FI71169B - Utfaellning av xantangummi - Google Patents

Description

1 71169

Ksantaanikumin säestäminen Tämä keksintö koskee ksantaanikumin taiteenottamista saostamalla.

5 Ksantaanikumi on anioninen, solun ulkopuolella muo dostuva polysakkaridi, jota syntyy Xanthomonas campestris-bakteerin sekä muiden Xanthomonas-suvun bakteerien aikaansaaman hiilihydraattien fermentaation tuloksena. Kumia valmistetaan teollisuusmittakaavassa, ja sitä käytetään 10 sakeutusaineena elintarvikkeissa ja viskositeetin säätely- aineena öljyn sekundaarisessa talteenotossa.

Ksantaania tuottavan mikro-organismin jatkuvan tai panosmaisen fermentoimistoiminnan tuloksena saadaan viskoosi lihaliemi tai mallasuuteliuos, joka sisältää halu-15 tun kumin. Ksantaanikumin talteenottamiseksi lihaliemestä on tarjolla erilaisia menetelmiä saostamisen ollessa niistä selvästi yleisin.

Menetelmiin ksantaanikumin saostamiseksi vesipitoisista liuoksista kuuluu: saostaminen sellaista orgaanista 20 liuotinta käyttäen, joka ei liuota ksantaanikumia, esimer kiksi lisäämällä asetonia, metanolia tai isopropanolia; polymeerin kalsium- tai muun kaksiarvoisen metallin suolan saostaminen emäksisessä pH:ssa; polymeerin alumiini-suolan saostaminen happamassa pH:ssa; tai saostaminen poly-25 meerin kvaternaarisena ammoniumsuolana.

Edullisin menetelmä ksantaanikumin talteenottamiseksi on saostus käyttäen lihaliemeen lisättynä noin 45 - 60 paino-% atseotrooppista isopropanolia. Tällä tavalla saadaan ksantaanikumi sitten lihaliemessä jo olevien 30 kationien suolana. Näin ollen tyypillinen ksantaanikumi- tuote on pääasiallisesti kaliumin ja natriumin seossuola.

Saostumisen aikaansaamiseen tarvittavan isopropanoli-määrän pienentämiseksi on ehdotettu kalium- tai natrium-kloridin lisäämistä isopropanolin mukana. Tätä ehdotusta 35 ei ilmeisesti kuitenkaan ole sovellettu käytäntöön, mahdol lisesti siksi, että kloridi-ioni on syövyttävä tavanomai- 2 71169 sessa, ruostumattomasta teräksestä valmistetussa laitteistossa käytettäessä, ja atseotrooppinen isopropanoli ilman lisättyä elektrolyyttiä on edelleen ollut käytetyin saostusaine.

5 Tämä keksintö koskee nyt ksantaanikumin talteenotto- menetelmää, jossa kaksiarvoisen kationin suolaa ja orgaanista liuotinta lisätään ksantaanikumiliuokseen kumin saos-tamiseksi.

Tässä menetelmässä kaksiarvoisia kationia lisätään 10 sellainen määrä, joka itsessään ei riitä saostamaan kumia vallitsevassa pHrssa, lämpötilassa ja muissa olosuhteissa. Vastaavasti orgaanista, ksantaanikumia liuottamat.onta liuotinta lisätään sellainen määrä, joka itsessään ei riitä saostamaan koko ksantaanikumimäärää vallitsevissa olosuh-15 teissä. Kuitenkin yhdessä vaikuttaen kaksiarvoiset kationit ja orgaaninen liuotin voivat saada aikaan kumin kutakuinkin täydellisen saostumisen helposti käsiteltävänä kovana sakkana.

Tämä keksintö perustuu siis havaintoon, että tehokas 20 ksantaanikumin saostusaine voi koostua yksinään saostuk seen riittämättömästä määrästä kaksiarvoisia kationeja yhdistettynä yksinään saostukseen riittämättömään määrään orgaanista liuotinta.

