围、将BC的水悬浮液浓缩至按干质量计为10%或更高至小于70质量%的最终固体含量,然后将其再次分散到水溶液中。
为了清楚起见,本公开的描述分为以下顺序步骤:
1.BC的湿粉碎(生产“研磨的”BC);
2.研磨的BC与第三组分的混合;
3.BC配制品的干燥;
4.BC配制品的研磨;
5.代替步骤2-4,可以在不与第三组分混合的情况下将研磨的BC浓缩。
实施例1-细菌纤维素的湿磨
在一个实施方式中,通过以下三种不同方法湿磨通过先前章节中所述的任意方法获得的BC,其量为0.5%(m/v)至10%固体(BC),优选0.5%至5%固体,优选0.7-1%(w/v):
A)使用Sammic定速混合机,型号TR250,在9000Rpm(Samic,S.L.)下,目测观察直至获得均匀的浆液;
B)使BC通过处理器,型号1700(Urschel Laboratories Inc.)的2次通过(passage)。在每次通过中,在900Rpm下使用迷宫式Verycut叶轮和倾斜度为5°的切割头160进行BC的研磨;
C)使用GEA Niro Soavi型号Panther NS3006L在600Bar下高压均质(HPH)。在通过高压均质机1通过(HPH 1次通过)、2通过(HPH 2次通过)和6通过(HPH 6次通过)后,收集均质的BC。在HPH处理之前,首先将BC悬浮液按照方法A中所述进行研磨,以利于将悬浮液送入均质机中。
将BC悬浮液分布在陪替氏培养皿(Petri dish)上并且使用SZ40变焦立体显微镜(SZ40 Zoom Stereo Microscope)(Olympus)观察。使用SONY AVC-D5CE相机和适配器CMA-D5CE在0.67x至5x的放大率下拍摄照片(图1)。还使用Calcofluor白(Calcofluor white)将BC悬浮液染色并且在Olympus BX51显微镜下观察。
分散良好的悬浮液是许多工业应用的先决条件。已知BC悬浮液在水性介质中会表现出明显的聚集,这是由于强烈的原纤维间氢键和范德华吸引力所致,这是一种浓度依赖性的效应。当BC分散在水中时,这些吸引力相互作用与纤维的长径比相结合会导致形成扩展的网络。无论是在搅拌罐中还是通过静态发酵生产BC,然后湿磨,均会获得线球。这些高度不均匀的分散体由数十到数百微米的纤维束、絮状物和空隙组成,这取决于浓度和剪切均质条件(图1和图2-A和图2-B)。在本实施例中,使用了三种BC均质方法,从叶片混合机(A)至高压均质机(C),剪切应力越来越大。
观察到,随着剪切应力增加(从A到C),发生BC去纤/碎裂的增加。使用Sammic搅拌器进行BC均质化显示出较大的纤维聚集体和处于200μm至1-1.5mm的尺寸范围内的BC片段。使用Comitrol处理器和HPH均质的BC,观察到较少量的毫米片段,大多数在200-600μm(Comitrol)、100-200μm(H PH 1次通过)和20-100μm(HPH 6次通过)的范围内。
HPH通过次数的增加导致出现了较短的纤维并增加了它们的分离。由于它们的吸引力和交联,尽管发生了广泛的解团聚,但BC纤维似乎总是与相邻的纤维互连,创建了非常细的纤维3D网络和仅含有水的其它空隙区域。甚至在较低的BC浓度(低至0.5%(w/v))下也发生这种效应,因此,从未实现散布良好的单纤维的稳定分散体。
实施例2-细菌纤维素对搅打蛋清的溢出和泡沫稳定性的影响
许多食品是乳液、泡沫或搅打的乳液(例如牛奶、奶油、冰淇淋、黄油、蛋黄酱、细碎的肉(例如香肠肉)、搅打的蛋清、搅打的奶油面包等)。体系中乳化剂的界面性能强烈影响泡沫和乳液特性。多糖(例如改性淀粉)和蛋白质通常在这些胶体体系的形成和稳定中起重要作用。这些大分子提供了具有物理化学和流变特性(空间位阻、静电排斥、粘弹性)的界面,这决定了对液滴聚结的抵抗力。在击打蛋清过程中,蛋白质吸附在新形成的界面上,变性并形成“凝胶”网络,从而捕获气泡,其流变特性决定了泡沫的稳定性。
