NO313054B1

NO313054B1 - Gel omfattende gellangummi og eventuelt alginat

Info

Publication number: NO313054B1
Application number: NO19971562A
Authority: NO
Inventors: David Ortega; George R Sanderson; Thomas Sifferman
Original assignee: Isp Investments Inc
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2002-08-05
Also published as: CA2201512A1; AU688600B2; EP0784651A1; DE69524620T2; CA2201512C; US5596084A; DK0784651T3; MX9702505A; JP3650625B2; ES2169156T3; JPH10506954A; NO971562D0; EP0784651B1; AU3643495A; NO971562L; DE69524620D1; WO1996011230A1; RU2134703C1

Description

Alginat har vært anvendt i mange år som et gelatineringsmiddel i puddinger, fruktfyll, dessertgelé og strukturerte næringsmidler, som vannbindemiddel i frosne mat-varer, terte-sirupfyll, sukkerglasur og som emulgator i salatdressinger og kjøttaroma-sauser, og som stabilisator i øl, frukt, saft og forskjellige sauser.

Det er vel kjent at alginater reagerer med flerverdige kationer, innbefattende sink, aluminium, kobber og kalsium, og danner geler eller utfellinger. Det er også vel kjent at viskositeten av natriumalginatoppløsninger forandres ved tilsetning av én verdige salter, men at slike salter ikke leder til geldannelse.

Vi har uventet funnet at alginatløsninger faktisk danner geler som stivner ved diffusjon etter tilsetning av visse typer vann, så som sjøvann, som inneholder høye konsentrasjoner av natriumioner.

Oppfinnelsen angår en gel omfattende vann, natriumioner, kalsiumioner, en kompleksdanner og gellangummi, hvor forholdet mellom natriumioner og kalsiumioner er mellom 15:1 og 45:1, mengden gellangummi er mellom 0,05 og 4%, fortrinnsvis mellom 0,2 og 1%, og mengden kompleksdanner er mellom 0,01 og 1,5%, fortrinnsvis mellom 0,05 og 0,6%.

Oppfinnelsen angår en gel omfattende vann, natriumioner, kalsiumioner, kompleksdanner, gellangummi og alginat, hvor forholdet mellom natriumioner og kalsiumioner er mellom 15:1 og 45:1, mengden alginat er mellom 0,3 og 4%, fortrinnsvis mellom 0,7 og 2%, mengden gellangummi er mellom 0,05 og 4%, fortrinnsvis mellom 0,2 og 1%, og mengden kompleksdanner er mellom 0,01 og 1,5%, fortrinnsvis mellom 0,05 og 0,6%. Ved en foretrukket utførelsesform av gelen omfatter alginatet mannuronsyre og guluronsyre i et vektforhold på mellom 2:1 og 0,35:1.

Geler ifølge den foreliggende oppfinnelse dannes av alginatløsninger tilsatt vann som har høye konsentrasjoner av natriumioner. Oppløsningene danner geler som stivner ved diffusjon.

Vann som har et forhold mellom natriumioner og kalsiumioner på mellom 15:1 og 45:1 er typisk tilgjengelig fra naturlige saltvannskilder, så som sjøvann. For hensikten med den foreliggende oppfinnelse er sjøvann eller vann som har et natrium-iomkalsiumion-forhold på mellom 15:1 og 45:1, egnet.

Gellangummi er et heteropolysakkarid fremstilt ved gjæring av Pseudo-monas elodea ATCC 31461. Gellangummi er tilgjengelig fra Kelco Division of Merck & Co., Inc., San Diego, CA, under forskjellige navn, innbefattet KELCOGEL, KELCOGEL PC og KELCOGEL F. Fremgangsmåter for fremstilling av gellangummi innbefatter de som er beskrevet i US patentskrifter nr. 4.326.052 og 4.326.053. Gellangummi kan brukes ved forskjellige anvendelser som geldannelse, teksturering, stabilisering og forming av film, særlig som gelatineirngsmiddel i næringsmidler, produkter for personlig hygiene og industrielle anvendelser.

