CZ287861B6

CZ287861B6 - Gel-forming process or increase of aqueous medium viscosity

Info

Publication number: CZ287861B6
Application number: CZ1997205A
Authority: CZ
Inventors: Gitte Budolfsen; Hans Peter Heldt-Hansen
Original assignee: Novozymes As
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2001-02-14
Also published as: CA2195640A1; FI970274A0; WO1996003440A1; CA2195640C; ES2155523T3; FI970274A; DE69519852T2; EP0750641B1; US6232101B1; EP0750641A1; FI114987B; CZ20597A3; AU3074595A; PT750641E; HUT77999A; ATE198604T1; DE69519852D1; BR9508350A; HU220197B; JPH10502962A

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká způsobu gelovatění nebo zvýšeni viskozity vodného prostředí, které obsahuje polymemí gelovatelné materiály se substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami, gelovitého produktu a sušeného nebo dehydratovaného gelovitého produktu.

Dosavadní stav techniky

Některé pektiny, např. pektin z cukrové řepy a pektin ze špenátu, stejně jako hemicelulózové materiály z některých obilovin, např. pšenice a kukuřice, jsou do jistého rozsahu substituovány substituenty, odvozenými od některých karboxylových kyselin (normálně substituovaných skořicových kyselin) obsahujících fenolické hydroxylové skupiny. Sloučeniny tohoto typu jsou často z důvodu vhodnosti a stručnosti označovány zjednodušeně jako „fenolické polysacharidy“.

Četné přirozeně se vyskytující fenolické polysacharidy shora uvedeného typu jsou relativně levně snadno dostupné a je o nich prokázáno, že jsou fyziologicky bezpečné, pokud jde o jejich požívání a kontakt s lidmi a zvířaty. Tyto fenolické polysacharidy mají četné aplikace, týkající se jejich schopnosti za jistých podmínek podléhat gelovatění nebo zvyšovat viskozitu. Mezi oblasti aplikace výsledných gelovitých nebo viskózních produktů patří, ale nejsou na ně omezeny, následující oblasti:

Potravinářské aplikace - v potravinářství se používají jako zahušťovací a/nebo stabilizační činidla u šťáv, omáček, zákusků, polev, zmrzlin apod., jako ztužovací činidla u marmelád, džemů, gelů apod., jako činidlo regulující viskozitu u ochucovacích extraktů a podobně.

Při lékařských nebo léčivých aplikacích se používají jako materiály pro tobolky pro léčivé přípravky, jako ředidla s pomalým uvolňováním pro dodávání léčivých přípravků (např. orální, anální nebo vaginální) a jako materiál pro obvazování ran nebo popálenin.

Při zemědělských nebo zahradnických aplikacích se používají jako ředidla s pomalým uvolňováním pro dodávání pesticidů (tj. jako biologické zásobníky) a jako média pro pěstování rostlin.

Oxidativní zesíťování fenolických polysacharidů rostlinného původu (s výsledným gelovatěním) je popsáno např. ve francouzském patentu 2 545 101, spisu WO 93/10158 a J. F. Thibaultem a spol.: „The Chemistry and Technology of Pectin“, kapitola 7., str. 119, Academie Press, 1991.

Zesíťování fenolických polysacharidů se může dosáhnout čistě chemickou modifikací silnými oxidačními činidly, jako je např. persíran [jak je to popsáno J. F. Thibaultem a spol. (viz výše) v souvislosti s gelovatěním řepných pektinůj.

Pokud jde o enzymem katalyzované postupy, J. F. Thibault a spol. (viz výše) popisují také gelovatění řepných pektinů s použitím kombinace peroxidázy s peroxidem vodíku. Podobně spis WO 93/10158 popisuje gelovatění vodného hemicelulózového materiálu, obsahujícího fenolické substituenty (např. substituenty, odvozené od „kyseliny ferulové“, tj. 4-hydroxy-3-methoxyskořicové kyseliny; nezdá se, že je zřetelně stanoveno, jestli „kyselina ferulová“ obsahuje cis nebo trans izomemí formu nebo obě) použitím oxidačního systému, který obsahuje peroxid (jako je peroxid vodíku) a „oxygenázy“ (s výhodou peroxidázy).

Francouzská patentová přihláška Al 2 545 101 popisuje způsob modifikace (včetně gelovatění) řepného pektinu, zahrnujícího použití „oxidačního systému obsahujícího alespoň oxidační činidlo a enzym, pro který je příslušné oxidační činidlo substrátem“. Jedinými typy oxidačního činidla

-1 CZ 287861 B6 a enzymu, které jsou specifikovány a/nebo pro které jsou uvedeny pracovní příklady, jsou peroxid vodíku a peroxidázy.

