JP2019524107A - 安定した電解質材料およびこれを含む溶媒材料 - Google Patents

安定した電解質材料およびこれを含む溶媒材料 Download PDF

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Abstract

以下の化学構造：ここで、ｘは３以上の奇数であり、ｙは１〜２０の整数であり、およびＺは−１と−３との間の電荷を有する１４族から１７族までの単原子イオンまたは−１と−３との間の電荷を有する多原子イオンの１つである、を有する化合物を含み；さらに短鎖の極性有機材料、水または短鎖の極性有機材料と水との混合物等の液体を含む、安定した電解質および溶媒材料が開示される。

Description

本発明は、関連する食品の風味を増強するために食品に組み込むことができる組成物に関する。
食品を後で消費するために包装する(package)、様々な食品調製および／または保存方法が使用されている。様々な野菜、果物、ジュースおよび液体組成物と用いられる際、これらの包装方法としては、様々な形態の缶詰め、冷凍、塩漬け、酢漬け、燻製などがある。加えて、様々な食品を冷蔵、冷凍または他の形態の貯蔵の前に保存処理する(processed cured)ことができる。このような食品加工技術の非限定的な例としては、低温殺菌、人工食品添加物の添加、照射などが挙げられる。このような方法は、保存されている食品の１つ以上の成分の固有の風味を変えてしまう。
食品、飲料、オーラルケア製品などに、より十分でより豊かな味を提供することが望ましい。より十分でより豊かな味を有する食品、飲料およびオーラルケア製品を提供することもまた望ましい。
要約
驚くべきことに、下記化学構造：
この際、ｘは、３以上の奇数であり；
ｙは、１〜２０の整数であり；および
Ｚは、多原子イオンまたは単原子イオンである、を有する物質が、食品、飲料、医薬品およびオーラルケア製品の味を改善するために好適に使用できることを発見した。本発明に係る味改善物質は、乳製品、飲料、果物および野菜ならびにそれらに関連する料理や菓子等の、おいしい食品、おいしくない食品、さらには医薬品、およびオーラルケア製品などを含む広範な様々な用途に特に有用である。
また、非常に驚くべきことに、下記化合物：
この際、ｘは、３以上の奇数であり；
ｙは、１〜２０の整数であり；および
Ｚは、多原子イオンまたは単原子イオンである；ならびに溶媒から構成される溶液が、食品、飲料、医薬品およびオーラルケア製品の味を改善するために様々な材料に添加できることを発見した。
詳細な説明
本開示は、様々な食品組成物中で使用される際に本明細書に開示される電解質オキソニウムイオン錯体が関連する食品、飲料、医薬品またはオーラルケア製品の風味を向上させ、関連する材料の風味パネル(flavor panel)を改善しおよび／または上記組成物の防腐性を高めることができるという予想外の発見に基づいている。特定の実施形態では、電解質は０．０１重量％〜３０重量％の量で存在することができる。
使用できる電解質は、オキソニウムイオン由来の錯体として広義に解釈される。本明細書で記載される、「オキソニウムイオン錯体」は、少なくとも１つの３価の酸素結合を有する正の酸素カチオンとして一般的に定義される。特定の実施態様では、酸素カチオンは、前述のカチオンの混合物として存在する１つ、２つ及び３つの３価に結合された酸素カチオンから主に構成される集団としてまたは１つ、２つ若しくは３つの３価に結合された酸素カチオンのみを有する物質として水溶液中に存在するであろう。３価の酸素カチオンを有するオキソニウムイオンの非限定的な例としては、ヒドロニウムイオンの少なくとも１つを挙げることができる。
特定の実施態様では、酸素カチオンは、前述のアニオンの混合物として存在する１つ、２つ及び３つの３価に結合された酸素カチオンから主に構成される集団としてまたは１つ、２つ若しくは３つの３価に結合された酸素アニオンのみを有する物質として水溶液中に存在するであろうと考えられる。
本明細書に開示される化合物が水性または有機溶媒等の溶媒と混合される際、得られる物質は、ヒドロニウムイオン、ヒドロニウムイオン錯体およびこれらの混合物から構成されうる溶液を含む。上記を含む物質及び溶媒の組成物は、低いｐＨ値が望ましいおよび／または風味の向上が望まれるかのいずれかの場合に様々な食品および摂取可能な組成物に使用できる。
極微量のカチオン性ヒドロニウムが水素イオンの存在下で水分子から水中に自然に形成され得ると理論付けられた。いずれの理論にも縛られることないが、自然発生するヒドロニウムイオンは極めてまれであると考えられる。水中の自然に形成されるヒドロニウムイオンの濃度は、４８０，０００，０００分の１以下と推定される。仮に生じたとしても、ヒドロニウムイオン化合物は極めて不安定である。自然に存在するヒドロニウムイオンは典型的にはナノ秒の範囲の寿命を有する不安定な一時的な種であるとも理論付けられる。自然に存在するヒドロニウムイオン種は、反応性が高く、水によって容易に溶媒和され、これらのヒドロニウムイオン（ヒドロン）それ自体は遊離状態では存在しない。
純水中に導入されると、本明細書に開示される安定なヒドロニウム物質は、同定可能なままであろうものである。本明細書に開示される安定なヒドロニウム物質は、水分子と錯体を形成して、種々の形状の水和ケージ(hydration cage)を形成することができると考えられ、これらの非限定的な例はより詳細に後述されるであろう。本明細書に開示される安定な電解質物質は、水溶液等の極性溶媒中に導入されても、安定であり、所望のまたは必要に応じて関連する溶媒から単離することができる。