Gellangummi er et gelatinerings- og tekstureringsmiddel som danner geler i nærvær av ioner. Til forskjell fra andre gelatineringsmidler kan gellangummi danne geler med alle ioner som tilføres til den, innbefattende hydrogenioner. Geler kan hensiktsmess-ig fremstilles ved å la varme løsninger som inneholder ioner, avkjøles. En mindre vanlig, men noen ganger anvendelig, fremgangsmåte er å fremstille geler ved å la ioner diffundere inn i løsningen. Denne fremgangsmåte benyttes for eksempel ved forming av filmer og overtrekk, f.eks. til røre og tilsvarende spiselige overtrekk. Av særlig verdi for disse overtrekk er gellanets evne til å danne geler med natriumioner. Natriumklorid kan således anvendes som ionekilde for geldannelse og den resulterende matvare får en akseptabel smak, noe som ikke alltid er tilfellet med andre ioner, så som kalsium som kan gi en bitter smak.

Som en følge av disse egenskaper vil gellangummi-løsninger som tilsettes til sjøvann med høyt innhold av natriumioner, danne geler når de forskjellige ioner som er til stede i sjøvann diffunderer inn i løsningene. Denne egenskap kan med fordel utnyttes ved mange forskjellige anvendelser innbefattende, men ikke begrenset til, anvendelsene beskrevet over.

Kommersielle former av gellangummi, en anionisk polymer, fremstilles som blandede salter. Selv om gummien overveiende er i kaliumsaltform, så er det vanligvis til stede tilstrekkelig med toverdige ioner, f.eks. kalsium og magnesium, til å gjøre produktet uløselig i kaldt vann. Oppløselighet hindres ytterligere dersom vannet som gummien skal oppløses eller hydratiseres i, også inneholder ioner. Dette må forventes fordi ionene er i stand til å påskynde interkjede-assosiering (gelatinering), de vil også forhindre interkjede-dissosiering (oppløsning).

Løseligheten av gellangummi i kaldt vann kan vanligvis oppnås ved ganske enkelt å fjerne de toverdige ioner i vannet ved hjelp av en kompleksdanner. Toverdige ioner er mye mer effektive for dannelse av geler enn énverdige ioner, og fjerning av de førstnevnte med kompleksdanner vil vanligvis resultere i et vandig medium hvor gummien er løselig. Kompleksdanneren fjerner ikke bare toverdige ioner fra vannet, men også de toverdige ioner fra gellangummien og omdanner denne til énverdig ioneform som er løselig i kaldt vann. Typiske kompleksdannere som kan benyttes, innbefatter forskjellige uorganiske fosfater som natriumheksametafosfat, tetranatriumpyrofosfat, dinatriumorto-fosfat og natriumtripolyfosfat. Natriumcitrat kan også anvendes.

Tilstedeværelsen av tre typer polymersegmenter i alginsyre fra forskjellig brun tang er påvist ved mild syrehydrolyse. Ett segment består hovedsakelig av D-man-nuronsyreenheter. Et annet segment består hovedsakelig av L-guluronsyreenheter.

Det tredje segment består av alternerende D-mannuronsyre- og L-guluronsyre-rester.

Andelene av de tre polymersegmenter i alginsyreprøver fra forskjellige kilder er blitt bestemt ved partiell syrehydrolyse for å skille alginsyre i homopolymerer og alternerende segmenter. Andelene polymannuronsyre- og polyguluronsyre-segmenter er blitt bestemt ved pmr-spektroskopi. I tabell 1 vises andelene mannuronsyre og guluronsyre i alginsyreprøver utvunnet fra forskjellige arter brun tang.