Dokumenty, které jsou stručně shora uvedeny, popisují, mimo jiné, použití výsledných modifikovaných/gelovitých materiálů pro lékařské/léčivé účely, v kosmetických přípravcích a/nebo v potravinách. Není však žádoucí ani působení peroxidu ani chemická modifikace u takových látek, o nichž se předpokládá, že budou požívány (např. látek pro použití v potravinách), nebo že se budou používat tak, že dojde k více nebo méně prodlouženému kontaktu nebo k přiblížení se do těsné blízkosti s kůží nebo mukózními membránami. Tato působení ve skutečnosti nejsou v mnoha zemích dovolena. Jak bude zřejmé ze shora uvedené diskuse, zdá se, že chybí opravdové uvědomění si možnosti vyhnout se těmto nežádoucím působením. Předmětem předloženého vynálezu je poskytnout alternativu k existujícím způsobům.

Podstata vynálezu

Překvapivě bylo zjištěno, že gelovatění nebo zvýšení viskozity vodných gelovatelných polymerních materiálů, které mají substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami, zvláště fenolické polysacharidy, lze dosáhnout velmi uspokojivě jednoduchým přidáním příslušného množství lakázy do vodného prostředí. Lakázy využívají kyslík, velice vhodně kyslík z atmosféry, jako oxidační činidlo. Ve způsobu podle předloženého vynálezu lze tedy odstranit použití nežádoucích reakčních činidel, jako jsou peroxidy.

Lakázy jsou méně silné oxidační promotory než např. peroxidázy. Je tedy překvapující, že gelovatění a/nebo zvýšení viskozity podle vynálezu lze dosáhnout v nepřítomnosti silného oxidačního peroxidového činidla. Jak bylo shora uvedeno, lakázou katalyzovaná oxidace zahrnuje kyslík. Spotřeba kyslíku ve způsobu podle vynálezu vede k možnosti využití tohoto způsobu takovým způsobem, kteiý je výhodný z hlediska zvýšení skladovatelnosti, např. potravin nebo léčivých produktů, při takové výrobě, při které je použit způsob podle vynálezu, protože spotřebou kyslíku původně přítomného v zatavením balení potravin nebo v podobném obalu, se sníží možnost oxidační degradace zabalených obsahů.

Předmětem tohoto vynálezu je tudíž způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí. Podstata tohoto způsobuje v tom, že se používá vodné prostředí obsahující gelovatelný polymerní materiál, kteiý má substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami, přičemž se k vodnému prostředí přidá účinné množství lakázy.

Při jednom provedení způsobu podle vynálezu se jako gelovatelný polymemí materiál používá polysacharid, který má substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami.

S výhodou se používá gelovatelný polymemí materiál, zejména polysacharid, v němž fenolické substituenty jsou substituovány esterovými skupinami kyseliny skořicové.

Jako polysacharidový materiál se používá arabinoxylan nebo pektinový materiál.

Používá se arabinoxylan získávaný z obilí.

S výhodou se používá arabinoxylan získávaný z pšenice nebo kukuřice.

Arabinoxylan se extrahuje z mouky nebo otrub.

Pektinový materiál se získává z členu čeledi Chenopodiceae.

Nebo se pektinový materiál získává z cukrovky.

-2CZ 287861 B6

Pektinový materiál se extrahuje z dřeně cukrovky.

Na pektinový materiál se působí slabou kyselinou a/nebo arabinofuranosidázou.

Používá se gelovatelný polymemí materiál obsahující alespoň dva polysacharidy s fenolickými substituenty, s výhodou substituovanými esterovými skupinami kyseliny skořicové.

Používá se gelovatelný polymemí materiál, obsahující arabinoxylan, s výhodou obilní arabinoxylan, především pšeničný nebo kukuřičný arabinoxylan, a pektinový materiál, s výhodou řepný pektin.

Lakáza se získává z mikroorganismu, s výhodou z hub.

Lakáza se získává z členu rodu Trametes nebo rodu Myceliophthora.

S výhodou se lakáza získává z Trametes villosa nebo z Myceliophthora thermophila.

Lakáza se používá v množství 0,1 až 100 kLACU na kg gelovatelného polymemího materiálu.

Gelovitý produkt se podrobí sušení nebo dehydrataci.

