HU220197B

HU220197B - Eljárás fenolpolimerek viszkozitásának növelésére vagy gélezésére lakkáz enzimmel

Info

Publication number: HU220197B
Application number: HU9700237A
Authority: HU
Inventors: Gitte Budolfsen; Hans Peter Heldt-Hansen
Original assignee: Novozymes A/S
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2001-11-28
Also published as: CZ20597A3; DE69519852T2; PT750641E; FI970274A; US6232101B1; EP0750641B1; ES2155523T3; JPH10502962A; AU3074595A; FI970274A0; BR9508350A; CZ287861B6; FI114987B; WO1996003440A1; DE69519852D1; EP0750641A1; HUT77999A; CA2195640C; CA2195640A1; ATE198604T1

Description

A jelen találmány tárgya fenolos hidroxicsoportokkal ellátott szubsztituensekkel rendelkező gélesíthető polimereket tartalmazó vizes közeg viszkozitásának növelésére vagy gélezésére szolgáló eljárás.

A pektinek bizonyos fajtái, például a cukorrépából és parajból (spenótból) származók éppúgy, mint bizonyos gabonafélékből, például búzából és kukoricából kivont hemicellulóz anyagok bizonyos mértékben fenol-hidroxi-csoportokat tartalmazó karbonsavszármazékokkal (rendszerint fahéj savakkal) helyettesítettek. Az ilyen típusú vegyületeket a szakirodalom gyakran az egyszerűség kedvéért csak tömören fenolpoliszacharidoknak nevezi, így azokra a leírás további részeiben mi is így hivatkozunk.

Számos a fentiekben meghatározott típusú, természetes eredetű fenolpoliszacharid rövid úton és viszonylag olcsón előállítható, valamint tekintetbe véve azt, hogy az emberekkel és állatokkal való érintkezése és azok emésztőszerveibe való bejuttatása élettani szempontból ártalmatlan. Ezeknek a poliszacharidoknak számos felhasználási területe van adott körülmények között megmutatkozó gélező, illetve viszkozitásnövelő tulajdonságuknál fogva. Az alkalmazás révén kapott gélezett vagy viszkózus termékek felhasználási területeit az alábbiakban soroljuk fel, mindamellett megjegyezzük, hogy a felsorolás nem jelenti az oltalmi kör korlátozását.

Élelmiszeripari alkalmazások: Sűrűsítőszerként és/vagy stabilizálószerként alkalmazható mártásokban, szószokban, pecsenyelevekben, szaftokban, desszertekben, díszítésekben, fagylaltokban és ehhez hasonlókban; kocsonyásítószerként lekvárokban, dzsemekben, zselékben és ehhez hasonlókban; viszkozitásbeállító szerként ízesítőkivonatokban és ehhez hasonlókban.

Orvosi/gyógyszerészeti alkalmazások: gyógyszerek kapszulázásában, elnyújtott hatóanyag-kibocsátású gyógyszerkészítményekben (például szájon át, végbélen át vagy hüvelyen keresztül adható készítmények esetében) gyógyszerhordozóként; sebre vagy égési felületre alkalmazott anyagként.

Mezőgazdasági/kertészeti alkalmazások: lassú hatóanyag-kibocsátású vivőanyag peszticid felvitelre (azaz biokonténer céljára), növényi kultúrák közegeként.

A növényi eredetű fenolpoliszacharidok oxidatív térhálósítása (és ennek eredményeként gélesítése) szerepel például a 2 545 101 lajstromszámú francia szabadalmi leírásban, a WO 93/10158 közzétételi számú nemzetközi szabadalmi bejelentésben és a J.-F. Thibault és társai által kiadott a The Chemistry and Technology of Pectin, Academic Press 1991, Chapter 7, pp. 119-133. publikációban.

A fenolpoliszacharidok térhálósítása elvégezhető olyan erős oxidálószerek, mint például a perszulfát felhasználásával tisztán kémiai módosítással, amint azt J.F. Thibault és társai (lásd a fenti irodalmi helyen) a cukorrépapektinek gélezésével kapcsolatban ismertetik.

Az enzim által katalizált eljárások vonatkozásában J.-F. Thibault és társai (lásd a fenti irodalmi helyen) publikációjában az szerepel, hogy a cukorrépapektinek gélezését peroxidáz és hidrogén-peroxid kombinációjának felhasználásával hajtják végre. Hasonlóképpen írja le a fenol szubsztituenseket [például „ferulsav”-ból (azaz 4-hidroxi-3-metoxi-fahéjsavból) származó szubsztituenseket; az azonban nincs világosan kifejtve, vajon a „ferulsav” cisz vagy transz izomer formájú vagy a fogalom felöleli mindkettőt] tartalmazó vizes hemicellulóz anyag gélezését a WO 93/10158 közzétételi számú nemzetközi szabadalmi bejelentés is, mely szerint peroxidból, például hidrogén-peroxidból és valamely „oxigenáz” (előnyösen peroxidáz) enzimből álló oxidáló rendszert alkalmaznak.