Polyguluronsyre er et buklete, båndlignende molekyl hvor guluronsyren har konformasjon 1C og er diaksialt bundet. Den buklete, båndlignende konformasjon er stabilisert med en intramolekylær hydrogenbinding mellom hydroksylgruppen på karbon 2 og oksygenatomet i karboksylgruppen i inntilliggende enheter. Bindingene i kjeden er mer komplisert enn for polymannuronsyre og involverer vannmolekyler. Et vannmolekyl er i en slik posisjon at det fungerer to ganger som hydrogenbindingsdonator og to ganger som akseptor, og den således dannede hydrogenbinding er i området 2,7 Å - 2,9 Å. I overensstemmelse med densitetsmålinger og for bevaring av symmetri, kreves fire vannmolekyler i enhetscellen.

En av alginatenes viktigste og mest anvendelige egenskaper, er evnen til å danne geler ved reaksjon med kalsiumsalter. Disse geler, som ligner på faste stoffer ved at det beholder form og motstår spenning, består av nesten 100% vann (normalt 99,0-99,5% vann og 0,5-1,0% alginat).

En gel er i klassisk kolloidterminologi definert som et system hvor de kjennetegnende egenskaper skyldes et tverrbundet nettverk av polymerkjeder som dannes ved gelpunktet. En betydelig mengde forskning er blitt utført for å klarlegge tverrbinding-enes natur og bestemme alginatgelenes struktur.

Det er vist på grunnlag av fiberdiffraksjonsdata, beregninger av modeller og andre undersøkelser, at både polymannuronsyresegmentene og polyguluronsyresegmentene i alginsyren har en båndlignende og langstrakt form. På grunnlag av disse data og gelenes egenskaper, er det blitt foreslått at en samvirkende assosiering mellom polyguluronsyre-segmentene er involvert i dannelsen av det tverr-bundne nettverk av polymerkjeder. Den for tiden foreslåtte struktur hos en alginatgel hvor kalsiumioner er bundet mellom assosierte segmenter i polymerkj edene, betegnes ofte som en "egg-kartong-modell".

Undersøkelser med sirkulær dikroisme har vist at kalsiumionene reagerer fortrinnsvis med polyguluronsyresegmentene. Det er mulig at de alternerende segmenter og polymannuronsegmentene ikke spiller noen direkte rolle ved geldannelsen med kalsium, foruten å sammenføye de assosierte segmenter og følgelig tilveiebringe et tredimen-sjonalt nettverk av kjeder i gelen.

Selve interaksjonen mellom polyguluronatsegmentene og kalsiumionene er blitt ytterligere raffinert ved å anvende både kjente koordinasjonsgeometrier i modell-forbindelser og kravene til samvirkende assosiering. Ved denne interaksjon assosierer polyguluronatsegmentene til aggregater med åpninger som kalsiumionene passer inn i, egg-kartong-modellen.

Denne informasjon kan anvendes til å forutsi de observerte gelingsegen-skaper hos alginater fra forskjellige kilder. For eksempel danner alginatet fra Laminaria hyperborea, med en stor prosentandel polyguluronatsegmenter, stive, sprø geler som har en tendens til å undergå synerese, eller tap av bundet vann. I motsetning til dette danner alginatet fra Macrocystis pyrifer eller Ascophyllum nodosum elastiske geler som kan deformeres, og som har en betydelig redusert tendens til synerese.

Egnede alginater for den foreliggende oppfinnelse innbefatter, men er ikke begrenset til, natriumalginater, kaliumalginater og ammoniumalginater. Forskjellige alginater er kommersielt tilgjengelige fra Kelco Division of Merck & Co., Inc. (San Diego, CA). Disse alginater varierer i henhold til algal-kilde, innhold av mannuronsyre og guluronsyre, molekylvekt, partikkelform og siktstørrelse. Alginater kommersielt tilgjengelig fra Kelco innbefatter KELTONE HV, MANUGEL DMB, KELGIN MV OG

KELGIN F.