１．７４以上のｐＫａを有するものなどの公知の有機及び無機の強酸は、水に添加されると、水溶液中で完全にイオン化される。そのようにして生成されたイオンは、存在する水分子をプロトン化してＨ３Ｏ＋及び関連する安定なクラスターを形成する。１．７４未満のｐＫａを有するものなどの弱酸は、水に添加されると、水溶液中で完全にはイオン化されないが、特定の用途では有用性を有しうる。それ故、安定な電解質物質を製造するのに使用される酸物質は、１つ以上の酸との組み合わせでありうると考えられる。特定の実施態様では、酸物質として、１．７４以上のｐＫａを有する少なくとも１つの酸と弱酸との組み合わせが挙げられる。
本開示において、本明細書に規定される安定なヒドロニウム電解質物質は、水溶液に添加されると、極性溶媒を生じさせ、この溶液中にもともと存在する水素イオン濃度とは無関係に対応する溶液に添加された安定なヒドロニウム物質の量に依存する有効ｐＫａを提供しうる。得られる溶液は、極性溶媒として機能することができ、安定なヒドロニウム物質の添加前の当初の溶液のｐＨが６〜８である場合には、特定の用途では０〜５の有効ｐＫａを有することができる。
また、本明細書に開示される安定なヒドロニウム物質は、アルカリ範囲、例えば、８〜１２の間の初期ｐＨを有する溶液に添加して、得られる溶媒のｐＨおよび／または得られる溶液の有効若しくは実際のｐＫａを効果的に調節することができるとも考えられる。本明細書に開示される安定な電解質物質の添加は、以下に制限されないが、発熱、酸化などの知覚できる反応性を伴うことなくアルカリ溶液に添加することができる。
水中での自己解離(aqueous auto-dissociation)の結果として水中に存在する理論的ヒドロニウムイオンの酸性度は、水中の酸の強度を判断するために使用される絶対的な基準(implicit standard)である。強酸は、理論的ヒドロニウムイオン物質よりも優れたプロトンドナーであると考えられ、そうでなければかなりの割合の酸が非イオン化状態で存在するであろう。先に示したように、水中での自己解離に由来する理論的なヒドロニウムイオンは、化学種として不安定であり、ランダムに発生し、仮に存在しているとしても、関連する水溶液中において非常に低濃度で存在すると考えられる。一般的に、水溶液中のヒドロニウムイオンは、４８０，０００，０００分の１未満の濃度で存在し、仮にあったとしても、ＨＦ−ＳｂＦ５ＳＯ２等の構造で超強酸溶液に結合したモノマーとして固相または液相オルガノ合成(organosynthesis)によってもとの水溶液から単離することができる。このような物質は極端に低い濃度でのみ単離され、単離されるとすぐに分解してしまう。
これに対して、本明細書で開示される安定なヒドロニウム物質は、長寿命である高濃度のヒドロニウムイオン源を提供し、所望または必要に応じて後に溶液から単離できる。
特定の実施態様では、物質の組成物は、下記化学構造を有する：
ここで、ｘは３〜１１の奇数であり；
ｙは１〜１０の整数であり；及び
Ｚは多原子又は単原子イオンである。
多原子イオンＺは、１つ以上のプロトンを供給できる酸に由来するイオンに由来しうる。関連する酸は、２３℃において１．７以上のｐＫａ値を有するものでありうる。採用される多原子イオンＺは、＋２以上の電荷を有するものでありうる。このような多原子イオンの非限定的な例としては、硫酸塩イオン、炭酸塩イオン、リン酸塩イオン、シュウ酸塩イオン、クロム酸塩イオン、二クロム酸塩イオン、ピロリン酸塩イオン及びこれらの混合物等が挙げられる。特定の実施態様では、多原子イオンは、１．７以上のｐＫａ値を有する酸に由来するイオンを含む多原子イオンを含む混合物由来であってもよいと考えられる。
本明細書に開示される安定な電解質物質は、標準的な温度及び圧力で安定であり、油状液体として存在することができる。安定な電解質物質は、水または他の極性溶媒に添加されて、１ｐｐｍを超える有効濃度の安定ヒドロニウムイオンを含有する極性溶液を提供することができる。特定の実施形態では、本明細書に開示される安定な電解質物質は、適切な水性または有機溶媒と混合されたときに、１０〜１００ｐｐｍの間を超える有効濃度の安定ヒドロニウムイオン物質濃縮物を提供することができる。
全く予想外なことに、本明細書に開示される安定な電解質物質の添加の結果として存在する溶液中に存在するヒドロニウムイオン錯体が、総酸に対する遊離酸の割合の変化に付随することなく得られる溶媒物質の酸官能価(acid functionality)を変化させることを見出した。酸官能価の変化としては、測定ｐＨの変化、総酸に対する遊離酸の比率の変化、比重およびレオロジーの変化などの特性が挙げられる。初期ヒドロニウムイオン錯体を含有する安定な電解質物質の製造に使用される既存の酸物質と比較した、スペクトルおよびクロマトグラフィーのアウトプットの変化もまた注目される。本明細書に開示される安定な電解質物質の添加により、ｐＫａが変化するが、これは総酸に対する遊離酸の比率に観察される変化と相関しない。
ゆえに、６〜８の初期ｐＨを有する水溶液に明細書で開示される安定なヒドロニウム電解質物質を添加すると、０〜５の有効ｐＫａを有する溶液が得られる。得られる溶液のＫａは、カロメル電極、特定イオンＯＲＰプローブ(calomel electrode, specific ion ORP probe)によって測定される時の０未満の値を示すことができることもまた理解されるであろう。本明細書で使用される「有効ｐＫａ」ということばは、得られる溶媒中に存在する利用可能な総ヒドロニウムイオン濃度の測定値である。ゆえに、測定時の物質のｐＨおよび／または関連するｐＫａは、−３と７との間で表わされる数値を有することが可能となる。
通常、溶液のｐＨは、そのプロトン濃度の測定値であるまたは−ＯＨ部分の反比例である。本明細書に開示される安定な電解質物質は、極性溶液に導入されると、ヒドロニウムイオン電解質物質および／またはその関連する格子もしくはケージへの少なくとも一部の水素プロトンの配位を促進すると考えられる。このように、導入された安定なヒドロニウムイオンは、水素イオンと関連する導入された水素の選択的官能性を可能とする状態で存在する。