A 2 545 101 Al lajstromszámú francia szabadalmi leírásban olyan cukorrépapektin-módosítási eljárást ismertetnek (a módosításnak a gélesítés is része), amelynek során „legalább egy oxidálószerből és egy olyan enzimből álló oxidáló rendszert alkalmaznak, amely enzimnek a szóban forgó oxidálószer a szubsztrátuma”. Mindamellett a leírásban ismertetett és/vagy a kiviteli példákban szereplő egyetlen oxidálószer a hidrogénperoxid és az egyetlen enzimtípus a peroxidázenzim.

A fentiekben ismertetett irodalmi hivatkozások az eljárás eredményeként kapott módosított, azaz gélesített anyagoknak többek között orvosi/gyógyszerészeti célú alkalmazását, kozmetikai szerekben és/vagy élelmiszerekben történő felhasználását említik. Mindamellett a fogyasztásra szánt vegyületek (például élelmiszerekben található vegyületek) esetében vagy az olyan alkalmazási területeken felhasználásra kerülő vegyületek esetében, ahol többé kevésbé hosszantartó érintkezésre kerül sor a bőrrel vagy nyálkahártyákkal vagy ez utóbbiak közvetlen közelébe jutnak - peroxiddal kezelt vagy a kémiailag módosított vegyületek alkalmazása nem kívánatos, sőt vannak országok, ahol az ilyen jellegű kezelési eljárások tulajdonképpen nem is engedélyezettek. Ahogyan az a fenti gondolatmenetből is nyilvánvalóan következik, úgy látszik mindezidáig nem sikerült elkerülni az ilyen nemkívánatos kémiai kezelési módszereket. A jelen találmány célkitűzése az, hogy a létező eljárásoknak megfelelő alternatívát nyújtson.

Meglepő módon azt találtuk, hogy a fenolos hidroxicsoportokat, nevezetesen a fenolpoliszacharidokat tartalmazó vizes gélesíthető polimerek gélezése vagy viszkozitásának növelése igen kiemelkedő eredménnyel végezhető el valamely oxidáz típusú (lásd lentebb) enzim, előnyösen lakkáz, megfelelő mennyiségben történő egyszerű hozzáadásával. A lakkázok oxidálószerként oxigént - gyakorlati kivitelezés szempontjából igen előnyös módon a levegőből származó oxigént - használnak fel és ily módon olyan nemkívánatos reagensek, mint például a peroxidázok alkalmazása a jelen találmány szerinti eljárással elkerülhetővé válik.

A lakkázok kevésbé erős oxidációs promotorok, mint például a peroxidázok, és ezért annál meglepőbb, hogy a jelen találmány tárgyát képező gélező- és/vagy viszkozitásnövelő eljárás az erőteljesen oxidáló peroxid reagens nélkül hajtható végre.

Ahogyan azt már a fentiekben is említettük a lakkáz által katalizált oxidáció oxigénfelvétellel jár és a jelen találmány szerinti eljárás oxigénfelhasználása elvezet az eljárásban rejlő lehetőségek és előnyök kiaknázásához. A jelen találmány szerinti előállítási eljárással ka2

HU 220 197 Β pott termékek, például az élelmiszerek vagy gyógyszerkészítmények esetében az oxigénfelhasználás már előre lezajlik a zárt élelmiszercsomagban vagy ehhez hasonlóban, amely csökkenti a csomagolás tartalma oxidatív degradációjának a lehetőségét és ez a meghosszabbodó eltarthatósági idő szempontjából előnyös.

Ennek megfelelően a jelen találmány tárgya fenolos hidroxicsoportokat tartalmazó szubsztituensekkel rendelkező gélesíthető polimert tartalmazó vizes közeg viszkozitásának növelésére vagy gélezésére szolgáló eljárás, amelynek során az oldathoz valamely oxidázenzimet, előnyösen lakkázenzimet adunk. Ahogyan azt már az előzőekben is megjegyeztük ebben az esetben a gélezhető polimerek közül a fenolpoliszacharidok előnyösek.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy vizes közegben a gélképződést a kérdéses polimertípus (a továbbiakban csak egyszerűen fenolpolimerként fogunk hivatkozni rá) fenolcsoportjainak egyidejű térhálósításával zajló polimerizációja eredményezi, amikor is vélhetően a hidroxilezett aromás helyettesítőkből stabil fenoxigyökök képződésére kerül sor. Az ily módon végrehajtott térhálósítás előrehaladtával (rendszerint legalább néhány perc és legfeljebb körülbelül 24 óra időtartam alatt szobahőmérsékleten zajló folyamat), a háromdimenziós, térhálós szerkezet az azt kísérő gélesedéssel a teljes anyagra kiterjed.