Flerverdige kationer vil reagere med, og i noen tilfeller tverrbinde, algin-polymerer. Etter som innholdet av flerverdige ioner i oppløsningen økes, vil det fore-komme fortykning, geldannelse og til slutt utfelling. Som med andre egenskaper av alginløsninger, vil det omsatte alginats egenskaper variere med mannuronsyre/guluronsyre-forholdet, mengden énverdige salter i løsningen, løsningens temperatur, polymer-isasjonsgraden og selve det flerverdige ion.

Det mest anvendte flerverdige kation for å forandre reologien, viskositeten og gelingsegenskapene hos alginløsninger, er kalsium. Kalsium kan også anvendes som utfellingsionet ved dannelsen av uløselige filamenter og filmer.

Kalsiumreaksjonen kan gjøres synlig ved å injisere en strøm av en 1% natriumalginatoppløsning (eventuelt kalsiumalginat- eller ammoniumalginat-løsning) i en 10% kalsiumklorid-løsning. Nesten øyeblikkelig vil det dannes kalsiumalginat på over-flaten av natriumalginatstrømmen som vil beholde samme form ved injiseringen i kalsiumklorid-løsningen. I starten vil midten av strømmen være uomsatt natriumalginat, men over en tidsperiode vil løselig kalsium diffundere inn til sentrum og danne en fullstendig kalsiumalginat-struktur.

Reaksjonen mellom kalsiumioner og alginmolekyler er:

Etter hvert som kalsiumioner tilsettes til systemet, vil reaksjonen gå mot høyre inntil alt alginat er utfelt som kalsiumalginat.

De fysiske egenskaper for natrium- (eller kalsium- eller ammonium-)kalsiumalginatsystemet varierer med mengden tilgjengelig kalsium. Til å begynne med vil det være tydelige viskositetsøkninger sammen med en oppførsel med kortere flyt. Ytterligere tilsetning av kalsiumioner resulterer i geldannelse og til slutt utfelling.

De forskjellige tangmaterialer gir alginater med forskjellig mannuronsyre/- guluronsyre-blokkstruktur. Hvert alginat har sine egne karakteristiske kalsiumreaktivi-teter og gelatineringsegenskaper. Alginater betegnes vanligvis som "høy M" eller "høy G", avhengig av mengdene mannuronsyre og guluronsyre som de inneholder.

Som vist i tabell 1, gir Laminaria hyperborea et høy-G-alginat. Generelt gir høy-G-alginater sterke, sprø geler som er varmestabile, mens høy-M-alginater gir svak-ere, mer elastiske geler som har lavere varmestabilitet, men bedre fryse/tine-stabilitet. Gelstyrken til slutt kan imidlertid justeres ved å manipulere gelkjemien, og i noen pro-duktsituasjoner kan høy-G- og høy-M-alginater benyttes om hverandre.

Støkiometrisk kreves 7,2% kalsium, basert på vekten av natriumalginat, for fullstendig substitusjon. Geler dannes med ca. 30% av denne mengde, og fortykkede, flytbare oppløsninger med mindre enn 15%.

Ved fremstilling av geler vil metoden for tilsetning av kalsiumioner til alginløsningen ha stor innflytelse på sluttgelens egenskaper. Alt for hurtig kalsiumtil-setning resulterer i trinnvis geldannelse, diskontinuerlig gelstruktur eller utfelling.

Det kan formuleres kombinasjoner av alginat og et kalsiumsalt som opp-løses sakte, for å regulere geldannelseshastigheten. Kompleksdannere som tetranatriumpyrofosfat og natriumheksametafosfat regulerer også frigivelsen av kalsiumioner og forandrer sluttgelens tekstur.