Edullisia kaksiarvoisia kationeja ovat maa-alkali-25 metalli-ionit, erityisesti kalsiumioni, vaikka muitakin kaksiarvoisia kationeja, esimerkiksi sinkkiä, voidaan käyttää. Ksantaanikumilihaliemi sisältää tavallisesti 1 - 3 % kumia, ja sen pH on 6 - 8; soveltuva, yksinään saostukseen riittämätön määrä kaksiarvoisia kationeja on tavalli-30 sesti sitten 0,005 - 1, edullisesti 0,01 - 0,1 grammaekvi- valenttia/1 (N). Yleisesti ottaen mille ksantaanikumiliuok-selle tahansa soveltuva kaksiarvoisten kationien määrä voidaan selvittää kokeellisesti, esimerkiksi jäljempänä esitettyjen esimerkkien mukaisesti.

35 Tämän menetelmän mukainen edullinen orgaaninen liuotin 3 71169 on isopropanoli, so. propan-2-oli, jota usein merkitään IPA:11a. Soveltuva, yksinään saostukseen riittämätön määrä IPA:a on tavallisesti alle kaksi tilavuusosaa IPA:a yhtä tilavuusosaa kohti liuosta; 0,8 - 1,8 tilavuusosaa yhtä ti-5 lavuusosaa kohti on edullinen suhde. Nämä suhdeluvut il moitetaan siihen perustuen, että IPA on laadultaan teknillinen IPA:n vesiliuos, joka sisältää noin 82 paino-% IPA:a. Muitakin IPA-laatuja, mukaan lukien 100-%:inen IPA, voidaan käyttää, kunhan mainittuihin tilavuussuhdelukuihin tehdään 10 asianmukaiset muutokset.

Laimennuksessa käytettävän orgaanisen liuottimen ei tarvitse olla IPA. Tässä menetelmässä voidaan esimerkiksi käyttää metanolia tai muita alkanoleja tai asetonia tai muita ketoneja. Näitä liuottimia voidaan nyt käyttää ko.

15 tarkoituksiin yksinään saostukseen riittämättöminä määrinä liuotin:lihaliemi-suhteen ollessa tavallisesti 2:1 tai pienempi.

Käytännössä kaksiarvoiset kationit lisätään tavallisesti ksantaanikumiliuokseen ennen isopropanolia. Edulli-20 sesti liuos sisältää 1 - 3 % kumia, ja se on tavallisesti fermentoitunut lihaliemi. Haluttaessa liuokselle voidaan suorittaa kuumennuskäsittely ennen niitä vaiheita, jotka muodostavat tämän keksinnön mukaisen talteenottomenetelmän, niiden aikana tai niiden jälkeen. Kuumennuskäsittelyt 25 parantavat tavallisesti ksantaanikumituotetta, mutta kuumen- nuskäsittelyllä ennen keksinnön mukaista talteenottoproses-sia tai sen jälkeen voidaan saavuttaa se lisäetu, että tarvittava orgaanisen liuottimen määrä edelleen pienenee. Soveltuviin kuumennuskäsittelyihin kuuluu esimerkiksi liuok-30 sen pitäminen 100 - 130°C:ssa 1-15 minuuttia, sanokaamme noin 125°C:ssa noin 2 minuuttia.

Tätä menetelmää käyttäen saostettu kumi voidaan erottaa tavanomaisella tavalla, esimerkiksi dekantoimalla, ja käsitellä edelleen halutulla tavalla, esimerkiksi ylimää-35 räisen liuottimen poistamiseksi kumista ja/tai rakeisuuden parantamiseksi.

4 71169 Tätä menetelmää käyttäen on mahdollista saada ksantaanikumi tehokkaasti talteen käyttäen vähemmän orgaanista liuotinta, kuin olisi tarpeen ilman kaksiarvoisten kationien lisäämistä liuokseen. Sitä paitsi orgaanista 5 liuotinta käytetään vähemmän kuin siinä tapauksessa, että lisätään natrium- tai kaliumkloridia tai jotakin muuta yksiarvoista kationilähdettä.

