NO306214B1 - Polysakkaridblanding, fremgangsmåte for dens fremstilling og anvendelse derav - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en blanding på basis av minst et polysakkarid, en fremgangsmåte for dens fremstilling og anvendelse derav.

Med betegnelsen succinoglykan betegnes generelt en familie av polysakkarider oppnådd fra bakterier som utover enheter avledet fra galaktose og glukose inneholder enheter avledet fra ravsyre, pyrodruesyre og eventuelt eddiksyre eller salter av disse syrer.

De forskjellige mikroorganismer som kan føre til disse succinoglykaner er særlig bakterier av typene Pseudomonas, Rhizobium, Alcaligenes og Agrobacterium.

Noen spesielle succinoglykaner er allerede beskrevet i litteraturen med hensyn til deres reologiske egenskaper ved drastiske betingelser for temperatur og pH.

Disse succinoglykaner har faktisk reologiske egenskaper som kan sammenlignes med xantangummi og disse skyldes bl.a. en forøket stabilitet ved høy temperatur overfor sure og basiske pH-verdier og i sterkt saltholdige miljøer.

Denne type succinoglykaner viser seg da som et fordelaktig supplement til xantangummi innenfor meget varierte industrielle områder, som f.eks. innen landbruket, landbruks-næringsmiddelindustrien, petroleumsindustrien og den kosmetiske industri.

Forskjellige industrielle anvendelser av succinoglykaner er allerede beskrevet. Disse anvendelser gjelder imidlertid bare vandige oppløsninger av succinoglykan og ikke vandige geler av succinoglykan. Denne type gel er særlig interessant for dens overlegne egenskaper som dispergeringsmiddel og stabiliseringsmiddel både i næringsmidler og i kosmetikk.

Geler av succinoglykaner er beskrevet i EP patentskrift

251638, men vedrører hovedsakelig geler oppnådd via fornetting av succinoglykaner ved hjelp av metallkationer.

Disse metallkationer forblir i den endelige succinoglykangel og viser seg da å være uforlikelig med anvendelser innen næringsmiddelindustrien.

NO patent 175373 beskriver et heteropolysakkarid, fremgangsmåte for dets fremstilling og dets anvendelse. Heteropolysakkaridet er oppnådd ved at et medium inneholdende en assimilerbar karbonkilde er fermentert med en stamme av Agrobacterium tumefaciens 1-736. Heteropolysakkaridet utvinnes fra mosten etter endt fermentering, ved oppvarming og deretter utfelling av polysakkaridet ved hjelp av en organisk væske, særlig isopropanol.

GB patent 2176795 beskriver polysakkaridblandinger, og metoder for fremstilling og anvendelse av oppløsninger og geler av polysakkaridene.

US patent 4999047 omtaler utvinning av xantangummi fra en most ved lav pH og oppvarming.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører da mer spesielt en ny blanding avledet fra et succinoglykan og som spesielt har evne til å føre til stabile geler, på grunn av en fullstendig uskadelighet og som følgelig er forlikelig med en anvendelse innenfor næringsmiddelindustrien og den kosmetiske industri.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av den nevnte blanding.

Et tredje formål for oppfinnelsen vedrører anvendelser av den nevnte blanding.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en blanding på basis av minst et polysakkarid, som er kjennetegnet ved at den er avledet fra minst et succinoglykan og at det nevnte polysakkarid har et redusert innhold av enheter avledet fra pyrodruesyre og ravsyre eller deres salter i forhold til utgangssuccinoglykanet, idet innholdet i polysakkaridet er redusert med minst 3 0 % enheter avledet fra pyrodruesyre og minst 50 % enheter avledet fra ravsyre i forhold til utgangssuccinoglykanet.

Mer spesielt er innholdet i polysakkaridet av pyrodruesyreenheter foretrukket redusert med 3 0 - 8 0 %, og innholdet av ravsyreenheter er redusert med 50 - 80 % i forhold til det opprinnelige succinoglykan.