For å danne en kaldtvannsgel kan det anvendes natriumalginat, vannfritt dikalsiumfosfat, natriumcitrat og adipinsyre. Når natriumcitratet tilsettes til vann, vil det oppløses hurtig og sekvestrere fritt kalsium i vannet, og derved gjøre at natriumalginatet oppløses. Adipinsyre oppløses sakte og reagerer med det vannfrie dikalsiumfosfat slik at det frigjøres kalsiumioner, som så danner gel med natriumalginat. Kompleksdannere som tetranatriumpyrofosfat eller andre polyfosfater kan erstatte citrat. Andre kalsiumkilder (kalsiumkarbonat eller kalsiumsulfat) kan erstatte vannfritt dikalsiumfosfat. Enhver sakte oppløsende næringsmiddelsyre er effektiv, men adipinsyre har den fordel at den er ikke-hygroskopisk og at den bidrar til en sur aroma ved en høyere pH enn visse andre syrer anvendt i næringsmidler. Kontroll av pH er nødvendig for å forhindre for tidlig geldannelse eller utfelling. Etter som pH faller vil ioniseringen av karboksylgruppene bli under-trykt, med tap av oppløselighet. Geldannelsen vil starte, fulgt av utfelling dersom pH senkes nok. Ved en pH på ca. 3,5 er alginatgelen en blanding av en kalsium- og en syre-gel.

Den omfattende anvendelse av alginater industrielt og i næringsmidler er vanligvis basert på alginatenes evne til å reagere med kalsiumioner og fungere fortrinnsvis som fortykningsmidler, filmdannere og gelatinerings- og struktureringsmidler. Med hensyn til gellangummi, siden kalsiumioner er i stand til å danne geler, kan disse ioner dersom de er til stede i tilstrekkelig høye mengder, hindre alginathydrering. Det er derfor akseptert praksis å anvende alginater i kombinasjon med kompleksdannere for å påhjelpe hydrering i situasjoner hvor vannet må "myknes" for at hydrering skal skje.

Til forskjell fra gellangummier, danner alginater ikke geler med natriumioner. Når alginatløsninger således tilsettes til oppløsninger med natriumioner (f.eks. saltløsning), så dannes det ikke geler ved diffusjon, men snarere dispergeres de i det vandige medium ved omrøring. Sjøvann har en høy konsentrasjon natriumioner, og tilsetning av alginatløsninger til sjøvann vil følgelig ikke forventes å resultere i geldannelse.

Vi har uventet funnet at alginatløsninger faktisk danner geler som stivner ved diffusjon ved tilsetning til vann som har høye konsentrasjoner med natriumioner, så som sjøvann. Følgelig kan alginater anvendes som et alternativ til gellangummiløsninger ved de tidligere nevnte anvendelser. Uten å være bundet av teori, antas det at den ioniske sammensetning av sjøvann er slik at det er til stede tilstrekkelig med flerverdige ioner, særlig kalsium, til å starte geldannelse og holde alginatet i gelet tilstand på tross av tilstedeværelsen av natriumioner og andre ikke-gelende ioner som, avhengig av de relative mengder flerverdige (gel-dannende) og ikke-gelende (gel-oppløsende) ioner, kan bringe gelen til å disintegrere.

Som allerede antydet kan utnyttelse av oppfinnelsen under praktiske beting-elser ofte kreve anvendelse av kompleksdannere for å oppnå hydrering av alginat- og gellangummi-polymerene i kaldt vann. I tillegg kan den ønskede gelstyrke, som først og fremst avhenger av polymerkonsentrasjonen, variere. Det er derfor tenkelig å forutse situasjoner hvor det kreves anvendelse av forholdsvis lave konsentrasjoner med alginat kombinert med forholdsvis høye konsentrasjoner med kompleksdanner. I disse tilfeller vil kompleksdanneren under starten av ionediffusjonen inn i oppløsningen fortrinnsvis binde de geldannende, toverdige ioner og gjøre det mulig å dispergere alginatet i det omgivende vandige medium før gelatinering kan skje. Med gellangummi, uansett forholdet mellom konsentrasjonen av gummi og kompleksdanner, kan dispergering av polymeren før gelatinering ikke skje fordi gelatinering og låsing av polymeren vil skje øyeblikkelig gjennom innvirkningen av natriumioner og andre toverdige ioner som ikke er bundet av kompleksdanneren.