这些非乳制充气产品会引起特别的关注和约束,因为气泡壁薄、相对较弱且没有支撑(与油物质支撑的油滴相反)。在这些体系中,存在两个需求。首先,在泡沫的间隙区域内液体的物理稳定性。其次,通过在混合物中使用胶和其它成分来增强泡沫壁。已经使用微晶纤维素(MCC)及其衍生物、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基乙基纤维素(MEC)和其它多糖胶(诸如黄原胶)来稳定泡沫。
在这种实施方式中,评价了BC对搅打的蛋清的溢出(overrun,过载)和泡沫稳定性的影响。为此,使用来自不同来源的BC(来自木驹形杆菌(K.xylinus)菌株ATCC 700178和来自HTK Food CO.Ltd.(越南)的“nata de coco”,如实施例1所述使用Sammic混合机研磨)(代码样品:700178,S;Nata de coco,来自ATCC 700178的S.BC进一步使用Comitrol和高压均质(实施例1)进行均质(代码样品:BC Comitrol,BC HPH 1次通过,BC HPH 6次通过)。
为了比较BC与其它水胶体和植物纳米纤维素的性能,平行使用了其它几个样品:CelluForce NCC、Arbocel B 600、Arbocel BE 600/30(来自Celluforce Inc.)和Bioplus(来自American Process Inc.)作为植物纳米纤维素的来源;黄原胶、羧甲基纤维素、角叉菜胶(来自Sigma)作为水胶体的例子。
如前所述,由于强的原纤维间氢键和范德华力吸引(一种随着水性介质中BC浓度的增加而更加明显的效应),BC悬浮液在水性介质中已知表现出明显的聚集。为了评估浓缩BC是否会影响纤维的分散性和功能特性,将所有的BC样品浓缩至20%(wt/v)固体(代码样品:700178,S-P和Nata de coco,S-P),在900Rpm下磁力搅拌2小时,稀释和再分散在水中。根据本实施方式,BC浓缩物可以通过用任何已知的方法脱水来制备,例如压滤机、压带机、离心、真空过滤或本领域普通技术人员已知的任何其它方法。
将干蛋清(12%,wt/v)分散在水中并搅打(使用Silvercrest厨房混合机)。在搅打期间,将各BC水悬浮液或任何其它植物纤维素或水胶体样品添加至最终浓度0.1-0.3%(wt/v)。还仅使用干蛋清进行了对照。相对于对照,通过测量搅打奶油的体积增加来确定搅打奶油的溢出。
如图3所示,以0.3%(wt/v)添加到混合物中,使用Sammic混合机研磨的所有BC样品(700178,S和Nata de coco,S)均显示搅打奶油溢出的显著增加。相反,除Celluforce与对照相比略有增加6%以外,所有植物纳米纤维素和水胶体均降低了搅打奶油溢出。增加BC(HPH)的均质化程度,如所观察到的,减小了BC聚集体的尺寸,降低了BC稳定空气/液体界面的能力,从而减少了奶油溢出。最后,将BC压缩至20%(wt/v)固体后,当在水中稀释和再分散时,低剪切分散性并不能完全延长BC纤维聚集体(图5-A和图5-B);但是,只要不影响BC聚集体的尺寸,压缩BC(图4)不会影响稳定泡沫的能力。
这些结果清楚地证明了通过湿磨获得的BC粒径对蛋白质泡沫稳定性的影响。
另外,通过定性评估烧瓶底部的积聚液体,记录了泡沫在室温下随时间的稳定性(图6)。不论是否压制BC,结果还显示,与对照相比,使用Sammic混合机研磨的最终混合物中0.3%(wt/v)的BC最佳地产生了搅打蛋清的稳定性(因为没有观察到液体积聚),显示出比测试的其它材料更好的性能。
实施例3–混合细菌纤维素与第三组分
在一个实施方式中,将通过实施例1所述的三种不同粉碎方法任一种获得的BC与羧甲基纤维素钠CMC(90KDa或250KDa或700KDa,Sigma)、黄原胶(Sigma)、甲基纤维素MC(Sigma)、羟乙基纤维素HEC(Sigma)、羟丙基甲基纤维素(Sigma)、HPMC(Sigma)、tylose(Sigma)、甘油(Sigma)和蔗糖(Sigma)混合;如下表所述,还将BC与组合CMC:黄原胶、CMC:HEC和CMC:HPMC混合:
表1-细菌纤维素和第三组分的组合
在所有这些情况下,首先将要添加到BC中的组分溶解于水中。本领域普通技术人员可以根据物质的类型等,适当地选择作为再分散助剂的第三组分的添加量,通常为BC质量的2至l,000%(wt/v)。
为了评估BC混合物的分散性,在室温下在水中制备0.5%(wt/v)的样品。为此,使用了两种分散方法:
I)也使用ultraturrax CAT Unidrive 1000D用分散轴CAT 20F在15000Rpm下高剪切分散混合5分钟;和
II)使用磁力搅拌器板(Stuart SD162)在900Rpm下低机械剪切分散5分钟。
作为对照,以相同的最终固体浓度使用通过任一上述方法A、B和C(实施例1)获得的BC。将分散的材料散布在陪替氏培养皿并且肉眼观察。另外,使用荧光显微镜以更好地观察BC纤维。作为一个例子,下表、图7和图8汇总了与BC和CMC混合物有关的主要观察结果。
表2–从未干燥的BC与第三组分的混合物的分散性
*根据段落[0027]和[0066]的实施方式
尽管使用UT分散的样品显示完全的分散性(观察到最小量的纤维束),但使用磁力搅拌器分散的样品仍显示纤维束和团聚体(图8和表2)。但是,第三组分的存在改善了聚集体的分散性,观察到更均匀的样品(图8与图2-A和图2-B相比)。另外,使用ultraturrax进一步均质化长达60分钟不会改变BC:CMC混合物的形态或流变曲线(数据未示出)。
观察到,当将CMC或黄原胶添加到BC中时,优选地以1:1的质量比,在用ultraturrax进行高剪切处理之后,获得了可分散且稳定的悬浮液。关于对照,不能通过任何分散方法来分散单独的BC。
从这些结果,水溶性阴离子聚电解质CMC在确保BC纤维的分散性和使其在水性介质中稳定方面起着决定性的作用。由于位阻,CMC的负电荷可能有助于改善BC纤维的分散。另外,CMC对水分子有很强的亲和力。由于在CMC和BC周围在水性介质中形成水合壳,未吸附的CMC还可防止BC纤维团聚,因此也有助于改善在水性介质中的分散性和稳定性。
通过流变测定进一步表征了BC:CMC样品(图9)。为此,使用5332-1179型TAinstruments流变仪和磁盘几何(disk geometry)获得应力-应变曲线。以半对数比例绘制剪切速率-粘度关系图,以更好地可视化低剪切速率下的不同流变曲线。从这些测定,可以得出结论:在湿粉碎过程中使用更高的剪切速率应力会降低样品的动态粘度(从A至E,图9)。如前所述,这种效应是由于纤维随着剪切应力增加一些碎裂而引起的。另外,除了使用B)Comitrol研磨的样品(其显示出一致的流变曲线)之外,在使用I)ultraturrax分散后,所有其它样品均显示出更高的流变曲线,这表明通过Ultraturrax使用的高剪切速率更好地分散BC纤维,而不会损害其粘度-实际上可以改善粘度。
实施例4-细菌纤维素混合物的干燥
在一个实施方式中,通过如实施例1所述的三种不同方法(方法A、B和C)湿研磨BC。如实施例3所述,将获得的BC与第三组分混合。可以通过任何可用的干燥方法和设备来干燥所获得的BC混合物,包括喷雾干燥、鼓式干燥、烘箱干燥、真空干燥、隧道干燥、红外干燥、冷冻干燥。本领域技术人员可以选择任何其它适当的干燥方法和/或多种方法的组合。在本公开中,通过四种方法干燥BC混合物:
i)在热板上干燥,这是一种快速工艺方法(在数分钟内),由此将一薄层BC样品散布在183型Ariette Crepes Maker的热板(130℃)上并且干燥;“干燥”状态是绝对干燥的BC产品(100%TS(总固体量)),其中在最终产品中无残留水。
ii)在烘箱中干燥4-6小时,一种较慢的干燥方法。为此,将样品放在铝制坩埚中并在80℃下干燥。为了评估残留水分对使用Comitrol处理器湿研磨的BC配制品的分散性的影响,进行干燥至最终固体含量为a)80%(m/m)(80%TS)和b)100%(m/m)(100%TS)。
