CZ2017228A3 - Směsné mikrostrukturované nebo nanostrukturované materiály pro biologické, veterinární a potravinářské použití a způsob jejich přípravy - Google Patents

Abstract

Zředěné vodné roztoky přírodních biologických polymerů, typicky kolagenu a jeho degradačních produktů, rozpustných bílkovin mléka a vajec, kyseliny hyaluronové, škrobu, agaru, agarosy, pektinu, nebo jejich směsí nebo směsí jejich reakčních produktů, typicky Maillardových, se smísí s roztokem alkalického křemičitanu s výhodou amonného a vysuší se lyofilizací, sprejovým sušením nebo nanozvlákněním za vzniku strukturovaných biopolymerních vatovitých, práškovitých nebo vláknitých materiálů, s molekulárně rozptýleným vázaným oxidem křemičitým, vhodných pro potravinářské, veterinární a biologické použití. Po tepelném nebo chemickém zesíťování a sterilaci jsou materiály vhodné pro kultivace mikrobiálních a živočišných buněk ve vodném prostředí a/nebo jako nosič biologicky a senzoricky aktivních látek a/nebo jako texturní komponenta v potravinách a krmivech.

Description

Směsné mikrostrukturované nebo nanostrukturované materiály pro biologické, veterinární a potravinářské použití a způsob jejich přípravy

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přípravy potravinářsky, veterinárně a biologicky využitelných směsných vláknitých nebo práškovitých materiálů na bázi přírodních biologických polymerů s vázaným oxidem křemičitým nebo křemičitany.

Dosavadní stav techniky

Přírodní biologické polymery, jako jsou kolagen a jeho degradační produkty (rozpustné bílkoviny a peptidy masa), rozpustné bílkoviny a peptidy mléka a vajec, kyselina hyaluronová, škrob a jeho deriváty, agar, agarosa, guar, pektin, aj., jsou součástí běžně konzumovaných potravin a to v podobě přirozených složek potravin nebo v podobě schválených potravinářských aditiv. Jejich vliv na lidský organismus je dobře prozkoumán. Pokud jsou biologicky transformovány v procesu trávení, jsou nejčastěji zdrojem energie nebo stavebních materiálů. Nestravitelné zbytky potravy označované jako vláknina ovlivňují zažívání většinou kladně. Biologické polymery jsou často zodpovědné za charakteristické strukturní a reologické vlastnosti potravin. V moderních potravinářských nebo kosmetických výrobách jsou přírodní nebo chemicky modifikované polymery často využívány též jako aditiva, a to zejména jako zahušťovadla nebo nosiče senzoricky aktivních látek. Nej častěji mají gelovou podobu nebo se využívají ve formě roztoků. Na stejných principech jako lidská výživa je založena i výživa zvířat. Podstatnou součástí krmiv jsou biopolymery a další povolená aditiva. Liší se samozřejmě ve složení i podle druhu zvířete. Největší rozdíl ve srovnání s lidskou výživou je to, že se v některých případech mohou přidávat i hormonální přípravky a přípravky stimulující růst, které jsou v běžné lidské výživě zakázány.

Při zahřívání potravinářských materiálů se v různé míře v závislosti na teplotě a složení uplatňují tzv. reakce neenzymového hnědnutí. Je pro ně typické, že do reakce vstupují aminoskupiny a karbonylové skupiny složek potravin nebo krmiv, které se v různých poměrech vyskytují ve většině z nich. Tyto chemické reakce jinak nazývané jako „Maillardovy“ běžně probíhají při kulinámích úpravách a skladování potravin a vytvářejí z přirozených složek potravin v malém množství mj. nerozpustné a také nestravitelné produkty. Ty se v lidské potravě vyskytují od nepaměti a nejsou v množstvích, ve kterých se objevují v tepelně upravených potravinách, . . . ···· ·· · považovány za škodlivé. V medicínské oblasti jsou tyto reakce, které probíhají i v živých tkáních, častěji popisované jako „neenzymatická glykace“.

Běžnou součástí potravin bývají v dnešní době i nejrůznější aditiva označovaná jako „éčka“, která upravují vlastnosti potravin. Jsou to většinou čisté chemikálie syntetického nebo přírodního původu schválené pro použití v potravinářském průmyslu. Jedním z nich je oxid křemičitý jako potravinářské aditivum E551. Má také značné využití jako sušidlo, materiál zabraňující spékání, filtrační materiál, aj. Hydratovaný gel oxidu křemičitého slouží též jako potravinový doplněk, např. pod názvem „Koloidní křemík“, „Biosil H“, aj. Z hlediska hygienicko-toxikologického je považován za bezpečný materiál. Výjimku tvoří suché jemné částice oxidu křemičitého vzniklé drcením minerálů, které při vdechování způsobují nemoc silikózu. U hydratovaných nebo vázaných forem oxidu křemičitého takové nebezpečí nehrozí.