Alle alginatgeler dannes ved kjemisk reaksjon. Alginatgelene er i allmenn-het ikke termisk reversible og består av høyt hydratiserte alginatpolymerer. Ved passende valg av gelatineirngsmiddel kan gelstrukturen og -stivheten reguleres. Myke geler har en tendens til å flyte og anta formen på beholderen. Vanntap til atmosfæren, som medfører krymping, skjer svært sakte med algingeler.

Alginatgeler ifølge den foreliggende oppfinnelse, innbefattende gellangummi, er egnet for en rekke oljefelt-anvendelser og andre anvendelser, innbefattende profilkontroll (vannavstengning) hvor gelen anvendes til å blokkere strømmen av uønsket vannproduksjon, eller fortrinnsvis til å redusere permeabiliteten for vannstrømningen uten i særlig grad å påvirke oljestrømningen. Sirkulasjonstapgeler bør regulere største-delen av mengden fluider som tapes til formasjonen under boring eller overhaling.

Bruk av gel"plugger" har anvendelse i sement-avstandsstykker benyttet mellom fluider, eller ved rensing av rørledninger hvor gel"pigger" benyttes til å fjerne rester i ledningen. Gelstrukturen er også fordelaktig til å redusere konveksjon når den benyttes i isolerende innpakningsvæsker, innbefattende beskyttelse av permafrosten i Alaska.

Det er mange miljøanvendelser. Én er å tette overflødige brønner som fore-kommer under boring og/eller produksjonsoperasjoner. Dette kan innbefatte å lukke inne naturlig forekommende radioaktivt materiale og kaks fra boring til havs. En annen anvendelse er å lage brønnforinger som stopper eller reduserer utlekkingen av kjemikalier til grunnen under brønnen, særlig til grunnvann.

Alginatgeler innbefattende gellangummi, er anvendelige som fluidtapmidler (som filmer), i ballastvæsker for skip, som friksjonsreduserende midler for å redusere trykktapet eller øke strømningshastigheten, i stedet for fuktig halm i villahager (særlig skråninger), som hjelpemiddel for å stabilisere sand (vann-brønner, peling ved bygging, etc), skumstabilisatorer med xanthan og som fuktbarriere for sement.

Eksempel 1 (Sammenligningseksempel)

Alginater i rekonstituert sjøvann

En oppløsning med 1% KELTONE HV, førsteklasses natriumalginat, ble fremstilt ved omhyggelig å dispergere 3 g av pulveret i 300 g avionisert vann under kraftig omrøring. En ca. 50 g alikvot av oppløsningen ble hellet som en tynn strøm ned i simulert sjøvann som var fremstilt i henhold til ASTM metode D-l 141-52 ved å oppløse 39,26 g havsalt ("havsalt" er kommersielt tilgjengelig fra Lake Products Company, Inc., Maryland Heights, MO) i 1 1 avionisert vann. Det ble observert øyeblikkelig dannelse av "gelede marker". Dette eksempel viser at alginatløsninger, fremstilt uten varme, kan danne geler ved ionediffusjon når de tilsettes til sjøvann.

Eksempel 2

Gellangummi i rekonstituert sjøvann

En 0,5% oppløsning av KELCOGEL gellangummi ble fremstilt ved å opp-løse en blanding av 1,5 g gellangummi og 0,45% natriumcitrat i 300 g avionisert vann under kraftig omrøring. En ca. 50 g alikvot av oppløsningen ble hellet som en tynn strøm ned i simulert sjøvann som var fremstilt ved å oppløse 39,26 g havsalt i 1 1 avionisert vann. Det ble observert øyeblikkelig dannelse av "gelede marker".

Dette eksempel viser at gellangummi-oppløsninger, fremstilt uten varme, kan danne geler ved ionediffusjon når de tilsettes til sjøvann.