Tätä keksintöä valaistaan seuraavin esimerkein.

Esimerkeissä käytettiin seuraavanlaista koejärjes- 10 telyä: Käytettiin taulukon 1 mukaista väliainetta A tai B käyttäen suoritetun laboratoriofermentaation tuloksena saatua 2,5 - 3-%:ista ksantaanikumilihalientä joko ennen kuu-mennuskäsittelyä (NHT) tai 2 minuuttia kestäneen, 125°C:ssa 15 suoritetun kuumennuskäsittelyn jälkeen (HT).

Taulukko 1 - väliaineiden koostumus

Ioni Väliaine A Väliaine B

(alhainen fosfaatti- (alhainen sitraatti- 20 pitoisuus)__pitoisuus)_ __ekviv ./1__ekviv ./1__ H+ 1,131 x 10~2 5,710 x 10-3 NH4+ 2,906 x 10~2 2,905 x 10~2 K+ 5,601 x 10'4 1,117 x 10-2 25 Mg2+ 3,431 x 10~3 3,266 x 10~3

Ca2+ 7,006 x 10-4 7,006 x 10-4 OH- 4,181 x 10"3 3,408 x 10-3 S042“ 5,601 x 10-4 5,582 x 10-4 30 HP042_ 2,906 x 10-2 4,023 x 10"2 sitraatti3| 1,131 x 10 2_ 5,710 x 10 3 5 71169

Lisättiin kasvavia tilavuusmääriä erilaisten suolojen, CaiNO-j^» MgSC>4, Na2S04# Al(N03)3, IM liuoksia sarjaan, joka koostui 250 ml:n dekantterilaseissa olleista 50 g:n liha-liemimääristä, ja sekoitettiin hyvin käyttäen nopeasti 5 pyörivää sekoitinta. Kukin lihalieminäyte titrattiin sitten hyvin sekoittaen 99 paino-%:isella isopropanolilla, joka oli 250 ml:n byretissä, siihen pisteeseen asti, jolloin syntyi kova saostuma.

Havaitut titraustulokset esitettiin graafisesti 10 kuvaajalla, joka esitti IPA-pitoisuutta painoprosentteina vedessä lisätyn kationin normaalisuuden logaritmin funktiona; kyseessä on normaalisuus lihaliemessä ennen alkoholin lisäämistä. Laskettu 82-%risen IPA:n ja lihaliemen suhde (v/v) esitetään eri asteikolla (jolloin lisätyn suolaliuoksen 15 tilavuus ei sisälly lihaliemen tilavuuteen).

Esimerkit 1 ja 2

Kuva 1 esittää seuraavia käyriä: (El) NHT-lihaliemi (väliaine A) + Ca(N03)2 (E2) NHT-lihaliemi (väliaine B) + Ca(NC>3)2 20 Tuloksista näkyy, että kummankin NHT-lihaliemen saostamiseen tarvittava IPA-määrä laskee hyvin jyrkästi lihaliemeen lisätyn Ca(N03)9-konsentraation kasvaessa -2 —g ·* z 2 x 10 N:sta 2 x 10 N:een (so. 2,36 g/l:sta 23,6 g/l:aan Ca (NC>3) 2 · 4H2O: a tai 1,64 g/l:sta 16,4 g/l:aan vedetöntä 25 Ca(N03) 2^=0. Tämän selventämiseksi laskettiin polyanionin normaalisuus perustuen polymeerikonsentraatioon 25 - 30 g/1, pyruvylaatioasteeseen x = 0,66 ja seuraavan kaavan avulla saatuun polyanionin ekvivalenttipainoon: 30 polyanionin ekvivalenttipaino = + -^x 1 + x -2

Laskettu normaalisuus osuu 4,5 x 10 N:n 3a _ 2 5,5 x 10 N:n välille, mikä sattuu käyrän lineaarisesti laskevan osan keskelle.