より詳細には、本明細書に開示される安定なヒドロニウム電解質物質は、一般式：
ここで、ｘは３以上の奇数であり；
ｙは１〜２０の整数であり；および
Ｚは、−１〜−３の電荷を有する１４族から１７族までの単原子イオンまたは−１〜−３の電荷を有する多原子イオンである、
を有することができる。
本明細書に開示される物質の組成物において、Ｚとして採用されうる単原子成分としては、フッ化物、塩化物、ヨウ化物及び臭化物等の１７族ハロゲン化物；窒化物及びリン化物等の１５族物質；並びに酸化物及び硫化物等の１６族物質が挙げられる。多原子成分としては、炭酸塩、炭酸水素塩、クロム酸塩、シアン化物、窒化物、硝酸塩、過マンガン酸塩、リン酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、亜塩素酸塩、過塩素酸塩、臭化水素酸塩、亜臭素酸塩、臭素酸塩、ヨウ化物、硫酸水素塩、亜硫酸水素塩が挙げられる。物質の組成物は、上記挙げられた物質に対して単一のものから構成されても、または列挙された化合物の１つ以上の組み合わせであってもよいと考えられる。
特定の実施態様では、ｘは３〜９の整数であり、いくつかの実施態様では、ｘは３〜６の整数であるともまた考えられる。
特定の実施態様では、ｙは１〜１０の整数である一方、他の実施態様では、ｙは１〜５の整数である。
特定の実施態様では、本明細書に開示される物質の組成物は、下記式：
ここで、ｘは、３〜１２の奇数であり；
ｙは、１〜２０の整数であり；および
ｚは、上述したような、−１〜−３の価数を有する１４族から１７族の単原子イオンまたは−１〜−３の価数を有する多原子イオンの一つである、
を有することができる。いくつかの実施態様では、ｘが３〜９の整数であり、及びｙは１〜５の整数である。
物質の組成物は、ｘの値が３以上の整数、好ましくは３〜１０の整数の平均分布である異性体分布(isomeric distribution)として存在すると考えられる。
本明細書に開示される物質の組成物は、適切な無機酸に適切な無機水酸化物を添加することによって形成できる。無機酸は、２２°ボーメ〜７０°ボーメの密度；約１．１８〜約１．９３の比重を有していてもよい。特定の実施態様では、無機酸は、５０°ボーメ〜６７°ボーメの密度；１．５３〜１．８５の比重を有しうると考えられる。無機酸は、単原子酸または多原子酸のいずれでもあってもよい。
使用される無機酸は、同種であってもまたは定義されたパラメータの範囲内である種々の酸化合物の混合物であってもよい。酸は、考慮されたパラメータの範囲外であるが、他の物質との組み合わせると特定の範囲内の平均の酸性組成物の値を提供しうる、１つ以上の酸化合物を含む混合物であってもよいと考えられる。採用される無機酸または酸は、適切なグレードまたは純度を有していてもよい。特定の例においては、工業グレードおよび／または食品グレードの物質が様々な用途で良好に使用できる。
本明細書に開示される安定な電解質物質の調製において、無機酸は、適切な体積の液体状態で適当な反応槽中に含まれうる。種々の実施態様では、反応槽は、適切な体積の非反応性ビーカーでありうると考えられる。使用される酸の体積は、５０ｍｌほどの小さいものであってもよい。最大５０００ガロンのまたは５０００ガロン以上のより大きな体積も本開示の範囲内であると考えられる。
無機酸は、反応容器内で適切な温度、例えば周囲温度または周囲温度付近の温度に維持されうる。約２３℃〜約７０℃の範囲で初期の無機酸を維持することは、本開示の範囲内である。しかしながら、１５℃〜約４０℃の範囲のより低温もまた採用されうる。
無機酸は、約０．５ＨＰ〜３ＨＰの範囲の機械的エネルギーを付与するための適切な手段によって攪拌され、この際、１〜２．５ＨＰの間の機械的エネルギーを付与する攪拌レベルが本方法の特定の用途において使用される。攪拌は、以下に制限されないが、ＤＣサーボ駆動、電動インペラ、マグネチックスターラ及びケミカルインダクタ等の、様々な適切な機械的手段によって付与されてもよい。
攪拌は、水酸化物添加の直前にある間隔で開始することができ、水酸化物導入工程の少なくとも一部の間にある間隔で続けることができる。
本明細書に開示される方法において、選択される酸物質は、少なくとも７以上の平均モル濃度（Ｍ）の濃酸であってもよい。特定の方法では、平均モル濃度は少なくとも１０以上であり；特定の用途では、７〜１０の平均モル濃度が使用できる。選択・使用される酸物質は、純正液体、液体スラリーとしてまたはかなり濃縮形態で溶解された酸の水溶液として存在してもよい。
適切な酸物質は、水性であってもまたは非水性物質であってもよい。適切な酸物質の非限定的な例としては、以下の１以上を挙げることができる：塩酸、硝酸、リン酸、塩素酸、過塩素酸、クロム酸、硫酸、過マンガン酸、青酸、臭素酸、臭化水素酸、フッ化水素酸、ヨウ素酸、フッ化ホウ素酸、フルオロケイ酸、フッ化チタン酸。
特定の実施形態では、使用される液体濃縮強酸の規定容量は、５５°〜６７°ボーメの比重を有する硫酸であり得る。この物質は、反応槽に入れて、１６℃〜７０℃の温度で機械的に攪拌されてもよい。
開示される方法の特定の特殊な用途によっては、規定量の適切な水酸化物物質を、一定量で非反応性容器に存在する、濃硫酸等の、攪拌酸に添加してもよい。添加される水酸化物の量は、沈殿物および／または懸濁固体もしくはコロイド懸濁液として組成物中に存在する固形物を生じさせるために十分なものでありうる。採用される水酸化物物質は、水溶性であるまたは部分的に水溶性である無機水酸化物でありうる。本明細書に開示される方法に使用される部分的に水溶性である水酸化物は、一般的に、これらが添加される酸物質と共に混和性を示すものでありうる。適切な部分的に水溶性である無機水酸化物の非限定的な例としては、関連する酸の中で少なくとも５０％の混和性を示すものがありうる。無機水酸化物は、無水物または水和物のどちらであってもよい。