iii)还使用鼓式干燥,也是一种快速干燥方法。为此,将样品送入来自TummerSimon Dryers的实验室规模的镀铬铸铁双鼓式干燥机(鼓尺寸0.3m x 0.3m,提供每辊的干燥表面积为0.28m2(总计0.56m2)。在室温下以11.9Kg/h的速率将进料手动进料(“装入(jugged)”)辊隙中。辊隙间隙设定为0.1mm。在2-4bar的蒸汽压力下以2.5Rpm的辊速进行干燥。以0.86Kg/h的速率获得薄产品片材,残留水分为约20%。
iv)还通过喷雾干燥来干燥样品。为此,以240Kg/h的流速将1%(m/v)的样品送入MOBILE MINORTM R&D喷雾干燥机(GEA Group AG)。入口和出口温度分别设定为220和115℃,并且使用3.5bar的压力气体喷嘴。在这种情况下,将样品干燥至100%TS。
所有干燥的材料均进行研磨(使用High Power Flerb Grain Grinder CerealMill Powder Grinding Machine Flour 600G)并且进行筛分(Mat.Mesh:AISI:1/2871/1具有0.300mm的开口)至优选<300μm的最终粒径。和先前实施例一样,使用以下各项将干燥的粉末以0.5%的最终固体浓度分散在水中:
I)高剪切分散混合,使用ultraturrax CAT Unidrive 1000D,使用分散轴CAT 20F在15000Rpm下5分钟;和
II)使用磁力搅拌器板(Stuart SD162),在900Rpm下也进行5分钟的低机械剪切分散。
使用5332-1179型TA instruments流变仪和磁盘几何进行流变测定。以半对数比例绘制剪切速率-粘度关系图,以更好地可视化低剪切速率下的不同流变曲线。
下表总结了干燥且研磨的BC:CMC 90KDa混合物的水分散性的主要观察结果。
表3–干燥且研磨至粒径<300μm后BC:CMC混合物的分散性
*根据段落[0027]和[0066]的实施方式
如从图8所观察到的,在低剪切(磁力搅拌)下,干燥和研磨样品的水分散体显示出少量的纤维束,而使用高剪切速率(ultraturrax),BC完全分散。使用A)Sammic混合机研磨并且在热板上干燥至100%TS的BC获得了BC:CMC的最高粘度曲线(图10)。流变曲线实际上比未干燥的样品高(较高的动态粘度)。至于其余的样品,所有使用低剪切应力(II-磁力搅拌器)分散的样品显示出的流变曲线与从未干燥的样品相似。这些结果表明,在室温下使用低剪切应力分散混合在5分钟内足以恢复或甚至稍微增加BC:CMC干燥配制品的流变曲线。然而,悬浮液中BC的小聚集体的存在可有助于增加表观粘度曲线。与从未干燥的样品相反,(与在磁力搅拌器中分散的样品相比)用ultraturrax分散干燥的样品降低了流变曲线,这可能是由于某些纤维束和团聚体的减少所致。使用ultraturrax进一步均质最长达60分钟不会改变样品的流变曲线(数据未示出)。
与其它文献中所提议的相反,当向BC中添加分散助剂诸如CMC时,可以将干燥进行至完全除去水分子的程度,如具有80和100%TS的干燥样品,显示出相同的流变曲线(图10中的B)。对于使用鼓式干燥机(80和100%TS)和喷雾干燥机(100%TS)干燥的样品,记录了相似的观察结果。
诸如使用HPH过大量的湿粉碎BC悬浮液(图10中的C、D、E)强烈影响了干燥材料的流变性,证实了先前在从未干燥过的样品上观察到的效应。
还制备了未添加CMC的干燥对照。结果显示,不论使用的均质、干燥和分散方法如何,单独的BC是不可分散的。
实施例5–粒径对细菌纤维素混合物的分散性和流变曲线的影响
在先前的实施例中,将干燥的BC配制品研磨至粒径<300μm。但是,重要的是要更好地理解粒径对恢复BC混合物特性的影响。为此,将先前实施例中获得的BC混合物进一步研磨并且筛分至最终粒径<200μm(Endecotts,Ltd,孔径212μm)和<100μm(Endecotts,Ltd,孔径106μm)。另外,将样品分成以下尺寸范围:100<x<300μm,300<x<500μm。如同先前的实施例,将干燥的粉末分散到水中使最终固体浓度为0.5%,通过铺展在陪替氏培养皿上、荧光显微镜检查术和通过流变学曲线进行评估。