35 Käyrät näyttävät kääntyvän kulkemaan vaakasuoraan 6 71169 lisätyn CaiNO^^sn konsentraation kasvaessa (yli 2 x 10 ^N) , mikä osoittaa pysyvää minimi-IPA-pitoisuutta, joka tarvitaan kumin saostamiseksi lisäämättä uudelleen suolaa.

Esimerkit 3 - 5 ja vertailuesimerkki 1 5 Kuva 2 esittää seuraavia käyriä: (E3) NHT-lihaliemi (väliaine A) + CaiNO^^ (E4) NHT-lihaliemi (väliaine A) + MgSC>4 (E5) HT-lihaliemi (väliaine A) + Ca(NO^)2 (CEl) HT-lihaliemi (väliaine A) + Na2S04 10 joissa "E" ja "CE" tarkoittavat esimerkkiä ja vertailuesi- merkkiä, vastaavasti.

Tärkeimmät kuvan 2 kiinnostavista yksityiskohdista ovat seuraavat: (a) Ksantaanilihaliemi vaatii kuumennuskäsittelyn 15 jälkeen vähemmän IPA:a saostamiseen.

(b) Verrattaessa kahta kuumennuskäsiteltyä liha-lientä (E5) ja (CEl) havaitaan kaksiarvoista metalli-ionia, kalsiumia, käyttäen saatu poikkeuksellinen parannus yksiarvoiseen metalli-ioniin, natriumiin verrattuna. Esimerkiksi 20 pitoisuuden ollessa 0,3N kalsiumia käytettäessä tarvitaan noin 0,7-kertainen tilavuus IPA:a, kun taas natriumia käytettäessä tarvitaan noin 1,05-kertainen tilavuus IPA:a.

(c) CaiNO^^ laskee saostamiseen tarvittavaa IPA-määrää tehokkaammin kuin Na2SC>4. Tämä ei koske ainoastaan 25 IPA-määrän laskua lisätyn suolan konsentraatioyksikköä kohden, vaan myös IPA:n suurin mahdollinen säästö on suurempi CaiNO^^59· käytettäessä. Viimeksi mainittu havainto saattaa johtua siitä, että Na2S04 ylittää liukoisuus-rajansa IPA-vesi-seoksiin, ennen kuin saavutetaan IPA-määrän 30 maksimivähennykseen tarvittava konsentraatio. Kuumennus- käsiteltyyn lihaliemeen lisättävän CaiNO^^111 optimipitoi-suus on 1,82 x 10 ^N, joka on 3,3 - 4-kertainen polyanionin normaalisuuteen nähden.

(d) MgSO^rn vaikutus näyttää olevan CaiNO^^111 ja 35 Na2S04:n vaikutuksen välillä.

7 71169

Esimerkki 6 NHT-lihaliemi (väliaine A) tehtiin 10 ^N-iseksi CaiNO^^111 suhteen, ja sen jälkeen se kuumennuskäsiteltiin. Tämän lihaliemen saostamiseen tarvittava IPA-määrä lisätyn 5 Ca(N03)2:n kokonaismäärän funktiona (ennen ja jälkeen kuu- mennuskäsittelyn) esitetään kuvassa 3 vertailuna vastaavat tulokset, jotka on saatu systeemille HT-lihaliemi + CaUslO^^· Tuloksista käy ilmi, että pienen Ca (N03) 2~rnäärän lisäämisellä ennen lihaliemen kuumennuskäsittelyä ei ole mi- 2+ 10 taan erityistä vaikutusta Ca -ionien ionisidosvoimakkuuden lisääntymiseen. IPA-määrän ja lisätyn suolan määrän riippuvuutta esittävän käyrän muoto säilyy jokseenkin samanlaisena kuin, jos koko suolamäärä lisätään kuumennuskäsittelyn jälkeen.