Az adott szóban forgó fenolpolimer alapanyag kívánt esetben egyéb monomervegyületekkel (például egyszerű fenolokkal) vagy polimeranyagokkal (például egyszerű polifenolokkal) vagy más egyéb megfelelő fenolos szubsztituensekkel rendelkező polimerekkel, ideértve bizonyos proteineket is - kopolimerizálható.

Jól ismert, hogy a gélek fizikai tulajdonságai nagymértékben különböznek a megfelelő nem gélezett oldatok tulajdonságaitól. A gélezett termékek fizikai tulajdonságai és a gélt magában foglaló termék kialakuló sajátosságait módszerek és technikák egész sorával meghatározhatjuk.

Ezeknek a technikáknak az egyike, amely „Szerkezet Analízis” néven vált ismertté és amely a leírás kiviteli példájában is alkalmazásra kerül (lásd az alábbiakban). Az eljárás során a gél „szilárdságát” vagy keménységét méijük a gél kiválasztott mértékű (így például 20%-os) összenyomásával és egy kiválasztott aránynál az idő függvényében mérjük a kifejtett erőhatás nagyságát. A szilárdságot (amelyet rendszerint N/m²-ben adunk meg) ezután az erő-idő görbe csúcspontjában olvassuk le.

Ahogyan azt röviden már a fentiekben is kifejtettük a találmány szerinti eljárás céljára igazán megfelelő fenolpolimer típusok az alábbiakban következő meghatározás szerinti fenolpoliszacharidok. A fenolpoliszacharidok különösképpen megfelelnek a találmány céljára, amikor az eljárással kialakított termékek például emberi fogyasztásra vagy állatok táplálására szolgáló élelmiszerek, illetve takarmányok készítése során kerülnek alkalmazásra, illetve gyógyszerkészítmények, terápiás készítmények vagy egyéb, a tápcsatornán keresztül szervezetbe juttatott vagy külsőleg alkalmazott humán vagy állatgyógyászati készítményekbe kerülnek be.

A jelen találmány szerinti megoldás alkalmazási területével és magával az eljárással összefüggésben a fenolpolimerek egy másik érdekes és releváns csoportjait a peptidek (polipeptidek) és fenolos szubsztituenseket tartalmazó proteinek képezik. A vonatkozó természetes eredetű és szintetikus (poli)peptidek, valamint a fenolos szubsztituenseket tartalmazó proteinek az aminosav szekvenciában egy vagy több tirozingyököt tartalmaznak.

Amint azt a fentiekben ugyancsak említettük, számos természetes eredetű (túlnyomórészt növényi eredetű) könnyen hozzáférhető poliszacharidalapú polimer fahéjsavból vagy benzoesavból származtatott szubsztituenseket tartalmaz, és ezek az anyagok kiválóan megfelelnek a találmány szerinti eljárással végrehajtott gélképzés során kiindulási anyagokként. Továbbá azok gyors biológiai megújulása és lebomlóképessége következtében ezek a természetben előforduló fenolpolimerek nagymértékben környezetbarát anyagok.

A vegyületek találmány szempontjából különösen lényeges csoportjai sorába az alábbiak tartoznak:

Arabinoxilánok: A fenolpoliszacharidok találmány céljára alkalmas osztályát képeik a fahéjsavból származtatható fenolos szubsztituenseket tartalmazó arabinoxilánok, melyek gabonafélékből nyerhetők ki. Az arabinoxilánok egy P-l,4-kapcsolódású xilózvázból állnak, melyhez arabinóz (α-kapcsolódású arabinofuranóz) oldalláncok kapcsolódnak. A gabonafélékből származó anyagokban jelenlévő fenolos szubsztituensek észterkötéssel kapcsolódnak az arabinózcsoportokhoz, például ferulilkötést (amelyet gyakran feruloilnak is neveznek), azaz 4-hidroxi-3-metoxi-cinnamil kötést alkotva. A xilanázenzim által indukált degradációra érzékeny arabinoxilánok a gabonafélék endospermiumában (magfehérje) találhatók, melyekben az arabinóz: xilóz tömegarány körülbelül 0,6:1 közötti.

Heteroxilánok: A korpa bizonyos típusai (például a búzakorpa és a kukoricakorpa) tartalmaznak olyan fenolos heteroxilánokat, amelyek molekulaszerkezetüket tekintve sokkal elágazóbb láncúak, mint az arabinoxalánok és amelyek - az arabinózzal együtt - galaktóz és glükuronsav egységeket tartalmaznak az oldalláncokban, ahogyan azt J.-M. Brillourt és J.-P. Joseleau a Carbohidr. Rés. 159 (1987) 109-126. irodalmi helyen., valamint J.-M. Brillourt és társai a J. Agricultur. Food Chem. 30 (1982) 21-27. irodalmi helyeken ismertetik. Ezek a heteroxilánok különösen ellenállóak a xilanázenzim degradációs hatásának és valamely xilanáztartalmú enzimkészítmény ezért alkalmazható ezeknek a heteroxilánoknak a tisztítási eljárásában. A fahéjsav-észter alapú fenolos szubsztituensekkel rendelkező heteroxilánok korpából enyhe alkálilúgos extrakcióval nyerhetők ki, mivel az észtercsoportok, amelyeken keresztül a szubsztituensek is megkötődnek, viszonylag ellenállóak az alkáliákkal szemben.