例如,表4和图11总结了与BC:CMC 90KDa的分散性和流变行为有关的主要观察结果。为了简化结果的展示,仅显示了使用热板干燥获得的结果。在烘箱中干燥的样品观察到了相同的曲线。
表4–在干燥(在热板上)并研磨后,BC:CMC混合物的分散性。
*根据段落[0027]和[0066]的实施方式
**搅拌30分钟
结果显示,降低BC:CMC的粒径允许在低剪切速率(磁力搅拌)下更快速分散BC混合物(在颗粒研磨至<100μm的情况下在1分钟内)。增加粒径(从例如<100μm至300<x<500μm),即使在混合30分钟后,也会降低在低剪切混合条件下的完全分散能力。然而,随着粒径的减小,还观察到粘度曲线的减小(图11)。此外,如下实施例所示,这会影响BC混合物的技术性能。
实施例6–干燥的BC配制品的粒径对可可饮料悬浮稳定性的影响
在一个实施方式中,水不溶性固体颗粒(如可可粉、绿茶粉和碳酸钙)的悬浮稳定性是某些商业饮料开发的重要方面。在巧克力奶的情况下,可可颗粒在初次混合后往往会很快沉淀。
在本实施例中,评估了按实施例5所述获得的干燥的BC:CMC 90KDa配制品的粒径对巧克力奶饮料中可可颗粒悬浮液的稳定性的影响。为此,称量具有不同粒径且最终浓度为0.075-0.15%的BC:CMC和纯可可粉(1.2%)。向每个BC:CMC浓度中添加15mL中度脱脂牛奶。在室温下在涡旋中(2,800rpm)搅拌混合物3min,然后在75℃下巴氏消毒15秒。样品在室温下保存并评估可可的沉降。另外,评估了Ultraturrax对BC:CMC样品功能特性的影响。为此,使用ultraturrax(CAT Unidrive 1000D,在15000Rpm,使用分散轴CAT 20F)将BC样品均质4和30分钟,然后添加到牛奶中。并行地,使用黄原胶、羧甲基纤维素、胶体植物纤维素:Avicel(RT 1133、LM 310和CM 2159,FMC Biopolymers)、Novagel(RCN-10和RCN-15,FMCBiopolymers)、Bioplus原纤维(一种微纤维化的纤维素,不用于食品应用,AmericanProcess Inc.)和植物纳米纤维素:CelluForce NCC、Arbocel B 600、Arbocel BE 600/30(来自Celluforce Inc.)进行了相同的测试。根据规格页,所有Avicel和Novagel纤维素均已在23,800Rpm下预先活化30分钟。还进行了对照测定,其中未添加稳定剂。还进行了添加了CMC的从未干燥的BC(使用实施例1中所述的方法A、B、C和D进行研磨)的对照。在这种情况下,如实施例3所述,使用I)低剪切分散混合来混合CMC和BC。根据以下等式,通过计算沉降百分比来评估巧克力饮料的稳定性:
稳定性(%)=(具有巧克力的牛奶mL×100)/(总牛奶体积) (1)
稳定性(%)越高,悬浮液越稳定。
这项研究的结果显示在下表和图12中,使用0.15%BC:CMC(其它浓度的测试也进行了类似的观察)。
表5–室温下以0.15%添加的BC:CMC(除非另有说明,否则在低剪切速率下再分散)对巧克力牛奶中可可颗粒的稳定化。
这些结果显示,通过高压均质进行广泛的均质化并且将干燥的材料大量的研磨至粒径<100μm,降低了BC:CMC的稳定作用。使用UT处理经Sammic混合机加工的从未干燥的BC:CMC不会改变其对可可颗粒的稳定作用。然而,在极端的加工条件下,例如HPH 6次通过、干燥并且粉碎至<100μm,UT处理会影响使用BC:CMC实现的可可稳定性。
除Celluforce外,所有胶体植物纤维素和纳米纤维素均对可可颗粒显示出非常低的稳定作用。