Tento vynález se tedy týká způsobu způsobujícího gelování nebo zvýšení viskozity vodného prostředí, které obsahuje gelovatelný polymemí materiál, který má substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami. Tento způsob se vyznačuje tím, že se k vodnému prostředí přidá oxidáza, s výhodou lakáza. Jak bylo již shora uvedeno, výhodnými gelovatelnými polymemími materiály podle vynálezu jsou fenolické polysacharidy.

V následujících odstavcích bude popsána tvorba gelu. Předpokládá se, že k tvorbě gelu ve vodném prostředí dochází jako důsledek polymerace zesíťováním fenolických skupin polymemího materiálu typu, o které se jedná (v následujícím textu se na tento materiál často odkazuje jednoduše jako na „fenolický polymer“), převážně tvorbou stabilních fenoxyradikálů z hydroxylovaných aromatických substituentů. Zvýšení zesíťování tímto způsobem eventuálně (normálně po čase od několika minut do až 24 h při teplotě místnosti) vede ke zvětšení trojrozměrné struktury s doprovázejícím gelovatěním.

Daný fenolický polymemí materiál typu, o který se jedná, může být, jestliže je to žádoucí, kopolymerován s jinými monomemími látkami (např. jednoduchými fenoly) nebo polymemími látkami (např. jednoduchými polyfenoly nebo jinými polymemími materiály, které mají příslušné fenolické substituenty, včetně některých proteinů).

Je dobře známo, že fyzikální vlastnosti gelů se velmi liší od vlastností odpovídajících nezgelovatěných roztoků. Fyzikální vlastnosti zgelovatěných produktů a vlastnosti produktu, které jsou způsobeny jeho zahrnutím do gelu, mohou být charakterizovány rozmanitými způsoby.

Jedním takovým způsobem, který je znám jako „analýza struktury“ a který se zde (viz níže) používá v pracovních příkladech, se „pevnost“ nebo tvrdost gelu měří stlačením gelu ve zvoleném rozsahu (jako je 20 %) a zvolenou rychlostí. Zaznamenává se použitá síla jako funkce např. času. Pevnost gelu [která se normálně udává v Newtonech na čtvereční metr (N/m²)] se pak stanoví jako maximální síla na křivce závislosti síly na času.

V další části spisu budou popsány fenolické polymery. Jak bylo shora stručně uvedeno, velmi vhodnými typy fenolických polymerů pro použití ve způsobu podle vynálezu jsou fenolické polysacharidy, jak je zde uvedeno. Fenolické polysacharidy jsou zvláště vhodné tehdy, jestliže je produkt vyrobený podle tohoto způsobu určen pro použití například při výrobě potravin pro

-3CZ 287861 B6 požívání člověkem a/nebo při výrobě potravy pro požívání zvířaty, při výrobě léčivých nebo jiných produktů, určených pro požívání nebo pro externí aplikaci lidem nebo zvířatům.

Jiná velmi zajímavá skupina fenolických polymerů v souvislosti se způsobem a oblastí použitelnosti předloženého vynálezu zhmuje peptidy (polypeptidy) a proteiny, které mají fenolické substituenty. Mezi přirozeně se vyskytující a syntetické polypeptidy a proteiny sfenolickými substituenty patří ty polypeptidy a proteiny, které mají v sekvenci aminokyselin jeden nebo více tyrosinových zbytků.

Jak bylo shora také uvedeno, četné snadno dostupné polymery na bázi polysacharidů přírodního původu (převážně rostlinného původu) obsahují substituenty, které jsou odvozeny od kyseliny skořicové nebo kyseliny benzoové. O těchto látkách bylo prokázáno, že jsou velmi vhodné jako výchozí materiály v souvislosti s tvorbou gelů způsobem podle vynálezu. Navíc je důsledkem jejich snadné biologické obnovitelnosti a degradovatelnosti těchto přirozeně se vyskytujících fenolických polymerů jejich velmi příznivý ekologický vliv.

Mezi některé zvláště zajímavé skupiny těchto látek patří následující skupiny.

Arabinoxylany: Arabínoxylany, obsahující fenolické substituenty odvozené od kyseliny skořicové [např. odvozené od kyseliny ferulové (viz shora)] se získávají z obilovin. Představují skupinu užitečných fenolických polysacharidů. Arabinoxylany obsahují základní skelet [3-1,4-navázaných xylózových jednotek s arabinózovými (α-navázaná arabinofuranóza) vedlejšími větvemi. Tyto fenolické substituenty, přítomné v materiálech, pocházejících od obilovin, jsou na arabinózové skupiny napojeny esterovými vazbami, např. ferulylovými skupinami (často označovanými jako feruloylové), tj. 4-hydroxy-3-methoxy-3-fenyl-2-propen-l-ylovými skupinami. Arabinoxylany, které se nacházejí vendospermu obilovin, mají poměr arabinózy ke xylóze asi 0,6:1 a podléhají degradaci xylanázou.