Je nutno připomenout, že v případě hygienické nezávadnosti látek se vždy musí uvažovat obvykle konzumované množství, neboť nepřiměřená množství i „nezávadných“ komponent mohou vyvolat toxické účinky.

Mikrostrukturované materiály se získávají nejrůznějšími metodami. U citlivých materiálů je v biologických vědách hojně využívána lyofilizace, kdy se vodný roztok zmrazí a při vysokém vakuu se nechá vysublimovat led, čímž dojde k šetrnému a dokonalému vysušení materiálu. V potravinářském průmyslu je také často využíváno sprejové sušení, kdy se při teplotách kolem 100 °C při tryskovém rozprašování roztoku odsává vodní pára a v oddělovacím cyklónu se získává suchý práškovitý materiál.

Pro přípravu nanostrukturovaných materiálů se využívá také řada metod. Pro vytváření vláknitých struktur jsou to nejčastěji postupy založené na zvlákňování roztoků nebo tavenin v nehomogenním elektrickém poli. Využívá se tryskového zvlákňování, odstředivého zvlákňování nebo zvlákňování pomocí elektricky vodivých trnů. Zvlákňování biologických polymerů vyžaduje často poměrně drastické podmínky. Bývá to vysoká koncentrace organické kyseliny, vysoké napětí dosahující až ke 100 kV nebo použití speciálních rozpouštědel. Pro získání koncentrovanějších roztoků ve vodě málo rozpustných biopolymerů (až v desítkách hmotnostních procent) nezbytných pro zvlákňování v nehomogením elektrickém poli se v poslední době s výhodou využívá iontových kapalin. Pro potravinářské materiály lze s výhodou využít „zelených“ či biokompatibilních iontových kapalin založených na biologických složkách, např. na solích cholinu. Nevláknité nanomateriály se často připravují solvolyticky. V případě křemičitých nanočástic to bývá rozkladem organokřemičitých sloučenin nebo roztoků křemičitanu sodného nebo draselného. Z roztoků o koncentraci na hranici své rozpustnosti se vylučují v nejjemnější podobě. Hraničních podmínek se dosahuje nejčastěji zvýšením nebo snížením teploty a/nebo přídavkem s vodou mísitelného organického rozpouštědla k roztoku materiálu, jehož nanočástice se připravují.

Podstata vynálezu

Vynález popisuje materiály, způsob přípravy a použití strukturovaných biokompozitních materiálů vytvořených pomocí křemičitanu amonného a přírodních biopolymerů s využitím chemických změn běžně probíhajících při úpravách potravin. Materiály připravené dle vynálezu jsou navrženy „na míru“ pro potravinářské, veterinární a biologické využití.

V materiálu připraveném podle vynálezu je strukturní komponenta vytvářena křemičitanovými anionty, přidávanými v podobě roztoku křemičitanu amonného o koncentraci 0,1 až 10 % do roztoku biopolymerů a/nebo jejich směsí a/nebo dalších aditiv. V průběhu přípravy se v důsledku zvýšené teploty (vyšší než 40 °C ) a/nebo sníženého pH (nižší než 7) přemění křemičitanové anionty na volnou na molekulární úrovni homogenně rozptýlenou chemicky nestálou kyselinu křemičitou. Během odstraňování vody z reakční směsi se samovolným rozkladem a/nebo samoorganizačními procesy dále přemění nájemně rozptýlený oxid křemičitý, který společně s biopolymery vytváří unikátní mikrostrukturu na molekulární úrovni. Způsobem dle vynálezu se získá biopolymemí kompozitní materiál s vázaným oxidem křemičitým v podobě tak malých částic, že je není možné do směsi pouze přimíchat, jak je to typické pro použití oxidu křemičitého jako potravinářského aditiva E351.