在说明书或权利要求书中使用单数形式的要素或特征时,也包括复数形式,反之亦然(如果没有特别排除的话)。例如,术语“多糖”或“所述多糖”也包括复数形式的“多糖”或“所述多糖”,反之亦然。在权利要求书中,除非有相反说明或从上下文中可以明显看出,冠词如“一个”、“一种”和“该”可以表示一个或多于一个。除非有相反说明或从上下文中可以明显看出,如果在给定的产品或方法中存在、采用了或以其它方式相关组成员中的一个、多于一个或全部,则在该组的一个或多个成员之间包括“或”的权利要求书或说明书被视为得到满足。本公开包括这样的实施方式,其中所述组中的恰好一个成员存在于、被用于或以其它方式相关于给定产品或方法。本公开还包括这样的实施方式,其中所述组成员的多于一个或全部存在于、被用于或以其它方式相关于给定产品或方法。
另外,应当理解的是,本公开涵盖所有变型、组合和置换,其中来自一个或多个权利要求或来自说明书相关部分的一个或多个限制、要素、条款、描述性术语等被引入到另一权利要求中。例如,可以将从属于另一权利要求的任何权利要求修改为包括在从属于同一基础权利要求的任何其它权利要求中存在的一个或多个限制。
另外,在权利要求列举了组合物的情况下,应当理解包括了将所述组合物用于任何本文公开的目的的方法,并且包括根据本文公开的任何制备方法制备组合物的方法或本领域已知的其它方法,除非另有说明或除非对本领域普通技术人员显而易见的是会出现矛盾或不一致。
不应以任何方式将本公开局限于所描述的实施方式,并且本领域普通技术人员可以预见其修改的许多可能性。
上述实施方式是可组合的。
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Claims (29)
1.一种粉状配制品,包含
细菌纤维素;和
选自以下列表中的附加组分:羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、黄原胶、甲基纤维素、甲基-纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基-纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基-甲基纤维素、tylose、甘油、蔗糖或它们的混合物;
其中,所述粉状配制品在20℃下使用低剪切混合可分散在水性介质中。
2.根据前述权利要求所述的粉状配制品,其中所述低剪切混合为至多1500rpm,优选至多为1000rpm。
3.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中粉状的所述细菌纤维素在至多10分钟内;优选在至多6分钟内;更优选在至多4分钟内分散在水性介质中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中粉状的所述细菌纤维素在至多2分钟内;优选在至多1分钟内分散在水性介质中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中颗粒包含5-500μm的尺寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中颗粒包含80-400μm,更优选100-300μm的尺寸。
7.根据前述权利要求5-6中任一项所述的粉状配制品,其中所述颗粒的D50为50-300μm,优选所述颗粒的D50为80-250μm,更优选所述颗粒的D50为100-200μm。
8.根据前述权利要求5所述的粉状配制品,其中所述颗粒的D50为10-90μm,优选所述颗粒的D50为20-80μm,更优选所述颗粒的D50为30-60μm。
9.根据前述权利要求5所述的粉状配制品,其中所述细菌纤维素在至多2分钟内分散在水性介质中,并且其中所述颗粒包含5-100μm;更优选为10-60μm的尺寸。
10.根据前述权利要求所述的粉状配制品,其中所述细菌纤维素与所述附加组分的质量比为1:5至1:0.2,优选1:2至1:0.5。
11.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中所述附加组分为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素和黄原胶、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素、以及羧甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素、或它们的混合物。