Foretrukket er blandingen i samsvar med oppfinnelsen avledet fra et succinoglykan oppnådd ved gjæring av en assimilerbar karbonkilde ved hjelp av en mikroorganisme av slekten Agrobacterium .

Innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse dreier det seg særlig om stammen Agrobacterium tumefaciens 1-736 eller en av dens rekombinanter eller mutanter.

Blandingen i samsvar med oppfinnelsen kan like gjerne fore-ligge i form av en vandig gel eller i form av et faststoff av type fibre eller pulver som er geldannende i vandig miljø.

I det siste tilfellet oppnås gelen ved en enkel dispergering av blandingen i pulverform i et vandig løsningsmiddel.

Konsentrasjonen i denne gel, som er gjenstand for oppfinnelsen, av polysakkarid varierer generelt mellom 0.1 og 5 %, foretrukket mellom 0.2 og 1 %, og mer spesielt omtrent 0.3 %.

Styrken av gelen kan selvfølgelig endres alt etter konsentrasjonen og arten av det opprinnelige succinoglykan som anvendes.

Denne gel er stabil i et stort område for pH, og dens pH kan innstilles til ønsket verdi ved enkel tilsetning av en passende base eller syre.

I det spesielle tilfelle med en blanding i samsvar med oppfinnelsen som skriver seg fra et succinoglykan fra den spesifikke stamme Agrobacterium tumefaciens 1-736 er den tilsvarende gel en transparent gel.

Den kjemiske analyse av en gel fra denne spesifikke stamme viser at for en galaktoseenhet finnes omtrent 8.6 glukoseenheter og bare omtrent 0.26 ravsyreenheter og omtrent 0.32pyrodruesyreenheter mot 0.8 ravsyreenheter og 1 pyrodruesyre-enhet for det opprinnelige succinoglykan.

Blandingen i samsvar med oppfinnelsen kan oppnås ved enkel syrehydrolyse eller enzymatisk hydrolyse av minst et succinoglykan .

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således også en fremgangsmåte for fremstilling av blandingen i henhold til oppfinnelsen, som er kjennetegnet ved at den omfatter - surgjøring til en pH minst lavere enn 1.5 av en vandig opp-løsning av et utgangssuccinoglykan, - denne surgjorte blanding holdes eventuelt under omrøring inntil den har oppnådd en minimal viskositetsterskel for å

danne en gel, og

- utvinning av den nevnte blanding.

Foretrukket gjennomføres surgjøringen med en vandig opp-løsning av en mineralsyre.

Som mineralsyre kan spesielt nevnes saltsyre, svovelsyre, salpetersyre og fosforsyre. Foretrukket dreier det seg om en 20 % vandig løsning av svovelsyre.

Organiske syrer kan også anvendes, men det er klart at det med disse er vanskeligere å oppnå meget sure pH-verdier.

Foretrukket tilsettes syren til en vandig oppløsning av omtrent 0.3 % succinoglykan.

Etter surgjøringen skjer dannelse av en blanding i samsvar med oppfinnelsen alltid gjennom et forutgående fullstendig fall i viskositeten av oppløsningen og, alt etter tilfellet, dannelse av et bunnfall. Blandingen tildannes bare til slutt i form av en gel.

Hastigheten for geldannelsen er forbundet med den syrestyrke som anvendes, dens konsentrasjon og temperaturen ved lagring av de surgjorte løsninger av succinoglykan.

Denne sure løsning kan lagres ved temperatur mellom 2 0 og 80°C. En lagring ved en temperatur mellom 40 og 60°C påskynder imidlertid betraktelig fenomenet med geldannelse. Foretrukket oppbevares løsningen ved en temperatur nær 50°C.