Pektinek: A Chenopodiaceae növénycsalád (melybe a cukorrépa, a spenót és a takarmányrépa tartozik) tagjaiból nyerhető pektinek fahéjsavból származó fenolszubsztituenseket tartalmaznak. Ezek a pektinek lineáris homogalacturonan alapú „sima” tartományokból és

HU 220 197 Β különböző hosszúságú oldalláncokkal rendelkező rhamnogalacturonan váz alapú „bolyhos” (elágazó) tartományokból épülnek fel.

A pektinmolekulák lineáris homogalacturonan része 1,4-kapcsolódású α-D-galakturonsav-láncra épül és ez a poligalacturonsav különböző mértékben metoxilezett a szóban forgó növényfajtától függően - továbbá (ahogyan például a cukorrépapektin esetében is) részlegesen acilezett lehet. A rhamnogalacturonanok alapláncában többé-kevésbé szabályosan rhamnóz és galacturonsavgyökök váltakoznak. A pektinek bolyhos tartományát képező rhamnogalacturonan lánc galacturonsav gyökeihez acetilcsoportok kapcsolódnak, ahogyan azt H. A. Schols a Carbohidr. Rés. 206 (1990) 117-129. irodalmi helyen is ismerteti. Az elágazó oldalláncok olyan oligoés poliszacharidokból állnak, mint például az arabinan és az arabinogalactan, amelyek a rhamnogalacturonan lánc részét képező rhamnózhoz kapcsolódnak.

A cukorrépapektin különösen gazdag arabinanban. Az arabinan β-1,5- kapcsolódású arabinóz alaplánccal rendelkezik, amelyhez a-(l->3)- vagy a-(l->2)- kapcsolódású arabinózgyökök kapcsolódnak, míg ellenben az arabinogalactan β-1,4- kapcsolódású galaktóz alapláncból áll, amelyhez a-(l->3)- vagy a-(l->2)- kapcsolódású arabinózgyökök kapcsolódnak. A ferulil szubsztituensek a rhamnogalacturonan molekularész arabinan és arabinogalactan oldalláncaiban az arabinózhoz és/vagy a galaktózhoz kapcsolódnak. A „ferulsav” (ferulil) a cukorrépapektin összetevője és az extrakciós eljárástól függően annak mennyisége gyakran eléri a körülbelüli 0,6 tömeg%-ot is. Ezt ismerteti F. Guillon és J.-F. Thibault a Carbohidrát Polymers 12 (1990) 353-374. irodalmi helyen.

Szakember számára jól ismert, hogy az olyan eljárással kapott cukorrépapektin, amely az arabinózgyökök részleges eltávolítását eredményezi, fokozott gélesedési tulajdonságokat mutat. A pektin arabinózgyökei a répanövényben eredeti alkotórészként megtalálhatók, például a répa húsában fordulnak elő. Ily módon tehát, például gyenge savas kezelést és/vagy a-arabinofúranozidázos kezelést magában foglaló eljárásokkal a pektin gélesedési tulajdonságai javíthatók. [Lásd a fentiekben hivatkozott F. Guillon és J.-F. Thibault cikket],

A fentiekben hivatkozott típusokba tartozó pektin alapanyagok (azaz pektinek vagy módosított pektinek) - nevezetesen a cukorrépapektinek - a jelen találmány szerinti megoldás kapcsán szóba jöhető fenolpolimer típusok között előnyösek.

A fenolos helyettesített fahéjsavészter-oldalláncok ferulsav-észteráz enzimmel hidrolizálhatók. A fahéjsav szubsztituenseket tartalmazó poliszacharidok tisztításához alkalmazott enzimeknek ezért lényegében a szóban forgó poliszacharodok ferulsav-észtereire specifikus ferulsav-észteráz aktivitástól menteseknek kell lenniük. Alacsony hidrolitikus aktivitású körülmények között a ferulsav-észteráz enzim katalizálni fogja a gabonafélékből származó arabinoxilán és a cukorrépapektin (vagy egyéb Chenopodiaceae fajból származó pektin) szénhidrátmolekuláinak új észterkötései kialakulását és ezért felhasználható a fenolos fahéj savészter típusú vegyületek észtergyökei (például ferulilgyökök) számának növelésére és ebből következően gélesedési tulajdonságainak javítására.