水溶性無機水酸化物の非限定的な例としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物及び希土類元素水酸化物があり；これらは単独であってもまたは互いの組み合わせてもよい。他の水酸化物もまた、本開示の範囲内であると考えられる。使用されうる水酸化物物質と関連して定義される用語としての「水溶性」は、標準温度及び圧力で水中で７５％以上の溶解特性を示す物質として定義される。使用される水酸化物は、通常は、酸物質に導入されうる液体物質である。水酸化物は、真溶液(true solution)、懸濁液または過飽和スラリーとして導入されうる。特定の実施態様では、水溶液中の無機水酸化物の濃度は、導入される関連する酸の濃度に依存することができると考えられる。水酸化物物質に関する適切な濃度の非限定的な例としては、５モル物質の５％を超え５０％以下の水酸化物濃度がある。
適切な水酸化物物質としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム。および／または水酸化銀が挙げられるが、これらに限定されない。無機水酸化物溶液は、使用される際には、５モル物質の５〜５０％の無機水酸化物の濃度を有していてもよく、特定の用途では５〜２０％の濃度が使用される。無機水酸化物物質は、特定の方法において、消石灰として存在するなど、適切な水溶液中の水酸化カルシウムでありうる。
開示されるような方法では、液体(liquid)または流体(fluid)状態での無機水酸化物は、規定の共鳴時間(resonance time)を提供するような所定の期間、１以上の計量された容量の攪拌される酸物質に導入される。上述したような方法における共鳴時間は、本明細書に開示されるヒドロニウムイオン物質が生じる環境を促進、提供するために必要な時間であると考えられる。本明細書に開示される方法で使用される共鳴時間は、典型的には１２〜１２０時間であり、２４〜７２時間の共鳴時間であり、その中の増分は特定の用途で利用される。
方法を様々に適用するにあたって、無機水酸化物は、攪拌容積の上面で複数の計量容積で酸に導入される。一般的には、無機水酸化物物質の総量は、共鳴時間中、数の測定部分として導入される。多くの場合、前倒しで計量された添加(front loaded metered addition)が採用される。本明細書において使用される用語としての「前倒しで計量された添加(front loaded metered addition)」は、共鳴時間の最初の部分の間に大部分が添加される総水酸化物体積の添加を意味すると解釈される。所望の共鳴時間の初期の割合（％）は、全共鳴時間の最初の２５％〜５０％であると考えられる。
添加される各計量体積の割合は、同であってもまたは外部処理条件、ｉｎ−ｓｉｔｕ処理条件及び特定物質の特性等の非限定的要因に基づいて異なってもよいと解される。計量体積の数は、３〜１２回でありうると考えらえる。各計量体積の添加間の間隔は、開示される方法の特定の適用では５〜６０分でありうる。実際の添加間隔は、特定の適用では６０分〜５時間の間でありうる。
方法の特定の適用では、体積当り５％重量の水酸化カルシウム物質 １００ｍｌ体積を、混合してまたは混合せずに、毎分２ｍｌの５計量増分 (5 metered increments)で、６６°ボーメの濃硫酸の５５ｍＬに添加する。硫酸に水酸化物物質を添加すると、液体濁度が増加した物質が生じる。液体濁度の増加は、沈殿物としての硫酸カルシウム固形物を示すものである。生成した硫酸カルシウムは、調整された濃度の懸濁および溶解固形物を提供するために継続的な水酸化物の添加と調和するように除去してもよい。
いずれの理論にも拘束されないが、本明細書に開示されるように硫酸に水酸化カルシウムを添加することにより、硫酸と関連する最初の水素プロトンが消費されて水素プロトンの酸化が起こるため、水酸化物添加時に一般的に予想されるようにその問題となっているプロトンは排気されないと考えられる。その代わりに、プロトンが液体物質に存在するイオン性水分子成分と再結合する。
規定されるような適切な共鳴時間が経過した後、得られる物質は、２０００ガウス超の値の非双極性磁場にさらされる；この際、特定の適用では、２百万ガウス超の磁場が採用される。特定の場合には、１０，０００〜２百万ガウスの磁場が使用されうると考えられる。適切な磁場発生器の一つの非限定的な例は、Wurzburgerの米国特許第７，１２２，２６９号に見出され、その明細書は参照により本明細書に組み込まれる。
本方法中に生じ、沈殿物または懸濁固体として存在する固形物は、適切な手段によって除去されてもよい。このような除去手段としては、これらに限定される必要はないが、以下のものが挙げられる：重量分離(gravimetric)、強制濾過、遠心分離及び逆浸透など。
本明細書に開示される物質の安定な電解質組成物は、常温保存可能な粘性液体であり、周囲温度及び５０〜７５％の相対湿度で貯蔵された際に少なくとも１年間安定であると考えられる。物質の安定な電解質組成物は、種々の最終仕様用途にそのまま使用できる。物質の安定な電解質組成物は、電荷が均衡していない酸プロトンの総モルの８％〜９％を含む１．８７モル〜１．７８モルの物質を有することができる。
本明細書に開示される方法で得られる物質の安定な電解質組成物は、水素クーロメトリー(hydrogen coulometery)を介して滴定法で、そしてＦＴＴＩＲスペクトル分析を介して測定した場合、２００〜１５０Ｍ強度、および場合によっては１８７〜１７８Ｍ強度のモル濃度を有する。物質は、１．１５より大きい測定質量範囲を有する；場合によっては、１．９より大きい範囲を有する。物質は、分析されるとき、１モルの水中に含まれる水素に対して、立方ｍｌ当り最大１３００体積倍のオルト水素生成することが示される。