Eksempel 3 (Sammenligningseksempel)

Alginater i rekonstituert sjøvann

Som beskrevet i eksempel 1, ble det fremstilt 1% oppløsninger av følgende alginater: KELTONE HV, MANUGEL DMB (et førsteklasses geldannende alginat med et høyt innhold av guluronsyremonomer), KELGIN MV og KELGIN F (raffinerte natriumalginater med medium viskositet). Hver oppløsning ble hellet ned i rekonstituert sjøvann, som beskrevet i eksempel 1. Geler ble dannet i alle forsøk. Gelen MANUGEL DMB syntes å være litt sterkere enn de andre geler.

Eksempel 4 (Sammenligningseksempel)

Alginater i virkelig sjøvann

Som beskrevet i eksempel 1, ble det fremstilt 1% oppløsninger av følgende alginater: KELTONE HV, MANUGEL DMB (et førsteklasses geldannende alginat med et høyt innhold av guluronsyremonomer), KELGIN MV og KELGIN F (raffinerte natriumalginater med medium viskositet). Hver oppløsning ble ifølge fremgangsmåten i eksempel 1 hellet ned i virkelig sjøvann innhentet fra sjøen ved Ocean Beach, CA. Geler ble dannet ved alle forsøk. Gelen MANUGEL DMB syntes å være litt sterkere enn de andre geler. Dette eksempel og eksempel 3 viser at geldannelsen ikke er begrenset til bestemte alginater.

Eksempel 5 (Sammenligningseksempel)

Alginater i 1% kalsiumklorid-oppløsning

Som beskrevet i eksempel 1, ble det fremstilt 1% oppløsninger av følgende alginater: KELTONE HV, MANUGEL DMB (et førsteklasses geldannende alginat med et høyt innhold av guluronsyremonomer), KELGIN MV og KELGIN F (raffinerte natriumalginater med medium viskositet). Hver oppløsning ble ifølge fremgangsmåten i eksempel 1 hellet ned i 1% kalsiumklorid-oppløsning. Ved alle forsøk ble det dannet geler som var sterkere enn de som ble fremstilt med sjøvann. Gelen MANUGEL DMB syntes å være litt sterkere enn de andre geler.

Eksempel 6 (Sammenligningseksempel)

Alginater i 1% natriumklorid-oppløsning

Som beskrevet i eksempel 1, ble det fremstilt 1% oppløsninger av følgende alginater: KELTONE HV, MANUGEL DMB (et førsteklasses geldannende alginat med et høyt innhold av guluronsyremonomer), KELGIN MV og KELGIN F (raffinerte natriumalginater med medium viskositet). Hver oppløsning ble ifølge fremgangsmåten i eksempel 1 hellet ned i 1% natriumklorid-oppløsning. Geler ble ikke dannet, og oppløs-ningene ble dispergert inn i de vandige omgivelser under svak omrøring.

Dette eksempel viser at geldannelse ikke finner sted i natriumsalt-oppløsn-inger.

Eksempel 7

Alginater i rekonstituert sjøvann

San-Diego-springvann har en hardhetsverdi typisk rundt 180 ppm, uttrykt som kalsiumkarbonat. Fullstendig hydrering av alginater i gellangummi i kaldt San-Diego-springvann krever følgelig anvendelse av en kompleksdanner.

En 1% oppløsning av KELGIN MV ble fremstilt i San-Diego-springvann ved å dispergere produktet under kraftig omrøring og med 0,10% tilsatt natriumheksametafosfat som kompleksdanner. Oppløsningen dannet en gel når den ble tilsatt til rekonstituert sjøvann. Gelen ble isolert på en sikt etter ca. 16 timer og ble funnet å være myk og grøtaktig.

Den overliggende væske etter fjerningen av gelen, ble analysert ved å benytte fenol/svovelsyre-testen for oppløselig karbohydrat. Ingen vesentlig mengde karbohydrat ble påvist, hvilket viser at polymeren ble holdt nesten fullstendig inne i gel-nett-verket og at den ikke lekket ut til den omgivende væske.

Forsøket viser at geldannelse kan skje selv når kompleksdanner er nødvend-ig for å oppnå hydrering, og at diffusjonsstivning på den tidligere beskrevne måte er svært effektiv (hovedsakelig all polymer utnyttes).