A gélesedés elérésére használt fenolgyököket nem tartalmazó poliszacharidok (és egyéb polimertípusok) származtatással tehetők gélezhetővé. Alacsony hidrolitikus aktivitású körülmények között a ferulsav-észterázok felhasználhatók fahéjsav észter típusú csoportok (például ferulsav észter csoportok) bevitelére többek között az olyan polimerekbe, mint a pektin, az arabinan, a galactan, a cellulózszármazékok (például hidroxietilcellulóz vagy karboximetil-cellulóz), a galactomannánok (például a guargumi, a hidroxipropil-guargumi vagy szentjánoskenyérfa-gumi), a béta-glukanok, a xiloglükanok, a keményítő, a származtatott keményítő, a bakteriális gumik (például a xantan), az alga (moszat) -eredetű gumik (például az alginát vagy a carrageenan), valamint egyéb poliszacharid vagy egyéb hidroxicsoportokat tartalmazó polimermolekulákba.

A fenolos fahéjsavakhoz (vagy egyéb fenolos karbonsavakhoz) kapcsolódó észterkötések a technika állásából ismert egyéb nem enzimatikus eljárásokkal is szintetizálhatok. Az olyan savcsoportokat tartalmazó polimerek, mint a pektinek és a karboximetil-cellulóz, polihidro-fenolos vegyületekkel, például ferulalkohollal, mustáralkohollal, vagy ligninszármazékokkal észterezhetők abból a célból, hogy oxidatív gélezési eljárásnak alávethető fenolpolimereket kapjunk.

Ahogyan azt bizonyos mértékben már jeleztük, a találmány szerinti megoldás szempontjából a fenolszubsztituensek közül az aromás gyűrűn a fenol-hidroxi-csoporthoz viszonyítva orto helyzetben lévő egy vagy két metoxicsoportot tartalmazó szubsztituensek [úgy, mint például a ferulil (4-hidroxi-3-metoxi-fahéjsav) szubsztituensek esetében] a különösen érdekesek.

A találmány szerinti eljárásban alkalmazott vizes közegben jelenlévő fenolpolimerek (például a fenolpoliszacharidok) koncentrációja rendszerint az oldószerre vonatkoztatva 0,2 tömeg% és 10 tömeg% közötti, előnyösen például 0,5 tömeg% és 5 tömeg% közötti tartományba esik. A találmány szerinti megoldás esetében a fenolpolimer-koncentráció leggyakrabban körülbelül 1 tömeg% és 5 tömeg% közötti tartományban megfelelő.

Ahogyan azt már ugyancsak jeleztük, a jelen találmány szerinti megoldásban alkalmazott előnyös enzimek a lakkázok (EC 1.10.3.2), amelyek a fenolcsoportok katalitikus oxidálására képes oxidázok (azaz akceptorként molekuláris oxigént felhasználó enzimek). Egyéb, a találmány szerinti eljárásban potenciálisan alkalmazható fenoloxidáló oxidázenzimek közül megemlíthetjük a catecholoxidázokat (EC 1.10. 3.1). Bizonyos esetekben a különböző fenoloxidáló oxidázok keverékének alkalmazása is megfelelő lehet.

Rendszerint elegendő az oxigénezési reakcióhoz, ha a fenolpolimerből és az enzimből álló reakcióelegyet a megfelelő oxigénellátás biztosítása érdekében a levegő oxigénjével érintkeztetjük, jóllehet a reakcióelegy levegővel vagy - ha lehetséges - lényegében tiszta oxigénnel történő erőteljes levegőztetése bizonyos körülmények között előnyösebb lehet.

HU 220 197 Β

A lakkázok számos mikrobiológiai forrásból, nevezetesen baktériumok és gombák (ideértve a fonalas gombákat és az élesztőgombákat is) felhasználásával előállítva, beszerezhetők. A találmány szerinti eljárás céljára megfelelő lakkázok az alábbi mikrobiológiai források felhasználásával nyerhetők ki: Aspergillus, Neurospora (például: N. crassa), Podospora, Botrytis, Collybia, Fomes, Lentinus, Pkurotus, Trametes, [bizonyos több különböző néven ismert és/vagy korábban már más általános néven csoportosított törzsek például a Trametes villosa=T. pinsitus = Polyprrus pinsitis (P. pinsitus vagy P. villosus néven is ismert)=Coriolus pinsitus], Polyporus, Rhizoctonia (péládul: R. solani), Coprinus (például: C. plicatilis), Psatyrella, Myceliopthora (például: M. thermohila). Schytalidium, Phlebia (például: P. radita; lásd WO 92/01046 számú nemzetközi közzétételi iratot vagy Coriolus (például: C. hirsutus; lásd JP 2-238 885 számú szabadalmi leírást).

A találmány szerinti eljárás céljára a Trametes villosa-ból kinyerhető lakkázenzim tekinthető előnyösnek.

Mielőtt az enzimet (például a lakkázenzimet) hozzáadnánk a fenolos kiindulási anyagot/anyagokat tartalmazó oldathoz általában előnyösnek mondható, ha az oldat pH értékét a szóban forgó enzim optimális pHjára vagy az optimális körüli értékre állítjuk be.