また、開示されるような物質の組成物は、適切な極性溶媒中に導入でき、これにより１５体積％超のヒドロニウムイオン濃度を有する溶液が得られると考えられる。適用によっては、ヒドロニウムイオンの濃度は２５％を超えることができ、ヒドロニウムイオンの濃度は１５〜５０体積％にもなりうる。
適切な極性溶媒は、水性、有機または水性材料と有機材料との混合物であってもよい。極性溶媒が有機成分を含む場合には、有機成分は、以下の少なくとも１つを含むことができると考えらえる：５炭素原子未満の飽和および／もしくは不飽和短鎖アルコール、ならびに／または５炭素原子未満の飽和および／もしくは不飽和短鎖カルボン酸。溶媒が水及び有機溶媒を含む場合の、溶媒に対する水の比率は、それぞれ、１：１〜４００：１の溶媒に対する水の比率でありうると考えられる。適切な溶媒の非限定的な例としては、水、酢酸、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ギ酸等の極性プロトン溶媒として分類される様々な材料がある。
本明細書で開示される物質の組成物の添加により生じる溶媒物質中に存在するイオン錯体は、同様のものを生成するために作られた環境の存在下において、一般的に安定であり、酸素ドナーとして機能することができる。物質は、一般的に安定であり、酸素ドナーとして機能することができる適切な構造及び溶媒和を有していてもよい。様々な食品および摂取可能な材料と共に使用される得られた溶液の特定の実施形態は、以下の式によって表される濃度のイオンを含むであろう：
ここで、ｘは３以上の奇数である。
本明細書で開示される化合物のイオン形態は、本明細書においてヒドロニウムイオン錯体と称される個々のイオン錯体のそれぞれのイオン錯体中で７つより多い水素原子を有する独特なイオン錯体中に存在すると考えられる。本明細書に使用される、「ヒドロニウムイオン錯体」ということばは、ｘが３以上の整数である、ＨｘＯｘ−１＋カチオンで囲まれた分子のクラスターとして広義に規定されうる。ヒドロニウムイオン錯体は、少なくとも４つの追加的な水素分子および化学量論比の水分子として複合化された酸素分子を含んでもよい。ゆえに、本明細書の方法に使用できるヒドロニウムイオン錯体の非限定的な例の式による表現は、下記の式によって表わすことができる：
ここで、ｘは３以上の奇数であり；および
ｙは１〜２０の整数であり、特定の実施態様では、ｙは３〜９の整数である。
本明細書で開示される種々の実施態様において、ヒドロニウムイオン錯体の少なくとも一部は、下記式：
ここで、ｘは１〜４の整数であり；および
ｙは０と２との間の整数である、
を有するヒドロニウムイオン溶媒和構造として存在しうると考えられる。
このような構造の中で、
コアは、複数のＨ２Ｏ分子によってプロトン化される。本明細書に開示される物質の組成物中に存在するヒドロニウム錯体は、アイゲン錯体カチオン(Eigen complex cations)、ズンデル錯体カチオン(Zundel complex cations)またはこれら２つの混合物として存在することができると考えられる。アイゲン溶媒和構造は、Ｈ９Ｏ４＋構造の中心にヒドロニウムイオンを有することができ、この際、ヒドロニウム錯体は３つの隣接する水分子に強固に結合する。ズンデル溶媒和錯体は、プロトンが等価に２つの水分子によって共有されたＨ５Ｏ２＋錯体でありうる。溶媒和錯体は、通常、アイゲン溶媒和構造とズンデル溶媒和構造との間の平衡状態で存在する。従来、各溶媒和構造錯体は、一般的に、ズンデル溶媒和構造よりの(favor)平衡状態の中に存在する。
本開示は、少なくとも一部は、ヒドロニウムイオンがアイゲン錯体よりの(favor)平衡状態で存在する安定な材料が製造されうるという予期せぬ発見に基づく。本開示は、また、プロセスの流れでアイゲン錯体の濃度が増加することにより、新規な改良された酸素−ドナーオキソニウム物質群が提供できるという予期せぬ発見に基づく。
本明細書に開示されるプロセスの流れは、特定の実施態様では、１．２：１〜１５：１のアイゲン溶媒和状態：ズンデル溶媒和状態の比率を有することができる；他の実施態様では、１．２：１〜５：１の比率を有することができる。
本明細書に開示される新規な改良された酸素−ドナーオキソニウム物質は、通常、過度のプロトンイオンで緩衝された熱力学的に安定な水性酸溶液として記載されうる。特定の実施態様では、過度のプロトンイオンは、自由水素量によって測定される際、１０％〜５０％の過度の水素イオンの量で存在しうる。
本明細書に記載されるプロセスに使用されるオキソニウム錯体は、種々のプロセスによって採用される他の物質を含むことができると考えられる。ヒドロニウムイオン水和物を製造する一般的なプロセスの非限定的な例は、米国特許番号第５，８３０，８３８号で議論されており、その明細書は、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示される組成物は、下記化学構造を有する：
ここで、ｘは、３以上の奇数であり；
ｙは、１〜２０の整数であり；および
Ｚは、多原子または単原子イオンである。
使用される多原子イオンは、１つ以上のプロトンを供与できる酸に由来するイオンでありうる。関連する酸は、２３℃において１．７以上のｐＫａ値を有するものでありうる。使用されるイオンは、＋２以上の電荷を有するものでありうる。このようなイオンの非限定的な例としては、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、クロム酸塩、二クロム酸塩、ピロリン酸塩及びこれらの混合物が挙げられる。特定の実施態様では、多原子イオンは、１．７以下のｐＫａ値を有する酸に由来するイオンを含む多原子イオン混合物を含む混合物に由来してもよいと考えられる。