12.根据前述权利要求中任一项所述的粉状配制品,其中粉状的所述细菌纤维素从以下列表中的细菌获得:醋杆菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter)、固氮菌属(Azotobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、沙门氏菌属(Salmonella)、埃希氏杆菌属(Escherichia)、八联球菌属(Sarcina)、驹形杆菌属(Komagataeibacter)或它们的组合,优选粉状的所述细菌纤维素从以下列表中的细菌获得:醋杆菌属、驹形杆菌属、葡糖醋杆菌属或它们的组合。
13.一种湿细菌纤维素配制品,包含:
5-70%(wt./v)细菌纤维素,
其中所述细菌纤维素分散成束;
其中细菌纤维素束的尺寸为20μm至2mm。
14.根据前述权利要求所述的湿细菌纤维素,其中细菌纤维素束的尺寸为20μm至2mm。
15.根据前述权利要求所述的湿细菌纤维素,其中细菌纤维素束的尺寸为200μm至1mm。
16.根据权利要求16所述的湿细菌纤维素,其中细菌纤维素束的尺寸为20-400μm,优选30-200μm。
17.根据前述权利要求14-17中任一项所述的湿细菌纤维素,包含5-40%(wt./v)的细菌纤维素固体。
18.根据前述权利要求所述的湿细菌纤维素,包含10-30%(wt./v)的细菌纤维素固体。
19.根据前述权利要求14-19中任一项所述的湿细菌纤维素,其中所述细菌纤维素从以下列表中的细菌获得:醋杆菌属、土壤杆菌属、葡糖醋杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属、沙门氏菌属、埃希氏杆菌属、八联球菌属、驹形杆菌属或它们的组合,优选粉状的所述细菌纤维素是从以下列表中的细菌获得:醋杆菌属、驹形杆菌属、葡糖醋杆菌属或它们的组合。
20.前述权利要求中任一项所述的粉状细菌纤维素配制品作为胶体稳定剂、泡沫稳定剂或作为增稠剂的用途。
21.前述权利要求中任一项所述的粉状细菌纤维素配制品或湿细菌纤维素作为增强剂材料的用途。
22.一种药物组合物或化妆品组合物,包含至少一种活性成分和作为赋形剂的根据前述权利要求中任一项所述的粉状细菌纤维素或湿细菌纤维素。
23.一种膳食纤维或食品,包含有效量根据前述权利要求中任一项所述的粉状细菌纤维素或湿细菌纤维素。
24.一种复合材料,包含有效量根据前述权利要求中任一项所述的细菌纤维素粉状配制品或湿细菌纤维素。
25.一种用于生产前述权利要求1-13中任一项所述的细菌纤维素粉状配制品的方法,包括下列步骤:
提供尺寸为20μm至2mm,优选100μm至1.5mm,更优选200μm至1mm的研磨的细菌纤维素束的水性悬浮液;
在20-80℃的温度下添加第三组分;
干燥细菌纤维素直至获得至少60%的固体;
研磨所述细菌纤维素直至获得5-500μm的粒径。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中研磨的细菌纤维素悬浮液中细菌纤维素的浓度为0.3-10%(wt./v)。
27.根据前述权利要求26-27所述的方法,其中研磨的细菌纤维素悬浮液中细菌纤维素的浓度为0.5-5%(wt./v)。
28.一种用于生产湿细菌纤维素配制品的方法,包括下列步骤:
提供在水中尺寸为20μm至2mm,优选100μm至1.5mm,更优选200μm至1mm的研磨的细菌纤维素悬浮液;
浓缩在水中的所述研磨的细菌纤维素悬浮液直至浓度为10-70%(wt./v),优选15-30%(wt./v)。
29.根据前述权利要求所述的方法,其中均质化细菌纤维素悬浮液的步骤包含湿粉碎。
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