Az alkalmazásra kerülő lakkázt általában 0,01-1000 kLACU/kg poliszacharid-mennyiség tartományban kell alkalmazni, előnyösen

0,05-100 kLACU/kg poliszacharid-mennyiség tartományban használjuk, jellegzetes módon 0,1-100 kLACU/kg poliszacharid-mennyiség tartományban dolgozunk. (LACU jelentése az alábbiakban megadott definíció szerinti a lakkázaktivitás egysége; 1 kLACU=1000 LACU).

A lakkázaktivitás (LACU) meghatározása

A jelen leírásban használt lakkázaktivitási mutatót a syringaldazin aerob körülmények között végzett oxidációjának spektrofotometriás mérésére támaszkodva definiáljuk. Az oxidációs reakció során tapasztalható ibolyaszín intenzitását mérjük 530 nm-es hullámhosszon.

Az alkalmazott analitikai körülmények: 19 μΜ syringaldazin, 23,2 mmol acetát puffer, pH=5,5, hőmérséklet 30 °C, reakcióidő 1 perc.

Ahogyan azt már a fentiekben is említettük a találmány szerinti eljárással előállított gélesített termékek vagy megnövelt viszkozitású termékek alkalmazhatósági területe igen széles; például élelmiszerek és takarmányok esetében, gyógyszerészeti és növénytermesztési területeken, valamint tisztálkodó- és személyhygieniai szerek esetében kerülhetnek felhasználásra.

Az adott jelen találmány szerinti eljárással előállított gélezett termékek (hidrogélek) különösen értékes és fontos tulajdonsága, hogy száraz vagy dehidratált állapotban képesek saját száraz tömegük többszörösét kitevő mennyiségű folyadékot (még közelebbről vizet vagy valamely vizes közeget, például olyan testnedveket, mint a vizelet vagy a vér) abszorbeálni. Az ehhez hasonló abszorpciós tulajdonságokkal rendelkező anyagokat bizonyos esetekben „szuperabszorberek”-ként is nevezik.

A szuperabszorberekkel kapcsolatban kezdetben a legfontosabb tulajdonságnak a teljes abszorpciós kapacitást tartották. Ezt követően azonban számos egyéb komoly fontosságú tulajdonságot figyeltek meg. Ezek a tulajdonságok a következők: abszorpciós arány; úgynevezett gélblokkolásnak ellenálló képesség (amikor is az abszorpciós anyag egy része a folyadékkal telítetté válik és meggátolja további folyadék bejutását az abszorbeáló anyag fennmaradó részébe); valamint terhelés alatti abszorpció (AUL=abszorption under load), azaz a szuperabszorber anyagnak az a képessége, hogy ha például túlnyomás hatásának vagy centrifugális erő hatásának teszik ki, folyadékot abszorbeál.

A jelen találmány szerinti eljárással előállítható bizonyos termékek, például az olyan pektin anyagokból, mint a cukorrépapektin, előállított gélezett termékek, esetében azt találtuk, hogy kiválóan alkalmasak a fentiekben ismertetett típusú abszorber anyagok céljára és a találmány oltalmi köre ezt az alkalmazási területet is felöleli. A jelen találmány szerinti eljárással előállítható szárított vagy dehidratált gél termékek folyadék-abszorpciós tulajdonságai alapján történő alkalmazására példaként említhetjük azok abszorberként történő felhasználását csecsemők vagy inkontieneciában szenvedők számára készült eldobható, egyszer használatos pelenkákban vagy pelenkabetétekben vagy női hygéniás termékekben (egészségügyi betétek, egészségügyi kendők, tisztasági betétek, tamponok és ehhez hasonlók esetében).

A találmány szerinti eljárással előállítható gélezett termékek szárítása vagy dehidratálása például környezeti hőmérsékleten vagy kismértékben emelt hőfokon (például legfeljebb körülbelül 40 °C-os hőmérsékleten) vákuumos szárítással megfelelő módon kivitelezhető. Bizonyos esetekben a gél végső, például vákuumos szárítását megelőzően a gél víztartalmának csökkentése érdekében az anyagot vízzel elegyedő szerves oldószerrel (például acetonnal, etanollal vagy hasonlókkal) mosva előkezeljük.

A találmány szerinti megoldást a továbbiakban a most következő kiviteli példákkal szemléltetjük, amelyek semmi esetre sem jelentik a szabadalmi igénypontokban megfogalmazott oltalmi kör korlátozását.