Heteroxylany: Některé druhy otrub (např. pšeničné otruby a kukuřičné otruby) obsahují fenolické heteroxylany, které jsou daleko více větvené než arabinoxylany a které ve vedlejších větvích mohou - vedle arabinózy - obsahovat galaktózové jednotky a jednotky kyseliny glukuronové [viz např. J. M. Brillourt a J. P. Joseleau: Carbohydr. Res. 159, 109 (1987) a J. M. Brillourt a spol.: J. Agricultur. Food Chem. 30, 21 (1982).]. Tyto heteroxylany jsou částečně rezistentní na degradaci xylanázou. Při čištění těchto heteroxylanů se tedy mohou používat enzymové přípravky, obsahující xylanázu. Heteroxylany, které mají fenolické substituenty na bázi skupin esterů kyseliny skořicové, se mohou z otrub izolovat mírně alkalickou extrakcí, jelikož esterové vazby, kterými jsou tyto substituenty připojeny, jsou relativně stálé v alkalickém prostředí.

Pektiny: Pektiny, získatelné z členů rostlinné čeledi Chenopodiaceae (mezi které patří řepa cukrovka, špenát a řepa burák), obsahují fenolické substituenty odvozené od kyseliny skořicové. Pektiny jsou vyrobeny z „hladkých“ oblastí, založených na lineárním homogalakturonanu, a „vlasatých“ (rozvětvených) oblastí, založených na rhamnogalakturonanovém základním skeletu s vedlejšími větvemi různé délky.

Lineární homogalakturonanová část pektinů je založena na řetězcích 1,4-navázané a-Dgalakturonové kyseliny. Tato polygalakturonová kyselina je do různého stupně methoxylována podle příslušných rostlinných druhů - a dále může být [jako např. v řepném (pod pojmem řepný se v tomto spisu zkráceně rozumí z řepy cukrovky) pektinu] částečně acetylována. Rhamnogalakturonany jsou polysacharidy s více nebo méně pravidelně se střídajícími zbytky rhamnózy a galakturonové kyseliny v základním řetězci. Rhamnogalakturonanový základní řetězec ve vlasaté oblasti pektinů má acetylové skupiny na zbytcích galakturonové kyseliny [viz H. F. Schols: Carbohydr. Res. 206, 117 (1990).]. Postranní větve obsahují oligo- a polysacharidy, jako je arabinan a arabinogalaktan, které jsou navázány na rhamnózu rhamnogalakturonanového řetězce.

-4CZ 287861 B6

Řepný pektin je zvláště bohatý na arabinan. Arabinan obsahuje v základní řetězci β-l,5-navázanou arabinózu s α—(1—>3)— nebo a-(l->2)-navázanými arabinózovými zbytky, zatímco arabinogalaktan obsahuje v základním řetězci |3-l,4-navázanou galaktózu s a-(l->3)- nebo a-(l->2)navázanými arabinózovými zbytky. Ferulylové substituenty jsou navázány na arabinózu a/nebo galaktózu v arabinanových a arabinogalaktanových postranních větvích rhamnogalakturonanové části. Obsah „kyseliny ferulové“ (feruylové) v řepném pektinu závisí na způsobu extrakce, často je však 0,6 % hmotn. [viz F. Guillon a J. F. Thibault: Carbohydrate Polymers 12, 353 (1990).].

Je známo, že řepný pektin, získaný postupem, který vede k částečnému odstranění arabinózových zbytků, které jsou přítomny v řepném pektinu ve formě, v níž se vyskytují např. v dřeni řepy cukrovky, mohou vykazovat zlepšené gelovací vlastnosti. Tak například postupy, které obsahují mírně kyselé zpracování a/nebo zpracování s α-arabinofuranosidázou, zlepší gelovací vlastnosti pektinu [F. Guillon a J. F. Thibault: viz výše.].

Pektinové materiály (tj. pektiny nebo upravené pektiny) shora uvedených typů, zvláště řepné pektiny, patří mezi výhodné typy fenol ických polymerů podle tohoto vynálezu.