Hlavními složkami reakční směsi jsou biopolymemí komponenty a jejich směsi. Dle vynálezu se tento způsob s výhodou realizuje ve zředěných vodných roztocích biopolymerů, kde koncentrace polymerů a/nebo jejich směsi obvykle nepřesahuje 1 až 2 % hmotnostní a celková koncentrace křemičitanu amonného je ve směsi minimálně lOx nižší. Způsobem dle vynálezu se s výhodou využijí směsi, v nichž je alespoň jedna bílkovinná a jedna polysacharidická složka, čímž jsou vytvořeny předpoklady pro jejich vzájemné v potravinách běžné reakce neenzymového hnědnutí. V případě, kdy původní biopolymery obsahují zdroje karbonylových a aminoskupin, jako jsou např. proteoglykany nebo glykoproteiny, není přídavek jiné reakční komponenty pro tento účel nezbytně nutný.

Volitelnými složkami přidávanými do směsi jsou roztoky dalších běžných složek potravin a povolených potravinářských aditiv. Způsobem dle vynálezu se přídavkem povolených syntetických nebo přírodně identických potravinářských barviv a/nebo přídavkem extraktů z barevného ovoce a/nebo přídavkem ochucovadel připraví barevné mikrostrukturované biomateriály se sladkým, slaným, kyselým hořkým nebo umami charakterem chuti. Pro použití jako ochucovadlo se přidá roztok chloridu sodného, hydrogenglutamanu sodného, kofeinu, chininu, sacharózy, glukózy, invertního cukru, medu, kyseliny citrónové, kyseliny vinné a/nebo výluhy z bylin a koření, roztok rozpustné kávy, čajový nálev, aj.

Do suchého stavu se rozpuštěné reakční směsi převedou lyofilizací, sprejovým sušením a/nebo následnou přípravou nanomateriálu.

Podle vynálezu připravený suchý mikrostrukturovaný biokompozitní materiál na vzduchu ve srovnání s původními složkami téměř nevlhne a je přímo využitelný v lipofilním prostředí jako strukturní složka. Ve vodě se díky jemné struktuře poměrně rychle rozpouští nebo hydrolyzuje. Pro zachování mikrostruktury ve vodném prostředí se s výhodou tepelně zesíťuje zahříváním na teplotu 120 až 200 °C, kdy se interakcí přítomných aminoskupin a karbonylových skupin vytvářejí další vazby typické pro produkty tzv. neenzymového hnědnutí. S výhodou se podle vynálezu ve stejném smyslu (tj. reakce karbonylové skupiny a aminoskupiny) do probíhajících reakcí zapojí také amoniak, uvolněný ze samovolného a/nebo tepelného rozkladu křemičitanu amonného, a to v závislosti na pH prostředí buď jako hydroxid amonný nebo amonná sůl.

Pro získání pevnějších struktur se na stejném principu využije zesíťování chemickými činidly. Pomocí exogenních karbonylových činidel s výhodou glutaraldehydu v množství 0,01 % až 0,1 % z obsahu bílkoviných složek se docílí vzniku dalších kovalentních křížových vazeb, které zabrání hydrolýze materiálu ve vodném prostředí i při zvýšené teplotě do 40 °C, která je vhodná pro kultivace mikroorganismů a buněk, a nebo při teplotě ještě vyšší. Zahříváním ve vodném prostředí na teplotu do 100 °C se ze zesíťovaných struktur připravených podle vynálezu (složených z bílkovinných a polysacharidových složek a vázaného oxidu křemičitého) vytváří chemicky stálá hydratovaná gelovitá struktura, která se rozkládá až při abiotických podmínkách jako je pH velmi nízké (nižší než 2) nebo velmi vysoké (vyšší než 12). Velkou výhodou hydratace a/nebo tepelného a/nebo chemického zesíťování je to, že v případě nanomateriálu se docílí také inaktivace reaktivních nanočástic díky zvětšení molekulárních struktur, které by mohly být hygienickým rizikem právě kvůli svým malým rozměrům.

Nové kovalentní vazby, vytvořené s využitím reakcí neenzymového hnědnutí mezi biopolymery a/nebo s přidanými externími činidly, nejsou rozložitelné enzymovým aparátem živých buněk, a proto je takto upravený biokompozitní materiál s oxidem křemičitým vhodný jako pevný biokompatibilní nosič pro kultivace mikrobiálních nebo živočišných buněk v tekutém médiu, jako nosič enzymů a jako strukturní nestravitelný materiál pro potravinářské a/nebo veterinární využití.