特定の実施態様では、物質の組成物は、下記化学構造を有することができる：
ここで、ｘは、３〜１１の奇数であり；
ｙは、１〜１０の整数であり；および
Ｚは、多原子イオンまたは単原子イオンである。
多原子イオンは、１以上のプロトンを供与できる酸に由来するイオンに由来しうる。関連する酸は、２３℃において１．７以上のｐＫａ値を有するものでありうる。使用されるイオンは、＋２以上の電荷を有するものでありうる。このようなイオンの非限定的な例としては、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、シュウ酸塩、クロム酸塩、二クロム酸塩、ピロリン酸塩及びこれらの混合物が挙げられる。特定の実施態様では、多原子イオンは、１．７以下のｐＫａ値を有する酸に由来するイオンを含む多原子イオン混合物を含む混合物に由来してもよいと考えられる。
特定の実施態様では、物質の組成物は、以下の少なくとも１つの化学量論的に均衡のとれた化学組成物から構成される：からなる群より選択される極性溶媒との混合物における水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリスルフェート（triaqua-μ3-oxotri sulfate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリカーボネート（triaqua-μ3-oxotri carbonate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリホスフェート（triaqua-μ3-oxotri phosphate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリオキサレート（triaqua-μ3-oxotri oxalate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリクロメート（triaqua-μ3-oxotri chromate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリジクロメート（triaqua-μ3-oxotri dichromate）（１：１）；水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリピロホスフェート（triaqua-μ3-oxotri pyrophosphate）（１：１）、及びこれらの混合物。
本明細書に開示される化合物は、果実材料から抽出されたまたは果実材料由来であるフルーツジュースと混合して、溶液の有効ｐＨを、例えば、約５．７〜６．４の間のレベルから約４．２〜４．８の間のよりレベルにまで低下させるフルーツジュース材料を製造してもよい。特定の実施形態では、本明細書に開示されるヒドロニウムイオンを含む２５％溶液 ０．５〜５ｍｌを１０００ｍｌのフルーツジュース材料に混合してもよいと考えられる。得られる材料は審美的に心地よいものであり、従来のフルーツジュースによって提示されたフレーバーを満たすかまたはそれを超えるフレーバーを提示することが見出された。また、まったく予期せぬことに、得られた材料は、従来のフルーツジュースよりも優れた貯蔵安定性を示すことも見出された。いずれの理論にも拘束されないが、本明細書に開示される組成物の存在は、従来のフルーツジュースよりも腐敗を遅らせるのに役立つと考えられる。また、予想しないことに、本明細書に開示の組成物と組み合わせてフルーツジュースを配合した特定の飲料は、本明細書に開示される組成物を含まない従来の組成物より低い量の甘味料で使用でき、味および／または保存安定性を損なうことなく、より少量の糖を添加して配合できることも見出された。単独でまたは１以上の追加のフルーツジュースと適切に組み合わせて使用できる適切なフルーツジュース材料の非限定的な例としては、以下のようなものがある：オレンジ、レモン、グレープフルーツ、タンジェリン、レモン、ライム等のかんきつ類、カンタロープメロン、ハニーデュー、スイカ、ウィンターメロン等の様々なメロン；イチゴ、ブルーベリー、ブラックベリー、クランベリー等のベリー類、ならびにザクロ、パッションフルーツ、グアバ、ココナッツジュース、リンゴ、グレープ ピーチ、パイナップル、キウイフルーツ、プルーン、サトウキビ等の果実など。
また、本明細書に開示されている組成物は、以下に制限されないが、ビート、ニンジン、セロリ、きゅうり、タンポポの若葉(dandelion greens)、パセリ、カブ、クレソン、ほうれん草、カモジグサ、トマトなどの、様々な野菜由来のジュースと混合して、風味豊かな貯蔵安定なジュース材料を生産することができると考えられる。
全く予期せずことに、本明細書に開示される組成物は、漬物用塩水(brine)やピクルス液に仕込むことにより、食品よりも細菌の増殖および／または腐敗に対してより高い耐性を示す一次食品(primary foodstuff)を得ることができることも見出した。このように処理された一次食品(primary foodstuff)はまた、従来の方法や配合で調製されたものよりも、ベースや調味料の風味において予想外の向上を示す。
場合によっては、本明細書に開示されている化合物は、１ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの濃度でプロセス水(process water)に導入してもよく、特定の用途では１０〜５０ｐｐｍの濃度が使用されると考えられる。プロセス水は、漬物用塩水溶液に調合することができ、１．０〜３．０の間の有効ｐＨとすることができ、適当な貯蔵容器中できゅうりに注ぐことができる。望ましいまたは必要な場合には、プロセス水はニンニクまたはディルなどの適切な香辛料を含んでもよい。適切な処理期間後、食品に細菌攻撃試験を行い、好気性生菌数(Aerobic Plate Ct.)、乳酸菌(Lactic Acid Bacteria)及低温細菌(Psychrotrorhic Bacteria)の暴露試験(Exposure Testing)等の３種の微生物試験で３対数減少(3 log reduction)を示すことが判明する。缶詰食品の味覚試験において、本明細書に開示される化合物を組み込んだプロセス水の使用は、一次食品成分の最適な味に影響を与えることなく所望のｐＨに調節・最適化するのに非常に有効であった。