Gelen oppnådd på denne måte er stabil ved vanlig temperatur. Dens sure pH kan innstilles på nytt ved hjelp av en passende vandig basisk løsning inntil nøytralitet. Med hensyn til gelstyrken kan også denne selvfølgelig moduleres alt etter art og konsentrasjon av den anvendte syre.

De verdier som anføres i de etterfølgende eksempler viser innvirkningen av disse forskjellige parametere, temperatur, art og styrke av syren på dannelseshastigheten av gelen og gelstyrken. Det er klart at den fagkyndige på området ut fra disse verdier med rutinemessige forsøk kan oppnå den ønskede gel.

Selvfølgelig er det fullt ut mulig å anvende denne sure gel direkte som en sur del som fjerner kjelsten.

Tilsetning av fargestoffer og/eller parfymer som vanlig er til stede i denne type detergentblanding kan skje før geldannelse av den surgjorte oppløsning av succinoglykan, dvs. i det tidspunkt hvor dens viskositet oppnår minimums-terskelen.

Ved en spesiell utførelsesform av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten for fremstilling, når den minimale viskositetsterskel er nådd og før den etterfølgende dannelse av gel, også et trinn med utfelling av den nevnte oppløsning ved hjelp av et organisk løsningsmiddel, gjenvinning av de resulterende fibre og eventuelt rensing av disse.

Som organiske væsker som egner seg ved den foreliggende oppfinnelse kan nevnes aceton, alkoholer som etanol, propanol, isopropanol, butanol og tert-butanol. Isopropanol er særlig foretrukket ved den foreliggende oppfinnelse.

Volumet av organiske væske som anvendes er generelt 2-3 ganger volumet av polysakkaridløsningen som behandles.

Utfellingen med en organiske væske kan også skje i nærvær av salter som natrium-, kalium- eller kalsiumsulfater, -klorider eller -fosfater.

Denne utfelling gjennomføres foretrukket ved temperaturen som den sure løsning holdes ved og ved tilsetning av denne sure polysakkaridløsning til den organiske væske. Når heteropolysakkaridet er utfelt, kan det deretter separeres fra den organiske væske ved filtrering, sentrifugering eller av-renning. De derved isolerte resulterende fibre kan avvannes f.eks. ved hjelp av en alkohol eller aceton. De kan deretter tørkes og males for å føre til en blanding i samsvar med oppfinnelsen i form av pulver eller også på nytt bringes i suspensjon i vandig miljø for å oppnå en blanding i samsvar med oppfinnelsen i form av en gel.

Utgangssuccinoglykanet fremstilles på klassisk måte ved dyrking av den valgte stamme i et passende gjæringsmiljø og under passende temperaturbetingelser.

Vedrørende mer spesielt fremstillingen av et succinoglykan fra stammen Agrobacterium tumefaciens 1-736 er denne allerede drøftet detaljert i europeisk patentskrift EP 351 303. Det skal her gjengis noen punkter for denne fremstillingsprosess.

Den tilsvarende succinoglykan oppnås ved dyrking av denne stamme i nærvær av en assimilerbar karbonkilde av type glukose, sakkarose eller stivelseshydrolysat, en organisk nitrogenkilde som kasein, kaseinater, vegetabilske melsorter, gjærekstrakter eller maisstøpvæske (CSL), mineralsalter som metallsulfater, metallfosfater eller metallkarbonater og eventuelt oligoelementer.

Selvfølgelig kan de forskjellige kilder for karbon, nitrogen og mineralsyrer nevnt i det foregående tilføres som spesifikke forbindelser.

Generelt gjennomføres denne fermentering ved trykk mellom 1 og 4 bar ved en temperatur mellom 2 5 og 3 5°C og under ned-dykkede aerobe betingelser. pH i fermenteringsblandingen er vanlig mellom 5 og 9 og foretrukket mellom 6 og 8, og kan innstilles under fermenteringen.