Odstraněním vody pomocí lyofilizace vzniká pevná vatovitá struktura směsného biopolymeru téměř stejného objemu jako původní roztok. To znamená, že při 1 % koncentraci rozpuštěných složek, je minimálně 99 % objemu materiálu vyplněno vzduchem. Výsledkem je mikrostrukturovaný biokompozitní materiál s velkým povrchem a strukturami mikrometrových rozměrů. Tento materiál díky obsahu oxidu křemičitého na vzduchu nevlhne ani se nespéká, čímž se výrazně liší od původních polymemích komponent za srovnatelných podmínek.

Sprejovým sušením se podle vynálezu získá směsný biopolymemí materiál s oxidem křemičitým v podobě jemného prášku, který se nespéká ani výrazně nevlhne.

Vláknité nanostrukturované kompozitní biopolymemí materiály se s výhodou připraví zvlákněním jejich 0,1 až 20 % roztoků nebo tavenin, připravených rozpuštěním lyofilizovaných nebo sprejově sušených materiálů v iontových kapalinách, typicky l-butyl-3methylimidazoliumchloridu při teplotě 80 °C, l-butyl-3-methylimidazoliummravenčanu při teplotě 60 °C nebo l-butyl-3-methylimidazoliumacetátu při teplotě 90 °C. Elektrické napětí je v rozmezí 10 až 80 kV při vzdálenosti elektrod 10 až 25 cm. Pro humánní použití produktu se s výhodou využije k rozpuštění biokompatibilní iontová kapalina 46 % roztok cholinhydroxidu při teplotě 20 °C. Zbytky iontových kapalin se z produktu odstraní promýváním etanolem. V případě, že je konečný produkt zaměřen na veterinární výživu, využije se s výhodou zvlákňování z 80 % roztoku cholinchloridu ve vodě, protože je cholinchlorid využívaný jako povolený potravní doplněk v krmivech a nemusí být nezbytně nutné ho z produktu odstraňovat. Velmi elegantní je využití čistého cholinchloridu ve směsi s močovinou v poměru 1:2, kdy vytváří eutektickou kapalinu s bodem tání kolem 12 °C, což umožňuje zvlákňování rozpustných biokompozitů při laboratorní teplotě bez přídavného vyhřívání.

Zvlákňovací procesy v nehomogenním elektrostatickém poli jsou rušeny elektrickým výbojem vznikajícím kvůli přítomnosti relativně těkavých nízkomolekulámích látek. Mohou to být zbytky ···· ·· -amoniaku nebo amonných solí nebo těkavé produkty reakcí neenzymového hnědnutí. Proto je nutné pro zvlákňovací proces využít lyofilizovaných nebo sprejově sušených produktů, ve kterých je obsah nízkomolekulámích složek minimalizován.

Nevláknité nanostrukturované biokompozitní materiály s oxidem křemičitým se připraví solvolyticky z jejich 0,1 až 2 % roztoků s křemičitanovými ionty v podobě křemičitanu amonného o koncentraci alespoň lOx nižší, a to srážením typicky acetonem, který se přidává postupně za neustálého míchání. Po dosažení koncentrace acetonu 40 až 80 % se směs ponechá minimálně 24 hodin při 4 °C a pak se vzniklá sraženina a zákal odstředí, promyje acetonem a vysuší samovolným odpařením acetonu při 20 °C. Druhý způsob solvolytické přípravy biopolymemích nanomateriálů s oxidem křemičitým využívá zředění koncentrovanějších roztoků v iontových kapalinách vodou. Nejprve se v iontové kapalině mísitelné s vodou rozpustí 0,1 až 20 % strukturovaného biopolymeru připraveného způsobem podle vynálezu a pak se naředí deseti- až stonásobným množstvím vody a/nebo acetonu a ponechá se při 4 °C sedimentovat minimálně jeden den. Vyloučená sraženina nebo zákal se oddělí odstředěním a promyje acetonem. Vysuší se samovolným odpařením acetonu.

Způsobem dle vynálezu, sestávajícím se z výše uvedených kroků, se získají vatovité, vláknité nebo práškové materiály, s unikátní strukturou vytvořenou pomocí oxidu křemičitého samoorganizačními procesy ve zředěných roztocích. Pro potravinářské využití dále obsahují obvyklé složky potravin, a/nebo jejich obvyklé reakční produkty a/nebo povolená potravinářské aditiva, typicky barviva, vitamíny, senzoricky a biologicky aktivní látky. Nesíťované materiály připravené dle vynálezu se využijí jako strukturní materiál do lipofilního prostředí. Pro použití ve vodném prostředí a jako nosiče enzymů nebo buněk se použijí materiály síťované tepelně nebo chemicky.