Vazby esterů fenolicky substituované kyseliny skořicové se mohou hydrolyzovat esterázami kyseliny ferulové. Enzymy, použité pro čištění polysacharidů, obsahujících substituenty typu kyseliny skořicové, by tedy mohly existovat v podstatě bez aktivity esterázy ferulové kyseliny se specifičností na estery kyseliny ferulové příslušných polysacharidů. Za podmínek nízké aktivity vody bude esteráza kyseliny ferulové katalyzovat tvorbu nových esterových vazeb na sacharidy a může být tedy používána ke zvýšení obsahu esterových zbytků typu esteru fenolických skořicových kyselin (např. ferulylových zbytků) v obilném arabinoxylanu a pektinu z cukrovky (nebo jiných Chenopodiacea) a tedy jejich gelovacích vlastností.

Polysacharidy (a další typy polymerů), které neobsahují fenolické zbytky, užitečné pro dosažení gelovatění, se mohou derivatizovat, aby se staly gelovatelnými. Za podmínek nízké aktivity vody se mohou esterázy kyseliny ferulové používat pro připojení skupin typu esterů kyseliny skořicové (např. skupin esterů kyseliny ferulové) na polymery, jako je pektin, arabinan, galaktan, deriváty celulózy (např. hydroxyethylcelulóza nebo karboxymethylcelulóza), galaktomanany (např. guarová guma, hydroxypropylguartová guma nebo karubová guma), β-glukany, xyloglukany, škrob, derivatizovaný škrob, bakteriální polymery (např. xanthan), polymery z řas (např. alginát nebo karagen) a další polysacharidy nebo jiné polymery s hydroxylovými skupinami.

Esterové vazby na fenolické kyseliny skořicové (nebo jiné fenolické karboxylové kyseliny) se mohou syntetizovat také neenzymatickými způsoby známými odborníkům z oblasti techniky. Polymery, které obsahují kyselé skupiny, jako je pektin a karboxymethylcelulóza, se mohou esterifíkovat polyhydroxylovými fenolickými látkami, např. ferulovým alkoholem, sinapylovým alkoholem nebo deriváty ligninu, aby se získal fenolický polymer se schopností podléhat oxidativnímu gelovatění.

Jak již bylo do jistého rozsahu uvedeno, mezi zvláště zajímavé fenolické substituenty podle předloženého vynálezu patří ty substituenty, které obsahují jednu nebo dvě methoxyskupiny v orto-poloze aromatického kruhu vzhledem k fenolické hydroxylové skupině [jako je tomu v případě např. ferulylových (4-hydroxy-3-methoxy-3-fenyl-2-propen-l-ylových) substituentů], Koncentrace fenolického polymeru (např. fenolického polysacharidů), přítomného ve vodném prostředí používaném ve způsobu podle vynálezu, bude normálně v rozmezí od 0,1 do 10 % hmotn. z hmotnosti média, například v rozmezí od 0,5 do 5 % hmotn. Často je vhodnou koncentrací koncentrace fenolického polymeru v rozmezí 1 až 5 % hmotn.

Další část spisu je věnována enzymům, používaným podle vynálezu. Jak již bylo uvedeno, výhodnými enzymy podle předloženého vynálezu jsou lakázy (EC 1.10.3.2), což jsou oxidázy (tj. enzymy, používající jako akceptor molekulární kyslík), které jsou schopny katalyzovat oxidaci fenolických skupin. Mezi příklady jiných potenciálně užitečných fenol oxidujících oxidáz podle

-5CZ 287861 B6 tohoto vynálezu patří katecholoxidázy (EC 1.10.3.1). V některých případech může být také vhodné použít směsi různých fenol oxidujících oxidáz.

Pro zajištění přiměřeného zásobování kyslíkem pro oxidační reakci bude normálně postačovat kontakt reakční směsi (obsahující fenolický polymer a enzym) s atmosférickým vzduchem, i když za některých podmínek může být výhodné nucené provzdušňování reakční směsi vzduchem nebo možná dokonce v podstatě čistým kyslíkem.

Lakázy jsou získatelné z rozmanitých mikrobiálních zdrojů, zvláště bakterií a hub (včetně vláknitých hub a kvasinek). Mezi vhodné příklady lakáz patří lakázy, které lze získat z kmenů Aspergillus, Neurospora (např. N. crassa), Podospora, Botiytis, Collybia, Fomes, Lentinus, Pleurotus, Trametes [jejichž některé druhy/kmeny jsou známy pod různými jmény a/nebo byly již dříve klasifikovány pod jiným rodem; např. Trametes villosa = T. pinsitus = Polyporus pinsitis (také známy jsou P. pinsitus nebo P. villosus) = Coriolus pinsitus], Polyporus, Rhizoctonia (např. R. solani), Corpinus (např. C. plicatilis), Psatyrella, Myceliophthora (např. M. thermophila), Schytalidium, Phlebia (např. P. radita, viz. spis 0 92/01946) nebo Coriolus (např. C. hirsutus, viz. japonský patent 2-238885).