Succinoglykanet isoleres deretter fra fermenteringsmosten ved i rekkefølge å gjennomføre en termisk behandling av mosten ved pH mellom 6 og 8 etterfulgt av en utfelling av succinoglykanet ved hjelp av et organisk løsningsmiddel, og da foretrukket isopropanol. Når det er separert fra mosten filtreres succinoglykanet, sentrifugeres, avvannes og tørkes. De oppnådde fibre males eventuelt før de anvendes for fremstilling av en blanding i samsvar med oppfinnelsen.

Blandinger av geltypen i samsvar med oppfinnelsen kan med fordel anvendes innen tallrike idustrielle områder.

Ut fra dens opprinnelige geldannede sammensetning er den særlig interessant som fortykningsmiddel, suspensjonsmiddel eller som stabiliseringsmiddel for dispersjoner.

På grunn av dens fullstendige uskadelighet kan den anvendes på næringsmiddelområdet, og i kosmetiske og farmasøytiske

preparater. Den er selvfølgelig også egnet for anvendelse av mer industriell karakter, f.eks. innen sprengstoffindustrien og for sammensetning av detergentblandinger av husholdnings-type eller industriell type og smøremiddelblandinger.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således videre anvendelse av blandingen i henhold til oppfinnelsen som suspensjonsmiddel, fortykningsmiddel og/eller dispergeringsstabiliserende middel.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også anvendelse av blandingen i henhold til oppfinnelsen innenfor petroleumsindustrien, innenfor landbrukskjemiindustrien, næringsmiddelindustrien, kosmetikkindustrien, sprengstoffindustrien såvel som i smøremiddelblandinger, husholdnings- eller industrielle vaskemidler.

Agrobacterium tumefaciens er deponert i samsvar med Budapest-konvensjonen i Collection National de Culture des Micro-organismes (CNCM) den 1. mars 1988, hvor den er generelt tilgjengelig under nr. 1-736. Denne stamme skriver seg fra Collection National de Bactéries Phytopathogéne og er gitt betegnelsen CNBP 291 i 1974-katalogen for oppbevarte organismer.

De etterfølgende eksempler viser andre fordeler og egenskaper ved oppfinnelsen. Generelt og med mindre annet er angitt, er prosentandeler og deler i det følgende definert på vektbasis.

Eksempel 1: Fremgangsmåte for fremstilling av utgangssuccinoglykan: Man gjærer en stamme Agrobacterium tumefaciens 1-736 i en blanding inneholdende (i g/l) :

CSL (maisstøpvæske) 11

K2HP044

MgS04, 7H200.5

Sakkarose 2 5

Vann qsp 1 1

Denne blanding fermenteres ved hjelp av den nevnte stamme ved en temperatur 28°C, i en 20 liters BIOLAFFITE beholder inneholdende et bruksvolum på 15 liter.

Blandingen underkastes omrøring med 4 00 omdr./min. oppnådd ved hjelp av et røreverk av type RUSHTON.

Blandingen luftes med en luftmengde 825 l/t.

Etter 90 timers gjæring som tilsvarer fullstendig eller nær fullstendig forbruk av sakkarose, oppnås 66 vekt% heteropolysakkarid definert i forhold til vekten av anvendt sakkarose.

Viskositeten av fermenteringsmosten, målt ved hjelp av et Brookfield LVT viskosimeter med en sylindrisk rørestav

nr.4, med 3 0 omdr./min., er 6.800 mPa.s.

Utvinningen av heteropolysakkarid gjennomføres fra 2 kg av denne most som behandles termisk ved 90°C i 3 0 min.

Til mosten behandlet på denne måte tilsettes 2.300 ml isopropylalkohol (IPA). Utfellingen gjennomføres i nærvær av150 g natriumsulfat. Fibrene som oppnås ved utfellingen blir deretter awannet to ganger i nærvær av 1.2 00 ml IPA. Fibrene blir deretter avsuget på filter, revet i stykker og tørket i et tørkeskap ved 85°C. Det samlede tørre material males og siktes. Man oppnår da et pulver av succinoglykan med fløte-farge som anvendes direkte for fremstilling av gel i samsvar med oppfinnelsen.