本明細書に開示される発明をより理解するために、下記実施例を提示する。本実施例は、詳細に説明するためのものであると解され、本開示または請求項に規定される事項の概念を限定するものではないと解される。
実施例Ｉ
本明細書に開示される物質の新規の組成物は、質量分率が９８％のＨ２ＳＯ４、７超の平均モル濃度（Ｍ）及び６６°ボーメの比重を有する濃硫酸液体５０ｍｌを非反応性容器に仕込むことによって調製され、マグネチックスターラーで攪拌して液体に１ＨＰの機械的エネルギーを与えながら２５℃に保つ。
一旦撹拌が開始されると、計量された量の水酸化ナトリウムを、撹拌酸材料の上面に添加する。使用した水酸化ナトリウム材料は、５Ｍ 水酸化カルシウムの２０％水溶液であり、２４時間の共鳴時間を提供するために５時間の期間にわたり毎分２ｍｌの速度で５計量容量(five metered volumes)で導入される。各計量容量の導入間隔は３０分である。
水酸化カルシウムを硫酸に添加すると濁りが生じ、これは硫酸カルシウム固形物の形成を示す。プロセス中、固体を定期的に沈殿させ、沈殿物を反応溶液と接触しないようにする。
２４時間の共鳴時間が終了したら、得られた材料を２４００ガウスの非双極性磁場にさらし、２時間の間隔で観察可能な沈殿物及び懸濁固体を生成させる。得られた材料を遠心し、強制濾過して沈殿物と懸濁固体を単離する。
実施例ＩＩ
実施例Ｉで製造した物質を個々の試料に分離する。いくつかを標準温度および５０％相対湿度で密閉容器に貯蔵し、常温保存可能性を測定する。他のサンプルを分析し、組成を決定する。試験サンプルについてＦＦＴＩＲスペクトル分析を行い、水素クーロメトリー(hydrogen coulometery)を用いて滴定する。サンプル物質は、２００〜１５０Ｍ強度および１８７〜１７８強度の範囲のモル濃度を有する。上記物質は、１．１５より大きい比重範囲(gravimetric range)を有する；場合によっては、１．９より大きい範囲を有する。組成物は、安定であり、電荷が均衡していない酸プロトンを総モルの８％〜９％含む１．８７〜１．７８モルの物質を有する。ＦＦＴＩＲスペクトル分析から、物質は、式：水素（１＋），トリアクア−μ３−オキソトリスルフェート（triaqua-μ3-oxotri sulfate）（１：１）を有することが示される。
実施例ＩＩＩ
実施例１に概説した方法に従って製造した物質の５ｍｌ部分を、標準温度および圧力で５ｍｌ部分の脱イオン・蒸留水中で混合する。過剰な水素イオン濃度は、１５体積％を超えると測定され、材料のｐＨを測定したところ１である。
本発明を最も実用的で好ましい実施態様であると現在考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示された態様に限定されず、むしろ、添付の特許請求の範囲の意図及び範囲内に含まれる種々の改変及び均等な構成を包含し、法律で認められているように、その範囲は、すべてのそのような改変及び均等な構成を包含するように最も広い解釈として与えられるべきであると理解される。

Claims (18)

  1. 下記化学構造：
    この際、ｘは、３以上の奇数であり；
    ｙは、１〜２０の整数であり；および
    Ｚは、−１と−３との間の電荷を有する１４族から１７族までの単原子イオンまたは−１と−３との間の電荷を有する多原子イオンの１つである；
    の化合物、ならびに
    短鎖アルコールおよび水から選択される極性液体
    を含む、溶媒。
  2. ｘが３〜１１の整数であり、かつｙが１〜１０の整数である、請求項１に記載の溶媒。
  3. 前記多原子イオンは、−２以上の電荷を有する、請求項１に記載の組成物。
  4. Ｚは、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、シュウ酸塩、クロム酸塩、二クロム酸塩、ピロリン酸塩およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項３に記載の溶媒。
  5. 以下：水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリスルフェート（triaqua-μ3-oxotri sulfate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリカーボネート（triaqua-μ3-oxotri carbonate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリホスフェート（triaqua-μ3-oxotri phosphate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリオキサレート（triaqua-μ3-oxotri oxalate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリクロメート（triaqua-μ3-oxotri chromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリジクロメート（triaqua-μ3-oxotri dichromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリピロホスフェート（triaqua-μ3-oxotri pyrophosphate）（１：１）；およびこれらの混合物、の少なくとも１つの化学量論的に均衡のとれた化学組成物から構成される、請求項１に記載の溶媒。