Po přídavku těchto materiálů do homogenních potravinářských materiálů se tak vytvoří unikátní textura spojená se senzorickými vjemy. Pro veterinární využití dále obsahují antibiotika a/nebo růst podporující látky. Pro biologické využití jsou základní materiály připravené dle vynálezu doplněny dalšími složkami nezbytnými pro kultivaci buněk nebo mikroorganismů a/nebo látkami potlačujícími růst nežádoucích mikroorganismů.

Biokompozitní materiál připravený dle vynálezu z kolagenních materiálů a kyseliny hyaluronové s vázaným molekulárně rozptýleným kysličníkem křemičitým je ve vláknité struktuře vhodný jako nosič enzymů, jako základ umělé kůže a v práškové podobě jako biokompatibilní zásyp pro ošetření povrchově poškozené kůže lidí nebo zvířat.

Příklady provedení vynálezu:

Příklady realizace vynálezu jsou uvedeny pro ilustraci a nikoliv jako omezení příkladů na uvedené případy.

Příklad 1

K devíti hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku želatiny se přidá jeden hmotnostní díl 0,1 % roztoku kyseliny hyaluronové a dva hmotnostní díly 0,5 % roztoku křemičitanu amonného. Směs se zahřeje na 50 °C a po dobu jedné hodiny se udržuje za neustálého míchání na této teplotě. Reakční směs se pak ochladí na 20 °C a vysuší se ve sprejové sušárně nebo se lyofilizuje. Získané pevné produkty se podle zamýšleného účelu využijí přímo a/nebo po sterilaci a/nebo se zesíťují, a to zahříváním na 120 až 200 °C a/nebo chemicky zahříváním v parách formaldehydu nebo glutaraldehydu při 40 až 80 °C po dobu 3 hodin.

Příklad 2

Ve sto hmotnostních dílech destilované vody se při 40 °C rozpustí desetina hmotnostního dílu agarosy a přidají se dva hmotnostní díly 5 % roztoku křemičitanu amonného. Směs se po dobu jedné hodiny udržuje za stálého míchání při teplotě 40 až 50 °C. Roztok se pak ochladí na 20 °C a vysuší se ve sprejové sušárně, nebo se zmrazí a lyofilizuje. Získané pevné produkty se použijí přímo nebo po sterilaci.

Příklad 3

Ve sto hmotnostních dílech destilované vody se při 40 °C rozpustí jeden hmotnostní díl agaru a přidají se dva hmotnostní díly 5 % roztoku křemičitanu amonného. Směs se po dobu jedné hodiny udržuje za neustálého míchání na této teplotě. Roztok se pak ochladí na 20 °C a vysuší se na sprejové sušárně nebo se zmrazí a lyofilizuje. Získané pevné produkty se použijí přímo nebo po sterilaci.

Příklad 4

Ke sto hmotnostním dílům 0,1 % vodného roztoku kolagenu se přidá jeden hmotnostní díl 0,1% roztoku kyseliny hyaluronové a dva hmotnostní díly 5 % roztoku křemičitanu amonného. Směs se zahřeje na 50 °C a po dobu jedné hodiny se udržuje za neustálého míchání na této teplotě. Roztok se pak ochladí na 20 °C a vysuší ve sprejové sušárně, nebo se zmrazí a lyofilizuje. Získané pevné produkty se podle zamýšleného účelu použijí buď přímo nebo po sterilaci nebo se fixují zesíťováním, a to zahříváním na 120 až 200 °C, a nebo chemicky zahříváním na 40 až 80 °C v parách formaldehydu nebo glutaraldehydu.

Příklad 5

Ke sto hmotnostním dílům 0,1 % vodného roztoku kaseinátu sodného se přidá desetina hmotnostního dílu medu a po rozpuštění se přidají dvě desetiny hmotnostního dílu 5% roztoku křemičitanu amonného a směs se zbaví vody sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 6

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku pektinu se přidá jeden hmotnostní borůvkové šťávy a jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a směs se zbaví vody sprejovým sušením nebo lyofilizací .