Eksempel 2: Fremgangsmåte for fremstilling av en blanding i samsvar med oppfinnelsen ved sur hydrolyse av et succinoglykan.

2.2g pulver oppnådd i eksempel 1 hydratiseres på forhånd i 217.8 g vann. Pulveret tilsettes i vannet som omrøres ved hjelp av en deflokkulerende stav som roterer med hastighet 600 omdr./min. i 20 minutter. Denne oppløsning settes deretter bort i 4 timer. 220 g av en 20 % saltsyreløsning tilsettes under omrøring til 220 g av den hydratiserte oppløsning i det foregående. Denne blanding helles ut i en hermetisk beholder som settes inn i et varmeskap opprettholdt ved en temperatur på 50°C. Dette varmeskap er utstyrt med et

sirkulasjonsrøresystem og tillater en homogen fordeling av temperaturen i oppløsningen. Etter 48 timer tas blandingen ut fra varmeskapet for dens utfelling. 900 ml isopropylalkohol fylles i et begerglass utstyrt med en deflokkulerende stav. Begeret oppvarmes i et vannbad ved 5 0°C slik at alkoholen opprettholdes ved en temperatur mellom 40 og 50°C. Den varme og sure polysakkaridbaserte blanding tilsettes dråpevis i den varme alkohol under omrøring ved 600 omdr./min. Korte og voluminøse fibre kommer til syne i blandingen. Suspensjonen av fibre overføres til vannbadet og omrøringen opprettholdes i 2 0 min. Suspensjonen av fibre filtreres på en Biichner-trakt utstyrt med filterpapir. Fibrene oppslemmes på nytt i et beger inneholdende 4 ml isopropylalkohol under omrøring. Fibrene tørkes ved lav temperatur.

Karakterisering: For kjemisk analyse av fibrene finnes for en galaktoseenhet 8.6 glukoseenheter og bare 0.26 ravsyreenheter og 0.32 pyrodruesyreenheter. Ved enkel oppløsning i vann og for konsentrasjoner mellom 0.1 og 1 % danner pro-duktet en gjennomskinnelig gel.

Eksempel 3: Variasjon av parametere ved fremstilling av

blandingen.

Fremstillingen beskrevet i eksempel 2 gjentas med forskjellige temperaturer for forskjellige konsentrasjoner av HC1. Den etterfølgende tabell I angir de oppnådde resultater.

Eksempel 4: Innvirkning av arten av syre på dannelseshastigheten av en blanding i samsvar med oppfinnelsen.

Geler av polysakkarider ble fremstilt i samsvar med prosessen i eksempel 2, idet det som syre ble anvendt svovelsyre eller fosforsyre.

De oppnådde resultater er angitt i tabellene 2 og 3. De viser at dannelsen av en gel også oppnås med svovelsyre og fosforsyre.

Eksempel 5: Bestemmelse av gelstyrke.

Gelstyrken bedømmes ved motstanden i gelen som funksjon av penetrasjon og bestemmes ved hjelp av et STEVENS penetrometer med en penetrasjonshastighet PÅ 0.5 mm/s.

De to geler som ble testet ble fremstilt ved en inkubasjons-temperatur på 50°C, den ene med en 10 % saltsyreløsning og den andre med en 20 % svovelsyreløsning.

I disse to tilfeller skrev den testede gel seg fra succinoglykan fra den spesifikke stamme Agrobacterium tumefaciens 1-736.

Resultatene er angitt i tabell IV.

Claims (20)

1. Blanding på basis av minst et polysakkarid,karakterisert vedat den er avledet fra minst et succinoglykan og at det nevnte polysakkarid har et redusert innhold av enheter avledet fra pyrodruesyre og ravsyre eller deres salter i forhold til utgangssuccinoglykanet, idet innholdet i polysakkaridet er redusert med minst 3 0 % enheter avledet fra pyrodruesyre og minst 50 % enheter avledet fra ravsyre i forhold til utgangssuccinoglykanet.