Kiviteli példák

1. példa

Feruloil-arabinoxilán gélesítése

Gabonakorpa-extraktum (feruloil-arabinoxilán por) gélt állítottunk elő a következő módon: 198 ml ionmentesített vizet 90 °C-os hőmérsékletre melegítettünk, majd (a GB Gels Ltd., Wales, UK által gyártott) 2,00 gramm gabonakorpa-extraktumot adtunk hozzá erőteljes keverés közben. Ezt követően a kapott oldat 5 ml aliquot mennyiségét (40 °C hőmérsékletű) 10 ml térfogatú alumínium formába öntöttük. Lakkózt [Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Dánia által gyártott Trametes villosa lakkózt] adtunk három különböző koncentrációjú gabonakorpaextraktum-oldathoz, nevezetesen 0,18 LACU/gramm gabonakorpa-extraktum, 1,8 LACU/gramm gabonakorpa-ext5

HU 220 197 Β raktum és 18 LACU/gramm gabonakorpa-extraktum koncentrációjú oldatokhoz. 18,0 LACU/gramm gabonakorpa-extraktum összetételű kontroll elegyet is készítettünk inaktivált lakkóz felhasználásával. (Az inaktiválást a lakkoz 15 perces 85 °C-os hőmérsékleten történt melegítésével végeztük.) Az alumínium formákat fedéllel lefedtük és szobahőmérsékleten állni hagytuk.

A különböző gélminták keménységét másnap mértük meg szerkezetanalitikai módszerrel (lásd fentebb) SM Textúra Analyzer TA-XT2 (Stable Micro Systems; XT.RA Dimensions Operating Manual version 37) műszeren 20 mm-es egyenes kompressziós henger alkalmazásával.

Alkalmazott mérési paraméterek:

%-os géldeformáció (összenyomás) 20%

Az alakváltozás mértéke (összenyomás) 2 mm/sec

Valamennyi vizsgálati minta pH-ja mindvégig 4,9-es maradt.

A kapott mérési eredményeket az alábbi 1. számú táblázatban adjuk meg (a mérési eredményeket átlagoltuk). Meg kell jegyeznünk, hogy az egyszerűség kedvéért minden egyes gélnél a kifejtett legnagyobb (csúcs) nyomás mértékét Newtonban (N) adjuk meg N/m² helyett, mivel az összes gél keresztmetszete ugyanolyan nagyságú volt.

1. táblázat

Gabonakorpa-extraktum lakkáz arány (LACU /g)	Erő (N)
0,18	0,20
1,80	0,44
18,0	0,71

2. példa

Cukorrépapektin gélesítése

Egyenként 1% (w/w), 2% (w/w) és 3% (w/w) pektint tartalmazó oldatokat állítottunk elő különböző cukorrépapektin-mennyiségek 0,05 mólos NaH₂PO₄ pufferoldatban történő feloldásával [vö. F. Guillon és J.-F. Thibault a Carbohidrát Polymers 12 (1990) 353-374. irodalmi hely (lásd fentebb); erre a célra alkalmas aarabinofúranozidáz enzim a Megazyme-tól szerezhető be Ausztráliából]. Az egyes oldatok pH-ját 0,5 mólos NaOH oldattal 5,5-re, az összes oldat végső pektinkoncentrációját pedig desztillált víz hozzáadásával állítottuk be. Az oldatokat ezután vizes fürdőken 30 °C-on termosztáltuk.

Valamennyi pektinoldatmintához különböző mennyiségű 275 LACU/gramm lakkázkészítmény-koncentrációjú lakkázkészítményeket adtunk. (Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Dánia által gyártott Trametes villosa lakkáz.) A kapott oldatokat ezután mechanikusan kevertettük a gélesedés kezdetéig. A géleket ezután 30 °C-on egy éjszakán keresztül termosztáltuk.

Valamennyi gélmintát oly módon mostuk, hogy hagytuk 300 ml desztillált vízben állni 1 -2 órát. A vizet acélrácsos szűrőn keresztül szűréssel eltávolítottuk. A géleket egyenként bőséges mennyiségű vízzel alaposan leöblítettük, 300 ml acetonnal mostuk és vákuumszárító kemencében 30 °C-os hőmérsékleten egy éjszakán keresztül szárítottuk. Az ily módon megszárított termékeket darabokra vágtuk és egy kis laboratóriumi malomban (Retsch Ultra Centrifugai Mill ZM 1000,6,0-ás gyűrűs szitával) apróra zúztuk.

Az alábbi 2. számú táblázat mutatja be az egyes gélkészítmények esetében alkalmazott különböző pektinkoncentráció és lakkázkoncentráció kombinációkat:

2. táblázat

Gél sorszáma	Pektinkoncentráció % w/w	Lakkázkoncentráció LACU/g pektin
1.	1	L0
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

Minden egyes szárított gélmintának megmértük a szabad duzzadókapacitását (FSC=Free Swelling Capacity; azaz a szárított gél grammonkénti folyadékfelvételét) és a retenciós kapacitását (RC=Retention Capacity; azaz a szárított gél grammonkénti folyadék-visszatartását) az alábbiak szerint:

FSC: 0,2 gramm apróra zúzott szárított gélmintát fmomlyukú nejlonból készült teafilter nagyságú (3,6 χ 6 cm-es) zacskóba tettünk. A zárt zacskót ezután 1 órán keresztül emberi vizeletet utánzó vizes oldatba merítettük és így a következő elegyhez jutottunk:

mmol KC1, 130 mmol NaCl, 3,5 mmol MgCl₂ -6H₂O, 2,0 mmol CaCl₂ -2H₂O, 300 mmol karbamid, a felszíni nyomást (surface tension) 60 dyn/cm-re állítottuk be Triton’™ X-100 (Rohm & Haas) hozzáadásával. [A felszíni nyomásra vonatkozó méréseket CAHN Dynamic Contact Angié Analyzer műszerrel (gyártja Cahn Instruments Inc.) Wilhelmy lemeztechnika alkalmazásával végeztük.]