15 Vertailuesimerkki 2

Ai(NOj)^-lisäystä tutkittiin käyttäen NHT-liha-lientä (väliaine B), joka oli Al^+:n suhteen 0,143N.

Tässä tapauksessa saatiin hyvin viskoosi ja tahmea seos jo ennen alkoholin lisäämistä. Alkoholikonsentraation 20 saavuttaessa niinkin alhaisen arvon kuin 33,5 paino-% ve dessä muodostui kirkkaita, melko lasimaisia hiutaleita, mutta ne eivät kovettuneet helposti käsiteltäväksi saostumaksi edelleen IPA:a lisättäessä.

Esimerkit 7 - 9 ja vertailuesimerkit 3-5 25 Edellisten kuvien tapaan kuva 4 esittää seuraavia käyriä: (E7) HT-lihaliemi + 3N Ca(OAc)2 (E8) HT-lihaliemi + 5N Ca(N03)2·4H20 (E9) HT-lihaliemi + 5N MgS04.5H2o 30 (CE3) HT-lihaliemi + IN K2SC>4 (CE4) HT-lihaliemi + 2N Na2S04 (CE5) HT-lihaliemi + 5N Al2(S04)3.16H20 Voidaan todeta mm. seuraavat yksityiskohdat: (a) Kalsiumsuolat johtavat parhaaseen IPA-määrän 35 laskuun, ja nitraatti on parempi kuin asetaatti.

β 71169 (b) Kalium- ja natriumsuolat ovat vaikutukseltaan kaksiarvoisten ja kolmiarvoisten suolojen välillä.

(c) Kaikki muut paitsi kalsiumsuolat johtavat ei-kuitumaisiin saostumiin.

5 (d) Magnesium laskee IPA-määrää eniten pienehköinä pitoisuuksina, ennen kuin käyrät häviävät.

(e) Sekä Ca(NC>3)2- että Ca(OAc)2~käyrä alkavat laskea jyrkästi suhteellisen korkeissa konsentraatioissa muihin metallikationeihin verrattuna. Niinpä MgSQ4 on hyvä valinta, 10 jos tarvitaan vain pieni IPA-määrän lasku.

Claims (8)

71169

1. Menetelmä ksantaanikumin saostamiseksi vesipitoisesta luoksesta, tunnettu siitä, että mainittuun 5 liuokseen lisätään vaikuttava määrä saostusainetta, joka käsittää yksinään saostukseen riittämättömän määrän kaksiarvoisia kationeja ja yksistään saostukseen riittämättömän määrän orgaanista liuotinta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -10 n e t t u siitä, että vesipitoinen liuos on ksantaanikumin mallasuuteliuos, kaksiarvoiset kationit maa-alkalimetalli-ioneja ja orgaaninen liuotin alkanoli tai ketoni.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuotin on isopropanoli, metanoli tai 15 asetoni.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maa-alkalimetallikationit ovat kalsium-tai magnesiumioneja.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että mallasuuteliuos sisältää 1 - 3 % ksan- taanikumia ja että sen pH on 6 - 8, ja että orgaaninen liuotin on isopropanoli, ja että kaksiarvoisia kationeja on läsnä 0,005 - 1 (edullisesti 0,01 - 0,1) grammaekvivalenttia/litra.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n - 25. e t t u siitä, että liuottimien ja mallasuuteliuoksen tilavuuksien suhde on 0,8 - 1,8:1, kun liuottimena on 82-painopro-senttinen IPA, ja alle 2:1, kun liuottimena on metanoli tai asetoni.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että se käsittää lisäksi mainitun liuoksen kuumennuskäsittelyn.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumennuskäsittely suoritetaan ennen mainitun saostusaineen lisäämistä tai lisäyksen aikana, ja 35 että kuumennuskäsittelyssä mainittua liuosta pidetään 100 - 130°C:ssa 1-15 minuuttia, edullisesti 125°C:ssa 2 minuuttia.