2. Blanding som angitt i krav 1,karakterisert vedat innholdet i polysakkaridet av pyrodruesyreenheter foretrukket er redusert med 3 0 til 80 % og innholdet av ravsyreenheter med 50 til 80 % i forhold til utgangssuccinoglykanet.

3. Blanding som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat utgangssuccinoglykanet er oppnådd ved gjæring av en mikroorganisme av slekten Agrobacterium .

4. Blanding som angitt i ett eller flere av kravene 1-3,karakterisert vedat utgangssuccinoglykanet er oppnådd fra stammen Agrobacterium tumefaciens 1-736, en av dens rekombinanter eller mutanter.

5. Blanding som angitt i ett eller flere av kravene 1-4,karakterisert vedat den har form av en vandig gel.

6. Blanding som angitt i krav 5,karakterisert vedat konsentrasjonen i gelen av polysakkaridet varierer mellom 0.1 og 5 %, foretrukket mellom 0.2 og 1 % og er særlig omtrent 0.3 %.

7. Blanding som angitt i ett eller flere av kravene 1-4,karakterisert vedat den har form av et faststoff av type fibre eller pulver, idet faststoffet kan geldanne i vandig miljø.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av en blanding som angitt i ett eller flere av kravene 1-6, karakterisert vedat den omfatter - surgjøring til en pH minst lavere enn 1.5 av en vandig opp-løsning av et utgangssuccinoglykan, - denne surgjorte blanding holdes eventuelt under omrøring inntil den har oppnådd en minimal viskositetsterskel for å danne en gel, og - utvinning av den nevnte blanding.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8,karakterisert vedat surgjøringen gjennom-føres foretrukket med en konsentrert vandig løsning av en mineralsyre.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9,karakterisert vedat mineralsyren foretrukket velges blant saltsyre, svovelsyre, salpetersyre og fosforsyre.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9 eller 10,karakterisert vedat det anvendes en 20 % svovelsyreløsning.

12. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 8-11, karakterisert vedat den vandige løsning av succinoglykan omfatter omtrent 0.3 % succinoglykan.

13. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 8-12 , karakterisert vedat den surgjorte løsning holdes foretrukket ved en temperatur mellom 20 og80°C.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13,karakterisert vedat den surgjorte løsning foretrukket holdes ved en temperatur mellom 40 og 60°C og foretrukket omtrent 50°C.

15. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene8-14, for fremstilling av en blanding i form av et faststoff som angitt i krav 5, karakterisert vedat den etter at den minimale viskositetsterskel er nådd og før den etterfølgende dannelse av en gel, omfatter et trinn med utfelling av den nevnte løsning ved hjelp av et organisk løsningsmiddel, utvinning av de resulterende fibre og eventuelt rensing av disse.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15,karakterisert vedat det som organisk løsningsmiddel anvendes isopropanol.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 15 eller 16,karakterisert vedat utfellingen gjennom-føres ved temperaturen for den sure oppløsning av polysakkarid og ved tilsetning av denne til den organiske væske.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, 16 eller 17 for fremstilling av en gel ved hydrolyse av det faste stoff oppnådd på denne måte.

19. Anvendelse av en blanding som angitt i ett eller flere av kravene 1-7 som suspensjonsmiddel, fortykningsmiddel og/eller dispergeringsstabiliserende middel.

20. Anvendelse av blandingen som angitt i ett eller flere av kravene 1-7 innenfor petroleumsindustrien, innenfor landbrukskjemiindustrien, næringsmiddelindustrien, kosmetikkindustrien, sprengstoffindustrien såvel som i smøremiddel-blandinger, husholdnings- eller industrielle vaskemidler.