Příklad 7

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku želatiny se přidá deset hmotnostních dílů 1 % roztoku inulinu a jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a směs se hodinu vaří, pak se ochladí na 20 °C, a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 8

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku kolagenu se přidá deset hmotnostních dílů 1 % roztoku inulinu a jeden díl 0,1 % roztoku formaldehydu. Směs se hodinu vaří, pak se ochladí, přidá se 1 hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 9

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku syrovátky se přidá deset hmotnostních dílů 1 % roztoku agaru a jeden díl 0,1 % roztoku formaldehydu. Směs se hodinu vaří, pak se ochladí 20 °C, přidá se jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 10

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku syrovátky se přidá deset hmotnostních dílů 1 % roztoku pektinu a jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a reakční směs se zahřívá po dobu jedné hodiny na 60 °C, pak se ochladí na 20 °C a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 11

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vývaru ze sušených jedlých hub, ze kterého byly odstředěním odstraněny nerozpustné části, se přidá jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného a směs se zahřívá po dobu jedné hodiny na 60 °C, pak se ochladí na 20 °C a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 12

Ke sto hmotnostním dílům vývaru připraveného z pěti hmotnostních dílů vepřových kůží a sto hmotnostních dílů vody se přidají dva hmotnostní díly 5 % roztoku křemičitanu amonného a směs se zahřívá po dobu jedné hodiny na 60 °C, pak se ochladí na 20 °C a vysuší se sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 13

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku pektinu se přidá jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu amonného, deset dílů 10 % roztoku sacharosy, jeden díl 1 % roztoku kyseliny citrónové (E330) a směs se zbaví vody sprejovým sušením nebo lyofílizaci.

Příklad 14

K ochlazeným roztokům reakčních směsí v Příkladech 1 až 13 se přidá jeden hmotnostní díl 0,01 až 0,1 % roztoku přírodně identického barviva El00, El01, El20, El40, E141, El50, El60a, El60b, El60c, E160d, El61b, El62, El63 a/nebo syntetického potravinářského barviva El02, E104, El 10, E122, E123, E124, E127, E129, E131, E132, E133, E142, E151, E154, E155, E180 a roztok se zbaví vody sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 15

K ochlazeným roztokům reakčních směsí v Příkladech 1 až 12 se přidá jeden hmotnostní díl 0,1 % roztoku konzervantu E200 (kyseliny sorbové) a směs se vysuší sprejovým sušením nebo lyofilizací.

Příklad 16

Ke sto hmotnostním dílům 1 % vodného roztoku vaječného bílku se přidá jeden hmotnostní díl 5 % roztoku křemičitanu sodného, jeden hmotnostní díl 5 % L-glutamanu sodného (E621) a jeden hmotnostní díl 1 % chloridu sodného a směs se zbaví vody sprejovým sušením nebo lyofilizací a zesíťuje se zahříváním na 100 °C po dobu 15 minut.

Příklad 17

Jeden hmotnostní díl lyofilizovaného nebo sprejově sušeného materiálu připraveného podle Příkladů 1, 4, 5, 7 a 10 až 12 se při 20 °C smísí se čtyřiceti hmotnostními díly 50 % vodného roztoku l-butyl-3-methylimidazoliumchloridu a směs se zahřívá za neustálého míchání na 80 °C až se pevný materiál rozpustí. U silně zesíťovaného produktu to může trvat i několik desítek hodin. Pak se teplota zvýší na 110 °C a udržuje se po dobu než dojde k odpaření vody a objem směsi se zmenší na polovinu. Získaný roztok (tavenina) se zvlákňuje při teplotě 85 °C s trnovou elektrodou při elektrickém napětí 30 až 80 kV a vzdáleností elektrod 10 až 25 cm.

Příklad 18

Jeden díl lyofilizovaného nebo sprejově sušeného materiálu připraveného podle Příkladů 2, 3, 6 a 8 se rozpustí při teplotě 20 °C ve dvaceti dílech 46 % vodném roztoku cholinhydroxidu a zvlákňuje se tryskovou metodou při elektrickém napětí 10 až 80 kV a vzdáleností elektrod 10 až 25 cm.

Příklad 19

Jeden hmotností díl cholinchloridu se smísí se dvěma hmotnostními díly močoviny a třemi hmotnostními díly vody. Směs se míchá až do úplného rozpuštění všech složek. Pak se do roztoku přidá polovina hmotnostního dílu lyofilizovaného nebo sprejově sušeného produktu připraveného podle Příkladů 1, 4, 5, 7, 8 a 12. Směs se za neustálého míchání zahřívá na 50 °C až do rozpuštění přidaného produktu. Pokud po rozpuštění vznikne zákal zvýší se teplota na 100 °C a odpaří se část vody až do vyjasnění roztoku. Pak se roztok ochladí na 25 °C a zvlákňuje se pomocí trnové elektrody při elektrickém napětí 30 až 80 kV a vzdáleností elektrod 10 až 25 cm.