  6. 下記化学構造：
    この際、ｘは、３以上の奇数であり；
    ｙは、１〜２０の整数であり；および
    Ｚは、−１と−３との間の電荷を有する１４族から１７族までの単原子イオンまたは−１と−３との間の電荷を有する多原子イオンの１つである；
    を有する化合物、ならびに
    短鎖アルコール、水およびこれらの混合物から選択される極性液体
    を含む、安定した電解質材料。
  7. ｘが３〜１１の整数であり、かつｙが１〜１０の整数である、請求項６に記載の安定した電解質材料。
  8. 前記多原子イオンは、−２以上の電荷を有する、請求項６に記載の安定した電解質材料。
  9. Ｚは、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、シュウ酸塩、クロム酸塩、二クロム酸塩、ピロリン酸塩及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項８に記載の安定した電解質材料。
  10. 以下：水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリスルフェート（triaqua-μ3-oxotri sulfate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリカーボネート（triaqua-μ3-oxotri carbonate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリホスフェート（triaqua-μ3-oxotri phosphate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリオキサレート（triaqua-μ3-oxotri oxalate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリクロメート（triaqua-μ3-oxotri chromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリジクロメート（triaqua-μ3-oxotri dichromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリピロホスフェート（triaqua-μ3-oxotri pyrophosphate）（１：１）；およびこれらの混合物、の少なくとも１つの化学量論的に均衡のとれた化学組成物から構成される、請求項６に記載の安定した電解質材料。
  11. 下記式：
    この際、ｘは、３以上の奇数であり；
    ｙは、１〜２０の整数であり；および
    Ｚは、多原子イオンである；
    を有する化学組成物、ならびに
    極性溶媒を含み、前記化学組成物の少なくとも一部は、Ｈ９Ｏ４＋：ＳＯ４Ｈとの組み合わせで配位して、Ｈ９Ｏ４＋として存在し、かつ安定なヒドロニウム（Ｈ３Ｏ＋）クラスターを含む架橋配位子として機能する、化学製剤。
  12. ｘが３〜１１の整数であり、かつｙが１〜１０の整数である、請求項１１に記載の化学製剤。
  13. Ｚは、−２以上の電荷を有するよう選択される多原子イオンである、請求項１２に記載の化学製剤。
  14. 前記極性溶媒は、水、１〜４炭素原子を有する短鎖アルコールおよびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１１に記載の化学製剤。
  15. 以下：水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリスルフェート（triaqua-μ3-oxotri sulfate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリカーボネート（triaqua-μ3-oxotri carbonate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリホスフェート（triaqua-μ3-oxotri phosphate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリオキサレート（triaqua-μ3-oxotri oxalate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリクロメート（triaqua-μ3-oxotri chromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリジクロメート（triaqua-μ3-oxotri dichromate）（１：１）；水素（１＋）、トリアクア−μ３−オキソトリピロホスフェート（triaqua-μ3-oxotri pyrophosphate）（１：１）；およびこれらの混合物、の少なくとも１つの化学量論的に均衡のとれた化学組成物から構成される、請求項１１に記載の化学製剤。
  16. 安定した電解質は、約０．０５体積％〜約５０体積％で存在する、請求項１１に記載の化学製剤。
  17. 安定した電解質は、０〜５の有効ｐＫａを提供するのに十分な量で存在する、請求項１１に記載の化学製剤。
  18. 安定した電解質は、約１体積ｐｐｍ〜約２５体積％の有効ヒドロニウムイオン濃度を提供するのに十分な量で存在する、請求項１１に記載の化学製剤。
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