Eksempel 8

Gellangummi i rekonstituert sjøvann

En 0,5% oppløsning av KELCOGEL gellangummi ble fremstilt i San-Diego-springvann ved å dispergere produktet under kraftig omrøring og tilsetning av 0,12% natriumheksametafosfat som kompleksdanner. Oppløsningen dannet en gel når den ble tilsatt til rekonstituert sjøvann. Gelen var fast og sprø.

Den overliggende væske etter fjerningen av gelen, ble analysert ved å benytte fenol/svovelsyre-testen for oppløselig karbohydrat. Ingen vesentlig mengde karbohydrat ble påvist, hvilket viser at polymeren ble holdt nesten fullstendig inne i gel-nettverket og at den ikke lekket ut til den omgivende væske.

Eksempel 9

Alginater i kombinasjon med gellangummi i rekonstituert sjøvann

En oppløsning som inneholdt 0,3% KELCOGEL, 1,0% KELGIN MV og 0,12% natriumheksametafosfat ble fremstilt i San-Diego-springvann ved å dispergere produktet under kraftig omrøring. Oppløsningen dannet en gel når den ble tilsatt til rekonstituert sjøvann. Gelen var forholdsvis sterk og hang sammen, og den hadde en annen tekstur enn de to andre geler.

Forsøket viser at geldannelse kan skje selv når kompleksdanner er nødven-dig for å oppnå hydrering, kombinasjoner av alginat og gellangummi gir sterke geler, og at diffusjonsstivning på den tidligere beskrevne måte er svært effektiv (hovedsakelig all polymer utnyttes).

Eksempel 10

Sj øvann-analyser

En prøve av det rekonstituerte sjøvann anvendt i eksempler 1, 2, 3, 7, 8 og 9 og en prøve av det virkelige sjøvann anvendt i eksempel 4, ble analysert med hensyn på ionesammensetning ved atomabsorpsjon. Resultatene var som følger:

En oppløsning som inneholdt kalsium, kalium, magnesium og natrium i de omtrentlige forhold som forekom i det rekonstituerte sjøvann (og følgelig også i virkelig sjøvann siden sammensetningen av dette var tilsvarende som for rekonstituert sjøvann) ble fremstilt ved å tilsette passende mengder av kloridene av hvert av disse kationer til avionisert vann. Oppløsninger med 1% natriumalginater av KELTONE HV og KELGIN MV, fremstilt i avionisert vann som allerede beskrevet, ble fremstilt som en tynn strøm til denne saltløsning, og igjen ble det dannet "gelede marker".

Dette eksempel viser at ionesammensetningen av sjøvann tilfeldigvis er slik at det på tross av et forholdsvis høyt innhold av ikke-gelende ioner, særlig natrium, er tilstrekkelig kalsium til stede til å gi alginat-gelatinering.

Claims

1. Gel omfattende vann, natriumioner, kalsiumioner, en kompleksdanner og gellangummi, karakterisert ved at forholdet mellom natriumioner og kalsiumioner er mellom 15:1 og 45:1, mengden gellangummi er mellom 0,05% og 4%, og mengden kompleksdanner er mellom 0,01% og 1,5%.

2. Gel omfattende vann, natriumioner, kalsiumioner, en kompleksdanner, gellangummi og alginat, karakterisert ved at forholdet mellom natriumioner og kalsiumioner er mellom 15:1 og 45:1, mengden alginat er mellom 0,3% og 4%, mengden gellangummi er mellom 0,05% og 4%, og mengden kompleksdanner er mellom 0,01% og 1,5%.

3. Gel ifølge krav 2, karakterisert ved at mengden alginat utgjør mellom 0,7% og 2%, mengden gellangummi er mellom 0,2% og 1%, og mengden kompleksdanner er mellom 0,05% og 0,6%.

4. Gel ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at alginatet omfatter mannuronsyre og guluronsyre i et vektforhold mellom 2:1 og 0,35:1.