Výhodná lakáza podle vynálezu je lakáza, získaná z Trametes villosa.

Před přidáním enzymu (např. lakázy) k roztoku, obsahujícímu fenolický (fenolické) výchozí materiál(y), (např. fenolický polysacharid), bude obecně výhodné upravit pH roztoku na hodnotu, která se rovná neboje v blízkosti pH, optimálního pro příslušný enzym.

U lakáz je množství lakázy, která se obvykle používá, obvykle v rozmezí od 0,01 do lOOOkLACU na kg polysacharidu, s výhodou 0,05 až lOOkLACU/kg polysacharidu, typicky v rozmezí 0,1 až 100 kLACU na kg polysacharidu (LACU znamená jednotku aktivity lakázy, jak níže uvedeno; 1 kLACU znamená 1000 LACU).

V tomto odstavci je popsáno stanovení aktivity lakázy (LACU). Aktivita lakázy, jak je zde definována, se stanovuje na základě spektrofotometrických měření oxidace syringaldazinu za aerobních podmínek. Intenzita fialového zabarvení, které vzniká během reakce, se měří při 530 nm. Analytické podmínky měření jsou následující: 19 μΜ syringaldazin, 23,2 mM acetátový pufr, pH 5,5, 30 °C, reakční doba 1 minuta. 1 lakázová jednotka (1 LACU) znamená takové množství enzymu, které za těchto podmínek katalyzuje konverzi 1 μΜ syringaldazinu za minutu.

Jak již bylo shora uvedeno, gelovité produkty nebo produkty se zvýšenou viskozitou, vyrobené podle vynálezu, mají široké použití, např. v potravě a píci, ve farmacii a v zemědělství a v oblasti osobní péče/osobní hygieny.

Zvláště zajímavou a cennou vlastností některých gelovitých produktů („hydrogelů“) vyrobených podle tohoto vynálezu je jejich schopnost, jestliže jsou vysušeny nebo dehydratovány, absorbovat mnohonásobek své hmotnosti kapaliny (zvláště vody nebo vodného prostředí, např. tělesné kapaliny, jako je moč nebo krev). Materiály vykazující tyto absorpční vlastnosti jsou někdy označovány jako „superabsorpční“ materiály.

Původně byla za nejdůležitější vlastnost superabsorpčních materiálů považována celková absorpční kapacita. Následně však byly rozpoznány četné další vlastnosti jako vlastnosti, které mají velkou důležitost. Mezi tyto vlastnosti patří následující: rychlost absorpce, schopnost odolávat tak zvanému blokování gelu (kdy část tohoto absorpčního materiálu se nasytí kapalinou a zabraňuje přístupu další kapaliny do zbývající části absorbujícího materiálu) a absorpce pod tlakem (AUL, tj. schopnost superabsorpčního materiálu absorbovat kapalinu, jestliže je podroben např. tlaku nebo odstředivým silám).

-6CZ 287861 B6

Bylo zjištěno, že některé produkty, které lze získat podle předloženého vynálezu, např. gelovité produkty, vyrobené z pektinových materiálů, jako je cukrovkový pektin, jsou velmi vhodné pro použití jako absorpční materiály shora uvedeného typu. Jako příklady aplikací vlastností spočívajících v absorbování kapalin vysušenými nebo dehydratovanými gelovitými produkty získatelnými podle vynálezu zde mohou být uvedena jejich použití jako absorbentů v dětských plenkách pro jedno použití nebo v dětských plenkách s opakovaným použitím pro kojence nebo pro osoby trpící nezdrženlivostí nebo u dámských hygienických produktů (ručníky, kapesníky, ochrany kalhotek, tampony a podobné).

Vysušení nebo dehydratace gelovitých produktů získatelných podle tohoto vynálezu se může vhodně provádět například jejich vysušením ve vakuu za teploty místnosti nebo za přiměřeně zvýšené teploty (např. teploty až 40 °C). V některých případech může být výhodné pro snížení obsahu vody v gelu před konečným vysušením, například ve vakuu, předběžné zpracování, jako je promytí organickým rozpouštědlem mísitelným s vodou (např. acetonem, ethanolem nebo podobným).