A nedvességgel átitatott „teafilter”-szerű zacskót a tartalmával együtt hagytuk csavarás nélkül 2 percig száradni. Az épp aktuálisan vizsgált gél FSC-értékét úgy számítottuk ki, hogy a gélminta által abszorbeált folyadék grammokban mért tömegét elosztottuk a még száraz gél eredeti tömegével (0,2 gramm).

RC: A csavarás nélkül szárított „teafilter”-szerű zacskót 327 xg fordulatszámú centrifugában (WIFUG 500E laboratóriumi centrifugában) 10 percig centrifugáltuk. Az épp aktuálisan vizsgált gél RC-értékét úgy számítottuk ki, hogy a centrifúgálás után a zacskóban maradt folyadék grammokban mért mennyiségét elosztottuk a még száraz gél eredeti tömegével (0,2 gramm).

HU 220 197 Β

Az egyes gélek esetében az FSC- és az RC-mérések eredményeként kapott adatokat az alábbi 3. számú táblázatban mutatjuk be. Összehasonlításul a gélezetlen cukorrépapektinre vonatkozó adatot is szerepeltetjük:

3. táblázat

Szárított gél sorszám	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	101
9.	20	11
10.	19	11
11.	18	10
Gélezetlen pektin	3	**

** A minta részecskéi kihullottak a nejlon „teafilter” lyukacskáin.

A fentiekből nyilvánvalóan kitűnik tehát, hogy a fenolpoliszacharidokból, ez esetben a cukorrépapektinből, a jelen találmány szerinti módon készített száraz gélek kiváló folyadék-abszorpciós és folyadék-visszatartó tulajdonságokat mutatnak.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás fenolos hidroxicsoportokkal ellátott szubsztituensekkel rendelkező gélezhető polimereket tartalmazó vizes közeg viszkozitásának növelésére vagy gélezésére, azzal jellemezve, hogy a vizes közeghez hatásos mennyiségű lakkázenzimet adunk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gélezhető polimer fenolos hidroxicsoportokat tartalmazó szubsztituensekkel rendelkező poliszacharid.
3. Az 1. vagy 2. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kérdéses fenolos szubsztituensek helyettesített fahéjsav-észter-csoportok.
4. A 2. vagy 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a poliszacharid alapanyag arabinoxilán vagy pektin.
5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az arabinoxilán gabonafélékből nyerhető ki.
6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gabona a búza vagy a kukorica.
7. A 4-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az arabinoxilánt lisztből vagy korpából nyerjük ki.
8. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pektin alapanyagot a Chenopodiaceae család valamely tagjából nyerjük ki.
9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pektin alapanyagot cukorrépákból nyerjük ki.
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pektin alapanyagot cukorrépa húsából nyeqük ki.
11. A 4. vagy 6-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pektin alapanyag arabinózcsoportjai közül néhányat enyhe savas kezeléssel és/vagy arabinofuranozidáz enzim alkalmazásával eltávolítunk.
12. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gélezhető polimer előnyösen fahéjsav-észter-csoportokkal helyettesített fenolos szubsztituensekkel rendelkező egy vagy több poliszacharidból áll.
13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gélezhető polimer arabinoxilán, előnyösen gabonafélékből származó arabinoxilán, még előnyösebben búza- vagy kukoricaeredetű arabinoxilán, valamint a pektin alapanyag előnyösen cukorrépapektin.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lakkázenzim valamely mikroorganizmus útján, előnyösen gombák közreműködésével állítható elő.
15. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lakkázenzim a Trametes vagy a Myceliophthora nemzetség (genus) tagjainak felhasználásával állítható elő.
16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lakkázenzim a Trametes villosa vagy a Myceliophthora thermophila felhasználásával állítható elő.
17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lakkázenzimet 0,1 és 100 kLACU/kg gélezhető polimer-alapanyag közötti mennyiségben használjuk fel.
18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kapott gélezett terméket megszárítjuk vagy dehidratáljuk.
19. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárással előállítható termék.
20. A 18. igénypont szerinti eljárással megszárított vagy dehidratált termék.
21. A 19. igénypont szerinti termék felhasználása vizes közegek abszorbeálására szolgáló abszorber anyagok előállítására.
22. A 20. igénypont szerinti termék felhasználása vizes közegek abszorbeálására szolgáló abszorberként.
23 A 21. vagy 22. igénypontok bármelyike szerinti termék felhasználási területek, azzal jellemezve, hogy a vizes közegek testnedvek.