Příklad 20

Jeden objemový díl roztoků biopolymerů připravených podle Příkladu 19 se za neustálého míchání naředí stonásobným objemem 50 % roztoku acetonu ve vodě. Směs se ochladí na 4 °C a

ponechá se sedimentovat při této teplotě tři dny. Pak se dekantací nebo odstředěním oddělí sraženina, promyje se acetonem a ponechá se usušit samovolným odpařením acetonu.

Příklad 21

Ke sto hmotnostním dílům 0,1 % vodného roztoku kolagenu se přidá jeden hmotnostní díl 0,1 % roztoku kyseliny hyaluronové a dva hmotnostní díly 5 % roztoku křemičitanu amonného. Směs se zahřeje na 50 °C a po dobu jedné hodiny se udržuje za neustálého míchání na této teplotě. Roztok se pak ochladí na 20 °C a za neustálého míchání se postupně přidá stejný objem acetonu. Pak se směs ochladí na na 4 °C a ponechá se sedimentovat při této teplotě tri dny. Pak se odstředí, sraženina se promyje acetonem a usuší se samovolným odpařením acetonu.

Příklad 22

Jeden hmotnostní díl barevného lyofilizovaného biokompozitního materiálu připraveného podle Příkladu 14 se přidá do padesáti až dvěstěnásobného množství roztaveného ztuženého tuku a směs se ponechá ztuhnout při 4 °C.

Příklad 23

Jeden hmotnostní díl lyofilizovaného biokompozitního materiálu připraveného podle Příkladu 16 se smísí se stonásobným přebytkem roztaveného sádla a ponechá se samovolně ztuhnout při 4 °C

Příklad 24

Jeden hmotnostní díl sprejově sušeného biokompozitního materiálu připraveného podle Příkladů 11 a 13 se smísí se stonásobným přebytkem jogurtu a ochladí se na 4 °C.

Příklad 25

Sprejově sušený biokompozitní materiál připravený podle Příkladu 4 se použije samostatně nebo v poměru jedna ku jedné jako přísada do zásypu na ošetření vlhké nebo poškozené kůže.

Příklad 26

Pro kultivaci živočišných buněk se jeden hmotnostní díl chemicky síťovaného lyofilizovaného materiálu připraveného podle Příkladu 1 upraveného do podoby nanovláken podle Příkladu 19 steriluje autoklávováním při teplotě 120 °C a tlaku 101,5 kPa po dobu 23 minut, pak se promyje stonásobným množstvím sterilního fosfátového pufru a po jeho odstranění se přidá dvěstěnásobné množství sterilního kultivačního média MEM. Pak se přidá stonásobné množství suspenze myších embryonálních fibroblastů o koncentraci 50 000 buněk v mililitru a v inkubátoru se kultivuje při 37 °C v atmosféře s 5 % oxidu uhličitého a 95 % vlhkosti po dobu 72 hodin. Pak jsou buňky na biopolymemím nosiči dvakrát promyty stonásobným množstvím fosfátového pufru předehřátým na 37 °C. Následně se buňky fixují čerstvě připraveným 4 % roztokem formaldehydu ve fosfátovém pufru při teplotě 37 °C po dobu 20 minut bez přístupu světla. Po obarvení F-aktinu buněk roztokem faloidinu konjugovaného s barvivém Atto-488 o koncentraci jeden mikrogram v mililitru, a jader buněk 4',6-diamino-2-fenylindolem (dilaktát DAPI o koncentraci půl mikrogramu na mililitr) ve fosfátovém pufru po 20 minutách při laboratorní teplotě bez přístupu světla, se vzorky buněk kultivovaných na strukturovaném nosiči po dvojnásobném promytí fosfátovým pufrem mikroskopují.

Příklad 27

Pro využití jako nosiče enzymů se jeden objemový díl chemicky síťovaného lyofílizovaného materiálu připraveného podle Příkladu 1 smísí s jedním objemovým dílem 0,1% roztoku syřidla Lactochym, zmrazí se na teplotu -45 °C a vysuší se lyofilizací. Pro srážení sýra se jeden objemový díl lyofílizovaného materiálu se syřidlem doplní jedním objemovým dílem mléka zahřátého na 30 °C a ponechá se jednu hodinu srážet.