Předložený vynález je dále ilustrován následujícími příklady, které v žádném případě nejsou zamýšleny jako omezení rozsahu nároků vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Gelovatění feruloyl-arabinoxylanu

Gel z extraktu kukuřičných otrub (feruloyl-arabinoxylanový prášek) byl vyroben následujícím způsobem:

Demineralizovaná voda (198 ml) se zahřeje na 90 °C. Z intenzivního míchání se přidá extrakt z kukuřičných otrub (2,00 g, získaný od GBGels Ltd., Wales, Spojené Království). Do 10 ml hliníkových forem se pak nalijí 5 ml podíly výsledného roztoku (teplota 40 °C). Ve třech různých koncentracích se přidá lakáza [Trametes villosa laccase, vyrobená firmou Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Dánsko]: 0,18LACU/g extraktu kukuřičných otrub, l,8LACU/g extraktu kukuřičných otrub a 18 LACU/g extraktu kukuřičných otrub. Byla připravena také kontrola, která obsahuje 18,0 g LACU deaktivované lakázy (deaktivované zahřátím na 85 °C po dobu 15 minut) na g extraktu kukuřičných otrub. Hliníkové formy se vzorky se pokryjí víčkem a nechají se stát za teploty místnosti.

Tvrdost různých gelovitých vzorků se měří následující den analýzou struktury (viz shora) použitím zařízení SMS Textuře Analýze TA-XT2 (stabilní mikrosystémy, XT.RA dimenze, operační manuál verze 37) s plochým kompresním válcem o průměru 20 mm.

Podmínky měření byly následující: % deformace gelu (komprese): 20 %, rychlost deformace (komprese): 2 mm/sek, pH všech vzorků zůstalo neupraveno na 4,9.

Získané výsledky jsou uvedeny níže (průměr ze čtyř měření). Mělo by být poznamenáno, že kvůli jednoduchosti je maximální pevnost pro každý gel uvedena v Newtonech (N) spíše než v N/m², jelikož všechny různé vzorky gelů měly stejnou zesíťovanou plochu.

-7CZ 287861 B6

poměr lakázy k extraktu kukuřičných	pevnost
otrub (LACU/kg)	(N)
0,18	0,20
1,80	0,44
18,0	0,71

Příklad 2

Gelovatění řepného pektinu

Roztoky, které obsahují 1, 2 a 3 % hmotn. pektinového materiálu, byly připraveny rozpuštěním různých množství řepného pektinu [viz F. Guillon a J. F. Thibault: Carbohydr. Polym. 12, 353 ío (1990) (viz výše); α-arabinofuranosidáza vhodná pro tento účel, je získatelná od firmy Megazyme, Austrálie] ve vodném 0,05M NaH₂PO₄ pufru s pH každého roztoku upraveným přidáním 0,5M NaOH na hodnotu 5,5 a upravením konečné koncentrace pektinu každého roztoku přidáním destilované vody. Tyto roztoky byly udržovány ve vodní lázni na stálé teplotě 30 °C.

Ke vzorkům každého roztoku pektinu se přidají různá množství lakázového přípravku [Trametes villosa lakasa vyrobená firmou Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Dánsko] obsahující 275 LACU/g lakázového přípravku. Výsledné roztoky se pak mechanicky míchají do té doby, než dojde ke gelovatění. Gely se pak udržují v termostatu na 30 °C přes noc.

Vzorek každého gelu se promyje tak, že se ponechá vzorek stát 1 až 2 h ve 300 ml destilované vody. Voda se pak odstraní odfiltrováním na ocelovém sítovém filtru. Jednotlivé gely se řádně několikrát promyjí vodou, acetonem (300 ml) a suší se ve vakuové sušicí peci přes noc při 30 °C. Takto vysušené produkty se rozřežou na kousky a rozemelou se na prach v malém laboratorním mlýnu (mlýn Retsch Ultra Centrifugal Milí ZM 1000 s kruhovým sítem 6,0).

Následující tabulka ukazuje různé kombinace koncentrací pektinu a koncentrací lakázy, použité při přípravě každého gelu:

gelč.	koncentrace pektinu (% hmotn.)	koncentrace lakázy (LACU/g pektinu)
1	1	1,0
2	1	7,5
3	2	0,5
4	2	1,0
5	2	7,5
6	2	15
7	2	30
8	3	1,0
9	3	7,5
10	3	15
11	3	30

Volná bobtnací kapacita (FSC, tj. příjem kapaliny gramem vysušeného gelu) a retenční kapacita (RC, tj. retence kapaliny na gram vysušeného gelu) každého z vysušených gelů se stanovuje následujícím způsobem.

FSC: 0,2 g vzorek vysušeného gelu, rozemletého na prach, se umístí do „čajového sáčku“ 35 z jemné nylonové sítě (3,5 x 6 cm). Uzavřený „čajový sáček“ se potom ponoří na 1 h do vodného roztoku, simulujícího lidskou moč, který má následující složení: 60mM KC1, 130mM NaCl, 3,5mM MgCl₂.6 H₂O, 2,0mM CaCl₂.2 H₂O, 300mM močovina, povrchové napětí upraveno na

-8CZ 287861 B6 dyn/cm přidáním Tritonu™ X-100 (Rohm & Haas) [povrchové napětí bylo měřeno přístrojem CAHN Dynamic Contact Angle Analyzer (Cahn Instrument lne.) použitím techniky Wilhelmyho desky].

Nasáknutý „čajový sáček“ s obsahy byl nechán odkapat 2 minuty. FSC příslušného gelu se vypočte podělením hmotnosti (v gramech) kapaliny, absorbované vzorkem gelu v čajovém sáčku počáteční hmotností (0,2 g) vzorku suchého gelu.

RC: Odkapaný „čajový sáček“ se 10 minut odstřeďuje (WIFUG laboratorní odstředivka 500E) 10 při 327 x g. RC příslušného gelu se vypočte podělením hmotnosti (v gramech) absorbované kapaliny, zbývající v čajovém sáčku po odstřeďování počáteční hmotnosti (0,2 g) vzorku suchého gelu.

Výsledky FSC a RC měření pro různé gely jsou uvedeny níže v tabulce. Pro srovnání jsou 15 v tabulce uvedena odpovídající data pro vzorek nezgelovatěného řepného pektinu.

vysušený gel. č.	FSC (g/g)	RC(g/g)
1	12	6
2	17	10
3	19	11
4	21	13
5	20	12
6	19	11
7	19	11
8	20	10
9	20	11
10	19	11
11	18	10
nezgelovatěný pektin	3	♦♦

** vzorek prošel nylonovou sítí „čajového sáčku“.

Ze shora uvedeného je zřejmé, že vysušené gely vyrobené z fenolických polysacharidů, v tomto případě řepného pektinu, způsobem podle vynálezu mohou vykazovat vynikající vlastnosti, pokud jde o absorbování kapaliny a zadržování kapaliny.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí, vyznačující se tím, že vodné prostředí obsahuje gelovatelný polymemí materiál, který má substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami, přičemž se k vodnému prostředí přidá efektivní množství lakázy.
2. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozita vodného prostředí podle nároku l,vyznačuj ící se tím, že se jako gelovatelný polymemí materiál používá polysacharid, který má substituenty s fenolickými hydroxylovými skupinami.
3. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fenolické substituenty znamenají skupiny esterů substituované kyseliny skořicové.
4. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se jako polysacharidový materiál používá arabinoxylan nebo pektinový materiál.
5. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 4, vyznačující se tím, že se arabinoxylan získává z obilí.
6. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 5, vyznačující se tí m, že se jako obilí používá pšenice nebo kukuřice.
7. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že se arabinoxylan extrahuje z mouky nebo otrub.
8. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 4, vyznačují c í se tím, že se pektinový materiál získává z člena čeledi Chenopodiceae.
9. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 8, vyznačující se tím, že se pektinový materiál získává z cukrovky.
10. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 9, vyznačující se tím, že se pektinový materiál extrahuje z dřeně cukrovky.
11. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle některého z nároků 4 a 8 až 10, vyznačující se tím, že se na pektinový materiál působí slabou kyselinou a/nebo arabinofuranosidázou.
12. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 1, vyznačující se tím, že gelovatelný polymemí materiál obsahuje dva nebo více polysacharidů s fenolickými substituenty, s výhodou skupiny esterů substituované kyseliny skořicové.
13. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 12, vyznačují c í se t í m , že gelovatelný polymemí materiál obsahuje arabinoxylan, s výhodou obilní arabinoxylan, výhodněji pšeničný nebo kukuřičný arabinoxylan, a pektinový materiál, s výhodou řepný pektin.
14. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že se lakáza získává z mikroorganismu, s výhodou z hub.

-10CZ 287861 B6
15. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 14, vyznačují c í se t i m, že se lakáza získává z člena rodu Trametes nebo rodu Myceliophthora.
16. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle nároku 15,vyznaču5 jící se t í m , že se lakázazískává zTrametes villosanebo z Myceliophthora thermophila.
17. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že se lakáza používá v množství od 0,1 do 100 kLACU na kg gelovatelného polymemího materiálu.
18. Způsob gelovatění nebo zvýšení viskozity vodného prostředí podle kteréhokoliv z nároků 1 až 17, v y z n a č u j í c í se t í m , že se gelovitý produkt podrobí sušení nebo dehydrataci.