Průmyslová využitelnost:

Kompozitní materiál připravený podle vynálezu je využitelný v potravinářské a veterinární oblasti jako speciální zahušťovadlo a strukturní materiál, jako nosič senzoricky a biologicky aktivních látek a jako materiál pro biodegradabilní a/nebo konzumovatelné obalové materiály. V biologické oblasti může být základním materiálem pro studium kultivace živočišných nebo mikrobiálních buněk na pevném podkladu a pro přípravu zásypů a obvazových materiálů, a jako základ „umělé“ kůže.

Claims (9)

1. Patentové nároky

   1. Biokompozitní strukturní materiály pro potravinářské, veterinární a biologické využití vyznačující se tím, že obsahují biopolymery a/nebo jejich směsi a/nebo jejich reakční produkty s molekulárně rozptýleným oxidem křemičitým a/nebo dále obsahující přírodně identická a syntetická potravinářská barviva, jako např. E100, E101, E120, E140, E141, E150, E160a, E160b, E160c, E160d, Elólb, E162, E163, E102, E104, El 10, E122, E123, E124, E127, E129, E131, E132, E133, E142, E151, E154, E155, E180, a/nebo ochucující látky, jako např. sůl, cukr, kyselinu citrónovou, kyselinu vinnou, hydrogenglutaman sodný, kofein, chinin, a/nebo dále obsahující extrakty z koření, bylin, hub nebo kvasnic, jako např. mátový čaj, odvar z majoránky, a/nebo dále syřidla, např. chlorid vápenatý, a/nebo dále obsahující konzervační látky, jako např. kyselinu benzoovou, sorban draselný, a/nebo dále obsahující ve vodě rozpustné vitamíny, a/nebo dále obsahující antibiotika, jako např. kyselinu acetylsalicylovou, penicilínová antibiotika, sulfonamidy, a/nebo obsahující biologicky aktivní látky např. enzymy.
2. 2. Způsob přípravy strukturovaných kompozitních biologických polymerů podle nároku 1 vyznačující se tím, že se 0,01 % až 5 % roztok biopolymeru a/nebo směsi biopolymerů a/nebo reakční směs biopolymerů smísí v poměru 10:1 až 100:1 s0,l % až 10 % roztokem křemičitanu amonného a vysuší se pomocí lyofilizace nebo sprejového sušení a/nebo přípravou nanomateriálu solvolyticky srážením acetonem nebo pomocí elektrospiningových postupů za vzniku pevného homogenního jemně strukturovaného materiálu s vázaným molekulárně rozptýleným oxidem křemičitým.
3. 3. Způsob přípravy biokompozitních materiálů podle nároku 2 vyznačující se tím, že se do reakční směsi použije na jeden díl bílkovinného biopolymeru 0,01 % až 0,1 % síťovacího činidla, typicky glutaraldehydu.
4. 4. Způsob přípravy biokompozitních materiálů podle nároku 2 a 3 vyznačující se tím, že se zesíťuje v pevném stavu zahříváním na 100 °C - 200 °C po dobu 0,5 až 2 hodiny nebo zahříváním v parách formaldehydu nebo glutaraldehydu na 40 °C až 180 °C po dobu 0,5 až 8 hodin.
5. 5. Způsob využití biokompozitních materiálů připravených podle nároku 1 až 2 vyznačující se tím, že se použijí jako textumí a/nebo ochucující komponenta do lipofilních materiálů, typicky ztuženého tuku nebo sádla, v hmotnostím poměru 1:50 až 1:100.
6. 6. Způsob využití biokompozitních materiálů připravených podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že se použijí jako textumí a/nebo ochucující komponenta do mléčných výrobků, typicky jogurtu, tvarohu nebo másla, a želé v hmotnostním poměru 1:50 až 1:200.
7. 7. Způsob využití biokompozitních materiálů připravených podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že se práškový materiál použije jako zásyp a/nebo přísada do zásypu na ošetření poškozené kůže.
8. 8. Způsob využití biokompozitních materiálů připravených podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že se na jeden díl sterilovaného materiálu použije 20 až 500 dílů suspenze buněk v živném médiu o koncentraci 10000 až 60000 buněk v mililitru a kultivuje se při teplotě 20 až 45 °C po dobu 24 až 200 hodin.
9. 9. Způsob využití biokompozitních materiálů připravených podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že se využijí jako nosiče enzymů.